DE19711141C2

DE19711141C2 - Heater with a burner powered by a fuel-air mixture

Info

Publication number: DE19711141C2
Application number: DE1997111141
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmidl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: DE19711141A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Heizgerät nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Bei derartigen Heizgeräten soll die unmittelbare Einführung eines Teilstroms der angesaugten Luft in die Brennkammer der Kondensatbildung im Abgasweg entgegenwirken, die insbesondere im unteren Leistungsbereich des Brenners auftreten kann. Bei einem bekannten Heizgerät der gattungsmäßigen Art (EP 0 493 345 A2) ist der Bypaß-Kanal so gesteuert, daß er vollkommen geschlossen ist, wenn der Brenner mit der größten Leistung arbeitet, während er bei der kleinsten Brennerleistung ganz geöffnet ist. Die Steuerung des Bypaß-Kanals erfolgt abhängig von der Wassertemperatur im Wärmeübertrager, von der auf die jeweilige Brennerleistung und Abgastemperatur geschlossen wird. Diese Lösung erfordert einen temperaturgesteuerten Aktivator, z. B. einen Schrittmotor, der den Fertigungsaufwand erhöht und zusätzlichen Einbauraum benötigt, der insbesondere in den kompakten Wandheizgeräten nur knapp bemessen ist. The invention relates to a heater according to the Preamble of the main claim. With such heaters the direct introduction of a partial flow of sucked air into the combustion chamber of the condensate formation in the Counteract the exhaust route, especially in the lower Power range of the burner can occur. At a known heater of the generic type (EP 0 493 345 A2) the bypass channel is controlled so that it is completely closed when the burner with the largest Performance works while at the smallest Burner capacity is fully open. The control of the Bypass channel takes place depending on the water temperature in the Heat exchanger, from to the respective burner output and exhaust gas temperature is closed. This solution requires a temperature controlled activator, e.g. B. one Stepper motor, which increases the manufacturing effort and additional installation space needed, especially in the compact wall heaters is barely sized.

In der DE-OS 24 29 501 ist ein gebläseunterstütztes Heizgerät dargestellt, bei dem mit Hilfe einer im Abgasschacht angeordneten Ventilanordnung eine leistungsabhängige Steuerung der Verbrennungsluft möglich ist. Damit wird die Aufgabe gelöst, die Verbrennungsluftzufuhr für den Brenner zu verändern, ohne die Drehgeschwindigkeit der Turbine des Ventilators zu ändern. In DE-OS 24 29 501 is a fan-assisted Heater shown, with the help of an in Exhaust shaft arranged a valve assembly performance-dependent control of the combustion air possible is. This solves the task that Change combustion air supply for the burner without the speed of rotation of the fan turbine to change.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie keine zusätzlichen Bauelemente, wie Fühler, Stellglieder und dergleichen, sowie keinen nennenswerten Einbauraum benötigt und trotzdem auf einen die Abgastemperatur maßgeblich beeinflussenden Betriebsparameter reagiert, nämlich auf die Förderleistung des Gebläses, dessen Drehzahl wärmebedarfsabhängig gesteuert ist.The arrangement according to the invention with the features of The main claim has the advantage that they do not additional components such as sensors, actuators and the like, and no significant installation space required and nevertheless the exhaust gas temperature is decisive influencing operating parameters reacts, namely to the Delivery rate of the blower, its speed is controlled depending on the heat demand.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.By the features listed in the subclaims advantageous embodiments of the arrangement according to Main claim possible.

Eine ohne externe Elemente zur Druckerfassung auskommende Ausführung ergibt sich, wenn der wirksame Strömungsquerschnitt des Bypaß-Kanals von der Differenz der Drücke in der Brennkammer und im Luftkasten gesteuert ist.One without external elements for pressure detection Execution arises when the effective Flow cross-section of the bypass channel from the difference of Pressures in the combustion chamber and in the air box is controlled.

Zur Überwachung des Bypaß-Kanals kann einfach und platzsparend ein Ventilglied vorgesehen sein, das mit voneinander abgekehrten, den Drücken in der Brennkammer und im Luftkasten ausgesetzten Wandflächen versehen ist.To monitor the bypass channel can be simple and A valve member can be provided in a space-saving manner away from each other, the pressures in the combustion chamber and exposed wall surfaces in the air box.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird dem insbesondere bei Wandheizgeräten kleiner Leistung vorhandenen Bedürfnis gerecht, den Regelbereich des Brenners zu erweitern und bei kleiner Leistungsanforderung die An- und Abschalthäufigkeiten des Brenners zu verringern. The arrangement according to the invention is particularly the case with Wall heaters of small output existing need just to expand the control range of the burner and small performance requirement the arrival and To reduce the burner's switch-off frequency.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die inneren Funktionsteile einer Wandheiztherme in Vorderansicht und Fig. 2 vergrößert den im Kreis X liegenden Bereich der Wandheiztherme nach Fig. 1.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1, the inner functional parts of a Wandheiztherme in front view, and Fig. 2 1 increases the area lying in the circle X of Wandheiztherme of FIG..

Description of the embodiment

Die Wandheiztherme hat einen Gasbrenner 10, der auf einem eine Vormischkammer 12 umschließenden Gehäuseteil 14 befestigt ist. Über dem Gasbrenner 10 sind eine Brennkammer 16 und darüber ein Wärmeübertrager 18 für zu erhitzendes Wasser angeordnet. Der Gasbrenner 10, die Brennkammer 16 und der Wärmeübertrager 18 sind von einem Brennschacht 20 umgeben, wobei zwischen dessen Innenwand und dem Außenrand des Gasbrenners 10 ein Ringspalt 22 gebildet ist. Über dem Wärmeübertrager 18 ist ein Sammelgehäuse 24 für das Abgas und darauf ein Gebläse 26 befestigt, das in ein Abgasrohr 28 fördert.The wall heater has a gas burner 10 , which is attached to a housing part 14 enclosing a premixing chamber 12 . A combustion chamber 16 and a heat exchanger 18 for water to be heated are arranged above the gas burner 10 . The gas burner 10 , the combustion chamber 16 and the heat exchanger 18 are surrounded by a combustion shaft 20 , an annular gap 22 being formed between the inner wall and the outer edge of the gas burner 10 . A collector housing 24 for the exhaust gas and a fan 26 , which conveys into an exhaust pipe 28 , are fastened above the heat exchanger 18 .

Das Gehäuseteil 14 hat einen seitlichen Flansch 30 mit einer Lufteintrittsöffnung 32, die in die Vormischkammer 12 führt. Diese ist außerdem über ein Absperrventil 34 und ein Regelorgan 36 für den Zuführdruck des Gases mit einem nicht mehr dargestellten Gasanschlußstutzen verbunden. Eine Steuerleitung 40 führt den Druck an einer Meßstelle in der Luftzuführung zur Vormischkammer 12 zu einem Verbundregler im Gerät, der über eine zweite Steuerleitung 42 und das Regelorgan 36 ein optimales Verhältnis der beiden Verbrennungskomponenten bei jedem Betriebszustand sicherstellt. The housing part 14 has a lateral flange 30 with an air inlet opening 32 which leads into the premixing chamber 12 . This is also connected via a shut-off valve 34 and a regulating member 36 for the supply pressure of the gas to a gas connection piece (not shown). A control line 40 leads the pressure at a measuring point in the air supply to the premixing chamber 12 to a compound controller in the device, which ensures an optimal ratio of the two combustion components in each operating state via a second control line 42 and the control member 36 .

Die beschriebenen Baugruppen sind von einem Luftkasten 44 umgeben, durch den das Abgasrohr 28, die zum Gasanschlußstutzen führende Leitung und die nicht näher bezeichneten Anschlußrohre des Wärmeübertragers 18 hindurchgeführt sind. Der Luftkasten 44 umschließt zusammen mit einer in der Zeichnung weggelassenen Vorderwand die Teile bis auf einen Ringspalt 46 um das Abgasrohr 28, über welchen das Gebläse 26 die Verbrennungsluft in den Luftkasten 44 saugt. Die Verbrennungsluft strömt dann zwischen Luftkasten 44 und Brennschacht 20 gebildeten Ringraum 48, von wo sie über die Lufteintrittsöffnung 32 in die Vormischkammer 12 und zum Gasbrenner 10 gelangt. Durch die Sogwirkung des Gebläses 26 strömt das Verbrennungsgas in den Wärmeübertrager 18 und von dort als Abgas in das Abgasrohr 28. The assemblies described are surrounded by an air box 44 through which the exhaust pipe 28 , the line leading to the gas connecting piece and the connecting pipes of the heat exchanger 18 , not shown, are passed. The air box 44, together with a front wall omitted in the drawing, encloses the parts except for an annular gap 46 around the exhaust pipe 28 , via which the fan 26 sucks the combustion air into the air box 44 . The combustion air then flows between the air box 44 and the combustion chamber 20 , the annular space 48 , from where it reaches the premixing chamber 12 and the gas burner 10 via the air inlet opening 32 . Due to the suction effect of the fan 26 , the combustion gas flows into the heat exchanger 18 and from there as exhaust gas into the exhaust pipe 28.

Die Drehzahl des Gebläses 26 ist wärmebedarfsabhängig gesteuert, so daß das Gebläse das erste Glied in der Steuerkette für die Brennerleistung ist. Dabei nimmt mit sinkender Wärmeanforderung die Gebläsedrehzahl ab, wodurch der Abgasmengenstrom verringert und die Verweilzeit des Gases im Wärmeübertrager 18 und im Abgasrohr 28 verlängert wird. Neben einer vorteilhaften, zügigen Erwärmung des Abgasrohres 28 ist damit der Nachteil verbunden, daß das Abgas an den Wandungen stark abkühlt und die Neigung zur Kondensatbildung zunimmt.The speed of the blower 26 is controlled depending on the heat demand, so that the blower is the first link in the control chain for the burner output. The fan speed decreases as the demand for heat decreases, as a result of which the exhaust gas volume flow is reduced and the residence time of the gas in the heat exchanger 18 and in the exhaust pipe 28 is lengthened. In addition to an advantageous, rapid heating of the exhaust pipe 28 , this has the disadvantage that the exhaust gas cools strongly on the walls and the tendency to form condensate increases.

Um diesem Nachteil zu begegnen, wird mit sinkender Wärmeanforderung und kühler werdendem Abgas eine Teilmenge der vom Gebläse 26 geförderten Verbrennungsluft um die Vormischkammer 12 und den Gasbrenner 10 herum direkt in die Brennkammer 16 eingesaugt, ohne am eigentlichen Verbrennungsprozeß teilzunehmen. Diese Luftmenge nimmt Feuchtigkeit aus dem Abgas auf und setzt den Taupunkt des aus dem Wärmeübertrager 18 austretenden Abgas-Luftgemisches wie gewünscht herab. Wie nachstehend näher beschrieben, wird der Strömungsquerschnitt des direkt in die Brennkammer 16 führenden Luftweges in Abstimmung mit der Förderleistung des Gebläses 26 so gesteuert, daß auch im unteren Leistungsbereich ein ausreichend hoher Wirkungsgrad sichergestellt ist.In order to counter this disadvantage, as the heat demand decreases and the exhaust gas becomes cooler, a portion of the combustion air conveyed by the blower 26 is sucked around the premixing chamber 12 and the gas burner 10 directly into the combustion chamber 16 without participating in the actual combustion process. This amount of air absorbs moisture from the exhaust gas and lowers the dew point of the exhaust gas / air mixture emerging from the heat exchanger 18 as desired. As described in more detail below, the flow cross section of the air path leading directly into the combustion chamber 16 is controlled in coordination with the delivery capacity of the fan 26 in such a way that a sufficiently high efficiency is ensured even in the lower power range.

Der direkt in die Brennkammer 16 führende Luftweg geht über den Ringspalt 22, der zwischen dem Gasbrenner 10 und dem Brennschacht 20 gebildet ist. Dem Ringspalt 22 vorgelagert ist ein Kranz von Bohrungen 50 in einem Ringflansch 52, der an das Gehäuseteil 14 angeformt ist und den Brennschacht 20 nach unten abschließt. Der wirksame Strömungsquerschnitt der Bohrungen 50 ist durch scheibenförmige Ventilglieder 54 überwacht, die an feststehenden Zapfen 56 verschiebbar gelagert sind. Jedes Ventilglied 54 hat eine etwa dem Brennkammerdruck p₁ ausgesetzte obere Seitenfläche 58, der eine dem Druck p₂ im Luftkasten 44 ausgesetzte untere Seitenfläche 60 gegenüberliegt.The air path leading directly into the combustion chamber 16 passes through the annular gap 22 which is formed between the gas burner 10 and the combustion shaft 20 . Upstream of the annular gap 22 is a ring of bores 50 in an annular flange 52 , which is integrally formed on the housing part 14 and closes off the combustion shaft 20 at the bottom. The effective flow cross section of the bores 50 is monitored by disk-shaped valve members 54 , which are slidably mounted on fixed pins 56 . Each valve member 54 has an upper side surface 58 approximately exposed to the combustion chamber pressure p ₁ , which is opposite a lower side surface 60 exposed to the pressure p ₂ in the air box 44 .

Beim Betrieb des Gasbrenners 10 an der unteren Leistungsgrenze nehmen die Ventilglieder 54 unter dem überwiegenden Einfluß der Schwerkraft ihre in Fig. 2 dargestellte Lage ein, in welcher die Bohrungen 50 voll geöffnet sind. Dabei gelangt ein Hauptstrom a der Verbrennungsluft über die Lufteintrittsöffnung 32 in die Vormischkammer 12, während ein der Abgastrocknung dienender Nebenstrom b durch die Bohrungen 50 und den Ringspalt 22 unmittelbar in die Brennkammer 16 gelangt. Bei im Nennlastbetrieb mit hoher Drehzahl laufendem Gebläse 26 hebt die Druckdifferenz p₁ - p₂ zwischen Brennkammer 16 und Luftkasten 44 die Ventilglieder 54 bis zu der die Bohrungen 50 schließenden Anlage an den Ringflansch 52 an. In diesem, eine Abgastrocknung nicht erfordernden Betriebszustand wird das gesamte Ansaugvolumen der Verbrennungsluft über die Lufteintrittsöffnung 32 in die Vormischkammer 12 gefördert und dem Verbrennungsvorgang zugeführt.During operation of the gas burner 10 at the lower power limit, the valve members 54 assume the position shown in FIG. 2, in which the bores 50 are fully open, under the predominant influence of gravity. A main stream a of the combustion air passes through the air inlet opening 32 into the premixing chamber 12 , while a secondary stream b serving for exhaust gas drying passes directly into the combustion chamber 16 through the bores 50 and the annular gap 22 . When the fan 26 is running at high speed in the nominal load mode, the pressure difference p ₁ -p ₂ between the combustion chamber 16 and the air box 44 raises the valve members 54 up to the system closing the bores 50 on the ring flange 52 . In this operating state, which does not require exhaust gas drying, the entire intake volume of the combustion air is conveyed via the air inlet opening 32 into the premixing chamber 12 and fed to the combustion process.

Anstelle der beschriebenen einfachen Ausführung der Ventilglieder 54 mit Zwei-Punkt-Funktion könnten die Teile auch so ausgebildet sein, daß sich eine stetige Steuerfunktion des über die Bohrungen 50 und den Ringspalt 22 führenden Bypaß-Kanals ergibt.Instead of the simple design of the valve members 54 with a two-point function described, the parts could also be designed in such a way that a continuous control function of the bypass channel leading through the bores 50 and the annular gap 22 results.

Claims

1.Heater with a burner fed by a fuel-air mixture and a fan controlled according to heat requirements, which promotes the combustion air through an air box surrounding the burner, a combustion chamber and a heat exchanger into a premixing chamber and the combustion gas from the combustion chamber through the heat exchanger, and also with a bypass duct which bypasses the premixing chamber and the burner, through which a controlled partial flow of the conveyed air reaches the combustion chamber, characterized in that the fan ( 26 ) is arranged in the exhaust gas path and that the effective flow cross section of the bypass duct ( 22 , 50 ) is controlled depending on the pressure prevailing in the combustion chamber ( 16 ).

2. Heater according to claim 1, characterized in that the effective flow cross section of the bypass channel ( 22 , 50 ) is controlled by the difference in pressures (p ₁ ) in the combustion chamber ( 16 ) and (p ₂ ) in the air box ( 44 ) .

3. A heater according to claim 2, characterized in that the bypass channel ( 22 , 50 ) is monitored by a valve member ( 54 ) that with mutually remote, the pressures in the combustion chamber ( 16 ) and in the air box ( 44 ) exposed wall surfaces ( 58 , 60 ) is provided.