Heizgerät mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Durchsatzes der Verbrennungsluft

Abstract

 Zur Steuerung des Durchsatzes der Verbrennungsluft zu ei­nem mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeisten Gebläse­brenner (1) eines Heizgerätes, zum Beispiel eines Wasser­heizers, ist in der Verbrennungsluftführung (10) ein in Betriebspausen selbsttätig, zum Beispiel unter dem Ein­fluß einer Rückholfeder (17), schließendes und nur bei einer Wärmeanforderung öffnendes Ventil (13, 14) vorgesehen.
Der Ventilkörper (14) dieses Ventiles (13, 14) kann in­nerhalb eines der Verbrennungsluftführung dienenden, oberhalb der Brennkammer (2), des Wärmetauschers (3) und der Abgashaube (6) des Gebläsebrenners (1) angeordneten Kanales (10) einer in der Wandung dieses Kanales (10) vorgesehenen, als Ventilsitz dienenden Ausnehmung (13) koaxial gegenüberliegen, über die die Verbrennungsluft dem Gebläsebrenner (1) zustremt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Durchsatzes der Verbrennungsluft zu einem mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeisten Gebläsebrenner eines Heizgerätes, zum Beispiel eines Wasserheizers.

[0002] Wenn solche Geräte eine Bauart aufweisen, die sie befä­higt, sowohl raumluftabhängig als auch raumluftunabhängig betrieben zu werden und sowohl für einen Anschluß an ei­nen Kamin als auch für einen unmittelbaren Anschluß an eine Außenwandöffnung geeignet zu sein, bedeutet dies ei­ne große Breite der Druckverluste sowohl auf der Abgas- als auch auf der Verbrennungsluftseite. Bei diesen Band­breiten ist es kaum möglich, einen optimalen Betrieb des Gerätes hinsichtlich Wirkungsgrad und Emissionswerte zu gewährleisten. Eine Möglichkeit wäre die selbsttätige An­passung zum Beispiel mittels einer im Abgasstrom angeord­neten Lambda-Sonde, die die Abweichung von einem vorgege­benen Soll-Wert erfaßt und zum Beispiel über eine Dreh­zahlregelung die Drehzahl des Gebläsemotors beziehungs­weise mit Spannungsänderung auf eine Gleichstromspule ei­ner Verbrennungsluft-Zirkulationssperre reagiert und ent­sprechende Korrekturen vornimmt.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung eine manuelle oder automa­tische je nach regelungstechnischer Ausrüstung des Heiz­gerätes an die jeweils vorgegebenen örtlichen Verhältnis­se der Verbrennungsluft und Abgasführung zu ermöglichen beziehungsweise die Einstellung der Verbrennungsluftein­richtung so zu korrigieren, daß die abgegebene Leistung und Luftzahl den Auslegungsdaten wieder entspricht.

[0004] Ferner soll durch eine phasenweise Zirkulationssperre der Verbrennungsluft einer Auskühlung, insbesondere bei einer raumluftunabhängigen Betriebsweise, vorgebeugt werden; eine solche Betriebsweise kann gegebenenfalls ein Ein­frieren des Wärmetauschers zur Folge haben.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zunächst dadurch ge­löst, daß zur Steuerung des Durchsatzes der Verbrennungs­ luft in der Verbrennungsluftführung ein in Betriebspausen selbsttätig, zum Beispiel unter dem Einfluß einer Rück­hohlfeder, schließendes und nur bei einer Wärmeanforde­rung öffnendes Ventil vorgesehen ist, das die Zirkulation der Verbrennungsluft bedarfsweise zu drosseln oder zu sperren vermag, beziehungsweise diese Zirkulation nur be­darfsweise freigibt.

[0006] Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsge­mäßen Vorrichtung eignet sich für eine zuverlässige Steuerung ein elektrisch betätigbares, bei Stromzufuhr öffnendes Magnetventil.

[0007] Eine einstellbare Justierung dieses Ventiles ermöglicht es, den Verbrennungsluftdurchsatz vor Ort den jeweiligen Verhältnissen entsprechend zu steuern. Das Ventil wirkt als Zirkulationssperre, das heißt, daß nur bei Wärmean­forderung an das Gerät die Spule erregt wird und der Drosselkegel gegen die voreingestellte mechanische Hubbe­grenzung angehoben wird. Somit kann nur während des Be­triebes des Brenners unter Berücksichtigung einer sicher­heitstechnisch notwendigen Vor- und Nachlaufzeit dem Ge­bläse Verbrennungsluft durch den Einlaß gezielt und do­siert zugeführt werden.

[0008] Als Variante ist denkbar, daß bei Geräten, die in Wohn­räumen aufgestellt werden, zur Verbesserung der Betriebs­sicherheit bei Wärmeanforderung das Gebläse anläuft und einen Unterdruck erzeugt, der über einen im Gerät inte­grierten Druckwächter erfaßt wird und bei Erreichen des Schaltwertes die Magnetspule erregt und die Drossel öffnet. Der Schaltwert bei diesem Gerätesystem berück­sichtigt den Toleranzbereich der möglichen Leckrate.

[0009] In Ausgestaltung der Erfindung ist eine das Magnetventil oder einen Linearschrittmotor steuernde Einrichtung vor­gesehen, die abhängig von herrschendem Differenzdruck über die Verbrennungsluftführung und das Gehäuse über ei­nen Differenzdruckwächter bei einem in Versuchen festge­legten Druck die Brennerfreigabe startet, wenn sich in einer bestimmten Zeit bei einem kurzfristigen Betrieb des Gebläses der für die Dichtheitskontrolle festgelegte Wert aufkommt.

[0010] Als weitere Sicherheit ist die Endlagenmeldung des Dros­selkegels des Magnetventils durch einen Mikroschalter denkbar.

[0011] Bei Erreichen der voreingestellten Soll-Temperatur wird der Brennerbetrieb ausgeschaltet, und unter Berücksichti­gung einer Nachlaufzeit für das Gebläse wird die Gleich­ stromspule stromlos geschaltet. Der Drosselkegel wird aufgrund der Federkraft und des Eigengewichts auf den Dichtsitz gepreßt und verschließt somit die Verbrennungs­luftführung in das Gerät und verhindert so eine Zirkula­tion sowie die Auskühlung.

[0012] Weitere Varianten der Betriebsweise der Zirkulations­sperre sind möglich. Bei entsprechender Auslegung der Gleichstromspule und der mechanischen Hubbegrenzung ist ein zweistufiger oder mehrstufiger Betrieb des Brenners denkbar, denn für jede angelegte Spannung und festgelegte Federkraft ist eine Zuordnung je Leistungsstufe unter Be­rücksichtigung der gewünschten Luftzahl möglich. Der je­weils notwendige Öffnungsquerschnitt pro Leistungsstufe wurde vorher zugeordnet.

[0013] Des weiteren kann der Druckabfall über die Drosselstelle als Soll-Wert für einen Gasdruckregler mit pneumatischer Gemischregelung vorgegeben werden. Hier könnte der Bren­ner im Bereich seiner technischen Tauglichkeit modulie­rend betrieben werden. Ein Vorteil, besonders bei Geblä­seflächenbrennern, ist der Einsatz eines solchen Gas­druckreglers, der durch pneumatische Anbindung an die Verbrennungslufteinrichtung auf Veränderungen bei Start- und Wechselbetriebsvorgängen die Luftzahl im eingestell­ten Bereich konstant hält durch Anpassung des Gasdurch­ satzes. Hier neigen Heiz- und Brennwertgeräte mit Geblä­seflächenbrenner häufig zu Störabschaltungen (durch einen zu geringen Ionisationsstrom), wenn sie mit einer festen Zuordnung der Verbrennungsluft und Gasdrossel durch be­triebsmäßig festgelegte Querschnitte ausgerüstet sind.

[0014] Die bei solchen Vorgängen schwankenden Luftzahlen bewir­ken ein Abheben der Flammen von der Brennerplatte und da­mit bedingt einen geringeren Ionisationsstrom, der so weit absinkt, daß es zu einer Störabschaltung kommen kann. Die pneumatische Gemischregelung würde bei solchen Vorgängen die Luftzahl in einem kleinen Bereich konstant halten und somit die Abhebeneigung der Flammen von der Brennerplatte reduzieren.

[0015] Als Antrieb für die Zirkulationssperre ist auch ein Schrittmotor sowie ein hydraulischer Linearmotor denkbar, wobei die Stellbewegung des Motors durch den erzeugten Differenzdruck auf der Heizwasserseite während des Be­triebes der intermittierenden Umwälzpumpe ausgelöst wird.

[0016] Die Einstellung des Ventiles wird auf einfachste Weise dadurch ermöglicht, daß die Kraft der Rückholfeder be­darfsweise einstellbar ist.

[0017] Die Kraft der Rückholfeder ist bedarfsweise einstellbar, und der so über die Drosselstelle entstehende Druck zur pneumatischen Ansteuerung eines Verhältnisdruckreglers Gas/Luft wird genutzt, der nach werkseitiger einmaliger Justierung und Abstimmung betriebsmäßige Schwankungen ausgleicht, indem durch Änderung des Gasvolumenstroms die Luftzahl konstant gehalten wird.

[0018] In baulicher Hinsicht ist es besonders günstig und raum­sparend, wenn der Ventilkörper des in der Verbrennungs­luftführung angeordneten Ventiles innerhalb eines zu die­ser Führung gehörenden, oberhalb der Brennkammer, des Wärmetauschers und der Abgashaube des Gebläsebrenners an­geordneten Kanales einer in der Wandung dieses Kanales vorgesehene, als Ventilsitz dienenden Ausnehmung koa­xial gegenüberliegt, über die die Verbrennungsluft dem Gebläsebrenner zuströmt.

[0019] Ein solcher Kanal kann von der Abgasführung, die an die Abgashaube der Brennkammer des Gerätes ausgeht, durch­setzt werden und eine diese Abgasführung umschließende Manschette kann solcherart den Einlaß für die Verbren­nungsluft bilden. Ferner kann der Kanal zwischen dem Ein­laß für die Verbrennungsluft und der den Auslaß für die Verbrennungsluft bildenden Ausnehmung sehr günstig einen Staubfilter aufnehmen, der von dem in der Nähe unterge­brachten Druckdifferenzwächter gut überwacht werden kann.

[0020] Der Kanal kann an der Unterseite der Decke eines das Ge­rät dicht umschließenden Gehäuses verlaufen, so daß diese Decke vorteilhafterweise eine Wandung dieses Kanales ver­körpert und an dieser Decke sowohl die den Einlaß der Verbrennungsluft bildende und die Abgasführung umschlie­ßende Manschette als auch die Basis des den Verbrennungs­luftdurchsatz steuernden Ventiles befestigt werden kann.

[0021] Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen veranschaulicht und nachstehend anhand dieser Zeichnungen erläutert.

[0022] Im einzelnen zeigen:

Figur 1 das Gerät mit der Vorrichtung in einem schemati­schen Vertikalschnitt,

Figur 2 a einen Schnitt durch das zugehörige Ventil in Betriebsstellung und

Figur 2 b einen Schnitt durch das zugehörige Ventil in Ruhestellung.

[0023] Der mit einem Gebläsebrenner 1 beheizte, oberhalb eines Brennraumes 2 angeordnete Wärmetauscher 3 eines Gerätes, zum Beispiel eines Wasserheizers, befindet sich innerhalb eines technisch dichten Gehäuses 21, dessen Decke mit 4 bezeichnet ist.

[0024] Diese Gehäusedecke 4 wird innerhalb einer Manschette 5 von einer an die Abgashaube 6 des Wärmetauschers 3 an­schließenden Abgasführung 7 durchsetzt, die im Abgasstut­zen 8 der Abgashaube 6 mittels einer Dichtung 9 dichtend gehalten wird.

[0025] Diese Dichtung 9 dichtet die Abgasführung 7 auch gegen die Wandung eines die Verbrennungsluft führenden Kanales 10 ab, der im oberen Teil des Gerätegehäuses unterhalb dessen Decke 4 verläuft und über die Manschette 5 mit Verbrennungsluft aus dem Aufstellungsraum des Gerätes oder einem Außenmaueranschluß gespeist wird. Dem Gebläse­brenner 1 wird die Verbrennungsluft aus diesem Kanal 10 mittels eines nicht dargestellten Gebläses über die Ge­mischverteilerkammer 11 und den Anschluß 12 zugeführt. Der Austritt der Verbrennungsluft (Raumluft oder Frisch­luft) aus dem Kanal 10 erfolgt über die Ausnehmung 13 der Wandung dieses Kanales 10, die mittels eines zu dieser Ausnehmung 13 koaxialen kegelförmigen Ventilkörpers 14 phasenweise verschließbar ist. Die über diese Ausnehmung 13 in das Gerätegehäuse eintretende Verbrennungsluft ge­langt über das Gebläse in die Gemischverteilerkammer 11, wird jedoch vorher in dem zwischen der Manschette 5 und der Ausnehmung 13 angerodneten Staubfilter 15 gereinigte

[0026] Ferner ist im Bereich des Kanals 10 ein Differenzdruck­wächter 16 angeordnet, der die Einhaltung der für den einwandfreien Betrieb des Gerätes erforderlichen Druck­verhältnisse überwacht.

[0027] Zur Steuerung des in bezug zur Ausnehmung 13 axial beweg­lich gelagerten Ventilkörpers 14 dient gemäß Figur 2 ein Gleichstrommagnet 18, der gegen die Wirkung der den Ven­tilkörper 14 beeinflussenden Rückholfeder 17 erregbar und mittels einer Basis 19 an der Gehäusedecke 4 befestigt ist.

[0028] Die jeweilige Endlage beziehungsweise der Betriebszustand kann durch ein beliebiges Überwachungselement erkannt und gesteuert werden, zum Beispiel durch einen Mikroschalter. Ebenso kann ein Differenzdruckwächter (Figuren 1, 16) erst bei Erreichen eines bestimmten Unterdrucks durch das Gebläse die Gleichstromspule 18 erregen, dies aber stets in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Gerätes.

[0029] Die Funktion der Vorrichtung ergibt sich aus deren oben geschildertem Aufbau wie folgt:

[0030] In Betriebspausen wird der kegelförmige Ventilkörper 14 von seiner Rückholfeder 17 auf den von der Ausnehmung 13 gebildeten Ventilsitz 13 gedrückt, verschließt oder (stufenlos) drosselt den Verbrennungsluftdurchsatz zum

[0031] Brenner 1 und wirkt dadurch als Zirkulationssperre bezie­hungsweise -drossel.

[0032] Bei allgemeiner Wärmeanforderung, sei es einer Heizungs­wasser- oder Brauchwasseranforderung, wird der Gleich­strommagnet 18 erregt und zieht die Feder 17 gegen den von außen einstellbaren Anschlag 20.

[0033] Diese Einstellbarkeit ermöglicht eine nachträgliche Ju­stierung der Vorrichtung am Einbauort. Durch Auswahl der Rückholfeder 17 und/oder des Gleichstrommagneten 18 ist auch eine unterschiedliche Bemessung des Verbrennungs­luftdurchsatzes für Heizungs- oder Brauchwasserbetrieb möglich.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Steuerung des Durchsatzes der Verbrennungsluft zu einer Verbrennungsluftfüh­rung zu einem mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeisten Gebläsebrenner eines Heizgerätes mit­tels einer in der Verbrennungsluftführung ange­ordneten, in Betriebspausen selbsttätig, zum Beispiel unter dem Einfluß einer Rückholfeder (17), schließenden und nur bei einer Wärmeanfor­derung öffnenden Ventils mit einem Ventilkörper und einem Ventilsitz, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (14) und eine ihn auf den Ventilsitz (13) vorspannende Ventilschließfeder (17) innerhalb eines zu dieser Verbrennungsluft­führung gehörenden, oberhalb einer Brennkammer (2) eines Wärmetauschers (3) und einer Abgashau­ be (6) des Gebläsebrenners (1) angeordneten Ka­nales (10) vorgesehenen, als Ventilsitz dienen­den Ausnehmung (13) koaxial gegenüberliegen, die Teil eines Differenzdruckwächters ist, der einen Stellmagneten (18) des Ventilkörpers (14) ansteuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß dieser Kanal (10) von der Abgas­führung (7) des Gebläsebrenners (1) durchquert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine die Abgasführung (7) mit Abstand um­schließende Manschette (5), die den Einlaß für die Verbrennungsluft bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10) zwi­schen dem Einlaß für die Verbrennungsluft und der den Auslaß der Verbrennungsluft zum Brenner (1) bildenden Ausnehmung (13) einen Staubfilter (15) enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10) an der Unterseite der Decke (4) eines das Heizgerät umschließenden Gehäuses (21) verläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß an dieser Decke (4) sowohl die den Einlaß der Verbrennungsluft bildende und die Ab­gasführung (7) umschließende Manschette (5) als auch die Halterung (19) des den Verbrennungs­luftdurchsatz steuernden Ventiles (13, 14) befe­stigt ist.

Zeichnung