DE2545135A1 - Vorrichtung zur regulierung eines gasheizungskessels mit kuenstlichem zug - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Regulierung eines Gasheizungskessels mit künstlichem Zug

Die Erfindung bezieht sich auf dichte Gasheizungskessel mit künstlichem Zug und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Regulierung der Zufuhr von Gas zu den Brennern in Abhängigkeit von der aus dem Gerät austretenden Abgasmenge.

Bei dichten Gasheizungskesseln mit künstlichem Zug ist es bekannt, daß die Umwälzung der Luft, die zur Verbrennung notwendig ist, ebenso wie gleichzeitig die Ableitung der Abgase mittels eines elektrischen Ventilators erfolgen, der in Strömungsrichtung hinter dem Heizkörper des Gerätes zum Ansaugen der Verbrennungsprodukte angeordnet sein kann, so daß die Verbrennungskammer mit Unterdruck beaufschlagt wird, oder in Strömungsrichtung vor dem Heizkörper am Einlaß der Verbrennungsluft, so daß die Verbrennungskammer mit Druck beaufschlagt wird.

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In beiden Fällen befindet sich die Gruppe Brenner-Heizkörper-Ventilator, die den Verbrennungskreis bildet, in einem gegenüber der Atmosphäre des Ortes, an dem das Gerät installiert ist, dichten Gehäuse. Auch erfolgt in beiden Fällen der Einlaß der Frischluft und der Auslaß der Verbrennungsprodukte über eine Gebäudeaußenwand mittels zweier koaxialer Rohre.

Die Geräte dieser Art haben unzweifelhaft Vorteile, nämlich:

Es besteht überhaupt keine Erstickungsgefahr, da ihr Verbrennungskreis keine Verbindung mit der Atmosphäre des Wohnraums hat.

Die Installation ist wirtschaftlich, da keine Abgasleitung geschaffen werden muß und der Durchgang der koaxialen Rohre durch die Mauer nur das Bohren eines zylindrischen Loches geringen Durchmessers erfordert.

Dagegen haben diese Geräte bis jetzt bestimmte Nachteile.

Die Verwendung einer mechanischen Einrichtung wie eines Ventialtors zum Antrieb der Luft, die für die Verbrennung notwendig ist, erfordert es, eine Sicherheitsvorrichtung vorzusehen, die die Zufuhr von Gas zum Brenner dem normalen Betrieb des Ventilators, d.h. dem Auftreten einer bestimmten Verbrennungsluftmenge, unterwirft.

Verschiedene Lösungen sind tatsächlich für die Verwirklichung dieser Sicherheitsvorrichtung angewandt worden, wie im einzelnen:

Die Verwendung eines elektrischen Kontaktes, der von einer sehr leichten Platte betätigt wird, die an einer geeigneten Stelle des Verbrennungskreises angeordnet und an diesem Punkt der Wirkung der Geschwindigkeit der Luft oder der

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Verbrennungsprodukte ausgesetzt ist.

Die Verwendung eines elektrischen Kontaktes, der von einer Differentialmembran betätigt wird, die der Differenz des Druckes unterworfen ist, der zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Ventilators oder durch eine Venturi-Vorrichtung oder durch eine Membran erzeugt wird, die an einer Stelle des Verbrennungskreises des Gerätes angeordnet ist.

Alle diese Sicherheitsvorrichtungen arbeiten jedoch nach dem Alles oder Nichts-Prinzip, d.h. sie verhindern die Zufuhr von Gas zum Brenner, solange die von dem Ventilator gelieferte Menge nicht größer als ein zuvor festgelegter Wert ist.

Diese Art der Regulierung nach dem Alles oder Nichts-Prinzip der Zufuhr des Gases zum Brenner bei einer einzigen Größe der Verbrennungsluftmenge hat den Nachteil, daß sie nur für Geräte verwendbar ist, deren Art der Regulierung der Zufuhr von Gas zum Brenner in Abhängigkeit von der Temperatur ebenfalls nach dem Alles oder Nichts-Prinzip arbeitet.

Wenn man derartige Vorrichtungen an Geräten verwenden will*, deren Leistung aufgrund einer fortschreitenden Regulierung der Zufuhr von Gas zum Brenner in Abhängigkeit von der Temperatur zwischen einem geringen Anteil der Nennleistung und der Nennleistung geändert werden kann, kommt man zu extrem niedrigen Wirkungsgraden, da, weil die Verbrennungsluftmenge konstant und größer als oder gleich derjenigen bleibt, die der vollen Leistung des Gerätes entspricht, man mit einem Überschuß an Luft arbeitet, der umso höher ist, je mehr die geforderte Leistung abnimmt.

Dieser Nachteil ist schwerwiegend, denn er verhindert bis jetzt die Anwendung einer sich ändernden bzw. fortschreitenden Regulierung an dichten Geräten mit künstlichem Zug

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und verhindert auch die Vorteile des Betriebs mit veränderbarer Leistung bei diesen Geräten.

Um diese Nachteile zu beseitigen/ wurde bereits vorgeschlagen, einer nach dem Alles oder Nichts-Prinzip arbeitenden Sicherheitsvorrichtung, die die Zufuhr von Gas zum Brenner der normalen Funktion des Ventilators unterwirft, eine zweite Vorrichtung zuzuordnen, die es ermöglicht, die Verbrennungsluftmenge in Abhängigkeit von dem Druck des dem Brenner zugeführten Gases zu ändern.

Man hat daher ein Gehäuse mit einer Membran verwendet, die auf Änderungen des Gasdruckes anspricht, um den Querschnitt des Kanals für die angesaugte Luft zu ändern oder einen "by pass" der Luft in dem dichten Gehäuse hervorzurufen, und zwar ohne auf die Drehgeschwindigkeit des Absaugventilators einzuwirken, wie in der Deutschen Patentanmeldung P 24 29 501.0 beschrieben ist.

Diese Lösung hat nicht alle Sicherheitsgarantien, denn die im Spiel befindlichen mechanischen Kräfte sind im Hinblick auf die Schwankungen der mechanischen Reibung gering, und die Gefahr der Blockierung in irgendeiner Stellung des by-pass-Elements der Luft ist nicht völlig beseitigt.

Durch die Erfindung wird ein nach einem völlig anderen Prinzip arbeitende Reguliervorrichtung vorgeschlagen, die es u.a. ermöglicht, die zuvor erwähnten Nachteile dadurch zu beseitigen, daß die Menge des dem Brenner zugeführten Gases direkt entsprechend einer vorher festgelegten Gesetzmäßigkeit von der von dem Absaugventilator gelieferten Luftmenge abhängig gemacht wird, d.h., daß die Regulierung der den Brennern zugeführten Gasmenge mittels eines Absaugventilators erfolgt, der somit ein Glied der Steuerkette des Gerätes darstellt. Der Motor des Absaugventi-

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lators ist somit mit der elektronischen Steuerschaltungsplatte, dem Temperaturfühler und einem pneumatischen Ventil, das dazu bestimmt ist, die Zufuhr von Gas zum Brenner zu ändern, in Reihe geschaltet.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das'^pneumatische Ventil, das aus einem zweiteiligen Gehäuse besteht, das zwei Membrane umschließt, eine erste Kammer begrenzt, die mit der Auslaßleitung der Abgase in Strömungsrichtung hinter dem Absaugventilator verbunden ist, sowie eine zweite Kammer, die mit dem Abgasabzug in Strömungsrichtung vor dem Absaugventilator verbunden ist, wobei die beiden Membrane außerdem durch eine einzige Stange mit einer Klappe verbunden sind, die die dem Brenner zugeführte Gasmenge ändert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Querschnitt eines Gasheizungsgerätes und einer Reguliervorrichtung gemäß der Erfindung, und

Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt des pneumatischen Ventils im Bereich A der Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 7, das einen Brenner 2 und einen Heizkörper 3 umgibt und das von einem Abzug 4 bedeckt ist, an dem ein Absaugventilator 5 für Abgase angeordnet ist, dessen Kammer durch die Auslaßleitung 6 mit der Umgebung verbunden ist. Das Gas gelangt durch die Leitung 8 zu der Vorrichtung und erreicht den Brenner 2, indem es ein übliches Magnetventil 9 ebenso wie ein insgesamt mit 1 bezeichnetes pneumatisches Ventil, das später im einzelnen beschrieben wird, durchläuft. Dieses pneumatische Ventil ist einerseits mit

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der Auslaßleitung 6 und andererseits mit dem Abzug 4 verbunden. Hierzu mündet eine kleine Leitung 32, die an einer Stelle an dem Ventil angeschlossen ist, die ebenfalls
später genauer erläutert wird, in den Abzug 4 in Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Absaugventilator 5.
Ebenso mündet eine zweite kleine Leitung 33, die ebenfalls an das Ventil angeschlossen ist, jedoch an einer anderen Stelle, in die Auslaßleitung 6 in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Ventilator 5. Die Klappe 20 des
Magnetventils 9 ist entweder offen oder geschlossen und die Steuerwicklung 21 wird elektrisch von einer schematisch bei 22 dargestellten elektronischen Steuerschaltungsplatte erregt, die die verschiedenen Bauelemente umfaßt, die zur Steuerung und Regulierung der Vorrichtung notwendig sind.

Der Heizwasserkreis verläuft in der durch die Pfeile in der Leitung 23 vor dem Heizkörper 3 und in der Leitung
24 hinter diesem angegebenen Richtung. Die Umwälzpumpe 25, die an der Leitung 23 angeordnet ist, wird von der elektronischen Schaltungsplatte 22 mittels eines Schutzrohrkontakts 26 elektrisch gespeist. Ein Temperaturfühler 27,
der an der Leitung 24 angeordnet ist, ist ebenfalls mit der elektronischen Schaltungsplatte 22 verbunden.

Der Elektromotor 28 des Absaugventilators 5 ist mit einem Schutzrohrkontakt 29 in Reihe geschaltet, der ebenfalls an der Schaltungsplatte 22 angeordnet ist, und wird von der Wechselspannung U gespeist, in deren Kreis ein Stellwiderstand 30 geschaltet ist. Eine Gleichrichterbrückenschaltung, die insgesamt mit 31 bezeichnet ist, ist mit der elektronischen Schaltungsplatte verbunden.

Das pneumatische Ventil 1, das in dem Bereich A der Fig. liegt, hat die folgenden, in Fig. 2 gezeigten Elemente. Ein erstes oberes Gehäuse 1a des Ventils ist von einem

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Deckel 10 bedeckt und eine erste Membran 11 begrenzt in dem Gehäuse 1a eine obere Kammer 13 und eine untere Kammer 12. In die Kammer 12 mündet die kleine Leitung 32, die zuvor erläutert wurde, und in die Kammer 13 mündet die andere kleine Leitung 33. Eine Stange 14 liegt unten an der Membran 11 an, durchquert eine Führungsöffnung 15 im Unterteil des Gehäuses 1a und trägt an ihrem Ende eine kleine Klappe 16, die mit vertikalen öffnungen 36 versehen ist, die sie durchqueren. Das untere Gehäuse 1b, das unter dem Gehäuse 1a liegt, nimmt die Gaseinlaßleitung 8 und eine Auslaßleitung 34 auf, die zum Magnetventil 9 führt. Die innere Kammer 17 des unteren Gehäuses 1b wird von der Klappe 16 begrenzt, die in einer Hülse 37 gleitet, deren Boden durch einen von außen einstellbaren Anschlag 35 verschlossen ist, der eine kleine Feder 38 trägt, die dazu bestimmt ist, ausschließlich das Gewicht der Klappe 16 zu kompensieren und sie gegen ihre Stange 18 in der Stellung zu halten, in der der Durchgang des Gases mit voller Durchsatzmenge von der Leitung 8 zur Kammer 17 unterbrochen ist. Der Druck des in die Leitung 8 eintretenden Gases baut sich auch aufgrund des großen Spiels, das die Klappe 16 in der Hülse 37 hat, auch in der Hülse 37 auf. Die Kammer 17 wird oben durch eine kleine flexible Membran 19 begrenzt, die in der Mitte an der Stange 14 und an ihrem Außenrand an dem oberen Teil des Gehäuses 1b befestigt ist. Die Membran 19 verhindert den Durchgang des Gases von der Kammer 17 in die Kammer 12 und verstellt die Stange in Abhängigkeit von dem Gasdruck, der sich in der Kammer 17 aufbaut, sobald die Vorrichtung in Betrieb genommen wird, wie später ersichtlich ist.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

In der Ruhestellung ist die Klappe 20 des Magnetventils •9 ebenso wie die Klappe 16 unter der Wirkung der Feder geschlossen. Der Gasdruck, der über die Leitung 8 auf die

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Klappe 16 wirkt, baut sich in der Kammer 17 aufgrund des Vorhandenseins der kleinen Öffnungen 36 der Klappe 16 fortschreitend auf, kann jedoch den Brenner offensichtlich nicht erreichen.

Sobald ein Kalorienbedarf auftritt, löst die elektronische Schaltungsplatte 22 das Öffnen der Klappe 20 des Magnetventils 9 aus, d.h., daß die Kammer 17 durch den Kanal direkt mit den Brennern verbunden wird. Parallel dazu bewirkt der Schutzrohrkontakt 26 die Inbetriebnahme der Umwälzpumpe. Außerdem veranlaßt die elektronische Schaltungsplatte mittels des Schutzrohrkontakts 29 die Inbetriebnahme des Motors 28 des Absaugventilators 5 im niedrigen Leistungsbereich. Das Gas durchläuft die kleinen Öffnungen 36 der Klappe 16 und liefert dem Brenner eine geringe Gasmenge, wobei die Klappe 16 sich noch nicht aus ihrer Anfangsstellung bewegt hat, da ,die Durchsatzmenge an Abgas in der Leitung 6 noch zu gering ist, um auf die Membran 11 einzuwirken. Daher entspricht dieser geringen minimalen Gasmenge (die die öffnungen 36 durchläuft) der geringste Funktionsbereich des Absaugventilators 5, der ausreicht, um die entsprechenden Abgase abzuführen. Das lauwarme Wasser, das in der Leitung 24 umläuft, wird von dem Fühler 27 gemessen,der die Information der elektronischen Schaltungsplatte 22 zuführt.

Wenn der Bedarf an Kalorien größer ist als diejenigen, die von diesem minimalen Leistungsbereich geliefert werden, erhöht die elektronische Schaltungsplatte, immer noch mittels des Schutzrohrkontakts 29, die Intensität des Speisestroms des Motors 2 8 und steigert fortschreitend die Geschwindigkeit des Absaugventilators 5. Der Unterdruck im Inneren des Abzugs 4 und der relative überdruck in der Leitung 6, die auf diese Weise durch die Beschleunigung hervorgerufen werden, werden zu dem pneumatischen Ventil 1 durch die kleinen Leitungen 3 2 und 33 übertragen.

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Es entsteht daher ein Unterdruck in der Kammer 12 und ein Überdruck in der Kammer 13, was die Verstellung der Membran 11 nach unten und mittels der Stange 14 das Abheben der Klappe 16 von ihrem Sitz 18 hervorruft. Der volle Druck des Gases, der sich nun in der Kammer 17 aufbaut, wirkt der Membran 19 in der Richtung einer Verringerung der Bewegung der Stange 14 nach unten entgegen, d.h. in der Richtung einer Begrenzung der vollständigen Öffnung der Klappe 16. Es bildet sich ein Gleichgewicht zwischen dem Druck des Gases, das in die Kammer 17 eintritt und auf die Membran 19 nach oben wirkt, und dem Differenzdruck der Kammern 12 und 13, der auf die Membran 11 wirkt. Die verschiedenen Bestandteile des pneumatischen Ventils sind derart konstruiert ,.und dimensioniert, daß die Gleichgewichtsstellung, die die Klappe 16 genau zwischen ihrer Schließstellung an ihrem Sitz und der Stellung maximaler Öffnung einnimmt, direkt mit der Differenz der Drücke in Beziehung steht, die gleichzeitig von dem Gas in der Kammer 17 und von der Auslaßmenge der Abgase am Absaugventilator 5 ausgeübt werden. Man erhält somit eine direkte Steuerung zwischen dem Unterdruck, der von dem Absaugventilator erzeugt wird, und der dem Brenner zugeführten Gasmenge. Je mehr unter diesen Bedingungen die elektronische Steuerschaltungsplatte 22 in Abhängigkeit von den Anzeigen des Fühlers 27 eine Kalorienanforderung abgibt, umso schneller dreht sich der Absaugventilator und umso mehr Gas gelangt zum Brenner. Wenn der Ventilator 5 infolge Abnutzung oder eines Ausfalls der elektrischen Versorgung einen zufälligen Leistungsabfall hat, wenn die Ableitungen der Abgase in der Leitung 6 nach außen oder wenn auch der Zutritt von Frischluft, der davon abhängt, auf ihrem Weg vor dem Heizkörper 3 gestört ist, und wenn schließlich in dem pneumatischen Ventil 1 selbst ein Fehler auftritt, wird die Zufuhr von Gas zum Brenner, die von der Drehgeschwindigkeit des Ventilators 5, der Ableitung der Abgase und der Zufuhr von Frischluft abhängt, automatisch und proportionell verringert, was im Hinblick auf die Sicherheit einen erheblichen Vorteil darstellt.

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Claims (4)

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Regulierung eines Gasheizungskessels mit künstlichem Zug, bestehend aus einem Ventilator zum Absaugen der Abgase und einem Elektroventil für die Zufuhr von Gas zum Brenner, wobei die dem Brenner zugeführte Gasmenge von der Drehgeschwindigkeit des Absaugventilators abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Gases zum Brenner (2) durch ein pneumatisches Ventil (1) erfolgt, dessen Differentialmembran auf Änderungen der Luftmenge reagiert, die von dem Absaugventilator (5) zugeführt wird, und daß der Motor (28) des Ventilators zu einer elektronischen Steuerschaltungsplatte (22) in Reihe geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische Ventil (1) ein erstes Gehäuse (1a) aufweist, das eine Membran (11) umgibt, die eine erste Kammer (13) begrenzt, die durch eine kleine Leitung

(33) mit der Abgasauslaßleitung (6) in Strömungsrichtung hinter dem Absaugventilator (5) verbunden ist, sowie eine zweite Kammer (12), die durch eine weitere kleine Leitung (32) mit dem Abgasabzug (4) in Strömungsrichtung vor dem Absaugventilator (5) verbunden ist, und daß eine verschiebbare Stange (14), die der Bewegung der Membran (11) unterworfen ist und in an sich bekannter Weise das Gehäuse (1a) durchquert, eine Verschlußklappe (16) trägt, die den Durchgang des Gases der Einlaßleitung (8) zum Brenner begrenzt, sowie eine Membran (19), die ohne Beschränkung dem Druck des in die Kammer (17) in Strömungsrichtung hinter der Klappe (16) eingeleiteten Gases unterworfen und dazu bestimmt ist, den von der Membran (11) auf die Klappe in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den Kammern (12 und 13) ausgeübten Druck auszugleichen und zu kompensieren.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (16) mit kleinen Öffnungen (36) versehen ist, die die Einlaßleitung (8) mit der Kammer (17) verbinden und derart bemessen sind, daß eine geringe Gasmenge zu den Brennern strömt, sobald die elektronische Schaltungsplatte (22) den Betrieb des Heizungskessels in einem Leistungsbereich steuert, der für das Abheben der Klappe (16) von ihrem Sitz (18) zu gering ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1b), das die Kammer (17), die Klappe (16) und ihre an sich bekannte Einstellfeder (38) umgibt, an dem Gehäuse (1a) befestigt ist, und daß die Membran (19) die Dichtheit zwischen der Kammer (12) und der Kammer (17) sicherstellt.

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