DE3818265A1 - Regler fuer eine heizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Regler für eine Heizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Verbrennung in ungeregelten Heizungsanlagen unterliegt stän­ dig gewissen Schwankungen, hervorgerufen durch Schwankungen der Lufttemperatur, der Luftfeuchtigkeit, des Luftdrucks, der Brenn­ stoffqualität, der die Viskosität und das Raumgewicht des Brenn­ stoffs beeinflussenden Brennstofftemperatur und der Verschmutzung der Verbrennungseinrichtung.

Solche Schwankungen sind unvermeidlich und verändern das Brenn­ stoff/Luft-Verhältnis, so daß auch ein stöchiometrisch optimal, d.h. auf einen nur geringen Sauerstoffüberschuß eingestelltes Mischungsverhältnis auf Dauer nicht eingehalten wird und entweder bei Sauerstoffmangel Schadstoffe erzeugt werden oder bei Sauer­ stoffüberschuß Wärmeverluste auftreten. Das Mischungsverhältnis muß daher häufig korrigiert oder auf einen größeren Sauerstoffü­ berschuß eingestellt werden, bei dem Verluste in Kauf genommen werden müssen.

Geregelte Heizungsanlagen halten das Brennstoff/Luft-Verhältnis auf einem einmal eingestellten, einen nur geringen Sauerstoff­ überschuß aufweisenden Wert konstant, bei dem ein nur minimaler Schadstoffanteil und nur geringe Wärmeverluste auftreten. Die Regelung beeinflußt hierzu in Abhängigkeit von dem im Abgas ge­ messenen Anteil einer charakteristischen Abgaskomponente, z.B. des Sauerstoffs, den Massendurchsatz einer der beiden zur Ver­ brennung gelangenden Komponenten so, daß der eingestellte Wert des obengenannten Verhältnisses beibehalten wird.

Aus der BBC-Firmendruckschrift D ZAO 1 17 386 D, "Feuerungsrege­ lung mit Sauerstoffsonden", Bild 7, ist eine Feuerung mit einem solchen Regler bekannt. Er verwendet als Stellglied zur Regelung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses eine durch einen Stellmotor betätigbare Gebläse-Luftklappe, die auf die dem Brenner pro Zeit­ einheit zugeführte Luftmenge einwirkt, wobei die pro Zeiteinheit zugeführte Brennstoffmenge (Öl oder Gas) konstant gehalten ist.

Auch bei Heizungsanlagen mit variabler Brennerlast, bei denen die zugeführten Brennstoff- und Luftmengen etwa im selben Verhältnis verändert werden (gekoppelte Einstellung), ist es bekannt, in der oben angegebenen Weise den Anteil einer bestimmten Abgaskomponen­ te, z.B. den Sauerstoffüberschuß, zu messen und ihn durch Rege­ lung auf einem erwünschten Wert konstant zu halten. Dabei wirkt der Regler entweder auf eine Zusatzluftklappe ein, die im Neben­ schluß zu einer die Veränderung der Brennerlast ermöglichenden Luftklappe liegt, oder es wird ein Koppelgestänge zwischen einem Brennstoffstellglied und einem Brennluftstellglied mechanisch verstellt, wobei bei Vollast aber nur ein geringer Regelbereich erzielbar ist.

Im Prinzip ist auch ein Regeleingriff in die Brennstoffzufuhr möglich, doch führt dies insbesondere bei Ölbrennern mit Ölzer­ stäubung zu keinem befriedigenden Ergebnis, da es schwierig und aufwendig ist, darauf einzuwirken.

Die bekannten Heizungsregler arbeiten daher fast durchweg mit im Luftweg liegenden Stellgliedern. Sie haben alle den Nachteil, daß ihr Stellglied aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler für Hei­ zungsanlagen der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Stell­ glied betriebssicher und nicht aufwendig ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merk­ male gelöst.

Auf diese Weise ergibt sich ein sehr einfaches und betriebssicher arbeitendes Stellglied, das einen Betrieb sehr nahe am stöchiome­ trisch optimalen Arbeitspunkt erlaubt.

Die Vorteile der Erfindung sind geringe Umweltbelastung durch genaues Einhalten eines optimalen Brennstoff/Luft-Verhältnisses, Energieeinsparung, einfache Handhabung, minimaler apparativer, Betätigungs- und Wartungsaufwand.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 ein Schema eines ersten Ausführungsbeispiels mit geregel­ ter elektrischer Ölbeheizung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Abwandlung der in Fig. 1 dar­ gestellten Anordnung,

Fig. 3 ein Schema eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem reglergesteuerten Mischventil,

Fig. 4 ein Schema eines dritten Ausführungsbeispiels mit einem geregelten abgasbeheizten Wärmetauscher und

Fig. 5 ein Schema eines vierten Ausführungsbeispiels für eine Heizungsanlage mit einem Dieselmotor, der elektrische und Heizenergie liefert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist im Abgasabzug 1 der Brennkammer 2 einer mit Öl beheizten Feuerungsanlage eine Sauerstoffsonde 3 angeordnet, deren Ausgangssignal dem dort ge­ messenen Sauerstoffanteil proportional ist und einer Regelschal­ tung 4 zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Regelschaltung 4 liefert unmittelbar die elektrische Leistung für die Heizwendel 5 eines Durchflußheizers 6, der in der Ölausgangsleitung 7 einer Ölpumpe 8 liegt, die zusammen mit einem Luftgebläse 9 von einem Elektromotor 10 angetrieben wird. Die Fördermengen der mechanisch gekoppelten Ölpumpe 8 und des Luftgebläses 9 sind so aufeinander abgestimmt, daß das einem Brenner 11 zugeführte Öl/Luft-Gemisch ein fast ideales stöchiometrisches Verhältnis mit einem geringem Sauerstoffüberschuß besitzt.

Der Durchflußheizer erwärmt das durchfließende Öl, wobei sich dieses wegen der Temperaturabhängigkeit seiner spezifischen Dich­ te ausdehnt. Dabei stellt die Regelschaltung 4 die Temperatur des von der Ölpumpe 8 geförderte Ölvolumens so ein, daß sich ein sol­ ches Massenverhältnis des Öl/Luftgemisches ergibt, daß ein gewün­ schter äußerst geringer Sauerstoffüberschuß auftritt. Dieser wird durch die Regelung beibehalten, auch wenn sich die eingangs ge­ nannten Einflußgrößen ändern.

Die in Fig. 2 dargestellte Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung unterscheidet sich von dieser im wesentlichen dadurch, daß der von der Regelschaltung (4 in Fig. 1) beaufschlagte Durchflußheizer 12 in einer Öleingangsleitung 13 der Ölpumpe (8 in Fig. 1) angeordnet ist.

Die Regelschaltung 4 kann einen Spannungs/Impulsbreiten-Wandler enthalten, der einen nicht näher dargestellten, den Heizstrom periodisch unterbrechenden Schalter betätigt, mit dem die zuge­ führte Heizleistung geregelt wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel verzweigt sich eine Ölausgangsleitung 13 einer Ölpumpe 14 in zwei Zweige, von denen der eine Zweig 15 unmittelbar und der andere Zweig über einen in nicht näher dargestellter Weise thermosta­ tisch elektrisch konstant beheizten Durchlaufheizer 16 zu den Eingängen eines von einer Regelschaltung 17 gesteuerten Mischven­ tils 18 führen, dessen Ausgangsleitung 19 in nicht näher darge­ stellter Weise einen Ölbrenner speist. Die Regelschaltung 17 ver­ stellt das Mischventil 18 in der Weise, daß das Öl in der Aus­ gangsleitung 19 eine derartige Temperatur und damit Dichte an­ nimmt, daß sich ein solches Massenverhältnis des Öl/Luftgemisches einstellt, daß im Abgas ein gewünschter äußerst geringer Sauer­ stoffüberschuß auftritt und beibehalten wird.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel führt eine Ölausgangsleitung 20 einer Ölpumpe 21 über einen Wär­ metauscher 22 zu einem nicht näher dargestellten Ölbrenner. Der Wärmetauscher 22 liegt im Nebenschluß zu einem Abgasabzug 23. In einer Abgaszuleitung 24 des Nebenschlusses ist eine verstellbare Drosselklappe 25 angeordnet, die von einer Regelschaltung 26 wie­ derum so betätigt wird, daß das durchfließende Öl genau die Tem­ peratur und damit die Dichte annimmt, die zu dem gewünschten sehr geringen Sauerstoffüberschuß führt.

Das in Fig. 5 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel arbeitet am Motor (27) einer Diesel-Wärmepumpe oder einer Diesel-Heiz/ Kraftanlage. Dem Eingang (28) einer Kraftstoffeinspritzpumpe (29) wird Kraftstoff über die eine Seite eines Wärmetauschers (30) zugeführt, dessen andere Seite im Nebenschluß zu einer Auspuff­ leitung (31) des Motors (27) liegt. In der Auspuffleitung (31) ist eine Sonde (32) angeordnet, die mit einem Regler (33) verbun­ den ist, der eine den Nebenschlußdurchsatz beeinflussende Dros­ selklappe (34) betätigt. Der zur volumendosierenden Kraftstof­ feinspritzpumpe (29) fließende Kraftstoff wird dabei auf eine solche Temperatur und damit Dichte gebracht, daß sich ein Kraft­ stoffmengendurchsatz ergibt, bei dem sich ein fast ideales stö­ chiometrisches Verhältnis bei nur sehr geringem Sauerstoffüber­ schuß im Auspuffabgas einstellt.

Claims (7)

1. Regler für eine mit Öl oder Gas betriebene Heizungsanlage, der das stöchiometrische Verhältnis zwischen den zugeführten Mengen an Brennstoff und Luft auf einen fast idealen Wert einstellt, bei dem ein nur sehr geringer Sauerstoffüberschuß im Abgas auftritt, mit einer einen Istwertmesser des Reglers bildenden, vom Abgas beaufschlagten Sonde zur Messung des Anteils einer charakteristi­ schen Abgaskomponente (O₂, CO₂, CO), mit volumendosierenden För­ dermitteln für die Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft und mit einem die Zufuhr einer der beiden Komponenten im Sinne der Beibehaltung des definierten, nur sehr geringen Sauerstoffüber­ schusses beeinflussenden Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied die Dichte des zufließenden Brennstoffs durch Än­ derung von dessen Temperatur beeinflußt.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stell­ glied ein vom Brennstoff durchflossener, elektrisch beheizbarer Durchflußheizer (6, 12) ist, der unmittelbar vom elektrischen Ausgangssignal einer Reglerschaltung (4) gespeist wird. (Fig. 1 und 2).

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reg­ lerschaltung ein pulsbreitengesteuertes elektrische Ausgangssig­ nal abgibt. (Fig. 1 und 2).

4. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stell­ glied ein im Brennstoffzulauf liegendes, von der Reglerschaltung (14) betätigtes Zweiwegmischventil (18) ist, dessen einem Eingang Brennstoff unerwärmt und dessen anderem Eingang Brennstoff über einen elektrisch beheizten Durchlauferhitzer (16 in Fig. 3) oder über einen abgasbeschickten Wärmetauscher zuströmt.

5. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß das Stell­ glied ein vom Brennstoff durchflossener und mit Abwärme beheizter Wärmetauscher (22) mit einer von einer Reglerschaltung (26) betä­ tigten, den Durchsatz des die Abwärme transportierenden Mediums steuernden Drosselklappe (25) ist. (Fig. 4).

6. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Heizungsanlage eine Feuerungsanlage mit einem Bren­ ner (11) ist.

7. Regler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Heizungsanlage einen Dieselmotor (27) enthält, des­ sen Abwärme Heizenergie liefert.