EP0314972A2 - Gerät zum Erwärmen von Wasser, insbesondere Warmwasserheizkessel - Google Patents

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EP0314972A2 EP88117248A EP88117248A EP0314972A2 EP 0314972 A2 EP0314972 A2 EP 0314972A2 EP 88117248 A EP88117248 A EP 88117248A EP 88117248 A EP88117248 A EP 88117248A EP 0314972 A2 EP0314972 A2 EP 0314972A2
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
    • F24H15/36—Control of heat-generating means in heaters of burners
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    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2035—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/04—Measuring pressure

Definitions

  • the invention relates to a device for heating water, in particular a water boiler, with a combustion chamber to which one or more burners, preferably oil or gas burners, are assigned, one or more heat exchangers and a fan for generating a suction draft in the flue gas outlet, the or the burners are only effective at a certain negative pressure in the areas of the boiler exposed to the flue gases.
  • a device for heating water in particular a water boiler, with a combustion chamber to which one or more burners, preferably oil or gas burners, are assigned, one or more heat exchangers and a fan for generating a suction draft in the flue gas outlet, the or the burners are only effective at a certain negative pressure in the areas of the boiler exposed to the flue gases.
  • a vacuum control is carried out by measurement in the area of the induced draft fan or by an operational control of this fan.
  • This design has the disadvantage that the vacuum values set for safety and good burner operation can change without ensuring safe operation of the device. So the fan may have changed its speed. Contamination in the flue gas discharge area may also have occurred. In all these cases, the device is not switched off whether shutdown is advised for the errors mentioned.
  • the invention has for its object to avoid these disadvantages; it should therefore be ensured that better pressure monitoring within the device is guaranteed, incorrect switching operations are excluded and the burner is switched off in good time if the vacuum is insufficient.
  • the element used to determine the negative pressure is arranged in the region of the end face of the device on which the burner or burners are installed.
  • this element if necessary, several elements can also be provided - is expediently arranged such that it is located behind the flame cone formed by the burner, as seen in the effective direction of the burner.
  • the invention is based on the knowledge that an attachment of the elements mentioned in the sense of the invention is largely independent of turbulence in the flames or flue gases. Blockages or adverse soiling are not expected at this point. Measurements or determinations at the aforementioned location are therefore very reliable and accurate.
  • the invention allows special circuits for the induced draft fan; it can be speed-controlled as a function of the negative pressure value or of the pressure deviations, in order to restore the desired negative pressure, for example in the case of insufficient negative pressure, by a higher speed of the fan.
  • the combustion chamber 4 is located in a heat exchanger 6, to which the water is supplied at 7 and withdrawn at 8.
  • the lower part of this heat exchanger is traversed by the flue gases, which also flow through a heat exchanger 9 located at the bottom of the housing.
  • the chamber formed by this heat exchanger 9 is a condensation chamber.
  • the flue gas is fed to a system 10 for neutralizing the condensate.
  • the resulting condensate emerges from this system at 11, while the flue gases exit at the rear, that is to say at the rear wall 2 at the bottom.
  • the combustion or flue gases are fed to the flue gas discharge duct 13 via a suction fan 12.
  • the heat exchanger 9 serves to preheat the combustion air.
  • the air enters the heat exchanger 9 via the inlet 14 so that the preheated air can be fed to the fan of the burner 5. See line 9 '.
  • a box-like device which serves to regulate and control, and which is of any design, preferably of an electrically acting type.
  • the device denoted by 15 is connected via a thin tube 16 to a larger tube 17 which is passed through the front wall 1 in such a way that after unscrewing the cap 18 from the outside, the cone 19 of the flame generated by the burner 5 is removed from the outside by the user can be observed.
  • the pipe 16 opens into the interior of the pipe 17, so that the negative pressure that prevails within the combustion chamber 4 and is generated by the suction fan 12 is established within the pipe 16 and thus also at the measuring point within the device 15 (if necessary. with the participation of the natural draft in the flue gas duct 13).
  • the pipe 16 is provided over the pipe 17 at a point in the combustion chamber 4 that is largely turbulence-neutral, i.e. remains unaffected by a more or less strong flame and therefore also with changing loads and cone sizes of the flame that occur in the process remains essentially unaffected.
  • the degree of contamination is also very low in the area between the free end 20 and the inner surface 21 of the front wall 1, into which the pipe 17 opens.
  • the use of the tube 17 as a measuring element is also very advantageous because it is also part of the inspection hole.
  • the device 15 there is also a delay element which does not switch off the burner 5 immediately but with a time delay of approximately 5 seconds.
  • This delay element also has the advantage that external influences, for example caused by storms on the chimney system, have no immediate effect by switching off the burner 5.
  • This timing element or delay element also has advantages when the burner 5 is switched to a power stage, because larger state changes can also occur quickly.
  • the tube 16 is operatively connected to a sensor or pressure meter in order to switch off the burner 5 when certain pressure changes occur.
  • the accurate, almost neutral determination of the negative pressure possible by measuring the negative pressure at the above-mentioned point also makes it possible to regulate the predetermined negative pressure by changing the speed of the suction fan 12 or to comply exactly with the load conditions.
  • the control line leading from the device 15 to the suction fan 12 is designated by 21.
  • a line 22 also leads from the device 15 to the burner 5 in order to switch it off after the vacuum has fallen below, it being understood that further connections ensuring the operation of the burner 5 can be provided.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von Geräten zum Erwärmen von Wasser, insb. einem Wasserheizkessel, mit einer Verbrennungskammer (4), die einen öl- oder gasbetriebenen Brenner (5) aufweist, einem oder mehreren Wärmetauschern (6, 9) und einem Saugzuggebläse, (12) das in den von den Rauchgasen durchströmten Räumen einen Unterdruck grwährleisten soll, und zwar in der Weise, dass der Brenner abgeschaltet wird, wenn der vorgeschriebene Unterdruck nicht vorhanden ist. Um eine sichere Messung des Innendruckes durchführen zu können, sind aufgrund der Erfindung die zur Feststellung des Druckes dienenden Elemente im Bereich der Wandung des Gerätes angeordnet, die der Brennerinstallation dienen; damit wird eine weitgehend turbulenzfreie Messtelle ausgewählt, die auch Verschmutzungen und anderen Einflüssen praktisch nicht ausgesetzt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Erwärmen von Wasser, insb. einen Wasserheizkessel,mit einer Verbrennungskammer, der ein oder mehrere Brenner, vorzugsweise Öl- oder Gasbrenner, zugeordnet sind, einem oder mehrere Wärmetauscher und einem Ventilator zur Erzeugung eines Saugzuges im Rauch­gasabzug, wobei der oder die Brenner nur bei einem bestimmten Unterdruck in den von den Rauchgasen beaufschlagten Räumen des Kessels wirksam sind.
  • Bei den bekannten Geräten dieser Art erfolgt eine Unterdruckkontrolle durch Messung im Bereich des Saugzuggebläses oder durch eine Betriebskontrolle dieses Gebläses. Diese Ausbildung hat den Nachteil, dass sich die für die Sicherheit und einen guten Brennerbetrieb eingestellten Unterdruckwerte ändern können, ohne einen sicheren Betrieb des Gerätes sicherzustellen. So kann das Gebläse seine Drehzahl verändert haben. Auch Verschmutzungen im Abzugsbe­reich der Rauchgase können eingetreten sein. In all diesen Fällen wird das Gerät nicht abgeschaltet, ob­ wohl bei den erwähnten Fehlern ein Abschalten geraten ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nach­teile zu vermeiden; es soll also sichergestellt werden, dass eine bessere Drucküberwachung innerhalb des Gerätes gewährleistet ist, Fehlschaltungen ausgeschlos­sen sind sowie Abschaltungen des Brenners bei unzu­reichendem Unterdruck rechtzeitig vorgenommen werden.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss das zur Feststellung des Unterdrucks dienende Element im Bereich der Stirnseite des Gerätes angeordnet, an der der bzw. die Brenner installiert sind. Dabei ist dieses Element - ggfs. könnnen auch mehrere Elemente vorgesehen sein - zweckmässigerweise so angeorndet, dass es sich in Wirkrichtung des Brenners gesehen hinter dem vom Brenner gebildeten Flammenkegel be­findet.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass eine Anbringung der genannten Elemente im Sinne der Erfindung weitgehend von Turbolenzen der Flammen bzw. Rauchgase unabhängig ist. Verstopfungen oder nachteilige Ver­schmutzungen sind an der genannten Stelle nicht zu erwarten. Messungen bzw. Ermittlungen an der vor­erwähnten Stelle sind somit sehr betriebssicher und genau.
  • Weiterhin ist es zweckmässig, den Steuerelementen zum Abschalten des Brenners ( bei ungenügendem Unter­druck ) ein Verzögerungsglied zuzuordnen, um zu verhindern, dass bei Sturmeinwirkung oder anderen von aussen her auf das Gerät einwirkenden Einflüssen und dabei kurzzeitig eintretenden Änderungen des Unterdrucks im Gerät eine Brennerabschaltung vollzogen werden kann. Auch bei Stufenschaltungen z.B. beim Zu- oder Abschalten von Brennern oder Brennerstufen ist eine solche Verzögerung angebracht. Weiterhin lässt die Erfindung besondere Schaltungen für das Saugzuggebläse zu; es kann in Abhängigkeit vom Unterdruckwert bzw. von den Druckabweichungen drehzahlgeregelt sein, um so z.B. bei ungenügendem Unterdruck durch eine höhere Drehzahl des Gebläses den gewünschten Unterdruck wieder herzustellen. Auch diese Massnahmen sind wirksam nur deshalb durch­führbar, weil die Unterdruckermittlung an einer weitgehend neutralen, von Verwirbelungen od. dgl. weitgehend verschonten Stelle in der Verbrennungs­kammer erfolgt.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen :
    • Fig. 1 eine Seitenansicht eines Warmwasserheizkessels für die Raumheizung und / oder die Aufbereitung von zu anderen Zwecken dienendem Wasser,und zwar im oberen Bereich teilweise im senkrechten Schnitt und
    • Fig. 2 eine Einzelheit aus dem geschnitten dargestellten Bereich des Gerätes in vergrössertem Mass­stab.
  • In einem quaderförmigen Gehäuse mit einer isolierenden Vorderwand 1, Rückwand 2 und Abdeckung 3 befindet sich oben eine Verbrennungskammer 4 mit einem ölbetriebenen Brenner 5, dem in üblicher Weise ein Gebläse zugeordnet ist. Die Verbrennungskammer 4 befindet sich in einem Wärmetauscher 6, den das Wasser bei 7 zugeführt und bei 8 abgezogen wird. Der untere Teil dieses Wärmetauschers wird von den Rauchgasen durchströmt, die auch einen unten im Gehäuse befindlichen Wärmetauscher 9 durch­strömen. Die von diesem Wärmetauscher 9 gebildete Kammer ist eine Kondensationskammer. Unterhalb des Wärmetauschers 9 wird das Rauchgas einer Anlage 10 zur Neutralisation des Kondensats zugeführt. Das an­fallende Kondensat tritt bei 11 aus dieser Anlage aus, während die Rauchgase an der Rückseite, also an der Rückwand 2 unten austreten. Die Verbrennungs- bzw. Rauch­gase werden über ein Sauggebläse 12 dem Rauchgasabzugs­kanal 13 zugeführt.
  • Der Wärmetauscher 9 dient der Vorwärmung der Verbrennungs­luft. Die Luft gelangt über den Eintritt 14 in den Wärmetauscher 9, damit die vorgewärmte Luft dem Gebläse des Brenners 5 zugeführt werden kann. Vgl. Leitung 9′.
  • Auf der Abdeckung 3 befindet sich eine der Regelung und Steuerung dienende, kastenartige vorrichtung, die be­liebig - vorzugsweise elektrisch wirkend-ausgebildet ist. Die mit 15 bezeichnete Vorrichtung steht über ein dünnes Rohr 16 mit einem grösseren Rohr 17 in Verbindung, das durch die Vorderwand 1 hindurchgeführt ist in der Weise, dass nach Abschrauben der Kappe 18 vom Benutzer vom aussen her der Kegel 19 der vom Brenner 5 erzeugten Flamme beobachtet werden kann. Dabei mündet das Rohr 16 in das Innere des Rohres 17, so dass damit sich innerhalb des Rohres 16 und somit auch an der Messtelle innerhalb der Vorrichtung 15 der Unterdruck einstellt, der in­nerhalb der Verbrennungskammer 4 herrscht und von dem Sauggebläse 12 erzeugt ist (ggfs. unter Mitwirkung des natürlichen Zuges im Rauchgasabzugskanal 13).
  • Wichtig ist dabei, dass das Rohr 16 über das Rohr 17 an einer Stelle der Verbrennungskammer 4 vorgesehen ist, die weitgehend turbulenzneutral ist, also von einer mehr oder weniger starken Flamme unberührt bleibt und daher auch bei wechselnden Lasten und sich dabei einstellenden Kegelgrössen der Flamme im wesentlichen unberührt bleibt. Auch der Verschmutzungsgrad ist im Bereich zwischen dem freien Ende 20 und der Innen­fläche 21 der Vorderwand 1 sehr gering, in die das Rohr 17 einmündet. Die Nutzung des Rohres 17 als Messelement ist auch deshalb sehr vorteilhaft, weil es zugleich Bestandteil des Schauloches ist.
  • In der Vorrichtung 15 befindet sich noch ein Verzögerungs­glied, das ein Abschalten des Brenners 5 nicht unverzüglich, sondern mit einer zeitlichen Verzögerung von etwa 5 sec. vornimmt. Damit wird bei insb. Unterschreitung des Unterdrucks ( gewöhnlich etwa 0.2 - 0.3 mbar ) der Brenner 5 nicht sofort unwirksam bzw. abgestellt, vielmehr muss der unvorschriftsmässige Druck demnach z.B. 5 sec andauern, um die Vorrichtung tätig werden zu lassen, indem der Brenner 5 über die Leitung 22 ausgeschaltet wird. Dieses Verzögerungsglied hat auch den Vorteil, dass äussere Einflüsse z.B. hervorge­rufen durch Sturmeinwirkung auf die Schornsteinanlage keine unmittelbare Wirkung durch Abschalten des Brenners 5 haben. Dieses Zeitglied oder Verzögerungsglied hat auch Vorteile, wenn eine Leistungsstufenschaltung des Brenners 5 erfolgt, weil hierbei ebenfalls grössere Zustandsänderungen schnell eintreten können. In jedem Falle ist aber das Rohr 16 mit einem Sensor bzw. Druckmesser in Wirkverbindung, um mit seiner Hilfe den Brenner 5 bei bestimmten Druck­änderungen abzuschalten. Die durch die Messung des Unterdrucks an der vorbezeichneten Stelle mögliche, genaue, nahezu neutrale Ermittlung des Unterdrucks erlaubt es auch, den vorbestimmten Unterdruck durch eine Veränderung der Drehzahl des Sauggebläses 12 einzuregeln bzw. genau den Lastbedingungen entsprechend einzuhalten.
  • Die von der Vorrichtung 15 zum Sauggebläse 12 führende Steuerleitung ist mit 21 bezeichnet. Wie schon erwähnt, führt von der Vorrichtung 15 auch eine Leitung 22 zum Brenner 5, um diesen nach Unterschreiten des Unterdrucks abzuschalten, wobei es sich versteht, dass weitere, den Betrieb des Brenners 5 sicherstellende Verbindungen vorgesehen sein können.

Claims (8)

1. Gerät zum Erwärmen von Wasser, insb. Wasserheizkessel, mit einer Verbrennungskammer, der ein oder mehrere Brenner zugeordnet sind, einem oder mehreren Wärme­tauschern und einem Ventilator zur Erzeugung des Saugzuges im Rauchgasabzug, wobei der bzw. die Brenner nur bei einem betimmten Unterdruck in den von den Rauchgasen beaufschlagten Räumen des Gerätes wirksam und bei Abweichungen, insb. bei nachlassendem Unterdruck abschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Feststellung des Unterdruckes dienende Ele­ment (16,17) im Bereich der Wandung (1) des Gerätes angeordnet ist, an der der bzw. die Brenner (5) installiert sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (16,17) bzw. dessen freies Ende im Bereich zwischen der Installationswand (1) einerseits und dem freien Ende des Brenners (5) andererseits angeordnet ist.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element das das Schauloch bildende Rohr (17) oder ein in dieses rohr mündendes weiteres Rohr (16) ist.
4. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zwischen der Installationswand (1) und dem Feuerkegel des Brenners (5) angeordnet ist.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Abschalten des Brenners (5) bewirkende Vorrichtung (15) mit einem Verzögerungsglied ausgestattet ist.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung auf mehrere Sekunden, vorzugsweise auf etwa 5 Sekunden einstellbar ist.
7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilator (12) eine seine Drehzahl beeinflussende Einrichtung zugeordnet ist, die die Drehzahl in Abhängigkeit vom Unterdruck einstellt.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Änderung der Ventilatordrehzahl und zur Einhaltung eines betimmten Unterdrucks ausge­bildet ist.
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