DE19711151A1

DE19711151A1 - Gas heater, especially for water heaters

Info

Publication number: DE19711151A1
Application number: DE19711151A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Besser; Franz Schmuker; Thomas Prestle; Manfred Hosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1998-09-24
Also published as: EP0866270B1; EP0866270A3; EP0866270A2; DE59710173D1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Gasheizgerät, insbesondere für Wassererhitzer, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Heizgeräten mit einem derart ausgebildeten Vormischbrenner (44 46 945 A1) wird den Brennzonen die Luft über einen gemeinsamen Kanal und das Gas über je eine Einzelleitung zugeführt, wobei die Zumessung des Gases zu jeder Brennzone über je ein in der betreffenden Einzelleitung angeordnetes Regelventil erfolgt. Diese Anordnung ist verhältnismäßig aufwendig und wegen der nicht zwangsläufigen Zuteilung der Luft zu den einzelnen Brennzonen auch anfällig gegen Kondensatbildung in einem Wärmeübertrager und im Abgasweg.The invention is based on a gas heater, in particular for water heaters, according to the genus of the main claim. At known heaters with such a trained Premix burner (44 46 945 A1) turns the air to the combustion zones via a common channel and the gas via one each Single line supplied, the metering of the gas to each firing zone over one in each Single line arranged control valve takes place. This Arrangement is relatively complex and because of not inevitable allocation of air to the individual Firing zones also prone to condensation in one Heat exchanger and in the exhaust gas path.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß gesonderte Regelventile in den Gas-Einzelleitungen entfallen und infolge der gesteuerten Zufuhr von Luft zu den einzelnen Brennzonen die Neigung zur Kondensatbildung im Wärmeübertrager und im Abgasweg verringert ist. Die Luftzuführung zu den nicht aktivierten Brennzonen bleibt voll aufrechterhalten, wodurch der Taupunkt der Abgase erhöht und die Gefahr der Kondensatbildung weitgehend vermieden wird. Der vom geförderten Luftvolumenstrom abgeleitete Steuerdruck für den Gas/Luft-Verbundregler und damit dessen einwandfreie Funktion, bleiben auch im Teillastbereich des Vormischbrenners voll erhalten.The arrangement according to the invention with the characteristic In contrast, features of the main claim have the advantage that separate control valves in the gas individual lines omitted and due to the controlled supply of air to the individual burning zones the tendency to form condensate in the Heat exchanger and in the exhaust gas path is reduced. The Air supply to the non-activated burning zones remains fully maintained, creating the dew point of the exhaust gases increased and the risk of condensation largely is avoided. The air volume flow conveyed derived control pressure for the gas / air compound controller and thus its flawless function remain in the Partial load range of the premix burner fully preserved.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.By the features listed in the subclaims advantageous embodiments of the arrangement according to Main claim possible.

Zur Vermeidung von Mischbereichen von Luft und noch nicht vollständig verbranntem Gas/Luftgemisch wird vorgeschlagen, daß auch in der Brennkammer Einzelkanäle gebildet sind, die mit den Einzelkanälen im Luftschacht, bzw. mit den Brennzonen korrespondieren und deren Höhe sich an der Ausbrandstrecke orientiert.To avoid mixed areas of air and not yet completely burned gas / air mixture is suggested that individual channels are also formed in the combustion chamber with the individual channels in the air shaft, or with the Firing zones correspond and their height varies with the Burnout path oriented.

Um die Abhängigkeit des Gasregeldrucks vom Gasvolumenstrom zu minimieren, bzw. auszuschalten, wird weiter vorgeschlagen, daß die Gas-Einzelleitungen in einer mit dem Ausgang des Gas/Luft -Verbundreglers verbundenen Druckkammer beginnen und eine den Ausgangsdruck an ein Steuerglied des Reglers leitende Referenzleitung aus einem strömungsberuhigten Bereich der Druckkammer herausführt. Dadurch ist erreicht, daß nur Änderungen der statischen Druckverhältnisse ausgangsseitig des Gas/Luft-Verbundreglers erfaßt und ausgeregelt werden. Die Druckkammer kann in den Regler integriert oder als eigenständiges Bauteil ausgebildet sein.The dependence of the gas control pressure on the gas volume flow to minimize or to switch off will continue proposed that the gas individual lines in one with the Output of the gas / air composite controller connected pressure chamber begin and one the output pressure to a control element of the Controller leading reference line from one leads flow-free area of the pressure chamber. This ensures that only changes to the static Pressure conditions on the outlet side of the gas / air compound controller be recorded and corrected. The pressure chamber can in the Integrated controller or as an independent component be trained.

In den Gas-Einzelleitungen ist eine Drosseleinrichtung zur Einstellung der Steigung der Gas/Luft-Kennlinie angeordnet. A throttle device is provided in the individual gas lines Adjustment of the slope of the gas / air characteristic curve arranged.

Dadurch kann der Gas/Luft-Verbundregler in vorteilhafter Weise an das entsprechende System angepaßt werden.As a result, the gas / air composite controller can be advantageous Be adapted to the corresponding system.

Darüber hinaus kann das Gasheizgerät mit unterschiedlichen Gasarten betrieben werden.In addition, the gas heater can be used with different Gas types are operated.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown schematically in the Drawing shown and in the description below explained. Show it

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Gas-Heizgerätes für Wassererhitzer, Fig. 1 is an overall view of a gas-heater for water heaters,

Fig. 2 die Steuer- und Regeleinrichtung des Heizgerätes nach Fig. 1 und Fig. 2, the control and regulating device of the heater according to Fig. 1 and

Fig. 3 ein Kennlinienbild der Einrichtung nach Fig. 2. Fig. 3 is a characteristic diagram of the device of FIG. 2.

Description of the embodiment

Das Heizgerät hat ein Gebläse 10, das Verbrennungsluft über einen Luftschacht 12 einem Vormischbrenner 14 zuführt. Über diesem ist eine Brennkammer 16 angeordnet, die oben durch einen Wärmeübertrager 18 für in einem Leitungsnetz 20 fließendes Wasser abgeschlossen ist. Der Vormischbrenner 14 ist in vier Brennzonen 22 geteilt, denen die Luft über Einzelkanäle 24a, b, c, d zugeführt ist. Die Einzelkanäle 24 sind durch Zwischenwände 26 im Luftschacht 12 voneinander abgeteilt. In der Brennkammer 16 sind Zwischenwände 28 zur Bildung von Kammerbereichen 30a, b, c, d vorgesehen, die mit den Einzelkanälen 24 und den Brennzonen 22 korrespondieren und sich an der Höhe der Ausbrandstrecke orientieren.The heater has a blower 10 which feeds combustion air to a premix burner 14 via an air shaft 12 . A combustion chamber 16 is arranged above this and is closed at the top by a heat exchanger 18 for water flowing in a line network 20 . The premix burner 14 is divided into four combustion zones 22 , to which the air is supplied via individual channels 24 a, b, c, d. The individual channels 24 are separated from one another by partition walls 26 in the air shaft 12 . In the combustion chamber 16 , partition walls 28 are provided to form chamber regions 30 a, b, c, d, which correspond to the individual channels 24 and the combustion zones 22 and are based on the height of the burnout path.

Das Brenngas ist dem Heizgerät über eine Hauptleitung 32 und eine in Fig. 2 näher dargestellte Einrichtung 34 zum Steuern und Regeln der Leistung des Vormischbrenners 14 und des Gas/Luft-Verhältnisses zugeführt. Die Einrichtung 34 hat zwei Sicherheitsventile 36, 38 und diesen nachgeschaltet einen Gasdruckregler 40 bekannter Bauart, dessen Regeldruck von einem pneumatischen Verbundstellglied 42 geführt ist. Dieses erfaßt die vom geförderten Luftvolumenstrom abhängige Druckdifferenz zwischen Meßpunkten 44, 46, von denen der eine, 44, im Luftschacht 12 vor einer Einschnürung 48 und der andere, 46, stromab der Einschnürung im Einzelkanal 24d angeordnet ist. Das Verbundstellglied 42 wirkt wie bekannt auf ein Servo-Steuerventil 50 des Gasdruckreglers 40 ein und ist mit diesem sowie mit den beiden Sicherheitsventilen 36, 38, wie in der Zeichnung angedeutet, zu einer Gas-Luft- Verbundarmatur 52 baulich zusammengefaßt.The fuel gas is fed to the heater via a main line 32 and a device 34, shown in more detail in FIG. 2, for controlling and regulating the power of the premix burner 14 and the gas / air ratio. The device 34 has two safety valves 36 , 38 and these are followed by a gas pressure regulator 40 of known type, the control pressure of which is guided by a pneumatic composite actuator 42 . This detects the pressure difference between measuring points 44 , 46 , which is dependent on the air volume flow being conveyed, one of which, 44 , is arranged in the air shaft 12 in front of a constriction 48 and the other, 46 , downstream of the constriction in the individual duct 24 d. The compound actuator 42 acts, as is known, on a servo control valve 50 of the gas pressure regulator 40 and is structurally combined with this and with the two safety valves 36 , 38 , as indicated in the drawing, to form a gas-air compound fitting 52 .

Der Ausgang des Gasdruckreglers 40 ist über eine Leitung 54 mit einer Druckkammer 56 verbunden, aus der Einzelleitungen 58a, b, c, d zu in den Einzelkanälen 24 des Luftschachts 12 angeordneten Gasdüsen 60 führen. An einen strömungsberuhigten Bereich der Druckkammer 56 ist eine Referenzleitung 62 angeschlossen, welche die statischen Druckverhältnisse am Reglerausgang in eine Steuerkammer des Servo-Steuerventils 50 überträgt. In den Einzelleitungen 58 ist je ein elektromagnetisch betätigtes Auf/Zu-Ventil 64 eingebaut und jede Einzelleitung 58 führt über eine verstellbare Drosseleinrichtung 66, deren Funktion nachstehend anhand des Kennlinienbildes nach Fig. 3 erläutert ist.The outlet of the gas pressure regulator 40 is connected via a line 54 to a pressure chamber 56 , from which individual lines 58 a, b, c, d lead to gas nozzles 60 arranged in the individual channels 24 of the air shaft 12 . A reference line 62 is connected to a flow-calming area of the pressure chamber 56 and transmits the static pressure conditions at the controller outlet into a control chamber of the servo control valve 50 . In the individual lines 58 a solenoid-operated open / close valve 64 is installed and depending on each individual line 58 via a variable throttle means 66, whose function is explained below with reference to the characteristic of the image of FIG. 3.

Auf der Abszisse des Kennlinienbildes ist die Differenz der Drücke p₁ und p₂ aufgetragen, die sich abhängig vom geförderten Luftstrom an den beiden Meßpunkten 44, 46 ergeben. Auf der Ordinate ist die Differenz zwischen dem geregelten Gasdruck p_BR und dem Druck p₂ am Meßpunkt 46 aufgetragen, also der Drucküberschuß, mit welchem das Gas in den betreffenden, die Mischkammer bildenden Einzelkanal 24 gelangt. Das Betriebsverhalten gemäß Linie a ergibt sich, wenn das Gas ungedrosselt durch die Drosseleinrichtung 66 strömt. Durch Verengen der Durchgangsöffnung in der Drosseleinrichtung 66 ergeben sich die gestrichelt gezeichneten Kennlinien b, c und d, wobei die Strecke e den möglichen Bereich der Verhältniseinstellung darstellt.The difference between the pressures p ₁ and p ₂ , which result as a function of the air flow conveyed at the two measuring points 44 , 46 , is plotted on the abscissa of the characteristic curve image. The ordinate plots the difference between the regulated gas pressure p _BR and the pressure p ₂ at the measuring point 46 , that is to say the excess pressure with which the gas reaches the respective individual channel 24 forming the mixing chamber. The operating behavior according to line a results when the gas flows unthrottled through the throttle device 66 . By narrowing the through opening in the throttle device 66 , the dashed lines b, c and d result, the distance e representing the possible range of the ratio setting.

Die Druckkammer 56, die Auf/Zu-Ventile 64 und gegebenenfalls auch die Drosseleinrichtungen 66 könnten auch mit der Gas/Luft-Verbundarmatur 52 baulich zusammengefaßt bzw. in diese integriert sein.The pressure chamber 56 , the on / off valves 64 and possibly also the throttle devices 66 could also be structurally combined with the gas / air composite fitting 52 or integrated into this.

Im Betrieb des Heizgerätes wird den einzelnen Brennzonen 22 sowohl die Luft als auch das Gas getrennt zugeführt, wobei in den Einzelkanälen 24 des Luftschachts 12 eine gute Durchmischung der beiden Verbrennungskomponenten erfolgt. Die Einzelkanäle 24 haben die Funktion von Vormischkammern, die den Brennzonen 22 des Vormischbrenners 14 einzeln zugeordnet sind. Während im Betrieb die Brennzone 22d ständig aktiviert ist, können die übrigen Brennzonen 22a, b, c wahlweise einzeln oder gruppenweise über die Auf/Zu- Ventile 64 zugeschaltet werden. Dabei wird auch über die nicht gasbeaufschlagten Einzelkanäle 24 Luft gefördert, die sich stromab des Wärmeübertragers 18 mit den Abgasen mischt und deren Taupunkt anhebt. Die Zwischenwände 28 in der Brennkammer 16 verhindern, daß sich Mischbereiche von Luft mit noch nicht vollständig verbranntem Gasgemisch ergeben.During operation of the heater, both the air and the gas are fed separately to the individual combustion zones 22 , with the two combustion components being thoroughly mixed in the individual channels 24 of the air shaft 12 . The individual channels 24 have the function of premixing chambers which are individually assigned to the combustion zones 22 of the premix burner 14 . While the firing zone 22 d is continuously activated during operation, the remaining firing zones 22 a, b, c can be switched on individually or in groups via the on / off valves 64 . Air, which mixes with the exhaust gases downstream of the heat exchanger 18 and raises their dew point, is also conveyed via the individual channels 24 not subjected to gas. The partition walls 28 in the combustion chamber 16 prevent mixing areas of air with a gas mixture which has not yet been completely combusted.

Durch die beschriebene Anordnung kann der Leistungs- bzw. Regelbereich des Heizgerätes erweitert werden, weil auch im unteren Leistungsbereich durch die Luftzumischung die Neigung zur Kondensatbildung weitgehend vermieden ist. Eine Erweiterung des Regelbereichs wird auch erleichtert bzw. ermöglicht, weil der zwischen den Meßpunkten 44, 46 erfaßte Steuerdruck unabhängig von der Anzahl der aktivierten Brennzonen 22, d. h. maßgebend für alle Leistungsstufen des Vormischbrenners 14 ist. Ein Zu- und Abschalten einzelner Brennzonen 22 bei unveränderter Luftmenge kann die den aktiven Brennzonen 22 zugeführte Gasmenge nicht verändern, weil in der Druckkammer 56 nur Änderungen der statischen Drücke erfaßt und vom Gasdruckregler 40 ausgeregelt werden. Mit den Drosseleinrichtungen 66 kann für jede einzelne Brennzone 22 eine Feinabstimmung des Gas/Luftverhältnisses bei sich ändernder Luftförderung des Gebläses 10 vorgenommen werden.With the arrangement described, the power or control range of the heater can be expanded because the tendency to form condensate is largely avoided even in the lower power range due to the air admixture. An expansion of the control range is also facilitated or made possible because the control pressure detected between the measuring points 44 , 46 is independent of the number of activated combustion zones 22 , ie is decisive for all power levels of the premix burner 14 . Switching individual combustion zones 22 on and off with an unchanged amount of air cannot change the amount of gas supplied to the active combustion zones 22 , because only changes in the static pressures are detected in the pressure chamber 56 and are regulated by the gas pressure regulator 40 . With the throttle devices 66 , the gas / air ratio can be fine-tuned for each individual combustion zone 22 when the air delivery of the fan 10 changes.

Claims

1.Gas heater, in particular for water heaters, with a premix burner, which is divided into individually activated combustion zones for the purpose of power rating, to which the combustion air is fed jointly by a fan and the fuel gas is supplied via a single line, characterized by the following features:

a) the combustion air, like the fuel gas, is fed to each combustion zone ( 22 a, b, c, d) via a single channel ( 24 a, b, c, d),
b) a gas / air compound controller ( 52 ) controlled by the air volume flow is installed in a main line ( 32 ) which feeds all the fuel gas individual lines ( 58 a, b, c, d),
c) for switching on and off the gas supply to individual combustion zones ( 22 a, b, c, d) in the respective fuel gas individual lines ( 58 a, b, c, d) on / off valves ( 64 ) are provided.

2. Heater according to claim 1, characterized in that also in the combustion chamber ( 16 ) individual channels ( 30 a, b, c, d) are formed, which with the individual channels ( 24 a, b, c, d) in the air shaft ( 12 ), or correspond to the firing zones ( 22 a, b, c, d) and their height is based on the burnout path.

3. Heater according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel gas individual lines ( 58 a, b, c, d) begin in a pressure chamber ( 56 ) connected to the outlet of the gas / air composite controller ( 52 ) and one Output pressure to a control member ( 50 ) of the regulator leading reference line ( 62 ) out of a flow-reduced area of the pressure chamber ( 56 ).

4. Heater according to one of the preceding claims, characterized in that in each fuel gas individual line ( 58 a, b, c, d) a throttle device ( 66 ) is arranged for adjusting the gradient of the gas / air characteristic.