DE1604087A1

DE1604087A1 - Process for the automatic control of the heat transfer rate of gas-heated devices

Info

Publication number: DE1604087A1
Application number: DE19661604087
Authority: DE
Inventors: Hans-Helmut Homburg
Original assignee: WELEKER FRIEDRICH
Current assignee: WELEKER FRIEDRICH
Priority date: 1966-06-24
Filing date: 1966-06-24
Publication date: 1970-08-13

Description

Verfahren zur selbsttätigen Regel= der Wärmeübertr§Eurgsleistung gaebeheizter. Geräte Die Erfindung bezieht sich auf die Ausbildung und den- Einsatz gaabeheister Geräte kleinerer Leistung, wie diese beispiolaweiae in Haushalt und Geweses be als Durchlauferhitzer zur Gebrauchawanaerbereitung_.oder in Terbindung mit einer ümwälzpumpe als Umlauferhitzer für Warmwaener-Zentralheizumgea Verwendung finden. . Derartige Geräte und Einrichtungen sind den en wie gestellten Anforderungen gemäß ton Seien der Hersteller jeweils für einen leistunga- bereich ausgelegt, deinen obere Grenze sich nach äem.nazimalen-Wärmebedarf richtet. Die untere Grenze dieser Nsnnleiatung resultiert dagegen aua den Gegebenheiten für einen guten Wirkungegrac.finen solchen Ge=ätetypaa_der aufgrund einen unveränderlichen Bromaraumvclumene nur in einirr ralati' engen Bereich wirtechaftliohe Werte aufweint. Demzufolge kann ein weiter reduzier- ter Wäraebvdarf aufgrund einer Drosselung den H=lzvaaeerumlaufe oder klei- ner Durohflußaengen bei där -Warmwsnserentnahae durohaue dazu ftüuran; daß die heißen Verbrennungegase,.die ja. - wie beabsichtigt - den größten Teil ihrer.Wärmeenergie en den Lamellen des wärmesustausohers abgeben, sich so- weit abkühleng daB die sog. Taupunkttemperatur der Abgase unterschritten wird. Infolge dessen tritt neben einer merklichen Verschlechterung des -lirkungigradee bei Temperaturen etwa unterhalb 150°C eine Sättigung des Gases ein, wonach sich der in ihm enthaltene Wasserdampf als Kondensat an den geringer temperierten Blechteilen des Gasabzuge und seiner Sicherheits- vorkehrungen sowie den kalten Schornsteinwangen niederschlägt. Diese Sohiritzwasserbildung begünstigt eine Korrosion der Netallteile und führt bei ungünstigen Kaminverhältnissen zu Versottungen und im Laufe der Zeit zu einer Durohieuchtung@und Zerstörung des Kaminnsuerwerks. In bezua auf eine Anpassung der Leistung bedienen sich die vorhandenen Ge- räts einer gleitenden Regelung der Abhängigkeit zwischen der Vorlauftemperatur und den Gasdurchsatz an Brenner, um auf diene Weise die volle Nennbelastun« bis zu einer Teillast von etwa 50% herunterregeln zu können. Dabei ändern sich die Abgaet«peraturen.proportional dem Gaadurchsats an Brenner. Da aber der Breauaum dieser Geräte stets für seine Nennleistung oder Vollast auflest ist, läßt sich auch hierbei weder die erhebliche Versehleohteruna des Wirkungsgrades noch das Absinken der Abgastezperaturen sauer Werte vom 150009 und weit stier den Tsapunkt» verhindere. - Um indessen über den leselberetoh ausreichend stabile Abgastemperaturen zu sewrihrleisten, süßte der Torgang einer Leistungsregelung derart vonetattea sehen, daß sich in Zuge einer_:eolehea-8egelung das eigentliche Volumen des Bromraums wenigstens annähernd proportional verdnderng d.h. in Richtung einer Leistungsminderung verkleinern und in Richtung einer Leistungserhöhung vergrößern würde. Derartiges ließe sich beispielsweise durch eine Parallelschaltung mehrerer Einzelgeräte mit geringerer Nennleistung verwirklichen, von denen jedes für sich in seinem bestimmten Leistungsbereich optimal ausgewertet und als sol- ches entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf in den Verbraucherkreis der Gesamtanordnung ein- oder abgeschaltet werden könnte. Mit einer derartigen Anordnung ließe sich zwar unter gutem Wirkungsgradverhältnissen ein sehr viel größerer Leistungsbereich erfassen, wozu der erforderliche Mehraufwand an Kosten und Platzbedarf jedoch in gar keinem Verhältnis steht. Procedure for the automatic rule = the heat transfer output of the heated. devices The invention relates to training and use gaabeheister Devices of lower performance, such as these example, in household and business be used as a water heater for preparation of vehicles or in connection with a circulating pump as a circulation heater for warm water central heating Find use. . Such devices and facilities are the en as made requirements according to ton Be the manufacturer for one at a time performance- area, your upper limit is based on the azimal heat demand directs. The lower limit of this derivation, on the other hand, also results Conditions for a good effectgrac.finen such device types due to an unchangeable broma space volume only in a few ralati 'narrow spaces The area of economic values. As a result, a further reduced due to a throttling, the H = lzvaaeerumlaufe or small ner Durohflussaengen at där -Warmwsnserentnahae durohaue to ftüuran; that the hot combustion gases, which are yes. - as intended - most of it of their. Give off heat energy to the lamellas of the heat exchanger, so that Cooling down far enough that the so-called dew point temperature of the exhaust gases is undershot will. As a result, in addition to a noticeable deterioration in the -lirkungigradee at temperatures below 150 ° C a saturation of the Gas, after which the water vapor contained in it becomes a condensate the lower tempered sheet metal parts of the gas extractor and its safety precautions as well as the cold chimney chimney. These Sohiritzwasserbildung favors a corrosion of the metal parts and leads to unfavorable chimney conditions lead to sooting and over time to one Durohumidification @ and destruction of the chimney fireworks. In bezua on an adaptation of the performance, the existing overall use Raets a sliding control of the relationship between the flow temperature and the gas flow rate to the burner, to up to a partial load of about 50% down regulate to serve, the full Nennbelastun ". At the same time , the output temperatures change proportionally to the amount of gas delivered to the burner. But since the Breauaum these devices is always auflest for its rated capacity or full load, shall not include material Versehleohteruna the drop in Abgastezperaturen can also here the efficiency still mad values of 150,009 and far bull prevents the Tsapunkt ". - To sewrihrleisten however, over the leselberetoh sufficiently stable exhaust gas temperatures, the Torgang sweetened power control in such a way see that einer_ in the course vonetattea: eolehea-8egelung the actual volume of the Bromraums at least approximately proportional verdnderng ie in the direction of a reduction in performance reduce, and in the direction of a power increase would enlarge. This could be achieved, for example, by connecting several individual devices in parallel with a lower nominal power, each of which could be optimally evaluated in its specific power range and, as such , could be switched on or off according to the respective heat demand in the consumer circuit of the overall arrangement. With such an arrangement, a very much larger power range could be covered with good efficiency ratios, to which, however, the necessary additional expenditure in terms of costs and space requirements is in no way related.

Dem Prinzip nach macht sich die Erfindung diese Überlegungen zunutze und wertet sie in der Anwendung auf ein und dasselbe Gerät verfahrensmäßig zu einer selbsttätigen Regelung der Reizleistung eines Durchlauferhitzers oder einer Umlauf-Gaswasserheizanlage dahingehend aus, daß der den Wärmeaustauscher enthaltende Brennraum des Gerätes durch vertikale Leitbleche oder Zwischenwandungen in mehrere Einzelschächte aufgeteilt ist. Dabei werden diese im Einflußbereich ein- und desselben Gasbrenners gelegenen Brennschächte von einer in Abhängigkeit der Abgastemperatur gesteuerten und zu diesem Zweck verstellbaren Drosselklappe bedarfsweise der Reihe nach zu-bzw.-abgeschaltet. Dementsprechend gelangt man proportional dem (anderweitig) einregulierten Gasdurchsatz am Brenner zu einer abgasgesteuerten Leistungsregelung, in deren Verlauf sich das durch Unterteilung variabel gestaltete Brennraumvolumen automatisch dem jeweils gegebenen Ansahlußwert anpaßt. Durch welche bzw, durch wieviele Brennschächte die entsprechenden Abschnitte des wärmeaustauschers von den heißen Verbrennungsgasen bestrichen worden.' bestimmt ein im Gasabzug vorgesehener Temperaturfühler. Andererseits erreicht man äh roh diese lWnahme, daß das "hinter" de= Wärmeaustausoher anfallende Abgas in jedem Fall einen noch nutzbaren Wärmerestienthilt, der in vollem Umfang für dessen Abführung über die Strömungssicherung und die Ableitung in den Abgaskamin bei einer stets über dem Taupunkt gelegenen Temperatur ausreicht. In principle, the invention makes use of these considerations and evaluates them in the application to one and the same device procedurally for an automatic control of the stimulus output of a water heater or a circulating gas water heating system to the effect that the combustion chamber of the device containing the heat exchanger is replaced by vertical baffles or Partitions is divided into several individual shafts. In this case, these are within the control of the same gas burner of the series switch located internal bays of a controlled as a function of exhaust gas temperature and the adjustable throttle valve for this purpose, if necessary, to shut down to-and-. Correspondingly , in proportion to the (otherwise) regulated gas throughput at the burner, an exhaust-gas-controlled power control is achieved, in the course of which the combustion chamber volume, which is variably designed by subdivision , automatically adapts to the respectively given supply value. Through which or how many combustion shafts the corresponding sections of the heat exchanger have been coated by the hot combustion gases. ' determined by a temperature sensor provided in the gas vent. On the other hand, can be reached uh raw this lWnahme that the "behind" de = Wärmeaustausoher resulting exhaust gas in any case, a more usable Wärmerestienthilt, the full responsibility for the transfer via the draft diverter and the discharge into the exhaust stack at a always located above the dew point temperature sufficient.

Der praktischen Ausführung nach ist die Klappenmechanik und das sie beaufschlagende Arbeitsglied nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens derart ausgebildet, daß die ein- oder mehrteilig ausgeführte Drosselklappe von einem Stellglied, z.B. von einem hydraulisch angesteuerten Faltenbalg, um einen oder mehrere oberhalb des Gasbrenners gelegene Drehpunkte verschwenkbar ausgebildet ist. Angesteuert wird dieses Stellglied - wie gesagt - unmittelbar auf hydraulischem oder auf elektrischem Wege von einem innerhalb oder über dem Wärmeaustauscher im Gasabzug des vorrangig freigegebenen Brennschachtes vorgesehenen Temperaturfühler oder Thermostaten, wozu "Geber" und "Empfänger" über eine Kapillare oder eine elektrische Leitung miteinander in Verbindung stehen.According to the practical implementation, the flap mechanism and the working element acting on it are designed according to a further development of the method according to the invention in such a way that the one-part or multi-part throttle valve can be pivoted about one or more pivot points above the gas burner by an actuator, e.g. a hydraulically controlled bellows is trained. This actuator is controlled - as I said - directly hydraulically or electrically by a temperature sensor or thermostat provided inside or above the heat exchanger in the gas exhaust of the firing shaft that is given priority, for which "transmitter" and "receiver" are connected to one another via a capillary or an electrical line Connected.

Einer Weiterbildung der Erfindung gemäß ist die zwischen den einzelnen Brennschächten und dem gemeinsamen Gasableitungarohr erforderliche Strömungssicherung derart aufgegliedert, daß jedem einzelnen Brennschacht eine dessen Leistungsanteil entsprechend schwächer dimensionierte Teilsicherung zugeordnet ist. Auf diese Weise werden die über den Wärmeaustauscher oder einen Teil desselben anlangenden Abgase längs den Trennwandungen der einzelnen Teilsicherungen zu einem zügigen Auftrieb in das anschließende Gasableitungsrohr veranlaßt, ohne sich im Zuge dessen mit einer größeren Menge Frischluft ve=ischen'zu können. Wäre anstelledessen eine einteilige Strömungesieherung vorgesehen, könnte sich die zeitweilig geringe Abgasmenge mit entschieden mehr Frischluft vermischen, was zu sehr viel niedrigeren Abgastemperaturen im Gasableitungsrohr und im Kamin führen würde. Demgemäß ergibt sich aus dem erfindungsgemäßen Zusammenspiel zwischen der abgasgesteuerten Drosselklappe und-der aufgegliedert und geeignet ausgestalteten Strömungssicherung jeweils.e in Betriebszustand, der sich über einen Regelbereich zwischen 20 bis 100% bei nur umwesentlich schwankendem Wirkungsgrad durch relativ konstante Abgastemperaturen auszeichnet.According to a further development of the invention, the flow safety device required between the individual combustion shafts and the common gas discharge pipe is subdivided in such a way that each individual combustion shaft is assigned a partial safety device which is correspondingly smaller in its performance. In this way, the exhaust gases arriving via the heat exchanger or part of it are prompted to swiftly lift into the adjoining gas discharge pipe along the partition walls of the individual partial fuses, without being able to ve = ischen'zu with a large amount of fresh air in the course of this. If instead a one-piece flow approach were provided, the temporarily low amount of exhaust gas could mix with significantly more fresh air, which would lead to much lower exhaust gas temperatures in the gas discharge pipe and in the chimney. Accordingly, the interaction according to the invention between the exhaust-gas-controlled throttle valve and the subdivided and suitably configured flow safeguard results in each case.e in the operating state, which is characterized by relatively constant exhaust gas temperatures over a control range between 20 and 100% with only significantly fluctuating efficiency.

In der anliegenden Zeichnung gelangt das erfindungsgemäße Funktionsprinzip in der Anwendung auf einen Durchlauferhitzer als typisches Ausführungsbeispiel zur Darstellung. Dabei ist in schematischer Darstellung bewußt auf apparative Details sowie zum Verständnis der Erfindung bedeutungslose Einzelheften verzichtet worden. - Wie ersichtlich baut sich der gewählte Durchlauferhitzer über einem Gasbrenner 1 auf, der die Aufgabe hat,, dem Brennratmm 4 des Gerätes in ausreichender Menge und richtiger Verteilung Gas und Luft zuzuführen, beide Medien gut zu durchmischen und zu entflammen. Im Bereich dieses Brennraumes ¢ ist als Wärmeaustauscher 2 eine berippte Rohrsohlange oder eine Rohrwendel mit aufgepreßten Stahllamellen angeordnet, die vcn dem aufzuheizenden Wasser (in Pfeilrichtung durchflossen wird. Der genannt< Brennraum 4 ist dem. gewählten Ausführungsbeispiel gemU durch Zwei vertikale Zwischenwandungen 6 in drei gesonderte Einzelschächte unterteilt, die von dem vorbezeichneten Wärmeaustauscher 2 durchdrungen werdenp so daß im Be.. reiWeines jeden Brennschachtes 4 in etwa, die gleiche Uöertragungaobexßläche enthalten. ist.In the attached drawing, the functional principle according to the invention is shown in application to a flow heater as a typical exemplary embodiment. Apparatus details and individual booklets that are meaningless for understanding the invention have been deliberately omitted in the schematic representation. - As can be seen, the selected water heater is built over a gas burner 1, which has the task of supplying gas and air to the combustion chamber 4 of the device in sufficient quantities and correct distribution, mixing the two media thoroughly and igniting them. In the area of this combustion chamber a ribbed pipe sole or a pipe coil with pressed-on steel lamellas is arranged as a heat exchanger 2, through which the water to be heated (flows in the direction of the arrow Subdivided individual shafts, which are penetrated by the aforementioned heat exchanger 2 so that in the Be .. reiWeines each combustion shaft 4 approximately the same transfer area is included.

Die einzelnen Brennschächte 4 können sodann von einer um einen oberhalb des Gasbrenners 1 gelegenen Drehpunkt 6 verachwenkbaren Droeselklappa 3 den heißen Verbrennungsgasen gegenüber freigegeben oder versperrt Werden. Zu diesem Zweck Wird die Drosselklappe 3 von einem (nicht näher bezeichneten) Stellglied betätigt, das - beispielsweise als Faltenbalg ausgebildet - über eine strichliniert angedeutete Kapillarleitung mit einem oberhalb des Wärmeaustauschers 2 an geeigneter Stelle im Gasabzug vorgesehenen Temperaturfühler 9 in Verbindung steht: An der Einmündung der gebildeten Brennschächte q. in die Abgasleitung 7 zum Kamin hin ist schließlich noch eine dreiteilige Strömungssicherung 5 eingesetzt,; deren Leitflanken die einwandfreie Ableitung der Abgase bewirken und auf der anderen Seite störende Einwirkungen von außen her über den Abgaskamin verhindern.The individual combustion shafts 4 can then be released or blocked with respect to the hot combustion gases by a drop valve 3 which can be pivoted about a pivot point 6 located above the gas burner 1. For this purpose , the throttle valve 3 is actuated by an actuator (unspecified) which - for example designed as a bellows - is connected via a capillary line indicated by a broken line to a temperature sensor 9 provided above the heat exchanger 2 at a suitable point in the gas vent: At the confluence of the burn wells formed q. Finally, a three-part flow safety device 5 is also inserted into the exhaust pipe 7 to the chimney; the guide flanks of which cause the exhaust gases to be properly discharged and, on the other hand, prevent external disturbances via the exhaust gas chimney.

Ein derartiges Gerät vermag sich innerhalb eines weitaus größeren Bereichs als bisher dem jeweils erforderlichen Bedarf an Heizleistung elastisch anzupassen, indem es sich in Abhängigkeit der über dem Taupunkt gehaltenen Abgastomperaturen durch eine abgestufte Umlenkung der Verbrennungsgase und eine entsprechende (Teil-)Ausnutzung des den Iärmeaustauscher enthaltenden Brennrauavolumens selbstregelnd auf den gerade benUtigten AnschluBwert einstellt ohne dabei einer Beeinträchtigung seines Wirkungegrades zu unterliegen.Such a device is able to flexibly adapt itself to the required heating power requirement within a much larger range than before, in that, depending on the exhaust gas temperatures kept above the dew point, it is able to divert the combustion gases in stages and (partial) utilize the heat exchanger containing the heat exchanger Brennrauavolumens self-regulating on the straight benUtigten AnschluBwert sets without impairment of its Wirkungegrades to subject.

Claims

_ _F _a th -tan s_i-r ü che 1. A method (and position) in the automatic control of the heating output of continuous and circulating-gas water heating systems, characterized in that the combustion space to the heat exchanger (2) containing by vertical baffles or intermediate walls (6 ) divided into a plurality of individual wells (q.) istp the throttle valve controlled by an overall function of the exhaust gas temperature and to adjustable (3) in sequence or to-be. be switched off.

2. Arrangement for performing the method according to .Anspruch 1, characterized indicates overall that the one- or multi-part throttle valve (3) by an actuator, for example in the manner of a hydraulically operated bellows, one located above the gas burner (1) pivot point (8) is designed to be pivotable, for which purpose this actuator is controlled in a corresponding manner by a temperature sensor (9) provided above the heat exchanger (2) in the gas vent.

3. An arrangement for performing the method according to claim 1, characterized indicates that at the transition of the individual internal shafts (¢) in the Gaaableitungsrohr (7) each have a slot number corresponding to the broken down draft diverter (5) is inserted.