EP0369950B1 - Heizanlage - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a heating system according to the preamble of claim 1.
- burners with atomization of the liquid fuel by means of ultrasound are known (see, for example, the document DE-A-27 49 859), which do not have the disadvantages of the atomizer burner mentioned above, but have not been able to establish themselves to date due to insufficient flame stability in practice .
- the object of the present invention is therefore, in particular, to provide a heating system which does not have these disadvantages mentioned above and which, in all the constantly changing atmospheric conditions with an always stable flame, ensures complete combustion, i.e. near-stoichiometric, and also allows the combustion of very small amounts of fuel per unit of time perfectly and with a stable flame.
- the device shown has a speed-controlled air flow generator 2 of example within the cylindrical housing 1 have 1.8 watts for generating an air flow 3, and a first flow guide 4 downstream of this air flow generator 2 for generating an at least approximately laminar air flow.
- a commercially available air volume flow measuring device 6 is arranged in this laminar flow area 5, and a second flow guide device 8 consisting of five guide vanes 7 (see in particular FIG. 3) is arranged downstream of this laminar flow area 5.
- This diffuser 8 gives the flowing, precisely regulated air a swirl around the longitudinal axis 9 of the burner for intensive mixing of the metered air with extremely fine atomized heating oil supplied from the ultrasonic fuel atomizer 10. The latter is fed completely without pressure to the fuel atomizer 10 provided with a piezoelectric ultrasonic oscillator by means of a pump (not shown) via the line 11 and the solenoid valve 12.
- a computing unit 14 connected to the air volume flow measuring device 6 via a feed line 13 is connected to an air temperature sensor 15, an air pressure sensor 16 and a fuel flow measuring device 17, and immediately electronically calculates the parameters for a near-stoichiometric one from the parameters determined in this way Combustion required exact amount of air, and regulates, if necessary, the speed of the air flow generator 2 until the required amount of air is supplied exactly.
- a flame tube 18 made of ceramic is arranged in the flow direction after the fuel atomizer 10, the adjoining combustion chamber can be lined with fireclay brick in a known manner.
- the flame tube 18 is connected to the rest of the burner via thermal insulation 19.
- the burner described above is connected to a boiler 21 and the latter is connected to a chimney 22 on the flue gas side.
- a chimney hat 24 in order to have the least possible influence on the chimney draft through the chimney outlet from outside air flows 23.
- a chimney top is e.g. available under the name "Basten-Regulator” (registered trademark) from Inventina AG., CH-7302 Landquart (Switzerland).
- Such a chimney cap minimizes the influence of different wind flows from the chimney outlet mouth on the natural draft in the chimney 22, so that the air pressure in the boiler 21 is practically unaffected by such chimney flows even with very gusty winds remains, and therefore represents an extremely important component in this burner concept.
- the burner described can even be used to burn less than 300 grams of heating oil per hour and generates practically no noise.
- the ignition device and the control of the piezoelectric ultrasonic vibrator are commercially available and are therefore not described in detail.
- the total electrical energy consumption of this burner, including the measuring and control device, does not exceed the amount of 10 to 15 watts for a single-family house.
- a two-fuel boiler 21 '( Figure 5) If a two-fuel boiler 21 '( Figure 5) is used, then the exhaust side, e.g. At the outlet from this boiler, a CO and a CO2 sensor 25 and 26 are arranged for the near-stoichiometric combustion of solid fuels.
- These sensors 25 and 26 are electrically connected to the computing unit 14, the latter being programmed in such a way that the speed during the combustion of solid fuels in the boiler combustion chamber depending on the CO and CO2 actual values determined in this way on the exhaust gas side and predetermined corresponding target values and / or the direction of rotation of the air flow generator 2 is adjusted to achieve near-stoichiometric combustion with a slight excess of air.
- FIG. 5 also shows an air conditioning system provided with a heating system according to the invention for air conditioning living rooms or offices.
- the supply air to be treated is first controlled by a control element 29 corresponding to the volume of the computing unit 21 ' a connected to the cooling system 30 first heat exchanger 31 and then a second to the heating system 21 'connected to the second heat exchanger 32, the cooling system 30 and the heat supply to the second heat exchanger 32 regulator 33 also depending on the determined indoor climate actual values and the predetermined target Values are controlled by the computing unit 21 '.
- the first heat exchanger 31 can be used to cool the supplied supply air 34 or in combination with the second heat exchanger 32 to dehumidify the same.
- the computing unit 14 is connected to an air volume flow measuring device 36 arranged in the supply air duct 35 and to a temperature and humidity sensor 37 and 38 for determining the corresponding actual values of the supply air 34.
- a water ultrasonic atomizer 39 is also arranged in the supply air duct 35, which increases the moisture content of the air flowing through as a function of actual moisture values ascertained in the air duct and / or in the room 40 to be air-conditioned and supplied to the computing unit 14 and predetermined target values if the latter is undershot .
- the water supply line 41 of the atomizer 39 there is also a control unit which is also controlled by the computing unit 14 Solenoid valve 42 arranged to regulate the flow of water to the atomizer 39.
- a water atomizer 39 provided with a piezoelectric ultrasound transmitter is extremely advantageous because it is possible with such an atomizer to introduce the required liquid to be supplied into the incoming air 34 in the form of an extremely fine mist.
- a flow guide device 43 consisting of guide vanes is provided in the outlet area of the ultrasonic atomizer 39, which gives the supply air 34 to be enriched with water and metered in this mixing area a strong swirl about the longitudinal flow axis 44.
- the air conditioning system shown is not continuous as before, but is only used in a corrective sense in the case of actual values which deviate too greatly from the room climate setpoints, which enables significant energy savings, and an air change which is too small and associated with the various disadvantages and dangers excessive ventilation with correspondingly high heating costs can be prevented.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Heizanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Es ist bekannt, flüssige Brennstoffe unter Anwendung eines hohen Brennstoffdruckes und einer Zerstäubungsdüse oder mit Hilfe von zusätzlicher Druckluft zu zerstäuben und den derart zerstäubten Brennstoff mit Hilfe eines Luftgebläses zu einem zündbaren Brennstoff-Luft-Gemisch zu vermischen.
- Diese bekannten Brenner weisen jedoch die Nachteile auf, daß ihr Betrieb eine relativ hohe Antriebsleistung erfordert, daß sie relativ laut im Betrieb und aufwendig in der Konstruktion und im Unterhalt sind und daß sie nur bei einem einzigen, ganz bestimmten atmosphärischen Zustand, auf den sie einmal eingestellt wurden, optimal arbeiten, was jedoch naturgemäß nur selten der Fall ist, da die für eine optimale Verbrennung wichtigen atmosphärischen Parameter wie Luftdruck, Temperatur, Schornsteinzug, Anblasrichtung und -stärke an der Schornsteinaustrittsmündung etc. naturgemäß laufend variieren. Ferner ist die geringste noch einwandfrei verbrennbare Brennstoffmenge pro Zeiteinheit für viele Einsatzorte immer noch zu hoch.
- Daneben sind auch Brenner mit Zerstäubung des Flüssigbrennstoffes mittels Ultraschall bekannt (siehe z.B. die Schrift DE-A-27 49 859), welche die vorangehend angeführten Nachteile der Druchzerstäuber-Brenner nicht aufweisen, jedoch wegen in der Praxis ungenügender Flammenstabilität sich bis heute nicht durchsetzen konnten.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher insbesondere die Schaffung einer Heizanlage, welche diese obengenannten Nachteile nicht aufweist, und bei allen ständig variierenden atmosphärischen Gegebenheiten mit immer stabiler Flamme eine vollkommene Verbrennung, d.h. nahstöchiometrische, ermöglicht, und auch die Verbrennung von sehr geringen Brennstoffmengen pro Zeiteinheit noch einwandfrei und mit stabiler Flamme ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mittels einer Heizanlage nach Patentanspruch 1 gelöst.
- Zweckmäßige Weiterausgestaltungen der erfindungsgemässen Heizanlage sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.
- Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt
- Fig.1
- einen Längsschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Einrichtung
- Fig.2
- einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur 1;
- Fig.3
- einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig.1; und
- Fig.4
- schematisch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Klimaanlage.
- Fig.5
- schematisch eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Klimaanlage.
- Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, weist die dargestellte Einrichtung innerhalb des zylindrischen Gehäuses 1 einen drehzahlgeregelten Luftstromerzeuger 2 von beispiels weise 1,8 Watt zur Erzeugung eines Luftstromes 3, sowie einen in Strömungsrichtung diesem Luftstromerzeuger 2 nachgeschalteten ersten Strömungsleitapparat 4 zur Erzeugung einer mindestens annähernd laminaren Luftströmung auf.
- Eine fast laminare Luftströmung ist zur genauen Messung des durchströmenden Luftvolumens erforderlich.
- In diesem Laminarströmungsbereich 5 ist eine im Handel erhältliche Luftvolumenstrommesseinrichtung 6 und in Durchströmrichtung nach diesem Laminarströmungsbereich 5 ein zweiter, aus fünf Leitschaufeln 7 (siehe insbesondere Figur 3) bestehender Strömungsleitapparat 8 angeordnet. Dieser Leitapparat 8 erteilt der durchströmenden, mengenmässig genau geregelten Luft einen Drall um die Längsachse 9 des Brenners zur intensiven Vermischung der dosiert zugeführten Luft mit aus dem Ultraschall-Brennstoffzerstäuber 10 zugeführten, äusserst fein zerstäubtem Heizöl. Das letztere wird mittels einer nicht dargestellten Pumpe über die Leitung 11 und das Magnetventil 12 gänzlich drucklos dem mit einem piezoelektrischen Ultraschallschwinger versehenen Brennstoffzerstäuber 10 zugeführt.
- Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist eine mit der Luftvolumenstrom-Messeinrichtung 6 über eine Zuleitung 13 verbundene Recheneinheit 14 mit einem Lufttemperaturfühler 15, einem Luftdruckfühler 16 sowie einer Brennstoff-Durchflussmesseinrichtung 17 verbunden, und berechnet aus den derart ermittelten Parametern elektronisch umgehend die für eine nahstöchiometrische Verbrennung erforderliche genaue Luftmenge, und regelt, falls erforderlich, die Drehzahl des Luftstromerzeugers 2 nach bis die erforderliche Luftmenge exakt zugeführt wird.
- Selbstverständlich wäre es auch möglich, den Luftstromerzeuger 2 konstant drehen zu lassen und die zuzuführende Brennstoffmenge entsprechend den derart ermittelten Parametern zu regulieren.
- In Strömungsrichtung nach dem Brennstoffzerstäuber 10 ist ein Flammrohr 18 aus Keramik angeordnet, der anschliessende Feuerraum kann auf bekannte Weise mit Schamottstein ausgekleidet sein.
- Um den Apparateteil des Brenners vor übermässiger Wärme zu schützen, ist das Flammrohr 18 über eine Wärmeisolation 19 mit dem übrigen Teil des Brenners verbunden.
- Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der vorangehend beschriebene Brenner mit einem Heizkessel 21 und der letztere abgasseitig mit einem Schornstein 22 verbunden.
- Um unerwünschte Druckschwankungen im Schornstein 22 zu vermeiden, ist der Austritt des letzteren zur Erzielung einer möglichst geringen Beeinflussung des Schornsteinzuges durch den Schornsteinaustritt von aussen anströmenden Luftströmungen 23 mit einem Schornsteinhut 24 versehen. Ein solcher Schornsteinaufsatz ist z.B. unter der Bezeichnung "Basten-Regulator" (registrierte Marke) von der Firma Inventina AG., CH-7302 Landquart (Schweiz) erhältlich.
- Ein solcher Schornsteinaufsatz minimalisiert den Einfluss unterschiedlicher Windanströmungen der Schornsteinaustrittsmündung auf den natürlichen Zug im Schornstein 22, so dass der Luftdruck im Kessel 21 selbst bei sehr stark böigen Winden praktisch unbeeinflusst von solchen Schornsteinanströmungen bleibt, und stellt daher eine äusserst wichtige Komponente bei diesem Brennerkonzept dar.
- Der beschriebene Brenner ist selbst für die Verbrennung von weniger als 300 Gramm Heizöl pro Stunde verwendbar und erzeugt praktisch kein Geräusch.
- Die Zündeinrichtung und die Ansteuerung des piezoelektrischen Ultraschallschwingers sind handelsüblich und daher nicht näher beschrieben. Die gesamte elektrische Energieaufnahme dieses Brenners inklusive der Mess- und Regeleinrichtung übersteigt für ein Einfamilienhaus den Betrag von 10 bis 15 Watt nicht.
- Wird ein Zweistoffkessel 21′ (Figur 5) verwendet, dann ist abgasseitig, z.B. am Austritt aus diesem Kessel, zur nahstöchiometrischen Verbrennung von festen Brennstoffen ein CO- sowie ein CO₂-Fühler 25 respektive 26 angeordnet.
- Diese Fühler 25 und 26 sind elektrisch mit der Recheneinheit 14 verbunden, wobei die letztere derart programmiert ist, dass bei der Verbrennung von festen Brennstoffen im Kesselbrannraum in Abhängigkeit von den derart abgasseitig ermittelten CO- und CO₂-Ist-Werten und vorgegebenen entsprechenden Sollwerten die Drehzahl und/oder Drehrichtung des Luftstromerzeugers 2 auf die Erzielung einer nahstöchiometrischen Verbrennung mit geringem Luftüberschuss einreguliert wird.
- In Figur 5 ist ferner eine mit einer erfindungsgemässen Heizanlage versehene Klimaanlage zur Klimatisierung von Wohn- oder Büroräumen dargestellt.
- In Abhängigkeit von den dabei mittels der Fühler 27 und 28 ermittelten Raumklima-Ist-Werten (wie Sauerstoffgehalt, Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft) und den vorgegebenen Soll-Werten wird die aufzubereitende Zuluft über ein von der Recheneinheit 21′ volumenmässig entsprechend gesteuertes Regelorgan 29 zuerst einem mit der Kühlanlage 30 verbundenen ersten Wärmeaustauscher 31 und anschliessend einem mit der Heizanlage 21′ verbundenen zweiten Wärmeaustauscher 32 zugeleitet, wobei die Kühlanlage 30 und das die Wärmezufuhr zum zweiten Wärmeaustauscher 32 Regulierorgan 33 ebenfalls in Abhängigkeit von den ermittelten Raumklima-Istwerten und den vorgegebenen Soll-Werten von der Recheneinheit 21′ gesteuert werden.
- Der erste Wärmeaustauscher 31 kann zur Kühlung der zugeführten Zuluft 34 oder in Kombination mit dem zweiten Wärmeaustauscher 32 zur Entfeuchtung derselben eingesetzt werden.
- Dazu ist die Recheneinheit 14 mit einer im Zuluftkanal 35 angeordneten Luftvolumenstrommesseinrichtung 36 sowie einem Temperatur- und Feuchtigkeitsfühler 37 und 38 zur Ermittlung der entsprechenden Ist-Werte der Zuluft 34 verbunden.
- Im Zuluftkanal 35 ist ferner ein Wasser-Ultraschallzerstäuber 39 angeordnet, welcher in Abhängigkeit von im Luftkanal und/oder im zu klimatisierenden Raum 40 ermittelten und der Recheneinheit 14 zugeführten Feuchtigkeits-Ist-Werten und vorgegebenen Sollwerten bei Unterschreitung der letzteren den Feuchtigkeitsgehalt der durchströmenden Luft erhöht. In der Wasserzufuhrleitung 41 des Zerstäubers 39 ist ferner ein ebenfalls von der Recheneinheit 14 gesteuertes Magnetventil 42 angeordnet, um den Wasserzufluss zum Zerstäuber 39 zu regulieren.
- Ein mit einem piezoelektrischen Ultraschallgeber versehener Wasserzerstäuber 39 ist deswegen äusserst vorteilhaft, da es mit einem solchen Zerstäuber möglich ist, die erforderliche, zuzuführende Flüssigkeit in Form eines äusserst feinen Nebels in die durchströmende Zuluft 34 einzutragen.
- Um diesen Flüssigkeitsnebel einwandfrei in die durchströmende Zuluft 34 einzutragen, ist im Austrittsbereich des Ultraschallzerstäubers 39 ein aus Leitschaufeln bestehender Strömungsleitapparat 43 vorgesehen, welcher der mit Wasser anzureichernden, dosiert zugeführten Zuluft 34 in diesem Vermischungsbereich einen starken Drall um die Strömungslängsachse 44 erteilt.
- Auf diese Weise ist die dargestellte Klimaanlage nicht wie bisher kontinuierlich, sondern nur bei von den Raumklima-Sollwerten zu stark abweichenden Istwerten in korrigierendem Sinn in Einsatz, was eine bedeutende Energieeinsparung ermöglicht, und ein mit den verschiedenen Nachteilen und Gefahren verbundener zu geringer Luftwechsel als auch eine zu hohe Durchlüftung mit entsprechend hohen Heizkosten verhindert werden kann.
Claims (4)
- Heizanlage mit einem Brenner zur drucklosen Zerstäubung und nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen und einem mit diesem Brenner (20) abgasseitig verbundenen Abgasschornstein, wobei der Brenner (20) einen drehzahlgeregelten Luftstromerzeuger (2) zur Erzeugung des jeweils für die nahstöchiometrische Verbrennung erforderlichen Luftvolumenstromes, einen in Strömungsrichtung diesem Luftstromerzeuger (2) nachgeschalteten ersten Strömungsleitapparat (4) zur Erzeugung einer mindestens annähernd laminaren Luftströmung, eine in diesem Laminarströmungsbereich (5) angeordnete Luftvolumenstrom-Messeinrichtung (6), einen in Durchströmrichtung nach diesem Laminarströmungsbereich (5) angeordneten zweiten Strömungsleitapparat (8), der derart ausgebildet ist, um der dem Zerstäubungsbereich eines Ultraschall-Brennstoffzerstäubers (10) geregelt zugeführten Verbrennungsluft vor deren Vermischung mit dem zerstäubten Brennstoff einen Drall zu erteilen, derart, daß die Drallachse mindestens annähernd mit der Zerstäubungshauptrichtung des Brennstoffzerstäubers (10) zusammenfällt, und eine mit der Luftvolumenstrom-Messeinrichtung (6) verbundene Recheneinheit (14) zur Regelung der Drehzahl und/oder Drehrichtung des Luftstromerzeuges (2) in Abhängigkeit von der dem Brennstoffzerstäuber (10) zugeführten Brennstoffmenge aufweist, wobei die Recheneinheit (14) zusätzlich mit einer Temperatur- und Drucksonde (15 bzw. 16) zur Ermittlung der entsprechenden Parameter der angesaugten Verbrennungsluft verbunden ist und aus den derart ermittelten Ist-Werten und den vorgegebenen Soll-Werten umgehend die gegebenenfalls erforderlichen Regelgrössen errechnet und der Austritt des Abgasschornsteines (22) zur Erzielung einer möglichst geringen Beeinflussung des Schornsteinzuges durch dessen Austritt von außen anströmenden Luftströmungen (23) mit einem Schornsteinhut (24) verbunden ist.
- Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich des Brennstoffzerstäubers (10) von einem vorzugsweise aus Keramik bestehenden Flammrohr (18) umgeben und dieses vorzugsweise wärmeisoliert mit dem übrigen Teil der Einrichtung verbunden ist.
- Heizanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Brennstoffzerstäuber (10) mit einem piezoelektrischen Ultraschallschwinger versehen ist.
- Heizanlage nach Anspruch 1 mit einem Zweistoffkessel (21'), dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere in Durchströmrichtung gesehen nach dem Brennraum, ein CO-sowie ein CO₂-Fühler (25,26) angeordnet und diese elektrisch mit der Recheneinheit (14) verbunden sind.
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