AT397851B

AT397851B - Heizgerät

Info

Publication number: AT397851B
Application number: AT0268689A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1989-11-24
Filing date: 1989-11-24
Publication date: 1994-07-25
Also published as: DE59010357D1; ATE139023T1; EP0429034B1; EP0429034A3; EP0429034A2; DE4037397A1; ATA268689A

Description

AT 397 851 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät mit einem Vormisch-Gasbrenner, der samt einem Wärmetauscher in einer im Inneren des gegenüber der Umgebung, mit Ausnahme einer Luftzuführieitung, abgedichteten Gehäuses des Heizgerätes angeordneten Kammer montiert ist, welche mit einer Abgasleitung verbunden ist, wobei der Brenner über ein regelbares Gasdurchsatz-Stellglied beaufschlagt und ein den Brenner mit Verbrennungsluft versorgendes, diese Verbrennungsluft aus dem Inneren des Gehäuses ansaugendes Gebläse in seiner Drehzahl abhängig vom Gasdurchsatz steuerbar ist und die Luftzuführieitung in eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Luftkammer mündet

Bei solchen Heizgeräten ist es erforderlich, rund um die den Brenner enthaltende Kammer, in der sich aufgrund des Widerstandes, den der Wärmetauscher dem Abströmen der Abgase entgegensetzt, ein Überdruck herrscht, einen Bereich vorzusehen, in dem ein Unterdrück herrscht, um im Falle einer Leckage der Kammer ein Austreten der Abgase in den Raum, in dem ein solches Heizgerät aufgestellt ist, zu verhindern.

Die Regelung solcher Heizgeräte erfolgt in der Weise, daß die Beaufschlagung des Brenners mit Gas und Luft dem jeweiligen Wärmebedarf angepaßt wird. Das Mischungsverhältnis beider Gemischkomponenten, das durch die Luftzah! beschrieben wird, soll dabei nur wenig über dem stöchiometrischen Wert liegen und näherungsweise konstant sein beziehungsweise einem auf die jeweilige Wärmebelastung abgestimmten Wert entsprechen.

Zur Sicherung des optimalen Betriebes, aber auch aus sicherheits- und regelungstechnischen Gründen ist eine laufende Überwachung des Ist-Wertes der Luftzahl erforderlich. Sie soll bei Abweichungen durch Korrektur der Gas- und beziehungsweise oder Luftdosierung eine Rückführung auf den Soll-Wert bewirken oder, wo das nicht möglich ist, den Brenner abschalten. Zur Anzeige des Ist-Zustandes werden Sensoren zur Messung des Sauerstoffanteiles im Rauchgas, der Brennraumtemperatur oder der Geschwindigkeit im Ansaugstutzen verwendet. Nachteilig dabei sind vergleichsweise hohe Kosten und beziehungsweise oder die erhebliche Gefährdung der Funktion durch thermische und korrosive Belastungen.

Aus der DE-OS 33 42 339 ist eine Regelvorrichtung mit einer Lambda-Sonde bekanntgeworden, bei der die Luft- oder die Brennstoffzufuhr so eingestellt werden kann, daß die Luftzahl Lambda einen vorgegebenen Soll-Wert beibehäit. Auch bei einer in der DE-OS 35 17 471 beschriebenen Regelung für das Brennstoff-Luftverhältnis einer brennstoffbeheizten Wärmequelle sind Meßfühler für den Sauerstoffgehalt sowie den Kohlenmonoxidgehalt der Abgase vorgesehen, welche auf einen Regler einwirken. Schlußendlich ist aus der DE-OS 27 54 423 eine Feuerstätte mit einer Bypassklappe zum Vermindern des Luftdurchsatzes durch die Feuerstätte bekanntgeworden. Nachteilig bei den Vorrichtungen der drei genannten DE-OS ist vor allem deren komplizierter und kostspieliger Aufbau, wodurch insbesondere Heizungsgeräte der unteren Leistungsklasse unverhältnismäßig verteuert werden.

Ziel der Erfindung ist es, ein Heizgerät mit einer möglichst einfachen Verbrennungsluftdosierung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Luftkammer mit dem Inneren des Gehäuses durch ein Stellglied, insbesondere ein Membranventil, verbunden ist, das durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen derart gesteuert ist, daß bei einer Verminderung der Brennerleistung der Strömungswiderstand der in das Innere des Gehäuses zuströmenden Luft durch Verstellung des Stellorgans zwischen Luftkammer und Gehäuseinnerem in vorgegebener Weise vergrößert und bei Anhebung der Brennerleistung ebenso verkleinert wird und daß das Stellorgan mit Grenzwertgebern zum Abschalten des Brenners ausgestattet ist.

Dies ermöglicht es, bei allen Änderungen der Brennerleistung den Innendruck im Gehäuse konstant zu halten. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß bei der mit der Verringerung der Brennerleistung verbundenen Reduzierung des vom Gebläse geförderten Gemischvolumenstromes durch Konstanthaltung eines Teilbetrages der Summe aller Strömungswiderstände eine Verstimmung der Gebläsekenniinie und der Gerätekennlinie erzeugt wird. Die Rückführung auf den Soll-Wert ist dann identisch mit der Rückführung der Verstimmung gegen Null. Sie wird dadurch erreicht, daß bei Verkleinerung der Brennerleistung im Vergleich zum verstimmten Zustand ein zusätzlicher Widerstand in der Luftzuführung zum Gebläseinneren erzeugt wird, bei Steigerung der Brennerleistung entsprechend umgekehrt. Voraussetzung ist die eindeutige Verknüpfung von Brennerleistung, Gebläsedrehzahl und Druckverlauf. Die Überschreitung des Stellbereiches am Stellglied kann zum Ausschalten des Brenners benutzt werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, das Heizgerät auch im Teiilastbereich optimal zu betreiben und einerseits den Brenner in dem geplanten Umfang mit Gas und Luft zu beaufschlagen, andererseits bei Grenzüberschreitung Risiken zu vermeiden. Dabei ist es auch möglich, auf eigene Sensoren zu verzichten. Es genügt, die notwendigen Parameter entsprechend deren gegebenen Zusammenhang zu ändern. Mit anderen Worten, es ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau einer Konstantdrucksteuerung, ohne daß es dazu einer Elektronik oder eigener Sensoren bedarf. Außerdem ist 2

AT 397 851 B damit auf einfache Weise ein Abschalten des Brenners sichergestellt, wenn der Stellbereich des Stellgliedes nicht mehr für eine Rückführung auf den vorgesehenen Soll-Wert ausreicht.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Heizgerät,

Figur 2 ein Steuerschema für das Gerät nach der Figur 1,

Figur 3 ein Diagramm der Druckverhältnisse im Heizgerät nach der Figur 1 und Figur 4 ein Beiastungsdiagramm des Gerätes nach Figur 1.

Das erfindungsgemäße Heizgerät weist ein dichtes Gehäuse 20 auf, in dessen Innenraum 19 sich eine dichte Kammer 7 befindet, in der der Brenner 6 und ein Wärmetauscher 8 angeordnet sind.

Diese Kammer 7 ist über die Abgasleitung 12 mit einem Abgasschacht oder einer Auslaßöffnung verbunden. Diese Abgasleitung 12 ist von einer Luftzuführleitung 9 umgeben, die in das Innere des dichten Gehäuses 20 mündet und zur Abgasleitung 12 koaxial angeordnet ist.

Weiter ragen eine Überwachungselektrode 14 zur Überwachung der Brennerfunktion und eine Zündelektrode 13 in die Kammer 7, in die auch der Ausgang eines Gebläses 1 mündet, das Luft aus dem Innenraum 19 des Gehäuses 20 ansaugt und in die Kammer 7 fördert, in der sich ein Überdruck aufbaut, der durch den Widerstand bedingt ist, den der Wärmetauscher 8 dem Abströmen der Abgase entgegensetzt.

Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Vormisch-Gasbrenner 6 vorgesehen ist, mündet in die Ansaugöffnung 21 des Gebläses 1 eine Gasdüse 5, die über ein über elektrische Signale verstellbares Gasdurchsatz-Stellglied 4, das in einer Gasleitung 3 angeordnet ist, beaufschlagt ist.

An dem Heizwasservorlauf 16 des Wärmetauschers 8 ist ein Vorlauftemperatursensor 15 angeordnet, der mit dem ebenfalls im Gehäuse 20 angeordneten Steuergerät 18 verbunden ist, an dem auch das Gasdurchsatz-Stellglied 4 und das Gebläse 1 angeschlossen sind, und von diesem mit Steuersignalen beaufschlagt werden.

Zur Regelung des Druckes im Gehäuseinnenraum 19 ist eine Luftkammer 10 vorgesehen, in die das Luftzuführrohr 9 unmittelbar mündet und die beispielsweise über ein Membranstellventil 11 mit dem Innenraum 19 des Gehäuses 20 verbunden ist.

Bei einer Erhöhung des Soges des Gebläses 1 aufgrund einer Erhöhung der Leistung des Brenners 6 biegt sich die Membrane 22 des Membransteilventiles 11 stärker durch, wodurch sich der mit der Membrane 22 bewegungsschlüssig verbundene Ventilkörper 23 weiter vom Ventilsitz 24 entfernt und daher der Strömungswiderstand beim Durchströmen der Luft durch das Membranstellventil 11 abnimmt. Dies führt zu einer Konstanthaltung des Druckes im Inneren 19 des Gehäuses 20, trotz der Tendenz des Gebläses 1 diesen, aufgrund der bei einer stärkeren Gasbeaufschlagung des Brenners 6 erforderlichen Erhöhung der Drehzahl des Gebläses 1 und der damit verbundenen Verstärkung seiner Saugwirkung, abzusenken.

Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, verarbeitet das Steuergerät 18 die alternativ von einem Raumthermostat 30 und einem Außentemperatursensor 31 kommenden Signale oder die von einem Heizwasser-Temperatur-sensor 32 und einem Warmwasser-Temperatursensor 30 kommenden Signale für die Steuerung des Brenners 6. Dabei werden das Gasstellventil 4 und das Gebläse 1 angesteuert, wobei die Ansteuerung dieser beiden Elemente entsprechend der Betriebskennlinie des Heizgerätes erfolgt, die in der Figur 4 beispielsweise dargestellt ist und später näher erläutert werden wird.

Weiter kann noch ein Gehäusedrucksensor (nicht dargestellt) im Inneren 19 des Gehäuses 20 vorgesehen sein, der mit einem im Steuergerät 18 angeordneten Komparator 34 verbunden ist, der ein Luftstellventil, das wie das in der Figur 1 dargestellte Membranstellventil 11 den Einströmwiderstand der Luft variiert, entsprechend ansteuert.

Figur 3 zeigt den Druckveriauf im Heizgerät gegenüber dem atmosphärischen Luftdruck p0, aus dem ersichtlich ist, daß an der Abgasseite HG Ab ein Überdruck und an der Luftseite HGLu ein Unterdrück herrscht, während im Gebläsebereich HGGb einem dem Widerstand am Gebläseeingang entsprechenden Druckabfall Pgm ein der Förderhöhe H des Gebläses entsprechender Druckanstieg PGb2 folgt. Der Druck steigt dabei bis zu einem den abgasseitigen Widerstand PAb repräsentierenden Wert über den atmosphäri-chen Luftdruck p0 an.

Die Leistung des Brenners 6 ist im wesentlichen von der Förderhöhe H des Gebläses 1 abhängig, wobei vorausgesetzt wird, daß der dem Brenner 6 zugeführten Luft eine dem stöchiometrischen Verhältnis im wesentlichen entsprechende Gasmenge zugesetzt wird.

Beim Betrieb des Brenners 6 herrscht, wie aus der Figur 3 ersichtlich, im inneren 19 des Gehäuses 20 stets ein Unterdrück pun, der durch entsprechende Abstimmung der Gebläseförderhöhe H mit den inneren und äußeren Strömungswiderständen, die das Gebläse 1 bei der Nennwärmebelastung QNB im Betriebs- 3

Claims

AT 397 851 B punkt A (Figur 4) zu überwinden hat, auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Maßgebend sind dafür die Widerstände in der Luftzuleitung, die Gebläse-Kennlinie sowie sicherheitstechnische Gesichtspunkte. So soll sich bei einer Laständerung der Druck pun im Inneren 19 des Gehäuses 20 nicht wesentlich ändern. Der Nennlastpunkt A des Gebläses 1 entspricht dem Schnittpunkt der Widerstandskennlinie A-C des Heizgerätes mit der durch die Speisespannung Ui und die Drehzahl ni des Gebläses 1 definierten Gebläse-Kennlinie Ui, ni. Bei einer reduzierten Last x QNB, wobei QNb die Nennlast des Heizgerätes und x einen Faktor < 1 bedeutet, führt eine zur Laständerung proportionale Ansteuerung des Gebläsemotors und des Gasdurchsatz-Stellgliedes zu den Betriebspunkten für das Gebläse 1, die auf der Linie A-E-E'-B liegen. Für sie gelten die folgenden Beziehungen: Vx _ ϋχ Vl Ul (1) nx - = X *1
(2) Hk = X2 Ηχ Gegenüber dieser Gebläse-Kennlinie Ux, nx ist die Widerstands-Kennlinie A-C des Heizgerätes, wie aus der Figur 4 zu ersehen ist, gegen größere Förderhöhen H des Gebläses 1 zu verschieben, mit Ausnahme im Nennleistungspunkt A. Diese Verschiebung ergibt sich aus der Forderung, daß bei einer Änderung des Gebläsevolumenstromes V ein Teil des Gesamtwiderstandes, und zwar der Widerstand des in das Gehäuseinnere 19 eingeführten Verbrennungsluftstromes, dargestellt durch den Gehäusedruck pun, konstant bleiben soll, während sich alle anderen Widerstandskomponenten entsprechend der Gleichung (2) verhalten. Die proportionale Anpassung der Gebläseansteuerung, insbesondere der Drehzahl n des Gebläses 1 führt daher nicht auf den gewünschten Betriebspunkt D, sondern zu Punkt E\ für den die Beziehung Hx' < Hx gilt. Dies bedeutet, daß der Gehäuseunterdruck pun kleiner als erwartet ist. Diese Abweichung führt zum vorzeitigen Abschalten durch den bei solchen Heizgeräten üblicherweise vorhandenen Differenzdruckwächter oder zu einer Einengung des Modulationsbereiches der Leistung des Heizgerätes. Durch das erfindungsgemäße Heizgerät wird dies dadurch vermieden, daß das Gebläse 1 bei Laständerungen nicht proportional zu x, sondern proportional zu x + Δχ angesteuert wird. Das Korrekturglied Δ x ist in Abhängigkeit vom gewünschten Gehäuseunterdruck pun so zu bestimmen, daß die durch den Punkt D gehende Gebläsekennlinie Ux, nx erreicht wird. Auf der für den neuen Belastungszustand angesteuerten Gebläse-Kennlinie Ux, nx muß der Gebläsebetriebspunkt vom Punkt E nach dem Punkt D verschoben werden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Widerstand des Luftstellgliedes 11, das den Durchlaß zwischen der Luftkammer 10 und dem Inneren 19 des Gehäuses 20 steuert, angehoben wird. Patentansprüche 1. Heizgerät mit einem Vormisch-Gasbrenner, der samt einem Wärmetauscher in einer im Inneren des gegenüber der Umgebung, mit Ausnahme einer Luftzuführieitung, abgedichteten Gehäuses des Heizgerätes angeordneten Kammer montiert ist, welche mit einer Abgasleitung verbunden ist, wobei der Brenner über ein regelbares Gasdurchsatz-Stellglied beaufschlagt und ein den Brenner mit Verbrennungsluft versorgendes, diese Verbrennungsluft aus dem Inneren des Gehäuses ansaugendes Gebläse in seiner Drehzahl abhängig vom Gasdurchsatz steuerbar ist und die Luftzuführieitung in eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Luftkammer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer (10) mit dem Inneren (19) des Gehäuses (20) über ein Stellorgan, insbesondere ein Membranventil (11), verbunden ist, das durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Räumen (10 und 19) derart gesteuert ist, daß bei einer Verminderung der Brennerleistung der Strömungswiderstand der in das 4 AT 397 851 B Innere (19) des Gehäuses (20) zuströmenden Luft durch Verstellung des Stellorgans zwischen Luftkammer (10) und Gehäuseinnerem (19) in vorgegebener Weise vergrößert und bei Anhebung der Brennerleistung ebenso verkleinert wird und daß das Stellorgan mit Grenzwertgebern zum Abschalten des Brenners ausgestattet ist. Hiezu
3 Blatt Zeichnungen 5