Regeleinrichtung für einen gasbefeuerten Wasser- oder Lufterhitzer

Abstract

 Mit einer Regeleinrichtung für gasbefeuerte Wasser-oder Lufterhitzer soll die Ausnutzung des zugeführten Brenngases dadurch verbessert werden, daß die zur Erzielung einer vollständigen Verbrennung erforderliche Luftmenge automatisch ermittelt und bereitgestellt wird. Ein Gasregelventil (9) speist den Brenner (3) in Abhängigkeit vom Wärmebedarf mit der erforderlichen Menge Gas. Im Rauchgasabzug (21) ist ein auf den Restsauerstoffgehalt bzw. Kohlendioxydgehalt des Rauchgases ansprechender Fühler (31) vorgesehen, dessen Meßgröße in einem elektrischen Regler (32) mit einem Sollwet verglichen wird. Im Falle einer Regelabweichung steuert das Ausgangssignal des Reglers (32) eine steuerbare Druckluftquelle in Form eines Gebläses (15) mit nachgeschaltetem Luftregelventil (16) derart, daß die zur Erzielung einer optimalen Verbrennung erforderliche Luftmenge bereitgestellt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Regeleinrichtung ist beispielsweise aus der GB-PS 12 35 891 bekannt sowie in der älteren DE-OS 30 10 737 mit Zusatz DE-OS 30 44 678 beschrieben. Während in früheren Zeiten Wasser-und Lufterhitzer in privaten Haushalten sowie in Zentralheizungseinrichtungen weitgehend mit Gas etwa gleichbleibenden Heizwertes, wie Stadtgas betrieben wurden, werden heutzutage stark unterschiedliche Gase, wie Stadtgas, Erdgas und Flüssiggas angeboten, die sich sowohl durch ihren Heizwert, als auch hinsichtlich der zur Erzielung einer vollständigen Verbrennung erforderlichen Verbrennungsluftmenge stark unterscheiden. Als Kennzeichen für den Heizwert und die Dichte des Gases wird üblicherweise der sogenannte Wobbe-Index herangezogen, der für die einzelnen Gassorten recht unterschiedliche Werte aufweist. Zur optimalen Ausnutzung des Brennstoffes strebt man eine möglichst vollständige Verbrennung mit geringem Luftüberschuß an. Während für die Verbrennung von 1m³ Stadtgas etwa 3 bis 4m³ Luft erforderlich sind, benötigt Erdgas schon etwa 8m³ und Butan ungefähr 30m³. Da Brenner und zugehörige Regeleinrichtungen meist auf eine bestimmte Gassorte eingestellt sind und allenfalls durch besondere Kundendienstmaßnahmen auf eine andere Gassorte umgestellt werden können, haben die Gasversorgungsunternehmen die sich aus dem Angebot unterschiedlicher Gassorten ergebenden Schwierigkeiten für die Verbraucher dadurch zu beseitigen versucht, daß das Heizgas derart mit einem Hilfsgas, z.B. Luft oder Stickstoff gemischt wird, daß unabhängig von der Gassorte in das Versorgungsnetz Gas mit etwa gleichem Wobbeindex eingespeist wird. Solche Mischeinrichtungen sind jedoch nicht nur aufwendig, sondern bedürfen auch einer strengen sicherheitstechnischen Überwachung, damit nicht etwa bereits ohne Zufuhr zusätzlicher Verbrennungsluft ein brennbares Gasgemisch im Verteilernetz vorhanden ist oder sich bilden kann.

[0002] Die Erfindung strebt die Schaffung eines Wasser- oder Lufterhitzers an, der mit Gas von unterschiedlichem Wobbeindex befeuert werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Regeleinrichtung der im Anspruch 1 gekennzeichneten Art. Mit der Erfindung ist es möglich, trotz unterschiedlichen Heizwertes des angelieferten Gases den Brenner stets optimal, d. h. mit vollständiger Verbrennung des Heizgases bei geringem Luftüberschuß zu betreiben und damit den angelieferten Brennstoff bestmöglich auszunutzen.

[0003] Die Verwendung von Sauerstoff- und Kohlendioxydsonden zur Überwachung der Auspuffgase von Verbrennungsmotoren bzw: der Abgase von Kraftwerken und Industrieanlagen ist zwar an sich bekannt. Die Erfindung schafft unter Verwendung solcher an sich bekannter Sonden eine den Betrieb eines Wasser- oder Lufterhitzers mit unterschiedlichen Gassorten ermöglichende und zugleich für eine bestmögliche Ausnutzung des Heizgases sorgende Regeleinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0004] Zur Erläuterung wird nachfolgend auf ein in der Zeichnung wiedergegebenes Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung für den gasbefeuerten Heizkessel einer Warmwasser-Zentralheizungsanlage Bezug genommen.

[0005] Der Wärmetauscher 1 eines Wassererhitzers oder Boilers 2 wird von einem Hauptbrenner 3 erhitzt, dem ein Zündbrenner 4 sowie ein die Zündflamme überwachendes Thermoelement 5 zugeordnet sind. Dem Hauptbrenner 3 wird Gas über eine Injektordüse 6 zugeführt, welche auf Grund ihrer Saugwirkung dem Brenner 3 zugleich Primärluft zuführt. Die Injektordüse 6 steht dem Einlaß 7 des Hauptbrenners 3 gegenüber und ist an den Auslaß 8 eines Gasregelgeräts 9 angeschlossen. Dieses hat im gezeigten Ausführungsbeispiel den aus der Firmendruckschrift D3H-29 Honeywell "Kompakt-Ventile V4600/V8600" bekannten Aufbau und enthält einen Servodruckregler 10 sowie ein durch dessen Ausgangssteuerdruck gesteuertes Hauptgasventil 11.

[0006] Da die mittels der Gasdüse 6 zugleich angesaugte Primärluft für eine vollständige Verbrennung nicht ausreicht, weist das Erhitzergehäuse 2 ferner einen Lufteinlaß 12 auf, dem eine zweite Strahldüse 13 gegenübersteht. Der Lufteinlaß 12 mündet in ein Sekundärluft-Verteilungsrohr 14, welches nach Art eines Brennerrohres ausgebildet und mit Luftaustrittslöchern versehen ist. Die Druckluft für die Sekundärluftdüse 13 wird von einem Gebläse 15 geliefert, dem ein Luftregelventil 16 nachgeschaltet ist. Hierbei handelt es sich wiederum um ein druckgesteuertes Membranventil, dessen Steuerdruck von einem Servodruckregler 17 geliefert wird. Während der Servodruckregler 10 des Gasregelgeräts 9 im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem von Hand einstellbaren Sollwert arbeitet, ist beim Servodruckregler 17 für das Luftregelventil 16 der Sollwert mittels eines Elektromagnetantriebs 18 verstellbar. Aufbau und Wirkungsweise eines solchen elektrisch steuerbaren Servodruckreglers sind in der älteren DE-OS 30 15 980 beschrieben. An den Auslaß 19 des Luftregelventils 16 ist ferner eine Leitung 20 angeschlossen, die zu einer im Rauchgasabzug 21 vorgesehenen Luftaustrittsdüse 22 führt und dort zur Erzeugung eines künstlichen Zuges im Rauchgasabzug 21 oder Schornstein sorgt. Mittels einer in diese Leitung.eingeschalteten Drossel 23 läßt sich der der Düse 22 zugeführte Luftdruck einstellen. Die Anschlußleitung 20 zur Luftaustrittsdüse 22 kann auch,wie die gestrichelte Leitung 20' andeutet, unmittelbar an das Gebläse 15 angeschlossen sein.

[0007] Das im Wärmetauscher 1 aufgeheizte Wasser wird von einer Umwälzpumpe 24 durch den Heizmittelkreislauf in Form zweier Radiatoren 25 gepumpt. Ein Raumthermostat 26 schließt seinen Kontakte sobald die gemessene Raumtemperatur unterhalb des Sollwertes liegt. Der Kesselthermostat 27 schließt seinen Kontakt, sobald die Wassertemperatur am Einlaß des Wärmetauschers-1 unterhalb des vorzugsweise einstellbaren Sollwertes liegt. Schließlich ist noch ein Temperaturbegrenzer 28 vorgesehen, der den Stromkreis öffnet, sobald ein oberer Grenzwert der Wassertemperatur am Auslaß des Wärmetauschers 1 überschritten wird. Die drei genannten Thermostatschalter sind in Reihe mit der Erregerwicklung eines im Gasregelventil 9 vorgesehenen Einschaltmagnetventils an eine Stromquelle 29 angeschlossen. Fällt die Raumtemperatur unter den Sollwert ab und ist auch die Rücklauftemperatur nicht ausreichend hoch, so wird über das genannte Einschaltmagnetventil das Gasregelgerät 9 eingeschaltet; sein Druckregler 10 erzeugt einen Steuerdruck, welcher in der Antriebskammer 30 des Hauptgasventils 11 wirksam wird und dessen Schließkörper vom Sitz abhebt. Gas fließt somit zum Hauptbrenner 3, wird dort vom Zündbrenner 4 gezündet,und die Flammen erwärmen das Umlaufwasser im Wärmetauscher 1.

[0008] Da die mittels der Strahldüse 6 zugleich angesaugte Primärluft wie erwähnt, für eine vollständige Verbrennung des Heizgases nicht ausreicht, stellt der im Rauchgasabzug 21 vorgesehene Fühler 31 einen zu geringen Sauerstoff- bzw. Kohlendioxydanteil fest. Der Meßwert wird mit einem am elektrischen Regler 32 vorgegebenen oder mittels Sollwertgeber 33 einstellbaren Sollwerten verglichen. Ist der Sauerstoffanteil bzw. der C0₂-Anteil zu gering, so liefert der Regler 32 einen Ausgangsstrom auf der Leitung 34 an den Magnetantrieb 18 des Servodruckreglers 17, wodurch dieser über den Elektromagnetantrieb den Sollwert des Servodruckreglers erhöht und damit eine weitere Öffnung des Luftregelventils 16 bewirkt. Auf diese Weise wird über die Luftdüse 13 dem Luftverteiler 14 eine größere Menge Sekundärluft zugeführt und damit die Verbrennung verbessert. Ist wie im gezeigten Ausführungsbeispiel der Rauchgasabzug 21 mit einer Zugunterbrechung 35 versehen, so ist es unter Umständen günstiger, den Fühler 31' stromabwärts von diesem Zugunterbrecher 35 vorzusehen, weil der Fühler dann weniger heiß wird. Allerdings muß dann der Einfluß des über den Zugunterbrecher 35 angesaugten Luftstroms bei der Festlegung des Sollwerts für den Sauerstoff- oder Kohlendioxydanteil berücksichtigt werden. Steigt der Sauerstoffanteil über den Sollwert an, so meldet dies der Fühler 31 dem elektrischen Regler 32, welcher über den Elektromagnetantrieb 18 und den Servodruckregler 17 den Steuerdruck für das Luftregelventil 16 verringert, so daß dessen Schließkörper in Richtung Schließstellung verstellt wird und damit die zugeführte Sekundärluftmenge verringert.

[0009] Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Steuerung der Sekundärluftmenge über einen Elektromagnetantrieb und einen Servodruckregler kann das.Ausgangssignal des elektrischen Reglers 32 auch unmittelbar zur Steuerung der Drehzahl des Gebläses 15 verwendet werden, wie dies durch die gestrichelte elektrische Leitung 36 angedeutet ist.

Ansprüche

1. Regeleinrichtung für einen gasbefeuerten Wasser- oder Lufterhitzer mit einem von einem Temperaturfühler (26, 27) gesteuerten Gasregelventil (9) sowie einem in Abhängigkeit vom Gasdurchsatz gesteuerten Stellglied (16) für die Zufuhr von Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet , daß im Rauchgasabzug (21) des Erhitzers (2) ein den im Rauchgas enthaltenen Anteil von Sauerstoff (0₂) oder Kohlendioxyd (C0₂) erfassender Fühler (31,31') angeordnet und an einen elektrischen Regler (32) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal das Luftmengenstellglied (15,16) steuert.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal des elektrischen Reglers (32) die Drehzahl eines als Verbrennungsluftquelle dienenden Gebläses (15) steuert.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 mit einem Gebläse (15) und einem nachgeschalteten Regelventil (16) als regelbare Verbrennungsluftquelle, dadurch gekennzeichnet , daß das Regelventil (16) einen Servodruckregler (17) sowie einen von dessen Ausgangssteuerdruck beaufschlagten Membranantrieb für den Drosselkörper des Regelventils aufweist und daß auf den Servodruckregler (17) ein vom Ausgangssignal des elektrischen Reglers (32) beeinflußter, den Sollwert des Druckreglers (17) bestimmender Elektromagnetantrieb (18) aufgesetzt ist.

4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Auslaß (8) des Gasregelventils (9) ist an eine dem Einlaß (7) des Brenners (3) gegenüberstehende Injektordüse (6) angeschlossen, welche zugleich Primärluft für den Brenner ansaugt;

b) der Brenner (3) und eine vom ihm beheizte Wärmetauscherfläche (1) sind von einem geschlossenen Gehäuse (2) umgeben, welches einen Sekundärlufteinlaß (12) sowie einen Rauchgasabzug (21) aufweist;

c) an eine dem Sekundärlufteinlaß (12) gegenüberstehende, im Betrieb Sekundärluft ansaugende zweite Injektordüse (13) ist die regelbare Verbrennungsluftquelle (15,16) angeschlossen.

5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer im Rauchgasabzug (21) vorgesehenen Luftaustrittsdüse (22) zur Erzeugung eines künstlichen Zuges, dadurch gekennzeichnet , daß der Fühler (31,31') im Rauchgasabzug (21) stromaufwärts von der Luftaustrittsdüse (22) angeordnet ist.

Zeichnung