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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasbeheizten Durchlaufwasserheizer.
Solche gasbeheizten Durchlaufwasserheizer sind marktgängig in mehreren Systemen. Zum ersten gibt es solche, die mit einem von einem Zündbrenner gesteuerten Hauptbrenner arbeiten, der einen Wärmetauscher beheizt, der vom Wasser durchflossen ist. Dem Wärmetauscher ist ein ein Wasserventil aufweisender Wasserschalter nachgeschaltet, wobei dieses Wasserventil gleichzeitig das Zapfventil für warmes Wasser ist. Gasseitig sind dem Brenner zwei in Serie liegende Gasventile vorgeschaltet, von denen eines vom Wasserschalter betätigt ist und das andere einer Gasarmatur zugeordnet ist, mit der das Gerät in Betrieb genommen wird. Die Gasarmatur hat einen Bedienungshandgriff, mit dem das Gasventil zum Zünden des Zündbrenners in Betrieb genommen wird, wobei bei geöffnetem Zündgasventil eine Bereitschaftsstellung erreicht ist.
Wird dann das Zapfventil im Wasserschalter geöffnet, so wird der Wasserdurchsatz durch den Wärmetauscher registriert und hierbei ein Stift ausgelenkt, der das zugehörige Gasventil betätigt. Je grösser der Wasserdurchsatz ist, um so grösser ist die Auslenkung des Stiftes und um so stärker wird das Gasventil geöffnet, so dass der Gasdurchsatz dem Wasserdurchsatz angepasst ist. Dem Zündbrenner ist eine Zündelektrode zugeordnet, mit der der Zündbrenner gezündet werden kann. Der brennende Zündbrenner zündet bei Öffnen beider Gasventile dann den Hauptbrenner. Dem Zündbrenner ist eine Zündsicherung zugeordnet, die aus einem dem Zündbrenner ausgesetzten Thermoelement besteht, das ein drittes im Gasweg liegendes Ventil beherrscht.
Erlischt der Zündbrenner, so erkaltet das Thermoelement, das dann
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keinen Strom mehr liefert, so dass der vom Thermoelement gespeiste Elektromagnet des dritten
Gasventils stromlos wird und damit die weitere Gaszufuhr zum Hauptbrenner absperrt.
Bedingt durch die drei Gasventile im Hauptgasweg, den Zündbrenner und die thermolelektrische
Zündsicherung, sind diese Geräte relativ aufwendig. Ausserdem dauert die Inbetriebnahme relativ lange, so dass der Benutzer eine verhältnismässig lange Zeit warten muss, bis nach dem Öffnen des
Zapfventils er tatsächlich warmes Wasser vom Wärmetauscher zur Verfügung gestellt bekommt.
Im Zuge der Weiterentwicklung dieser Geräte hat man sodann probiert, Geräte zu schaffen, die ohne im Betriebsbereitschaftszustand brennenden Zündbrenner auskommen. Diese wiesen dann zwar noch den Zündbrenner auf, benötigten aber einen zusätzlichen Wachbrenner. Dieser beheizte einen Ausdehnungskörper, der den Gasfluss zum Hauptbrenner nur so lange aufrechterhielt, wie der Wachbrenner seinerseits brannte.
Man hat dann weiter versucht, die Geräte zu vereinfachen und die automatische Zündung nur mit einem Zündbrenner zu bewerkstelligen. Auch diese Geräte sind auf dem Markt, weisen aber immer noch den Nachteil eines recht komplizierten Aufbaus zusammen mit einer langen Vorlaufzeit auf, bis diese Geräte warmes Wasser zu liefern imstande sind.
Hier setzt die Aufgabe der Erfindung ein, ein Gerät zu schaffen, das einfach aufgebaut ist, keinen permanent brennenden Zündbrenner benötigt und die Zeit vom Öffnen des Zapfventils bis zum Liefern warmen Gebrauchswassers signifikant verkürzt.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt bei einem gasbeheizten Durchlaufwasserheizer der eingangs näher bezeichneten Art in den Merkmalen des unabhängigen Patentenspruchs.
Durch diese konstruktive Ausbildung ist es nunmehr möglich, den Zündbrenner, das Zündsicherungsventil und die thermoelektrische Zündsicherung fortzulassen, so dass man nur
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noch zwei in Serie liegende Gasventile zum Hauptbrenner benötigt und trotzdem ein Gerät zu schaffen, das dem Verbraucher schnell warmes Wasser nach Betätigen des Zapfventils liefert, ohne dass es zu Zündungen in den Vollgasstrom zum Hauptbrenner und damit zu
Verpuffungserscheinungen kommt.
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung liegen in den abhängigen Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 ein Grundschema eines gasbeheizten Durchlaufwasserheizers und die Figuren 2 und 3 das Servoventil in seinem konkreten Aufbau in zwei Zuständen.
In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.
Ein gasbeheizter Durchlaufwasserheizer 1 weist eine Brennkammer 2 auf, die nach oben von einem Wärmetauscher 3 abgeschlossen ist, dem eine Brennkammer 2 und eine sie in Form einer Wendel umgebende Rohrschlange 4 vorgeschaltet ist, die von einem Wasserschalter 5 mittels eines Zufuhrrohres 6 ihren Ausgang nimmt, wobei der Kaltwassereinlass 7 am Wasserschalter 5 liegt. Der Wasserschalter weist in seinem Inneren ein nicht näher ersichtliches Wasserventil auf, dessen Ventilkörper mit einem Stift 8 versehen ist, der einen Kontakt 9 betätigen kann, der innerhalb einer Stromleitung 10 liegt. Ein weiteres, in Serie mit dem ersten Wasserventil liegendes Wasserventil, kann mit einer Handhabe 11 geöffnet und geschlossen werden.
Somit liegen die Elemente 5, 6, 4, 3 in Serie, der Auslass des Wärmetauschers 3 ist mit einer zu einer Zapfstelle 12
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führenden Warmwasserauslassleitung 13 verbunden.
Der Wärmetauscher 3 ist durchlässig für Abgase eines innerhalb der Brennkammer 2 angeordneten einzigen Brenners 14, der als teilvormischender atmosphärischer Gasbrenner ausgebildet ist. Er liegt kurz unterhalb der Unterseite 15 der Brennkammer 2, die nach unten offen ist. Die Abgase des Brenners durchströmen somit die gesamte Brennerkammer 2 aufwärts, erwärmen hierbei ihren Mantel und damit die Rohrwendel 4 und anschliessend den
Wärmetauscher 3 und strömen dann in eine Strömungssicherung 16, die sie über einen
Abgasanschluss 17 in Richtung eines Schornsteins verlassen. Die Strömungssicherung weist
Leitschaufeln 18 auf, wobei einer dieser Leitschaufeln ein Abgasthermofühler 19 zugeordnet ist.
Dieser ist mit Leitungen 20 an eine Steuervorrichtung 21 angeschlossen, wobei in den Leitungen
20 in Serie mit dem Abgastemperaturfühler 19 ein Sicherheitstemperaturfühler 22 in Serie geschaltet ist, der über einen Klemmbügel 23 an ein Verbindungsrohr zwischen dem Ende der
Rohrwendel 4 und dem Einlass des Wärmetauschers 3 geschaltet ist. In der Steuervorrichtung 21 sind eine Batterie 24, eine Zündvorrichtung 25, ein Flammendetektor 26 und eine
Brennersteuerung 27 vorgesehen. Die Leitung 10 ist einerseits an die Batterie 24 angeschlossen, andererseits über nicht dargestellte interne Leitungen an die Brennersteuerung 27. Die Brennersteuerung 27 ist über eine einzelne Leitung 28 mit einem Servoventil 29 verbunden. Von der Zündvorrichtung 25 führt eine Leitung 30 zu einer Zündelektrode 31, die auf einem Halter 32 angeordnet ist und dem Brenner 14 zugeordnet ist.
Eine lonisationselektrode 33 ist auf dem gleichen Halter 32 angeordnet und ist über eine Leitung 34 mit dem Flammendetektor 26 verbunden. Eine mit Masse bzw. dem Halter 32 verbundene Gegenelektrode 35 ist sowohl der Zündelektrode 31 als auch der lonisationselektrode 33 zugeordnet. Das Servoventil 29 betätigt ein zweites Gasventil 36, dessen Ventilkörper 37 einem Ventilsitz 38 zugeordnet ist. Von einer mit einer Handhabe 39 versehenenen Spindel 40 ist ein Justierventil 41 mehr oder weniger zu öffnen, das gasseitig dem zweiten Gasventil 36 nachgeschaltet ist. Der Stift 8 ragt nach oben aus dem Wasserschalter 5 mit einem Fortsatz 42 heraus und beherrscht einen Ventilkörper 43 eines weiteren ersten Gasventils 44, dessen Ventilkörper 45 in einer Gasarmatur 46 angeordnet ist.
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Diese besitzt einen Auslass 47, der mit mehreren Gasdüsen 48 versehen ist, die jeweils in
Mischrohre 49 des Gasbrenners 14 Gas unter Mitreissen von Primärluft einblasen.
Im Rahmen der jetzt vorliegenden Beschreibung der in den Figuren 2 und 3 dargestellten
Konstruktion wendet sich die Erfindung nunmehr dem Servoventil 29 zu. Hierbei zeigt die Figur 2 den Ruhezustand dieses Servoventils, also bei geschlossenem Wasserschalter 5 und somit geschlossenem zweiten Gasventil 36 und nicht brennendem Brenner 14. Das Gas gelangt über einen Gaseinlass 15 in das Gehäuse 51 des Servoventils 29. Das Gehäuse 51 weist ein Antriebsteil 52 auf, das aus einem Zentralteil 53 und einem dieses verschliessenden Deckelteil 54 besteht. Das Deckelteil 54 weist eine grosse seitliche zentrale Öffnung 55 auf, die mittels eines Deckels 56 gasdicht verschliessbar ist, aber zu Revisionszwecken geöffnet werden kann.
Zwischen dem Zentralteil 53 und dem Deckelteil 54 ist eine Membran 57 gasdicht eingespannt, die den Innenraum 58 des Antriebsteils 52 in zwei Kammern 59 und 60 aufteilt. Die Membran 57 trägt eine Platte 61, die ihrerseits eine Ventilkombination 62 trägt. Diese Ventilkombination 62 besitzt zwei Ventilsitze 63 und 64, die von zwei Ventilkörpem 65 und 66 beherrscht sind, die auf einer Wippe 67 angeordnet sind, die um einen Drehpunkt 68 schwenkbar ist. Die Wippe und damit die Ventilkörper können betätigt werden durch ein Joch 69, dem eine Spule 70 eines Elektromagneten 71 zugeordnet ist. Die Spule 70 ist mit zwei Drähten 72 verbunden, die über eine Durchführung 73 mit der Leitung 28 verbunden sind, wobei einer der beiden Drähte 72 mit dem Gehäuse unmittelbar verbunden ist.
Der Elektromagnet 71 und die beiden von ihm betätigten Ventilkörper 65 und 66 sind Teil eines Kombinationskörpers 74, durch den ein erster Gaskanal 75 gelegt ist. Der Kombinationskörper 74 ist an der Platte 61 befestigt. Der Gaskanal 75 verbindet die beiden Kammern 59 und 60 miteinander. Ein weiterer Gaskanal 76 führt von dem Ventilsitz 63 durch die Platte 61 zu einem Mitnehmer 88, der im Rahmen einer Ausnehmung 77 den hohlen Ventilkörper 37 durchgreift und in einem Flansch 78 endet, der als Anschlag zum Mitnehmen des Ventilkörpers dient. Im in der Figur 2 dargestellten Ruhezustand ist ein Spalt 79 zwischen dem Anschlag 78 und dem
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Ventilkörper 37 vorhanden. Der Ventilkörper 37 ist durch eine erste Druckfeder 80 und eine zweite
Druckfeder 81 in Fliessstellung vorbelastet, zwischen beiden befindet sich ein Federteller 82.
Ausgehend vom Ruhezustand gemäss Figur 2 stellt sich die Funktion des gasbeheizten
Durchlaufwasserheizers gemäss Fig. 3 wie folgt dar :
In diesem Ruhezustand ist das zweite Ventil 36 geschlossen, das heisst, der Hauptgasweg zum
Brenner 14 ist geschlossen. Die Druckfedern 80 und 81 sind entspannt, das Ventil 63/65 geschlossen, das Ventil 64/66 hingegen geöffnet. Damit sind die Kammern 59 und 60 pneumatisch kurzgeschlossen, darüber hinaus ist, vergleiche Figur 1, das erste Gasventil 44 geschlossen, und das Wasserventil im Wasserschalter 5 ist gleichermassen verschlossen. Der
Brenner brennt nicht, und es findet kein Wasserdurchsatz durch den gasbeheizten
Durchlauferhitzer 1 statt. Das von der Handhabe 39 gesteuerte Justierventil 41 befindet sich in irgendeiner Zwischenstellung, ist aber nicht geschlossen und kann auch nicht geschlossen werden.
Wird nun das im Wasserschalter 5 befindliche Wasserzapfventil durch Betätigen der Handhabe 11geöffnet, geschieht folgendes: Zunächst ist der Wasserweg frei, so dass das Wasser den Wasserschalter 5 durchsetzt und über das Zuführrohr 6 in die wendeiförmige Rohrschlange 4 gelangt, von dort erreicht es nach Passieren des Sicherheitstemperaturbegrenzers 22 den Wärmetauscher 3 und fliesst über die Warmwasserauslassleitung 13 zur Zapfstelle 12. Zur gleichen Zeit wird dieser Wasserdurchfluss aber vom Wasserschalter in bekannter Art und Weise registriert, und als Reaktion darauf findet ein dem Wasserdurchsatz entsprechendes Auslenken des Stiftes 8 zusammen mit dem Stift 42 statt. Letzterer öffnet das erste Gasventil 44 analog der Grösse des Wasserdurchsatzes mit diesem ansteigend und ersterer betätigt den Kontakt 9.
Damit ist die Spannung von der Batterie 24 über die Leitung 10 auf die Brennersteuerung 27 geschaltet.
Diese betätigt die Zündvorrichtung 25, so dass über die Leitungen 30 die Zündelektrode 31 mit Hochspannungsimpulsen versorgt wird, die von der Elektrode 31 zur Gegenelektrode 35 überspringt. Dies geschieht für eine gewisse Zeit und wird beherrscht durch ein Zeitglied, das zusätzlich in die Steuervorrichtung 21 integriert ist. Weiterhin geschieht parallel zu den eben
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beschriebenen Vorgängen noch folgendes: Der Gasdruck steht auch am Gaseinlass 50 an, das
Gas kann aber nicht wegen des geschlossenen zweiten Ventils 36 zum Hauptbrenner fliessen, kann aber über den Gaskanal 75 nicht nur in die Kammer 59, sondern auch in die Kammer 60 gelangen. Der den Kontakt 9 betätigende Stift 8 schaltet aber auch über die Brennersteuerung 27 und die Leitung 28 Strom über die Durchführung 73 und die Leitungen 72 auf die Spule 70 des
Elektromagneten 71.
Diese zieht das Joch 69 gegen die Rückstellkraft einer nicht dargestellten
Feder an und veranlasst daher die Wippe 67, um den Drehpunkt 68 zu verschwenken. Somit wechselt der Schaltzustand der Ventile 63/65 und 64/66. Der neue Schaltzustand ist aus der Figur
3 ersichtlich. Somit wird der Kanal 75 abgesperrt und der Kanal 76 geöffnet. Während im
Anfangszustand, also bei ruhendem Gerät, die Drücke in den Kammern 59 und 60 gleich und grösser waren als der Atmosphärendruck, der zu Beginn in der an den Ventilsitz 38 anschliessenden Leitung 83 herrscht, ändern sich nun die Druckverhältnisse. Da die Kammer 58 nunmehr vom Gasdruck des Gaseinlasses 50 abgesperrt ist, senkt sich dieser Druck über den frei gewordenen Kanal 76 ab, da dieses Gas nunmehr über den Kanal 76 in die unter Umgehung des zweiten Ventils 36 zum Brenner führende Leitung 83 gelangen kann.
Dieser Gasstrom ist so gross, dass er als Zündgasstrom für den Brenner 14 ausreicht, um den Brenner zu zünden. Dass der Brenner bereits mit Zündfunken beaufschlagt wird, wurde kurz vorher beschrieben. Dieser relativ geringe Gasstrom verhindert im übrigen auch Verpuffungserscheinungen am Brenner 14 bei dessen Zündung. Andererseits steht dieser Gasstrom nur eine gewisse Zeit zur Verfügung, nämlich für die Zeit, in der sich der Druck in der Kammer 60 auf Atmosphärendruck abgebaut hat.
Erfolgt während dieser Zeit eine Zündung des Brenners 14, so wird diese über die lonisationsstrecke zwischen den beiden Elektroden 33 und 35 dem Flammendetektor 26 rückgemeldet. Das druckmässige Entlasten der Kammer 60 hat aber weiterhin zur Folge, dass infolge des durch die Verbindung mit dem Gaseinlass 50 ansteigenden Gasdrucks in der Kammer 59 die Membran 57 und damit die Platte 61 gegen den Deckel 56 bewegt werden. Damit fährt der Mitnehmer 88 in die gleiche Richtung, was sich so lange nicht auswirkt, bis der Flansch 78 infolge kleiner werdenden Spaltes 79 sich an den Ventilkörper 37 anlegt. Erst wenn dies geschieht, wird der Ventilkörper 37 von seinem Ventilsitz 38 abgehoben, das heisst das zweite Gasventil 36
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geöffnet.
Dann steht der Gasweg unmittelbar vom Gaseinlass in die Leitung 83 frei, und der Gasstrom durch diese Leitung erhöht sich auf den Wert, der nach dem durch die Drosselstellung des Justierventils 41 festgelegten Gasdurchsatzes gewünscht wird, wobei dieser Gasdurchsatz zusätzlich noch vom Wasserdurchsatz durch den Wasserschalter 5 abhängt, weil von diesem Wasserdurchsatz der Öffnungsgrad des erste Ventils 44 gesteuert ist.
Erfolgt innerhalb der vorhin beschriebenen Zeitspanne jedoch keine Zündung des Brenners 14, so schaltet die Brennersteuerung 27 über die Leitung 28 nach Ablauf der im Zeitglied 86 eingestellten Zeit den Elektromagneten wieder stromlos. Damit wird das Ventil 63/65 durch Kippen der Wippe 67 wieder geschlossen, so dass der Ventilkörper 37 weiterhin, ohne je abgehoben zu haben, auf dem Ventilsitz 38 ruhen bleibt. Damit ist ein weiterer Gasfluss zum Brenner 14 unterbunden. Der Gasfluss ist im übrigen durch die Pfeile 84 markiert.