DE9405530U1

DE9405530U1 - Zentralheizungskessel

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Publication number: DE9405530U1
Application number: DE9405530U
Authority: DE
Original assignee: WINDHAGER ZENTRALHEIZUNG GmbH
Current assignee: WINDHAGER ZENTRALHEIZUNG GmbH
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2004-04-01

Description

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Ja

Windhager Zentralheizung
Gesellschaft m.b.H
A-5201 Seekirchen

Zentralheizungskessel

Die Erfindung betrifft einen Zentralheizungskessel für feste Brennstoffe, insbesondere Holz, mit einem Füllraum für die Brennstoffe, einer Brennkammer, einer Nachverbrennungskammer und einer Rauchgasführung, die mit einem Saugzuggebläse mit Kaminanschluß in Verbindung steht, wobei die Brennkammer unten an den Füllraum anschließt, die Nachverbrennungskammer durch einen über der Rostoberfläche mündenden Schacht mit der Brennkammer verbunden ist, Primärluftzuführungen für die Brennkammer und Sekundärluftzuführungen für die Nachverbrennung vorgesehen sind, und die Brennkammer, Nachverbrennungskammer und der Rauchgasführungsraum Heizflächen des Kessels aufweisen.

Der grundsätzliche Vorteil derartiger Kessel besteht darin, daß die Verbrennung durch die Verwendung des Saugzuggebläses weitgehend unabhängig vom momentanen Kaminzug wird, wobei insbesondere beim Anheizvorgang ein ausreichend starker Zug eingestellt werden kann, um rasch die volle Kesselleistung durch entsprechenden Abbrand zu erzielen. Bei den bekannten Zentralheizungskesseln wird beispielsweise über einen Kesselthermostaten die dem Kessel zuführbare Gesamtluftmenge gemeinsam geregelt, wobei sich je nach dem Füllungsgrad des Füllraumes, der Glutstockhöhe in der Brennkammer der vom Material abhängigen Dichte des Glutstockes und auch auf Grund weiterer Faktoren unterschied-

liehe Aufteilungen zwischen Primär- und Sekundärverbrennungsluft ergeben. Bei einer Zufuhr der Primärverbrennungsluft durch den Rost allein kommt es zu einer ungleichmäßigen Glutstockbildung in der Brennkammer, wobei meist die Höhe des Glutstockes von der Lufteinlaßseite gegen den zur Nachverbrennungskammer führenden Schacht hin ansteigt. Besonders bei stark ausgasenden Brennstoffen sollte die Nachverbrennung der brennbaren Gase in der Nachverbrennungskammer innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches stattfinden, wobei diese Verbrennungstemperatur bei Vollast nicht über 900 *C und bei Teillast möglichst nicht unter 700 bis 800 °C betragen sollte, weil beim Überoder Unterschreiten der Verbrennungstemperatur sowohl eine unvollständige Verbrennung möglich ist, als auch der Schadstoffausstoß unzulässig bzw. unerwünscht hohe Werte erreichen kann. Zu hohe Temperaturen bei der Nachverbrennung können beim Überschreiten der zulässigen Feuerungsleistung, also einem zu hohen und heißen Glutstock in der Brennkammer und auch bei einer dabei zu geringen Menge an zugeführter Sekundärverbrennungsluft auftreten. Umgekehrt können zu niedrige Nachverbrennungstemperaturen vorkommen, wenn zu viel Sekundärverbrennungsluft und zu wenig Primärverbrennungsluft zugeführt wird. Weitere entsprechende Probleme ergeben sich bei einer ungleichmäßigen Qualität, z.B. verschiedenem Wassergehalt und Heizwert bzw. stark unterschiedlicher Stückgröße der Brennstoffe und, extrem, bei einem Wechsel des Brennstoffes oder bei einem Mischbetrieb mit verschiedenen festen Brennstoffen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zentralheizungskessel der eingangs genannten Art zu verbessern und insbesondere einen Kessel zu schaffen, bei dem die Glutstockhöhe in der Brennkammer last- und brennstoffabhängig geregelt werden kann, wobei ein gleichmäßiger Glutstock erzielt wird und wobei ferner auch die Nachverbrennung bei Voll- und Teil-

lastbetrieb in engen Grenzen auf zulässige Temperaturwerte, die eine schadstoffarme Verbrennung ergeben, eingeregelt werden kann. Eine Teilaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Zentralheizungskessels, der einfach bedienbar ist und bei dem bei Brennstoffwechsel und beim Anheizen bzw. bei der Abschaltung der Kesselfeuerung nur geringe Schadstoffbelastungen der Umwelt auftreten und diese Vorgänge auch mit einfachen Mitteln eingeregelt werden können.

Die gestellte Hauptaufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Primär- und die Sekundärluftzufuhr gesonderte Lufteinlässe mit Regelklappen vorgesehen sind und daß eine zentrale Steuereinrichtung, die mit wenigstens einem Fühler für die Verbrennungstemperatur verbunden ist, das Saugzuggebläse schaltet bzw. über die Drehzahl regelt und zusätzliche Stellmotoren für die Regelklappen gesondert steuert, wobei für die Verbrennungstemperatur ein Sollwert last- oder brennstoffabhängig vorgebbar ist.

Die Verbrennungstemperatur wird wenigstens in der Nachverbrennungskammer erfaßt. Vorzugsweise sind aber auch entsprechende Temperaturfühler in der Brennkammer vorgesehen, wo auch weitere Fühler die momentane Glutstockhöhe in der Brennkammer erfassen können. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung zugleich als Regler für die Warmwasserzentralheizungsanlage selbst ausgeführt sein, wobei dann mit dieser Steuereinrichtung auch Fühler für die Kesseltemperatur, die Vor- und Rücklauftemperaturen der Zentralheizungsanlage, Außen- und Innentemperaturfühler usw. verbunden sein können und die zentrale Steuereinrichtung auch Mischventile, Umwälzpumpen usw. der Zentralheizungsanlage steuert. Abhängig vom Leistungsbedarf der Zentralheizungsanlage kann hier umgekehrt auch eine Steuerung der Kesselleistung vorgenommen werden, so daß dann die Kesselleistung

nicht oder nicht allein abhängig von der Wassertemperatur im Kessel eingeregelt wird.

Durch die gesonderte Regelung der Primär- und Sekundärluft können Glutstockhöhe und Nachverbrennungstemperatur unter Einbeziehung des ebenfalls regelbaren Zuges über das Saugzuggebläse gesondert auf den für den jeweiligen Verbrennungsvorgang und die Leistungsanforderungen günstigsten Wert eingeregelt werden. Dabei kann man bis zu einem vorgegebenen Teillastbereich eine kontinuierliche Verbrennung vorsehen und nur die Stärke dieser Verbrennung regeln. Im unteren Teillastbereich besteht aber auch die Möglichkeit einer intermittierenden Regelung, wobei die Primärluftzufuhr in den Pausen weitgehend geschlossen wird, so daß die Verbrennung in der Brennkammer stark gedrosselt ist. In den Arbeitsphasen wird dann eine Verbrennung eingeregelt, die dem höheren Teillast- bzw. Vollastbereich entspricht, also schadstoffarm und mit gutem Wirkungsgrad möglich ist. Die Effektivleistung des Kessels ergibt sich hier durch das gewählte Verhältnis zwischen Pausenzeiten und Vollbetriebszeiten.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der Primär- und der Sekundärluftzufuhr zusätzliche Stelleinrichtungen, z.B. Schieber, zur last- oder brennstoffabhängigen Voreinstellung des möglichen Luftdurchsatzes vorgesehen sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei Verwendung einer aufwendigeren Steuereinrichtung mit Rechner im- Arbeitsspeicher dieses Rechners verschiedene Arbeitsprogramme für unterschiedliche Lastverhältnisse und bzw. oder unterschiedliche Brennstoffe vorzuspeichern und einen Regelschalter vorzusehen, mit dem das entsprechende Programm aktiviert werden kann. Hier würden im Teillastbetrieb bzw. bei Brennstoffwechsel die möglichen Öffnungsstellungen der Regelklappen über das Programm vorgegeben.

Nach einer einen besonders günstigen, schadstoffarmen Abbrand gewährleistenden Weiterbildung wird vorgesehen, daß die Brennkammer, die Nachverbrennungskammer und die Begrenzungswände eines diese Kammern verbindenden Übergangsschachtes aus wärmespeicherndem bzw. -isolierendem Material bestehen, in den Wänden der Brennkammer mit Abstand oberhalb des Rostes zusätzliche Einlasse für Primärverbrennungsluft münden und für die durch den Rost und diese Einlasse zuführbare Primärverbrennungsluft gesondert steuerbare, mit Stellmotoren versehene Regelklappen vorgesehen sind. Die Verbrennung und Nachverbrennung wird durch die erreichbaren hohen Temperaturen der Wandungen begünstigt. Über die bei den zusätzlichen Einlassen für die Primärverbrennungsluft zugeführte Verbrennungsluft und die Einstellmöglichkeit des Verhältnisses der oben und unten zugeführten Primärverbrennungsluft kann man die Glutstockhöhe einstellen und überdies die Glutstockbildung vergleichmäßigen.

Eine gute Durchmischung der Sekundärverbrennungsluft mit den ausgetriebenen Gasen, die es ermöglicht, mit keinem oder nur geringem Überschuß an Sekundärverbrennungsluft zu arbeiten, wird erreicht, wenn der bzw. wenigstens ein Auslaß der Sekundärverbrennungsluft vor der Nachverbrennungskammer im Boden des Überleitungsschachtes mündet.

Es wurde schon erwähnt, daß es vorteilhaft ist, wenn der Brennkammer Fühler zur Erfassung der momentanen Glutstockhöhe zugeordnet sind, so daß die Steuereinrichtung über die Regelklappen und das Gebläse die Glutstockhöhe auf einen brennstoff- oder lastabhängigen Sollwert einregelt.

Der momentane Betriebszustand kann auch für sich oder zusätzlich dadurch erfaßt werden, daß in der Wand der Brenn-

kammer bzw. des Füllraumes oder in der Decke des Füllraumes Temperaturfühler vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Ausführung mit einem aufwendigeren Regler zeichnet sich dadurch aus, daß die zentrale Steuereinrichtung, welche gegebenenfalls mit weiteren Fühlern für die Temperatur des Heizungswassers und des Rauchgases nach dem Gebläse sowie der Oberflächentemperatur oder -helligkeit des Glutstockes verbunden ist, einen Rechner mit Programmspeicher aufweist, wobei im Programmspeicher last- oder brennstoffabhängige Betriebsprogramme für den Dauerbetrieb und wenigstens je ein Start- und ein Stillsetzungsprogramm gespeichert und diese Programme über Wähleinrichtungen zur momentanen Steuerung des Kessels abrufbar sind.

Bei einem Startprogramm kann beispielsweise das Gebläse auf Volleistung geschaltet werden, wobei die Verbrennungsluftregelung zunächst nur auf ein möglichst rasches Erreichen der gewünschten Glutstockhöhe erfolgt. Sollte dabei die Kesseltemperatur über den Vorgabewert hinaus ansteigen, wird man die Zentralheizung auf verstärkte Wärmeabgabe einstellen, was beispielsweise durch entsprechende Regelung des Mischventiles oder der Umwälzpumpe möglich ist.

Zusätzlich kann man bei der erfindungsgemäßen Ausführung eine "Nachfüllsteuerung" für den Füllraum vorsehen, die z.B. über einen Kontakt der Füllklappe oder Fülltür dieses Füllraumes aktiviert wird und bei der die Steuereinrichtung die Primär- und Sekundärluftzufuhr während des Öffnens der Nachfüllklappe schließt, dafür aber das Gebläse auf volle Leistung schaltet, so daß Schwelgase aus dem Füllraum abgesaugt werden und nicht in den Heizungsraum austreten können.

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Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß ein Stillsetzungsprogramm abhängig von durch die Fühler erfaßtem Absinken · der Wasser- oder Rauchgastemperatur und bzw. oder - bei Brennstoff mangel - bei einem Absinken der Glutstocktemperator oder -helligkeit bzw. der Wand oder Deckentemperatur von Füllraum oder Brennkammer jeweils unter einen charakteristischen Vorgabewert aktivierbar ist, wobei der Regler nach diesem Programm das Saugzuggebläse abschaltet und alle von ihm gesteuerten Luftklappen für die Primär- und Sekundärluftzufuhr schließt, so daß im Feuerungsraum ein Restglutstock für eine neuerliche Inbetriebnahme des Kessels über längere Zeiträume, z.B. 24 Stunden, hinweg erhalten bleibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 einen Zentralheizungskessel mit geöffneter Vorderwand und abgenommenen Füll- und Reinigungstüren in Vorderansicht,

Fig. 2 eine entsprechende Seitenansicht des Kessels nach Fig. 1,

Fig. 3 den Kessel nach Fig. 1 im Mittelschnitt und

Fig. 4 einen parallel zur Ansicht nach Fig. 2 geführten Längsschnitt, wobei die wesentlichen Teile in den Fig. 1-4 jeweils nur im Schema veranschaulicht wurden.

Der Kessel 1 besitzt in üblicher Weise einen Wassermantel 2, mit dem Heizflächen in wärmeleitender Verbindung stehen, wobei Teile des Wassermantels auch die einzelnen Räume bzw. Kammern des Kessels umgeben.

Ein über eine Beschickungstür 3 erreichbarer Füllraum 4 reicht über die Tiefe des Kessels. In diesem Füllraum 4 können Leitbleche 5 als Schikanen bei der Brennstoffzufuhr zu einer Brennkammer 6 vorgesehen werden. Die Brennkammer 6 schließt unten an den Füllraum 4 an, reicht ebenfalls im wesentlichen über die Kesseltiefe und steht über einen Seitenschacht 7 mit einer Nachverbrennungskammer 8 in Verbindung, die einen nach oben in einen Rauchgasführungsraum

10 gerichteten Auslaß 11 besitzt, wobei die Flamme auch aus dem Auslaß 11 herausbrennen wird. Mit Abstand vom Auslaß

11 ist eine Mehrfachschikane 12 zur Flammen- und Rauchgasumleitung vorhanden, die über eine Hutze 13 an den Einlaß eines Saugzuggebläses 14 anschließt, das über einen Außenmotor 15 angetrieben werden kann und die angesaugten Gase in einen Kaminstutzen 16 leitet.

Die Brennkammer 6, die Nachverbrennungskammer 8 und der Schacht 7 bestehen aus wärmeisolierendem bzw. wärmespeicherndem Material. Auch ein entsprechender Rost 15 der Brennkammer 6 ist aus wärmespeicherndem Material ausgebildet, könnte aber auch als wasserführender Rost ausgeführt werden. Die Verbrennungskammer 6 besitzt zusätzlich im Abstand vom Rost Einlasse 16, 17, wobei für den Rost 15 und die Einlasse 17 eine gemeinsame Öffnung 18 zur Zufuhr von Primärverbrennungsluft vorgesehen ist. Ein weiterer Zufuhrweg 19 für Primärverbrennungsluft reicht um die Brennkammer 6 und steht mit den Auslässen 16 in Verbindung. Ein weiterer Führungsweg 24 für Sekundärverbrennungsluft reicht unter die Nachverbrennungskammer 8 und ist mit stehenden Durchlässen 20 verbunden, die im Schacht 7 knapp vor der Nachverbrennungskammer 8 münden. Der Wassermantel 2 weist in üblicher Weise Anschlüsse 21, 22 für den Warmwasservor- und -rücklauf auf.

Wenigstens in der Nachverbrennungskammer 8 ist ein Temperaturfühler 23 zur Erfassung der Verbrennungstemperatur in bzw. aus dieser Kammer 8 bzw. im Flammen-Rauchgasführungsraum 10 vorgesehen. Weitere Fühler können die Glutstockhöhe in der Brennkammer 6, die Gluttemperatur oder -helligkeit, die Rauchgastemperatur im Abzug 16 und die Wassertemperatur im Wassermantel 2 erfassen. Eine zentrale Steuereinheit ist mit allen diesen Fühlern verbunden und steuert nach vorgebbaren gespeicherten Programmen den Betrieb des Saugzuggebläses 14 und Regelklappen, die die Luftzufuhr am Einlaß 18 zur Kammer 19 und zweiten Primärluftzufuhr 16 und zur Führung 24 für die Sekundärluftzufuhr individuell regeln. Diese Klappen sind mit Stellmotoren ausgestattet. Ferner kann für jede einzelne Lüftzuführungseinrichtung eine gesonderte Drosseleinrichtung vorgesehen werden, mit deren Hilfe der maximale Luftdurchsatz für die beiden Primärluftzuführungen 18, 19 und für die Sekundärluftzufuhr 24 gesondert eingestellt werden kann, um so eine Anpassung an den momentanen Leistungsbedarf, z.B. eine Umstellung von Vollast auf Teillast im Frühjahr, und an den jeweils verwendeten Brennstoff zu ermöglichen.

Mögliche Steuerprogramme und Betriebsweisen für den Kessel wurden in der allgemeinen Beschreibung ausführlich erläutert.

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Claims

Windhager Zentralheizung Gesellschaft m.b.H., Seekirchen (Österreich) Schutzansprüche :

1. Zentralheizungskessel für feste Brennstoffe, insbesondere Holz, mit einem Füllraum für die Brennstoffe, einer Brennkammer, einer Nachverbrennungskammer und einer Rauchgasführung, die mit einem Saugzuggebläse mit Kaminanschluß in Verbindung steht, wobei die Brennkammer unten an den Füllraum anschließt, die Nachverbrennungskammer durch einen über der Rostoberfläche mündenden Schacht mit der Brennkammer verbunden ist, Primärluftzuführungen für die Brennkammer und Sekundärluftzuführungen für die Nachverbrennung vorgesehen sind, und die Brennkammer, Nachverbrennungskammer und der Rauchgasführungsraum Heizflächen des Kessels aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Primär- und die Sekundärluftzufuhr gesonderte Lufteinlässe (18, 19, 24) mit Regelklappen vorgesehen sind und daß eine zentrale Steuereinrichtung, die mit wenigstens einem Fühler (23) für die Verbrennungstemperatur verbunden ist, das Saugzuggebläse (14, 15) schaltet bzw. über die Drehzahl regelt und zusätzliche Stellmotoren für die Regelklappen gesondert steuert, wobei für die Verbrennungstemperatur ein Sollwert last- oder brennstoffabhängig vorgebbar ist.

2. Zentralheizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Primär- und -der Sekundärluftzufuhr (18, 19, 24) zusätzliche Stelleinrichtungen, z.B. Schieber, zur last- oder brennstoffabhängigen Voreinstellung des möglichen Luftdurchsatzes vorgesehen sind.

3· Zentralheizungskessel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (6), die Nachverbrennungskammer (8) und die Begrenzungswände eines diese Kammern verbindenden Ubergangsschachtes (7) aus

wärmespeicherndem bzw. -isolierendem Material bestehen, in den Wänden der Brennkammer (6) mit Abstand oberhalb des Rostes (15) zusätzliche Einlasse (16) für Primärverbrennungsluft münden und für die durch den Rost und diese Einlasse zuführbare Primärverbrennungsluft gesondert steuerbare, mit Stellmotoren versehene Regelklappen vorgesehen sind.

4. Zentralheizungskessel nach den Ansprüchen 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. wenigstens ein Auslaß (20) der Sekundärverbrennungsluft vor der Nachverbrennungskammer (8) im Boden des Überleitungsschachtes (7) mündet.

5. Zentralheizungskessel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (6) Fühler zur Erfassung der momentanen Glutstockhöhe zugeordnet sind, so daß die Steuereinrichtung über die Regelklappen und das Gebläse (14, 15) die Glutstockhöhe auf einen brennstoff- oder lastabhängigen Sollwert einregelt.

6. Zentralheizungskessel nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand der Brennkammer (6) bzw. des Füllraumes (4) oder in der Decke des Füllraumes Temperaturfühler vorgesehen sind.

7. Zentralheizungskessel nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinrichtung, welche gegebenenfalls mit weiteren Fühlern für die Temperatur des Heizungswassers und des Rauchgases nach dem Gebläse (14, 15) sowie der Oberflächentemperatur oder -helligkeit des Glutstockes verbunden ist, einen Rechner mit Programmspeicher aufweist, wobei im Programmspeicher last- oder brennstoffabhängige Betriebsprogramme für den Dauerbetrieb und wenigstens je ein Start- und ein Still-

Setzungsprogramm gespeichert und diese Programme über Wähleinrichtungen zur momentanen Steuerung des Kessels (1) abrufbar sind.

8. Zentralheizungskessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stillsetzungsprogramm abhängig von durch die Fühler erfaßtem Absinken der Wasser- oder Rauchgastemperatur und bzw. oder - bei Brennstoffmangel bei einem Absinken der Glutstocktemperator oder -helligkeit oder der Wand oder Deckentemperatur von Füllraum (4) und Brennkammer (6) jeweils unter einen charakteristischen Vorgabewert aktivierbar ist, wobei der Regler nach diesem Programm das Saugzuggebläse (14, 15) abschaltet und alle von ihm gesteuerten Luftklappen für die Primär- und Sekun- därluftzufuhr (18, 19, 24) schließt, so daß im Feuerungsraum (6) ein Restglutstock für eine neuerliche Inbetriebnahme des Kessels (1) über längere Zeiträume hinweg erhalten bleibt.