EP1698828A2 - Feuerungsanlage, insbesondere System zur lufttechnischen bzw. abgastechnischen Regelung einer Feuerungsanlage - Google Patents

Feuerungsanlage, insbesondere System zur lufttechnischen bzw. abgastechnischen Regelung einer Feuerungsanlage Download PDF

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EP1698828A2
EP1698828A2 EP06002373A EP06002373A EP1698828A2 EP 1698828 A2 EP1698828 A2 EP 1698828A2 EP 06002373 A EP06002373 A EP 06002373A EP 06002373 A EP06002373 A EP 06002373A EP 1698828 A2 EP1698828 A2 EP 1698828A2
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temperature
influencing
furnace according
fireplace
controllable
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Kutzner and Weber GmbH
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Kutzner and Weber GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N5/187—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using electrical or electromechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/245—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electrical or electromechanical means

Definitions

  • the invention relates to a furnace with a fireplace, connected to the fireplace exhaust line arrangement for the derivation of the combustion process in the fireplace resulting exhaust gases, a controllable means for influencing the operating conditions of the fireplace and a control device for controlling the device for influencing the operating conditions of the fireplace.
  • the invention is particularly concerned with the problem of the ventilation or exhaust gas control for furnaces, such. Stoves, gas heaters etc.
  • the combustion operation of a fireplace of the type considered here depends in each case on given fuel in particular from the supply of combustion air and from the chimney draft and thus the exhaust gas flow in the exhaust gas line arrangement.
  • the combustion air supply depend on whether supply flaps are open or closed, living room windows are open or closed, if a living room ventilation device, such as a component of an air conditioner is currently in operation, whether a ventilation device or possibly a cooker hood currently is in operation, etc.
  • the exhaust flow depends inter alia from the Kamingeometrie, the temperature difference between the firing side connection and the chimney outlet of the exhaust pipe arrangement and any weather conditions, such as air pressure, wind, etc. from.
  • draft limiters, exhaust gas flaps, exhaust gas extraction devices, etc. are known for influencing the exhaust gas flow.
  • the invention has for its object to provide an improved furnace system of the type mentioned and in particular a control and operating concept for such a furnace, which allows a reliable and largely optimized combustion operation of the fireplace.
  • the invention proposes that a flow measuring arrangement is provided and adapted to detect the exhaust gas flow in the exhaust pipe assembly by measurement, wherein the control device is prepared to control the device for influencing the operating conditions of the fireplace in accordance with measurement effects of the flow measuring arrangement.
  • motor controllable inlet flaps As means for influencing the operating conditions of the fireplace, e.g. in question: motor controllable inlet flaps, supply air blower, extractor hoods, living room ventilation devices, etc.
  • the above-mentioned components or facilities relate to the aspect of influencing the combustion air supply.
  • Other suitable devices for influencing the operating conditions of the fireplace are: engine-controllable draft regulators, motor-controllable exhaust flaps, smoke extraction devices, etc.
  • the latter components or devices relate to the aspect of influencing the exhaust gas flow.
  • At least one operating condition on the supply air side or on the exhaust side of the fireplace is influenced as a function of the measured exhaust gas flow and thus as a function of the chimney draft.
  • the operating temperature of the fireplace or / and a temperature derived therefrom for example the room temperature in the installation room of the fireplace, are preferably also measured and included in the control of the components influencing the operating conditions.
  • the state of further, the combustion air supply or optionally the exhaust gas flow mitbepedder elements is queried by means of relevant sensors from the control device and included in the control process or control process.
  • the controller window switch which opens the states living room window and closed housing window closed.
  • a corresponding furnace door switch may be provided, by means of which the control device the Can monitor closed state of the oven door.
  • means for detecting the respective positions of flap components of the furnace such as continuously or continuously controllable or discontinuously controllable Zu Kunststoffklappen, exhaust valves, draft regulators, etc. are provided.
  • the controller is programmed to incorporate the states of the monitored parameters into the control of the firing site's firing condition.
  • An embodiment of the invention relates to a combustion chamber with a room-air-independent fireplace, which has a combustion air supply arrangement, wherein a flow measuring arrangement is provided for detecting the combustion air flow in the Verbrennungs Kunststoffzu exitsanordung.
  • the control device is set up to influence the combustion operating conditions of the fireplace also under consideration of the measured combustion air flow in the sense of optimizing the combustion mode.
  • a respective temperature measuring arrangement is preferably used to detect a temperature difference in the flowing medium between two consecutive points in the flow path, wherein at least one provided between the two locations controllable temperature influencing element serves to locally cause a change in temperature of the flowing medium (exhaust gas or possibly supply air), which then as a flow-dependent measurement effect in the temperature difference measurement can be detected.
  • the temperature measuring sensor is preferably a thermocouple in question, which already allows a temperature difference detection at two measuring points.
  • the flow measuring arrangement makes it possible to determine whether, in which direction and at what speed the medium flows. If the medium flows, for example, in the direction from the first location to the second location of the temperature difference monitoring, the "thermal disturbance" triggered by the temperature influencing element is carried by the flowing medium to the downstream, ie second measuring point, so that there a temperature change with respect to the upstream, ie Here the first measuring point is recorded. If the medium flows in the opposite direction, this is to be determined in a corresponding manner on the basis of the temperature difference between the two temperature difference measuring points.
  • the temperature difference detection takes place according to a preferred embodiment of the invention using a thermopile of several series-connected high-temperature thermocouples, such as NiCr-Ni thermocouples or PtRh thermocouples.
  • the temperature-influencing element is preferably a heating element, in particular a heating resistor whose heating power is adjustable.
  • the temperature of the heating element is to be chosen so that it is greater than the temperature of the exhaust gases flowing to the measuring arrangement.
  • the heating element should be provided in the vicinity of the first temperature difference measuring point.
  • measuring operation there are various possibilities of measuring operation.
  • continuous continuous monitoring of the temperature difference between the two temperature difference measuring points takes place, wherein information about the flow behavior of the exhaust gas can be derived from changes in the temperature difference.
  • the evaluation device of the control device assigned to the flow measuring device can be programmed to use the time that passes between cooling of the upstream measuring point and heating of the downstream measuring point as an indicator of the flow velocity as the flow velocity of the exhaust gas changes.
  • a dynamic measuring mode is possible in which e.g. the temporal temperature difference change measured by the switch-on of the heating element is measured and the measured values are evaluated to provide information about flow behavior.
  • the heating element is preferably switched off between two measuring cycles, so that it assumes the normal exhaust gas temperature as the starting temperature for the next measuring cycle.
  • the temperature difference changes to be measured can also be evaluated for flow evaluation.
  • the invention further relates to a method for detecting the exhaust gas flow in an exhaust pipe arrangement in a furnace, which is characterized in that by means of a temperature measuring arrangement, in particular thermocouple temperature measuring arrangement, a temperature difference in the flowing medium between at least two consecutive points in the flow path is detected and a temperature-influencing element in the form of a heating element and / or a cooling element is operated at a third point located between the two locations to produce the temperature difference, wherein the temperature difference measured values are evaluated to determine the direction and / or the strength of the exhaust gas flow.
  • a temperature measuring arrangement in particular thermocouple temperature measuring arrangement
  • the temporal change of the temperature difference is measured as a step response to the switching on of the temperature influencing element, wherein information about the exhaust gas flow behavior is derived from the measured values.
  • FIG. 1 To explain the concept of the invention of the air and / or exhaust gas control to optimize the combustion operation of a fireplace is shown in Fig. 1 in a simplified manner a furnace with a stove 1 as ambient air-dependent solid fuel fireplace in a living room 2.
  • the stove 1 is connected via an exhaust pipe 3 to the chimney 5, wherein the exhaust pipe arrangement of the exhaust pipe 3 and the chimney 5, the exhaust gases resulting from the combustion operation of the stove 1 passes outside.
  • a smoke aspirator 7 which can be activated with increased chimney draft requirement to suck the exhaust gases into the open.
  • the chimney 7 may be for example a functioning according to the injector principle chimney in which a fan 9 promotes outside air into the annulus area 11, which then emerges upwardly out of the opening 13 of the chimney 7 together with the exhaust gases.
  • the exhaust gases are discharged through the chimney extension pipe section 15 of the chimney 7. The stronger the parallel air flow generated by the blower 9, the greater the injector suction effect with which the exhaust gases are forcibly discharged. If the chimney draft, so the thermal buoyancy of the chimney 5 sufficient for optimum combustion operation of the furnace 1, the smoke extractor 7 may remain inactive.
  • a controllable draft regulator 17 is provided, which is preferably a so-called combined secondary air device or a forced-controlled secondary air device.
  • An electromotive actuator 21 serves to forcibly control the secondary air damper 19 as needed. The actuator is deactivated, so that the secondary air damper 19 can then operate in a known manner differential pressure controlled.
  • a controllable room ventilation device 23 serves, if necessary, to convey fresh air into the installation room of the stove 1.
  • a window contact switch 27 In the installation room 2 of the stove 1 is also a cooker hood 29 which promotes air in the on state from the room 2 via the line 31 to the outside.
  • the exhaust pipe 3 is shown broken in two places, around an exhaust flap 33 and a flow measuring arrangement 35 (both shown in simplified form) to make recognizable.
  • the position of the exhaust valve 33 is continuously controllable by means of the electromotive actuator 37. It could alternatively or additionally be provided between two end positions switchable exhaust flap.
  • the flow measuring arrangement 35 comprises at least one thermocouple with a thermocouple of two different electrical conductors (thermo legs 39, 41).
  • the welding joint 43 of the two thermo legs 39, 41 forms a measuring point.
  • the thermo legs 39, 41 are connected to measuring lines 49, 50, which are connected to the evaluation and control device 45.
  • the connection point 47 between the thermo leg 39 and the connecting line 49 is located in the exhaust path from the stove 1 to the chimney 5 behind the measuring point 43 and forms a reference point for the detection of temperature differences between the two points 43 and 47.
  • the evaluation and control device 45 evaluates the Thermocouple supplied thermoelectric voltage signal.
  • In the immediate vicinity of the first measuring point 43 is a heating element 51, whose heating current is provided by the evaluation and control device 45.
  • the activation of the heating element 51 causes the measuring point 43 to undergo greater heating than the measuring point (reference) 47, wherein an equilibrium state of the temperature difference within a certain time after switching on the heating element 51 between positions 43 and 47.
  • the thermal conditions on the flow measuring arrangement change to the fact that the upstream in the flow path measuring point 43 under the thermal influence of coming from the stove 1 exhaust gas and thus at least tends to the temperature assumes this exhaust gas.
  • the exhaust gas flows past the heating element 51 behind the point 43, it then comes for partially heating this exhaust gas, provided that the temperature of the heating element 51 is above the normal exhaust gas temperature.
  • the heating element 51 thus generates a "thermal disturbance" in the exhaust gas flow, which is carried to the second point 47 and there gives rise to a temperature increase, which is reflected in the temperature difference signal of the thermocouple.
  • the flow measuring arrangement 35 allows both the determination of the flow direction and the flow velocity, so that it can be used to check and monitor the train in the exhaust pipe arrangement 3, 5. As installation location for the flow measuring arrangement 35, the chimney 5 would also be suitable.
  • the flow and temperature information obtained by means of the flow measuring arrangement 35 can be used to control the components 7, 17, 23, 29 or / and 33 by means of a control device 53 in the sense of optimizing the burning operation of the stove 1.
  • the control device 53 is in signal transmission connection with actuators 10, 21, 24, 32, 37 of these components as well as with feedback sensors (not shown), which indicate the respective setting state of said components. Further, the controller 53 monitors the sigal of the window switch 27 and an oven door switch 55 indicating the closed state of the oven door.
  • the signal transmission between control device 53 and the aforementioned actuators and feedback sensors can be done via wires or / and over radio links. Also a so-called power-line data transmission over the power supply network is conceivable within the scope of the invention.
  • a respective operating mode of the stove 1 is preselected.
  • the control device 53 then carries out a status check of the furnace in accordance with the program sequence, the feedback sensors of the Components 7, 17, 23, 27, 29, 33, 55 are queried, whereupon the respective actuators 9, 21, 24, 32, 37 are driven as required by the selected program to affect the operating conditions for the chimney 1.
  • the controller 53 determines that the oven door 57 or / and the window 25 are to be opened or closed, it may issue a respective visual and / or audible indication to the operator.
  • a tensile test is then regularly carried out, i. Measurement of the exhaust gas flow by means of the flow measuring arrangement 35 and a check of the furnace operating temperature and / or possibly the room temperature by means of the temperature sensors 60, 62, whose measurement signals are also taken into account by the control device 53.
  • the room temperature sensor 62 may be e.g. to act a sensor for measuring the "sensed" temperature, as described in EP 1 121 609 B1.
  • the control device 53 changes the states of the components influencing the combustion operation by supplying corresponding signals to the adjusting devices.
  • This can mean that the chimney 7 is switched on or off or possibly influenced in its suction power and / or that the operation of the room ventilation 23 is changed or turned off and / or the hood 29 is switched on or off or influenced in their suction power or / and the exhaust valve 33 is adjusted or / and the secondary air damper 19 is adjusted or / and a supply air flap 64 of the stove 1 is opened or closed by controlling its actuator 66.
  • FIG. 1 embodiment of the invention thus represents a system which monitor the supply air and exhaust gas flow of the fireplace 1 and components that affect the combustion operation, can control to optimize the operation of the Feru réellesstrom as far as possible and to avoid malfunction.
  • the hearth is also a so-called pellet stove in question, which is set up for burning solid fuel pellets.
  • Tension regulators can be used to protect the fireplace from sooting.
  • Safety-related parameters such as the level of low temperature, should only be changed by authorized persons, for example after entering a four- to six-digit password.
  • an optical or / and audible alarm signal to be acknowledged should be output by the control device.
  • the control concept of the invention should further include a function for safe "shutdown" of the fireplace.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage mit einer Feuerstätte (1), einer an der Feuerstätte (1) angeschlossenen Abgasleitungsanordnung (3, 5) zur Ableitung der beim Brennvorgang in der Feuerstätte (1) entstehenden Abgase, einer steuerbaren Einrichtung (7, 17, 23, 29, 33, 64) zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte (1), und einer Steuereinrichtung (53) zur Steuerung der Einrichtung (7, 17, 23, 29, 33, 64) zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte (1), worin eine Strömungsmessanordnung (35) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, die Abgasströmung in der Abgasleitungsanordnung (3, 5) messtechnisch zu erfassen, wobei die Steuereinrichtung (53) dazu eingerichtet ist, die Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte nach Maßgabe von Messeffekten der Strömungsmessanordnung (35) zu steuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage mit einer Feuerstätte, einer an der Feuerstätte angeschlossenen Abgasleitungsanordnung zur Ableitung der beim Brennvorgang in der Feuerstätte entstehenden Abgase, einer steuerbaren Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte. Die Erfindung befasst sich insbesondere mit der Problematik der lufttechnischen bzw. abgastechnischen Regelung für Öfen, wie z.B. Kaminöfen, Gasthermen etc.
  • Der Brennbetrieb einer Feuerstätte der hier betrachteten Art hängt bei jeweils gegebenem Brennstoff insbesondere von dem Verbrennungsluftangebot und von dem Kaminzug und somit der Abgasströmung in der Abgasleitungsanordnung ab. So kann z.B. bei in Wohnräumen aufgestellten Kaminöfen oder Gasthermen das Verbrennungsluftangebot davon abhängen, ob Zuluftklappen geöffnet oder geschlossen sind, ob Wohnraumfenster geöffnet bzw. geschlossen sind, ob eine Wohnraumlüftungseinrichtung, etwa als Komponente einer Klimaanlage aktuell in Betrieb ist, ob eine Entlüftungsvorrichtung oder ggf. eine Dunstabzugshaube aktuell in Betrieb ist, etc. Die Abgasströmung hängt u.a. von der Kamingeometrie, dem Temperaturunterschied zwischen dem feuerstättenseitigen Anschluss und dem Kaminausgang der Abgasleitungsanordnung und etwaigen Witterungsbedingungen, wie Luftdruck, Wind etc. ab. Zur Beeinflussung der Abgasströmung sind Zugbegrenzer, Abgasklappen, Abgasabsaugeinrichtungen etc. bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Feuerungsanlage der eingangs genannten Art und insbesondere ein Steuerungs- und Betriebskonzept für eine solche Feuerungsanlage bereitzustellen, welches einen zuverlässigen und weitgehend optimierten Brennbetrieb der Feuerstätte ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass eine Strömungsmessanordnung vorgesehen und dazu eingerichtet ist, die Abgasströmung in der Abgasleitungsanordnung messtechnisch zu erfassen, wobei die Steuereinrichtung dazu vorbereitet ist, die Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte nach Maßgabe von Messeffekten der Strömungsmessanordnung zu steuern.
  • Als Einrichtungen zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte kommen z.B. in Frage: motorisch steuerbare Zuluftklappen, Zuluftgebläse, Dunstabzugshauben, Wohnraumlüftungseinrichtungen etc. Die vorstehend genannten Komponenten bzw. Einrichtungen betreffen den Aspekt der Beeinflussung des Verbrennungsluftangebotes. Als Einrichtungen zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte kommen darüber hinaus in Frage: motorisch steuerbare Zugregler, motorisch steuerbare Abgasklappen, Rauchabsaugeinrichtungen etc. Letztere Komponenten bzw. Einrichtungen betreffen den Aspekt der Beeinflussung des Abgasstromes.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Beeinflussung wenigstens einer Betriebsbedingung auf der Zuluftseite oder auf der Abgasseite der Feuerstätte in Abhängigkeit vom gemessenen Abgasstrom und somit in Abhängigkeit vom Kaminzug. Ferner wird vorzugsweise auch die Betriebstemperatur der Feuerstätte oder/und eine daraus abgeleitete Temperatur, z.B. die Raumtemperatur im Aufstellraum der Feuerstätte, gemessen und in die Steuerung der die Betriebsbedingungen beeinflussenden Komponenten einbezogen. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass der Zustand weiterer, das Verbrennungsluftangebot oder ggf. den Abgasstrom mitbestimmender Elemente mittels betreffender Sensoren von der Steuereinrichtung abgefragt und in den Steuerprozess bzw. Regelungsprozess einbezogen wird. Als Beispiel hierfür kann z.B. ein von der Steuereinrichtung überwachter Fensterschalter sein, welcher die Zustände Wohnraumfenster geöffnet und Wohnraumfenster geschlossen erfasst. Bei einem Kaminofen kann ein entsprechender Ofentürschalter vorgesehen sein, mittels welchem die Steuereinrichtung den Schließzustand der Ofentür überwachen kann.
  • Vorzugsweise sind auch Mittel zur Detektion der jeweiligen Stellungen von Klappenkomponenten der Feuerungsanlage, etwa kontinuierlich bzw. stetig steuerbaren oder diskontinuierlich steuerbaren Zuluftklappen, Abgasklappen, Zugreglern etc. vorgesehen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem Rauchabsauger ist ferner vorgesehen, dass auch der aktuelle Betriebszustand des Rauchabsaugers detektiert und von der Steuereinrichtung abgefragt wird.
  • Die Steuereinrichtung ist so programmiert, dass sie die Zustände der überwachten Parameter in die Steuerung bzw. Regelung der zuluftseitigen bzw. abgasseitigen Brennbetriebsbedingungen der Feuerstätte einbezieht.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage mit raumluftunabhängiger Feuerstätte, welche eine Verbrennungsluftzuführungsanordnung aufweist, wobei eine Strömungsmessanordnung zur Erfassung der Verbrennungsluftströmung in der Verbrennungsluftzuführungsanordung vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung ist in diesem Fall dazu eingerichtet, die Brennbetriebsbedingungen der Feuerstätte auch unter Berücksichtigung des gemessenen Verbrennungsluftstromes im Sinne der Optimierung des Brennbetriebs zu beeinflussen.
  • Für die Strömungsmessung in der Abgasleitungsanordnung und - sofern vorgesehen - für die Strömungsmessung in der Verbrennungsluftzuführung wird vorzugsweise eine jeweilige Temperaturmessanordnung zur Erfassung eines Temperaturunterschiedes in dem strömenden Medium zwischen zwei im Strömungsweg hintereinander liegenden Stellen verwendet, wobei wenigstens ein zwischen den beiden Stellen vorgesehenes steuerbares Temperaturbeeinflussungselement dazu dient, lokal eine Temperaturänderung des strömenden Mediums (Abgas oder ggf. Zuluft) hervorzurufen, welche dann als von der Strömung abhängiger Messeffekt bei der Temperaturdifferenzmessung erfasst werden kann.
  • Zum Stand der Technik einer solchen Strömungsmessanordnung und Messbetriebsweise wird auf die DE 196 23 174 C1 verwiesen.
  • Wie in der DE 196 23 174 C1 bereits erläutert, kommt als Temperaturmesssensor vorzugsweise ein Thermoelement in Frage, welches bereits eine Temperaturdifferenzerfassung an zwei Messstellen ermöglicht.
  • Die Strömungsmessanordnung ermöglicht es, festzustellen, ob, in welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit das Medium strömt. Strömt das Medium beispielsweise in Richtung von der ersten Stelle zur zweiten Stelle der Temperaturdifferenzüberwachung, so wird die von dem Temperaturbeeinflussungselement ausgelöste "thermische Störung" vom strömenden Medium zu der stromabwärtigen, also hier zweiten Messstelle mitgeführt, so dass dort eine Temperaturänderung gegenüber der stromaufwärtigen, also hier der ersten Messstelle zu verzeichnen ist. Sollte das Medium in entgegengesetzter Richtung strömen, so ist dies in entsprechender Weise anhand der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturdifferenzmessstellen festzustellen.
  • Bei der Abgasströmungsmessung, welche eine unmittelbare Information über den jeweiligen Kaminzug liefert, erfolgt die Temperaturdifferenzerfassung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer Thermosäule aus mehreren hintereinander geschalteten Hochtemperatur-Thermoelementen, etwa NiCr-Ni-Thermoelementen oder PtRh-Thermoelementen. Das Temperaturbeeinflussungselement ist vorzugsweise ein Heizelement, insbesondere ein Heizwiderstand, dessen Heizleistung einstellbar ist. Die Temperatur des Heizelementes ist so zu wählen, dass sie größer ist als die Temperatur der zu der Messanordnung strömenden Abgase.
  • Wie auch schon bereits in der DE 196 23 174 C1 für den allgemeinen Fall der Strömungsmessung vorgeschlagen, sollte das Heizelement in der Nähe der erstenTemperaturdifferenzmessstelle vorgesehen sein.
  • Es bestehen verschiedene Möglichkeiten des Messbetriebs. So kann gemäß einer ersten Variante des Messbetriebs eine kontinuierliche laufende Überwachung der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturdifferenzmessstellen erfolgen, wobei aus Änderungen der Temperaturdifferenz Informationen über das Strömungsverhalten des Abgases abzuleiten sind. Dabei kann die der Strömungsmessanordnung zugeordnete Auswerteeinrichtung der Steuereinrichtung dazu programmiert sein, bei Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases die Zeit, die zwischen Abkühlen der stromaufwärtigen Messstelle und Erwärmen der stromabwärtigen Messstelle vergeht, als Indikator für die Fließgeschwindigkeit heranzuziehen.
  • Ferner ist auch ein dynamischer Messmodus möglich, bei dem z.B. die zeitliche Temperaturdifferenzänderung gemessen vom Einschaltzeitpunkt des Heizelementes gemessen und die Messwerte zur Bereitstellung von Informationen über Strömungsverhalten ausgewertet werden. Dabei wird das Heizelement zwischen zwei Messzyklen vorzugsweise ausgeschaltet, so dass es die normale Abgastemperatur als Ausgangstemperatur für den nächsten Messzyklus einnimmt. Auch die dabei zu messenden Temperaturdifferenzänderungen können zur Strömungsbewertung ausgewertet werden.
  • Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere zu nutzen bei Feuerungsanlagen mit einem Kaminofen oder einer Gastherme in einem Wohnraum, wobei die erfindungsgemäß erzielbare abgastechnische und zulufttechnische Regelung bzw. Komponentensteuerung einen weitgehend optimierten Brennbetrieb ermöglicht. Wie schon oben angesprochen, kommen als Stellglieder Zuluftklappen, Abgasklappen, Zugregler, Dunstabzugshaubenschalter, Wohnraumlüftungsschalter, Rauchsauger etc. in Frage, wobei jeweilige Istwerte von Abgasströmungsmessanordnungen, Zuluftströmungsmessanordnungen, einem Ofentürschalter, Fensterschaltern, Zugregler-Stellungssensoren, Abgasklappen-Stellungssensoren, Gasthermen-Thermostaten etc. von der Steuereinrichtung überwacht und in die Steuerungsprozesse einbezogen werden können.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Erfassung der Abgasströmung in einer Abgasleitungsanordnung in einer Feuerungsanlage, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels einer Temperaturmessanordnung, insbesondere Thermoelement-Temperaturmessanordnung, eine Temperaturdifferenz in dem strömenden Medium zwischen wenigstens zwei im Strömungsweg hintereinander liegenden Stellen erfasst wird und an einer zwischen den beiden Stellen liegenden dritten Stelle ein Temperaturbeeinflussungselement in Form eines Heizelementes oder/und eines Kühlelementes betrieben wird, um die Temperaturdifferenz zu erzeugen, wobei die Temperaturdifferenzmesswerte zur Bestimmung der Richtung oder/und der Stärke des Abgasstromes ausgewertet werden.
  • Gemäß einer Verfahrensvariante wird die zeitliche Änderung der Temperaturdifferenz als Sprungantwort auf das Einschalten des Temperaturbeeinflussungselementes gemessen, wobei aus den Messwerten Informationen über das Abgasströmungsverhalten abgeleitet werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 näher erläutert.
  • Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Konzeptes der luft- und/oder abgastechnischen Regelung zur Optimierung des Brennbetriebs einer Feuerstätte ist in Fig. 1 in vereinfachter Weise eine Feuerungsanlage mit einem Kaminofen 1 als raumluftabhängige Festbrennstoff-Feuerstätte in einem Wohnraum 2 dargestellt. Der Kaminofen 1 ist über ein Abgasrohr 3 an den Kamin 5 angeschlossen, wobei die Abgasleitungsanordnung aus Abgasrohr 3 und Kamin 5 die beim Brennbetrieb des Kaminofens 1 anfallenden Abgase nach draußen leitet.
  • Im Beispielsfall der Fig. 1 ist an der Schornsteinausmündung ein Rauchsauger 7 vorgesehen, welcher bei erhöhtem Kaminzugbedarf aktivierbar ist, um die Abgase ins Freie abzusaugen. Der Rauchsauger 7 kann z.B. ein nach dem Injektor-Prinzip funktionierender Rauchsauger sein, bei dem ein Gebläse 9 Außenluft in den Ringraumbereich 11 fördert, welche dann nach oben hin aus der Öffnung 13 des Rauchsaugers 7 gemeinsam mit den Abgasen austritt. Die Abgase werden über das Kaminverlängerungsrohrstück 15 des Rauchsaugers 7 ausgebracht. Je stärker der von dem Gebläse 9 erzeugte Parallelluftstrom ist, desto größer ist der Injektor-Saugeffekt, mit dem die Abgase zwangsweise ausgebracht werden. Falls der Kaminzug, also der thermische Auftrieb des Kamins 5 für einen optimalen Brennbetrieb des Ofens 1 ausreicht, kann der Rauchsauger 7 inaktiv bleiben.
  • Zur Beeinflussung des Kaminzugs ist ein steuerbarer Zugbegrenzer 17 vorgesehen, bei dem es sich vorzugsweise um eine sogenannte kombinierte Nebenluftvorrichtung oder eine zwangsgesteuerte Nebenluftvorrichtung handelt. Je nach Stellung der Nebenluftklappe 19 kann mehr oder weniger Luft von außen in den Kamin 5 einströmen, um den Kaminzug zu begrenzen. Ein elektromotorisches Stellglied 21 dient dazu, die Nebenluftklappe 19 bei Bedarf zwangszusteuern. Das Stellglied ist deaktivierbar, so dass die Nebenluftklappe 19 dann in bekannter Weise differenzdruckgesteuert funktionieren kann.
  • Eine steuerbare Raumbelüftungseinrichtung 23 dient dazu, bedarfsweise Frischluft in den Aufstellraum des Kaminofens 1 zu fördern.
  • Sofern das Fenster 25 geöffnet ist, kann Frischluft außerdem durch dieses Fenster 25 in den Aufstellraum 2 gelangen. Zur Feststellung, ob das Fenster 25 geöffnet oder geschlossen ist, dient ein Fensterkontaktschalter 27. In dem Aufstellraum 2 des Kaminofens 1 befindet sich ferner eine Dunstabzugshaube 29, welche im eingeschalteten Zustand Luft aus dem Raum 2 über die Leitung 31 nach außen fördert.
  • Das Abgasrohr 3 ist an zwei Stellen aufgebrochen dargestellt, um eine Abgasklappe 33 und eine Strömungsmessanordnung 35 (beide vereinfacht dargestellt) erkennbar zu machen. Die Stellung der Abgasklappe 33 ist mittels des elektromotorischen Stellgliedes 37 kontinuierlich steuerbar. Es könnte alternativ oder zusätzlich eine zwischen zwei Endstellungen schaltbare Abgasklappe vorgesehen sein.
  • Die Strömungsmessanordnung 35 umfasst wenigstens ein Thermoelement mit einem Thermopaar aus zwei unterschiedlichen elektrischen Leitern (Thermoschenkel 39, 41). Die Schweißverbindungsstelle 43 der beiden Thermoschenkel 39, 41 bildet eine Messstelle. An ihren vom Schweißpunkt 43 entfernten Enden sind die Thermoschenkel 39, 41 mit Messleitungen 49, 50 verbunden, welche an der Auswerte- und Regeleinrichtung 45 angeschlossen sind. Die Verbindungsstelle 47 zwischen dem Thermoschenkel 39 und der Anschlussleitung 49 liegt im Abgasweg vom Kaminofen 1 zum Kamin 5 hinter der Messstelle 43 und bildet eine Referenzstelle für die Erfassung von Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Stellen 43 und 47. Die Auswerte- und Regeleinrichtung 45 wertet das vom Thermoelement gelieferte Thermospannungssignal aus. In unmittelbarer Nähe der ersten Messstelle 43 befindet sich ein Heizelement 51, dessen Heizstrom von der Auswerte- und Regeleinrichtung 45 bereitgestellt wird.
  • Falls aktuell keine Abgasströmung in dem Abgasrohr 3 vorliegt, so führt die Aktivierung des Heizelementes 51 dazu, dass die Messstelle 43 eine stärkere Erwärmung erfährt als die Messstelle (Referenz) 47, wobei sich innerhalb einer bestimmten Zeit nach Einschalten des Heizelements 51 ein Gleichgewichtszustand der Temperaturdifferenz zwischen den Stellen 43 und 47 einstellen sollte. Nach dem Einsetzen der Abgasströmung im Abgasrohr 3 vom Kaminofen 1 in Richtung zum Kamin 5 ändern sich die thermischen Verhältnisse an der Strömungsmessanordnung dahingehend, dass die im Strömungsweg stromaufwärtige Messstelle 43 unter den thermischen Einfluss des vom Kaminofen 1 kommenden Abgases gerät und somit zumindest tendenziell die Temperatur dieses Abgases annimmt. Beim Vorbeiströmen des Abgases an dem Heizelement 51 hinter der Stelle 43 kommt es dann zur partiellen Erhitzung dieses Abgases, wobei vorausgesetzt ist, dass die Temperatur des Heizelementes 51 über der normalen Abgastemperatur liegt. Das Heizelement 51 erzeugt somit eine "thermische Störung" im Abgasstrom, die zu der zweiten Stelle 47 mitgeführt wird und dort zu einer Temperaturerhöhung Anlass gibt, welche sich in dem Temperaturdifferenzsignal des Thermoelementes niederschlägt. Die Strömungsmessanordnung 35 erlaubt sowohl die Bestimmung der Strömungsrichtung als auch der Strömungsgeschwindigkeit, so dass sie zur Überprüfung und Überwachung des Zugs in der Abgasleitungsanordnung 3, 5 herangezogen werden kann. Als Einbauort für die Strömungsmessanordnung 35 käme auch der Kamin 5 in Frage.
  • Die mittels der Strömungsmessanordnung 35 gewonnenen Strömungs- und Temperaturinformationen können genutzt werden, um die Komponenten 7, 17, 23, 29 oder/und 33 mittels einer Steuereinrichtung 53 im Sinne einer Optimierung des Brennbetriebs des Kaminofens 1 zu steuern.
  • Die Steuereinrichtung 53 steht in Signalübertragungsverbindung mit Stellgliedern 10, 21, 24, 32, 37 dieser Komponenten sowie mit (nicht gezeigten) Rückmeldesensoren, welche den jeweiligen Einstellzustand der genannten Komponenten anzeigen. Ferner überwacht die Steuereinrichtung 53 das Sigal des Fensterschalters 27 sowie eines Ofentürschalters 55, welcher den Schließzustand der Ofentür angibt. Die Signalübertragung zwischen Steuereinrichtung 53 und den genannten Stellgliedern und Rückmeldesensoren kann über Leitungsdrähte oder/und über Funkstrecken erfolgen. Auch eine sogenannte Power-Line-Datenübertragung über das Stromversorgungsnetz ist im Rahmen der Erfindung denkbar.
  • An der Bedienungseinrichtung 59 der Steuereinrichtung 53 ist ein jeweiliger Betriebsmodus des Kaminofens 1 vorwählbar.
  • Die Steuereinrichtung 53 nimmt dann gemäß Programmablauf eine Zustandsprüfung der Feuerungsanlage vor, wobei die Rückmeldesensoren der Komponenten 7, 17, 23, 27, 29, 33, 55 abgefragt werden, woraufhin die betreffenden Stellglieder 9, 21, 24, 32, 37 bedarfsweise nach dem gewählten Programm angesteuert werden, um die Betriebsbedingungen für den Kamin 1 zu beeinflussen. Sollte die Steuereinrichtung 53 feststellen, dass die Ofentür 57 oder/und das Fenster 25 zu öffnen bzw. zu schließen sind, so kann sie ein betreffendes optisches oder/und akustisches Hinweissignal für die Bedienungsperson abgeben.
  • Während des Brennbetriebs erfolgt dann regelmäßig eine Zugprüfung, d.h. Messung der Abgasströmung mittels der Strömungsmessanordnung 35 und eine Prüfung der Ofenbetriebstemperatur oder/und ggf. der Raumtemperatur mittels der Temperatursensoren 60, 62, deren Messsignale ebenfalls von der Steuereinrichtung 53 berücksichtigt werden. Bei dem Raumtemperatursensor 62 kann es sich z.B. um einen Sensor zur Messung der "gefühlten" Temperatur handeln, wie er in der EP 1 121 609 B1 beschrieben ist.
  • Nach Maßgabe des gewählten Programms ändert die Steuereinrichtung 53 durch Abgabe entsprechender Signale an die Stelleinrichtungen die Zustände der den Brennbetrieb beeinflussenden Komponenten. Dies kann bedeuten, dass der Rauchsauger 7 zu- oder abgeschaltet oder ggf. in seiner Saugleistung beeinflusst wird oder/und dass der Betrieb der Raumlüftung 23 geändert bzw. abgeschaltet wird oder/und die Dunstabzugshaube 29 zu- oder abgeschaltet oder in ihrer Saugleistung beeinflusst wird oder/und die Abgasklappe 33 verstellt wird oder/und die Nebenluftklappe 19 verstellt wird oder/ und eine Zuluftklappe 64 des Kaminofens 1 durch Ansteuerung ihres Stellgliedes 66 geöffnet bzw. geschlossen wird.
  • Die anhand der Fig. 1 erläuterte Ausführungsform der Erfindung stellt somit ein System dar, welches den Zuluft- und Abgasstrom der Feuerstätte 1 überwachen und Komponenten, welche den Brennbetrieb beeinflussen, steuern kann, um den Betrieb der Feruerungsanlage weitestgehend zu optimieren und Fehlfunktionen zu vermeiden.
  • Als Feuerstätte kommt auch ein sogenannter Pellet-Ofen in Frage, welcher zur Verbrennung von Festbrennstoff-Pellets eingerichtet ist.
  • Die Optimierung des Brennbetriebs und die Verbesserung des Wirkungsgrades der Feuerstätte unter Anwendung des erfindungsgemäßen Konzeptes führt zur Brennstoffeinsparung und zu einer Minimierung der Abgasbelastung der Umwelt. Die Ofen-Inbetriebnahme kann vereinfacht werden. Auch ist es möglich, mehrere Feuerstätten in die Feuerungsanlage nach der Erfindung einzubeziehen, z.B. eine Gastherme und einen Kaminofen, die beide an einem Schornstein angeschlossen sind. Insbesondere unter Verwendung von Zuluftsensoren und Zuluftklappen kann eine Wirkungsgraderfassung betreffend den Ofenbetrieb erfolgen und eine Wirkungsgradanzeige vorgesehen werden.
  • Zugregler können zum Schutz des Kamins vor Versottung genutzt werden.
  • Insbesondere bei raumluftunabhängigen Feuerstätten mit Verbrennungsluftzuführung von außen empfiehlt es sich, eine Strömungsmessanordnung und eine steuerbare Zuluftklappe in dem Zuluftkanal vorzusehen und in den Steuerungsprozess einzubeziehen.
  • Aus Sicherheitsgründen sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden. Beim Einschalten des Systems sollte ein Selbsttest auf korrekte Funktion der Komponenten durchgeführt werden. Bei Stromausfall oder Sensordefekt sollten alle Stellglieder in der jeweils aktuellen Position verbleiben und nicht automatisch in Schließstellung fallen.
  • Sicherheitsrelevante Parameter, wie z.B. die Höhe der Untertemperatur, sollten nur von autorisierten Personen verändert werden können, etwa nach Eingabe eines vier- bis sechsstelligen Passworts. Bei Untertemperatur sollte ein zu quittierendes optisches oder/und akustisches Alarmsignal von der Steuereinrichtung ausgegeben werden.
  • Bei einer Mehrfach-Feuerungsanlage mit mehreren Feuerstätten an einem gemeinsamen Kamin und z.B. einem gemeinsamen Rauchsauger sollte bei zu geringem Kaminzug eine Blockade der einzelnen Etagenheizungen erfolgen.
  • Das Steuerungskonzept nach der Erfindung sollte ferner eine Funktion für ein sicheres "Herunterfahren" der Feuerstätte enthalten.

Claims (18)

  1. Feuerungsanlage mit einer Feuerstätte (1), einer an der Feuerstätte (1) angeschlossenen Abgasleitungsanordnung (3, 5) zur Ableitung der beim Brennvorgang in der Feuerstätte (1) entstehenden Abgase, einer steuerbaren Einrichtung (7, 17, 23, 29, 33, 64) zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte (1), und einer Steuereinrichtung (53) zur Steuerung der Einrichtung (7, 17, 23, 29, 33, 64) zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte (1),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Strömungsmessanordnung (35) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, die Abgasströmung in der Abgasleitungsanordnung (3, 5) messtechnisch zu erfassen,
    wobei die Steuereinrichtung (53) dazu eingerichtet ist, die Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte nach Maßgabe von Messeffekten der Strömungsmessanordnung (35) zu steuern.
  2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verbrennungsluftzuführungsanordung und eine Strömungsmessanordnung zur Erfassung der Verbrennungsluftströmung in der Verbrennungsluftzuführungsanordung umfasst.
  3. Feuerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffende Strömungsmessanordnung (35) eine Temperaturmessanordnung zur Erfassung eines Temperaturunterschiedes in dem strömenden Medium zwischen zwei im Strömungsweg hintereinander liegenden Stellen (43, 47) - und wenigstens ein zwischen den beiden Stellen (43, 47) vorgesehenes Temperaturbeeinflussungselement (51) umfasst.
  4. Feuerungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturbeeinflussungselement (51) ein Heizelement oder ein Kühlelement ist.
  5. Feuerungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturbeeinflussungselement (51) zu einer ersten (43) der beiden Stellen (43, 47) einen kleineren Abstand hat als zu der anderen Stelle (47).
  6. Feuerungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturbeeinflussungselement (51) in unmittelbarer Nähe zu der ersten Stelle (43) angeordnet ist.
  7. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Temperaturbeeinflussungselements (51) einstellbar ist.
  8. Feuerungsanlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung zur Regelung der Betriebsenergie des Temperaturbeeinflussungselementes.
  9. Feuerungsanlage nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturmessanordnung wenigstens ein Thermoelement umfasst.
  10. Feuerungsanlage nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerstätte (1) ein Festbrennstoff-Ofen, insbesondere Kaminofen ist.
  11. Feuerungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerstätte ein Gastgerät ist.
  12. Feuerungsanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerstätte ein Heizkessel mit Brenner ist.
  13. Feuerungsanlage nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Einrichtung (7, 17, 23, 29, 33, 64) zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte (1) wenigstens eine in oder unmittelbar an der Abgasleitungsanordnung (3, 5) vorgesehene - und den Abgasstrom beeinflussende Vorrichtung (7, 17, 33) umfasst.
  14. Feuerungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abgasstrom beeinflussende Vorrichtung einen steuerbaren Zugregler (17) oder/und eine steuerbare Abgasklappe (33) oder/und einen steuerbaren Rauchsauger (7) umfasst.
  15. Feuerungsanlage nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Einrichtung (7, 17, 23, 29, 33, 64) zur Beeinflussung der Betriebsbedingungen der Feuerstätte (1) wenigstens eine das Verbrennungsluftangebot für die Feuerstätte (1) beeinflussende Vorrichtung (24, 32, 64) umfasst.
  16. Feuerungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die das Verbrennungsluftangebot für die Feuerstätte (1) beeinflussende Vorrichtung (24, 32, 64) wenigstens eine steuerbare Verbrennungsluftklappe (64) oder/und eine steuerbare Schalteinrichtung (32) für eine Dunstabzugshaube (29) oder/und eine steuerbare Schalteinrichtung (24) für eine Wohnraumlüftungseinrichtung (23) oder/und eine steuerbare Schalteinrichtung für ein Verbrennungsluftgebläse umfasst.
  17. Verfahren zur Erfassung der Abgasströmung in einer Abgasleitungsanordnung einer Feuerungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Temperaturmessanordnung eine Temperaturdifferenz in dem strömenden Medium zwischen zwei im Strömungsweg hintereinander liegenden Stellen erfasst wird und an einer zwischen den beiden Stellen liegenden dritten Stelle ein Temperaturbeeinflussungselement in Form eines Heizelementes oder/und eines Kühlelementes betrieben wird, um die Temperaturdifferenz zu erzeugen, wobei die Temperaturdifferenzmesswerte zur Bestimmung der Richtung oder/und der Stärke des Abgasstromes ausgewertet werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturdifferenzerfassung wenigstens ein Thermoelement als Sensor im Abgasstrom verwendet wird.
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