DE10114405B4 - Gebläse für Verbrennungsluft - Google Patents

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Abstract

Gebläse (1) für Verbrennungsluft in einem wand/bodenstehenden Heizkessel, mit einem Gebläsegehäuse (2) und einem Gebläserad (2'), mit einem Lufteinlass (3) (Ansaugseite) und einem Luftauslass (4) (Druckseite) und mit einer Zuleitung (5) für ein gasförmiges Verbrennungsmedium, wobei am Lufteinlass (3) eine Sensoreinrichtung (6) zum Ermitteln des Luft-Massenstroms angeordnet ist, die mit einer elektronischen Steuer/Reglereinheit (7) funktionsverbunden ist und zu dieser Signale zur Aufbereitung des Verhältnisses Verbrennungsmedium/Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung sendet, wobei die Sensoreinrichtung (6) an einer Ringdüsenanordnung (8) ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gebläse für Verbrennungsluft in einem wand/bodenstehenden Heizkessel. Derartige Gebläse dienen in Haushaltsheizungsanlagen mit vollmischendem Flächenbrenner zur Erwärmung entweder von Brauchwasser oder dem Heizungswasser.
  • Im Stand der Technik erfolgt die Steuerung und die Regelung im allgemeinen über pneumatisch angesteuerte Gasventile, die jedoch aufgrund ihrer benötigten hohen Steuerleistung zu einem erhöhten Volumenstrom von Verbrennungsluft führen, wie er für die eigentliche Leistungserzeugung nicht erforderlich ist.
  • Aus der EP 1 002 998 A2 ist ein Heizgerät mit einem Gasbrenner bekannt, bei der einem Brenner die Verbrennungsluft über ein Gebläse zugeführt wird. Das Gebläse weist eine Sensoreinrichtung auf, die in Strömungsrichtung gesehen unmittelbar hinter dem Gebläse in einer kanalförmigen Leitung für die Verbrennungsluft angeordnet ist.
  • Die WO 96/21128 A1 betrifft ein Fahrzeugheizgerät, bei dem ein Brenner von einer Dosierpumpe eine genau dosierte Menge Brennstoff pro Zeiteinheit zugeführt wird. Dabei liefert ein Verbrennungsluftgebläse die zur Verbrennung passende Luftmenge, die von einer Sensoreinrichtung gemessen wird. Diese Sensoreinrichtung ist in Form eines Massenstromsensors in dem Verbrennungslufteinlasskanal stromauf bezüglich des Verbrennungsgebläses angeordnet.
  • Aus der WO 86/04663 A1 ist eine Einrichtung für eine Feuerungsanlage bekannt, bei der einem Brenner die Verbrennungsluft über ein Gebläse zugeführt wird. Vor dem Gebläseeingang ist ein Eingangsrohr angeordnet, in welchem ein Zusatzgebläse eingebaut ist. Das Zusatzgebläse weist einen zusätzlichen Ansaugstutzen auf, in welchem im vorderen Bereich ein Durchflussmessgerät angeordnet ist. Das Durchflussmessgerät weist ein von einer Feder belastetes Flügelrad mit einem Potentiometer auf und steht über eine Leitung mit einer Regeleinrichtung in Signalverbindung. Mittels des Flügelrades kann ein Volumenstrom gemessen werden. Die Regeleinrichtung steuert eine zwischen dem Zusatzgebläse und der Einlauföffnung versehene Blende wie auch den Motor des Zusatzgebläses.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Gebläse zu schaffen, bei welchem die Erfassung eines Luftmassenstroms so exakt durchgeführt wird, dass eine adäquate Leistungsabgabe entsprechend der gewünschten Leistungsanforderung bereitstellt wird.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gebläse (1) für Verbrennungsluft in einem wand/bodenstehenden Heizkessel, mit einem Gebläsegehäuse (2) und einem Gebläserad (2'), mit einem Lufteinlass (3) (Ansaugseite) und einem Luftauslass (4) (Druckseite) und mit einer Zuleitung (5) für ein gasförmiges Verbrennungsmedium, wobei am Lufteinlass (3) eine Sensoreinrichtung (6) zum Ermitteln des Luft-Massenstroms angeordnet ist, die mit einer elektronischen Steuer/Reglereinheit (7) funktionsverbunden ist und zu dieser Signale zur Aufbereitung des Verhältnisses Verbrennungsmedium/Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung sendet, wobei die Sensoreinrichtung (6) an einer Ringdüsenanordnung (8) ausgebildet ist.
  • Mit einem derartigen Gebläse wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die einem vollmischenden Flächenbrenner durch die Erfassung des Luft- und Gasmassenstroms eine homogene emissionsarme Verbrennung bereitstellt und dauernd gewährleistet.
  • Durch die Kombination des Gebläses mit einer Zuleitung für das gasförmige Verbrennungsmedium wird eine kompakte Baueinheit bereitgestellt, die den Montageaufwand bei der Herstellung des Kessels erheblich reduziert. Durch die Erfassung des Massenstroms der Verbrennungsluft und/oder dem Massenstrom des Verbrennungsmediums unmittelbar am Lufteinlass erhält man für die Steuerung und Regelung notwendige Istwerte ohne Störeinwirkung, so dass die Regelung des Mischungsverhältnisses eine genaue Einstellung erlaubt und eine emissionsarme Verbrennung bereitgestellt werden.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Sensoreinrichtung ein elektronisches Luftmassenstrom-Anemometer ist. Ein derartiges Anemometer hat sich auf den verschiedensten Messgebieten bewährt und liefert hinreichend genaue Signale zur Ermittlung des Massenstroms eines gasförmigen Mediums.
  • Ein erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass an dem Lufteinlass des Gebläses eine Ringdüsenanordnung ausgebildet ist, an der die Sensoreinrichtung angeordnet ist. Diese besondere Anordnung für den Ort der Sensoreinrichtung ermöglicht ein störungsfreies Erfassen des Massenstroms, da an dieser Stelle eine quasi laminare Strömung herrscht und die gemessenen Zustände als homogen über die Querschnittsfläche an der Saugseite angesehen werden können.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensoreinrichtung in einem Bypass angeordnet ist, der in den Spalt der Ringdüsenanordnung einmündet. Hierdurch wird ein optimaler Mess-Massenstrom der Sensoreinrichtung zugeführt, so dass die entsprechenden Messsignale eine fehlerfreie Ermittlung des tatsächlichen Massenstroms im Hauptstrom ergeben.
  • Bei einer für sich ebenfalls erfinderischen Weiterbildung der Erfindung weist die Ringdüsenanordnung zusätzlich zu dem Düsenspalt für die Luftmassenmessung einen weiteren Düsenspalt für die Zuführung des Verbrennungsmediums auf. Diese besondere Ausbildung ermöglicht eine sehr homogene Vermischung des Verbrennungsmediums mit der Verbrennungsluft.
  • Dabei kann es günstig sein, dass im Bereich des Gasdüsenspalts eine weitere Sensoreinrichtung angeordnet ist, die entsprechende Signale an die Steuer/Reglereinheit abgibt.
  • Hierdurch wird es ermöglicht, unabhängig von gerätefest eingestellten Werten des Verbrennungsgases optimale Verbrennungsbedingungen zu schaffen.
  • Von Vorteil kann es sein, dass die Ringdüsenanordnung integraler Bestandteil der Gehäusewand am Lufteinlass des Gebläses ist. Dabei ist es günstig, dass die Ringdüsenanordnung den Hauptstrom der Verbrennungsluft am Lufteinlass umringt. Durch diese Anordnung wird eine stetige homogene Ansaugeng des Mess-Luftstroms durch den entsprechenden Düsenspalt sichergestellt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann es günstig sein, dass der Ringdüsenanordnung ein Eingangskanal vorgesetzt ist. Dabei kann bei einer günstigen Ausbildung der Bypass in den Eingangskanal einmünden. Es kann jedoch auch der Bypass in einen Ringspalt im Inneren des Eingangskanals einmünden, so dass entsprechend der Druckverteilung über den Querschnitt eine gleichmäßige Ansaugung des Mess-Luftstroms sichergestellt ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann es günstig sein, dass die Gaszufuhr über ein Drehschieber/Regelventil gesteuert wird, das ein integraler Bestandteil des Gebläsegehäuses ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn dieses Drehschieber/Regelventil für die Gaszufuhr auf der Saugseite des Gebläses ausgebildet ist. Hierdurch kann eine rationelle Fertigung erzielt werden.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung gestattet es vorteilhafterweise, dass die elektronische Motorkommutierung die Massenstromauswertung übernimmt und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Auswertung die Drehzahl des Gebläsemotors regelt.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn die elektronische Motorkommutierung die Massenstromauswertung übernimmt und sowohl die Drehzahl des Gebläsemotors als auch die Gaszufuhr regelt.
  • Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den in den Figuren dargestellten und nachfolgend im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispielen hervor.
  • In den Figuren zeigen:
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gebläses,
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebläses,
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebläses,
  • 4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebläses,
  • 5 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Gebläse mit einer Gaszufuhr am Luftauslass.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gebläses für Verbrennungsluft, wie es in sogenannten wand/bodenstehenden Heizkesseln zum Einsatz gelangt. Es besteht aus einem Gebläse 1 mit einem Lüftergehäuse 2 und einem Lüfterrad 2', mit einem Lufteinlass 3 und einem Luftauslass 4. Der Lufteinlass ist die Ansaugseite des Gebläses, wohingegen der Luftauslass die Druckseite bezeichnet. In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist eine Zuleitung 5 für eine vorzugsweise gasförmiges Verbrennungsmedium ausgebildet. Am Lufteinlass 3 ist eine Sensoreinrichtung 6 angeordnet, die zum Ermitteln des Luftmassenstroms dient. Die Seesoreinrichtung 6 gibt Signale an eine Steuerregeleinheit 7, die die Verbrennung steuert, z. B. das Verhältnis Verbrennungsmedium/Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung einstellt.
  • Die Steuereinrichtung 6 besteht aus einem elektronischen Luftmassenstrom Anemometer, wie es handelsüblich zu erwerben ist.
  • Am Lufteinlass 3 ist eine Ringdüsenanordnung 8 angeordnet, wobei die Sensoreinrichtung 5 an dieser Ringdüsenanordnung 8 befestigt ist. Die Sensoreinrichtung 6 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Bypass 9 angeordnet, der sich in den Spalt 10 der Ringdüsenanordung 8 öffnet.
  • Die Ringdüsenanordnung 8 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich zum Düsenspalt 10 für die Luftmassenmessung einen weiteren Düsenspalt 11 (Gasdüsenspalt) für die Zuführung des Verbrennungsmediums auf.
  • In dem Gasdüsenspalt 11 ist eine weitere Seesoreinrichtung 12 ausgebildet, die entsprechende Signale hinsichtlich des Massenstroms des Verbrennungsgases an die Steuerreglereinheit 7 sendet.
  • Aus den Signalen des Luftmassenstroms und denjenigen des Gasmassenstroms errechnet die Steuerreglereinheit die entsprechenden Stellgrößen, um die jeweiligen Soll-Werte zu erreichen, wenn diese von den Ist-Werten abweichen.
  • Die Ringdüsenanordnung ist als integraler Bestandteil der Gehäusewand 13 des Gebläses ausgebildet. Hierbei kann die Gehäusewand einen Teil der Ringdüse für das Verbrennungsgas bilden.
  • Die Ringdüsenanordnung 8 umgibt den Hauptstrom der Verbrennungsluft am Lufteinlass 3 ringförmig. Hierdurch wird eine homogene Vermischung des Verbrennungsgases mit dem Hauptluftstrom erzielt.
  • Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 die Sensoren in voneinander getrennten Bauteilen in den entsprechenden Leitungen bzw. Ringdüsenabschnitten untergebracht sind, ist gemäß Ausführungsbeispiel nach 2 die Sensoranordnung so ausgebildet, daß eine gemeinsame Trennwand zwischen der Ringdüse für den Luftmassenmesstrom und dem Gasstrom von einem Messchip gebildet wird, so daß eine kompakte Messeinheit erhalten wird.
  • 3 zeigt ein nächstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gebläseausbildung, bei der ein Eingangskanal 14 der Ringdüsenanordnung 8 vorangesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung 6 für den Luftmassenstrom in einer Bypassleitung angeordnet, der in den Eingangskanal 14 einmündet. Im Inneren des Eingangskanal 14 ist vor einem Ringspalt 15 ein abgedeckter Ringkanal 17 ausgebildet in den der Bypass 9 einmündet. Durch ringförmige Ansaugung wird eine homogene Ansaugung des Massenstrommessvolumens durch den Bypass 9 hindurch erzielt.
  • Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bypass 9 so ausgebildet, daß seine Öffnung im wesentlichen normal auf der Wand des Eingangskanal 16 steht.
  • In 4 ist beispielhaft für alle anderen Ausführungsvarianten anwendbar ein Drehschieber/Regelventil 16 dargestellt, das von, der Steuer/Reglereinheit 7 angesteuert wird. Das Drehschieber/Reglerventil ist ein integraler Bestandteil des Gehäuses 2. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dieses Drehschieber/Reglerventil 16 für die Gaszufuhr an der Saugseite des Gebläses 2 ausgebildet.
  • Beispielhaft auch für alle anderen Ausführungsformen ist in 4 der Motor 18 des Gebläses 1 dargestellt, wobei die Steuer/Reglereinheit 7 zusammen mit der elektronischen Motor-kommutierung die Massenstromauswertung übernimmt und hierdurch die Drehzahl des Gebläsemotors geregelt werden kann. Die Steuerelektronik ist so ausgelegt, daß entweder bei konstanter Drehzahl des Motors die Gaszufuhr eingeregelt wird oder es kann bei einem kontinuierlichen Soll-Ist-Vergleich der gewünschten Leistung sowohl die Drehzahl des Motors als auch die Gaszufuhr in entsprechender Weise eingeregelt werden.
  • 5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform in Seitenansicht, bei der die Gaszuführung 5 nicht über eine. Ringdüse am Lufteinlass, sondern in der Nähe der Druckseite am Luftauslass stattfindet.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht:
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gebläse
    2
    Gebläsegehäuse
    2'
    Gebläserad
    3
    Lufteinlaß
    4
    Luftauslaß
    5
    Zuleitung
    6
    Sensoreinrichtung
    7
    Steuer/Reglereinheit
    8
    Ringdüsenanordnung
    9
    Bypass
    10
    Spalt
    11
    weiterer Spalt
    12
    Sensoreinrichtung für das Gas
    13
    Gehäusewand
    14
    Eingangskanal
    15
    Ringspalt
    16
    Drehschieber/Regelventil
    17
    Ringkanal
    18
    Motor

Claims (14)

  1. Gebläse (1) für Verbrennungsluft in einem wand/bodenstehenden Heizkessel, mit einem Gebläsegehäuse (2) und einem Gebläserad (2'), mit einem Lufteinlass (3) (Ansaugseite) und einem Luftauslass (4) (Druckseite) und mit einer Zuleitung (5) für ein gasförmiges Verbrennungsmedium, wobei am Lufteinlass (3) eine Sensoreinrichtung (6) zum Ermitteln des Luft-Massenstroms angeordnet ist, die mit einer elektronischen Steuer/Reglereinheit (7) funktionsverbunden ist und zu dieser Signale zur Aufbereitung des Verhältnisses Verbrennungsmedium/Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung sendet, wobei die Sensoreinrichtung (6) an einer Ringdüsenanordnung (8) ausgebildet ist.
  2. Gebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) ein elektronisches Luftmassenstrom-Anemometer ist.
  3. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) in einem Bypass (9) ausgebildet ist, der in einen Spalt (10) der Ringdüsenanordnung (8) einmündet.
  4. Gebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdüsenanordnung (8) zusätzlich zu dem Düsenspalt (10) für die Luftmassenmessung einen weiteren Düsenspalt (11) (Gasdüsenspalt) für die Zuführung des Verbrennungsmediums aufweist.
  5. Gebläse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Gasdüsenspalts (11) eine weitere Sensoreinrichtung (12) angeordnet ist, die entsprechende Signale an die Steuer/Reglereinheit (7) abgibt.
  6. Gebläse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdüsenanordnung (8) integraler Bestandteil der Gehäusewand (13) am Lufteinlass (3) des Gebläses (2) ist.
  7. Gebläse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdüsenanordnung (8) den Hauptstrom der Verbrennungsluft am Lufteinlass (3) umringt.
  8. Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringdüsenanordnung (8) ein Eingangskanal (14) vorgesetzt ist.
  9. Gebläse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (9) in den Eingangskanal (14) einmündet.
  10. Gebläse nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (9) in einen Ringspalt (15) im Inneren des Eingangskanals (14) einmündet.
  11. Gebläse nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehschieber/Regelventil (16) für die Gaszufuhr integraler Bestandteil des Gehäuses (2) ist.
  12. Gebläse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehschieber/Regelventil (16) für die Gaszufuhr auf der Saugseite des Gebläses (2) ausgebildet ist.
  13. Gebläse nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Reglereinheit (7) zusammen mit der elektronischen Motorkommutierung die Massenstromauswertung übernimmt und die Drehzahl des Gebläsemotors regelt.
  14. Gebläse nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer/Reglereinheit (7) die Gaszufuhr regelt.
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