EP0211913B1 - Einrichtung für eine feuerungsanlage - Google Patents

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EP0211913B1
EP0211913B1 EP86901371A EP86901371A EP0211913B1 EP 0211913 B1 EP0211913 B1 EP 0211913B1 EP 86901371 A EP86901371 A EP 86901371A EP 86901371 A EP86901371 A EP 86901371A EP 0211913 B1 EP0211913 B1 EP 0211913B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chimney
burner
air
regulating
blower
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP86901371A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0211913A1 (de
Inventor
Gert Basten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASTEN, VERA
Original Assignee
Inventing SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Inventing SA filed Critical Inventing SA
Publication of EP0211913A1 publication Critical patent/EP0211913A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0211913B1 publication Critical patent/EP0211913B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N5/184Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00Regulating air supply or draught
    • F23N3/02Regulating draught by direct pressure operation of single valves or dampers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00Regulating air supply or draught
    • F23N3/08Regulating air supply or draught by power-assisted systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N2005/181Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00Ventilators
    • F23N2233/06Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08Ventilators at the air intake with variable speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/02Air or combustion gas valves or dampers
    • F23N2235/06Air or combustion gas valves or dampers at the air intake

Definitions

  • the invention relates to a device for eliminating atmospheric influences on the draft behavior of a chimney of a combustion system, the latter being provided with a burner for a constant supply of liquid or gaseous fuels, an intake duct and a fan connected to the latter for supplying air to the burner is, the blower has a controllable drive and the latter is connected to a control device for its control, and that a control member regulating its flow cross-section and also connected to the control device is provided in the intake duct.
  • a boiler system with a gasification burner is known from German Offenlegungsschrift 31 25 513, in which the required and required burner output is determined from the outside air temperature and the boiler flow temperature.
  • the air mass flow and the heating oil mass flow are then controlled in a stoichiometric ratio as a function of this burner output, and deviations in the air mass flow from the setpoint are recorded and regulated in the total air flow by means of an air mass flow sensor.
  • a valve is arranged between a compressor and the burner in the air supply line, which divides the total air flow according to the corresponding control variables into a gasification air flow and a combustion air flow, both of which are fed to the burner in separate lines.
  • a device for pendulum-free power regulation in combustion systems is also known.
  • This consists of a temperature or pressure-controlled regulation of the angular position of a throttle valve in the combustion air supply system and a regulation of the fuel supply controlled by the air flow setting.
  • the throttle valve is angularly adjusted via one or more temperature or pressure-controlled regulators and the downstream control of the fuel supply is controlled by the angular position of the throttle valve or a probe for measuring the combustion air flow in the supply system.
  • the control variables for the angle setting of the throttle valve pressure and / or temperature
  • the combustion chamber In order to operate a combustion system with high efficiency, the combustion chamber must have a certain optimal amount of air per combustion unit are fed. The amount of air supplied is determined by the chimney draft. This must generate the pressure difference required for the supply of combustion air and removal of the flue gases. As a rule, this pressure difference is not constant, rather it depends to a large extent on the prevailing temperature and wind conditions and often even strongly pulsates.
  • the chimney crowns are flown by winds of different strengths and in different directions. This fact can result in the pressure differential on the chimney being optimally disturbed for the particular combustion system. These disturbances can go so far that the chimney even creates an overpressure in relation to the outside atmosphere. Chimney caps have already been used to counteract these interfering influences.
  • Such chimney caps of the most varied types are generally used when there is a risk of excess pressure forming in the chimney due to the occurrence of falling winds, for example in mountainous regions or in the case of narrow buildings.
  • they can prevent backflow in various cases even with horizontal wind. This is the case if the boiler room is located in such a way that a negative pressure generated by the wind on the building walls can be impressed on it.
  • Firing systems with oil or gas burners in residential and residential construction are regulated in such a way that when the burner is switched on, a constant amount of fuel per unit of time is always supplied, but the burner is operated intermittently. With these burners it is not possible to intervene in a regulating manner in the fuel supply line, except that it is opened or closed, i.e. the fuel flow has a free cross-section when switched on, and the line is completely blocked when the burner is switched off.
  • the problem to be solved according to the invention in a burner with a constant fuel supply can be solved perfectly with the combination of a speed-controlled fan with a control element regulating the flow cross-section of the intake duct to a constant flow rate value, controlled with the aid of a sensor that senses the current air flow rate in the intake duct.
  • a combination of regulating means according to the invention enables a simple, extremely rapid and nevertheless very precise elimination of even a chimney draft that changes rapidly in a pulsating manner.
  • the slow coarse regulation by the blower and the immediately responsive fine regulation by the flow cross-section regulating means is accomplished, and has proven itself excellently in fire-critical areas of application such as mountain valleys, i.e. under all atmospheric conditions influencing the chimney draft, soot-free, i.e. environmentally friendly combustion.
  • the known systems described at the beginning do not suggest this measure, since they are based on fundamentally different control variables, namely control variables that result directly from the requested heating output (flow temperature of the heating system, outside temperature, pressure), whereas, according to the proposal according to the invention, the requested heating output is the controlled variable as such not directly and directly touched.
  • the measure according to the invention also offers the advantage that an intake duct with the organs and control elements required for regulation and control can be retrofitted as a compact structural unit on conventional and operating burners, since the proposed measures according to the invention do not interfere with the existing one and existing burner system.
  • the large-scale use of the inventive Construction is therefore suitable for contributing a considerable portion to the improvement of the complained air quality.
  • the drawing schematically illustrates the invention in connection with an oil burner.
  • the oil burner 1 is shown here with the oil supply line 2, the ignition transformer 3, the ignition electrode 4, the atomizer nozzle 5 and the burner fan 6.
  • An intake duct 9 having an enlarged inflow opening 8 leads to the burner 1.
  • the inflow opening 8 is expediently equipped with a grille or a flow straightener 17.
  • a cross-section of the exhaust duct which can be changed, is installed in the manner of an iris diaphragm and can be actuated with the aid of a motor 11.
  • a blower 16 is arranged in this intake duct 9 and can be driven by a controllable motor 7. It is expedient to design the blower 16 so that it can be driven in both directions of rotation, that is to say clockwise and counterclockwise.
  • a flow meter here designed as an impeller 12.
  • This impeller 12 is loaded by a spiral spring and is, for example, in direct connection with a tap of a potentiometer 14.
  • This potentiometer with its central tap serves as a transmitter for a control device 15, which in turn is in operative connection with the drive motor 7 for the fan 16 and / or with the drive motor 11 for the diaphragm 10.
  • a freely flowable measuring nozzle would also be conceivable in connection with a differential pressure measurement in the inflow and outflow area of the nozzle, in which case the directly measurable differential pressure can be used as a disturbance or manipulated variable for the control loop.
  • a simple slide could also be used, but such a flow valve makes the flow conditions in the intake duct extremely asymmetrical and very turbulent, which should be avoided in view of the optimization of the device as a whole. Flaps can also be used here.
  • the optimal air flow v o is determined by calculation and / or experiment when there is no wind.
  • This air flow v o flowing through the intake duct, the burner, the boiler and the chimney causes the impeller 12 to rotate by a predetermined angle a o when the orifice 10 is set, which here as b. referred to as.
  • the combustion process runs optimally, i.e. shows its highest possible efficiency.
  • the control element 10 is in a middle position, the fan 16 is stationary. Under these conditions described above, there is a pressure difference of p o at the chimney.
  • the speed of the fan 16 is also reduced via the control device 15.
  • the aperture 10 and the fan 16 can be subjected to such a control process either simultaneously, individually or in succession.
  • the weather-related disturbances can also cause the chimney draft to decrease, so the optimum air flow rate v o is reduced.
  • This also reduces the deflection a o of the impeller 12 and this decrease in angle now acts as a disturbance or control variable on the control circuit, with the result that the blower 16 or its drive motor 7 is switched on or the speed of the running blower 16 increases and / or the aperture b. is increased until the air flow rate again reaches the value Vo at which the pressure difference p o prevails on the combustion system and on the chimney.
  • control loop For the design of the control loop, conventional devices are used which are available to the skilled person in various embodiments without restricting the invention to a particular type of control; In addition to simple electrical control loops, electronic control loops can also be used. Modern electronics offer an abundance of circuits for such control loops.
  • the fan 6 in the oil burner 1 serves to atomize the oil emerging from the nozzle 5 and to regulate the air flow rate, an additional fan 16 is provided in the intake duct 9. If oil burners with controllable blowers 6 are offered by the trade, the blower 16 can be saved, the control device then acting directly on the drive motor of the blower 6 of the burner 1.
  • the device is expediently designed so that at optimal air flow Vo, the blower 16 stands still, its speed is therefore zero and the blower 16 is only switched on when the air flow drops due to the reduction in the pressure difference at the chimney and / or if the airflow is increased Opening width at the aperture 10, the required air flow can no longer be achieved.
  • the device according to the invention can be used in combustion plants which are used in continuous operation but also in those which work intermittently.
  • the latter way of working is the usual one, especially with house combustion systems.
  • the control and regulating circuit is then designed such that the chimney is ventilated for the time being when the burner is switched on. Oil is only injected into the combustion chamber and ignited after the ventilation process has been completed. From this point in time, the control device described then begins to operate as described above.
  • a flap can be provided in the intake duct 9, which releases the flow cross-section of the intake duct 9 when the burner is switched on, but which, as soon as the burner has switched off, closes the intake duct in order to avoid cold air from the chimney when the burner is stopped and switched off flows through and cools it.
  • Such controlled flaps are known for oil and gas burners, for which reason this flap was not shown in the drawing.
  • the invention it is possible, regardless of the external pressure and wind conditions of the firing system, to provide a constant, optimal air quantity for the respective system, which is also in the primary interest of the national economy, since the system is operated with constant and maximum efficiency can be. This also results in considerable fuel savings, which in turn result in a significant reduction in pollutant emissions.
  • this means that once the optimal air ratio Lambda ( 1.0 5 --1.1) has been set, perfect combustion is always achieved. This allows full use of the fuel to be achieved.
  • the toxic exhaust gases carbon monoxide and hydrocarbons, as well as soot, which are produced when combustion is incomplete, do not occur and therefore cannot reach the atmosphere. This greatly reduces the environmental impact and makes a very significant contribution to air hygiene and thus to environmental protection.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Eliminierung von atmosphärischen Beeinflussungen auf das Zugverhalten eines Schornsteines einer Feuerungsanlage, wobei die letztere mit einem Brenner für eine konstante Mengenzufuhr von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, einem Ansaugkanal und einem mit dem letzteren verbundenen Gebläse zur Zufuhr von Luft zum Brenner versehen ist, das Gebläse einen regelbaren Antrieb aufweist und der letztere zu seiner Steuerung mit einer Regeleinrichtung verbunden ist, und dass im Ansaugkanal ein dessen Durchströmquerschnitt regulierendes, ebenfalls mit der Regeleinrichtung verbundenes Regelorgan vorgesehen ist.
  • Aus Patent Abstracts of Japan, Vol. 7, No. 106, (M-213) (1251), 10 May 1983 JP-A-5828921 ist eine Feuerungsanlage bekannt, bei welcher zur Erzielung einer Konstanthaltung des Ofendruckes sowohl der Querschnitt des Ansaugkanals als auch das Gebläse geregelt wird. Eine solche Konstanthaltung des Ofendruckes ist jedoch für Hausfeuerungsanlagen mit ihrer konstanten Brennstoffzufuhr bei Auftreten von starken Luftturbulenzen an der Schornsteinaustrittsmündung und damit oft schlagartig im Schornsteininnern von Sog- in Stauzustände bzw. umgekehrt abwechselnden Zugänderungen im Schornstein unbrauchbar. Wird nämlich eine Schornsteinaustrittsmündung, z.B. bei normalerweise äusserst turbulenten Föhneinbrüchen in Gebirgstälern, derart angeströmt, dass im Schornsteininnern schlagartig ein extremer Unterdruck erzeugt wird, dann erhöht sich der Schornsteinzug und der Druck im Verbrennungsraum des Heizungskessels wird gleichzeitig ebenfalls schlagartig reduziert. Würde man nun gemäss diesem vorbekannten Stand der Technik mittels eines Gebläses sofort den Druck im Verbrennungsraum des Hiezungskessels erhöhen, dann würde der Gasdurchsatz im Schornstein und damit auch die zugeführte Verbrennungsluftmenge noch weiter erhöht anstatt richtigerweise verringert. Wird anderseits eine Schornsteinaustrittsmündung bei Fallwinden derart angeströmt, dass im Schornsteininnern pulsartig ein Uberdruck erzeugt wird, dann wird der normalerweise herrschende Schornsteinzug unter Umständen bis auf Null verringert und der Druck im Verbrennungsraum des Heizungskessels schlagartig gleichzeitig erhöht. Würde man nun gemäss diesem Stand der Technik zur Konstanthaltung des Ofendruckes den Druck im Verbrennungsraum von der Luftansaugseite her noch zusätzlich weiter verringern, dann würde der Gasdurchsatz im Schornstein und damit auch die zugeführte Verbrennungsluftmenge noch weiter verringert anstatt wie bei konstanter Brennstoffzufuhr einer Hausfeuerungsanlage verbrennungstechnisch erforderlich, erhöht, d.h. es würde eine stark russende Verbrennung auftreten. Somit ist eine solche Regelung bei Feuerungsanlagen der eingangs genannten Art nicht zweckmässig.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift 31 25 513 ist eine Heizkesselanlage mit einem Vergasungsbrenner bekannt, bei welchem aus der Aussenlufttemperatur und der Kesselvorlauftemperatur die jeweilige notwendige und erforderliche Brennerleistung ermittelt wird. Als Funktion dieser Brennerleistung werden dann der Luftmassenstrom und der Heizölmassenstrom in einem stöchiometrischen Verhältnis gesteuert und Abweichungen des Luftmassestromes vom Sollwert werden mittels eines Luftmassenstromfühlers im Gesamtluftstrom erfasst und geregelt. Um letzteres zu erreichen, ist zwischen einem Verdichter und dem Brenner in der Luftzufuhrleitung ein Ventil angeordnet, das den Gesamtluftstrom den entsprechenden Steuergrössen entsprechend in einen Vergasungsluftstrom und einen Verbrennungsluftstrom unterteilt, die beide in getrennten Leitungen dem Brenner zugeführt werden.
  • Nach der deutschen Offenlegungsschrift 32 02 425 ist auch eine Einrichtung bekannt zur pendelfreien Leistungsregulierung bei Feuerungsanlagen. Diese besteht aus einer temperatur- oder druckgesteuerten Regelung der Winkelstellung einer Drosselklappe im Zuleitungssystem der Verbrennungsluft und einer ihrerseits durch die Luftstromeinstellung gesteuerten Regelung der Brennstoffzufuhr. Die Winkeleinstellung der Drosselklappe erfolgt über einen oder mehrere temperatur- oder druckgesteuerte Regler und die nachgeschaltete Regelung der Brennstoffzufuhr wird durch die Winkelstellung der Drosselklappe oder einer Sonde zur Messung des Verbrennungsluftstromes im Zuleitungssystem angesteuert. Die Steuergrössen für die Winkeleinstellung der Drosselklappe (Druck und/oder Temperatur) werden dabei dem wärmeabführenden Medium entnommen.
  • Sinn und Zweck dieser bekannten Massnahmen ist es, in den Heizanlagen die Verbrennung zu optimieren bzw. die Leistungsregelung möglichst schwankungsfrei zu fahren. Die vorstehend geschildeten bekannten Regel- und Steuereinrichtungen erfordern dazu einen gewaltigen apparativen Aufwand, da nach diesen Vorschlägen sowohl die Luftströme wie auch die Brennstoffströme von den jeweiligen Regelgrössen beeinflusst werden und durch einen komplizierten und sehr teueren Elektronenrechner ständig aufeinander in einem stöchiometrischen Verhältnis abgestimmt werden müssen. Ein Aufwand dieser Art mag bei Industrieanlagen gerechtfertigt sein, ist aber beispielsweise für Heizanlagen im Siedlungs- und Wohnungsbau aufgrund des hohen Investitionsaufwandes und der damit notwendigerweise verbundenen Wartung weder zweckmässig noch einsetzbar. Andererseits ist zu bedenken, dass der Hausbrand einen ganz erheblichen und keineswegs zu vernachlässigenden Teil zur allgemein beklagten Luftverschmutzung beiträgt.
  • Um eine Feuerungsanlage mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben, muss dem Brennraum eine bestimmte optimale Luftmenge pro Brennstoffeinheitzugeführtwerden. Die zugeführte Luftmenge wird bestimmt durch den Schornsteinzug. Dieser muss die für die Zufuhr der Verbrennungsluft und Abfuhr der Rauchgase nötige Druckdifferenz erzeugen. In der Regel ist diese Druckdifferenz nicht konstant, vielmehr ist sie in starkem Masse von den herrschenden Temperatur- und Windbedingungen abhängig und oftmals sogar stark pulsierend. Die Schornsteinkronen werden von Winden unterschiedlicher Stärke und unterschiedlicher Richtung angeströmt. Diese Tatsache kann dazu führen, dass die für die jeweilige Feuerungsanlage optimale Druckdifferenz am Schornstein ganz empfindlich gestört wird. Diese Störungen können so weit gehen, dass im Schornstein gegenüber der äusseren Atmosphäre sogar ein Uberdruck entsteht. Durch Schornsteinaufsätze wurde bereits versucht, diesen Störeinflüssen entgegenzuwirken. Solche Schornsteinaufsätze der unterschiedlichsten Bauart werden in der Regel dann verwendet, wenn durch das Auftreten von Fallwinden z.B. in gebirgigen Regionen oder bei enger Bebauung die Gefahr der Uberdruckbildung im Schornstein besteht. Ausserdem können sie in verschiedenen Fällen auch bei Horizontalwind eine Rückströmung verhindern. Dies ist dann der Fall, wenn der Heizungsraum so gelegen ist, dass sich ihm ein durch den Wind an den Gebäudewänden erzeugter Unterdruck aufprägen kann.
  • Bei horizontalen Windanströmungen treten im Schornsteininneren Drücke auf, die ausservon der Anströmgeschwindigkeit auch von der Ausbildung des Schornsteinkopfes abhängen und in der Regel kleiner sind als der ungestörte Umgebungsdruck. Während bei Steigwinden, also von unten anfallendem Wind, Unterdruck bestehen bleibt, steigt bei Fallwinden der Druck im Schornstein an, was bei grösseren Einfallwinkeln u.U. zu Uberdruck und Rückströmung führt.
  • Feuerungsanlagen mit ÖI- oder Gasbrenner im Wohnungs- und Siedlungsbau werden so geregelt, dass bei eingeschaltetem Brenner diesem stets eine gleichbleibende Brennstoffmenge pro Zeiteinheit zugeleitet wird, dass aber der Brenner intermittierend betrieben wird. Es ist bei diesen Brennern nicht möglich, regelnd in die Brennstoffzufuhrleitung einzugreifen, ausser dass diese geöffnet bzw. verschlossen wird, d.h., im eingeschalteten Zustand hat der Brennstoffstrom freien Querschnitt, bei abgeschaltetem Brenner ist die Leitung zur Gänze gesperrt. Trotz dieser ungünstigen Voraussetzungen zur Regelung einer optimalen Verbrennung ist es nun Aufgabe der Erfindung, den aus dem oben geschilderten Schornsteinverhalten resultierenden Einflüssen soweit wie möglich entgegenzutreten, um unabhängig von den äusseren Druck- und Windverhältnissen in der Feuerungsanlage eine optimale Verbrennung zu erreichen, also eine Verbrennung mit möglichst wenig Schadstoffanfall, ein Ziel, das auch im Interesse der Volkswirtschaft liegt, da damit die Anlage mit konstantem und höchstmöglichem Wirkungsgrad gefahren werden kann, was ohne Zweifel einer erheblichen Brennstoffeinsparung gleichkommt.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss nach dem Kennzeichnen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Eingehende umfangreiche Versuche haben eindeutig bewiesen, dass z.B. bei schlagartig auftretendem Unterdruck im Schornsteininnern nach einem unmittelbar davor herrschenden Stauzustand, bei welch letzterem die Verbrennungsluft mit erheblichem Überdruck mit Hilfe des Gebläses in den Heizungskessel eingeleitet werden musste, eine erhebliche, ebenfalls schlagartige und trotzdem äusserst präzise Reduzierung der Zuluftmenge infolge des grossen Trägheitsmomentes des Gebläses nur bei sofortiger gleichzeitiger Reduzierung der Gebläseantriebsleistung auf den anschliessend gewünschten Wert in Kombination mit einem den Durchflussquerschnitt regulierenden Regulierorgan, beides von einer gemeinsamen Reguliereinrichtung in Abhängigkeit von der momentanen Luftdurchsatzmenge geregelt, erreicht werden kann.
  • Die erfindungsgemäss zu lösende Aufgabenstellung bei einem Brenner mit konstanter Brennstoffzufuhr ist einwandfrei mit der Kombination eines drehzahlgeregelten Gebläses mit einem den Durchströmquerschnitt des Ansaugkanals auf einen konstanten Durchflussmengenwert regulierenden Regelorgan, gesteuert mit Hilfe eines die momentane Luftdurchsatzmenge im Ansaugkanal abfühlrenden Gebers lösbar. Eine solche erfindungsgemässe Kombination von Reguliermitteln ermöglicht eine einfache, äusserst rasche und trotzdem sehr genaue Eleminierung von sogar pulsartig rasch sich veränderndem Schornsteinzug. Dabei wird die langsame Grobregulierung vom Gebläse und die sofort ansprechende Feinregulierung von den Durchströmquerschnitt regulierenden Reguliermitteln bewerkstelligt, und hat sich selbst in feuerungstechnisch äusserst kritischen Einsatzgebieten wie Gebirgstälern hervorragend bewährt, -d.h. es tritt unter allen den Schornsteinzug beeinflussenden atmosphärischen Einsatzbedingungen bei Einsatz der erfindungsgemässen Einrichtung immer eine russfreie, d.h. umweltfreundliche Verbrennung auf.
  • Die eingangs geschilderten vorbekannten Anlagen legen diese Massnahme nicht nahe, da sie von grundsätzlich anderen Regelgrössen ausgehen, nämlich von Regelgrössen, die unmittelbar aus der angeforderten Heizleistung (Vorlauftemperatur der Heizanlage, Aussentemperatur, Druck) resultieren, wogegen nach dem erfindungsgemässen Vorschlag die angeforderte Heizleistung die Regelgrösse als solche nicht unmittelbar und direkt berührt. Die Erfindungsgemässe Massnahme bietet darüberhinaus den Vorteil, dass an herkömmlichen und in Betrieb stehenden Brennern ohne besonderen Aufwand ein Ansaugkanal mit den für die Regelung und Steuerung notwendigen Organen und Regelgliedern als kompakte Baueinheit nachträglich angebaut werden kann, da die vorgeschlagenen erfindungsgemässen Massnahmen keinen Eingriff in das bestehende und vorhandene Brennersystem bedingen. Der grossräumige Einsatz der erfindungsgemässen Konstruktion ist daher geeignet, für die Verbesserung der allseits beklagten Luftqualität einen beträchtlichen Anteil beizusteuern. Dass auch fabriksneue Brenner mit der erfindungsgemässen Steuerung und Regelung ausgestattet werden können, sei nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Ebenso wichtig ist es, die erfindungsgemäße Maßnahme als kompakte Baueinheit auf dem Markt anzubieten, die nachträglich bei allen herkömmlichen Brennertypen unter Zwischenschaltung eines geeigneten Adapters angebracht werden kann.
  • Die Zeichnung veranschaulicht schematisch die Erfindung im Zusammenhang mit einem Ölbrenner.
  • Von der Feuerungsanlage ist hier nur der Ölbrenner 1 gezeigt mit der Ölzuführleitung 2, dem Zündtransformator 3, der Zündelektrode 4, der Zerstäuberdüse 5 und dem Brennergebläse 6.
  • Ein eine erweiterte Einströmöffnung 8 aufweisender Ansaugkanal 9 führt zum Brenner 1. Die Einströmöffnung 8 ist zweckmäßigerweise mit einem Gitter oder einem Strömungsgleichrichter 17 ausgestattet. In diesem Ansaugkanal 9 ist nach Art einer Irisblende eine den Querschnitt des Ausaugkanals veränderbare Blende 10 eingebaut, die mit Hilfe eines Motors 11 betätigt werden kann. Ferner ist in diesem Ansaugkanal 9 ein Gebläse 16 angeordnet, das über einen regelbaren Motor 7 antreibbar ist. Es ist zweckmäßig, das Gebläse 16 so auszulegen, daß es in beiden Drehrichtungen, also im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn antriebbar ist. Im Bereich der Einströmöffnung liegt ein Durchflußmeßgerät, hier als Flügelrad 12 ausgebildet. Dieses Flügelrad 12 ist von einer Spiralfeder belastet und steht beispielweise mit einem Abgriff eines Potentiometers 14 in unmittelbarer Verbindung. Dieses Potentiometer mit seinem zentralen Abgriff dient als Geber für eine Regeleinrichtung 15, die ihrerseits mit dem Antriebsmotor 7 für das Gebläse 16 und/oder mit den Antriebsmotor 11 für die Blende 10 in Wirkverbindung steht.
  • Als Durchflußmeßgerät können auch andere einschlägige Geräte hier eingesetzt werden, beispielsweise ein Flügelrad, das mit einem hochohmig belasteten Dynamo verbunden ist, wobei hier als Störgröße die vom Dynamo erzeugte Spannung dient, die mit wachsender Drehzahl ansteigt. Der Dynamo kann so ausgelegt sein, daß die Klemmenspannung des Dynamo linear mit seiner Drehzahl wächst.
  • Auch eine frei durchströmbare Meßdüse wäre hier denkbar in Verbindung mit einer Differenzdruckmessung im Einström- und Ausströmbereich der Düse, wobei hier der unmittelbar meßbare Differenzdruck als Stör- oder Stellgröße für den Regelkreis herangezogen werden kann. Anstelle einer Irisblende, wie vorstehend beschrieben, könnte auch ein einfacher Schieber verwendet werden, doch werden durch einen solchen die Strömungsverhältnisse im Ansaugkanal extrem unsymmetrisch und sehr stark turbulent, was im Hinblick auf die Optimierung der Einrichtung als Ganzes doch vermieden werden sollte. Auch Klappen sind hier einsetzbar.
  • Für eine vorgegebene Feuerungsanlage wird der optimale Luftstrom vo bei Windstille durch Rechnung und/oder Versuch ermittelt. Dieser den Ansaugkanal, den Brenner, den Kessel und den Schornstein durchfließender Luftstrom vo bewirkt eine Verdrehung des Flügelrades 12 um einen vorgegebenen Winkel ao bei einer Einstellung der Blende 10, die hier als b. bezeichnet wird. Unter diesen Voraussetzungen und Einstellungen läuft der Verbrennungsvorgang optimal ab, wiest also seinen höchstmöglichen Wirkungsgrad auf. Das Regelorgan 10 befindet sich dabei in einer mittleren Stellung, das Gebläse 16 steht dabei still. Unter diesen vorstehend beschriebenen Bedingungen herrscht am Schornstein eine Druckdifferenz von po.
  • Wenn nun witterungsbedingt Störungen auf den Schornstein einwirken, die den Schornsteinzug erhöhen, also die an ihm herrschende Druckdifferenz vorgrößern, so vergrößert sich auch die Luftdurchsatzmenge, vo wächst an. Dieser anwachsende Luftstrom verdreht das Flügelrad 12 zusätzlich, so daß auch ao anwächst. Diese Winkelzunahme dient nun als Stör- oder Stellgröße, die auf den Regelkreis einwirkt und die nun in der Folge die Blendenöffnung b. über den Motor 11 verkleinert, und zwar so lange, bis die optimale Luftdurchsatzmenge v. wiederum erreicht wird. Dieser optimalen Luftdurchsatzmenge vo entspricht die optimale Druckdifferenz po an der Feuerungsanlage. Wenn bereits bei normalen Witterungsbedingungen zur Aufrechterhaltung der optimalen Luftdurchsatzmenge vo das Gebläse 16 läuft, so wird in diesem Falle (anwachsender Luftdurchsatzmenge) über die Regeleinrichtung 15 auch die Drehzahl des Gebläses 16 verringert. Blende 10 und Gebläse 16 können in diesem Falle entweder gleichzeitig, einzeln oder hintereinander einem solchen Regelvorgang unterworfen werden.
  • Die witterungsbedingt auftretenden Störungen können aber auch bewirken, daß sich der Schornsteinzug verringert, die optimale Luftdurchsatzmenge vo sich also verkleinert. Damit verkleinert sich aber auch die Auslenkung ao des Flügelrades 12 und diese Winkelabnahme wirkt nun als Stör- oder Regelgröße auf den Regelkreis ein mit der Folge, daß das Gebläse 16 bzw. dessen Antriebsmotor 7 zugeschaltet oder die Drehzahl des laufenden Gebläses 16 erhöht und/ oder die Blendenöffnung b. vergrößert wird, bis die Luftdurchsatzmenge wieder den Wert Vo erreicht, bei welchem an der Feuerungsanlage, am Schornstein die Druckdifferenz po herrscht.
  • Was hier im Zusammenhang mit einem Ölbrenner erläutert worden ist, ist in gleicher Weise auch für Gasbrenner einsetzbar. In allen Fällen wird dem Brennstoff die für seine optimale Verbrennung notwendige Luftmenge zur Verfügung gestellt, unabhängig von den durch Umgebungseinflüsse gestörten Druckverhältnissen am Schornstein, an welchem dank der erfindungsgemäßen Maßnahmen die optimale Druckdifferenz Po sozusagen zwangsweise aufrechterhalten wird.
  • Für die Ausgestaltung des Regelkreises werden herkömmliche Einrichtungen eingesetzt, die dem einschlägigen Fachmann in vielfältigen Ausführungsformen zur Verfügung stehen, ohne die, Erfindung dabei auf eine besondere Regelart einzuschränken; außer einfachen elektrischen Regelkreisen können auch elektronische Regelkreise verwendet werden. Die moderne Elektronik bietet für solche Regelkreise eine Fülle von Schaltungen an.
  • Beim gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiel dient das Gebläse 6 im Ölbrenner 1 zur Zerstäubung des aus der Düse 5 austretenden Öles und für die Regelung der Luftdurchsatzmenge ist hier ein zusätzliches Gebläse 16 im Ansaugkanal 9 vorgesehen. Falls Ölbrenner mit regelbaren Gebläsen 6 vom Handel angeboten werden, kann das Gebläse 16 eingespart werden, wobei dann die Regeleinrichtung direkt auf den Antriebsmotor des Gebläses 6 des Brenners 1 einwirkt.
  • Die Einrichtung ist zweckmäßig so konzipiert, daß bei optimalem Luftdurchsatz Vo das Gebläse 16 still steht, seine Drehzahl also Null ist und das Gebläse 16 erst dann eingeschaltet wird, wenn der Luftstrom absinkt aufgrund der Verringerung der Druckdifferenz am Schornstein und/oder wenn durch Vergrößerung der Öffnungsweite an der Blende 10 der erforderliche Luftstrom nicht mehr erzielt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Einrichtung ist bei Feuerungsanlagen einsetzbar, die in kontinuierlichem Betrieb eingesetzt sind aber auch bei solchen, die intermittierend arbeiten. Die letztere Arbeitsweise ist ja die übliche, vor allem bei Hausfeuerungsanlagen. Der Steuer- und Regelkreis ist dann so ausgebildet, daß beim Einschalten des Brenners vorerst der Schornstein belüftet wird. Erst nach Abschluß des Belüftungsvorganges wird Öl in den Feuerraum eingespritzt und gezündet. Ab diesem Zeitpunkt nimmt dann die beschriebene Regeleinrichtung ihre oben erläuterte Arbeitsweise auf. Zusätzlich kann im Ansaugkanal 9 noch eine Klappe vorgesehen werden, die beim Einschalten des Brenners den Durchströmquerschnitt des Ansaugkanales 9 freigibt, die aber, sobald der Brenner abgeschaltet hat, den Ansaugkanal verschließt, um zu vermeiden, daß bei stillstehendem und ausgeschaltetem Brenner kalte Luft den Schornstein durchströmt und diesen abkühlt. Solche gesteuerte Klappen sind aber bei Öl- und Gasbrennern bekannt, aus welchem Grund diese Klappe hier auch nicht näher in der Zeichnung dargestellt wurde.
  • Wenn nun vorstehend die Erfindung anhand eines Ölbrenners bzw. eines Gasbrenners erläutert worden ist, so sei abschleißend noch erwähnt, daß die erfindungsgemäße Maßnahme auch dann mit Erfolg einsetzbar ist, wenn die Feuerungsanlage für feste Brennstoffe konzipiert ist. Dann fehlt der in der Zeichnung gezeigte Brenner 1, der Ansaugkanal 9 für die Verbrennungsluft mündet dann ohne Zwischenschaltung eines solchen Brenners direkt in den Feuerungsraum des Kessels.
  • Dank der Erfindung ist es möglich, unabhängig von den äußeren Druck- und Windverhältnissen der Feuerungsanlage eine konstante, für die jeweilige Anlage optimale Luftmenge zur Verfügung zu stellen, was auch im vorrangigen Interesse der Volkswirtschaft liegt, da damit die Anlage mit konstantem und höchstmöglichem Wirkungsgrad gefahren werden kann. Dies bringt auch eine erhebliche Brennstoffeinsparung, die ihrerseits wieder eine erhebliche Verminderung des Schadstoffausstoßes zur Folge hat. Das bedeutet für Heizungsanlagen, daß mit der einmal eingestellten optimalen Luftverhältniszahl Lambda (=1.05--1.1) stets eine vollkommene Verbrennung erreicht wird. Dadurch läßt sich eine vollständige Ausnutzung des Brennstoffs erzielen. Die giftigen Abgase Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe sowie Ruß, die bei unvollkommener Verbrennung anfallen, entstehen nicht und können somit auch nicht in die Athmosphäre gelangen. Dadurch wird die Umweltbelastung in starkem Maße gesenkt und ein ganz bedeutender Beitrag zur Lufthygiene und damit zum Umweltschutz geleistet.

Claims (1)

  1. Einrichtung zur Eliminierung von atmosphärischen Beeinflussungen auf das Zugverhalten eines Schornsteines einer Feuerungsanlage, wobei die letztere mit einem Brenner für eine konstante Mengenzufuhr von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, einem Ansaugkanal und einem mit dem letzteren verbundenen Gebläse zur Zufuhr von Luft zum Brenner versehen ist, das Gebläse (16) einen regelbaren Antrieb (7) aufweist und der letztere zu seiner Steuerung mit einer Regeleinrichtung (15) verbunden ist, und dass im Ansaugkanal (9) ein dessen Durchströmquerschnitt regulierendes, ebenfalls mit der Regeleinrichtung (15) verbundenes Regelorgan (10, 11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (15) mit einem die momentane Luftdurchsatzmenge im Ansaugkanal (9) abfühlenden Geber (14) verbunden und zur Erzielung einer konstanten Zufuhr von Luft zum Brenner derart ausgebildet ist, dass sie bei Abnahme des Schornsteinzuges und damit bei einer Unterschreitung der für den optimalen Brennvorgang erforderlichen konstanten Luftdurchsatzmenge (vo) das Regelorgan (10) im Sinne einer Durchströmquerschnittserweiterung betätigt und gegebenenfalls das Gebläse (16) einschaltet bzw. dessen Drehzahl erhöht und bei Zunahme des Schornsteinzuges und damit einer Überschreitung der für den optimalen Brennvorgang erforderlichen konstanten Luftdurchsatzmenge (vo) das Regelorgan (10) im Sinne einer Durchströmquerschnittsverkleinerung betätigt und gegebenenfalls das Gebläse (16) abschaltet bzw. dessen Drehzahl verringert.
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