EP0153611A2 - Gas boiler having a burner without a blower - Google Patents
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- F24H9/1809—Arrangement or mounting of grates or heating means for water heaters
- F24H9/1832—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners
- F24H9/1836—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners using fluid fuel
Definitions
- the invention relates to a gas boiler with a burner without fan with partial load control, consisting of a combustion chamber with overlying heat exchanger elements forming the boiler block, in the wall of which a venturi tube with a nozzle and an air flap are arranged, via which portions of the air required for the combustion in each case the combustion chamber are sucked in.
- the aim of the present invention is to provide a gas boiler of the type described, which allows safe adjustment to optimum burning behavior in a technically simple and therefore inexpensive manner and thus ensures an improvement in the boiler efficiency.
- the invention consists in that the combustion chamber open against the heat exchanger elements on its further walls and the air flap on its edges are sealed tightly against the inflow of false air into the combustion chamber, the venturi tube limiting the cross-section of the combustion air inflow to a fixed subset of the air quantity required at full load operation has and an opening is provided in the air flap, which is calibrated to the inflow of the differential air quantity, which is required in addition to the inflow of air through the Venturi tube for the optimum effectiveness of the burner in the desired part-load operation.
- the invention provides a gas boiler, which allows the burner to be safely set to optimal burning behavior in a technically simple and therefore inexpensive manner and at the same time ensures an improvement in the boiler efficiency, while considerably reducing the downtimes by adapting the burner output to the respective requirements and thus the deployment losses can be significantly reduced.
- the venturi tube has a cross section through which the air supply to the combustion chamber is limited to a proportion between 1/3 and 2/3, preferably to less than half, of the air quantity required at full load operation, in the air flap a window opening is arranged, in which an exchangeable, the calibrated bore aperture screen is held at its edges to seal against leakage of air leakage.
- the calibrated opening or the calibrated openings are expediently arranged in the air flap in the front wall of the housing that also carries the burner, but instead of the calibrated hole arranged in the front wall of the housing or in addition to this hole in another housing wall and optionally distributed over several different housing walls in Different height and side positions calibrated holes are provided, with the help of which an optimization of the burning behavior of the boiler can be achieved according to the respective local or factual conditions.
- the gas boiler shown in the drawing essentially consists of a combustion chamber 3 enclosed by the housing wall 2 with overlying heat exchanger elements 1 forming the boiler block.
- the burner 4, a venturi tube 5 with nozzle 6 and an air flap 7 are arranged in the housing wall 2, are drawn into the combustion chamber 3 via the respective partial quantities of the air required for the combustion.
- the venturi tube 5 having a cross section which limits the combustion air inflow to a fixed subset of the air quantity required at full load operation and in the air flap 7, which is sealed at its edges by sealing strips 8 against the inflow of false air into the combustion chamber, an opening 10 is provided, which is calibrated to the inflow of the differential air quantity into the combustion chamber 3, which in addition to the quantity of air flowing through the Venturi tube ensures the optimum effectiveness of the burner is required for the desired part-load operation.
- the air supply to the combustion chamber 3 is limited via the venturi tube to a proportion between 1/3 and 2/3, preferably to less than half of the amount of air required at full load, it is in the air flap 7, a window opening is arranged, in which an exchangeable diaphragm disk 11, which has the calibrated bore 10, is held at its edges, sealing against the passage of false air.
- calibrated holes can be provided in another housing wall and optionally distributed over several different housing walls at different heights and sides.
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Abstract
Gasheizkessel mit Brenner ohne Gebläse mit Teillaststeuerung aus einer Brennkammer mit darüberliegenden, den Kesselblock bildenden Wärmetauscher-Elementen, in deren Wandung ein Venturirohr mit Düse sowie eine Luftklappe angeordnet sind, über die jeweils Teilmengen der für die Verbrennung erforderlichen Luft in die Brennkammer angesaugt werden, bei dem die gegen die Wärmetauscherelemente (1) offene Brennkammer an ihren weiteren Wandungen und die Luftklappe (7) an ihren Rändern dicht gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer abgedichtet sind, wobei das Venturirohr (5) einen den Verbrennungsluft-Zustrom auf eine feste Teilmenge der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzenden Querschnitt aufweist und in der Luftklappe eine Öffnung vorgesehen ist, die auf den Zustrom der Differenzluftmenge kalibriert ist, die über die durch das Venturirohr zuströmende Luftmenge hinaus zur optimalen Wirksamkeit des Brenners bei dem gewünschten Teillastbetrieb erforderlich ist. Das Venturirohr (5) weist vorteilhaft einen Querschnitt auf, durch den die Luftzufuhr in die Brennkammer (3) auf einen Anteil zwischen 1/3 und 2/3, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzt wird, wobei in der Luftklappe (7) eine Fensteröffnung angeordnet ist, in die eine austauschbare, die kalibrierte Bohrung enthaltende Blendenscheibe (11) unter Abdichtung gegen Falschluftdurchtritt an ihren Rändern gehalten ist.Gas boiler with burner without fan with partial load control from a combustion chamber with overlying heat exchanger elements forming the boiler block, in the wall of which a venturi tube with nozzle and an air flap are arranged, through which partial quantities of the air required for combustion are sucked into the combustion chamber which the combustion chamber open against the heat exchanger elements (1) on its further walls and the air flap (7) at its edges are sealed tightly against the inflow of false air into the combustion chamber, the venturi tube (5) restricting the combustion air inflow to a fixed subset of the full load operation has the required air volume limiting cross-section and an opening is provided in the air flap, which is calibrated to the inflow of the differential air volume, which is required for the optimum effectiveness of the burner in the desired part-load operation in addition to the air volume flowing through the Venturi tube. The venturi tube (5) advantageously has a cross section through which the air supply into the combustion chamber (3) is limited to a proportion between 1/3 and 2/3, preferably to less than half, of the air quantity required at full load operation, in which Air flap (7) a window opening is arranged, in which an exchangeable, the calibrated bore-containing diaphragm disc (11) is held at its edges to prevent leakage of air.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel mit Brenner ohne Gebläse mit Teillaststeuerung, bestehend aus einer Brennkammer mit darüberliegenden, den Kesselblock bildenden Wärmetauscher-Elementen, in deren Wandung ein Venturirohr mit Düse sowie eine Luftklappe angeordnet sind, über die jeweils Teilmengen der für die Verbrennung erforderlichen Luft in die Brennkammer angesaugt werden.The invention relates to a gas boiler with a burner without fan with partial load control, consisting of a combustion chamber with overlying heat exchanger elements forming the boiler block, in the wall of which a venturi tube with a nozzle and an air flap are arranged, via which portions of the air required for the combustion in each case the combustion chamber are sucked in.
Es ist bekannt, daß - bezogen auf den als Heizperiode geltenden Zeitraum - Heizkessel für die Wohnraumbeheizung eine nur etwa 25 % der Gesamtzeit betragende mittlere Auslastung aufweisen und daß infolge dieser niedrigen Auslastungsquote hohe Bereitstellungsverluste auftreten, die ihre Ursache insbesondere in der konvektiven Luftdurchströmung des Kessels während der langen Stillstandszeiten haben, durch die Kesselwärme über den Abgasabzug in die Atmosphäre abgeführt wird. Eine Drosselung der Brennerleistung zur Verlängerung der Betriebszeiten ohne Eingriff in den Verbrennungslufthaushalt führt zwar einerseits zu der erwünschten Verringerung der Stillstandsverluste, auf der anderen Seite allerdings auch zu einer überproportionalen Verringerng des Kesselwirkungsgrades, so daß dieser Weg zur Beseitigung des Problems ausscheidet.It is known that - based on the period considered as the heating period - boilers for domestic heating only have an average load of around 25% of the total time, and that due to this low load rate, there are high availability losses, which are caused in particular by the convective air flow through the boiler during of long downtimes, through which boiler heat is discharged into the atmosphere via the flue gas outlet. Throttling the burner output to extend the operating times without interfering with the combustion air budget leads to the desired reduction in downtime losses on the one hand, but also to a disproportionate reduction in boiler efficiency on the other hand, so that this way of eliminating the problem is eliminated.
Es ist zur Beseitigung dieses Nachteils bekannt, Gasheizkessel im sogenannten "modulierten Brennerbetrieb" zu betreiben, bei dem - auf dem Wege einer Druckregulierung an der Gasdüse - die Verbrennungsgasmenge geregelt und damit auch indirekt die über das Venturirohr angesaugte Luft in etwa verändert wird. Alle Messungen in diesem Bereich haben jedoch gezeigt, daß diese Betriebsweise nicht zu einer merklichen Verbesserung des Kesselwirkungsgrades führt, da bei einer Reduzierung des Druckes an der Düse zwar auch die von der Düse über das Venturirohr angesaugte Luft in etwa proportional reduziert wird, jedoch auf der anderen Seite der von den Flammen angesaugte sogenannte Sekundärluftanteil nicht nur praktisch unverändert bleibt sondern im Gegenteil teilweise sogar zunimmt. Im Ergebnis tritt damit bei Reduzierung des Druckes an der Düse eine Erhöhung des Luftüberschusses ein, der insgesamt trotz fallender Abgastemperatur zu einer Verminderung des Kesselwirkungsgrades führt, der durch die erzielte Verringerung der Bereitstellungsverluste nicht ausgeglichen werden kann. Insgesamt führt also diese Methode nicht zur Verbesserung des für die Wirtschaftlichkeit entscheidenden Jahreswirkungsgrades.To eliminate this disadvantage, it is known to operate gas boilers in the so-called "modulated burner mode", in which - by way of pressure regulation at the gas nozzle - the amount of combustion gas is regulated and thus indirectly the air sucked in via the venturi tube is approximately changed. However, all measurements in this area have shown that this mode of operation does not lead to a noticeable improvement in the boiler efficiency, since if the pressure at the nozzle is reduced, the air sucked in by the nozzle via the venturi tube is reduced approximately proportionally, but on the On the other hand, the so-called secondary air component sucked in by the flames not only remains practically unchanged, but on the contrary, in some cases even increases. As a result, when the pressure at the nozzle is reduced, there is an increase in the excess air, which overall leads to a reduction in the boiler efficiency, despite the falling exhaust gas temperature, which cannot be compensated for by the reduction in the supply losses achieved. Overall, this method does not lead to an improvement in the annual efficiency that is decisive for profitability.
Es ist zur Beseitigung der beschriebenen Nachteile weiterhin bekannt, den Sekundärluftanteil über eine unterhalb des Brenners im Gehäuse angeordnete Luftklappe zuzuführen und dadurch zu regeln, daß die Klappe in proportionaler Abhängigkeit von dem an der Brennerdüse vorgegebenen Gasdruck stufenlos geöffnet bezw. geschlossen wird. Eine derartige Lösung ist neben den hohen Kosten empfindlich durch die notwendige genaue Kopplung von Gaszufuhr und Stellung der Luftklappe. Sie ist außerdem wenig flexibel, da der Gasdruck und damit die Leistung je nach der Qualität des Gases mit der Luftklappenstellung einreguliert werden muß.To eliminate the disadvantages described, it is also known to supply the secondary air portion via an air flap arranged below the burner in the housing and to regulate the fact that the flap is opened or closed in a proportional manner depending on the gas pressure specified at the burner nozzle. is closed. In addition to the high costs, such a solution is sensitive due to the necessary precise coupling of gas supply and position of the air flap. It is also not very flexible, since the gas pressure and thus the performance depend on the quality of the Gases must be adjusted with the air flap position.
Es ist schließlich bekannt, in den Abgasweg nach dem Wärmeaustauscher Klappen einzubringen, die bei einer Teillaststufe den Abgasweg teilweise verschließen, wodurch der Strömungswiderstand erhöht und damit die Sekundärluftzufuhr verringert wird. In diesen Fällen wird zwar eine Verminderung des Kesselwirkungsgrades in der Halblaststufe vermieden, der Nachteil dieser Lösung ist jedoch neben der geringen Flexibilität, die sich in einer exakten Justierung der Teillaststufe unter Berücksichtigung der jeweiligen Gasqualität darstellt, auch eine Verminderung der Sicherheit insofern, als Drosselungen oder Sperrungen in den Abgaswegen mittels beweglicher Einbauten als Risikofaktoren angesehen werden. Im übrigen müssen derartige Klappen bei Geschlossenstellung immer ein gewisses Spiel aufweisen, um eine reibungslose Bewegung bei den auftretenden Temperaturen zu gewährleisten.Finally, it is known to introduce flaps into the exhaust gas path after the heat exchanger, which flaps partially close the exhaust gas path at a partial load level, as a result of which the flow resistance increases and thus the secondary air supply is reduced. In these cases, a reduction in the boiler efficiency in the half-load stage is avoided, but the disadvantage of this solution is, in addition to the low flexibility, which is reflected in an exact adjustment of the part-load stage, taking into account the respective gas quality, a reduction in safety in terms of throttling or Blockages in the exhaust gas paths by means of movable internals can be regarded as risk factors. Moreover, such flaps must always have a certain amount of play when closed, in order to ensure smooth movement at the temperatures that occur.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Gasheizkessels der beschriebenen Art, der auf eine technisch einfache und damit preiswerte Weise sicheres Einstellen auf optimales Brennverhalten erlaubt und damit eine Verbesserung des Kesselwirkungsgrades gewährleistet. Die Erfindung besteht darin, daß die gegen die Wärmetauscherelemente offene Brennkammer an ihren weiteren Wandungen und die Luftklappe an ihren Rändern dicht gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer abgedichtet sind, wobei das Venturirohr einen den Verbrennungsluft-Zustrom auf eine feste Teilmenge der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzenden Querschnitt aufweist und in der Luftklappe eine Öffnung vorgesehen ist, die auf den Zustrom der Differenzluftmenge kalibriert ist, die über die durch das Venturirohr zuströmende Luftmenge hinaus zur optimalen Wirksamkeit des Brenners bei dem gewünschten Teillastbetrieb erforderlich ist.The aim of the present invention is to provide a gas boiler of the type described, which allows safe adjustment to optimum burning behavior in a technically simple and therefore inexpensive manner and thus ensures an improvement in the boiler efficiency. The invention consists in that the combustion chamber open against the heat exchanger elements on its further walls and the air flap on its edges are sealed tightly against the inflow of false air into the combustion chamber, the venturi tube limiting the cross-section of the combustion air inflow to a fixed subset of the air quantity required at full load operation has and an opening is provided in the air flap, which is calibrated to the inflow of the differential air quantity, which is required in addition to the inflow of air through the Venturi tube for the optimum effectiveness of the burner in the desired part-load operation.
Durch die Erfindung ist ein Gasheizkessel geschaffen, der auf eine technisch einfache und damit preiswerte Weise ein sicheres Einstellen des Brenners auf optimales Brennverhalten erlaubt und gleichzeitig eine Verbesserung des Kesselwirkungsgrades gewährleistet, wubei durch die Anpassung der Brennerleistung auf die jeweiligen Bedürfnisse die Stillstandszeiten erheblich verkürzt und damit die Bereitstellungsverluste merklich verringert werden können.The invention provides a gas boiler, which allows the burner to be safely set to optimal burning behavior in a technically simple and therefore inexpensive manner and at the same time ensures an improvement in the boiler efficiency, while considerably reducing the downtimes by adapting the burner output to the respective requirements and thus the deployment losses can be significantly reduced.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Venturirohr einen Querschnitt auf, durch den die Luftzufuhr in die Brennkammer auf einen Anteil zwischen 1/3 und 2/3, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzt wird, wobei in der Luftklappe eine Fensteröffnung angeordnet ist, in die eine austauschbare, die kalibrierte Bohrung aufweisende Blendenscheibe unter Abdichtung gegen Falschluftdurchtritt an ihren Rändern gehalten ist. Auf diese Weise ist eine stufenlose oder stufenweise Justierung des Kessels von Vollast bis zur gewünschten Teillast im Rahmen der üblicherweise erforderlichen Betriebsanforderungen möglich, wobei ein Anteil der Verbrennungsluft als Primärluft über das Venturirohr gedeckt, die darüberhinaus erforderliche Luft in der optimalen, von der jeweiligen Justierung der Brennerleistung abhängigen Menge als Sekundärluft zugeführt wird und genauestens mittels der austauschbaren kalibrierten Bohrungen eingestellt werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, the venturi tube has a cross section through which the air supply to the combustion chamber is limited to a proportion between 1/3 and 2/3, preferably to less than half, of the air quantity required at full load operation, in the air flap a window opening is arranged, in which an exchangeable, the calibrated bore aperture screen is held at its edges to seal against leakage of air leakage. In this way, a stepless or step-by-step adjustment of the boiler from full load to the desired partial load is possible within the framework of the usually required operating requirements, whereby a portion of the combustion air is covered as primary air via the Venturi tube, the air additionally required in the optimum, from the respective adjustment of the Burner output dependent amount supplied as secondary air and can be precisely adjusted using the exchangeable calibrated holes.
Die kalibrierte Öffnung oder die kalibrierten Öffnungen sind zweckmäßig in der Luftklappe in der auch den Brenner tragenden Gehäusevorderwand angeordnet, es können jedoch auch anstelle der in der Gehäusevorderwand angeordneten kalibrierten Bohrung oder zusätzlich zu dieser Bohrung in einer anderen Gehäusewand und gegebenenfalls verteilt auf mehrere verschiedene Gehäusewände in verschiedenen Höhen- und Seitenlagen kalibrierte Bohrungen vorgesehen sein, mit deren Hilfe eine Optimierung des Brennverhalten des Kessel entsprechend den jeweiligen örtlichen oder sachlichen Bedingungen erzielt werden kann.The calibrated opening or the calibrated openings are expediently arranged in the air flap in the front wall of the housing that also carries the burner, but instead of the calibrated hole arranged in the front wall of the housing or in addition to this hole in another housing wall and optionally distributed over several different housing walls in Different height and side positions calibrated holes are provided, with the help of which an optimization of the burning behavior of the boiler can be achieved according to the respective local or factual conditions.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen
- Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines Gasheizkessels
- Fig. 2 eine Sicht auf die Luftklappe des Kessels
- Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a gas boiler
- Fig. 2 is a view of the air damper of the boiler
Der in der Zeichnung dargestellte Gasheizkessel besteht im wesentlichen aus einer von der Gehäusewand 2 umschlossenen Brennkammer 3 mit darüberliegenden, den Kesselblock bildenden Wärmetauscher-Elementen 1. In der Gehäusewand 2 sind der Brenner 4, ein Venturirohr 5 mit Düse 6 sowie eine Luftklappe 7 angeordnet, über die jeweils Teilmengen der für die Verbrennung erforderlichen Luft in die Brennkammer 3 angesaugt werden. Es sind die gegen die Wärmetauscherelemente 1 offene Brennkammer 3 an ihren weiteren Wandungen und die Luftklappe 7 an ihren Rändern dicht gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer 3 abgedichtet, wobei das Venturirohr 5 einen den Verbrennungsluft-Zustrom auf eine feste Teilmenge der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge begrenzenden Querschnitt aufweist und in der an ihren Rändern mittels Dichtstreifen 8 gegen Falschluftzustrom in die Brennkammer gedichteten Luftklappe 7 eine Öffnung 10 vorgesehen ist, die auf den Zustrom der Differenzluftmenge in die Brennkammer 3 kalibriert ist, die über die durch das Venturirohr zuströmende Luftmenge hinaus zur optimalen Wirksamkeit des Brenners bei dem gewünschten Teillastbetrieb benötigt wird. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gaskessels ist - bei Begrenzung der Luftzufuhr in die Brennkammer 3 über das Venturirohr auf einen Anteil zwischen 1/3 und 2/3, vorzugsweise auf weniger als die Hälfte der bei Vollastbetrieb benötigten Luftmenge - in der Luftklappe 7 eine Fensteröffnung angeordnet, in die eine austauschbare, die kalibrierte Bohrung 10 aufweisende Blendenscheibe 11 unter Abdichtung gegen Falschluftdurchtritt an ihren Rändern gehalten ist.The gas boiler shown in the drawing essentially consists of a
Anstelle der in der Gehäusevorderwand angeordneten kalibrierten Bohrung oder zusätzlich zu dieser Bohrung können in einer anderen Gehäusewand und gegebenenfalls verteilt auf mehrere verschiedene Gehäusewände in verschiedenen Höhen- und Seitenlagen weitere kalibrierte Bohrungen vorgesehen sein.Instead of the calibrated hole arranged in the front wall of the housing or in addition to this hole, further calibrated holes can be provided in another housing wall and optionally distributed over several different housing walls at different heights and sides.
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