GAS-FIRED WATER OR AIR HEATER

Abstract: 1. Gas heated water or air heater including a control apparatus which controls the supply of gas and of combustion air to the burner, comprising the following features : a) a gas control valve (1-5) controls the supply of heating gas ; b) an air control valve (21-25) controls the supply of combustion air in the same sense as the gas supply ; c) a servopressure regulator (7) compares the pressure at the outlet (5 or 7) of the gas control valve (1-5) or of the air control valve (21 to 25), respectively, with a setpoint value determined by a temperature sensor (8) and controls with its outlet pressure the actuator (2, 4) of the gas control valve as well as the actuator (23, 24) of the air control valve ; d) the outlet (5) of the gas control valve is connected to an injector nozzle (34) positioned opposite the inlet (33) of the burner with said nozzle simultaneously drawing primary air for the burner ; e) the burner (30) and a heat exchanging surface (16) heated by the burner are surrounded by a closed housing (31) which is provided with an inlet (35) for secondary air and is provided with an outlet to the stack (32, 41) ; f) a second injector nozzle (36) located opposite of an inlet (35) for secondary air and during operation drawing secondary air to the burner is connected to the outlet (27) of the air control valve (21-25) characterized in that g) an air ejecting nozzle (42) is provided in the stack (32, 41) of the heater (31) and generates artificial draft ; h) an adjustable throttle (45, 47) is provided in the connecting pipe (43) to the air ejecting nozzle (42) ; i) the connecting pipe (43, 44) is with its inlet connected to the inlet (25) or to the outlet (27) of the air control valve (21-25).

Description: Gasbefeuerter Wasser- oder Lufterhitzer 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. 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 nach folgend anhand zweier Ausführungsbeispiele beschriebetn, in denen der grundsätzliche Aufbau des gezeigten Wasseretr- hitzers und der zugehörigen Regeleinrichtung mit den Aus führungsbeispielen nach der erwähnten DE-OS 30 44 678 weitgehend übereinstimmt. Es zeigt Fig. 1 einen Wassererhitzer mit zugehöriger Regeleinrfichtung, bei der ein gemeinsamer Servodruckregler auf daas Gas regelventil aufgesetzt ist, während in Fig. 2 der gemeinsame Servodruckregler auf dem als Lufftmengen stellglied dienenden Luftregelventil angeordnett ist, und in Fig. 3 die den Zug verbessernde Zusatzluftmenge in Abshängig- keit von der Rauchgastemperatur geregelt wird. Bei allen Ausführungsformen ist der Schliesskörper 1 cdes Hauptgasventils durch eine Schliessfeder 2 in Schliessreich- tung federbelastet und wird durch einen Membranantrieffib vom Sitz abgehoben, sobald die vom Steuerdruck in der Kammer 3 auf die Membran ausgeübte Kraft, die vom Ausgangsdruckk 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 einen Kanal 6 sowie ein Einschaltmagnetventil von der Ausgotngs- kammer eines Servodruckreglers 7, der von einem Temperratur- fühler 8 gesteuert wird. Aufbau und Wirkungsweise solcher Servodruckregler sind beispielsweise in der DE-PS 26 4(6 310 bzw. den DE-OS 29 03 201 und 29 03 203 ausführlich beschrieben. Zwischen den Einlass 9 des Gasregelgeräts nind das Hauptgasventil 1 ist ein nicht dargestelltes Sicheer- heitsventil eingeschaltet, welches mittels einer Druc4itaste 10 geöffnet werden kann und von einer thermoelektriscHhen Zündsicherungseinrichtung 11 offengehalten wird, solange das dem Zündbrenner 12 zugeordnete Thermoelement 13 von der Zündflamme erwärmt wird. Der Auslass 5 des Gasregeil- ventils 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. 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. 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. 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. 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 Wasserdampfgesättigt 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. 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 au 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. 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.

Claims: Patentansprüche: 1. Gasbefeuerter Wasser- oder Lufterhitzer mit einer sowohl die Gaszufuhr zum Brenner (30) als auch die Verbrennungs luftzufuhr steuernden Regeleinrichtung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB im Rauchgasabzug (32, 41) des Erhitzers (31) eine einen künstlichen Zug er zeugende Luftaustrittsdüse (42) angeordnet und an die Verbrennungsluftzufuhrleitung (25,46) angeschlossen ist. 2. Erhitzer nach Anspruch 1 mit einem Zugunterbrecher (40) im Rauchgasabzug (32,41), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Luftaustrittsdüse (42) strom abwärts vom Zugunterbrecher (40) angeordnet ist. 3. Erhitzer nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anschlussleitung (43') zur Luftaustrittsdüse (42) zumindest teilweise innerhalb des Erhitzergehäuses (31) angeordnet ist. 4. Erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Anschlussleitung (44) zwischen Gebläse (26) und Regelventil (22) ange schlossen ist. 6. Erhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem gebläse (26) mit nachgeschaltetem Luftregelventil (22) als steuerbare Verbrennungsluftquelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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, d a d u r c h gek e n n z e ich ne t , 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 Luftregel ventils (22) mittels je eines Membranantriebes (4,24) gegenüber dem zugehörigen Ventilsitz verstellbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Servodruckregler (10) auf das Gehäuse des Gas regelventils (1-6) aufgesetzt und die Membrankammer (21) des Luftregelventils (21-24) über eine Steuer druckleitung (20) an den Servodruckregler (7) ange schlossen ist (Fig. 1). 9. Erhitzer nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Regelkörper des Gasregelventils (1) und des Luftregel ventils (22) mittels je eines Membranantriebes (4,24) gegenüber dem zugehörigen Ventilsitz verstellbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Servodruckregler (7) auf das Gehäuse des Luftregel ventils (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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drossel als steuerbares Drosselventil (47) ausgebildet und sein Antrieb (48) an einen die Rauchgastemperatur messenden Temperatur fühler (49,49') angeschlossen ist.

Inventors: BERKHOF, HENDRIKUS
Applicants: HONEYWELL B.V.
Application year: 1982
Main classification: F23N1
IPC codes: F24H1, F23N3, F23N1