DE2834025C2 - Gasbeheiztes Gerät, insbesondere Wassererhitzer - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht ims von einem Gerät nach der Gattung des Hniipliinspruchs. Ils ist schein ein dernrtiges Gerät bekannt (DE-OS 25 45 135), bei welchem die Steuereinrichtung außer einem elektromagnetischen Auf-Zu-Ventil in der Brennstoffleitung nur das Gebläse steuert, welches erst seinerseits die Gaszufuhr über ein dem Magnetventil vorgeschaltetes differenzdruckgestcuertes Modulierventil beeinflußt. Das hat zwar den Vorteil, daß die Gaszufuhr entsprechend den Sicherheitsvorschriften nur bei laufendem Gebläse freigegeben wird. Andererseits bedingt diese Art der Steuerung

ίο einen verhältnismäßig großen Aufwand zur stufenlosen Regelung der Drehzahl des Gebläses. Dazu ist bei einer anderen bekannten Anordnung (DE-OS 26 11 292) der Gebläsemotor als Asynchron-Motor mit einer Hauptwicklung und einer in Reihe mit einem Kondensator g.-schalteten Phasenverschiebungswicklung ausgebildet, wobei die Phasenverschiebungswicklung unmittelbar mit der Netzspannung versorgt ist, die Hauptwicklung dagegen in Reihe mit einem Brückengleichrichter und einem Transistor der Steuereinrichtung an der Sekundärwicklung eines Abwärtstransformators liegt.

Ferner ist ein Gerät nach der Gattung des Hauptanspruchs bekannt (DE-OS 24 29 501), bei welchem die Steuereinrichtung auf die Brennstoffzufuhr einwirkt und der am Brenner anstehende Gasdruck die effektive Förderleistung des mit konstanter Drehzahl laufenden Gebläses beeinflußt. Zu diesem Zweck ist in der oberhalb des Wärmeübertragers vorgesehenen Abgassammeihaube eine Öffnung vorgesehen, welche durch ein vom Gasdruck gesteuertes Bypaßventil beeinflußt ist und einen Anteil der vom Gebläse angesaugten Frischluft unter Umgehung der Brennzone unmittelbar mit dem Abgas ins Freie gelangen läßt Bei einer anderen Variante dieser Steuerungsart beeinflußt der am Brenner anstehende Gasdruck eine in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse angeordnete Klappe im Abgaskanal, welche durch ihre Stellung einen Anteil des geförderten Abgases durch einen das Gebläse umgehenden Bypaßkanal in die Abgassammeihaube zurückdrängt und daher auch auf diese Weise b'*i gleichbleibender Gebläsedrehzahl dessen effektive Förderleistung verändert. Diese mechanischen Mittel zur Beeinflussung der dem Brenner zugeführten Frischluftmenge bedingen jedoch einen verhältnismäßig großen Installationsaufwand und sind auch deswegen nachteilig, weil sich eine Anpassung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses an die jeweils verwendete Gasart nur umständlich, gegebenenfalls sogar nur durch Auswechseln von mechanischen Stcucrungsteilen herbeiführen läßt. Bei der Anordnung eines Bypaßventils in der Abgassammeihaube besteht

so ferner der Nachteil, daß das Abpas bei gedrosselter Geräteleistung durch den dann hinzukommenden Frisch-Ijftanteil zusätzlich abgekühlt wird, wodurch ein Anschluß des Gerätes an einen Kamin problematisch wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Gerätes mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nur das Gasventil bO modulierend ansteuerbar sein muß, während der Gebläsemotor einfacher ausgebildet sein kann, vorzugsweise so. daß er nur in zwei Drehzahlen betreibbar ist. Der erfindungsgemäße Vorschlag geht von der Erkenntnis aus, daß sich ein geringfügiger Anstieg des Luftüberschusses bei sinkender Belastung des Gerätes auf eine hygienisch einwandfreie Verbrennung nicht auswirkt und daß dadurch auch der Wirkungsgrad des Gerätes nicht merklich beeinträchtigt wird. D;is Verhältnis zwi-

sehen Brennstoffmenge und Luftmenge läßt sich an die verwendete Gasart und den Gasdruck einfach durch Betätigung eines z. B. auf ein Stellglied der Steuereinrichtung einwirkenden Potentiometers anpassen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Gerätes möglich.

Die Brennstoffzufuhr kann exkat modulierend gesteuert werden, v»enn die Steuereinrichtung eir.sn die Wärmeanforderung des Thermostaten in ein Spannungssignal umwandelnden Operationsverstärker hat und das Brennstoffventil ein von dem Spannungssignal angesteuertes Magnetventil ist.

Der Gebläsemotor kann vorteilhaft ein Spaltpolmotor mit geteilter Feldwicklung sein, deren einer Wicklungsteil abschaltbar oder in Reihe mit dem anderen Wicklungsteil schaltbar ist Die Umschaltung von der einen auf die andere Drehzahl des Gebläsemotors kann zweckmäßig etwa bei ²h der Nennleistung des Gerätes erfolgen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schema eines gasbeheizten Durchlauferhitzers im Schnitt,

F i g. 2 das vereinfachte elektrische Schaltbild der Steuereinrichtung des Gerätes nach F i g. 1 und F i g. 3 ein Funktionsschaubild der Steuereinrichtung nach F i g. 2. In F i g. 4 ist der sogenannte Wasserwirkungsgrad η des Gerätes in Abhängigkeit von dessen Belastung S dargestellt.

Beschreibung der Erfindung

Der Wassererhitzer hat einen über eine Brennstoffleitung 10 und ein elektromagnetisches Gasventil 11 gespeisten Brenner 12, über welchem ein Verbrennungsschacht 13 angeordnet ist, an dessen oberem Abschluß ein von einem wasserführenden Rohr 14 durchsetzter Lamellenblock 15 als Wärmeübertrager befestigt ist. Ober diesen ist eine Abgassammclhaube 16 vorgesehen, an derem oberen Ende ein Abgasgebläse 17 befestigt ist, dessen Abgasleitung 18 durch die Aufstellungswand 19 des Gerätes ins Freie führt. Die beschriebenen Teile sind von einer geschlossenen Kammer 22 umgeben, die über eine konzentrisch zur Ausblasleitung 18 angeordnete Frischluftleitung 23 mit dem Freien in Verbindung steht.

Das Gerät hat eine in F i g. 1 nicht dargestellte Steuereinrichtung, welche gemäß F i g. 2 einen als Operationsverstärker ausgebildeten Regler 30 hat. der von einem ersten Spannungsteiler 31 und einem zweiten Spannungsteiler 32 angesteuert ist. Der Spannungsteiler 31 enthält als Istwertgeber eines Thermostaten einen temperaturabhängigen Widerstand 34 in der Vorlaufleitung des Geräts, während der Spannungsteiler 32 einen als Potentiometer ausgebildeten Sollwertgeber 35 für die Vorlauftemperatur enthält. Der Regler 30 bildet aus der Istwert-Sollwert-Abweichung der Vorlauftemperatur ein Spannungssignal, welches an die Basis eines als Verstärker wirkenden Transistors 37 geleitet wird, dessen Kollektor-Emitter-Strecke im Erregerkreis des Magnetventils 11 liegt. Dieses Spannungssignal wird von einem Schwellwertschalter 36 begrenzt.

An den Ausgang des Schwellwertschalters 36 ist ferner die Basis eines als Schalter ausgebildeten Transistors 38 angeschlossen, dessen Kollektor-Emitter-Strekke im Erregerstromkreis eines verzögert ansprechenden Relais R\ liegt, welches einen Arbeitskontakt η hat, der eine erste Zuleitung 40 eines als Spaltpolmotor 41 mit zwei Feldwicklungsteilen 42 und 43 ausgebildeten Antriebsmotors des Gebläses 17 steuert. Die nachstehend noch näher beschriebene Anordnung ist so getroffen, daß der Motor entweder mit beiden Wicklungsteilen 42 und 43 oder nur mit dem Wicklungsteil 43 betrieben werden, kann, wobei im ersten Fall die beiden Wicklungsteile in Reihe geschaltet sind. Der Motor läuft dann mit hoher Drehzahl, während er bei Abschaltung des Wicklungsteils 42 mit einer geringeren Drehzahl läuft.

Der Ausgang des Reglers 30 ist über einen zweiten Schwellwertschalter 50 mit der Basis eines zweiten Schalttransistors 51 verbunden, der den Erregerstrom eines zweiten Relais /?2 steuert. Dieses hat einen Arbeitskontakt Γ2ΐ in einer zweiten Zuleitung 52 des Motors 41, die zu dem Verbindungspunkt der beiden Wicklungsieile 42 und 43 führt. Das Relais ^₂ ist ferner mit einem Ruhekontakt rn versehen, der ,"- der Zuleitung zur Basis des Transistors 38 liegt. Der vom Gebläse erzeugte Luftstrom bzw. eine aus diesem Luftstrom abgeleitete Druckdifferenz betätigt einen Schalter 60, dessen Scha'tkontakt im Erregerstromkreis des Magnetventiles 11 liegt und diesen Stromkreis nur schließt, wenn das Gebläse läuft. Die Signalspannung, bei welcher eine Drehzahländerung des Gebläses erfolgt, ist über ein Potentiometer 61 im Schwellwertschalter 50 einstellbar.

Die Funktion des Steuergeräts ist nachstehend anhand der F i g. 3 und 4 beschrieben. In der F i g. 3 ist das vom Regler 30 abgegebene Spannungssignal V in Abhängigkeit von der angeforderten Leistung bzw. der Belastung Bdes Gerätes dargestellt. Der Regler 30 gibt ein Spannungssignal von 24 Volt ab, wenn bei höchstem Wärmebedarf das Gerät mit Nennleistung arbeiten soll. Mit abnehmender Wärmeanforderung bei zunehmender Annäherung des Istwertes der Vorlauftemperatur 40· an den Sollwert nimmt auch die Höhe des SpannungssignaL-s V ab. Der Schwellwertschalter 36 ist so ausgelegt, daß er anspricht, wenn das Spannungssignal V auf etwa 13 Volt abgesunken ist, was einer Geräteleistung von 30% der Nennleistung entspricht. Unterhalb dieser Grenze bleibt das Gerät ausgeschaltet, weil in diesem Leistungsbereich ein einwandfreies Überzünden des Brenners nicht mehr gewährleistet ist. Der Verstärkertransistor 37 ist so ausgelegt, daß er bei einer Basisspannung von etwa 24 Volt voll durchsteuert und das Magnetventil 11 in seine volle Offenstellung überführt. Mit sinkender Basisspannung nimmt der Kollektor-Emitter-Widerstand des Transistors 37 zu, wobei sich auch der ö'fnu:.g:;querschnitt des Magnetventils 11 zunehmend verengt. Bei einer Basisspannung von etwa 13VoIt drosselt das Magne. ventil 11 die Brennstoffleiiung 10 so stark, daß der Brenner noch mit etwa 3O°/o seiner Nennleistung arbeitet.

Der Schalttransistor 38 steuert durch, wenn der Schwellwertschalter 36 angesprochen hat. Der SchwellwertschalterSOistsoausgelegt.daßeranspricht,wenndas Spannungssignal Vdes Reglers 30 etwa 17,4 Volt beträgt, was einer Geräteleistung von etwa ²Λ der Nennleistung entspricht. Der Transistor 51 steuert sofort durch, sobald der Schwellwertscha'terSOangesprochen hat. Der Motor 41 desGebläses 17 ist soausgelegt.daßer bei dergeringeren Drehzahl eine effektive Förderleistung erbringt, die der vorschriftsmäßigen Luftmenge bei ²Z₃ der NennbelastungdesGerätesentspricht.

Wenn bei InbetriebnahmedesGerälesderThermostat die volle Geräteleistung anfordert, schalten zunächst alle drei Transistoren 37, 38 und 51 durch. Das Relais /?2 schließt dabei den Arbeitskontakt oi und öffnet seinen Ruhekontakt f22,sodaß vordem Zurückgehen desTransistors38indenSperrzustanddas verzögerte Relais/?] noch nicht angesprochen hat und sein Schaltkontakt η daher geöffnet bleibt. Überdengeschlossenen Kontakt r₂iist der Wicklungsteil 43 des Gebläsemotors 41 an Spannung gelegt, so daß dieser Motor mit seiner vollen Drehzahl umläuft und die der Nennleistung des Gerätes entsprechende vorschriftsmäßige Luftmenge liefert. Sobald das Gebläse angelaufen ist, schließt auch der Schalter 60, worauf das Magnetventil 11 die volle Spannung erhält und die Gasleitung 10 voll öffnet. Über nicht dargestellte Zündmittel wirdder Brenner 12gezündetunddasGerät in Betriebgesetzt.

Dieser der Nennleistung des Gerätes entsprechende 5ctr!£&sz«is*3rid ist im Schuwbüd "sch ^ i^tT 4 rni' ^^rn Punkt N bezeichnet. Mit zunehmender Erwärmung des :o Wassers signalisiert der Thermostat einen geringeren Wärmebedarf, wodurch das Ausgangssignal V des Reglers 30 absinkt und sich der Öffnungshub des Magnetventils 11 verkleinert. Der Transistor 51 dagegen bleibt bis zum Absinken auf ⁷Iz der Nennleistung voll durchgesteuert, so daß der Gebläsemotor 41 mit seiner vollen Drehzahl weiterläuft und sich die Luftüberschußzahl gegenüber dem vorschriftsmäßigen, bei Nennleistung vorhandenen Wert um ein geringes erhöht. Das wirkt sich dadurch aus, daß der Wirkungsgrad η des Gerätes geringfügig absinkt, was durch die Linie Min Fig.4 bildlich zum Ausdruck kommt.

Wenn mit absinkender Wärmeanforderung die Leistung auf ²/₃ der Nennleistung gedrosselt ist, ist der Wirkungsgrad η bei Punkt 0 geringfügig gegenüber dem Ausgangswert abgesunken. Bei dieser Leistung hat das Spannungssignal Vden Wert von 17,4 Volt erreicht, bei welchemderSchwellwertschalterSOsperrtunddas Relais /?2 abfällt. Das hat zur Folge, daß der Arbeitskontakt Γ21 öffnet und der Ruhekontakt Γ22 schließt, so daß jetzt das Relais R\ anspricht undsein Arbeitskontakt η beide Wicklungsteile 42 und 43 des Gebläsemotors 41 an Spannung legt Dadurch wird die effektive Förderleistung des Gebläses so weit verringert, daß die Luftüberschußzahl wiederum den vorschriftsmäßigen Wert erreicht und der Wirkungsgrad des Gerätes ansteigt bis zum Punkt P, der dem Nennleistungswirkungsgrad ^i entspricht. Bei weiterem Absinken der Wärmeanforderung wird die Brennstoffzufuhr weiter gedrosselt, das Gebläse jedoch mit der niederen Drehzahl weiter angetrieben. Das bedingt wiederum einen leid.ten Abfall des Gerätewirkungsgrades bis zum Punkt /?,der bei 30% der Geräteleistung erreicht wird. Bei dieser Leistung spricht der Schwellwertschalter 36 an und unterbricht die Verbindung zum Regler 30, worauf sowohl derTransistor37 als auch derTransistor38 sperrt Das Magnetventil 11 wird geschlossen und das Relais R\ fällt ab, wodurch auch derGebläsemotor41 zum Stillstand kommt Bei zunehmender Wärmeanforderung laufen die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab. W)

Das Schaubild nach F i g. 4 zeigt, daß der Gerätewirkungsgrad in einem begrenzten Wärmeanforderungsbereich nur geringfügig abfällt, was gegenüber den erzielten Vorteilen ohne weiteres in Kauf genommen werden kann. bs

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gasbeheiztes Gerät, insbesondere nach dem Durchlaufprinzip arbeitender Wassererhitzer für Zentralheizungsaniagen und/oder für Brauchwasserbereitung, mit einer gegenüber dem Aufstcllungsraum abgeschlossenen Kammer, die einen Brenner, einen Verbrennungsschacht und einen Wärmeübertrager umschließt und über einen Frischluftkanal sowie einen Abgaskanal mit Räumen außerhalb des Aufstellungsraumes des Gerätes verbunden ist, ferner mit einem Gebläse im Abgaskanal oder im Frischluftkanal und mit einer Steuereinrichtung, welche nach Maßgabe der Wärmeanforderung eines Thermostaten ein Brennstoffventil beeinflußt und die effektive Förderleistung des Gebläses der jeweiligen Brennerleistung anpaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffventil (11) ein von einem elektrischen Regler (30) modulierend ansteuerbares Ventil ist, daß das Gebläse (57) einer, in mindestens zwei in Stufen verstellbaren Drehzahlen betreibbaren elektrischen Antriebsmotor (41) hat, und daß dem Gebläse (17) eine Schalteinrichtung (47,50,51) zugeordnet ist. die parallel zum modulierend angesteuerten Brennstoffventil an den Regler (30) angeschlossen und mit einem spannungsabhängigen Schwellwertschalter (50) zur Bestimmung der Drehzahl des Gebläses (17) versehen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ^feuereinrichtung einen die Wärmeanforderung des Thermostaten ir> ein Spannungssignal umwandelnden Operationsverstärker (30) hat und das Brennstoffventil (11) ein ve" dem Spannungssignal angesteuertes Magnetventil ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (50) der Schalteinrichtung für das Gebläse (17) anspricht und das Gebläse (17) von der geringen auf die volle Drehzahl schaltet, wenn bei zunehmender Wärmeanforderung und zunehmender Öffnung des Brennstoffventils die Leistung des Brenners etwa ²Λ der Nennleistung erreicht.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler (30) ein Schwellwertschalter (36) nachgeschaltet ist, der das Signal an das Brennstoffventil (11) und den Gebläsemotor (41) erst freigibt, wenn es einen einer 30%igen Belastung des Gerätes entsprechenden unteren Schwellwert überschreitet.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebläsemotor

(41) ein Spaltpolmotor mit geteilter Feldwicklung (42, 43) ist, deren einer Wicklungsteil (43) abschaltbar oder in Reihe mit dem anderen Wicklungsteil

(42) schaltbar ist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannung, bei welcher eine Drehzahländerung des Gebläses (17) erfolgt, über ein Potentiometer (61) einstellbar ist.