CH708056B1

CH708056B1 - Small firing with diskontiuierlicher fuel supply and method for determining a quantity of fuel contained in this.

Info

Publication number: CH708056B1
Application number: CH00585/14A
Authority: CH
Inventors: Heinz Prof Dr Kohler; Ralf Prof Dr Herwig; Paul Butschbach
Original assignee: Hochschule Karlsruhe
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2015-08-14
Also published as: CH708056A2; DE102013104598B4; DE102013104598A1; AT514234A2; AT514234B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine diskontinuierlich mit Brennstoff (10) beschickte Kleinfeuerungsanlage (1) und ein Verfahren zur Ermittlung der Brennstoffmenge während eines Abbrands, zumindest enthaltend ein auf einer festen, von aussen bereitgestellten Abstützfläche (5) aufgestelltes Gehäuse (2) mit zumindest einer Brennkammer (11), einer Verbrennungsluftzuführung, einer mit einem Kamin (6) verbundenen Abgasanlage (15) und einer Beschickungsöffnung (9) zur diskontinuierlichen Beschickung mit stückigem Brennstoff (10). Um die Abnahme des Brennstoffs während eines Abbrands zu ermitteln, sind zwischen Abstützfläche (5) und Gehäuse (2) zumindest eine Sensoreinheit zur Erfassung eines von Verbrennungsvorgängen der Kleinfeuerungsanlage (1) abhängigen Grösse und eine Auswerteeinrichtung (7) zur Ermittlung einer in der Brennkammer (11) enthaltenen Brennstoffmenge aus dieser Grösse vorgesehen.The invention relates to a small combustion plant (1) charged discontinuously with fuel (10) and to a method for determining the fuel quantity during combustion, at least comprising a housing (2) with at least one combustion chamber (2) mounted on a fixed supporting surface (5) provided from outside. 11), a combustion air supply, connected to a chimney (6) exhaust system (15) and a feed opening (9) for discontinuous charging with particulate fuel (10). In order to determine the decrease of the fuel during a burnup, at least one sensor unit for detecting a combustion process of the small combustion plant (1) dependent size and an evaluation device (7) for determining a in the combustion chamber (support surface (5) and housing (2) ( 11) contained fuel quantity of this size.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine diskontinuierlich mit Brennstoff beschickte Kleinfeuerungsanlage und ein Verfahren zur Ermittlung der in dieser enthaltenen Brennstoffmenge während eines Abbrands, zumindest enthaltend eine feste Abstützfläche und ein sich auf dieser abstützendes Gehäuse mit zumindest einer Brennkammer, einer Verbrennungsluftzufuhreinrichtung, einer mit einem Kamin verbundenen Abgasanlage und einer Beschickungsöffnung zur diskontinuierlichen Beschickung mit stückigem Brennstoff. The invention relates to a discontinuously charged with fuel small combustion plant and a method for determining the amount of fuel contained in this burnup, at least containing a solid support surface and on this abstützendes housing with at least one combustion chamber, a combustion air supply, one with a chimney connected exhaust system and a charging port for discontinuous charging with lumpy fuel.

[0002] Kleinfeuerungsanlagen werden in Ein- oder Zweifamilienhäusern, kleineren Wohnanlagen und dergleichen zur Wärmegewinnung eingesetzt. Es kann sich hierbei um Heizkessel, Kachelöfen und/oder Kaminöfen handeln. Bei diskontinuierlicher Beschickung dieser mit stückigem Brennstoff, beispielsweise Stückholz, Biomassebriketts, fossilen Briketts und dergleichen, treten bei ungeregeltem Abbrand hohe Schadstoff- und Feinstaubbelastungen auf. Es werden daher, wie beispielsweise aus der DE 10 2006 046 599 A1 bekannt, sensorisch geregelte Kleinfeuerungsanlagen vorgeschlagen, die bevorzugt unabhängig von einer Wärmebedarfssituation in einem optimalen Verbrennungsprozess betrieben werden. Hierzu sind im Falle von als Heizkessel ausgebildeten Kleinfeuerungsanlagen ausreichende Pufferspeicher vorzusehen. Für weitere Betriebsmodi kann jedoch weiterhin der Bedarf bestehen, die Kleinfeuerungsanlage im Teillastbetrieb zu betreiben, um beispielsweise eine verminderte Wärmeproduktion vorzusehen, insbesondere, wenn ein Pufferspeicher ausreichend temperiert oder direkt beheizte Räume ausreichend temperiert sind. Um hierbei die hohe Schadstoffbelastung im Teillastbereich der Kleinfeuerungsanlage zu begrenzen oder gegebenenfalls einen derartigen Betriebsmodus zu vermeiden, ist ein Wärmebedarfsmanagement erforderlich, welches einen Wärmebedarf prognostiziert und anhand eines abgeschätzten Wärmebedarfs die Kleinfeuerungsanlage mit einer entsprechenden Brennstoffmenge zur Beschickung vorgeschlagen wird. Hierzu ist eine Restmenge an Brennstoff in der Brennkammer der Kleinfeuerungsanlage mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln. Small combustion plants are used in one- or two-family houses, smaller residential complexes and the like for heat recovery. These may be boilers, tiled stoves and / or stoves. With discontinuous charging of these with lumpy fuel, such as logs, biomass briquettes, fossil briquettes and the like, occur at unregulated burn high pollutant and particulate matter. Therefore, as is known from DE 10 2006 046 599 A1, sensor-controlled small combustion systems are proposed, which are preferably operated independently of a heat demand situation in an optimal combustion process. For this purpose, in the case of small boilers designed as boilers sufficient buffer memory should be provided. For further operating modes, however, there may still be a need to operate the small combustion plant in part-load operation, for example, to provide a reduced heat production, especially if a buffer sufficiently tempered or directly heated rooms are sufficiently tempered. In order to limit the high pollutant load in the partial load range of the small combustion plant or possibly to avoid such an operating mode, a heat demand management is required, which predicts a heat demand and the small combustion plant is proposed with an appropriate amount of fuel for charging based on an estimated heat demand. For this purpose, a residual amount of fuel in the combustion chamber of the small combustion plant is to be determined with sufficient accuracy.

[0003] Aus der DE 10 207 083 A1 ist sinngemäss ein Heizkessel bekannt, dessen Feststoffzufuhr gewichtsgesteuert erfolgen soll. Hierbei sollen in der Brennkammer vorhandene Feststoffe mittels eines Gewichtsteuergeräts gemessen und ein Brennstoffnachschub gesteuert erfolgen. Aus der EP 0 496 043 A1 ist ein Kaminofen mit absenkbarem Rost bekannt, der abhängig von dem eingefüllten Brennstoff eine Verschlussklappe mitnimmt und eine Luftzufuhröffnung öffnet. Aus der DE 20 2008 009 857 U1 ist ein Heizkessel bekannt, dessen Aschekasten über eine auf einer Wiegevorrichtung basierende Füllstandsanzeigevorrichtung verfügt. From DE 10 207 083 A1 a boiler is known by analogy, the solids supply should be controlled by weight. In this case, should be measured by means of a weight control unit in the combustion chamber and carried out fuel replenishment controlled. From EP 0 496 043 A1 a stove with lowerable grate is known which entrains a closure flap depending on the filled fuel and opens an air supply opening. From DE 20 2008 009 857 U1 a boiler is known, the ash box has a weighing device based on a level indicator.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Kleinfeuerungsanlage mit einer Ermittlung einer in dieser enthaltenen Brennstoffmenge während eines Abbrands und ein Verfahren zur Ermittlung einer in dieser enthaltenen Brennstoffmenge während des Abbrands vorzuschlagen. The object of the invention is therefore to propose a small combustion plant with a determination of a fuel quantity contained in this during a burnup and a method for determining an amount of fuel contained in this during the burnup.

[0005] Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und die Merkmalskombination des Verfahrens gemäss Anspruch 6 gelöst. Die von diesen Ansprüchen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder. The object is solved by the subject matter of claim 1 and the combination of features of the method according to claim 6. The claims dependent on these claims give advantageous embodiments again.

[0006] Die vorgeschlagene Kleinfeuerungsanlage enthält zumindest eine Abstützfläche, beispielsweise eine Bodenfläche, Einhängflächen und dergleichen. Auf diesen stützt sich ein Gehäuse ab oder ist auf die Bodenfläche aufgestellt. Das Gehäuse enthält zumindest eine Brennkammer, eine Verbrennungsluftzufuhreinrichtung, eine mit einem Kamin verbundene Abgasanlage und eine Beschickungsöffnung zur diskontinuierlichen Beschickung mit stückigem Brennstoff sowie zumindest eine zwischen Abstützfläche und Gehäuse angeordnete Sensoreinheit zur Erfassung einer von Verbrennungsvorgängen der Kleinfeuerungsanlage abhängigen Grösse und eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung einer in der Kleinfeuerungsanlage enthaltenen Brennstoffmenge aus dieser Grösse. Im einfachsten Fall kann die Ermittlung der Brennstoffmenge während des Abbrands der Information zum Nachlegen von Brennstoff dienen. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, die Bestimmung der Brennstoffmenge in einer sensorisch geregelten Kleinfeuerungsanlage zur Ausbildung eines Wärmebedarfsmanagements heranzuziehen. Hierzu kann zumindest einer der nachfolgend in nicht abschliessender Auswahl aufgeführten Parameter Tageszeit, Witterung und/oder deren prognostizierter Verlauf, aktueller oder prognostizierter Wärmeinhalt in einem Puffer- und/oder Brauchwasserspeicher, aktueller Wärmeabfluss, Klimatabellen mit der ermittelten Brennstoffmenge kombiniert und daraus eine Wärmebedarfsprognose erstellt werden. The proposed small combustion plant includes at least one support surface, such as a bottom surface, suspension surfaces and the like. On this a housing is supported or placed on the floor surface. The housing contains at least one combustion chamber, a combustion air supply device, an exhaust system connected to a chimney and a feed opening for discontinuous charging with lumpy fuel and at least one between the support surface and housing arranged sensor unit for detecting a combustion of the small combustion system dependent size and an evaluation device for determining a in the small combustion plant contained fuel quantity of this size. In the simplest case, the determination of the amount of fuel during the burn-off of the information for refueling serve. However, it has proved to be particularly advantageous to use the determination of the amount of fuel in a sensory-controlled small combustion system for the formation of a heat demand management. For this purpose, at least one of the parameters listed below in non-conclusive selection time of day, weather and / or their predicted course, current or predicted heat content in a buffer and / or service water storage, current heat dissipation, climate tables combined with the determined fuel quantity and from this a heat demand forecast can be created ,

[0007] Die Kleinfeuerungsanlage ist in bevorzugter Weise ein Heizkessel, wie er beispielsweise aus der DE 10 2006 046 599 A1 bekannt ist. Insoweit sind Verwendung und Anordnung der Sensoren und die Steuerung der dort offenbarten Kleinfeuerungsanlage in die Offenbarung dieser Anmeldung vollinhaltlich aufgenommen. Ein derartiger oder mit einer geänderten Sensorik ausgebildeter Heizkessel kann durch entsprechende Steuerung der Verbrennungstemperatur über die Luftzufuhr, Nachverbrennung und dergleichen unter Schadstoffverminderung betrieben werden. Insbesondere kann die Verwendung von Temperatursensoren, Sensoren zur Ermittlung des Gehalts an nachverbrennbaren Gasen, des Restsauerstoffs, Masseflusssensoren und/oder dergleichen vorteilhaft sein, um über einen Verbrennungsprozess Luftzufuhrströme einer Primär- und/oder Sekundärbrennkammer zu regeln. Des Weiteren können Kleinfeuerungsanlagen wie Kachelöfen, Kaminöfen und dergleichen mit einer derartigen Steuerung unter Verwendung der Merkmale der vorliegenden Ansprüche in vorteilhafter Weise vorgesehen werden. The small combustion plant is preferably a boiler, as it is known for example from DE 10 2006 046 599 A1. In that regard, the use and arrangement of the sensors and the control of the disclosed there small combustion plant in the disclosure of this application are fully incorporated. Such or with a modified sensor designed boiler can be operated by appropriate control of the combustion temperature on the air supply, afterburning and the like under pollutant reduction. In particular, the use of temperature sensors, sensors for determining the content of afterburnable gases, the residual oxygen, mass flow sensors and / or the like may be advantageous in order to control air supply flows of a primary and / or secondary combustion chamber via a combustion process. Furthermore, small combustion plants such as tiled stoves, stoves and the like having such a control using the features of the present claims can be advantageously provided.

[0008] Das Gehäuse der Kleinfeuerungsanlage ist in üblicher Weise ausgebildet und enthält gegebenenfalls einen um den Brennraum, der in einen primären und sekundären Brennraum unterteilt sein kann, angeordneten Wärmetauscher mit einer Verrohrung beispielsweise zu einem Puffer- und/oder Brauchwasserspeicher. Das Gehäuse ist auf eine in bekannter Weise vorbereitete Bodenfläche wie Bodenplatte aufgesetzt. Zwischen zumindest einer Berührfläche des Gehäuses und dem Gehäuse ist ein Sensorelement angeordnet. Die Anordnung des Sensorelements erfolgt damit direkt zwischen Gehäuse und Berührfläche der Bodenfläche oder Einhängfläche, so dass innere Verkantungen, Reibungen und dergleichen der Brennkammer gegenüber den übrigen Bauteilen vermieden werden und ein dadurch verfälschtes Messergebnis vermieden wird. In vorteilhafter Weise weist das Gehäuse vier Aufstellfüsse oder Aufhängeflächen auf, zwischen denen und der Gegenfläche wie Bodenfläche beziehungsweise Abstützfläche jeweils ein Sensorelement angeordnet ist. Das beziehungsweise die Sensorelemente können Drucksensoren, beispielsweise piezoelektrische Wägezellen, sein, die beispielsweise nach dem piezoelektrischen Sensorprinzip konstruiert sind oder mittels Dehnungsmessstreifen (DMS-Sensoren) oder nach dem kapazitiven Wägeprinzip ausgebildet sind und die das Gesamtgewicht der Kleinfeuerungsanlagen erfassen und unter Differenzbildung die Brennstoffmenge beziehungsweise deren Gewicht ermitteln. The housing of the small combustion system is formed in a conventional manner and optionally includes a to the combustion chamber, which may be divided into a primary and secondary combustion chamber, arranged heat exchanger with a piping, for example, to a buffer and / or water heater. The housing is placed on a prepared in a known manner bottom surface as the bottom plate. Between at least one contact surface of the housing and the housing, a sensor element is arranged. The arrangement of the sensor element is thus carried out directly between the housing and the contact surface of the bottom surface or suspension surface, so that inner tilting, friction and the like of the combustion chamber are avoided compared to the other components and thereby a falsified measurement result is avoided. Advantageously, the housing has four Aufstellfüsse or suspension surfaces, between which and the counter surface as the bottom surface or support surface is arranged in each case a sensor element. The or the sensor elements may be pressure sensors, such as piezoelectric load cells, which are constructed for example according to the piezoelectric sensor principle or by means of strain gauges (strain gauges) or formed on the capacitive weighing principle and detect the total weight of the small combustion plants and subtracting the amount of fuel or their Determine weight.

[0009] Die Verbrennungsluftzufuhreinrichtung versorgt die Brennkammer beziehungsweise primäre und/oder sekundäre Brennkammer gegebenenfalls abhängig von den Verbrennungs- und Nachverbrennungsbedingungen getrennt mit Sauerstoff, bevorzugt aus Umgebungsluft. Hierzu kann über entsprechende Steuerungsvorrichtungen wie Gebläse, Klappen, Ventile und/oder dergleichen ein Luftstrom im Druckluft- oder Saugluftverfahren eingestellt werden. The combustion air supply device supplies the combustion chamber or primary and / or secondary combustion chamber optionally, depending on the combustion and Nachverbrennungsbedingungen separated with oxygen, preferably from ambient air. For this purpose, an air flow in the compressed air or Saugluftverfahren can be adjusted via appropriate control devices such as fans, flaps, valves and / or the like.

[0010] Die Kleinfeuerungsanlage unterliegt während eines Abbrandes von Brennstoff zwischen Zündung und Beendigung einer Temperaturänderung, die zu thermischen Änderungen dieser gegenüber der nicht oder vergleichsweise weniger erwärmten Umgebung führt. Unter Umgebung sind hierbei Schnittstellen zwischen der Kleinfeuerungsanlage, im Speziellen des Gehäuses dieser und festen Gegenständen zu verstehen, die einen zu der Berührfläche zwischen dem Gehäuse und der Bodenfläche beziehungsweise Einhängfläche parallelen Nebenkraftschluss bilden. Dieser Nebenkraftschluss kann beispielsweise durch Gegenstände wie Verrohrungen, das Kamin und dergleichen gebildet sein. Dieser Nebenkraftschluss kann zu mechanischen Verspannungen und damit zu einer Verfälschung der aus der Grösse der zumindest einen Sensoreinheit ermittelten Brennstoffmenge führen. Es wird daher vorgeschlagen, die Kleinfeuerungsanlage mechanisch zumindest teilweise verspannungsfrei gegenüber der Umgebung zu isolieren, zu entkoppeln oder lediglich soweit elastisch anzubinden, dass bei einer vertikalen Verlagerung des Gehäuses gegenüber den die Schnittstellen der Umgebung bildenden Gegenständen die Verlagerungskraft gegenüber der Auflösung der Grösse im Rahmen der geforderten Genauigkeit zur Erfassung der Brennstoffmenge klein oder bevorzugt vernachlässigbar ist. Hierzu wird vorgeschlagen, die Abgasanlage mittels eines Verschieberohrelements mit dem Kamin zu verbinden. Um das Verschieberohrelement im Weiteren dicht, insbesondere gegen austretende Verbrennungsgase, auszubilden, kann dieses mit einem äusseren Faltenbalg versehen sein. Nimmt die Wärmeausdehnung zu, gleicht das Verschieberohrelement auftretende Spannungen zumindest in einem solchen Masse aus, dass eine Separierung der Brennstoffmenge aus einer störungsbehafteten Grösse des zumindest einen Sensorelements in ausreichender Genauigkeit ermöglicht wird. The small combustion plant is subject during a burnup of fuel between ignition and termination of a temperature change, which leads to thermal changes of this compared to the non or relatively less heated environment. Under environment here are interfaces between the small combustion system, especially the housing of this and solid objects to understand that form a parallel to the contact surface between the housing and the bottom surface or hitch surface secondary force. This juxtaposition can be formed for example by objects such as casings, the fireplace and the like. This secondary force closure can lead to mechanical stresses and thus to a falsification of the fuel quantity determined from the size of the at least one sensor unit. It is therefore proposed to mechanically isolate the small firing system at least partially tension-free with respect to the environment, or only elastically bind so far that at a vertical displacement of the housing relative to the interfaces of the environment forming objects, the displacement force against the resolution of the size in the context of required accuracy for detecting the amount of fuel is small or preferably negligible. For this purpose, it is proposed to connect the exhaust system by means of a Verschieberohrelements with the chimney. In order to form the displacement tube element in a tight manner, in particular against escaping combustion gases, this can be provided with an outer bellows. If the thermal expansion increases, the displacement tube element compensates for occurring stresses at least to such an extent that a separation of the fuel quantity from an interference-prone variable of the at least one sensor element is made possible with sufficient accuracy.

[0011] Weiterhin kann eine vom Gehäuse wegführende Verrohrung zwischen dem Gehäuse und der Umgebung elastisch ausgebildet sein. Beispielsweise können bevorzugt in vertikaler Richtung elastische Rohrabschnitte vorgesehen sein. Beispielsweise kann bei einer Kleinfeuerungsanlage mit einem integrierten, beispielsweise die Brennkammer umgebenden Wärmetauscher und einer diesen mit einem oder mehreren Puffer- und/oder Brauchwasserspeichern verbindenden Verrohrung in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Verrohrung flexible Druckrohrabschnitte enthält, um thermische Verspannungen auszugleichen, welche eine signifikante Zuordnung der erfassten Grösse der zumindest einen Sensoreinheit zur Brennstoffmenge verhindern oder erschweren. In bevorzugter Weise werden derartige Druckrohrabschnitte bezüglich ihrer Längsachse flexibel ausgebildet und bevorzugt horizontal angeordnet. Es versteht sich, dass eine Abweichung von einer streng horizontalen Anordnung von beispielsweise ± 45° einen ausreichenden Ausgleich thermischer Verspannung erzielen kann. Die Druckrohrabschnitte sind in bevorzugter Weise als bezüglich ihrer Längsachse biegbare Flexrohre wie Wellrohre ausgebildet. Furthermore, a lead away from the housing piping between the housing and the environment may be formed elastically. For example, elastic pipe sections may preferably be provided in the vertical direction. For example, in a small combustion plant with an integrated, for example, the combustion chamber surrounding heat exchanger and a connecting this with one or more buffer and / or hot water storage piping advantageously be provided that the piping contains flexible pressure pipe sections to compensate for thermal stresses, which is a significant Preventing or complicating the assignment of the detected size of the at least one sensor unit to the amount of fuel. Preferably, such pressure pipe sections are formed flexible with respect to their longitudinal axis and preferably arranged horizontally. It is understood that a deviation from a strictly horizontal arrangement of, for example, ± 45 ° can achieve a sufficient compensation of thermal stress. The pressure pipe sections are formed in a preferred manner as flexural pipes bendable with respect to their longitudinal axis, such as corrugated pipes.

[0012] Das vorgeschlagene Verfahren zur Mengenbestimmung eines diskontinuierlich zugeführten stückigen Brennstoffs einer Kleinfeuerungsanlage ermittelt eine Abnahme des in die Brennkammer zugeführten Brennstoffs während einer Abbrandzeit mittels einer Grösse zumindest einer zwischen einem Gehäuse der Kleinfeuerungsanlage und einer Bodenfläche angeordneten Sensoreinheit. Hierbei wird bevorzugt die Grösse über die Zeit kontinuierlich erfasst und aus deren zeitlichem Verhalten eine Abhängigkeit der Grösse von der Brenntemperatur eliminiert. Es hat sich gezeigt, dass während einer Aufheizphase der Kleinfeuerungsanlage durch thermische Spannungen die aus dem zumindest einen Sensorelement ermittelte Grösse zunimmt und ein Maximum durchläuft. Nach Durchlaufen des Maximums der Grösse fällt bei im Wesentlichen konstanter Abgastemperatur die Grösse über die Abbrandzeit im Wesentlichen monoton ab, so dass der am Maximum erfassten Grösse eine aktuelle Brennstoffmenge und in einem Zeitfenster zwischen Maximum und einer durch die Betriebsart der vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitschwelle die erfasste Grösse der Brennstoffabnahme zugeordnet werden kann. Weiterhin kann aus dem zeitlichen Verlauf an einem vorgebbaren Zeitpunkt t aus der Heizkesselmasse m(0) vor der Befüllung, der Anfangsmasse m(0) nach Befüllung und vor der Zündung des Brennstoffs, der am Maximum der Grösse ermittelten Maximalmasse m(Peak) und der zum Zeitpunkt t des Verbrennungsvorgangs ermittelten Masse m(t) eine Restbrennstoffmenge m(r) nach folgender Gleichung (1) ermittelt beziehungsweise zumindest abgeschätzt werden: <tb>m(r) ≈ m(0) – (m(Peak) – m(t)) – m(g)<SEP>(1)The proposed method for determining the quantity of a discontinuously supplied lumpy fuel of a small combustion system determines a decrease in the fuel supplied to the combustion chamber during a burning time by means of a size at least one arranged between a housing of the small combustion system and a bottom surface sensor unit. In this case, the size is preferably recorded continuously over time and a time dependence of the size of the firing temperature is eliminated from its temporal behavior. It has been found that, during a heating phase of the small firing system, the magnitude determined by the at least one sensor element increases due to thermal stresses and passes through a maximum. After passing through the maximum of the variable at substantially constant exhaust gas temperature, the quantity substantially decreases monotonically over the burnup time, so that the quantity detected at the maximum is a current fuel quantity and in a time window between the maximum and one detected by the operating mode of the predetermined or predefinable time threshold Size of the fuel decrease can be assigned. Furthermore, from the time course at a predeterminable time t from the boiler mass m (0) before filling, the initial mass m (0) after filling and before the ignition of the fuel, the maximum mass m (peak) determined at the maximum of the size At the time t of the combustion process, mass m (t), a residual fuel quantity m (r) is determined or at least estimated according to the following equation (1): <tb> m (r) ≈ m (0) - (m (peak) - m (t)) - m (g) <SEP> (1)

[0013] Hierbei hat sich erwiesen, dass bei einem Gewicht der Kleinfeuerungsanlage von ca. 750 kg mit üblicherweise erhältlichen Sensorelementen eine ausreichende Auflösung von mindesten einem 1 kg erzielt werden kann, die einerseits vor dem Hintergrund der Abweichungen des Brennwertes des Brennstoffes und der diskontinuierlich zugeführten Brennstoffmenge ausreichend genau ist. Es versteht sich, dass bei entsprechender Anpassung der Messeinrichtung und Feuerstätten aneinander wesentlich höhere Genauigkeiten, beispielsweise in besonderen Fällen im Bereich bis zu wenigen Gramm, erzielt werden können. It has been found that at a weight of the small combustion plant of about 750 kg with commonly available sensor elements, a sufficient resolution of at least a 1 kg can be achieved, on the one hand against the background of the deviations of the calorific value of the fuel and fed discontinuously Fuel quantity is sufficiently accurate. It is understood that with appropriate adjustment of the measuring device and fireplaces together significantly higher accuracies, for example, in special cases in the range up to a few grams, can be achieved.

[0014] Insbesondere in Verbindung mit einer Sensoreinrichtung zur Steuerung einer gezielten Verbrennung mit geringem Schadstoffausstoss kann anhand von Standardbetriebsparametern und der ermittelten Restbrennstoffmenge eine Brennstoffbedarfsprognose erstellt werden, die beispielsweise anhand einer aufgrund der Brennstoffbedarfsprognose entsprechend begrenzten, diskontinuierlich zugeführten Brennstoffmenge einen Teillastbetrieb der Kleinfeuerungsanlage weitgehend vermeidet. Dies ist von grossem Vorteil, da ein Teillastbetrieb von mit Festbrennstoff betriebenen Kleinfeuerungsanlagen mit einer erhöhten Emission von umweltschädlichen Verbrennungsabgasen verbunden sein kann. In particular, in conjunction with a sensor device for controlling a selective combustion with low pollutant emissions based on standard operating parameters and the calculated residual fuel quantity a fuel demand forecast can be created, which largely avoids a partial load operation of the small combustion plant, for example, based on the fuel demand forecast accordingly limited, discontinuously supplied fuel quantity. This is of great advantage, since a partial load operation of solid fuel operated small combustion plants may be associated with an increased emission of polluting combustion exhaust gases.

[0015] Die Erfindung wird anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>ein Prinzipschaltbild einer Kleinfeuerungsanlage, und <tb>Fig. 2<SEP>ein Ablaufdiagramm eines Abbrands der Kleinfeuerungsanlage.The invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. Showing: <Tb> FIG. 1 <SEP> a schematic diagram of a small combustion plant, and <Tb> FIG. 2 <SEP> a flow chart of a burnup of the small combustion plant.

[0016] Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild der als Heizkessel ausgeführten Kleinfeuerungsanlage 1 mit dem Gehäuse 2 und dem in das Gehäuse 2 integrierten Wärmetauscher 3. Das Gehäuse 2 ist mittels der Aufstellfüsse 4 auf der Abstützfläche 5 aufgestellt. In weiteren Ausführungsformen kann das Gehäuse 2 hängend an entsprechenden Abstützflächen aufgenommen sein. Zwischen den Aufstellfüssen 4 und der Bodenfläche sind die Wägezellen bildenden Sensoreinheiten 6 angeordnet, die in Verbindung mit der getrennt ausgebildeten oder in die Steuereinheit 14 integrierten Auswerteeinrichtung 7 die Wägeeinrichtung 8 bilden. Die von den Sensoreinheiten 6 abhängig von einer Druckbelastung gebildeten und von der Auswerteeinrichtung 7 erfassten und in Massen umgerechneten Grössen erfassen das Gewicht der Kleinfeuerungsanlage 1 samt dem diskontinuierlich durch die Beschickungsöffnung 9 zugeführten Brennstoff 10, beispielsweise Stückholz. Nach dem Entzünden des Brennstoffs 10 wird die hier einteilig dargestellte, jedoch aus einer Primär- und einer Sekundärbrennkammer bestehende Brennkammer 11 und damit das in dem Wärmetauscher 3 befindliche Medium erhitzt. Das erhitzte Medium wird mittels nicht dargestellter Umwälzpumpen und/oder durch Schwerkraft gegebenenfalls abhängig von nicht dargestellten Ventilen über die Verrohrung 12 in den Pufferspeicher 13 geleitet. Die Steuereinheit 14 steuert die Kleinfeuerungsanlage 1 und Ventile des Pufferspeichers 13 zur Erzielung eines möglichst optimalen Verbrennungsprozesses in allen Phasen der Verbrennung beispielsweise abhängig von der Verbrennungstemperatur, Umgebungsbedingungen, Abgaskonzentrationen, Sauerstoffkonzentration und dergleichen. Gesteuert wird hierbei die Verbrennungsluftzufuhr, so dass eine entsprechende ideale Verbrennungstemperatur eingestellt wird. Entsprechende Sensoren zur Erfassung dieser Parameter sind vorgesehen und nicht näher dargestellt. Fig. 1 shows a schematic diagram of running as a boiler small combustion plant 1 with the housing 2 and integrated into the housing 2 heat exchanger 3. The housing 2 is set up by means of Aufstellfüsse 4 on the support surface 5. In further embodiments, the housing 2 can be suspended from corresponding support surfaces. Between the feet 4 and the bottom surface of the load cells forming sensor units 6 are arranged, which form the weighing device 8 in connection with the separately formed or integrated into the control unit 14 evaluation device 7. The variables formed by the sensor units 6 as a function of a pressure load and detected by the evaluation device 7 and converted into masses comprise the weight of the small combustion plant 1 together with the fuel 10, for example firewood, fed discontinuously through the feed opening 9. After the ignition of the fuel 10, the one-piece illustrated here, but consisting of a primary and a secondary combustion chamber combustion chamber 11 and thus the medium contained in the heat exchanger 3 is heated. The heated medium is passed by means not shown circulating pumps and / or by gravity optionally dependent on valves, not shown on the piping 12 into the buffer memory 13. The control unit 14 controls the small combustion system 1 and valves of the buffer memory 13 to achieve the best possible combustion process in all phases of combustion, for example, depending on the combustion temperature, ambient conditions, exhaust gas concentrations, oxygen concentration and the like. Here, the combustion air supply is controlled, so that a corresponding ideal combustion temperature is set. Corresponding sensors for detecting these parameters are provided and not shown in detail.

[0017] Die Kleinfeuerungsanlage 1 ist mittels der Abgasanlage 15 mit dem Kamin 16 verbunden. Zum Ausgleich thermisch bedingter, mechanischer Differenzbewegungen zwischen Gehäuse 2 und Kamin 16 ist die Abgasanlage 15 mit dem Verschieberohrelement 17 versehen. Zwischen dem Gehäuse 2 – beispielsweise, wie hier gezeigt dem mit dem Gehäuse 2 fest verbundenen, die Wärmeentwicklung der Brennkammer 11 aufnehmenden Wärmetauscher 3 einerseits und bevorzugt allen gebäudeseitig fest gelagerten oder aufgehängten Komponenten – beispielsweise wie hier gezeigt dem Pufferspeicher 13 andererseits ist die Verrohrung 12 elastisch ausgebildet. Hierzu sind in die Verrohrung 12 die elastischen Druckrohrabschnitte 18 eingefügt, die aus den horizontal angeordneten, entlang ihrer Längsachse biegbaren Flexrohren 19 gebildet sind. Durch die dadurch erzielte mechanische, kraftgebundene Entkoppelung des Gehäuses 2 von der Umgebung kann die Krafteinwirkung von nicht massebedingten Änderungen infolge der Verbrennung des Brennstoffs 10 auf die Sensorelemente 6 zumindest soweit verringert werden, dass nach Abzug dieser Krafteffekte und des Gewichts der Kleinfeuerungsanlage 1 die Abnahme der Brennstoffmenge während eines Abbrands mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden kann. The small combustion plant 1 is connected by means of the exhaust system 15 with the chimney 16. To compensate thermally induced, mechanical differential movements between the housing 2 and the chimney 16, the exhaust system 15 is provided with the Verschieberohrelement 17. Between the housing 2 - for example, as shown here connected to the housing 2, the heat of the combustion chamber 11 receiving heat exchanger 3 on the one hand and preferably all building side firmly mounted or suspended components - for example, as shown here the buffer memory 13 on the other hand, the piping 12 is elastic educated. For this purpose, the elastic pressure pipe sections 18 are inserted into the casing 12, which are formed from the horizontally arranged, bendable along its longitudinal axis flexible tubes 19. As a result of the mechanical, force-induced decoupling of the housing 2 from the environment, the force effect of non-mass changes due to the combustion of the fuel 10 on the sensor elements 6 can be reduced at least to the extent that, after deduction of these force effects and the weight of the small combustion system 1, the decrease in the Fuel quantity during a burn-off can be detected with sufficient accuracy.

[0018] Die Fig. 2 zeigt unter Bezug auf die Kleinfeuerungsanlage 1 der Fig. 1 das Diagramm 20 mit den Kurven 21, 22. Die Kurve 21 gibt die aus den Grössen der Sensoreinheiten 6 ermittelte Masse m über die Abbrandzeit t eines Abbrandes wieder. Kurve 22 zeigt die Verbrennungstemperatur T über die Abbrandzeit t eines Abbrandes. Um den Zeitpunkt t=0 wird ausgehend von der Heizkesselmasse m(g) der Kleinfeuerungsanlage die Anfangsmasse m(0), beispielsweise ca. 15 kg Brennstoff 10 wie beispielsweise Stückholz in die Brennkammer 11 eingebracht und zum Zeitpunkt t(s) gezündet. Hierbei nimmt die Temperatur T zu, so dass sich durch die Erwärmung der Kleinfeuerungsanlage 1 trotz der Ausbildung des Verschieberohrelements 17 und der Druckrohrabschnitte18 noch verbleibende, aber reproduzierbare mechanische Verspannungen ergeben, die eine ansteigende Masse m vortäuschen. Nach einer vom Aufbau der Kleinfeuerungsanlage 1 und dem Brennprozess abhängigen Zeit stellt sich die Maximalmasse m(Peak) ein. In der darauffolgenden Zeit bis zum Zeitpunkt t(z) fällt aufgrund des Verbrennungsprozesses die Masse m im Wesentlichen linear ab. Aus diesem Masseverlauf kann mittels Gleichung (1) die aktuelle Brennstoffmenge des Brennstoffs 10 mit der Restmasse m(r) in der Brennkammer 11 ermittelt und in der Steuereinheit 14 abhängig von weiteren Betriebsparametern eine Wärmebedarfsprognose erzeugt werden. Abhängig von dieser Wärmebedarfsprognose wird zum Zeitpunkt t(z) eine nachzulegende Masse an Brennstoff 10, beispielsweise ca. 3 kg, angefordert und nachgelegt, wobei aufgrund der mechanischen Verspannung eine höhere Masse m(z) als die Masse m(0) von der Wägeeinrichtung 8 ermittelt werden kann und entsprechend durch Gleichung (1) kompensiert wird. 2 shows with reference to the small combustion plant 1 of FIG. 1, the graph 20 with the curves 21, 22. The curve 21 is the determined from the sizes of the sensor units 6 mass m over the burning time t of a burn again. Curve 22 shows the combustion temperature T over the combustion time t of a burnup. At the time t = 0, starting mass m (0), for example approx. 15 kg of fuel 10 such as firewood, is introduced into combustion chamber 11 starting from boiler mass m (g) of the small firing plant and ignited at time t (s). In this case, the temperature T increases, so that the heating of the small furnace 1, despite the formation of the Verschieberohrelements 17 and the Druckrohrabschnitte18 remaining, but reproducible mechanical stresses result that mimic an increasing mass m. According to a time dependent on the design of the small combustion plant 1 and the combustion process time, the maximum mass m (peak) sets. In the following time until the time t (z), the mass m drops substantially linearly due to the combustion process. From this mass profile, the actual fuel quantity of the fuel 10 with the residual mass m (r) in the combustion chamber 11 can be determined by means of equation (1), and a heat demand forecast can be generated in the control unit 14 as a function of further operating parameters. Depending on this heat demand forecast, at the time t (z) a nachzulegende mass of fuel 10, for example, about 3 kg, requested and refilled, due to the mechanical strain a higher mass m (z) than the mass m (0) of the weighing device 8 can be determined and is compensated accordingly by equation (1).

[0019] Nachfolgend wird der Brennstoff 10 sukzessive zuerst bei maximaler Verbrennungstemperatur Tv und anschliessend mit abnehmender Temperatur verbrannt, so dass dessen Masse m laufend abnimmt. Zum Zeitpunkt t(e) ist die Abschalttemperatur TAbei der Endmasse m(e) des Brennstoffs 10 erreicht, bei dem die Luftzufuhr gedrosselt wird, wodurch die Verbrennungstemperatur T stark sinkt und infolgedessen die Temperatur der Kleinfeuerungsanlage abnimmt und die thermisch bedingten mechanischen Verspannungen nachlassen, so dass die ermittelte Masse m(g) sich wieder der Masse der Kleinfeuerungsanlage 1 bei vollständig verbranntem Brennstoff 10 nähert. Subsequently, the fuel 10 is successively burned first at maximum combustion temperature Tv and then with decreasing temperature, so that its mass m decreases continuously. At time t (e), the cut-off temperature TA is reached at the final mass m (e) of the fuel 10, at which the air supply is throttled, whereby the combustion temperature T drops sharply and as a result the temperature of the small combustion system decreases and the thermally induced mechanical stresses decrease that the determined mass m (g) again approaches the mass of the small combustion plant 1 when the fuel 10 is completely combusted.

[0020] Bezugszeichenliste <tb>1<SEP>Kleinfeuerungsanlage <tb>2<SEP>Gehäuse <tb>3<SEP>Wärmetauscher <tb>4<SEP>Aufstellfuss <tb>5<SEP>Abstützfläche <tb>6<SEP>Sensoreinheit <tb>7<SEP>Auswerteeinrichtung <tb>8<SEP>Wägeeinrichtung <tb>9<SEP>Beschickungsöffnung <tb>10<SEP>Brennstoff <tb>11<SEP>Brennkammer <tb>12<SEP>Verrohrung <tb>13<SEP>Pufferspeicher <tb>14<SEP>Steuereinheit <tb>15<SEP>Abgasanlage <tb>16<SEP>Kamin <tb>17<SEP>Verschieberohrelement <tb>18<SEP>Druckrohrabschnitt <tb>19<SEP>Flexrohr <tb>20<SEP>Diagramm <tb>21<SEP>Kurve <tb>22<SEP>Kurve <tb>m<SEP>Masse <tb>m(0)<SEP>Anfangsmasse <tb>m(e)<SEP>Endmasse <tb>m(g)<SEP>Heizkesselmasse <tb>m(Peak)<SEP>Maximalmasse <tb>m(r)<SEP>Restmasse <tb>m(z)<SEP>höhere Masse <tb>t<SEP>Abbrandzeit <tb>t(e)<SEP>Zeitpunkt <tb>t(s)<SEP>Zeitpunkt <tb>t(z)<SEP>Zeitpunkt <tb>T<SEP>Verbrennungstemperatur <tb>TA<SEP>Abschalttemperatur <tb>Tv<SEP>maximale Verbrennungstemperatur[0020] List of Reference Numerals <Tb> 1 <September> small heating system <Tb> 2 <September> Housing <Tb> 3 <September> Heat Exchanger <Tb> 4 <September> up foot <Tb> 5 <September> supporting <Tb> 6 <September> sensor unit <Tb> 7 <September> evaluation <Tb> 8 <September> weighing <Tb> 9 <September> loading port <Tb> 10 <September> Fuel <Tb> 11 <September> combustion chamber <Tb> 12 <September> piping <Tb> 13 <September> buffer <Tb> 14 <September> control unit <Tb> 15 <September> Exhaust system <Tb> 16 <September> Fireplace <Tb> 17 <September> shifting tube element <Tb> 18 <September> pressure pipe section <Tb> 19 <September> Flexrohr <Tb> 20 <September> Chart <Tb> 21 <September> Curve <Tb> 22 <September> Curve <Tb> m <September> Mass <Tb> m (0) <September> initial mass <Tb> m (e) <September> final mass <Tb> m (g) <September> boilers mass <Tb> m (peak) <September> Maximum mass <Tb> m (r) <September> residual mass <tb> m (z) <SEP> higher mass <Tb> t <September> burning time <Tb> t (e) <September> time <Tb> t (s) <September> time <Tb> t (z) <September> time <Tb> T <September> combustion temperature <Tb> TA <September> shutdown <tb> Tv <SEP> maximum combustion temperature

Claims

1. Small combustion plant (1) at least comprising a fixed support surface (5), a housing (2) supporting thereon with at least one combustion chamber (11), a combustion air supply means, an exhaust system (15) connected to a chimney (16) and a feed opening (9) for discontinuous charging with lumpy fuel (10), characterized in that between the support surface (5) and the housing (2) at least one sensor unit (6) for detecting a combustion of the small combustion plant (1) dependent size and an evaluation (7) are provided for determining a quantity of fuel contained in the combustion chamber (11) of this size and the housing (2) at least with respect to the chimney (16) is connected without tension.

2. Small combustion plant (1) according to claim 1, characterized in that the exhaust system (15) by means of a Verschieberohrelements (17) with the chimney (16) is connected.

3. Small combustion plant (1) according to claim 1 or 2, characterized in that one of the housing (2) leading away piping (12) contains flexible pressure pipe sections (18).

4. Small combustion plant (1) according to claim 3, characterized in that the flexible pressure pipe sections (18) are arranged horizontally.

5. Small combustion plant (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the flexible pressure pipe sections (18) are formed with respect to their longitudinal axis flexible flexible pipes (19).

6. A method for determining the amount of a discontinuously supplied particulate fuel (10) within a small combustion plant (1) according to claims 1 to 5, characterized in that in a combustion chamber (11) amount of fuel contained during a combustion time (t) by means of a size at least one between a housing (2) of the small furnace (1) and a support surface (5) arranged sensor unit (6) is determined.

7. The method according to claim 6, characterized in that from the time course at a predeterminable time a residual fuel amount based on the equation m (r) ≈ m (0) - (m (peak) - m (t)) - m (g) with the residual fuel quantity m (r), the initial mass m (0) after filling and before the ignition of the fuel, the maximum mass m (peak) determined at a maximum of the magnitude determined at the mass m (t) determined at the time t of the combustion process and the boiler mass m (g) is determined prior to filling with fuel or at least estimated.