DE19718972C2 - Gastherme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gastherme mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Gasthermen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Die­ se weisen eine thermische Quelle auf, die mit Gas, insbesondere Flüssigkeit oder Erdgas, gespeist wird. Nach Zünden der thermischen Quelle wird die von die­ ser gelieferte thermische Energie in geeigneten Ein­ richtungen, beispielsweise Wärmetauschern, zum Er­ wärmen von Medien, insbesondere Wasser, eingesetzt. Zum Betreiben der Gastherme, insbesondere zum Zünden und Überwachen, sind elektrische Hilfseinrichtungen vorgesehen, die eine elektrische Energie benötigen. Dieser elektrische Energiebedarf wird in der Regel durch ein Energieversorgungsnetz bereitgestellt. Um die Gasthermen netzautark betreiben zu können, ist bekannt, den elektrischen Energiebedarf der elek­ trisch betriebenen Hilfseinrichtungen über einen elektrischen Speicher, beispielsweise eine in die Gastherme einsetzbare Batterie, bereitzustellen. Hierbei ist nachteilig, daß die Batterie in relativ kurzen Abständen erneuert werden muß.

Bekannt ist ferner, die elektrische Energie über ei­ nen Thermo-Elektrik-Generator bereitzustellen, der aus einer Temperaturdifferenz zwischen einer Wärme­ quelle und einer Wärmesenke die elektrische Energie gewinnt. Als Wärmequelle dient hierbei die thermische Quelle (Brenner) der Gastherme, deren thermische Energie auf geeignete Weise dem Thermo-Elektrik-Gene­ rator zugeführt wird. Hierbei ist jedoch nachteilig, daß bei einer Erst- beziehungsweise Neuinbetriebnahme die thermische Quelle noch keine thermische Energie zur Verfügung stellen kann, so daß über den Thermo- Elektrik-Generator keine elektrische Energie zum Be­ treiben der Hilfseinrichtungen zur Verfügung gestellt werden kann. Da eine dieser Hilfseinrichtungen eine Zündeinrichtung zum Starten der thermischen Quelle ist, ergeben sich bei Gasthermen, die einen Thermo- Elektrik-Generator zum Bereitstellen elektrischer Hilfsenergie aufweisen, Einschalt- beziehungsweise Wiedereinschaltprobleme.

Aus Hönmann, W. (Hrsg.): Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik. München, Wien: Oldenbourg, 1990, S. 543 ist eine Gastherme bekannt, bei der ein Thermo- Elektrik-Generator durch ein Thermoelement realisiert ist.

Aus der DE 29 06 859 A1 ist ein Steuergerät für einen Brenner für gasgeführte Zentralheizungsanlagen be­ kannt, das eine Batterie als eine unabhängig von der thermischen Quelle arbeitende Einrichtung zum Bereitstellen einer Hilfsenergie zur Notversorgung bei Ausfall der Netzspannung und somit auch zum Starten der Heizungsanlage aufweisen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gastherme für einen von einem Elektroenergieversorgungsnetz netz­ autarken Betrieb zu schaffen, bei der in einfacher und kostengünstiger Weise ein Start beziehungsweise Wiederstart möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Gastherme mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß trotz des Einsatzes eines Thermo-Elektrik-Genera­ tors zum Bereitstellen der elektrischen Energie ein netzautarker Betrieb möglich ist und eine automati­ sche Einschaltung beziehungsweise Wiedereinschaltung erfolgen kann. Dadurch, daß wenigstens eine, unab­ hängig von der thermischen Quelle arbeitende Einrich­ tung zum Bereitstellen einer Hilfsenergie zum Starten der Gastherme vorgesehen ist, kann diese Einrichtung sehr vorteilhaft für den Startvorgang, zu dem der Thermo-Elektrik-Generator noch nicht seine notwendige Betriebstemperatur erreicht hat, die notwendige Hilfsenergie, insbesondere eine elektrische Hilfs­ energie, bereitstellen. Insgesamt ergibt sich der Vorteil, da die Hilfsenergie nur zum Ein- beziehungs­ weise Wiedereinschaltzeitpunkt zur Verfügung gestellt werden muß, daß diese vorzugsweise durch einen elek­ trischen Speicher zur Verfügung gestellt werden kann, der eine geringe Speicherkapazität aufweist. Neben den Kostenvorteilen ergeben sich, aufgrund des ge­ ringen zur Verfügung zu stellenden elektrischen Hilfsenergiebedarfs, lange Lebenszeiten der elektri­ schen Speicher, ohne daß eine Funktion der Gastherme bei allen Betriebszuständen beeinträchtigt ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 7 Blockschaltbilder von Schaltungsanordnungen zum Starten beziehungsweise Betreiben einer netzautark arbeitenden Gastherme in ver­ schiedenen Ausführungsvarianten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild dargestellt, das die Hauptbestandteile einer Schaltungsanordnung zur Versorgung elektrisch betriebener Hilfseinrichtungen einer Gastherme zeigt. Die Schaltungsanordnung weist einen Thermo-Elektrik-Generator 10 auf, der mit elek­ trischen Hilfseinrichtungen 12 der nicht dargestell­ ten Gastherme verbunden ist. Unter elektrischen Hilfseinrichtungen werden sämtliche elektrisch be­ triebenen beziehungsweise wirkenden Einrichtungen der Gastherme verstanden. Dies können beispielsweise eine Zündelektronik, eine Überwachungselektronik, Magnet­ ventile, Umwälzpumpen usw. sein. Der Thermo-Elektrik- Generator 10 und die elektrischen Hilfseinrichtungen 12 sind mit einer Schaltungsanordnung 14 kombiniert, deren Varianten anhand der nachfolgenden Figuren noch näher erläutert werden. Die Schaltungsanordnung 14 weist einen elektrischen Speicher 16 auf, der mit einem elektrischen Hilfsspeicher 18 verknüpft ist. Der Thermo-Elektrik-Generator 10 und der elektrische Speicher 16 sind über eine Anpaßelektronik 20 mit­ einander verknüpft.

Die allgemeine Funktion der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung, die anhand der nachfolgenden Fi­ guren noch detaillierter erläutert wird, ist folgen­ de:

Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Gas­ therme wird die von den elektrischen Hilfseinrich­ tungen 12 benötigte elektrische Energie über den Thermo-Elektrik-Generator 10 bereitgestellt. Dieser ist hierzu in allgemein bekannter Weise mit einem er­ sten thermischen Anschlußkontakt mit einer Wärme­ quelle und mit einem zweiten thermischen Anschlußkon­ takt mit einer Wärmesenke verbunden. Als Wärmequelle dient der Brenner der Gastherme. Die Anbindung des thermischen Anschlußkontaktes an die Wärmequelle er­ folgt über einen geeigneten Wärmeübertrager, bei­ spielsweise ein durch den Brenner erwärmtes Bauele­ ment innerhalb der Gastherme. Als Wärmesenke für den Thermo-Elektrik-Generator 10 dient üblicherweise ein Kaltwasseranschluß der Gastherme. Bei einem genügend großen Temperaturunterschied zwischen den thermischen Anschlußkontakten des Thermo-Elektrik-Generators 10 wird eine Spannung generiert, die die elektrische Energie für die elektrischen Hilfseinrichtungen 12 bereitstellt. Da beim erstmaligen Inbetriebnehmen beziehungsweise beim Wiederinbetriebnehmen die Wärme­ quelle für den Thermo-Elektrik-Generator noch nicht zur Verfügung steht, die elektrischen Hilfseinrich­ tungen 12, insbesondere ein elektrischer Zünder für den Brenner, bereits eine elektrische Energie benöti­ gen, ist die Schaltungsanordnung 14 vorgesehen. Diese übernimmt für die Zeitspanne, bis zu der der Thermo- Elektrik-Generator 10 eine genügend große Elektro­ energie für die Versorgung der elektrischen Hilfsein­ richtungen 12 zur Verfügung stellen kann, die Bereit­ stellung der elektrischen Energie. Hierzu sind bei­ spielsweise der elektrische Speicher 16 und der elektrische Hilfsspeicher 18 vorgesehen.

Da die Betriebsspannung und die abgegebene Leistung des Thermo-Elektrik-Generators 10 stark von seiner Betriebstemperatur und von der äußeren Last der elek­ trischen Hilfseinrichtungen 12 abhängig ist, ist eine Anpaßelektronik 20 vorgesehen, die die Funktion der elektrischen Speicher 16 beziehungsweise 18 des Thermo-Elektrik-Generators 10 und der elektrischen Hilfseinrichtungen 12 sicherstellt, das heißt gewähr­ leistet, daß bei den unterschiedlich eintretenden Be­ triebszuständen der Gastherme eine genügend große Elektroenergie für die elektrischen Hilfseinrich­ tungen 12 zur Verfügung steht. Neben dem Bereit­ stellen der erforderlichen Betriebsspannung bei un­ terschiedlichen Betriebszuständen kann die Anpaß­ elektronik 20 auch ein Management der elektrischen Speicher 16 beziehungsweise 18, wie anhand nachfol­ gender Figuren noch erläutert wird, übernehmen. Es gewährleistet bei allen Betriebszuständen einen aus­ reichenden Speicherinhalt und damit eine hohe Be­ triebssicherheit des gesamten Systems. Hinzu kommt ein optimaler Lade- beziehungsweise Entladebetrieb, wodurch die Lebensdauer des elektrischen Speichers 16 erhöht wird.

In den nachfolgenden Figuren sind gleiche Teile wie in Fig. 1 trotz der teilweise unterschiedlichen An­ ordnung der besseren Übersicht wegen immer mit glei­ chen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläu­ tert.

Fig. 2 zeigt eine erste konkrete Schaltungsvariante. Der elektrische Speicher 16 wird von einer Primärbat­ terie 22 gebildet. Die Primärbatterie 22 kann bei­ spielsweise eine Monozelle sein, deren Nennspannung der Betriebsspannung der elektrischen Hilfseinrich­ tungen 12 entspricht. Die Primärbatterie 22 ist in einer entsprechenden Halterung, die die entsprechen­ den Anschlußkontakte aufweist, in der Gastherme fest angeordnet. Der Minusanschluß der Primärbatterie 22 ist mit den entsprechenden Anschlüssen des Thermo- Elektrik-Generators 10 sowie der elektrischen Hilfs­ einrichtungen 12 verbunden. Der Plusanschluß ist mit einem ersten Schaltkontakt eines Thermoschalters 24 verbunden, dessen zweiter Schaltkontakt mit dem Ther­ mo-Elektrik-Generator 10 verbunden ist. Ein ruhender Kontakt des Thermoschalters 24 ist mit den elektri­ schen Hilfseinrichtungen 12 verbunden. Über eine Steuerleitung 26 ist der Thermoschalter 24 mit dem Thermo-Elektrik-Generator 10 verbunden.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsanordnung übt fol­ gende Funktion aus:

Bei der dargestellten Startstellung der Gastherme ist die Primärbatterie 22 über den Thermoschalter 24 mit den elektrischen Hilfseinrichtungen 12 verbunden, so daß diese mit einer der Nennspannung der Primär­ batterie 22 entsprechenden elektrischen Spannung versorgt werden, so daß diese in Funktion treten können. Hierdurch kann beispielsweise die Zündelek­ tronik der Gastherme aktiviert werden. Das Einschal­ ten kann durch einen zusätzlichen, in Fig. 2 nicht dargestellten Schalter erfolgen. Nachdem die Zünd­ elektronik den Brenner der Gastherme gezündet hat, ist die Wärmequelle des Thermo-Elektrik-Generators 10 in Funktion, so daß dieser mit Erreichen seiner Be­ triebstemperatur an dessen mit der Wärmequelle ver­ bundenen thermischen Anschlußkontakt eine elektrische Spannung generiert. In Abhängigkeit der Temperatur dieses Anschlußkontaktes ist der Thermoschalter 24 über ein Relais gesteuert. Erreicht die Temperatur des Anschlußkontaktes einen bestimmten voreinstell­ baren Grenzwert, wechselt der Thermoschalter 24 seine Schaltstellung, so daß die Primärbatterie 22 von den elektrischen Hilfseinrichtungen 12 getrennt und der Thermo-Elektrik-Generator 10 mit den elektrischen Hilfseinrichtungen 12 verbunden wird. Die den Thermo­ schalter 24 auslösende Temperatur ist so gewählt, daß eine Umschaltung auf den Thermo-Elektrik-Generator 10 erst dann erfolgt, wenn die Bereitstellung der erfor­ derlichen elektrischen Leistung durch den Thermo- Elektrik-Generator 10 sichergestellt ist. Die Um­ schaltzeit des Thermoschalters 24 von einigen Milli­ sekunden wird von der Elektronik der elektrischen Hilfseinrichtungen 12 überbrückt und die Spannungs- und Leistungsabfälle an den Kontakten des Thermo­ schalters 24 können vernachlässigt werden. Durch den als Wechsler ausgebildeten Thermoschalter 24 ist ein Laden der Primärbatterie 22 und ein Entladen der Primärbatterie 22 über den Thermo-Elektrik-Generator 10 nicht möglich.

Wird die Gastherme ausgeschaltet, steht die Wärme­ quelle für den Thermo-Elektrik-Generator 10 nicht mehr zur Verfügung, so daß die Temperatur an dem mit der Wärmequelle verbundenen thermischen Anschluß­ kontakt des Thermo-Elektrik-Generator 10 abfällt und dieser somit die erforderliche elektrische Leistung nicht mehr zur Verfügung stellen kann. Durch den Thermoschalter 24 erfolgt mit sinkender Temperatur eine rechtzeitige Umschaltung in die in Fig. 2 ge­ zeigte Schaltstellung, so daß die Spannungsversorgung der elektrischen Hilfseinrichtungen 12 wieder von der Primärbatterie 22 übernommen wird.

Nach weiteren Ausführungsbeispielen kann das Umschal­ ten des Thermoschalters 24 auch durch die Funktion des Thermo-Elektrik-Generators 10 selbst ausgelöst werden. Der Umschaltzeitpunkt kann beispielsweise relaisgesteuert durch eine vorgegebene Zeit, elektri­ sche Spannung oder andere geeignete physikalische Größen bestimmt werden. Ferner kann eine Abgastempe­ ratur der Gastherme zum Auslösen des Thermoschalters 24 herangezogen werden.

Durch die in Fig. 2 gezeigte Schaltungsvariante wird die Betriebsdauer der Primärbatterie 22 wesentlich verlängert, da diese nur noch im Einschaltzeitpunkt der Gastherme zur Spannungsversorgung der elek­ trischen Hilfseinrichtungen 12 zur Verfügung stehen muß. Ein Start der Gastherme mit der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung ohne die Primärbatterie 22 ist nicht möglich.

Fig. 3 zeigt eine Schaltungsvariante, bei der zu­ sätzlich zu der in Fig. 2 gezeigten Schaltungs­ variante ein wiederaufladbarer elektrischer Energie­ speicher 28 parallel zu den elektrischen Hilfsein­ richtungen 12 geschaltet ist. In die Verbindungs­ leitung zwischen der Primärbatterie 22 und dem Ther­ moschalter 24 ist ein Tastschalter 30 in Reihe ge­ schaltet.

Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsvariante, bildet die Primärbatterie 22 den elektrischen Start­ beziehungsweise Hilfsspeicher 18, während der wieder­ aufladbare elektrische Energiespeicher 28 den elek­ trischen Speicher 16 bildet.

Durch die zusätzliche Anordnung des aufladbaren elek­ trischen Energiespeichers 28 und des Tastschalters 30 ergibt sich der Vorteil, daß die Primärbatterie 22 ausschließlich zur erstmaligen Inbetriebnahme der Gastherme oder deren Wiederinbetriebnahme nach einer längeren Betriebsunterbrechung, die beispielsweise mehrere Monate betragen kann, dient. Hierdurch kann die Kapazität der eingesetzten Primärbatterie 22 gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsvariante erheblich reduziert werden.

Die Inbetriebnahme der Gastherme erfolgt gemäß der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsvariante folgendermaßen:

Durch Drücken des Tastschalters 30 wird die elektri­ sche Hilfseinrichtung 12 und der wiederaufladbare elektrische Energiespeicher 28 mit der Primärbatterie 22 verbunden. Hierdurch erfolgt einerseits eine Akti­ vierung der Zündelektronik des Brenners der Gas­ therme, so daß dieser als thermische Quelle und damit als Wärmequelle für den Thermo-Elektrik-Generator 10 zur Verfügung steht. Gleichzeitig erfolgt ein zu­ mindest teilweises Aufladen des elektrischen Ener­ giespeichers 28, so daß dieser nach Loslassen des Tastschalters 30 eine genügend große elektrische Energie gespeichert hat, die für einen eventuellen Neustart der Zündelektronik zur Verfügung steht, ohne daß die Primärbatterie 22 belastet ist. Nach Er­ reichen des bereits gemäß Fig. 2 beschriebenen Be­ triebszustandes, schaltet der Thermoschalter 24 den Thermo-Elektrik-Generator 10 zu, so daß dieser die Zurverfügungstellung der erforderlichen elektrischen Leistung übernimmt. Neben der Versorgung der elektri­ schen Hilfseinrichtungen 12 wird der elektrische Energiespeicher 28 bis zu dessen Kapazitätsgrenze aufgeladen. Durch das Umschalten des Thermoschalters 24 werden die Primärbatterie 22 und der Taster 30 thermisch entriegelt, so daß ein eventuelles Wie­ derzuschalten der Primärzelle 22 ausgeschlossen ist. Kurzzeitige Betriebsunterbrechungen der Gastherme werden durch Neustart mit der über die den wie­ deraufladbaren elektrischen Energiespeicher 28 zur Verfügung gestellten elektrischen Energie möglich. Die Kapazität des wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers 28 ist so bemessen, daß nach einer vorgebbaren Stillstandszeit von beispielsweise mehre­ ren Wochen ein Neustart der Gastherme ohne Inan­ spruchnahme der Primärbatterie 22 gewährleistet ist.

Insgesamt ergeben sich neben der Reduzierung der Speicherkapazität der Primärbatterie 22 und der hier­ mit verbundenen Kostenreduktion weitere Vorteile durch eine Ausnutzung der maximalen Verweilzeit der Primärbatterie 22 in der Gastherme, die durch deren Auslaufgarantie begrenzt ist. Diese beträgt übli­ cherweise zirka fünf Jahre. Ein Auswechseln der Pri­ märbatterie 22 in Abhängigkeit eines Energiebedarfs der Gastherme ist nicht erforderlich. Hierdurch erhöht sich die Betriebssicherheit und der Bedie­ nungskomfort der Gastherme.

Fig. 4 zeigt eine weitere Schaltungsvariante, bei der der Thermo-Elektrik-Generator 10 die Primärbat­ terie 22 und die elektrischen Hilfseinrichtungen 12 parallel geschaltet sind. Als Primärbatterie 22 wird hier eine Zink-Kohle-Batterie verwendet, die wieder­ aufladbar ist. Der Primärbatterie 22 ist eine Zener­ diode 32 parallelgeschaltet. Weiterhin ist eine Diode 34 in Reihe mit dem Thermo-Elektrik-Generator 10 ge­ schaltet.

Durch die in Fig. 4 gezeigte Schaltungsanordnung kann auf die Anordnung zusätzlicher Schaltelemente verzichtet werden. Die erforderliche elektrische Energie zum Erststart der Zündelektronik der Gas­ therme wird von der Primärbatterie 22 geliefert. Nachdem der Brenner gezündet hat, steht die Wärme­ quelle für den Thermo-Elektrik-Generator 10 zur Ver­ fügung, so daß dieser seine Betriebstemperatur er­ reicht und eine elektrische Spannung generiert. Nach­ dem diese elektrische Spannung den Nennwert erreicht hat, übernimmt der Thermo-Elektrik-Generator 10 die erforderliche elektrische Energieversorgung der elek­ trischen Hilfseinrichtungen 12. Gleichzeitig wird die Primärbatterie 22 abgepuffert und sofern erforderlich über den Thermo-Elektrik-Generator 10 wiederauf­ geladen. Dies ist bei der Ausbildung als Zink-Kohle- Batterie möglich. Somit kann der als Zink-Kohle-Bat­ terie ausgebildeten Primärbatterie 22 ein Mehrfaches der Nennkapazität entnommen werden, so daß sich deren mögliche Verweilzeit in der Gastherme um ein Mehr­ faches vergrößert. Die Schutzdiode 34 ist so ge­ schaltet, daß diese eine Entladung der Primärbatterie 22 über den Thermo-Elektrik-Generator 10 verhindert. Die der Primärbatterie 22 parallelgeschaltete Zener­ diode 32 begrenzt die Ladespannung der Primärbatterie 32, so daß diese vor Zerstörung durch Überladung geschützt ist.

In Fig. 6 ist eine abgewandelte Schaltungsanordnung gemäß der Schaltungsanordnung in Fig. 3 gezeigt. Hierbei sind der den elektrischen Speicher 16 bil­ dende, wiederaufladbare elektrische Energiespeicher 28 und die den elektrischen Hilfsspeicher 18 bildende Primärbatterie 22 über ein Relais 38 in eine Wechsel­ schaltung eingebunden.

Bei Inbetriebnahme der Gastherme, das heißt wenn Was­ ser gezapft wird, schließt ein Schalter 40, der bei­ spielsweise als sogenannter Wasserschalter ausgebil­ det ist und verbindet das Relais 38 und die Schal­ tungsanordnung mit Masse. Das Relais 38 verbindet im stromlosen Zustand die Primärbatterie 22 mit der nachgeordneten Schaltung des Zündautomats.

Nach dem Einschalten prüft eine Auswerteschaltung 41, zum Beispiel ein DCD-Spannungsumsetzer, nachdem sie über Masse mit dem elektrischen Speicher 16 verbunden wurde, ob die Spannung U₁₆ groß genug ist, um die Spannungsversorgung der elektrischen Hilfseinrichtun­ gen 12 zu übernehmen. Ist die Spannung größer als ein spezifiziertes Minimum schaltet das Relais 38 um, so daß der wiederaufladbare elektrische Energiespeicher 28 und auch der Thermo-Elektrik-Generator 10 über die Diode 34 mit den elektrischen Hilfseinrichtungen 12 verbunden werden. In diesen Fällen ist entweder der wiederaufladbare elektrische Energiespeicher 28 gela­ den, wobei der Thermo-Elektrik-Generator 10 noch keine ausreichende Spannung U₁₀ liefert oder letztge­ nannter liefert eine genügend hohe Spannung U₁₀, um die elektrischen Hilfseinrichtungen 12 und den elek­ trischen Energiespeicher 28 selbst, zu versorgen.

Wird die Wasserzapfung beendet, öffnet der Schalter 40. Die Auswerteschaltung 41 wird vom Energiespeicher 28 getrennt, womit sie ihn nicht weiter belastet. Das Relais 38 fällt in den Ruhezustand zurück. Ein Aus­ fall des elektrischen Energiespeichers 28 oder des Thermo-Elektrik-Generators 10 während des Betriebs führt zum Abfallen des Relais 38, so daß die Primär­ batterie 22 wieder mit den elektrischen Hilfseinrich­ tungen 12 verbunden ist.

Die Spannung U₁₂ bewirkt über die entsprechende elek­ trische Hilfseinrichtung ein Zünden des Brenners, so daß die thermische Quelle als Wärmequelle für den Thermo-Elektrik-Generator 10 zur Verfügung steht. Dieser generiert nach Erreichen seiner Betriebstem­ peratur die Spannung U₁₀. Zum Startzeitpunkt ist die Spannung U₁₈ größer als die Spannung U₁₀. Durch Er­ reichen der Betriebstemperatur des Thermo-Elektrik- Generators 10 steigt die Spannung U₁₀ auf ihren Nenn­ wert an und erreicht die Größe der Spannung U₁₈. Hierdurch zieht das Relais 38 an und schaltet von der Primärbatterie 22 auf den Thermo-Elektrik-Generator 10 um, so daß die Spannung U₁₂ von der Spannung U₁₀ gebildet wird. Gleichzeitig wird der wiederaufladbare elektrische Energiespeicher 28 auf seine Nennspannung U₁₆ aufgeladen. Die Nennspannung U₁₆ entspricht der Spannung U_10. Nach Ausschalten und Wiedereinschalten der Gastherme in relativ kleinen Zeiträumen, bis zu mehreren Wochen, steht der elektrische Energie­ speicher 28 zum Bereitstellen der Spannung U₁₂ zur Verfügung. Da die Spannung U₁₆ der Spannung U₁₈ entspricht, wird die Primärbatterie 22 inaktiv geschaltet. Nach Schließen des Schalters 40 steht die Spannung U₁₆ des elektrischen Energiespeichers 28 zum Zünden der Gastherme als Spannung U₁₂ zur Verfügung.

Durch die in Fig. 6 gezeigte Schaltungsanordnung wird die Primärbatterie 22 nur als Notbatterie ge­ nutzt, das heißt nur für den Fall, daß der elektri­ sche Speicher 28 nicht geladen ist. Da dies nur bei erstmaligem Einschalten der Gastherme oder nach relativ langer, beispielsweise mehrere Monate dauern­ der Betriebsunterbrechung der Fall ist, wird die Pri­ märbatterie 22 nur äußerst gering belastet, so daß deren Lebensdauer nicht von deren elektrischer Kapa­ zität beeinflußt ist.

Anhand von Fig. 7 wird die in Fig. 6 konkret ge­ zeigte Schaltungsvariante nochmals allgemein erläu­ tert. Hierbei sind mit 42 und 44 bezeichnete Schalt­ elemente vorgesehen, die beispielsweise von dem Re­ lais 38 und dem Wasserschalter 40, aber auch von an­ deren geeigneten Schaltelementen gebildet sein kön­ nen. Für die Funktion der Bereitstellung der Spannung U₁₂ unabhängig vom Betrieb des Thermo-Elektrik-Gene­ rators 10 ist entscheidend, daß bei einem Erststart oder Wiederinbetriebnahme nach langer Betriebspause der Schalter 44 offen ist und der Schalter 42 ge­ schlossen wird. Die Spannung U₁₈ ist größer als die Spannung U₁₆ und die Spannung U₁₀. Die Spannung U₁₂ wird durch die Spannung U₁₈ bereitgestellt. Gleich­ zeitig entspricht die Spannung U₁₆ der Spannung U₁₈, so daß der elektrische Speicher 28 über die Spannung U₁₈, zumindest teilweise, aufgeladen wird. Während des Betriebes der Gastherme wird die Spannung U₁₀ über den Thermo-Elektrik-Generator 10 generiert, wo­ bei der Schalter 44 geschlossen ist und der Schalter 42 offen ist. Hierdurch entspricht die Spannung U₁₂ der Spannung U₁₀. Gleichzeitig entspricht die Span­ nung U₁₆ der Spannung U₁₀, so daß der elektrische Speicher 28 aufgeladen wird. Bei einer Inbetriebnahme der Gastherme unter normalen Bedingungen, das heißt in relativ kurzen Wiedereinschaltintervallen, sind die Schalter 42 und 44 offen, so daß die Spannung U₁₂ der Spannung U₁₆ entspricht. Somit wird die not­ wendige Spannung über das Speicherelement 28 be­ reitgestellt. Die Primärbatterie 22 wird nur für die Erstinbetriebnahme beziehungsweise Wiederinbetrieb­ nahme nach langen Zeiträumen benötigt.

Bei der Erläuterung der vorhergehenden Schaltungsan­ ordnungen wurde davon ausgegangen, daß die Hilfsener­ gie zum Starten der Gastherme von einem elektrischen Speicher 16 und/oder 18 bereitgestellt wird.

Eine weitere Möglichkeit, eine unabhängig von der thermischen Quelle, also dem Brenner, der Gastherme arbeitenden Einrichtung zum Bereitstellen einer Hilfsenergie zum Starten der Gastherme ist in der Fig. 5 verdeutlicht.

Es ist eine zu einem Brenner 46 führende Gasleitung 48 angedeutet. Von der Gasleitung 48 führt eine Zweigleitung 50 zu einem Hilfsbrenner 52. Dem Hilfs­ brenner 52 ist der Thermo-Elektrik-Generator 10 als Wärmequelle zugeordnet. In die Gasleitung 48 ist ein Ventil 54 und in der Zweigleitung 50 ein Ventil 56 angeordnet. Dem Ventil 54 zugeordnet ist eine Zapf­ stelle 58 zur Entnahme von mit der Gastherme er­ wärmten Wasser. Die Ventile 54 und 56 sind beispiels­ weise als Magnetventile ausgebildet, deren Steueror­ gane Bestandteil der elektrischen Hilfseinrichtungen 12 sind.

Ein Erststart beziehungsweise eine Wiederinbetrieb­ nahme der Gastherme nach langer Betriebspause gemäß der in Fig. 5 gezeigten Anordnung erfolgt auf fol­ gende Weise:

Mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Mechanik, beispielsweise einem Taster, wird dem Hilfsbrenner 52 eine begrenzte Menge Gas zugeführt. Diese begrenzte Menge Gas wird mittels einer externen Feuerquelle, beispielsweise einem Streichholz oder einem Feuer­ zeug, gezündet, so daß der Hilfsbrenner 52 als Wärme­ quelle für den Thermo-Elektrik-Generator 10 zur Ver­ fügung steht. Dieser erreicht daraufhin seine Be­ triebstemperatur und generiert eine Spannung, die als elektrische Energie für die elektrischen Hilfsein­ richtungen 12 zur Verfügung steht. Die von dem Ther­ mo-Elektrik-Generator 10 generierte Spannung kann gleichzeitig in einem elektrische Speicher 16, analog der in den Fig. 2 bis 7 erläuterten Weise, gespei­ chert werden. Hat der Thermo-Elektrik-Generator 10 seine erforderliche elektrische Leistung erreicht, wird die Zündelektronik des Brenners 46 aktiviert, so daß diese im Bedarfsfall zünden kann. Über einen Sen­ sor 60 wird der Zündvorgang den elektrischen Hilfs­ einrichtungen 12 signalisiert. Hierdurch wird sicher­ gestellt, daß das Ventil 54 durch Betätigen der Zapf­ stelle 58 geöffnet werden kann, so daß dem Brenner 46 Gas zum Verbrennen zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird sichergestellt, daß das Ventil 56 geöffnet bleibt, so daß dem Hilfsbrenner 52 weiterhin Gas zur Verfügung steht. Während des normalen Betriebes stellt der Thermo-Elektrik-Generator 10 somit die er­ forderliche elektrische Energie zum Betreiben der Gastherme zur Verfügung. Gleichzeitig wird der elek­ trische Speicher 16 für normale Startvorgänge inner­ halb kurzer Wiedereinschaltintervalle der Gastherme aufgeladen.

Für den Fall, daß der Brenner 46 nicht zündet, wird die Gaszufuhr für den Hilfsbrenner 52 unterbrochen, so daß dieser erlischt und damit die Wärmequelle für den Thermo-Elektrik-Generator 10 nicht mehr zur Ver­ fügung steht. Weitere Startvorgänge können nunmehr über den elektrischen Speicher 16 erfolgen, sofern dieser bereits genügend aufgeladen ist.

Der Thermo-Elektrik-Generator 10 besitzt beispiels­ weise eine Leistung von zirka 300 mW. Zum Betreiben des Thermo-Elektrik-Generators ist in diesem Fall ei­ ne thermische Leistung in der Größenordnung von zirka 30 W erforderlich. Üblicherweise liegt die spezifi­ sche thermische Flächenleistung einer Brennerplatte bei zirka 30 W pro cm², so daß sich eine erforderli­ che Brennerfläche für den Hilfsbrenner 52 in der Grö­ ßenordnung von zirka 1 cm² ergibt. Diese geringe Lei­ stung, der relativ geringe Brennerflächenbedarf und der kurzzeitige Startbetrieb für die Erstinbetrieb­ nahme der Gastherme lassen eine einfache Integration eines beispielsweise aus dem Thermo-Elektrik-Genera­ tor 10 und dem Hilfsbrenner 52 bestehenden Modul 62 in die Gastherme zu. Die entstehende Verlustwärme des Hilfsbrenners 52 kann in den Gesamtwärmehaushalt der Gastherme integriert werden. Insgesamt ist eine sichere Betriebsweise möglich, da der Thermo-Elek­ trik-Generator 10 unabhängig von dem üblicherweise leistungsgeregelten Brenner 46 relativ konstante thermische und damit auch elektrische Verhältnisse aufweist. Das Modul 62 ist im Bedarfsfalle leicht austauschbar.

Claims (11)

1. Gastherme für netzautarken Betrieb mit einer von Gas gespeisten thermischen Quelle (Brenner), mit Ein­ richtungen zum Umwandeln der von der thermischen Quelle gelieferten thermischen Energie zum Erwärmen eines Mediums, insbesondere Wasser, mit wenigstens einer elektrisch betriebenen Hilfseinrichtung zum Betreiben der Gastherme und einem Thermo-Elektrik- Generator zum Bereitstellen der elektrischen Energie für wenigstens eine Hilfseinrichtung, wobei der Thermo-Elektrik-Generator die thermische Quelle als Wärmequelle nutzt, wobei wenigstens eine, unabhängig von der thermischen Quelle (46) arbeitende Einrich­ tung zum Bereitstellen einer Hilfsenergie zum Starten der Gastherme vorgesehen ist.

2. Gastherme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der thermischen Quelle (46) eine elektrische Hilfsenergie bereitgestellt wird.

3. Gastherme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung der elektrischen Hilfsenergie ein elektrischer Speicher (16) vorgesehen ist, der parallel zu dem Thermo-Elektrik-Generator (10) ge­ schaltet ist und in Abhängigkeit eines Betriebs­ zustandes der Gastherme zuschaltbar ist.

4. Gastherme nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen dem Thermo-Elektrik- Generator (10) und dem elektrischen Speicher (16) durch einen Betriebszustand des Thermo-Elektrik-Gene­ rators (10) ausgelöst wird.

5. Gastherme nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung in Abhängigkeit von einer Be­ triebstemperatur des Thermo-Elektrik-Generators (10) erfolgt.

6. Gastherme nach einem der Ansprüche 3 bis S. da­ durch gekennzeichnet, daß der elektrische Speicher (16) wiederaufladbar ist.

7. Gastherme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem wiederaufladbaren elektrischen Speicher (16, 28) ein elektrischer Hilfsspeicher (18, 22) parallel geschaltet ist, der in Abhängigkeit eines Betriebs­ zustandes des Thermo-Elektrik-Generators und/oder eines Ladezustandes des wiederaufladbaren elek­ trischen Speichers (16, 28) zuschaltbar ist.

8. Gastherme nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen dem wiederaufladbaren elektrischen Speicher (16, 28) und dem elektrischen Hilfsspeicher (18, 22) über ein Schaltelement (38, 42) erfolgt, das von einem Signal angesteuert wird, das von der Differenz der Spannungen (U₁₈-U₁₆), die an den Speichern auftreten, gebildet wird.

9. Gastherme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der thermischen Quelle (46) eine thermische Hilfsenergie bereitgestellt wird.

10. Gastherme nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Thermo-Elektrik-Generator (10) einem Hilfsbrenner (52) zugeordnet ist, der unabhängig vom Brenner (46) durch eine externe Feuerquelle zündbar ist.

11. Gastherme nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Thermo-Elektrik-Generator (10) und der Hilfsbrenner (52) ein Modul (62) bilden, das inner­ halb der Gastherme austauschbar angeordnet ist.