DE2904615A1

DE2904615A1 - Heizgeraet

Info

Publication number: DE2904615A1
Application number: DE19792904615
Authority: DE
Inventors: Robert Lafe Hunter
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1979-02-07
Publication date: 1979-10-31
Also published as: IT1113472B; IT7948015A0; JPS54142641A; GB2019549A; FR2424488A1; SE7812655L

Description

Petentsrnväife

WpJ.-Ing. H. MITSCHEHLiCM ι, Ο Q Π / C 1 C

WpI. - Ing. K. G 'J K ·; C H M AN N ~ ⁴ / 3 IM O

Dr. rrr. Ku. u ^ö^aFR
W.-Ing. J. ^r.:'-ι. J]. iviss
8 MÜNCHEN 22. Stei.isdorfstr. 10

MODINE MANUFACTURING COMPANY

1500 Dekoven Avenue
Racine, Wisconsin
V.St.A.

HEIZGERÄT

Die Erfindung betrifft ein mit Heizgas betriebenes Raum-Heizgerät .

Wie aus der beiliegenden Zeichnung ersichtlich, ist die Erfindung anwendbar auf ein gebräuchliches, mit Heizgas betriebenes Raum-Heizgerät. Verwiesen sei hierzu auf die US-Patentschriften 2 357 831, 2 660 159 und 3 007 467. Die Erfindung richtet sich darauf, den Wirkungsgrad des Heizgerätes zu verbessern.

Hierzu ist das Heizgerät nach der Erfindung gekennzeichnet durch einen Heizgas-Brenner zum Erzeugen heißer Abgase; durch einen zum Brenner führenden Einlaß mit einer zum Brenner führenden öffnung und einer Einrichtung zum Versorgen des Brenners mit Verbrennungsluft, wobei die öffnung

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eine vorgewählte, begrenzte Größe aufweist, um dem Brenner eine verminderte Gasmenge zu liefern, die kleiner ist als die Liefermenge ohne Begrenzung; durch einen Wärmetauscher mit einer Einrichtung zum Leiten der Abgase durch den Wärmetauscher hindurch zu einem Kaminauslaß und mit einer Einrichtung zum Hindurchfördern von Raumluft im Wärmeaustausch mit den Abgasen, um letzteren Wärme zu entziehen; durch eine Einrichtung zum Zurückleiten der sich ergebenden erwärmten Luft in den Raum; und durch eine Einrichtung zum Begrenzen der Abgasströmung aus dem Wärmetauscher und damit zum Reduzieren der dem Heizgas zugeführten Verbrennungsluft, wobei die Verminderung des dem Brenner zugeführten Heizgases und der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft den mit den Abgasen ausgestoßenen Wärmeverlust verringert und den Wirkungsgrad des Heizgerätes erhöht, indem auf diese Weise das Verhältnis von Wärmetauscherfläche zu Wärmezufuhr zum Heizgerät erhöht wird.

Die Erfindung erzielt also eine Wirkungsgraderhöhung des Heizgerätes, indem die Menge an Verbrennungsgasen begrenzt wird, die aus dem Heizgerät ausgestoßen werden, und indem die Heizgaszufuhr zum Brenner vermindert wird, um das Verhältnis von Wärmeaustauschfläche des Wärmetauschers zur Wärmezufuhr zum Brenner zu erhöhen. Der Wirkungsgrad basiert auf der Messung des Wärmeverlustes des Abgases, das vom Heizgerät durch den Kaminauslaß ausgestoßen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines mit Gas be»

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triebenen Raum-Heizgerätes nach dem Stande der Technik;

Figur 2 einen fragmentarischen, zur klareren Darstellung teilweise aufgebrochenen Vertikalschnitt des Heizgerätes nach Figur 1, jedoch in erfindungsgemäß abgewandelter
Form.

Die Raumheizung nach Figur 1 weist ein gebräuchliches
Heizgerät 10 auf, das mit Gas betrieben wird, und zwar gelangt letzteres aus einer Leitung 11 zu Brennern 12, die in einem unten liegenden Brennergehäuse 13 angeordnet
sind.

Vertikal verlaufende Züge 15 stehen an ihren unteren Enden mit dem Brennergehäuse 13 in Verbindung. Die Züge sind in Horizontalrichtung voneinander entfernt, um im wesentlichen flache Durchlässe 17 zu bilden, durch welche Raumluft 16 hindurchströmt. Diese Raumluft wir*d in der Regel zwangsweise durch die Durchlässe 17 gefördert, beispielsweise durch ein Gebläse, das als rückwärtiger Lüfter 18 dargestellt ist. Letzterer wird von einem Elektromotor 21 angetrieben, der auf einem offenen Speichenrad 22 in einer rückwärtigen öffnung 23 des Heizgerätes 10 montiert ist.

Bei diesem gebräuchlichen, mit Gas betriebenen Heizgerät 10 werden die Abgase 24, die jeweils aus einem der Brenner 12 unterhalb jedes Zuges 15 stammen, nach oben durch die Wärmetauscherkanäle oder Züge 15 geleitet und sodann in
einem Auslaß-Sammler 25 gesammelt, in den die oberen Enden der Züge 15 münden. Die Raumluft aus der Umgebung bzw.
dem Raum 20 wird von dem Lüfter 18 durch den Wärmetauscher hindurch in horizontalen parallelen Strömungswegen gefördert und gelangt dann in den Raum zurück, nachdem sie

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erwärmt worden ist durch den Wärmeaustausch mit den heißen Verbrennungsgasen, die vertikal aufwärts durch die Züge 15 in den Auslaß-Sammler 25 strömen.

Von dem Sammler 25 aus werden die Verbrennungsgase 24 von nach oben geneigten und im Abstand zueinander liegenden Prallblechen 26 und 27 geleitet. Letztere bilden, wie in Figur 1 gezeigt, mit ihren Oberkanten einen Abstand, um eine Strömungsöffnung 28 für die Verbrennungsgase 24 zu schaffen. Vom Auslaß-Sammler 25 aus werden die Verbrennungsgase 24 durch einen Kaminauslaß 29 (siehe Figur 2) zu einer Stelle geleitet, an der sie abgeführt werden. Das Heizgerät 10 nach Figur 1 ist von gebräuchlicher Art und gibt also den Stand der Technik wieder. Es wird abgewandelt, um die Erfindung zu beinhalten. Diese Abwandlungsmerkmale sind in der Schnittansicht nach Figur 2 dargestellt.

Wie ersichtlich, umfaßt dieses mit Gas betriebene Heizgerät 33 den gebräuchlichen, von einem Motor betätigten Lüfter l8, der auf dem Speichenkreuz 22 sitzt, sowie die übliche Leitung 11, das Brennergehäuse 13* die Züge 15, die im wesentlichen flachen Durchlässe 17 für die Luft und die rückwärtige öffnung 23, in der die aus Motor und Lüfter bestehende Baugruppe angeordnet ist. Auch werden die üblichen Verbrennungsgase 2 4 erzeugt, die durch die Züge hindurchgehen und im Auslaß-Sammler 25 zusammengefaßt werden, bevor sie durch den Kaminauslaß 29 nach oben ent·» weichen, wie es die Pfeile 19 für Verbrennungsgas in Figur 2 andeuten.

Zusätzlich dazu enthält das Brennergehäuse 13 Brenner 34 ₃ die mit Heizgas 43 durch die Leitung 11 versorgt werden. Letztere ist mit einem Absperrventil 35 versehen. Das Gas

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wird durch Einlasse 36 in Gas-Luft-Mischrohre 37 eingeblasen, die im Abstand zu den Einlassen liegen, um den Zutritt von primärer Verbrennungsluft 38 zu gestatten.

Bei dieser Ausführungsform nach Figur 2 ist das am Auslaß angeordnete Ablenk-Prallblech 26 abgewandelt, indem nämlich ein verstellbares Begrenzer-Prallblech 40 für die Abgase vorgesehen ist, um die Durchtrittsfläche der zum Kaminauslaß 29 führenden Strömungsöffnung 28 in vorgewählter Weise zu begrenzen.

Zusätzlich dazu weist der Einlaß 36 jedes Luft-Gas-Mischrohres 37 eine öffnung von vorbestimmter, begrenzter Durchtrittsfläche auf, um die Menge an Heizgas zu reduzieren, die der jeweiligen Baugruppe zugeführt wird.

Das Begrenzer-Prallblech 40, das die Größe der verminderten Strömungsöffnung 28 für die Abgase bei deren Durchgang zum und durch den Kaminauslaß 29 in Richtung auf die Abführstelle reguliert, ist, wie erwähnt, einstellbar, wie es halbschematisch durch eine Schraube 4l angedeutet wird, welche in das Prallblech 26 eingeschraubt ist und sich durch das Begrenzer-Prallblech 40 hindurcherstreckt. Der andere variable Parameter wird definiert von der Größe der öffnung im Einlaß 36, durch die das Verbrennungsgas 43 beim Eintritt in das Gas-Luft-Mischrohr 37 hindurchgeht und dabei die primäre Verbrennungsluft 38 mit sich zieht, wie es durch die entsprechenden Pfeile in Figur 2 dargestellt ist.

Standard-Heizgeräte, von denen hier ausgegangen wird, besitzen einen thermischen Wirkungsgrad von etwa 75 %, und

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zwar basierend auf dem gemessenen Wärmeverlust der Abgase 19, die das Heizgerät durch den Kaminauslaß 29 und zugehörige Bauteile verlassen. Nach der Erfindung wird das Standard-Raumheizgerät abgewandelt, um den thermischen Wirkungsgrad anzuheben, und zwar durch zwei Merkmale. Das erste Merkmal besteht darin, daß die Gaszufuhr auf einen geringeren Wert reduziert wird, als man ihn normalerweise bei Raum-Heizgeräten 10 vergleichbarer Größe verwendet. Dies geschieht dadurch,, daß man eine verminderte öffnung 36 vorsieht. Man erhöht auf diese Weise das Verhältnis von Wärmeaustauschfläche zu Wärmezufuhr oder Energiezufuhr zum Brenner.

Das zweite modifizierende Merkmal zur Erhöhung des Wirkungsgrades besteht darin_s daß man ein Begrenzer-Prallblech ^O für die Verbrennungsgase hinzunimmt. Dieses Begrenzer-Prallblech vermindert in wirksamer Weise die Verbrennungsluft 72, die in das Heizgerät hineingezogen wird» Wie es anhand de3 Ausführungsbeispiels nach Figur 2 gezeigt ist, hält man aus Gründen der Einfachheit die Wärmeaustauschfläohe des Wärmetauschers Ik konstant, weil diese Fläche viel schwieriger zu verändern ist, während man die Wärmezufuhr durch den Heizgas-Einlaß 36 und die Verbrennungsluft 72 reduziert, indem man kleinere Einlasse 36 benutzt. Dies führt dazu, daß der Dividend des Quotienten konstant bleibt, während der Divisor sich vermindert, wodurch sich, wie erwähnt, die Vergrößerung des Verhältnisses ergibt. Die Menge der Verbrennungsluft J2 wird tatsächlich in direkterer Weise gesteuert, indem man das Begrenzer-Prallblech 40 für die Abgase in eine vorgewählte Position bringt, um den Durchtrittsbereich der Auslaß-StrÖmungsöffnung 28 zu reduzieren. Da die Auslaßströmung der Abgase

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19 auf eine geringere Strömungsmenge reduziert wird, wird auch der Einlaß an Verbrennungsluft 72 in entsprechender Weise vermindert. Die gesamte" Verbrennungsluft 72 tritt durch öffnungen in der Bodenfläche des Heizgerätes ein.

Die erfindungsgemäße Kombination vermindert die Wärmezufuhr zum Brenner, indem die Kraftstoffzufuhr unter den normalerweise bei gebräuchlichen Heizgeräten konventioneller Bauart und vergleichbarer Größe angewendeten Wert abgesenkt wird, und sie vermindert den Wärmeverlust, indem die Menge an Verbrennungsluft reduziert und der Zustrom von Abgasen ins Freie begrenzt wird. Hieraus resultiert eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Heizgerätes, wobei, wie erwähnt, dieser Wirkungsgrad auf dem gemessenen Wärmeverlust der den Wärmetauscher 14 des Heizgerätes verlassenden Abgase basiert.

Folgendes Beispiel sei angeführt. Ein Heizgerät 10 nach Figur 1 wurde mit 100? Einlaß betrieben, also ohne Begrenzung der Heizgasströmung durch den Einlaß 36 und ohne Begrenzung des Abgas-Auslasses durch die Strömungsöffnung 28. Dabei betrugen die Wärmezufuhr pro Stunde 18902 kcal (75009 BTU), der Wirkungsgrad 7 8,2 % und die Größe der Strömungsöffnung 28 bzw. des Abgasauslasses 103,^9 cm² (16,04 Quadratzoll).

Bei einem Wärmetauscher gleicher Größe, bei dem alle sonstigen Bedingungen konstant gehalten wurden, verminderte man die Wärmezufuhr auf l6 O83 kcal (63 920 BTU) und reduzierte die Strömungsöffnung 28 auf 54,97 cm (8,52 Quadratzoll), wobei der Wirkungsgrad auf 8l,5 % anstieg.

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Außerdem wurde ein Heizgerät gleichen Typs von unterschiedlicher Kapazität getestet, und zwar in der Ausführungsform nach Figur 1 sowie in erfindungsgemäß abgewandelten Ausführungsformen. Die Wärmezufuhren betrugen 25 200 kcal (100 000 BTU) bei einem Betrieb mit voller Kapazität, 21 29^ kcal (84 500 BTU) bei einem Betrieb mit 85 % Kapazität und 17 630 kcal (69 960 BTU) bei einem Betrieb mit JO-% Kapazität. Die entsprechende Größe der Strömungsöffnungen lag bei 130,72 cm (20_s26 Quadratzoll) bzw. 88,84 cm² (13,77 Quadratzoll), bzw. 57,16 cm (8,86 Quadratzoll), während die entsprechenden Wirkungsgrade bei 78 % ohne Veränderungen sowie bei 80 % bzw« 82 % mit Veränderungen lagen.

Ähnliche Ergebnisse wurden erzielt bei mit Heizgas betriebenen Raum-Heizgeräten abgewandelter Konstruktion, bei denen die normalen Wärmezufuhren 31 500 kcal (125 000 BTU) für ein erstes Modell, 38 279 kcal (151 900 BTU) für ein zweites Modell, 56 927 kcal ( 225 900 BTU) für ein drittes Modell, 75 700 kcal (300 397 BTU) für ein weiteres Modell und 100 ROO kcal (400 000 BTU) für die beiden letzten Modellei Wenn ähnliche Verminderungen in der stündlichen Wärmezufuhr durch Begrenzung der Einlasse 36 und der Strömungsöffnung 28 durchgeführt wurden, so stieg der Wirkungsgrad von einem so niedrigen Wert wie 75,5 % bei einem Heizgerät ohne Begrenzungen der Wärmezufuhr und der Abgasabströmung auf einen so hohen Wert wie 82,5 % mit diesen Beschränkungen. Keine anderen Änderungen der Konstruktion oder der Betriebsweise waren erforderlich^ um diese erhöhten Wirkungsgrade zu erzielen.

Die Erfindung soll nicht auf irgendwelche Details der obigen Beschreibung eingeschränkt sein.

χ betrugen

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Die obige Beschreibung umfaßt ein mit Gas betriebenes Raum-Heizgerät gebräuchlicher Konstruktion mit einem Gasbrenner, einem zum Brenner führenden Gaseinlaß, einer Verbrennungsluft-Zufuhr zum Brenner, um heiße Abgase zu erzeugen, einem Wärmetauscher zum Leiten der Abgase durch den Wärmetauscher hindurch zu einem Kaminauslaß und mit einer Einrichtung im Wärmetauscher für den Durchgang von Raumluft im Wärmeaustausch mit den heißen Verbrennungsgasen, um letzteren Wärme zu entziehen. Die Beschreibung der Erfindung richtet sich ferner auf eine öffnung von vorgewählter begrenzter Größe im Gaseinlaß, um den Brenner mit einer verminderten Heizgasmenge zu versorgen, die kleiner ist als die Liefermenge ohne die Begrenzung, sowie auf eine Einrichtung zum Begrenzen der Abgasströmung zum Wärmetauscher auf eine Strömungsmenge, die kleiner ist als diejenige, welche sich ohne diese Begrenzungseinrichtung ergeben würde, um auf diese Weise die Menge an normaler sekundärer, zum Brenner fließenden Luft zu begrenzen, so daß die Verminderung der Gaszufuhr und der Sekundärluft-Zufuhr zum Brenner die Verlustwärme reduziert, die mit dem Abgas ausgestoßen werden, sowie den Wirkungsgrad des Raum-Heizgerätes anhebt, indem nämlich das Verhältnis der Wärmeaustauschfläche, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel konstant gehalten wird, zur Wärmezufuhr zum Heizgerät, die sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel vermindert, vergrößert wird.

Ddr Pat/entanwalt

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Claims

PetentanviSite

KPt-InS-H-MlTSCHERLIGH DIpI.-Ing. K- GUMSCHMANN .......

Dr. re,-net. W. KOW₃EIi 2 904615

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ΜύΚΓ'ΐΕί! ZZ M ' ..■J'-il-r- Ό

7. Februar 1979 MODINE MANUFACTURING COMPANY

I5OO Dekoven Avenue
Racine, Wisconsin
V.St.A.

ANSPRÜCHE

{ 1. j Mit Heizgas betriebenes Raum-Heizgerät, gekennzeichnet durch

einen Heizgas-Brenner (3*0 zum Erzeugen heißer Abgase; durch einen zum Brenner (3¹O führenden Einlaß (36) mit einer zum Brenner führenden öffnung und einer Einrichtung (37) zum Versorgen des Brenners mit Verbrennungsluft ₃ wobei die öffnung eine vorgex-rählte, begrenzte Größe aufweist, um dem Brenner eine verminderte Gasmenge zu liefern, die kleiner ist als die Liefermenge ohne Begrenzung; durch einen Wärmetauscher (14) mit einer Einrichtung (15) zum Leiten der Abgase durch den Wärmetauscher hindurch zu einem Kaminauslaß (29) und mit einer Einrichtung (17) zum Hindurchführen von Raumluft im Wärmeaustausch mit den Abgasen, um letzteren Wärme zu entziehen; durch eine Einrichtung (l8) zum Zurückleiten der sich ergebenden erwärmten Luft in den Raum (20); und durch eine

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Einrichtung (4O) zum Begrenzen der Abgas strömung aus dem Wärmetauscher (14) und damit zum Reduzieren der dem Heizgas zugeführten Verbrennungsluft, wobei die Verminderung des dem Brenner (3*0 zugeführten Heizgases und der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft die mit den Abgasen ausgestoßene Verlustwärme verringert und den Wirkungsgrad des Heizgerätes (33) erhöht, indem auf diese Weise das Verhältnis von Wärmeaustauschfläche zu Wärmezufuhr zum Heizgerät erhöht wird.

2. Heizgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Heizgas-Einlaß (36) der Größe nach variabel ist und dementsprechend auch die Durchflußmenge des Heizgases zum Brenner (3*0 ·

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Begrenzen des Durchflusses an Verbrennungsluft eine Begrenzer-Prallblecheinrichtung (40) im Abgas aufweist, um die Abströmung der Abgase aus dem Heizgerät (33) zu regulieren.

4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet,

daß der Wärmetauscher (14) eine Mehrzahl von Zügen (15) für die vom Brenner (34) kommenden Abgase sowie eine Mehrzahl von Durchlässen (17) für die Raumluft (16) aufweist.

5· Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß an den Abgasauslaß des Wärmetauschers (14) ein Auslaß-Sammler (25) angeschlossen ist und daß sich der Durchlaß zum Kaminauslaß (29) am Sammler befindet.

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6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,

daß der Heizgas-Einlaß (36) seiner Größe nach variabel ist und dementsprechend auch der Gaszustrom zum Brenner (34), und daß die Einrichtung zum Begrenzen des Zustroms von Verbrennungsluft ein Begrenzer-Prallblech (40) zum Regulieren der Abgasströmung aufweist.

7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wärmetauscher (14) eine Mehrzahl von Zügen (15) für die vom Brenner (34) kommenden Abgase sowie eine Mehrzahl von Durchlässen (17) für die Raumluft (16) aufweist .

8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7_S dadurch gekennzeichnet,

daß der Wärmetauscher (14) eine Mehrzahl von Zügen (15) für die vom Brenner (34) kommenden Abgase sowie eine Mehrzahl von Durchlässen (17) für Raumluft aufweist und daß am Gasauslaß des Wärmetauschers ein Aus laß-Sammler (15) angeordnet ist, wobei sich der Durchgang zum Kaminauslaß (29) am Sammler befindet.

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