[0001] Die Erfindung betrifft einen gasbefeuerten Wasser- oder Lufterhitzer mit einer sowohl
die Gaszufuhr zum Brenner als auch die Verbrennungsluftzufuhr steuernden Regeleinrichtung.
Zur optimalen Ausnutzung des dem Brenner zugeführten Brennstoffs muß nicht nur die
Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit vom Wärmebedarf, sondern zwecks Erzielung einer vollständigen
Verbrennung auch die Verbrennungsluftzufuhr der jeweiligen Brennstoffmenge angepaßt
werden. Aus GB-PS 12 35 891 ist eine Regeleinrichtung bekannt, bei der die Gaszufuhr
zum Brenner durch ein von einem Temperaturfühler gesteuertes Gasregelventil geregelt
wird. An die Ausgangsleitung des Regelventils ist ein federbelasteter Membranantrieb
angeschlossen, der eine Luftklappe im Verbrennungsluftzufuhrkanal steuert. Während
hier der dem Brenner zugeführte Gasdruck als Führungsgröße für die zuzuführende Luftmenge
dient, ist aus DE-OS 15 29 154 eine Vorrichtung zur Steuerung der Zufuhr von Gas und
Luft zu einem Infrarotbrenner bekannt, bei der in Abhängigkeit vom Wärmebedarf die
Luftmenge geregelt und der Druck in der Luftzufuhrleitung als Führungsgröße für ein
Stellglied in der Gaszufuhrleitung verwendet wird. Schließlich wird in der älteren
DE-OS 30 10 737 mit Zusatz DE-OS 30 44 678 die Verwendung eines gemeinsamen von einem
Temperaturfühler gesteuerten Servodruckreglers vorgeschlagen, dessen Ausgangssignal
gleichzeitig sowohl dem Antrieb des Gasregelventils als auch dem Antrieb des Luftmengenstellgliedes
zugeführt ist.
[0002] Neben einer solchen brennerseitigen Optimierung des Energieverbrauchs kann der Brennstoffbedarf
dadurch weiter herabgesetzt werden, daß die Abgase den Wasser-oder Lufterhitzer mit
möglichst niedriger Temperatur verlassen und somit möglichst wenig Wärme mitführen.
Zu diesem Zweck hat man zweistufige Erhitzer entwickelt, in denen dem ersten vom Brenner
unmittelbar aufgeheizten Wärmetauscher ein zweiter, sogenannter Kondensationswärmetauscher
nachgeschaltet ist, bei dem die heißen Abgase ihre Kondensationswärme an das zu erwärmende
Medium abgeben. Bei solchen und anderen Erhitzern mit niedriger Abgastemperatur ergeben
sich jedoch im Betrieb Schwierigkeiten, weil der Zug im Rauchgasabzug zu gering wird.
Dieser Zug ist bei atmosphärischen Brennern im wesentlichen bestimmt durch die Temperaturdifferenz
zwischen Rauchgas und Umgebungsluft. Sinkt diese Temperaturdifferenz, so vermindert
sich der Zug und der Brenner arbeitet aus diesem Grunde nicht ordnungsgemäß und damit
auch nicht energiesparend. Aufgabe der Erfindung ist es, hier mit einfachen Mitteln
Abhilfe zu schaffen, um einerseits den eingangs erwähnten brennerseitigen Optimierungsmaßnahmen
und andererseits der ebenfalls der besseren Brennstoffausnutzung dienenden Absenkung
der Rauchgastemperatur zu voller Wirksamkeit zu verhelfen. Diese Aufgabe wird gelöst
durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie hat den Vorteil, daß der künstliche
Zug im Rauchgasabzug ohne jegliche beweglichen Teile erzielt wird. Für den genannten
Zweck könnte man an sich im Rauchgasabzug ein Hilfsgebläse anordnen. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß infolge des Schwefelgehalts und anderer aggressiver Bestandteile des
Rauchgases ein solches Gebläse in kurzer Zeit korrodiert und nicht mehr einwandfrei
funktionsfähig ist. Aber selbst, wenn noch keine Kondensationsprobleme auftreten,
weil die Abgastemperatur noch hinreichend hoch ist, so wird es vielfach bereits an
einem ausreichenden Zug im Schornstein fehlen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der EErfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen. Sie wird naachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele
beschriebern, in denen der grundsätzliche Aufbau des gezeigten Wassererrhitzers und
der zugehörigen Regeleinrichtung mit den Ausführungsbeispielen nach der erwähnten
DE-OS 30 44 678 weitgehend übereinstimmt. Es zeigt
Fig. 1 einen Wassererhitzer mit zugehöriger Regeleinriichtung, bei der ein gemeinsamer
Servodruckregler auf daas Gasregelventil aufgesetzt ist, während in
Fig. 2 der gemeinsame Servodruckregler auf dem als Luiftmengenstellglied dienenden
Luftregelventil angeordneit ist, und in
Fig. 3 die den Zug verbessernde Zusatzluftmenge in Abhhängigkeit von der Rauchgastemperatur
geregelt wird.
[0003] Bei allen Ausführungsformen ist der Schließkörper 1 odes Hauptgasventils durch eine
Schließfeder 2 in Schließrzichtung federbelastet und wird durch einen Membranantriebb
vom Sitz abgehoben, sobald die vom Steuerdruck in der Kamnmer 3 auf die Membran ausgeübte
Kraft, die vom Ausgangsdruchk im Auslaß 5 auf die Gegenseite der Membran 4 einwirkende
Kraft zuzüglich der Kraft der Feder 2 übersteigt. In Fig. 1 erhält die Antriebskammer
3 ihren Steuerdruck über einern Kanal 6 sowie ein Einschaltmagnetventil von der Ausgarngskammer
eines Servodruckreglers 7, der von einem Temperraturfühler 8 gesteuert wird. Aufbau
und Wirkungsweise solccher Servodruckregler sind beispielsweise in der DE-PS 26 466
310 bzw. den DE-OS 29 03 201 und 29 03 203 ausführlich beschrieben. Zwischen den Einlaß
9 des Gasregelgeräts und das Hauptgasventil 1 ist ein nicht dargestelltes Sicherheitsventil
eingeschaltet, welches mittels einer Drucktaste 10 geöffnet werden kann und von einer
thermoelektriscthen Zündsicherungseinrichtung 11 offengehalten wird, solarnge das
dem Zündbrenner 12 zugeordnete Thermoelement 13 vcon der Zündflamme erwärmt wird.
Der Auslaß 5 des Gasregellventils steht über einen Kanal 14 mit dem Servodruckregler
7 in Verbindung. Nimmt der Ausgangsdruck im Auslaß 5 ab, so erzeugt der Servodruckregler
7 einen erhöhten Steuerdruck in der Leitung 6 und in der Antriebskammer 3, so daß
das Hauptgasventil 1 weiter geöffnet wird und der Ausgangsdruck wieder ansteigt. Der
Durchlaß des Hauptgasventils 1 wird auch dann vergrößert, wenn die vom Temperaturfühler
8 gemessene Temperatur, beispielsweise die Wassertemperatur am Ausgang 15 des Wärmetauschers
16 ihren Sollwert unterschreitet.
[0004] über eine Leitung 20 ist der Servodruckregler 7 zugleich an die Antriebskammer 21
eines servodruckgesteuerten Luftregelventils angeschlossen, dessen Schließkörper 22
wiederum durch eine Feder 23 in Schließrichtung vorgespannt ist und von einer Membran
24 betätigt wird. Der Einlaß 25 des Luftregelventils ist an einen Drucklufterzeuger
in Form eines Gebläses 26 angeschlossen, während im Auslaß 27 der Fühler 28 eines
Strömungsschalters 29 angeordnet ist. Sein durch den Luftstrom schließender Arbeitskontakt
liegt im Erregerstromkreis des Einschaltmagnetventils im Servodruckregler 7. Dieser
steuert also gleichzeitig die das Gasregelventil 1 durchströmende Gasmenge sowie die
das Luftregelventil 22 verlassende Luftmenge.
[0005] In dem als Verbraucher dargestellten Wassererhitzer sind der Wärmetauscher 16 und
der Hauptbrenner 30 von einem geschlossenen Gehäuse 31 umgeben. Die Verbrennungsgase
verlassen das Gehäuse 31 durch einen Abzug 32. Dem Einlaß 33 des Hauptbrenners 30
steht eine Injektordüse 34 gegenüber, über die vom Auslaß 5 des Gasregelventils Gas
in den Hauptbrenner strömt. Auf Grund der Strahlwirkung der Düse 34 saugt der Gasstrom
zugleich Primärluft an, welche dem Hauptbrenner 30 als Verbrennungsluft zugeführt
wird. Ferner weist das Gehäuse 31 einen Einlaß 35 für Sekundärluft auf, dem eine weitere
Injektordüse 36 gegenübersteht. Sie wird vom Luftregelventil 22 her mit Druckluft
gespeist und saugt ebenfalls auf Grund ihrer Strahlwirkung zusätzliche Verbrennungsluft
an und drückt sie in das Innere des Gehäuses 31. Dort steht sie dem Hauptbrenner 30
zur Erzielung einer möglichst vollständigen Verbrennung zur Verfügung. Ansonsten ist
das Gehäuse 31 geschlossen. Mit Hilfe einer Drossel 37 kann die der Luftdüse 36 zugeführte
Luftmenge zwecks Erzielung eines optimalen Gas/Luftgemischs eingestellt werden.
[0006] Zur Verbesserung des Zuges im Rauchgasabzug 32 ist in dem stromabwärts von einer
Zugunterbrechung 40 liegenden oberen Teil 41 des Rauchgasabzuges 32, 41 eine Luftaustrittsdüse
42 angeordnet, welche über eine Druckluftzuleitung 43 an die Druckluftquelle, bestehend
aus Gebläse 26 und Luftregelventil 22 angeschlossen ist. Im dargestellten Beispiel
erfolgt der Anschluß an den Ausgang 27 des Luftregelventils. Auf diese Weise wird
die den künstlichen Zug erzeugende Luftströmung aus der Düse 42 ständig der dem Brenner
zugeführten Luftmenge angepaßt. Bei hohen Schornsteinen kann es jedoch erforderlich
sein, die Düse mit einem höheren Luftdruck zu speisen. In diesem Falle empfiehlt es
sich, die Luftzuleitung 43 nicht an den Ausgang 27, sondern an den Eingang 25 des
Luftregelventils anzuschließen, wie dies in Form der Leitung 44 gestrichelt dargestellt
ist.
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[0007] Mit dem erhöhten Zug im Rauchgasabzug 41 wird über die Zugunterbrechung 40 zugleich
Außenluft angesaugt. Die hierdurch erhöhte Luftmenge verringert zwar die Gefahr, daß
das Rauchgas mit Wasserdampf-gesättigt ist. Bei niedrigen Außentemperaturen führt
die über die Zugunterbrechung 40 zugeführte Außenluft jedoch zugleich zu einer Absenkung
der Temperatur des Rauchgas/Luftgemischs im Schornstein 41, wodurch die Gefahr der
Kondensation erhöht wird. Dieser Gefahr kann man durch eine Erwärmung der der Düse
42 zugeführten Zusatzluftmenge begegnen. In Fig. 1 ist deshalb gestrichelt eine Ausführungsform
eingezeichnet, bei der die Anschlußleitung 43' zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses
31 des Wassererhitzers verläuft. Unter Umständen genügt es auch, die Leitung 43' an
der Außenwand der Erhitzers anliegend zu befestigen. Eine Drossel 45 gestattet die
Einstellung des der Luftaustrittsdüse 42 zugeführten Luftstroms an die jeweiligen
Verhältnisse des Rauchgasabzugs bzw. Schornsteins.
[0008] Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 im
wesentlichen dadurch, daß der Servodruckregler 7 nicht auf das Gehäuse des Hauptgasventils,
sondern auf das des Luftregelventils aufgesetzt ist. Hinsichtlich der Erzeugung des
künstlichen Zuges im Rauchgasabzug 32,41 arbeitet diese Ausführungsform in der gleichen
Weise wie zuvor beschrieben. Vorteilhaft ist, daß der Servodruckregler nicht mit Gas,
sondern mit Luft arbeitet und folglich bei etwaigen Undichtheiten kein Gas entweichen
kann. Er kann folglich aus weniger anspruchsvollen Materialien, beispielsweise Kunststoff
hergestellt werden. Infolge der Verwendung der beiden Injektordüsen 34 und 36 braucht
das Gebläse 26 nur eine verhältnismäßig geringe Luftmenge zu liefern, wobei die Verwendung
eines servogesteuerten Luftregelventils zugleich etwaige Schwankungen des vom Gebläse
gelieferten Versorgungsdruckes ausregelt.
[0009] Das hinsichtlich der gleichzeitigen Regelung von Gas- und Verbrennungsluftzufuhr
mit der'Ausführungsform nach Fig. 2 übereinstimmende Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
3 zeigt eine abweichende Regelung der den künstlichen Zug erzeugenden Luftmenge, welche
der Luftaustrittsdüse 42 zugeführt wird. Die Anschlußleitung 43 steht unmittelbar
mit dem Gebläse 26 in Verbindung. Zwischen dem Gebläse als Luftquelle und der Luftaustrittsdüse
42 im Rauchgasabzug 41 ist ein Drosselventil 47 vorgesehen, dessen Antrieb 48 von
einem Temperaturfühler 49 bzw. 49' gesteuert wird. Dieser mißt die Abgastemperatur
im Rauchgasabzug 41. Je niedriger diese Temperatur ist, umso weiter wird das Drosselventil
47 geöffnet und damit die der Zugverbesserung dienende Zusatzluftmenge erhöht. Der
Antrieb kann wie dargestellt über einen Ausdehnungstemperaturfühler 49 und eine Membrankapsel
48 oder durch ein Bimetall oder auf andere Weise erfolgen.
1. Gasbefeuerter Wasser- oder Lufterhitzer mit einer sowohl die Gaszufuhr zum Brenner
(30) als auch die Verbrennungsluftzufuhr steuernden Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet
, daß im Rauchgasabzug (32, 4T) des Erhitzers (31) eine einen künstlichen Zug erzeugende
Luftaustrittsdüse (42) angeordnet und an die Verbrennungsluftzufuhrleitung (25,46) angeschlossen ist.
2. Erhitzer nach Anspruch 1 mit einem Zugunterbrecher (40) im Rauchgasabzug (32,41),
dadurch gekennzeichnet , daß die Luftaustrittsdüse (42) stromabwärts vom Zugunterbrecher
(40) angeordnet ist.
3. Erhitzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlußleitung
(43') zur Luftaustrittsdüse (42) zumindest teilweise innerhalb des Erhitzergehäuses
(31) angeordnet ist.
4. Erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß in der
Anschlußleitung (43) eine einstellbare Drossel (45, 47) vorgesehen ist.
5. Erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Gebläse (26) mit nachgeschaltetem
Luftregelventil (22) als steuerbare Verbrennungsluftquelle, dadurch gekennzeichnet
, daß die Anschlußleitung (44) zwischen Gebläse (26) und Regelventil (22) angeschlossen
ist.
6. Erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Gebläse (26) mit nachgeschaltetem
Luftregelventil (22) als steuerbare Verbrennungsluftquelle, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußleitung (43) an den Ausgang (27) des Luftregelventils (22) angeschlossen
ist.
7. Erhitzer nach Anspruch 4 oder 5 mit einer Strahldüse (36) zur Verbrennungsluftzufuhr,
dadurch gekennzeichnet , daß der Strahldüse (36) eine einstellbare Drossel (37) vorgeschaltet
ist.
8. Erhitzer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Regelkörper des Gasregelventils
(1) und des Luftregelventils (22) mittels je eines Membranantriebes (4,24) gegenüber
dem zugehörigen Ventilsitz verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet , daß der Servodruckregler
(10) auf das Gehäuse des Gasregelventils (1-6) aufgesetzt und die Membrankammer (21)
des Luftregelventils (21-24) über eine Steuerdruckleitung (20) an den Servodruckregler
(7) angeschlossen ist (Fig. 1).
9. Erhitzer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Regelkörper des Gasregelventils
(1) und des Luftregelventils (22) mittels je eines Membranantriebes (4,24) gegenüber
dem zugehörigen Ventilsitz verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet , daß der Servodruckregler
(7) auf das Gehäuse des Luftregelventils (21-24) aufgesetzt und die Membrankammer
(3) des Gasregelventils (1-6) über eine Steuerdruckleitung (20) an den Servodruckregler
(7) angeschlossen ist (Fig. 2).
10. Erhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Drossel als steuerbares
Drosselventil (47) ausgebildet und sein Antrieb (48) an einen die Rauchgastemperatur
messenden Temperaturfühler (49,49') angeschlossen ist.