EP0429034B1 - Verfahren zur Steuerung eines Heizgerätes - Google Patents

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EP0429034B1
EP0429034B1 EP90122065A EP90122065A EP0429034B1 EP 0429034 B1 EP0429034 B1 EP 0429034B1 EP 90122065 A EP90122065 A EP 90122065A EP 90122065 A EP90122065 A EP 90122065A EP 0429034 B1 EP0429034 B1 EP 0429034B1
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Paul Heimbach
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Vaillant Austria GmbH
Vaillant GmbH
Vaillant SARL
Vaillant Ltd
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Vaillant Austria GmbH
Nv Vaillant Sa
Joh Vaillant GmbH and Co
Vaillant GmbH
Vaillant SARL
Vaillant Ltd
Vaillant BV
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Definitions

  • the invention relates to a heater according to the preamble of the independent claim.
  • the regulation of such heaters takes place in such a way that the application of gas and air to the burner is adapted to the respective heat requirement.
  • the mixing ratio of the two mixture components which is described by the air ratio, should be only slightly above the stoichiometric value and should be approximately constant or correspond to a value adapted to the respective thermal load.
  • An air supply control is known from EP-OS 0 424 358, which is older but not prepublished, and in which an electromagnetic valve controlled by the heat requirement is provided as an actuator between the air chamber and the interior of the housing. Disadvantages are comparatively high costs and the considerable danger to the function from thermal and corrosive loads.
  • the aim of the invention is to avoid these disadvantages.
  • the diaphragm valve can be equipped with limit transmitters, which in a simple manner ensures that the burner is switched off when the adjustment range of the diaphragm valve is no longer sufficient for returning to the intended target value.
  • the heater according to the invention has a tight housing 20, in the interior 19 of which a tight chamber 7 is arranged, which receives a burner 6 and a heat exchanger 8.
  • This chamber 7 is connected via the exhaust pipe 12 to a chimney or an outlet opening.
  • the exhaust gas line 12 is coaxially surrounded by an air supply line 9, which opens into the sealed housing 20.
  • a monitoring electrode 14 for monitoring the burner function and an ignition electrode 13 also protrude into the chamber 7, into which the outlet of a blower 1 also opens, which sucks in air from the interior 19 of the housing 20 and conveys it into the chamber 7, in which there is an overpressure builds up, which is due to the resistance that the heat exchanger 8 opposes the outflow of the exhaust gases.
  • a gas nozzle 5 opens into the suction opening 21 of the blower 1 and is acted upon by a gas throughput actuator 4 which is adjustable in electrical signals and which is arranged in a gas line 3.
  • a flow temperature sensor 15 is arranged, which is connected to a control unit 18, which is also arranged in the housing 20 and to which the gas flow rate control element is also connected 4 and the blower 1 are connected and this is acted upon by control signals.
  • an air chamber 10 is provided, into which the air supply pipe 9 opens directly and which is connected to the interior 19 of the housing 20 via a membrane valve 22.
  • Figure 2 shows the pressure curve in the heater, from which it can be seen that there is an overpressure on the exhaust side and a negative pressure on the air side.
  • the performance of the burner 6 is essentially dependent on the delivery head of the blower 1, it being assumed that an amount of gas substantially corresponding to the stoichiometric ratio is added to the air supplied to the burner 6.
  • the nominal load point A of the blower 1 corresponds to the intersection of the resistance characteristic AC of the heater with the blower characteristic U 1 , n 1 defined by the supply voltage U 1 and the speed n 1 of the blower 1 .
  • the resistance characteristic of the heater can be shifted towards larger delivery heights of the blower 1, with the exception of the nominal power point A.
  • This shift results from the requirement that when the fan volume changes, part of the total resistance, namely the resistance of the combustion air flow introduced into the housing interior 19, represented by the housing pressure, should remain constant, while all other resistance components behave in accordance with equation (2).
  • the proportional adaptation of the blower control, in particular the speed of the blower 1, therefore does not lead to the desired operating point D, but to point E ', for which the relationship H x ' ⁇ H x applies. This means that the housing vacuum is less than expected.
  • blower operating point must therefore be shifted from point E to point D on the blower characteristic curve U x ' , n x controlled for the new load state. This is achieved in that the resistance of the membrane 11 of the membrane valve 22, which controls the passage between the air chamber 10 and the interior 19 of the housing 20, increases accordingly.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
  • Die Regelung solcher Heizgeräte erfolgt in der Weise, daß die Beaufschlagung des Brenners mit Gas und Luft dem jeweiligen Wärmebedarf angepaßt wird. Das Mischungsverhältnis beider Gemischkomponenten, das durch die Luftzahl beschrieben wird, soll dabei nur wenig über dem stöchiometrischen Wert liegen und näherungsweise konstant sein beziehungsweise einem auf die jeweilige Wärmebelastung abgestimmten Wert entsprechen.
  • Bei solchen Heizgeräten ist es erforderlich, rund um die den Brenner enthaltende Kammer, in der aufgrund des Widerstands, den der Wärmetauscher dem Abströmen der Abgase entgegensetzt, ein Überdruck herrscht, einen Bereich vorzusehen, in dem ein möglichst konstanter Unterdruck herrscht, um im Falle einer Leckage der Kammer ein Austreten der Abgase in den Raum, in dem ein solches Heizgerät aufgestellt ist, zu verhindern.
  • Aus der prioritätsälteren, aber nicht vorveröffentlichten EP-OS 0 424 358 ist eine Luftzufuhrsteuerung bekannt, bei der als Stellorgan zwischen der Luftkammer und dem Gehäuse-Innenraum ein vom Wärmebedarf gesteuertes Elektromagnetventil vorgesehen ist. Nachteilig dabei sind vergleichsweise hohe Kosten und die erhebliche Gefährdung der Funktion durch thermische und korrosive Belastungen.
  • Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs erreicht.
  • Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau einer Konstantdrucksteuerung, ohne daß es dazu einer Elektronik oder eigener Sensoren bedarf.
  • Das Membranventil kann gemäß Anspruch 2 mit Grenzwertgebern ausgestattet sein, wodurch auf einfache Weise ein Abschalten des Brenners sichergestellt ist, wenn der Stellbereich des Membranventils nicht mehr für eine Rückführung auf den vorgesehenen Soll-Wert ausreicht.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Heizgerät,
    • Figur 2 ein Diagramm der Druckverhältnisse im Heizgerät nach der Figur 1 und
    • Figur 3 ein Belastungsdiagramm des Gerätes nach Figur 1.
  • Das erfindungsgemäße Heizgerät weist ein dichtes Gehäuse 20 auf, in dessen Innenraum 19 eine dichte Kammer 7 angeordnet ist, welche einen Brenner 6 und einen Wärmetauscher 8 aufnimmt.
  • Diese Kammer 7 ist über die Abgasleitung 12 mit einem Kamin oder einer Auslaßöffnung verbunden. Die Abgasleitung 12 ist von einer Luftzuführleitung 9, die in das dichte Gehäuse 20 mündet, koaxial umgeben.
  • Weiter ragen eine Überwachungselektrode 14 zur Überwachung der Brennerfunktion und eine Zündelektrode 13 in die Kammer 7, in die auch der Ausgang eines Gebläses 1 mündet, das Luft aus dem Innenraum 19 des Gehäuses 20 ansaugt und in die Kammer 7 fördert, in der sich ein Überdruck aufbaut, der durch den Widerstand bedingt ist, den der Wärmetauscher 8 dem Abströmen der Abgase entgegensetzt.
  • Da bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Vormisch-Gasbrenner 6 vorgesehen ist, mündet in die Ansaugöffnung 21 des Gebläses 1 eine Gasdüse 5, die über ein über elektrische Signale verstellbares Gasdurchsatz-Stellglied 4, das in einer Gasleitung 3 angeordnet ist, beaufschlagt ist.
  • An einem Vorlaufanschluß 16 des Wärmetauschers 8 ist ein Vorlauftemperatursensor 15 angeordnet, der mit einem ebenfalls im Gehäuse 20 angeordneten Steuergerät 18 verbunden ist, an dem auch das Gasdurchsatz-Stellglied 4 und das Gebläse 1 angeschlossen sind und von diesem mit Steuersignalen beaufschlagt werden.
  • Zur Regelung des Druckers im Gehäuseinnenraum 19 ist eine Luftkammer 10 vorgesehen, in die das Luftzuführrohr 9 unmittelbar mündet und die über ein Membranventil 22 mit dem Innenraum 19 des Gehäuses 20 verbunden ist.
  • Bei einer Erhöhung des Soges des Gebläses 1 aufgrund einer Erhöhung der Leistung des Brenners 6 biegt sich die Membrane 11 des Membranventiles 22 stärker durch, wodurch sich der mit der Membrane 11 bewegungsschlüssig verbundene Ventilkörper 23 weiter vom Ventilsitz 24 entfernt und daher der Strömungswiderstand beim Durchströmen der Luft durch das Membranventil 22 abnimmt. Dies führt zu einer Konstanthaltung des Druckes im Inneren 19 des Gehäuses 20 trotz der Tendenz des Gebläses 1, diesen aufgrund der bei einer stärkeren Gasbeaufschlagung des Brenners 6 erforderlichen Erhöhung der Drehzahl des Gebläses 1 und der damit verbundenen Verstärkung einer Saugwirkung abzusenken.
  • Figur 2 zeigt den Druckverlauf im Heizgerät, aus dem ersichtlich ist, daß an der Abgasseite ein Überdruck und an der Luftseite ein Unterdruck herrscht.
  • Die Leistung des Brenners 6 ist im wesentlichen von der Förderhöhe des Gebläses 1 abhängig, wobei vorausgesetzt wird, daß der dem Brenner 6 zugeführten Luft eine dem stöchiometrischen Verhältnis im wesentlichen entsprechende Gasmenge zugesetzt wird.
  • Beim Betrieb des Brenners 6 herrscht, wie aus der Figur 2 ersichtlich, im Inneren 19 des Gehäuses 20 stets ein Unterdruck, der durch entsprechende Abstimmung der Gebläseförderhöhe mit den inneren und äußeren Strömungswiderständen, die das Gebläse 1 bei der Nennwärmebelastung im Betriebspunkt A (Figur 3) zu überwinden hat, auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Maßgebend sind dafür die Widerstände in der Luftzuleitung, die Gebläsekennlinie sowie sicherheitstechnische Gesichtspunkte. So soll sich bei einer Laständerung der Druck im Inneren 19 des Gehäuses 20 nicht wesentlich ändern.
  • Der Nennlastpunkt A des Gebläses 1 entspricht dem Schnittpunkt der Widerstandskennlinie AC des Heizgerätes mit der durch die Speisespannung U 1 und die Drehzahl n 1 des Gebläses 1 definierten Gebläsekennlinie U 1 , n 1 .
  • Bei einer reduzierten Last x Q NB , wobei Q NB die Nennlast des Heizgerätes und x einen Faktor < 1 bedeutet, führt eine zur Laständerung proportionale Ansteuerung des Gebläsemotors 2 und des Gasdurchsatz-Stellgliedes 4 zu den Betriebspunkten für das Gebläse, die auf der Linie A-E-E'-B liegen. Für sie gelten die folgenden Beziehungen: (1)    V x V 1 = U x U 1 = n x n 1
    Figure imgb0001
     (2)    H'x H x = x 2
    Figure imgb0002
  • Gegenüber dieser Gebläsekennlinie ist die Widerstandskennlinie des Heizgerätes, wie aus der Figur 3 zu ersehen ist, gegen größere Förderhöhen des Gebläses 1 zu verschieben mit Ausnahme im Nennleistungspunkt A. Diese Verschiebung ergibt sich aus der Forderung, daß bei einer Änderung des Gebläsevolumens ein Teil des Gesamtwiderstandes, und zwar der Widerstand des in das Gehäuseinnere 19 eingeführten Verbrennungsluftstromes, dargestellt durch den Gehäusedruck, konstant bleiben soll, während sich alle anderen Widerstandskomponenten entsprechend der Gleichung (2) verhalten. Die proportionale Anpassung der Gebläseansteuerung, insbesondere der Drehzahl des Gebläses 1, führt daher nicht auf den gewünschten Betriebspunkt D, sondern zu Punkt E', für den die Beziehung H x ' < H x
    Figure imgb0003
     gilt. Dies bedeutet, daß der Gehäuseunterdruck kleiner als erwartet ist.
  • Diese Abweichung führt zum vorzeitigen Abschalten durch den bei solchen Geräten üblicherweise vorhandenen Differenzdruckwächter oder zu einer Einengung des Modulationsbereiches der Leistung des Heizgerätes.
  • Auf der für den neuen Belastungszustand angesteuerten Gebläsekennlinie Ux', nx muß der Gebläsebetriebspunkt zum Ausgleich der Abweichung folglich vom Punkt E nach Punkt D verschoben werden. Dies wird dadurch erreicht, daß sich der Widerstand der Membran 11 des Membranventils 22, das den Durchlaß zwischen der Luftkammer 10 und dem Inneren 19 des Gehäuses 20 ansteuert, entsprechend vergrößert.

Claims (2)

  1. Heizgerät mit einem Vormisch-Gasbrenner (6), der samt einem Wärmetauscher (8) in einer im Inneren (19) des gegenüber der Umgebung, mit Ausnahme einer Lufzuführleitung (9), abgedichteten Gehäuse (20) angeordneten und gegenüber diesem abgedichteten Kammer (7) montiert ist, welche Kammer (7) mit einer Abgasleitung (12) verbunden ist, wobei der Brenner (8) über ein regelbares Gasdurchsatz-Stellglied (4) beaufschlagt und ein den Brenner (6) mit Verbrennungsluft versorgendes, aus dem Inneren (19) des Gehäuses (20) ansaugendes Gebläse (1) in seiner Drehzahl abhängig vom Gasdurchsatz steuerbar ist und die Luftzuführleitung (9) in eine im Inneren (19) des Gehäuses (20) angeordnete Luftkammer (10) mündet, die über ein Stellorgang mit dem Inneren (19) des Gehäuses (20) verbunden ist, und wobei das Gasdurchsatz-Stellglied (4) und der Gebläsemotor (2) auf elektrische Signale aus einem Steuergerät (18) ansprechen, das die Koppelung von Gas- und Luftstrom nach vorgegebenen Soll-Werten steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan der Luftkammer (10) als Membranventil (22) ausgebildet ist.
  2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Membranventil (22) mit Grenzwertgebern zum Abschalten des Brenners (6) ausgestattet ist.
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EP0429034A3 EP0429034A3 (en) 1992-05-27
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