EP2175210A2 - Heizgerät mit Abgasüberwachungseinrichtung - Google Patents

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EP2175210A2
EP2175210A2 EP09171246A EP09171246A EP2175210A2 EP 2175210 A2 EP2175210 A2 EP 2175210A2 EP 09171246 A EP09171246 A EP 09171246A EP 09171246 A EP09171246 A EP 09171246A EP 2175210 A2 EP2175210 A2 EP 2175210A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heater
exhaust gas
thermoelectric generator
burner
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09171246A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2175210A3 (de
Inventor
Luis Martins
Luis Monteiro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2175210A2 publication Critical patent/EP2175210A2/de
Publication of EP2175210A3 publication Critical patent/EP2175210A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F24H9/00—Details
    • 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
    • F24H9/2042—Preventing or detecting the return of combustion gases
    • F24H9/205—Closing the energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/10—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples
    • F23N5/102—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/13003—Energy recovery by thermoelectric elements, e.g. by Peltier/Seebeck effect, arranged in the combustion plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D18/00—Small-scale combined heat and power [CHP] generation systems specially adapted for domestic heating, space heating or domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/60—Thermoelectric generators, e.g. Peltier or Seebeck elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2103/00—Thermal aspects of small-scale CHP systems
    • F24D2103/10—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units
    • F24D2103/13—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units characterised by their heat exchangers

Definitions

  • the invention relates to a heater according to the preamble of claim 1 and a method for operating a heater according to the preamble of claim. 9
  • Generic heaters are used to heat a fluid, usually water, for purposes of space heating and / or domestic hot water. They draw their energy via a fuel stream, from which heat is generated by means of a burner with flame formation.
  • the fuel supply of the heater can be released and interrupted by a fuel valve.
  • the fuel is mixed with air when the burner firing in a normal control operation of the heater, the fuel-air mixture then ignited at the burner outlet with an igniter and burned with continuous flame formation.
  • the flames burn in a combustion chamber, which flows downstream into a heat exchanger room.
  • a heat exchanger is arranged, on the surface of which the hot combustion gases are cooled against a fluid flowing in its interior.
  • the cooled exhaust gases emerging from the heat exchanger are collected and fed into an exhaust pipe, through which they then leave the installation room of the heater.
  • a special Schuttingbauart represent special boilers with atmospheric firing, either working without air blower or exhaust fan or have a flue gas discharge only supportive blower.
  • this heater type is located between the heat exchanger chamber and the exhaust pipe, a so-called flow control with inlet openings and outlet openings for exhaust gas and / or air.
  • the inlet opening for exhaust gas on the heat exchanger side of the flow safety device acts as an exhaust gas collector.
  • Fluidically parallel openings are provided for the access of air from the environment of the heater. Exhaust gas and ambient air are combined with the burner firing switched on in a normal control operation of the heater in the flow control and leave this via an outlet opening to the exhaust pipe.
  • impermissible operating conditions of the heater or the exhaust system may occur, which may not affect the safety of the heater.
  • impermissible operating conditions include exhaust gas flow and exhaust gas recirculation in the exhaust system. This may be due to a partial or complete closure of the exhaust pipe (eg blockage) or to unfavorable air pressure conditions in the installation room or at the exit opening of the exhaust pipe (for example due to air exhaust or wind).
  • the purpose of the flow safety device is to avoid unfavorable effects of these inadmissible operating states on the combustion.
  • the buoyancy in the boiler is determined by the design of the flow control and achieved a fluidic decoupling the exhaust system.
  • the exhaust gas can escape through the air openings in the flow safety device into the installation space of the heating device without the combustion extinguishing or becoming unclean. This ensures a robust burner operation.
  • exhaust gas can escape into the installation space under certain operating conditions.
  • a design of these heaters must therefore be installed only in rooms that are not part of the living space of the building and are provided with a corresponding ventilation, so that any escaping exhaust gas is removed.
  • the heater may be installed in homes or similar facilities.
  • an exhaust gas monitoring device is mandatory, which can detect an exhaust gas outlet in the installation room and trigger a shutdown of the firing operation.
  • Such exhaust gas monitoring devices based on the prior art on a temperature measurement on the outside of the air inlet openings of the flow control, as a measuring means is often an NTC sensor (electrical resistance with negative temperature coefficient) use.
  • the EP 1 845 318 A2 describes a method and a device for monitoring a flow control of a heater with a lower exhaust manifold, an upper exhaust manifold with exhaust pipe connection, a baffle below the exhaust pipe connection, at least one lateral opening and at least one deflection therein.
  • the inventive device is characterized in that in each case a temperature sensor is arranged at least in the upper exhaust manifold, possibly also above a deflection located in a side opening on the side facing the installation room and possibly also in the lower Abgassamller.
  • the heater is switched off when it falls below a certain temperature or a certain temperature difference of the temperatures detected by the temperature sensors. This is intended to reliably detect an impermissible exhaust gas outlet in the installation room of the heater due to various causes. A security against manipulation of the temperature sensors by the operator or installer is not given.
  • the invention has for its object to provide a heater with atmospheric firing and exhaust gas monitoring device and a method for its operation, which reliably detect an exhaust gas outlet in the installation and in particular provide security against improper manipulation, endanger the reliability of the heater by the operator or installer could.
  • the heater according to the invention comprises a burner with a connection device for a shut-off through a fuel valve fuel supply line, a connection device to an exhaust pipe, and an exhaust gas monitoring device for monitoring an exhaust gas flow and is characterized in that the exhaust gas monitoring device comprises a thermoelectric generator which thermally conducts a connection to the interior of the Heater has.
  • the thermoelectric generator is arranged at a location which flows around and is cooled when the burner firing in a normal (permissible) control operation of the heater of air from the environment of the heater.
  • the thermoelectric generator of exhaust gas from the heater is flowed around and heated. It is provided under the conditions of flow around and the resulting cooling or heating of the thermoelectric generator switchable electrical circuit arrangement for releasing and / or interrupting its fuel supply.
  • thermoelectric generator has two regions A and B, wherein the thermally conductive connection between the region A of the thermoelectric generator and the interior of the heater consists.
  • the area B of the thermoelectric generator is in a normal (allowable) control operation of the heater surrounded by air from the surroundings of the heater and cooled with the burner burner switched on, whereby a temperature difference T1 between the areas A and B is established.
  • the area B of exhaust gas from the heater flows around and heated, whereby a temperature difference T2 between the areas A and B occurs, which is smaller than the temperature difference T1.
  • thermoelectric generator operates on the Seebeck effect and / or after the Peltier effect.
  • the heater according to the invention may further comprise a combustion chamber, a heat exchanger chamber and a flow safety device with inlet openings and outlet openings for exhaust gas and / or air.
  • the thermally conductive connection between the interior of the heater and the region A of the thermoelectric generator may be formed of a connecting member, the heater side in or extends to the combustion chamber, the heat exchanger chamber or the flow protection or reaches and approaches the generator side area A area.
  • thermoelectric generator is placed outside the combustion chamber, heat exchanger room and flow control.
  • the connecting member consists of a good heat-conducting material and may be formed in the form of a rod or an angle.
  • thermoelectric generator is arranged in front of an opening of the flow safety device, with the burner burner in normal (permissible) control operation of the heater air from the environment of the heater flows into the flow control, and by the burner firing and at least partial closure the exhaust pipe or otherwise conditional exhaust gas outlet in the installation room, and thus in an impermissible operating state, exhaust gas from the heater exits.
  • thermoelectric generator for operating a heater according to the invention with an exhaust gas monitoring device based on a thermoelectric generator is characterized in that, when the burner firing is switched on, a region A of the thermoelectric generator is indirectly heated by the exhaust gas flow via a thermally conductive connection to the interior of the heater.
  • a region B of the thermoelectric generator flows around air from the surroundings of the heater and is convectively cooled.
  • the thermoelectric generator Under the influence of an adjusting temperature difference T1 between the areas A and B, the thermoelectric generator generates an electrical power L1, a signal S1, a voltage U1 or a current J1, under the influence of which a fuel supply regulating fuel valve opens and / or kept open.
  • thermoelectric generator When heating the region A and cooling the region B, the thermoelectric generator generates an electrical power L1, which is an electrical circuit arrangement influenced, which then turns on the fuel valve opening and / or open-holding electric power V.
  • the inventive method is further characterized in that when the burner firing and at least partial closure of the exhaust pipe or otherwise conditioned exhaust gas outlet in the installation room, and thus in an impermissible operating state, a region B of the thermoelectric generator flows around exhaust gas from the heater and is convectively heated. Under the influence of an adjusting temperature difference T2 ⁇ T1 between the areas A and B, the thermoelectric generator generates an electrical power L2 ⁇ L1, a signal S2, a voltage U2 ⁇ U1 or a current J2 ⁇ J1, under whose influence the fuel valve closes or not open.
  • thermoelectric generator When the areas A and B are heated, the thermoelectric generator generates an electrical power L2 ⁇ L1 which is too low to be able to influence the electrical circuit arrangement, whereupon switching through an electrical power V which opens and / or keeps the fuel valve open is prevented.
  • a transistor is included, which switches on the electrical power V under the influence of the electrical power L1, and which does not switch on the electric power V under the influence of the electrical power L2.
  • the temperature difference is so small that the generated power, the voltage, the signal or the current is smaller than the component typical threshold value of the circuit arrangement for switching the operating voltage of the fuel valve , the fuel valve does not open or is not kept open, the fuel supply is thus interrupted, the burner switches off.
  • thermoelectric generator Removing or shorting the temperature sensor, here the thermoelectric generator, will cause the unit to turn off and / or not turn on again.
  • area A of the sensor must be warm, but area B must be cool.
  • the heat-conducting connection between the area A and the interior of the heater is interrupted, there is no sufficient difference in temperature between the areas A and B to generate the operating voltage of the fuel valve Wegdes signal (power, voltage, current).
  • signal power, voltage, current
  • Fig. 1 shows a heater according to the invention with burner 1, fuel valve 2, fuel supply line 3, combustion chamber 4, heat exchanger chamber 5, flow safety device 6, connecting device 7 to an exhaust pipe and an exhaust gas monitoring device 8.
  • the exhaust gas monitoring device 8 comprises a thermoelectric generator 9 (with Areas A and B) with a heat-conducting connection 10 to the interior of the heater, here to the interior of the flow control 6.
  • the flow safety device 6 has inlet openings and outlet openings for exhaust gas and / or air, especially the openings 11 to the installation room.
  • the exhaust gas monitor 8 further includes an electrical circuit assembly 12 for enabling and / or interrupting the fuel supply via the fuel valve 2.
  • the exemplary circuit assembly 12 includes a rectifier, a capacitor, a coil, a transistor, and a ground. The transistor acts as a safety switch and is electrically connected to the thermoelectric generator, a power supply 13 and the fuel valve. 2
  • Fig. 2 shows two operating states of the heater according to the invention.
  • Fig. 2a there is a normal (admissible) control operation of the heater.
  • the resulting from the combustion of a fuel-air mixture heating and exhaust gases (dashed lines) flow through the combustion chamber 4, the heat exchanger chamber 5 and the flow safety device 6 to be discharged via the connecting device 7 in an (not shown) exhaust pipe.
  • a region A of the thermoelectric generator 9 is indirectly heated by the exhaust gas flow via the heat-conducting connection 10.
  • a region B is cooled by ambient air and / or a stream of air sucked into the flow safety device from the environment (dashed lines).
  • thermoelectric generator between the areas A and B adjusting temperature difference T1 causes a power L1, a signal S1, a voltage U1 or a current J1 ("1"), which switches the voltage applied to the transistor operating voltage for the fuel valve 2, whereby this opens or is held open.
  • Fig. 2b there is an impermissible operating state of the heater, in which the resulting from the combustion of a fuel-air mixture heating and exhaust gases (dashed lines) are not discharged as intended for normal operation via the exhaust pipe. Rather, the exhaust pipe is at least partially closed or there is another reason for an exhaust gas outlet in the installation room of the heater before.
  • the area A of the thermoelectric generator 9 is (as well as in Fig. 2a ) is heated indirectly via the heat-conducting compound 10 from the exhaust gas flow.
  • the area B is in this operating condition but (unlike in Fig. 2a ) is also heated by exiting from the openings 11 exhaust gases (dashed lines). Therefore, only a small temperature difference T2 arises between the areas A and B.
  • thermoelectric generator induced power L2, S2 signal, voltage U2 or current J2 are so small that they are insufficient to turn on the operating voltage applied to the transistor for the fuel valve 2, whereby this closes (not kept open) or does not open. The burner switches off.

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät mit atmosphärischer Feuerung und Abgasüberwachungseinrichtung sowie ein Verfahren zu seinem Betreiben zu schaffen, die einen Abgasaustritt in den Aufstellraum sicher detektieren und insbesondere Sicherheit gegenüber unzulässiger Manipulation bieten, durch die der Betreiber oder Installateur die Betriebssicherheit des Heizgerätes gefährden könnte. Das erfindungsgemäße Heizgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasüberwachungseinrichtung einen thermoelektrischen Generator umfasst, welcher eine wärmeleitende Verbindung zum Inneren des Heizgerätes aufweist. Der thermoelektrische Generator ist an einer Stelle angeordnet, die bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen (zulässigen) Regelbetrieb des Heizgerätes von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes umströmt und gekühlt ist. Unter Einfluss einer sich einstellenden Temperaturdifferenz T1 zwischen den Bereichen A und B erzeugt der thermoelektrische Generator eine elektrische Leistung L1, ein Signal S1, eine Spannung U1 oder einen Strom J1, unter dessen Einfluss ein die Brennstoffversorgung regelndes Brennstoffventil öffnet und/oder offen gehalten wird. Bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, ist der thermoelektrische Generator von Abgas aus dem Heizgerät umströmt und erwärmt. Unter Einfluss einer sich einstellenden Temperaturdifferenz T2 < T1 zwischen den Bereichen A und B erzeugt der thermoelektrische Generator eine elektrische Leistung L2 < L1, ein Signal S2, eine Spannung U2 < U1 oder einen Strom J2 < J1, unter dessen Einfluss das Brennstoffventil schließt bzw. nicht öffnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.
  • Gattungsgemäße Heizgeräte dienen der Erwärmung eines Fluides, zumeist Wasser, für Zwecke der Raumheizung und/oder Trinkwarmwasserbereitung. Sie beziehen ihre Energie über einen Brennstoffstrom, aus dem mit Hilfe eines Brenners unter Flammenbildung Wärme erzeugt wird. Die Brennstoffversorgung des Heizgerätes lässt sich durch ein Brennstoffventil freigeben und unterbrechen. Im Brenner wird bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen Regelbetrieb des Heizgerätes der Brennstoff mit Luft vermischt, das Brennstoff-Luft-Gemisch dann am Brenneraustritt mit einer Zündeinrichtung gezündet und unter kontinuierlicher Flammenbildung verbrannt. Die Flammen brennen in einem Brennraum, der stromabwärts in einen Wärmetauscherraum mündet. Hier ist ein Wärmetauscher angeordnet, an dessen Oberfläche die heißen Verbrennungsgase gegen ein in seinem Inneren strömenden Fluid gekühlt werden. Die aus dem Wärmetauscher austretenden abgekühlten Abgase werden gesammelt und in eine Abgasleitung geführt, durch die sie dann den Aufstellraum des Heizgerätes verlassen.
  • Eine spezielle Heizgerätebauart stellen Spezialheizkessel mit atmosphärischer Feuerung dar, die entweder ganz ohne Luftgebläse bzw. Abgasgebläse arbeiten oder ein die Abgasabführung lediglich unterstützendes Gebläse aufweisen. Bei dieser Heizgerätebauart befindet sich zwischen dem Wärmetauscherraum und der Abgasleitung eine sogenannte Strömungssicherung mit Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen für Abgas und/oder Luft. Die Eintrittsöffnung für Abgas auf der Wärmetauscherseite der Strömungssicherung fungiert als Abgassammler. Strömungstechnisch parallel dazu sind Öffnungen für den Zutritt von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes vorgesehen. Abgas und Umgebungsluft werden bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen Regelbetrieb des Heizgerätes in der Strömungssicherung zusammengeführt und verlassen diese über eine Austrittsöffnung zur Abgasleitung.
  • Neben diesen normalen Regelbedingungen können auch unzulässige Betriebszustände des Heizgerätes oder der Abgasanlage auftreten, die die Sicherheit des Heizgerätes nicht beeinflussen dürfen. Zu diesen unzulässigen Betriebszuständen gehören Abgasstau und Abgasrückstrom in der Abgasanlage. Ursachen dafür können ein teilweiser oder vollständiger Verschluss der Abgasleitung (z.B. Verstopfung) sein oder auch ungünstige Luftdruckverhältnisse im Aufstellraum oder an der Austrittsöffnung der Abgasleitung (z.B. aufgrund von Luftabsaugung oder Wind). Die Strömungssicherung hat die Aufgabe, ungünstige Auswirkungen dieser unzulässigen Betriebszustände auf die Verbrennung zu vermeiden. Gleichzeitig wird über die Gestaltung der Strömungssicherung der Auftrieb im Heizkessel festgelegt und eine strömungstechnische Entkopplung zur Abgasanlage erzielt. Bei Abgasstau oder Abgasrückstrom aus der Abgasleitung kann das Abgas durch die Luftöffnungen in der Strömungssicherung in den Aufstellraum des Heizgerätes entweichen, ohne dass die Verbrennung erlischt oder unsauber wird. Dadurch ist ein robuster Brennerbetrieb gewährleistet.
  • Bei Heizgeräten mit atmosphärischer Feuerung und Strömungssicherung kann bei bestimmten Betriebszuständen Abgas in den Aufstellraum austreten. Eine Bauart dieser Heizgeräte darf daher nur in Räumen installiert werden, die nicht zu den Wohnräumen des Gebäudes gehören und mit einer den Vorschriften entsprechenden Belüftung versehen sind, sodass das eventuell entweichende Abgas abgeführt wird. Bei einer anderen Bauart darf das Heizgerät in Wohnungen oder vergleichbaren Nutzungseinrichtungen installiert werden. Dafür ist dann aber zwingend eine Abgasüberwachungseinrichtung vorgeschrieben, die einen Abgasaustritt in den Aufstellraum feststellen und eine Abschaltung des Feuerungsbetriebes auslösen kann. Solche Abgasüberwachungseinrichtungen basieren nach dem Stand der Technik auf einer Temperaturmessung auf der Außenseite der Luftzutrittsöffnungen der Strömungssicherung, als Messmittel findet häufig ein NTC-Sensor (elektrischer Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten) Verwendung. Wird eine erhöhte Temperatur gemessen, so wird dies als unzulässiger Abgasaustritt in den Aufstellraum gewertet und es geht ein entsprechendes Signal an die Brennerregelung, die daraufhin die Brennerfeuerung abschaltet. Bei mehrmaligem Ansprechen der Abgasüberwachungseinrichtung kann eine den Heizgerätebetrieb blockierende Störabschaltung ausgelöst werden. Diese sollte nur von einer Fachfirma wieder aufgehoben werden, was für den Nutzer des Heizgerätes mit vergleichsweise hohen Kosten verbunden sein kann.
  • Diese Art der Abgasüberwachung ist nicht sicher vor unzulässigen Manipulationen seitens des Betreibers oder Installateurs, die die Betriebssicherheit des Gerätes beeinträchtigen. Ein Heizgerätenutzer kann den Sensor zum Beispiel lösen und an einer anderen, nicht von Abgas erreichbaren Stelle montieren, oder er kann die Sensorverkabelung kurzschließen, um als unnötig empfundene Brennerabschaltungen zu vermeiden. In beiden Fällen wird ein unzulässiger Abgasaustritt nicht mehr sicher detektiert und die Brennerfeuerung nicht abgeschaltet. Hieraus ergeben sich mögliche Gefahren für die Gesundheit betroffener Personen und für die Betriebssicherheit des Heizgerätes.
  • Die EP 1 845 318 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Strömungssicherung eines Heizgerätes mit einem unteren Abgassammler, einem oberen Abgassammler mit Abgasrohranschluss, einem Leitblech unterhalb des Abgasrohranschlusses, mindestens einer seitlichen Öffnung und mindestens einer darin befindlichen Umlenkung. Die erfinderische Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens im oberen Abgassammler, eventuell auch oberhalb einer in einer seitlichen Öffnung befindlichen Umlenkung auf der dem Aufstellraum zugewandten Seite sowie eventuell auch im unteren Abgassamller jeweils ein Temperatursensor angeordnet ist. Das Heizgerät wird bei Unterschreitung einer bestimmten Temperatur oder einer bestimmten Temperaturdifferenz der von den Temperatursensoren erfassten Temperaturen abgeschaltet. Damit soll ein unzulässiger Abgasaustritt in den Aufstellraum des Heizgerätes aufgrund verschiedenartiger Ursachen sicher erkannt werden. Eine Sicherheit gegenüber Manipulation der Temperatursensoren seitens des Betreibers oder Installateurs ist dabei nicht gegeben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät mit atmosphärischer Feuerung und Abgasüberwachungseinrichtung sowie ein Verfahren zu seinem Betreiben zu schaffen, die einen Abgasaustritt in den Aufstellraum sicher detektieren und insbesondere Sicherheit gegenüber unzulässiger Manipulation bieten, durch die der Betreiber oder Installateur die Betriebssicherheit des Heizgerätes gefährden könnte.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Das erfindungsgemäße Heizgerät umfasst einen Brenner mit einer Anschlussvorrichtung für eine durch ein Brennstoffventil absperrbare Brennstoffversorgungsleitung, eine Anschlussvorrichtung an eine Abgasleitung, und eine Abgasüberwachungseinrichtung zur Überwachung einer Abgasströmung und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasüberwachungseinrichtung einen thermoelektrischen Generator umfasst, welcher eine wärmeleitende Verbindung zum Inneren des Heizgerätes aufweist. Der thermoelektrische Generator ist an einer Stelle angeordnet, die bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen (zulässigen) Regelbetrieb des Heizgerätes von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes umströmt und gekühlt ist. Bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, ist der thermoelektrische Generator von Abgas aus dem Heizgerät umströmt und erwärmt. Es ist eine unter den Bedingungen der Umströmung und der daraus resultierenden Kühlung oder Erwärmung des thermoelektrischen Generators schaltbare elektrische Schaltkreisanordnung zur Freigabe und/oder Unterbrechung seiner Brennstoffversorgung vorgesehen.
  • Der thermoelektrische Generator weist zwei Bereiche A und B auf, wobei die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Bereich A des thermoelektrischen Generators und dem Inneren des Heizgerätes besteht.
  • Der Bereich B des thermoelektrischen Generators ist bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen (zulässigen) Regelbetrieb des Heizgerätes von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes umströmt und gekühlt, wodurch sich eine Temperaturdifferenz T1 zwischen den Bereichen A und B einstellt. Bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, ist der Bereich B von Abgas aus dem Heizgerät umströmt und erwärmt, wodurch sich eine Temperaturdifferenz T2 zwischen den Bereichen A und B einstellt, die kleiner ist als die Temperaturdifferenz T1.
  • In einer geeigneten Ausführung arbeitet der thermoelektrische Generator nach dem Seebeck-Effekt und/oder nach dem Peltier-Effekt.
  • Das erfindungsgemäße Heizgerät kann ferner einen Brennraum, einen Wärmetauscherraum und eine Strömungssicherung mit Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen für Abgas und/oder Luft umfassen. Dann kann die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Inneren des Heizgerätes und dem Bereich A des thermoelektrischen Generators aus einem Verbindungsbauteil gebildet sein, das heizgeräteseitig in oder an den Brennraum, den Wärmetauscherraum oder die Strömungssicherung hineinreicht oder heranreicht und generatorseitig den Bereich A flächig kontaktiert.
  • Der thermoelektrische Generator ist außerhalb von Brennraum, Wärmetauscherraum und Strömungssicherung platziert.
  • Das Verbindungsbauteil besteht aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff und kann in Form eines Stabes oder eines Winkels ausgebildet sein.
  • In einer geeigneten Ausführung ist der thermoelektrische Generator vor einer Öffnung der Strömungssicherung angeordnet, durch die bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen (zulässigen) Regelbetrieb des Heizgerätes Luft aus der Umgebung des Heizgerätes in die Strömungssicherung einströmt, und durch die bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, Abgas aus dem Heizgerät austritt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Heizgerätes mit einer auf einem thermoelektrischen Generator basierenden Abgasüberwachungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei eingeschalteter Brennerfeuerung ein Bereich A des thermoelektrischen Generators über eine wärmeleitende Verbindung zum Inneren des Heizgerätes indirekt vom Abgasstrom erwärmt wird. Bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen (zulässigen) Regelbetrieb des Heizgerätes wird ein Bereich B des thermoelektrischen Generators von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes umströmt und konvektiv gekühlt. Unter Einfluss einer sich einstellenden Temperaturdifferenz T1 zwischen den Bereichen A und B erzeugt der thermoelektrische Generator eine elektrische Leistung L1, ein Signal S1, eine Spannung U1 oder einen Strom J1, unter dessen Einfluss ein die Brennstoffversorgung regelndes Brennstoffventil öffnet und/oder offen gehalten wird.
  • Bei Erwärmung des Bereiches A und Kühlung des Bereiches B erzeugt der thermoelektrische Generator eine elektrische Leistung L1, die eine elektrische Schaltkreisanordnung beeinflusst, die daraufhin eine das Brennstoffventil öffnende und/oder offen haltende elektrische Leistung V durchschaltet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, ein Bereich B des thermoelektrischen Generators von Abgas aus dem Heizgerät umströmt und konvektiv erwärmt wird. Unter Einfluss einer sich einstellenden Temperaturdifferenz T2 < T1 zwischen den Bereichen A und B erzeugt der thermoelektrische Generator eine elektrische Leistung L2 < L1, ein Signal S2, eine Spannung U2 < U1 oder einen Strom J2 < J1, unter dessen Einfluss das Brennstoffventil schließt bzw. nicht öffnet.
  • Bei Erwärmung der Bereiche A und B erzeugt der thermoelektrische Generator eine elektrische Leistung L2 < L1, die zu gering ist, um die elektrische Schaltkreisanordnung beeinflussen zu können, woraufhin ein Durchschalten einer das Brennstoffventil öffnenden und/oder offen haltenden elektrischen Leistung V verhindert wird.
  • In einer geeigneten Schaltkreisanordnung ist ein Transistor umfasst, der unter Einfluss der elektrischen Leistung L1 die elektrische Leistung V durchschaltet, und der unter Einfluss der elektrischen Leistung L2 die elektrische Leistung V nicht durchschaltet.
  • Mit der beschriebenen Erfindung ist ein Heizgerät mit Abgasüberwachungseinrichtung geschaffen, das eine erhöhte Sicherheit gegen eine bewusste, die Betriebssicherheit des Gerätes beeinflussende Manipulation seitens des Betreibers oder Installateurs bietet. Ein Abgasaustritt in den Aufstellraum wird sicher detektiert, indem die am thermoelektrischen Generator zwischen den Bereichen A und B anliegende Temperaturdifferenz ausgewertet wird:
    • Bei ordnungsgemäßem Betrieb (vollständige Abführung des Abgases in die Abgasleitung) ist die Temperaturdifferenz groß genug, um über den thermoelektrischen Generator eine Leistung, eine Spannung, ein Signal oder einen Strom zu erzeugen, die/der größer als ein bauteiltypischer Schwellwert der Schaltkreisanordnung ist, so dass das Brennstoffventil offen gehalten wird.
  • Bei Abgasaustritt in den Aufstellraum und konvektiver Erwärmung des thermoelektrischen Generators, speziell des Bereiches B, ist die Temperaturdifferenz so klein, dass die erzeugte Leistung, die Spannung, das Signal oder der Strom kleiner als der bauteiltypische Schwellwert der Schaltkreisanordnung zur Durchschaltung der Betriebsspannung des Brennstoffventils ist, das Brennstoffventil öffnet nicht bzw. wird nicht offen gehalten, die Brennstoffversorgung somit unterbrochen, der Brenner schaltet ab.
  • Ein Entfernen oder Kurzschließen des Temperatursensors, hier des thermoelektrischen Generators, führt dazu, dass das Gerät ausschaltet und/oder nicht wieder einschaltet. Zum ordnungsgemäßen Betrieb muss der Bereich A des Sensors warm, der Bereich B aber kühl sein. Bei Entfernung des Sensors wird die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Bereich A und dem Inneren des Heizgeräts unterbrochen, es ergibt sich keine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen den Bereichen A und B, um ein die Betriebsspannung des Brennstoffventils durchschaltendes Signal (Leistung, Spannung, Strom) zu erzeugen. Bei elektrischem Kurzschließen des Sensors stellt sich ebenfalls kein das Brennstoffventil offen haltendes Signal (Leistung, Spannung, Strom) ein.
  • Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigen in den Figuren:
    • Fig. 1
    den schematischen Aufbau eines Heizgerätes mit Abgasüberwachungsein- richtung
    Fig. 2
    den schematischen Aufbau eines Heizgerätes mit Abgasüberwachungsein- richtung a) bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen (zulässigen) Re- gelbetrieb des Heizgerätes sowie b) bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Ver- schluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand.
  • Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Heizgerät mit Brenner 1, Brennstoffventil 2, Brennstoffversorgungsleitung 3, Brennraum 4, Wärmetauscherraum 5, Strömungssicherung 6, Anschlussvorrichtung 7 an eine Abgasleitung und einer Abgasüberwachungseinrichtung 8. Die Abgasüberwachungseinrichtung 8 umfasst einen thermoelektrischen Generator 9 (mit Bereichen A und B) mit einer wärmeleitenden Verbindung 10 zum Inneren des Heizgerätes, hier zum Inneren der Strömungssicherung 6. Die Strömungssicherung 6 weist Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen für Abgas und/oder Luft auf, speziell die Öffnungen 11 zum Aufstellraum. Die Abgasüberwachungseinrichtung 8 umfasst ferner eine elektrische Schaltkreisanordnung 12 zur Freigabe und/oder Unterbrechung der Brennstoffversorgung über das Brennstoffventil 2. Die beispielhafte Schaltkreisanordnung 12 umfasst einen Gleichrichter, einen Kondensator, eine Spule, einen Transistor und eine Erdung. Der Transistor fungiert als Sicherheitsschalter und ist elektrisch verbunden mit dem thermoelektrischen Generator, einer Spannungsversorgung 13 und dem Brennstoffventil 2.
  • Fig. 2 zeigt zwei Betriebszustände des erfindungsgemäßen Heizgerätes.
  • In Fig. 2a liegt ein normaler (zulässiger) Regelbetrieb des Heizgerätes vor. Die aus der Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches entstehenden Heiz- und Abgase (gestrichelte Linien) durchströmen den Brennraum 4, den Wärmetauscherraum 5 und die Strömungssicherung 6, um über die Anschlussvorrichtung 7 in eine (nicht dargestellte) Abgasleitung abgeführt zu werden. Ein Bereich A des thermoelektrischen Generators 9 wird über die wärmeleitende Verbindung 10 indirekt vom Abgasstrom erwärmt. Ein Bereich B wird durch umgebende Raumluft und/oder einen aus der Umgebung in die Strömungssicherung hineingesaugten Luftstrom (gestrichelte Linien) gekühlt. Die sich daraufhin am thermoelektrischen Generator zwischen den Bereichen A und B einstellende Temperaturdifferenz T1 verursacht eine Leistung L1, ein Signal S1, eine Spannung U1 oder einen Strom J1 ("1"), die die am Transistor anliegende Betriebsspannung für das Brennstoffventil 2 durchschaltet, wodurch dieses öffnet bzw. offen gehalten wird.
  • In Fig. 2b liegt ein unzulässiger Betriebszustand des Heizgerätes vor, bei dem die aus der Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches entstehenden Heiz- und Abgase (gestrichelte Linien) nicht wie für den Regelbetrieb vorgesehen über die Abgasleitung abgeführt werden. Vielmehr ist die Abgasleitung mindestens teilweise verschlossen oder es liegt eine andere Ursache für einen Abgasaustritt in den Aufstellraum des Heizgerätes vor. Der Bereich A des thermoelektrischen Generators 9 wird (wie auch in Fig. 2a) über die wärmeleitende Verbindung 10 indirekt vom Abgasstrom erwärmt. Der Bereich B wird in diesem Betriebszustand aber (anders als in Fig. 2a) durch aus den Öffnungen 11 austretende Abgase (gestrichelte Linien) ebenfalls erwärmt. Zwischen den Bereichen A und B stellt sich daher nur eine kleine Temperaturdifferenz T2 ein. Die aus dieser Temperaturdifferenz T2 am thermoelektrischen Generator hervorgerufene Leistung L2, Signal S2, Spannung U2 oder Strom J2 ("2") sind so klein, dass sie nicht ausreichen, um die am Transistor anliegende Betriebsspannung für das Brennstoffventil 2 durchzuschalten, wodurch dieses schließt (nicht offen gehalten wird) bzw. nicht öffnet. Der Brenner schaltet aus.

Claims (13)

  1. Heizgerät umfassend einen Brenner mit einer Anschlussvorrichtung für eine durch ein Brennstoffventil absperrbare Brennstoffversorgungsleitung, eine Anschlussvorrichtung an eine Abgasleitung, und eine Abgasüberwachungseinrichtung zur Überwachung einer Abgasströmung,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasüberwachungseinrichtung einen thermoelektrischen Generator umfasst, welcher eine wärmeleitende Verbindung zum Inneren des Heizgerätes aufweist, und an einer Stelle angeordnet ist, die
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen Regelbetrieb des Heizgerätes von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes umströmt und gekühlt ist, und
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, von Abgas aus dem Heizgerät umströmt und erwärmt ist,
    wobei eine unter den Bedingungen der Umströmung und der daraus resultierenden Kühlung oder Erwärmung des thermoelektrischen Generators schaltbare elektrische Schaltkreisanordnung zur Freigabe und/oder Unterbrechung seiner Brennstoffversorgung vorgesehen ist.
  2. Heizgerät nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator zwei Bereiche A und B aufweist, wobei die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Bereich A des thermoelektrischen Generators und dem Inneren des Heizgerätes besteht.
  3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich B des thermoelektrischen Generators
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen Regelbetrieb des Heizgerätes von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes umströmt und gekühlt ist, wodurch sich eine Temperaturdifferenz T1 zwischen den Bereichen A und B einstellt, und
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, von Abgas aus dem Heizgerät umströmt und erwärmt ist, wodurch sich eine Temperaturdifferenz T2 zwischen den Bereichen A und B einstellt, die kleiner ist als die Temperaturdifferenz T1.
  4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator nach dem Seebeck-Effekt und/oder nach dem Peltier-Effekt arbeitet.
  5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen Brennraum, einen Wärmetauscherraum und eine Strömungssicherung mit Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen für Abgas und/oder Luft,
    dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Inneren des Heizgerätes und dem Bereich A des thermoelektrischen Generators aus einem Verbindungsbauteil gebildet ist, das heizgeräteseitig in oder an den Brennraum, den Wärmetauscherraum oder die Strömungssicherung hineinreicht oder heranreicht und generatorseitig den Bereich A flächig kontaktiert.
  6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator außerhalb von Brennraum, Wärmetauscherraum und Strömungssicherung platziert ist.
  7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff besteht und in Form eines Stabes oder eines Winkels ausgebildet ist.
  8. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator vor einer Öffnung der Strömungssicherung angeordnet ist, durch die
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen Regelbetrieb des Heizgerätes Luft aus der Umgebung des Heizgerätes in die Strömungssicherung einströmt, und
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, Abgas aus dem Heizgerät austritt.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung ein Bereich A eines thermoelektrischen Generators über eine wärmeleitende Verbindung zum Inneren des Heizgerätes indirekt vom Abgasstrom erwärmt wird, dass
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung in einem normalen Regelbetrieb des Heizgerätes ein Bereich B des thermoelektrischen Generators von Luft aus der Umgebung des Heizgerätes umströmt und konvektiv gekühlt wird, und dass
    • der thermoelektrische Generator unter Einfluss einer sich einstellenden Temperaturdifferenz T1 zwischen den Bereichen A und B eine elektrische Leistung L1 oder ein Signal S1 erzeugt, unter dessen Einfluss ein Brennstoffventil öffnet und/oder offen gehalten wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator bei Erwärmung des Bereiches A und Kühlung des Bereiches B eine elektrische Leistung L1 erzeugt, die eine elektrische Schaltkreisanordnung beeinflusst, welche Schaltkreisanordnung daraufhin eine das Brennstoffventil öffnende und/oder offen haltende elektrische Leistung V durchschaltet.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung ein Bereich A des thermoelektrischen Generators über eine wärmeleitende Verbindung zum Inneren des Heizgerätes indirekt vom Abgasstrom erwärmt wird, dass
    • bei eingeschalteter Brennerfeuerung und mindestens teilweisem Verschluss der Abgasleitung oder anderweitig bedingtem Abgasaustritt in den Aufstellraum, und somit in einem unzulässigen Betriebszustand, ein Bereich B des thermoelektrischen Generators von Abgas aus dem Heizgerät umströmt und konvektiv erwärmt wird, und dass
    • der thermoelektrische Generator unter Einfluss einer sich einstellenden Temperaturdifferenz T2 < T1 eine elektrische Leistung L2 < L1 oder ein Signal S2 erzeugt, unter dessen Einfluss das Brennstoffventil schließt oder nicht öffnet.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator bei Erwärmung der Bereiche A und B eine elektrische Leistung L2 < L1 erzeugt, die zu gering ist, um die elektrische Schaltkreisanordnung beeinflussen zu können, woraufhin ein Durchschalten einer das Brennstoffventil öffnenden und/oder offen haltenden elektrischen Leistung V verhindert wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreisanordnung einen Transistor umfasst, der unter Einfluss der elektrischen Leistung L1 die elektrische Leistung V durchschaltet, und der unter Einfluss der elektrischen Leistung L2 die elektrische Leistung V nicht durchschaltet.
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