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EP4450874A1 - Heating device with pneumatic gas-air combination and method for operating a heating device - Google Patents

Heating device with pneumatic gas-air combination and method for operating a heating device Download PDF

Info

Publication number
EP4450874A1
EP4450874A1 EP24170775.1A EP24170775A EP4450874A1 EP 4450874 A1 EP4450874 A1 EP 4450874A1 EP 24170775 A EP24170775 A EP 24170775A EP 4450874 A1 EP4450874 A1 EP 4450874A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating device
gas
venturi
gas valve
combustion air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24170775.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marcos Pagoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4450874A1 publication Critical patent/EP4450874A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/027—Regulating fuel supply conjointly with air supply using mechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to a heating device with a pneumatic gas-air connection and a method for operating a heating device.
  • Heating devices for the combustion of a fuel gas usually form a combustion mixture of fuel gas and combustion air with a predetermined combustion air ratio (also known as lambda or air ratio) and feed this to a burner for combustion.
  • a predetermined combustion air ratio also known as lambda or air ratio
  • Heating devices with a pneumatic gas-air connection record a reference pressure in the area of a throttle point, often referred to as a venturi, arranged in the combustion air supply, which allows a conclusion to be drawn about the supplied mass flow of combustion air.
  • the gas valve adds a mass flow of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio.
  • a heating device is used, for example, in the EP 3 957 910 A1 described.
  • the advantage of pneumatic mixture formation is that it does not require complex sensors and is therefore very robust in use and simple in construction.
  • the heating output or the activation of a modulation point in such heaters is controlled by means of the fan speed, which sets the mass flow of combustion air to be supplied.
  • Modern heaters have a large modulation range in order to ensure a high level of user comfort and to avoid frequent, to avoid wear-inducing switching on and off of the heater.
  • the flow cross-section (diameter) of the Venturi nozzle must be selected to be small.
  • the associated high pressure loss of the Venturi nozzle can lead to high control pressures of the gas valve upstream (in relation to the flow direction) of the Venturi nozzle and a correspondingly low pressure difference between the pressure of the gas supply and the control pressure.
  • One consequence is a limitation of the maximum output of the heater, since above a certain limit a robust setting of the combustion air ratio (lambda) is not possible due to the low differential pressure, and thus a limitation of the possible modulation range.
  • the DE 295 04 706 U1 proposes a heater in which a radial fan is arranged upstream of a Venturi nozzle. To regulate the combustion air ratio, a differential pressure is recorded before and after the Venturi nozzle. The disadvantage of this arrangement is that it cannot precisely adjust the combustion air ratio with a large modulation range in high power ranges.
  • the object of the invention is to propose a heating device with a pneumatic gas-air connection that at least partially overcomes the problems of the prior art described.
  • an increase in the modulation range is to be achieved.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a heating device and require only minor structural changes to a heating device and enable easy integration into an existing production process.
  • a heating device comprising a conveying device for conveying combustion air to a burner, a venturi device arranged downstream of the conveying device and a gas valve connected to a gas supply and to a pressure control, wherein a control line downstream of the venturi device is connected to the gas valve and the gas valve is configured to adjust a flow rate of fuel gas according to a reference pressure in the control line.
  • the heating device can be a gas heating device with a pneumatic gas-air connection.
  • This can have a conveying device, in particular a fan, which can convey a mass flow (or volume flow) of combustion air.
  • the combustion air can be supplied via a combustion air supply, having a Venturi device (Venturi nozzle) as a throttle point, which can be arranged downstream of the conveying device.
  • a gas valve is set up to add a mass flow of combustion gas corresponding to a predetermined combustion air ratio and the mass flow of combustion air.
  • the combustion mixture formed can then be fed to a burner of the heater via a mixture channel and burned there.
  • a reference pressure (control pressure) which allows a conclusion to be drawn about the mass flow of combustion air effectively conveyed, is transmitted to the gas valve via a control line. It is proposed to record the control pressure downstream of the Venturi device.
  • the control pressure line can open into the mixture channel downstream of the Venturi device.
  • the gas valve can relieve the fuel gas from the pressure in the gas supply (e.g. pressure of the gas network) to the reference pressure.
  • the gas valve can add a mass flow of fuel gas corresponding to the differential pressure between the pressure of the control line and the pressure of the gas supply and a predetermined combustion air ratio, and thus set a predetermined combustion air ratio.
  • the heating device can in particular be a wall-mounted heating device with condensing technology.
  • upstream and downstream refer to the flow direction of the heater from a combustion air supply to the exhaust system and thus to the conveying direction of the conveying device.
  • a “flow rate" of fuel gas here refers to a mass or volume flow of fuel gas that is set and flowed through by the gas valve.
  • Such a heater can adapt its heating output to a heat requirement, also known as modulation. This can be done within a modulation range specified for the heater.
  • modulation ranges for example 1:5 from 4.8 kW [kilowatts] to 24 kW.
  • modulation ranges of 1:7 for example 3.4 kW to 24 kW or even 1:10 (2.4 kW to 24 kW) are to be achieved.
  • the venturi device can have a flow cross-section (diameter) that allows the heater to operate in a large modulation range, for example with a maximum to minimum power ratio of 5 or more.
  • the modulation range can cover a range from a minimum power of 1 kW to 5 kW to a maximum power of between 12 and 24 kW.
  • the flow cross-section of the Venturi device can be reduced in such a way that a significant pressure difference is created by the Venturi device.
  • a significant pressure difference exists in particular when the two pressures are apart by a factor of at least 1.5, or preferably at least 2.0.
  • a pressure of 1300 Pa [Pascal] upstream of the Venturi device can exist compared to a pressure of 500 Pa downstream of the Venturi device.
  • an upstream The control pressure recorded by the Venturi device increases and the differential pressure between the control pressure and the pressure of the gas supply transmitted to the gas valve for control decreases accordingly. This can result in the maximum output that can be delivered by the heater being limited; at high outputs (a high specified speed of the conveyor device) the differential pressure is too low.
  • the invention is based on the idea of using the area downstream of the Venturi device to lower the level of the reference pressure and thus enable problem-free operation of the heater at high power. If a reference pressure is detected upstream of the Venturi device, the reference pressure could rise in high power ranges to such an extent that the gas valve can no longer regulate the gas quantity correctly. The invention thus enables a lower limit of the modulation range to be lowered without restricting safe operation in high power ranges.
  • a control pressure recorded downstream of the Venturi device is independent of the flow cross-section of the Venturi device and thus enables a more precise setting of combustion parameters. This is particularly due to the fact that a reference pressure recorded downstream of the Venturi device only depends on components or parts in the flow path downstream of the Venturi device.
  • the gas line from the gas valve can open into the area of the venturi device. This can enable good mixing of the fuel gas with the combustion air.
  • a method for operating a heating device wherein a differential pressure between a pressure downstream of a venturi device and a pressure in a gas supply of the heating device is used to adjust a flow rate of a gas valve of the heating device.
  • a heating device proposed here is designed to carry out the proposed method.
  • a heater and a use of a differential pressure are therefore proposed here which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the heater enables robust operation of the heater in a large modulation range, in other words the selection of a diameter for a minimum power of the modulation range without restricting the selection of the maximum power of the modulation range.
  • a more precise selection of combustion parameters can be made possible.
  • the invention can be implemented with only minor structural changes to a heater and is therefore also ideally suited for retrofitting existing heaters.
  • Fig. 1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here.
  • This can have an air supply 4 for combustion air.
  • a Venturi device 15 can be arranged in the air supply 4.
  • a conveying device 2 designed as a fan can be arranged upstream of the Venturi device 15, which can convey a mass flow of combustion air.
  • a gas valve 5 can add a mass flow of fuel gas to the mass flow of combustion air conveyed by the conveying device 2 in the area of the Venturi device 15, in particular in the Venturi device 15.
  • the mixture of fuel gas and combustion air can be fed to a burner 3 via a mixture channel 12 and burned there.
  • a heat exchanger 13 can be arranged on the burner 3, which can transfer heat generated during combustion to a heating circuit 14 with a flow line 6 and a return line 9.
  • an exhaust pipe 10 Downstream of the burner 3, an exhaust pipe 10 can feed combustion products to an exhaust system 11.
  • a regulating and control device 7 of the heating device 1 can be electrically connected at least to the gas valve 5 and the conveying device 2.
  • Fig. 2 shows, by way of example and schematically, a more detailed representation of the gas valve 5, the Venturi device 15 and the conveying device 2.
  • the conveying device 2 can convey a mass flow of combustion air to the Venturi device 15. Downstream of the Venturi device 15, a control line 17 can transmit the pressure in the mixture channel 12 to the gas valve 5. This can form a differential pressure between the pressure of the control line 17 and the pressure in the gas supply 8 and lead it to the Venturi device 15 via a gas line 18 and add combustion air to the mass flow. The resulting mass flow of combustion mixture of fuel gas and combustion air can then be fed to the burner 3 via the mixture channel 12.
  • Fig. 3 shows examples of the resulting curves 19, 20, 21, 22, 23 of a combustion air ratio (lambda) in relation to the output of the heater 1.
  • the first curve 19, the second curve 20 and the third curve 21 show different resulting combustion air ratios due to tolerances (in particular manufacturing tolerances) of the gas valves 5, with the control line 17 of the gas valves 5 being integrated upstream of the Venturi device 15 according to the state of the art. It is clearly visible that an adjustment of the combustion air ratio (lambda) for higher outputs from 22 kW [kilowatts] is not possible.
  • the fourth curve 22 and the fifth curve 23 show an adjusting combustion air ratio for a gas valve 5, the control line 17 of which is connected downstream of the Venturi device 15. It is clearly visible that the combustion air ratio can be adjusted up to an output of 27 kW.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, and in particular do not necessarily specify a dependency and/or sequence of these objects, sizes or processes. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described design. If a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

Landscapes

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Heizgerät (1) aufweisend eine Fördereinrichtung (2) zur Förderung von Verbrennungsluft zu einem Brenner (3), eine Venturi-Einrichtung (15) angeordnet stromabwärts der Fördereinrichtung (2) und einem Gasventil (5) verbunden mit einer Gaszuführung (8), wobei eine Steuerleitung (17) bezogen auf eine Durchströmungsrichtung (16) des Heizgerätes (1) stromabwärts der Venturi-Einrichtung (15) mit dem Gasventil (5) verbunden ist und das Gasventil (5) dazu eingerichtet ist, eine Durchflussmenge Brenngas dem Referenzdruck der Steuerleitung (17) einzustellen. Das Heizgerät (1) ermöglicht einen erweiterten Modulationsbereich, insbesondere ein Betreiben des Heizgerätes (1) mit hohen Leistungen.

Figure imgaf001
Proposed is a heating device (1) having a conveying device (2) for conveying combustion air to a burner (3), a venturi device (15) arranged downstream of the conveying device (2) and a gas valve (5) connected to a gas supply (8), wherein a control line (17) is connected to the gas valve (5) downstream of the venturi device (15) with respect to a flow direction (16) of the heating device (1), and the gas valve (5) is designed to adjust a flow rate of fuel gas to the reference pressure of the control line (17). The heating device (1) enables an extended modulation range, in particular operation of the heating device (1) at high power levels.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit pneumatischem Gas-Luftverbund und ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes.The invention relates to a heating device with a pneumatic gas-air connection and a method for operating a heating device.

Heizgeräte zur Verbrennung eines Brenngases, wie Erdgas oder Wasserstoff, bilden in der Regel ein Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft mit einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder auch Luftzahl bezeichnet) und führen dieses einem Brenner zur Verbrennung zu. Derartige Heizgeräte werden auch als Vormischbrenner bezeichnet. Zur Bildung des Verbrennungsluftverhältnisses sind verschiedene Verfahren bekannt. Heizgeräte mit einem pneumatischen Gas- Luftverbund erfassen einen Referenzdruck im Bereich einer Drosselstelle, häufig als Venturi bezeichnet, angeordnet in der Zuführung der Verbrennungsluft, der einen Rückschluss auf den zugeführten Massestrom Verbrennungsluft zulässt. Anhand des Referenzdruckers setzt das Gasventil einen, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis entsprechenden, Massestrom Brenngas zu. Ein derartiges Heizgerät wird beispielsweise in der EP 3 957 910 A1 beschrieben. Vorteilhat erfordert eine pneumatische Gemischbildung keine aufwändige Sensorik und ist daher sehr robust in der Anwendung und einfach im Aufbau.Heating devices for the combustion of a fuel gas, such as natural gas or hydrogen, usually form a combustion mixture of fuel gas and combustion air with a predetermined combustion air ratio (also known as lambda or air ratio) and feed this to a burner for combustion. Such heating devices are also known as premix burners. Various methods are known for forming the combustion air ratio. Heating devices with a pneumatic gas-air connection record a reference pressure in the area of a throttle point, often referred to as a venturi, arranged in the combustion air supply, which allows a conclusion to be drawn about the supplied mass flow of combustion air. Using the reference pressure, the gas valve adds a mass flow of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio. Such a heating device is used, for example, in the EP 3 957 910 A1 described. The advantage of pneumatic mixture formation is that it does not require complex sensors and is therefore very robust in use and simple in construction.

Eine Steuerung der Heizleistung, bzw. ein Anfahren eins Modulationspunktes erfolgt bei derartigen Heizgeräten mittels der Gebläsedrehzahl, die einen zuzuführenden Massestrom Verbrennungsluft einstellt. Moderne Heizgeräte weisen einen großen Modulationsbereich auf, um einen hohen Nutzerkomfort zu gewährleisten und um häufige, verschleißfördernde Ein- und Ausschaltvorgänge des Heizgerätes zu vermeiden. Um einen robusten Betrieb bei niedrigen Leistungen zu ermöglichen, muss der Strömungsquerschnitt (Durchmesser) der Venturidüse niedrig gewählt werden. Der damit verbundene hohe Druckverlust der Venturidüse kann zu hohen Steuerdrücken des Gasventils vor (bezogen auf die Strömungsrichtung) der Venturidüse und einer dementsprechend geringen Druckdifferenz zwischen dem Druck der Gastzuführung und dem Steuerdruck führen. Eine Folge ist eine Begrenzung der maximalen Leistung des Heizgerätes, da oberhalb einer Grenze eine robuste Einstellung des Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) aufgrund des geringen Differenzdruckes nicht möglich ist, und damit eine Begrenzung des möglichen Modulationsbereiches.The heating output or the activation of a modulation point in such heaters is controlled by means of the fan speed, which sets the mass flow of combustion air to be supplied. Modern heaters have a large modulation range in order to ensure a high level of user comfort and to avoid frequent, to avoid wear-inducing switching on and off of the heater. To enable robust operation at low power levels, the flow cross-section (diameter) of the Venturi nozzle must be selected to be small. The associated high pressure loss of the Venturi nozzle can lead to high control pressures of the gas valve upstream (in relation to the flow direction) of the Venturi nozzle and a correspondingly low pressure difference between the pressure of the gas supply and the control pressure. One consequence is a limitation of the maximum output of the heater, since above a certain limit a robust setting of the combustion air ratio (lambda) is not possible due to the low differential pressure, and thus a limitation of the possible modulation range.

Die DE 295 04 706 U1 schlägt ein Heizgerät vor, bei dem stromauf einer Venturi-Düse ein Radialgebläse angeordnet ist. Zur Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses wird ein Differenzdruck vor und hinter der Venturi-Düse erfasst. Nachteilig kann auch diese Anordnung das Verbrennungsluftverhältnis bei einem großen Modulationsbereich in hohen Leistungsbereichen nicht präzise einstellen.The DE 295 04 706 U1 proposes a heater in which a radial fan is arranged upstream of a Venturi nozzle. To regulate the combustion air ratio, a differential pressure is recorded before and after the Venturi nozzle. The disadvantage of this arrangement is that it cannot precisely adjust the combustion air ratio with a large modulation range in high power ranges.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Heizgerät mit pneumatischem Gas-Luftverbund vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll eine Steigerung des Modulationsbereiches erreicht werden.Based on this, the object of the invention is to propose a heating device with a pneumatic gas-air connection that at least partially overcomes the problems of the prior art described. In particular, an increase in the modulation range is to be achieved.

Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern und eine einfache Integration in einen bestehenden Produktionsprozess ermöglichen.In addition, the invention should at least not significantly increase the complexity of a heating device and require only minor structural changes to a heating device and enable easy integration into an existing production process.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.These objects are achieved by the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments of the solution proposed here are specified in the independent patent claims. It is pointed out that the features listed in the dependent patent claims can be combined with one another in any technologically reasonable manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the patent claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.

Hierzu trägt ein Heizgerät bei, aufweisend eine Fördereinrichtung zur Förderung von Verbrennungsluft zu einem Brenner, eine Venturi-Einrichtung angeordnet stromabwärts der Fördereinrichtung und einem Gasventil verbunden mit einer Gaszuführung und mit einer Drucksteuerung, wobei eine Steuerleitung stromabwärts der Venturi-Einrichtung mit dem Gasventil verbunden ist und das Gasventil dazu eingerichtet ist, eine Durchflussmenge Brenngas entsprechend einem Referenzdruck in der Steuerleitung einzustellen.This is achieved by a heating device comprising a conveying device for conveying combustion air to a burner, a venturi device arranged downstream of the conveying device and a gas valve connected to a gas supply and to a pressure control, wherein a control line downstream of the venturi device is connected to the gas valve and the gas valve is configured to adjust a flow rate of fuel gas according to a reference pressure in the control line.

Bei dem Heizgerät kann es sich um ein Gasheizgerät mit einem pneumatischen Gas-Luftverbund handeln. Diese kann eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Gebläse aufweisen, das einen Massestrom (oder Volumenstrom) Verbrennungsluft fördern kann. Die Verbrennungsluft kann dabei über eine Zuführung Verbrennungsluft zugeführt werden, aufweisend eine Venturi-Einrichtung (Venturidüse) als Drosselstelle, die stromabwärts der Fördereinrichtung angeordnet sein kann. Ein Gasventil ist dazu eingerichtet, einen, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis und dem Massestrom Verbrennungsluft, entsprechenden Massestrom Brenngas zuzusetzen. Anschließend kann das gebildete Verbrennungsgemisch über einen Gemischkanal einem Brenner des Heizgerätes zugeführt und dort verbrannt werden. Es wird ein Referenzdruck (Steuerdruck), der einen Rückschluss auf den effektiv geförderten Massestrom Verbrennungsluft ermöglicht, über eine Steuerleitung an das Gasventil übertragen. Es wird vorgeschlagen den Steuerdruck stromabwärts der Venturi-Einrichtung zu erfassen. Hierfür kann die Steuerdruckleitung in den Gemischkanal stromabwärts der Venturi-Einrichtung münden.The heating device can be a gas heating device with a pneumatic gas-air connection. This can have a conveying device, in particular a fan, which can convey a mass flow (or volume flow) of combustion air. The combustion air can be supplied via a combustion air supply, having a Venturi device (Venturi nozzle) as a throttle point, which can be arranged downstream of the conveying device. A gas valve is set up to add a mass flow of combustion gas corresponding to a predetermined combustion air ratio and the mass flow of combustion air. The combustion mixture formed can then be fed to a burner of the heater via a mixture channel and burned there. A reference pressure (control pressure), which allows a conclusion to be drawn about the mass flow of combustion air effectively conveyed, is transmitted to the gas valve via a control line. It is proposed to record the control pressure downstream of the Venturi device. For this purpose, the control pressure line can open into the mixture channel downstream of the Venturi device.

Das Gasventil kann das Brenngas vom Druck in der Gaszuführung (z.B. Druck des Gasnetzes) auf den Referenzdruck entspannen.The gas valve can relieve the fuel gas from the pressure in the gas supply (e.g. pressure of the gas network) to the reference pressure.

Das Gasventil kann einen, dem Differenzdruck zwischen Druck der Steuerleitung und dem Druck der Gaszuführung und einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis entsprechenden, Massestrom Brenngas zusetzen und damit ein vorgegebenes Verbrennungsluftverhältnis einstellen. Das Heizgerät kann dabei insbesondere ein wandhängendes Heizgerät mit Brennwerttechnik sein.The gas valve can add a mass flow of fuel gas corresponding to the differential pressure between the pressure of the control line and the pressure of the gas supply and a predetermined combustion air ratio, and thus set a predetermined combustion air ratio. The heating device can in particular be a wall-mounted heating device with condensing technology.

Die Begriffe "stromauf(wärts)" und "stromab(wärts)" sind auf die Durchströmungsrichtung des Heizgerätes von einer Zuführung Verbrennungsluft zur Abgasanlage und somit auf die Förderrichtung der Fördereinrichtung bezogen.The terms "upstream" and "downstream" refer to the flow direction of the heater from a combustion air supply to the exhaust system and thus to the conveying direction of the conveying device.

Eine "Durchflussmenge" Brenngas bezeichnet hier einen Masse- oder Volumenstrom Brenngas, der vom Gasventil eingestellt und durchflossen wird.A "flow rate" of fuel gas here refers to a mass or volume flow of fuel gas that is set and flowed through by the gas valve.

Ein derartiges Heizgerät kann seine Heizleistung an einen Wärmebedarf anpassen, auch als modulieren bezeichnet. Dies kann innerhalb eines, für das Heizgerät vorgegebenen, Modulationsbereiches erfolgen. Um ein häufiges, verschleißförderndes An- und Ausschalten des Brenners zu vermeiden, können moderne Heizgeräte in einem großen Modulationsbereich, beispielsweise 1: 5 von 4,8 kW [Kilowatt] bis 24 kW betrieben werden. Zukünftig sollen Modulationsbereiche von 1:7 (beispielsweise 3,4 kW bis 24 kW) oder sogar 1:10 (2,4 kW bis 24 kW) erreicht werden.Such a heater can adapt its heating output to a heat requirement, also known as modulation. This can be done within a modulation range specified for the heater. In order to avoid frequent switching on and off of the burner, which causes wear, modern heaters can be operated in a large modulation range, for example 1:5 from 4.8 kW [kilowatts] to 24 kW. In the future, modulation ranges of 1:7 (for example 3.4 kW to 24 kW) or even 1:10 (2.4 kW to 24 kW) are to be achieved.

Die Venturi-Einrichtung (Venturidüse) kann einen Strömungsquerschnitt (-durchmesser) aufweisen, der es ermöglicht, das Heizgerät in einem großen Modulationsbereich, beispielsweise mit einem Verhältnis von maximaler zu minimaler Leistung von 5 oder mehr, zu betreiben. Beispielhaft kann der Modulationsbereich einen Bereich von einer minimalen Leistung von 1 kW bis 5 kW bis zu einer maximalen Leistung zwischen 12 und 24 kW abdecken.The venturi device (venturi nozzle) can have a flow cross-section (diameter) that allows the heater to operate in a large modulation range, for example with a maximum to minimum power ratio of 5 or more. For example, the modulation range can cover a range from a minimum power of 1 kW to 5 kW to a maximum power of between 12 and 24 kW.

Um einen Betrieb mit der minimalen Leistung des Modulationsbereiches zu ermöglichen bzw. abzusichern, kann der Strömungsquerschnitt der Venturi-Einrichtung derart gemindert sein, dass ein deutlicher Druckunterschied durch die Venturi-Einrichtung entsteht. Ein deutlicher Druckunterschied liegt insbesondere dann vor, wenn die beiden Drücke um einen Faktor von mindestens 1,5, oder bevorzugt mindestens 2,0 auseinanderliegen. Beispielhaft kann stromauf der Venturi-Einrichtung ein Druck von 1300 Pa [Pascal] gegenüber einem Druck von 500 Pa stromab der Venturi-Einrichtung bestehen. Somit ist ein stromauf der Venturi-Einrichtung erfasster Steuerdruck hoch, und der Differenzdruck und der dem Gasventil zur Steuerung übermittelte Differenzdruck zwischen Steuerdruck und Druck der Gaszuführung sinkt entsprechend. Dies kann dazu führen, dass die maximal vom Heizgerät lieferbare Leistung begrenzt ist, bei hohen Leistungen (einer hohen vorgegebenen Drehzahl der Fördereinrichtung) der Differenzdruck zu gering ist.In order to enable or ensure operation with the minimum power of the modulation range, the flow cross-section of the Venturi device can be reduced in such a way that a significant pressure difference is created by the Venturi device. A significant pressure difference exists in particular when the two pressures are apart by a factor of at least 1.5, or preferably at least 2.0. For example, a pressure of 1300 Pa [Pascal] upstream of the Venturi device can exist compared to a pressure of 500 Pa downstream of the Venturi device. Thus, an upstream The control pressure recorded by the Venturi device increases and the differential pressure between the control pressure and the pressure of the gas supply transmitted to the gas valve for control decreases accordingly. This can result in the maximum output that can be delivered by the heater being limited; at high outputs (a high specified speed of the conveyor device) the differential pressure is too low.

Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, durch eine Nutzung des Bereiches stromab der Venturi-Einrichtung das Niveau des Referenzdruckes zu senken und damit einen problemlosen Betrieb des Heizgerätes mit hoher Leistung zu ermöglichen. Bei einem Erfassen eines Referenzdruckes stromauf der Venturi-Einrichtung könnte in hohen Leistungsbereichen der Referenzdruck derart ansteigen, dass in Folge das Gasventil die Gasmenge nicht mehr korrekt regeln kann. Somit ermöglicht die Erfindung ein Absenken einer unteren Grenze des Modulationsbereiches, ohne damit einen sicheren Betrieb in hohen Leistungsbereichen einzuschränken.The invention is based on the idea of using the area downstream of the Venturi device to lower the level of the reference pressure and thus enable problem-free operation of the heater at high power. If a reference pressure is detected upstream of the Venturi device, the reference pressure could rise in high power ranges to such an extent that the gas valve can no longer regulate the gas quantity correctly. The invention thus enables a lower limit of the modulation range to be lowered without restricting safe operation in high power ranges.

Zudem ist ein stromab der Venturi-Einrichtung erfasster Steuerdruck unabhängig vom Strömungsquerschnitt der Venturi-Einrichtung und ermöglicht somit eine präzisiere Einstellung von Verbrennungsparametern. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass ein stromabwärts der Venturi-Einrichtung erfasster Referenzdruck nur von Komponenten bzw. Bauteilen im Strömungsweg stromabwärts der Venturi-Einrichtung abhängig ist.In addition, a control pressure recorded downstream of the Venturi device is independent of the flow cross-section of the Venturi device and thus enables a more precise setting of combustion parameters. This is particularly due to the fact that a reference pressure recorded downstream of the Venturi device only depends on components or parts in the flow path downstream of the Venturi device.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die Gasleitung vom Gasventil im Bereich der Venturi-Einrichtung münden. Dies kann eine gute Vermischung des Brenngases mit der Verbrennungsluft ermöglichen.According to one embodiment, the gas line from the gas valve can open into the area of the venturi device. This can enable good mixing of the fuel gas with the combustion air.

Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes vorgeschlagen, wobei ein Differenzdruck zwischen einem Druck stromabwärts einer Venturi-Einrichtung und einem Druck in einer Gaszuführung des Heizgerätes genutzt wird, um eine Durchflussmenge eines Gasventils des Heizgerätes einzustellen. Ein hier vorgeschlagenes Heizgerät ist dazu eingerichtet das vorgeschlagene Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a method for operating a heating device is proposed, wherein a differential pressure between a pressure downstream of a venturi device and a pressure in a gas supply of the heating device is used to adjust a flow rate of a gas valve of the heating device. A heating device proposed here is designed to carry out the proposed method.

Hier werden somit ein Heizgerät und eine Verwendung eines Differenzruckes vorgeschlagen, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere ermöglicht das Heizgerät ein robustes Betreiben des Heizgerätes in einem großen Modulationsbereich, mit anderen Worten die Wahl eines Durchmessers für einem minimale Leistung des Modulationsbereiches, ohne dabei die Wahl der maximalen Leistung des Modulationsbereiches einzuschränken. Zudem kann eine präzisere Wahl von Verbrennungsparametern ermöglicht werden.A heater and a use of a differential pressure are therefore proposed here which at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, the heater enables robust operation of the heater in a large modulation range, in other words the selection of a diameter for a minimum power of the modulation range without restricting the selection of the maximum power of the modulation range. In addition, a more precise selection of combustion parameters can be made possible.

Zudem kann die Erfindung mit nur geringen baulichen Veränderungen an einem Heizgerät umgesetzt werden und ist somit auch für eine Nachrüstung an bestehenden Heizgeräten hervorragend geeignet.In addition, the invention can be implemented with only minor structural changes to a heater and is therefore also ideally suited for retrofitting existing heaters.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass dieThe invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be noted that the

Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

Fig. 1:
ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
Fig. 2:
und Fig. 3: Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
Figures and in particular the proportions shown are only schematic. They show:
Fig. 1:
a heater proposed here, and
Fig. 2:
and Fig. 3 : Parameter curves that can occur when carrying out a procedure proposed here.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann ein Luftzufuhr 4 für Verbrennungsluft aufweisen. In der Luftzufuhr 4 kann eine Venturi-Einrichtung 15 angeordnet sein. In einer Durchströmungsrichtung 16 des Heizgerätes 1 gesehen kann stromauf der Venturi-Einrichtung 15 eine als Gebläse ausgebildete Fördereinrichtung 2 angeordnet sein, die einen Massestrom Verbrennungsluft fördern kann. Ein Gasventil 5 kann im Bereich der Venturi-Einrichtung 15, insbesondere in der Venturi-Einrichtung 15, dem von der Fördereinrichtung 2 geförderten Massestrom Verbrennungsluft einen Massestrom Brenngas zusetzen. Das Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 12 einem Brenner 3 zugeführt und dort verbrannt werden. Am Brenner 3 kann ein Wärmetauscher 13 angeordnet sein, der bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen Heizkreislauf 14 mit einem Vorlauf 6 und einem Rücklauf 9 übertragen kann. Fig. 1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here. This can have an air supply 4 for combustion air. A Venturi device 15 can be arranged in the air supply 4. Viewed in a flow direction 16 of the heating device 1, a conveying device 2 designed as a fan can be arranged upstream of the Venturi device 15, which can convey a mass flow of combustion air. A gas valve 5 can add a mass flow of fuel gas to the mass flow of combustion air conveyed by the conveying device 2 in the area of the Venturi device 15, in particular in the Venturi device 15. The mixture of fuel gas and combustion air can be fed to a burner 3 via a mixture channel 12 and burned there. A heat exchanger 13 can be arranged on the burner 3, which can transfer heat generated during combustion to a heating circuit 14 with a flow line 6 and a return line 9.

Dem Brenner 3 nachgeordnet kann ein Abgasrohr 10 entstehende Verbrennungsprodukte einer Abgasanlage 11 zuführen. Ein Regel- und Steuergerät 7 des Heizgerätes 1 kann zumindest mit dem Gasventil 5 und der Fördereinrichtung 2 elektrisch verbunden sein.Downstream of the burner 3, an exhaust pipe 10 can feed combustion products to an exhaust system 11. A regulating and control device 7 of the heating device 1 can be electrically connected at least to the gas valve 5 and the conveying device 2.

Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch eine nähere Darstellung von Gasventil 5, der Venturi-Einrichtung 15 und der Fördereinrichtung 2. Die Fördereinrichtung 2 kann einen Massestrom Verbrennungsluft zur Venturi-Einrichtung 15 fördern. Stromabwärts der Venturi-Einrichtung 15 kann eine Steuerleitung 17 den Druck im Gemischkanal 12 dem Gasventil 5 übermitteln. Dieses kann einen Differenzdruck zwischen dem Druck der Steuerleitung 17 und dem Duck in der Gaszuführung 8 bilden und über eine Gasleitung 18 zur Venturi-Einrichtung 15 leiten und dem Massestrom Verbrennungsluft zusetzen. Der entstehende Massestrom Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann anschließend über den Gemischkanal 12 dem Brenner 3 zugeführt werden. Fig. 2 shows, by way of example and schematically, a more detailed representation of the gas valve 5, the Venturi device 15 and the conveying device 2. The conveying device 2 can convey a mass flow of combustion air to the Venturi device 15. Downstream of the Venturi device 15, a control line 17 can transmit the pressure in the mixture channel 12 to the gas valve 5. This can form a differential pressure between the pressure of the control line 17 and the pressure in the gas supply 8 and lead it to the Venturi device 15 via a gas line 18 and add combustion air to the mass flow. The resulting mass flow of combustion mixture of fuel gas and combustion air can then be fed to the burner 3 via the mixture channel 12.

Fig. 3 zeigt beispielhaft sich einstellenden Verläufe 19, 20, 21, 22, 23 eines Verbrennungsluftverhältnisses (Lambda) bezogen auf die Leistung des Heizgerätes 1. Der erste Verlauf 19, der zweite Verlauf 20 und der dritte Verlauf 21 zeigen aufgrund von Toleranzen (insbesondere Fertigungstoleranzen) der Gasventile 5 abweichende, sich einstellende Verbrennungsluftverhältnisse, wobei die Steuerleitung 17 der Gasventile 5 nach dem Stand der Technik stromauf der Venturi-Einrichtung 15 eingebunden ist. Gut erkennbar ist eine Einstellung des Verbrennungsluftverhältnis (Lambda) für höhere Leistungen ab 22 kW [Kilowatt] nicht möglich. Fig. 3 shows examples of the resulting curves 19, 20, 21, 22, 23 of a combustion air ratio (lambda) in relation to the output of the heater 1. The first curve 19, the second curve 20 and the third curve 21 show different resulting combustion air ratios due to tolerances (in particular manufacturing tolerances) of the gas valves 5, with the control line 17 of the gas valves 5 being integrated upstream of the Venturi device 15 according to the state of the art. It is clearly visible that an adjustment of the combustion air ratio (lambda) for higher outputs from 22 kW [kilowatts] is not possible.

Demgegenüber zeigen der vierte Verlauf 22 und der fünfte Verlauf 23 ein sich einstellendes Verbrennungsluftverhältnis bei einem Gasventil 5, dessen Steuerleitung 17 stromab der Venturi-Einrichtung 15 eingebunden ist. Gut erkennbar ist eine Einstellung des Verbrennungsluftverhältnisses bis zu einer Leistung von 27 kW möglich.In contrast, the fourth curve 22 and the fifth curve 23 show an adjusting combustion air ratio for a gas valve 5, the control line 17 of which is connected downstream of the Venturi device 15. It is clearly visible that the combustion air ratio can be adjusted up to an output of 27 kW.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.As a precaution, it should be noted that the numerals used here ("first", "second", ...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, and in particular do not necessarily specify a dependency and/or sequence of these objects, sizes or processes. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described design. If a component can occur multiple times ("at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Heizgerätheater
22
Fördereinrichtungconveyor system
33
Brennerburner
44
Luftzufuhrair supply
55
Gasventilgas valve
66
Vorlauflead time
77
Regel- und Steuergerätcontrol unit
88
Gaszuführung9 Rücklaufgas supply9 return
1010
Abgasrohrexhaust pipe
1111
Abgasanlageexhaust system
1212
Gemischkanalmixture channel
1313
Wärmetauscherheat exchanger
1414
Heizkreislaufheating circuit
1515
Venturi-EinrichtungVenturi device
1616
Durchströmungsrichtungflow direction
1717
Steuerleitungcontrol line
1818
Gasleitunggas pipeline
1919
erster Verlauffirst course
2020
zweiter Verlaufsecond course
2121
dritter Verlaufthird course
2222
vierter Verlauffourth course
2323
fünfter Verlauffifth course

Claims (6)

Heizgerät (1), aufweisend eine Fördereinrichtung (2) zur Förderung von Verbrennungsluft zu einem Brenner (3), eine Venturi-Einrichtung (15) angeordnet stromabwärts der Fördereinrichtung (2) und einem Gasventil (5), welches mit einer Gaszuführung (8) verbunden ist, wobei eine Steuerleitung (17) bezogen auf eine Durchströmungsrichtung (16) des Heizgerätes (1) stromabwärts der Venturi-Einrichtung (15) mit dem Gasventil (5) verbunden ist und das Gasventil (5) dazu eingerichtet ist, eine Durchflussmenge Brenngas entsprechend einem Referenzdruck in der Steuerleitung (17) einzustellen.Heating device (1), comprising a conveying device (2) for conveying combustion air to a burner (3), a venturi device (15) arranged downstream of the conveying device (2) and a gas valve (5) which is connected to a gas supply (8), wherein a control line (17) is connected to the gas valve (5) downstream of the venturi device (15) with respect to a flow direction (16) of the heating device (1), and the gas valve (5) is designed to set a flow rate of fuel gas according to a reference pressure in the control line (17). Heizgerät (1) nach Anspruch 1, wobei die Fördereinrichtung (2) ein Gebläse ist.Heating device (1) according to claim 1, wherein the conveying device (2) is a fan. Heizgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Venturi-Einrichtung (15) dazu eingerichtet ist, ein Verhältnis von maximalen zu minimaler Leistung des Heizgerätes (1) größer 4 zu ermöglichen.Heating device (1) according to claim 1 or 2, wherein the Venturi device (15) is designed to enable a ratio of maximum to minimum power of the heating device (1) greater than 4. Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Heizgerät (1) ein wandhängendes Heizgerät (1) ist.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the heating device (1) is a wall-mounted heating device (1). Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Gasleitung (18) vom Gasventil (5) im Bereich der Venturi-Einrichtung (15) mündet.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein a gas line (18) from the gas valve (5) opens into the region of the Venturi device (15). Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (1) bei dem ein Referenzdruck stromabwärts einer Venturi-Einrichtung (15) eines Heizgerätes (1) genutzt wird, um eine Durchflussmenge eines Gasventils (5) des Heizgerätes (1) einzustellen.Method for operating a heater (1) in which a reference pressure downstream of a Venturi device (15) of a heater (1) is used to adjust a flow rate of a gas valve (5) of the heater (1).
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