EP0062855A1 - Regeleinrichtung für einen gasbefeuerten Wasser- oder Lufterhitzer - Google Patents

Regeleinrichtung für einen gasbefeuerten Wasser- oder Lufterhitzer Download PDF

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EP0062855A1
EP0062855A1 EP82102803A EP82102803A EP0062855A1 EP 0062855 A1 EP0062855 A1 EP 0062855A1 EP 82102803 A EP82102803 A EP 82102803A EP 82102803 A EP82102803 A EP 82102803A EP 0062855 A1 EP0062855 A1 EP 0062855A1
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air
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Honeywell BV
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    • F23N2235/24—Valve details

Definitions

  • the invention relates to a control device according to the preamble of claim 1.
  • a control device is known for example from GB-PS 12 35 891 and described in the older DE-OS 30 10 737 with the addition DE-OS 30 44 678.
  • gas with a constant calorific value such as town gas
  • very different gases such as town gas, natural gas and liquefied petroleum gas are offered, which differ both in terms of their calorific value and in terms of make a strong distinction between the amount of combustion air required to achieve complete combustion.
  • the so-called Wobbe Index which has quite different values for the individual types of gas, is usually used as the indicator for the calorific value and the density of the gas.
  • the aim is to burn as completely as possible with a small excess of air. While around 3 to 4m 3 of air is required to burn 1m 3 of city gas, natural gas already requires around 8m 3 and butane around 30m 3 . Since burners and associated control devices are usually set to a specific type of gas and can be switched to another type of gas if necessary through special customer service measures, the gas supply companies have the resulting from the range of different types of gas Attempts to eliminate difficulties for consumers by mixing the heating gas with an auxiliary gas, for example air or nitrogen, in such a way that gas of approximately the same Wobbe index is fed into the supply network regardless of the type of gas. However, such mixing devices are not only complex, but also require strict safety monitoring so that a combustible gas mixture is not present in the distribution network or can form without the addition of additional combustion air.
  • auxiliary gas for example air or nitrogen
  • the invention aims to provide a water or air heater that can be fired with gas of different Wobbe index. This object is achieved by a control device of the type characterized in claim 1. With the invention it is possible, despite different calorific values of the gas supplied, to ensure that the burner is always optimal, ie. H. operate with complete combustion of the heating gas with a small excess of air and thus make the best possible use of the fuel supplied.
  • the heat exchanger 1 of a water heater or boiler 2 is heated by a main burner 3, to which a pilot burner 4 and a thermocouple 5 monitoring the pilot flame are assigned.
  • the main burner 3 is supplied with gas via an injector nozzle 6 which, due to its suction effect, simultaneously feeds primary air to the burner 3.
  • the injector nozzle 6 faces the inlet 7 of the main burner 3 and is connected to the outlet 8 of a gas control device 9.
  • this has the structure known from the company publication D3H-29 Honeywell “compact valves V4600 / V8600” and contains a servo pressure regulator 10 and a main gas valve 11 controlled by its output control pressure.
  • the heater housing 2 Since the primary air simultaneously sucked in by means of the gas nozzle 6 is not sufficient for complete combustion, the heater housing 2 also has an air inlet 12 which is opposed by a second jet nozzle 13.
  • the air inlet 12 opens into a secondary air distribution pipe 14, which is designed in the manner of a burner pipe and is provided with air outlet holes.
  • the compressed air for the secondary air nozzle 13 is supplied by a blower 15, which is followed by an air control valve 16.
  • the setpoint for the air control valve 16 is adjustable by means of an electromagnetic drive 18.
  • a line 20 is also connected to the outlet 19 of the air control valve 16, which leads to an air outlet nozzle 22 provided in the flue gas outlet 21 and there to generate an artificial draft in the smoke vent 21 or chimney.
  • the air pressure supplied to the nozzle 22 can be adjusted by means of a throttle 23 switched into this line.
  • the connecting line 20 to the air outlet nozzle 22 can, as the dashed line 20 'indicates, be connected directly to the blower 15.
  • the water heated in the heat exchanger 1 is pumped by a circulation pump 24 through the heating medium circuit in the form of two radiators 25.
  • a room thermostat 26 closes its contacts as soon as the measured room temperature is below the setpoint.
  • the boiler thermostat 27 closes its contact as soon as the water temperature at the inlet of the heat exchanger-1 is below the preferably adjustable setpoint.
  • a temperature limiter 28 is also provided, which opens the circuit as soon as an upper limit of the water temperature at the outlet of the heat exchanger 1 is exceeded.
  • the three thermostat switches mentioned are connected in series with the excitation winding of a switch-on solenoid valve provided in the gas control valve 9 to a current source 29.
  • the gas control device 9 is switched on via the switch-on solenoid valve; its pressure regulator 10 generates a control pressure, which takes effect in the drive chamber 30 of the main gas valve 11 and lifts the closing body of the seat. Gas thus flows to the main burner 3, is ignited there by the pilot burner 4, and the flames heat the circulating water in the heat exchanger 1.
  • the sensor 31 provided in the flue gas extractor 21 detects that the oxygen or carbon dioxide content is too low.
  • the measured value is marked with an am electrical controller 32 predetermined or adjustable by means of setpoint generator 33 setpoints. If the oxygen content or the C0 2 content is too low, the controller 32 supplies an output current on the line 34 to the magnetic drive 18 of the servo pressure controller 17, whereby this increases the setpoint of the servo pressure controller via the electromagnetic drive and thus a further opening of the air control valve 16 causes. In this way, a larger amount of secondary air is supplied to the air distributor 14 via the air nozzle 13 and thus the combustion is improved.
  • the flue gas extractor 21 is provided with a train interruption 35, it may be more favorable to provide the sensor 31 'downstream of this train interrupter 35 because the sensor then becomes less hot. However, the influence of the air flow sucked in via the train interrupter 35 must then be taken into account when determining the setpoint for the oxygen or carbon dioxide content. If the oxygen content rises above the setpoint, the sensor 31 reports this to the electric controller 32, which reduces the control pressure for the air control valve 16 via the electromagnetic drive 18 and the servo pressure controller 17, so that its closing body is adjusted in the direction of the closed position and thus the amount of secondary air supplied decreased.
  • the output signal of the electric controller 32 can also be used directly to control the speed of the fan 15, as is indicated by the dashed electrical line 36.

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Abstract

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Regeleinrichtung ist beispielsweise aus der GB-PS 12 35 891 bekannt sowie in der älteren DE-OS 30 10 737 mit Zusatz DE-OS 30 44 678 beschrieben. Während in früheren Zeiten Wasser-und Lufterhitzer in privaten Haushalten sowie in Zentralheizungseinrichtungen weitgehend mit Gas etwa gleichbleibenden Heizwertes, wie Stadtgas betrieben wurden, werden heutzutage stark unterschiedliche Gase, wie Stadtgas, Erdgas und Flüssiggas angeboten, die sich sowohl durch ihren Heizwert, als auch hinsichtlich der zur Erzielung einer vollständigen Verbrennung erforderlichen Verbrennungsluftmenge stark unterscheiden. Als Kennzeichen für den Heizwert und die Dichte des Gases wird üblicherweise der sogenannte Wobbe-Index herangezogen, der für die einzelnen Gassorten recht unterschiedliche Werte aufweist. Zur optimalen Ausnutzung des Brennstoffes strebt man eine möglichst vollständige Verbrennung mit geringem Luftüberschuß an. Während für die Verbrennung von 1m3 Stadtgas etwa 3 bis 4m3 Luft erforderlich sind, benötigt Erdgas schon etwa 8m3 und Butan ungefähr 30m3. Da Brenner und zugehörige Regeleinrichtungen meist auf eine bestimmte Gassorte eingestellt sind und allenfalls durch besondere Kundendienstmaßnahmen auf eine andere Gassorte umgestellt werden können, haben die Gasversorgungsunternehmen die sich aus dem Angebot unterschiedlicher Gassorten ergebenden Schwierigkeiten für die Verbraucher dadurch zu beseitigen versucht, daß das Heizgas derart mit einem Hilfsgas, z.B. Luft oder Stickstoff gemischt wird, daß unabhängig von der Gassorte in das Versorgungsnetz Gas mit etwa gleichem Wobbeindex eingespeist wird. Solche Mischeinrichtungen sind jedoch nicht nur aufwendig, sondern bedürfen auch einer strengen sicherheitstechnischen Überwachung, damit nicht etwa bereits ohne Zufuhr zusätzlicher Verbrennungsluft ein brennbares Gasgemisch im Verteilernetz vorhanden ist oder sich bilden kann.
  • Die Erfindung strebt die Schaffung eines Wasser- oder Lufterhitzers an, der mit Gas von unterschiedlichem Wobbeindex befeuert werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Regeleinrichtung der im Anspruch 1 gekennzeichneten Art. Mit der Erfindung ist es möglich, trotz unterschiedlichen Heizwertes des angelieferten Gases den Brenner stets optimal, d. h. mit vollständiger Verbrennung des Heizgases bei geringem Luftüberschuß zu betreiben und damit den angelieferten Brennstoff bestmöglich auszunutzen.
  • Die Verwendung von Sauerstoff- und Kohlendioxydsonden zur Überwachung der Auspuffgase von Verbrennungsmotoren bzw: der Abgase von Kraftwerken und Industrieanlagen ist zwar an sich bekannt. Die Erfindung schafft unter Verwendung solcher an sich bekannter Sonden eine den Betrieb eines Wasser- oder Lufterhitzers mit unterschiedlichen Gassorten ermöglichende und zugleich für eine bestmögliche Ausnutzung des Heizgases sorgende Regeleinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Zur Erläuterung wird nachfolgend auf ein in der Zeichnung wiedergegebenes Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung für den gasbefeuerten Heizkessel einer Warmwasser-Zentralheizungsanlage Bezug genommen.
  • Der Wärmetauscher 1 eines Wassererhitzers oder Boilers 2 wird von einem Hauptbrenner 3 erhitzt, dem ein Zündbrenner 4 sowie ein die Zündflamme überwachendes Thermoelement 5 zugeordnet sind. Dem Hauptbrenner 3 wird Gas über eine Injektordüse 6 zugeführt, welche auf Grund ihrer Saugwirkung dem Brenner 3 zugleich Primärluft zuführt. Die Injektordüse 6 steht dem Einlaß 7 des Hauptbrenners 3 gegenüber und ist an den Auslaß 8 eines Gasregelgeräts 9 angeschlossen. Dieses hat im gezeigten Ausführungsbeispiel den aus der Firmendruckschrift D3H-29 Honeywell "Kompakt-Ventile V4600/V8600" bekannten Aufbau und enthält einen Servodruckregler 10 sowie ein durch dessen Ausgangssteuerdruck gesteuertes Hauptgasventil 11.
  • Da die mittels der Gasdüse 6 zugleich angesaugte Primärluft für eine vollständige Verbrennung nicht ausreicht, weist das Erhitzergehäuse 2 ferner einen Lufteinlaß 12 auf, dem eine zweite Strahldüse 13 gegenübersteht. Der Lufteinlaß 12 mündet in ein Sekundärluft-Verteilungsrohr 14, welches nach Art eines Brennerrohres ausgebildet und mit Luftaustrittslöchern versehen ist. Die Druckluft für die Sekundärluftdüse 13 wird von einem Gebläse 15 geliefert, dem ein Luftregelventil 16 nachgeschaltet ist. Hierbei handelt es sich wiederum um ein druckgesteuertes Membranventil, dessen Steuerdruck von einem Servodruckregler 17 geliefert wird. Während der Servodruckregler 10 des Gasregelgeräts 9 im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem von Hand einstellbaren Sollwert arbeitet, ist beim Servodruckregler 17 für das Luftregelventil 16 der Sollwert mittels eines Elektromagnetantriebs 18 verstellbar. Aufbau und Wirkungsweise eines solchen elektrisch steuerbaren Servodruckreglers sind in der älteren DE-OS 30 15 980 beschrieben. An den Auslaß 19 des Luftregelventils 16 ist ferner eine Leitung 20 angeschlossen, die zu einer im Rauchgasabzug 21 vorgesehenen Luftaustrittsdüse 22 führt und dort zur Erzeugung eines künstlichen Zuges im Rauchgasabzug 21 oder Schornstein sorgt. Mittels einer in diese Leitung.eingeschalteten Drossel 23 läßt sich der der Düse 22 zugeführte Luftdruck einstellen. Die Anschlußleitung 20 zur Luftaustrittsdüse 22 kann auch,wie die gestrichelte Leitung 20' andeutet, unmittelbar an das Gebläse 15 angeschlossen sein.
  • Das im Wärmetauscher 1 aufgeheizte Wasser wird von einer Umwälzpumpe 24 durch den Heizmittelkreislauf in Form zweier Radiatoren 25 gepumpt. Ein Raumthermostat 26 schließt seinen Kontakte sobald die gemessene Raumtemperatur unterhalb des Sollwertes liegt. Der Kesselthermostat 27 schließt seinen Kontakt, sobald die Wassertemperatur am Einlaß des Wärmetauschers-1 unterhalb des vorzugsweise einstellbaren Sollwertes liegt. Schließlich ist noch ein Temperaturbegrenzer 28 vorgesehen, der den Stromkreis öffnet, sobald ein oberer Grenzwert der Wassertemperatur am Auslaß des Wärmetauschers 1 überschritten wird. Die drei genannten Thermostatschalter sind in Reihe mit der Erregerwicklung eines im Gasregelventil 9 vorgesehenen Einschaltmagnetventils an eine Stromquelle 29 angeschlossen. Fällt die Raumtemperatur unter den Sollwert ab und ist auch die Rücklauftemperatur nicht ausreichend hoch, so wird über das genannte Einschaltmagnetventil das Gasregelgerät 9 eingeschaltet; sein Druckregler 10 erzeugt einen Steuerdruck, welcher in der Antriebskammer 30 des Hauptgasventils 11 wirksam wird und dessen Schließkörper vom Sitz abhebt. Gas fließt somit zum Hauptbrenner 3, wird dort vom Zündbrenner 4 gezündet,und die Flammen erwärmen das Umlaufwasser im Wärmetauscher 1.
  • Da die mittels der Strahldüse 6 zugleich angesaugte Primärluft wie erwähnt, für eine vollständige Verbrennung des Heizgases nicht ausreicht, stellt der im Rauchgasabzug 21 vorgesehene Fühler 31 einen zu geringen Sauerstoff- bzw. Kohlendioxydanteil fest. Der Meßwert wird mit einem am elektrischen Regler 32 vorgegebenen oder mittels Sollwertgeber 33 einstellbaren Sollwerten verglichen. Ist der Sauerstoffanteil bzw. der C02-Anteil zu gering, so liefert der Regler 32 einen Ausgangsstrom auf der Leitung 34 an den Magnetantrieb 18 des Servodruckreglers 17, wodurch dieser über den Elektromagnetantrieb den Sollwert des Servodruckreglers erhöht und damit eine weitere Öffnung des Luftregelventils 16 bewirkt. Auf diese Weise wird über die Luftdüse 13 dem Luftverteiler 14 eine größere Menge Sekundärluft zugeführt und damit die Verbrennung verbessert. Ist wie im gezeigten Ausführungsbeispiel der Rauchgasabzug 21 mit einer Zugunterbrechung 35 versehen, so ist es unter Umständen günstiger, den Fühler 31' stromabwärts von diesem Zugunterbrecher 35 vorzusehen, weil der Fühler dann weniger heiß wird. Allerdings muß dann der Einfluß des über den Zugunterbrecher 35 angesaugten Luftstroms bei der Festlegung des Sollwerts für den Sauerstoff- oder Kohlendioxydanteil berücksichtigt werden. Steigt der Sauerstoffanteil über den Sollwert an, so meldet dies der Fühler 31 dem elektrischen Regler 32, welcher über den Elektromagnetantrieb 18 und den Servodruckregler 17 den Steuerdruck für das Luftregelventil 16 verringert, so daß dessen Schließkörper in Richtung Schließstellung verstellt wird und damit die zugeführte Sekundärluftmenge verringert.
  • Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Steuerung der Sekundärluftmenge über einen Elektromagnetantrieb und einen Servodruckregler kann das.Ausgangssignal des elektrischen Reglers 32 auch unmittelbar zur Steuerung der Drehzahl des Gebläses 15 verwendet werden, wie dies durch die gestrichelte elektrische Leitung 36 angedeutet ist.

Claims (5)

1. Regeleinrichtung für einen gasbefeuerten Wasser- oder Lufterhitzer mit einem von einem Temperaturfühler (26, 27) gesteuerten Gasregelventil (9) sowie einem in Abhängigkeit vom Gasdurchsatz gesteuerten Stellglied (16) für die Zufuhr von Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet , daß im Rauchgasabzug (21) des Erhitzers (2) ein den im Rauchgas enthaltenen Anteil von Sauerstoff (02) oder Kohlendioxyd (C02) erfassender Fühler (31,31') angeordnet und an einen elektrischen Regler (32) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal das Luftmengenstellglied (15,16) steuert.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausgangssignal des elektrischen Reglers (32) die Drehzahl eines als Verbrennungsluftquelle dienenden Gebläses (15) steuert.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 mit einem Gebläse (15) und einem nachgeschalteten Regelventil (16) als regelbare Verbrennungsluftquelle, dadurch gekennzeichnet , daß das Regelventil (16) einen Servodruckregler (17) sowie einen von dessen Ausgangssteuerdruck beaufschlagten Membranantrieb für den Drosselkörper des Regelventils aufweist und daß auf den Servodruckregler (17) ein vom Ausgangssignal des elektrischen Reglers (32) beeinflußter, den Sollwert des Druckreglers (17) bestimmender Elektromagnetantrieb (18) aufgesetzt ist.
4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) Der Auslaß (8) des Gasregelventils (9) ist an eine dem Einlaß (7) des Brenners (3) gegenüberstehende Injektordüse (6) angeschlossen, welche zugleich Primärluft für den Brenner ansaugt;
b) der Brenner (3) und eine vom ihm beheizte Wärmetauscherfläche (1) sind von einem geschlossenen Gehäuse (2) umgeben, welches einen Sekundärlufteinlaß (12) sowie einen Rauchgasabzug (21) aufweist;
c) an eine dem Sekundärlufteinlaß (12) gegenüberstehende, im Betrieb Sekundärluft ansaugende zweite Injektordüse (13) ist die regelbare Verbrennungsluftquelle (15,16) angeschlossen.
5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer im Rauchgasabzug (21) vorgesehenen Luftaustrittsdüse (22) zur Erzeugung eines künstlichen Zuges, dadurch gekennzeichnet , daß der Fühler (31,31') im Rauchgasabzug (21) stromaufwärts von der Luftaustrittsdüse (22) angeordnet ist.
EP82102803A 1981-04-13 1982-04-02 Regeleinrichtung für einen gasbefeuerten Wasser- oder Lufterhitzer Expired EP0062855B1 (de)

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