EP0369950B1 - Heating installation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Heizanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heating system according to the preamble of
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.It is known to atomize liquid fuels using a high fuel pressure and an atomizing nozzle or with the aid of additional compressed air, and to atomize the fuel atomized in this way with the aid of a Mix the air blower into an ignitable fuel-air mixture.
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.However, these known burners have the disadvantages that their operation requires a relatively high drive power, that they are relatively noisy in operation and complex in construction and maintenance, and that they operate only in a single, very specific atmospheric state in which they occur have been set to work optimally, but this is naturally only rarely the case, since the atmospheric parameters that are important for optimal combustion, such as air pressure, temperature, chimney draft, blowing direction and strength at the chimney outlet mouth, etc. naturally vary continuously. Furthermore, the smallest amount of fuel that can still be burned perfectly per unit of time is still too high for many locations.
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.In addition, 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 .
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.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.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mittels einer Heizanlage nach Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by means of a heating system according to
Zweckmäßige Weiterausgestaltungen der erfindungsgemässen Heizanlage sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.Advantageous further developments of the heating system according to the invention are the subject of claims 2 to 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.
- Fig. 1
- a longitudinal section through an example embodiment of a device according to the invention
- Fig. 2
- a section along the line II-II in Figure 1;
- Fig. 3
- a section along the line III-III in Fig.1; and
- Fig. 4
- schematically an example embodiment of an air conditioning system according to the invention.
- Fig. 5
- schematically an example embodiment of an air conditioning system according to the invention.
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.As can be seen from FIGS. 1 to 3, the device shown has a speed-controlled air flow generator 2 of example within the
Eine fast laminare Luftströmung ist zur genauen Messung des durchströmenden Luftvolumens erforderlich.An almost laminar air flow is necessary for the precise measurement of the air volume flowing through.
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.A commercially available air volume
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.As can be seen from FIG. 4, a
Selbstverständlich wäre es auch möglich, den Luftstromerzeuger 2 konstant drehen zu lassen und die zuzuführende Brennstoffmenge entsprechend den derart ermittelten Parametern zu regulieren.Of course, it would also be possible to have the airflow generator 2 rotate constantly and to regulate the amount of fuel to be supplied in accordance with the parameters determined in this way.
In Strömungsrichtung nach dem Brennstoffzerstäuber 10 ist ein Flammrohr 18 aus Keramik angeordnet, der anschliessende Feuerraum kann auf bekannte Weise mit Schamottstein ausgekleidet sein.A
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.In order to protect the apparatus part of the burner from excessive heat, the
Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist der vorangehend beschriebene Brenner mit einem Heizkessel 21 und der letztere abgasseitig mit einem Schornstein 22 verbunden.As can be seen from FIG. 4, the burner described above is connected to a
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.In order to avoid undesirable pressure fluctuations in the
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.Such a chimney cap minimizes the influence of different wind flows from the chimney outlet mouth on the natural draft in the
Der beschriebene Brenner ist selbst für die Verbrennung von weniger als 300 Gramm Heizöl pro Stunde verwendbar und erzeugt praktisch kein Geräusch.The burner described can even be used to burn less than 300 grams of heating oil per hour and generates practically no noise.
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.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.
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.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
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.These
In Figur 5 ist ferner eine mit einer erfindungsgemässen Heizanlage versehene Klimaanlage zur Klimatisierung von Wohn- oder Büroräumen dargestellt.FIG. 5 also shows an air conditioning system provided with a heating system according to the invention for air conditioning living rooms or offices.
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.Depending on the actual room climate values determined by means of sensors 27 and 28 (such as oxygen content, temperature and moisture content of the room air) and the predetermined target values, the supply air to be treated is first controlled by a
Der erste Wärmeaustauscher 31 kann zur Kühlung der zugeführten Zuluft 34 oder in Kombination mit dem zweiten Wärmeaustauscher 32 zur Entfeuchtung derselben eingesetzt werden.The
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.For this purpose, the
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.A water
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.A
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.In order to properly enter this liquid mist into the
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.In this way, 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.
Claims (4)
- Heating installation with a burner for unpressurized atomisation and near stoichiometric combustion of liquid or gaseous fuels and a exhaust gas chimney connected to the exhaust gas side of this burner (20), whereby the burner (20) is connected to a speed-controlled air-flow generator (2) for the generation of the air volume flow as required for the near stoichiometric combustion; and to a first flow guide appliance (4) mounted downstream of the air-flow generator (2) in flow direction for the generation of an almost laminar air flow; and to an air volume flow meter (6) fitted to this laminar flow area (5); and to a second flow guide appliance (8) fitted downstream of this laminar air flow area (5) in direct flow direction, which has been designed in such a way that the combustion air supplied in a controlled way to the atomisation area of an ultrasonic fuel atomiser (10) is given a swirl before mixing with the atomised fuel so that the swirl axle almost coincides with the main atomisation direction of the fuel atomiser (10); and to a computer system (14) linked to the air volume flow meter (6) for the control of the speed and/or sense of rotation of the air flow generator (2) in dependence of the amount of fuel supplied to the fuel atomiser (10) whereby the computer system (14) is connected to a temperature and a pressure probe (15 respectively 16) in addition for the determination of the corresponding parameters of the combustion air drawn in, and calculates the potentially required controlled variables from the real values determined and the pre-set set values; and the outlet of the exhaust gas chimney (22) is covered with a chimney cowl (24) in order to keep the influence of the draught of the chimney as low as possible, which occurs at the outlet through the on-coming air flows (23).
- Heating installation, according to claim 1, characterised in that the outlet area of the fuel atomiser (10) consists of a heating tube preferably made of ceramics, and that this part is linked to the other parts of the equipment preferably in heat insulated condition.
- Heating installation, according to claim 1 or 2, characterised in that the ultrasonic fuel atomiser (10) is provided with a piezo-electrical ultrasonic transmitter.
- Heating installation, according to claim 1, with a heating boiler (21') characterised in that, downstream from the combustion chamber, especially in flow direction, a CO as well as a CO₂ sensor (25, 26) are fitted, which are electrically connected to the computer system (14).
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