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EP0897515A1 - Gastherme - Google Patents

Gastherme

Info

Publication number
EP0897515A1
EP0897515A1 EP97951824A EP97951824A EP0897515A1 EP 0897515 A1 EP0897515 A1 EP 0897515A1 EP 97951824 A EP97951824 A EP 97951824A EP 97951824 A EP97951824 A EP 97951824A EP 0897515 A1 EP0897515 A1 EP 0897515A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
heat exchanger
gas
thermal
burner
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.)
Granted
Application number
EP97951824A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0897515B1 (de
Inventor
Wilhelm Amrhein
Franz Schmuker
Bernulf Goesling
Klaus-Wolfgang Hahn
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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
Priority claimed from DE19719766A external-priority patent/DE19719766A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0897515A1 publication Critical patent/EP0897515A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0897515B1 publication Critical patent/EP0897515B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters

Definitions

  • the invention relates to a gas boiler with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • Gas heaters of the generic type are known. These have a thermal source fed by a gaseous energy source. Natural gas or liquid gas are used as gaseous energy sources. The thermal source has a burner through which the gas is burned. The resulting thermal energy is fed to a heat exchanger, by means of which a medium, for example water or air, is heated.
  • the gas boilers commonly referred to as water heaters for generating Brauchwarmwasse 'r or as a combination boilers for generating the demand for heat (hot water, heating) are used of a house hold electric power auxiliary equipment.
  • auxiliary devices such as, for example, burner igniters, solenoid valves, control electronics, circulation pumps, etc.
  • auxiliary devices are used to operate, monitor and control or regulate the gas boiler and are hereinafter referred to as auxiliary devices.
  • auxiliary devices In order to cover the electrical energy requirement of the auxiliary devices, it is known to either connect the gas heaters to an energy supply network or to equip them with an exchangeable and / or rechargeable electrical storage device.
  • thermo-electric generators are connected to a heat source and a heat sink within the gas heaters. Due to the temperature gradient occurring at the thermoelectric generator, an electrical voltage is generated which can be used to operate the auxiliary devices.
  • thermoelectric generators When using the thermoelectric generators, a large temperature difference between the heat source and the heat sink is desirable for their effective use, since this influences the provision of the required electrical power by the thermoelectric generator.
  • the exhaust gas heat flow from the thermal source is a suitable heat source for the thermoelectric generator in the gas boiler.
  • temperatures are reached in the exhaust gas that are above the maximum permissible temperatures for the heat source of the thermoelectric generator.
  • the heat source of the thermo-electric generator should be brought to a necessary operating temperature as quickly as possible in order to reduce the thermal inertia, the influence on the time period between the start of the gas heater and the provision of the necessary electrical power through the thermo-electric generator has to be reduced to a minimum.
  • the gas boiler according to the invention with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that the maximum temperature available in the gas boiler can be used to control the thermoelectric generator without it being heated above its maximum permissible operating temperature. Because the thermoelectric generator is connected to the thermal source via a controllable heat exchanger, the amount of heat made available to the thermoelectric generator can be adapted to the operating conditions of the gas boiler. Especially when starting the gas heater, the heat source of the thermo-electric generator can be brought up to its operating temperature very quickly. Furthermore, fluctuations in the power of the gas heaters can be compensated for via the controllable heat exchanger without this having a significant influence on the provision of the required electrical power by the thermoelectric generator.
  • Figure 1 is a schematic view of the arrangement of a thermoelectric generator according to a first embodiment
  • Figures 2 and 3 are schematic plan views of the arrangement of Figure 1;
  • Figure 4 is a schematic view of the arrangement of a thermoelectric generator according to a second embodiment
  • FIG. 1 Figures schematic arrangements of a thermal 5 to 7 electrical generator according to further embodiments.
  • a gas boiler 10 is shown schematically in a side view in FIG. Only the components essential for the explanation of the invention are shown, since the structure and function of a gas boiler is generally known.
  • the gas heater 10 has a burner 14 which is arranged within a combustion chamber 12 and is connected to a gas supply line.
  • the burner 14 is on a lower one Arranged end of the combustion chamber 12 so that when the burner 14 is ignited, the hot exhaust gases emanating from the combustion flames 16 indicated here rise upwards due to their thermals.
  • An exhaust gas heat flow of the hot exhaust gases is passed through a heat exchanger, not shown, via which water flowing through a line 18 is heated.
  • the line 18 is arranged, for example, starting from a cold water inlet 20 in a spiral around the heat exchanger and ends in a hot water outlet (not shown in FIG. 1).
  • the gas heater 10 has a thermoelectric generator 22 which has thermal connection contacts 24 and 26 and electrical connection contacts (not shown).
  • the thermal connection contact 26 is connected to a heat sink of the gas heater 10.
  • the thermal connection contact 26 is, for example, in thermally conductive contact with the line 18 in the vicinity of the cold water inlet 20.
  • the line 18 thus forms the heat sink of the thermoelectric generator 22.
  • the thermal connection contact 24 of the thermoelectric generator 22 is connected to a heat source of the gas heater 10 via a heat exchanger 28, which consists of a thermally highly conductive material.
  • the hot exhaust gas coming from the burner 14 serves as the heat source, that is to say the thermal source of the gas boiler 10.
  • the heat exchanger 28 is, for example, rod-shaped and projects into the combustion chamber 12, so that the combustion chamber 12 Flames 16 generated hot exhaust gas passes through the heat exchanger 28.
  • a heat conducting device 30 is assigned to the heat exchanger 28 and is arranged to be horizontally pivotable about a fixed point 32.
  • the heat conducting device 30 can consist, for example, of a sheet metal which is connected to the thermal connection contact 24 of the thermoelectric generator 22 via a bimetal 34.
  • FIG. 1 performs the following function, which is illustrated by FIGS. 2 and 3.
  • FIGS. 2 and 3 each show the thermal connection contact 24, the heat exchanger 28, the heat-conducting device 30 and the bimetal 34 in a schematic plan view.
  • the other parts shown in FIG. 1 have not been shown for reasons of clarity.
  • the starting position of the heat-conducting device 30 is shown in FIG. This starting position is given, for example, when the gas boiler 10 is switched off.
  • the hot exhaust gas from the combustion flames 16 rises and thereby heats the heat exchanger 28.
  • the thermal connection contact 24 becomes thermal conduction of the heat exchanger 28 brought to its operating temperature T x .
  • this operating temperature T x is reached very quickly. is sufficient so that the thermal inertia of the thermoelectric generator 22 is low.
  • thermoelectric generator 22 Since the thermal connection contact 26 of the thermoelectric generator 22 is at the same time thermally conductively connected to the line 18, through which cold water flows through when the gas heater 10 is switched on, there is a relatively short time between the thermal connection contacts 24 and 26 a sufficiently large temperature difference, which is sufficient for the provision of a required electrical power by the thermoelectric generator 22 in this short period of time.
  • the electrical connection contact 24 would be heated above its maximum permissible operating temperature T max by heat conduction via the heat exchanger 28.
  • the current operating temperature T x of the thermal connection contact 24 is tapped via the bimetal 34 and converted into a pivoting movement of the heat-conducting device 30 connected to the bimetal 34 around the fixed point 32.
  • the heat-conducting device 30 pivots horizontally below the heat exchanger 28 about the fixed point 32, so that direct contact of the combustion flames 16 or the hot exhaust gases emanating from them with the heat exchanger 28 is minimized.
  • the degree of coverage of the heat exchanger 28, seen in plan view, with the burner 14 or its combustion flames 16 is thus increased with increasing drive temperature T x reduced.
  • the heat supply from the combustion flames 16 or the hot exhaust gases emanating from them is throttled to the heat exchanger 28, so that the heat supply to the thermal connection contact 24 is throttled.
  • the pivotable heat-conducting device 30 thus controls the heat exchanger 28 as a function of the operating temperature T x of the thermal connection contact 24 of the thermo-electric generator 22 by allowing a more or less large exhaust gas heat flow to reach the heat exchanger 28.
  • the thermal output of the burner 14 and thus the exhaust gas heat flow emanating from it can change, in particular in the case of thermal output regulators. If the thermal output of the burner 14 is reduced, the exhaust gas heat flow is reduced and thus less
  • Heat is transferred to the heat exchanger 28 so that the operating temperature T x of the thermal connection contact 24 drops. Is Consequently, cools the coupled to the terminal contact 24 'bimetal 34, and the heat-conducting device 30 is pivoted in the direction of its initial position so that the -in plan view as seen degree of coverage of the heat exchanger 28 increases again to the torch 14 and exposed with a correspondingly larger area of the exhaust heat power .
  • the heat exchanger 28 is controlled as a function of the thermal output of the burner 14 via the operating temperature T x of the thermal connection contact 24.
  • FIG. 1 A further embodiment variant of the arrangement of a controllable heat exchanger 28 is shown in FIG.
  • the heat exchanger 28 itself is designed as a bimetal 36 and is pivotably mounted in the vertical direction about the fixed point 32.
  • the heat exchanger 28 In the initial state, that is to say when the gas heater 10 is switched off, the heat exchanger 28 assumes its initial position shown in FIG. 4 in a horizontal position. As a result, the heat exchanger 28 is in relative proximity to the burner 14.
  • the heat exchanger 28 When the gas heater 10 is switched on, the heat exchanger 28 is directly exposed to the exhaust gas heat flow, so that the heat exchanger 28 heats up relatively quickly, and this due to the large heat gradient between the heat exchanger 28 and the thermal connection contact 24 brings the connection contact 24 to its operating temperature T x in a relatively short time.
  • the heat exchanger 28 designed as a bimetal 36 With increasing operating temperature T x , the heat exchanger 28 designed as a bimetal 36 becomes around the fixed point 32 pivoted upward, so that the distance to the burner 14 increases. As a result, the heat exchanger 28 is arranged in an area within the combustion chamber 12 in which the temperature of the exhaust gas heat flow is reduced, so that the heat gradient between the heat exchanger 28 and the thermal connection contact 24 is reduced and the heat supply to the connection contact 24 is reduced. This also ensures here that the thermal connection contact 24 is not heated above a maximum operating temperature T max of the thermoelectric generator 22.
  • the thermal connection contact 26 is in turn thermally conductively connected to the line 18 in the vicinity of the cold water inlet 20.
  • a medium flowing through the line 18, in particular water, is heated via a heat exchanger 38 and emerges from a hot water outlet 40 as domestic hot water.
  • the one formed as a bimetal 36 heat exchanger 28 shown in Figure 4 instead of a vertical pivotal movement • a horizontal pivoting movement about the fixed point 32 out, so that this is moved out of the exhaust heat power the burner 14 and an inadmissible heating of the thermoelectric generator 22 is thus counteracted.
  • the heat exchanger 28 is controlled as a function of the operating temperature T x or the thermal output of the burner 14.
  • the thermal inertia of such an arrangement is low since the mass of the heat exchanger 28 is very small and, due to its controllability, it can be exposed to a temperature adapted to the operating state of the gas boiler 10 or of the thermoelectric generator 22.
  • the heat gradient between the heat source for the thermo-electric generator and the thermal connection contact 24 can thus be optimally adjusted so that there is rapid heating to the operating temperature T x .
  • FIG. 5 A further embodiment variant is shown in FIG. 5, in which the same parts are again provided with the same reference numerals.
  • the thermal connection contact 24 is coupled here via a heat exchanger 42, which forms a heat exchanger 44, to the line 18 in the vicinity of the hot water outlet 40.
  • the heat exchanger 42 is exposed to the exhaust gas heat flow from the burner 14 within the combustion chamber 12.
  • the amount of heat absorbed by the exhaust gas heat flow is both given off the thermal connection contact 24 as well as to the line 18.
  • the amount of heat given off by the exhaust gas heat flow depends on the operating state of the burner 1. This in turn is determined by a flow rate through line 18, that is, the greater the flow rate, the higher the thermal output of the burner 14.
  • the temperature of the exhaust gas heat flow and thus the amount of heat given off to the heat exchanger With a change in the thermal output of the burner 14, the temperature of the exhaust gas heat flow and thus the amount of heat given off to the heat exchanger.
  • the coupling of the heat exchanger 42 to the line 18 through the heat exchanger 44 ensures that the maximum operating temperature T max of the thermoelectric generator 22 cannot be exceeded. If the amount of heat given off by the exhaust gas heat flow to the heat exchanger 42 exceeds the maximum allowable for the connection contact 24, the excess amount of heat is automatically given off via the heat exchanger 44 to the line 18.
  • the heat exchanger 42 is arranged depending on the structural conditions of the gas heater 10 in such a way that it is not possible to exceed the maximum operating temperature T max of the thermo-electric generator 22 at maximum output of the gas heater 10 and at a minimum thermal output of the gas heater 10 the necessary operating temperature T x of the thermoelectric generator 22 is reached.
  • FIGS. 6 and 7 show further design variants of gas heaters 10 with a controlled heat exchanger 28.
  • the structure and mode of operation are the same as those already explained for FIG. 1 Gastherme 10 comparable, so that reference is made to the description there.
  • the heat exchanger 28 is provided with a heat-dissipating device 46.
  • the heat dissipation device 46 is formed by a heat conducting plate 48 which is in contact with the heat exchanger 28 on the one hand and with a heat sink on the other hand.
  • the heat conducting plate 48 can, for example, be formed in one piece with the heat exchanger 28 or can be attached to it in a thermally conductive manner by means of suitable measures.
  • the heat-conducting plate 48 engages the heat exchanger 28 at a point which — viewed in the direction of heat flow — lies from the burner 14 after the thermal connection contact 24. According to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the heat sink is formed by a jacket 50 of the combustion chamber 12, to which the heat conducting plate 48 is connected in a thermally conductive manner.
  • the heat sink is formed by the line 18, through which a medium to be heated or a medium cooling the combustion chamber 12 flows.
  • the heat exchanger 28 is heated very quickly via the combustion flames 16 or the hot exhaust gases emanating from them. Since the heat exchanger 28 consists of a thermally highly conductive material of low mass, the thermal connection contact 24 of the thermoelectric generator 22 brought to its operating temperature T x in a relatively short time. If the operating temperature T x reaches the maximum operating temperature T max of the thermoelectric generator 22, excess heat is dissipated via the heat dissipation device 46. Since the heat exchanger 28 in the area of the thermal contact 24 and the heat sink, in FIG Jacket 50 and in FIG. 2 of line 18, there is a temperature difference, heat is dissipated away from heat exchanger 28 via heat conducting plate 48.
  • the heat exchanger 28 experiences, via the burner 14, a heat absorption through the temperature difference between the thermal connection contact 24 and the burner flames 16 or the hot exhaust gases, and a heat removal in the form of a heat emission to the thermo-electric generator 22 and a heat dissipation via the heat conducting plate 48.
  • the temperature regime at the thermal connection contact 24 can be designed such that when the gas heater 10 starts, the thermal connection contact 24 reaches its operating temperature T x very quickly and the maximum operating temperature T max of the thermoelectric generator 22 is not exceeded during continuous operation of the gas boiler.
  • the heat conduction paths and the heat conduction cross sections it can be achieved that at the thermal connection contact 24 the the amount of heat conducted via the heat exchanger 28 is equal to the amount of heat dissipated via the thermoelectric generator 22 and the heat conducting plate 48, the heat dissipation via the heat conducting plate 48 only starting when the thermoelectric generator 22 has reached its operating temperature T x or the operating temperature T x approaches the maximum operating temperature T max . As with the other design variants, this ensures that the operating temperature T x is reached quickly and prevents the maximum operating temperature T max from being exceeded.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gastherme mit einer von Gas gespeisten thermischen Quelle (Brenner), mit Einrichtungen zum Umwandeln der von der thermischen Quelle gelieferten thermischen Energie zum Erwärmen eines Mediums, insbesondere Wasser, mit elektrisch betriebenen Hilfseinrichtungen zum Betreiben der Gastherme und einem Thermo-Elektrik-Generator zum Bereitstellen der elektrischen Energie für die Hilfseinrichtungen, dessen Wärmequelle von der thermischen Quelle gebildet wird und der mit einer Wärmesenke der Gastherme in Wirkverbindung steht. Es ist vorgesehen, daß die Wärmequelle des Thermo-Elektrik-Generators (22) mit der thermischen Quelle über einen steuerbaren Wärmeübertrager (28, 42) zur Temperaturbegrenzung in Verbindung steht.

Description

Gastherme
Die Erfindung betrifft eine Gastherme mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Gasthermen der gattungsgemäßen Art sind bekannt . Diese weisen eine von einem gasförmigen Energieträger gespeiste thermische Quelle auf. Als gasförmige Energieträger werden beispielsweise Erdgas oder Flüssiggas eingesetzt. Die thermische Quelle weist einen Brenner auf, über den das Gas verbrannt wird. Die hierdurch entstehende thermische Energie wird einem Wärmetauscher zugeführt, mittels dem ein Medium, beispielsweise Wasser oder Luft, erwärmt wird. Die Gasthermen, die üblicherweise als Warmwasserthermen zum Erzeugen von Brauchwarmwasse'r oder als Kombithermen zum Erzeugen des Wärmebedarfs (Warmwasser, Heizung) eines Hauses eingesetzt werden, besitzen elektrisch betriebene Hilfseinrichtungen. Diese Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise Brennerzünder, Magnetventile, Steuerelektronik, Umwälzpumpe usw., dienen dem Betreiben, Überwachen und Steuern beziehungsweise Regeln der Gastherme und werden nachfolgend insgesamt als Hilfseinrichtungen benannt. Um den elektrischen Energiebedarf der Hilfseinrichtungen abzudecken, ist es bekannt, die Gasthermen entweder an ein Energieversorgungsnetz anzuschließen oder mit einem austauschbaren und/oder wiederauflad- baren elektrischen Speicher auszurüsten. Darüber hinaus ist der Einsatz von thermisch-elektrischen Wandlern, nachfolgend Thermo-Elektrik-Generator genannt, bekannt, die innerhalb der Gasthermen mit einer Wärmequelle und einer Wärmesenke verbunden sind. Auf- grund des sich hierbei am Thermo-Elektrik-Generator einstellenden Temperaturgefälles wird eine elektrische Spannung generiert, die zum Betreiben der Hilfseinrichtungen verwendet werden kann.
Beim Einsatz der Thermo-Elektrik-Generatoren ist zu deren effektivem Einsatz eine große Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke wünschenswert, da diese Einfluß auf die Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Leistung durch den Thermo-Elektrik-Generator besitzt. Als Wärmequelle für den Thermo-Elektrik-Generator bietet sich bei der Gastherme der Abgaswärmestrom der thermischen Quelle an. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, daß in dem Abgas Temperaturen erreicht werden, die über den maximal zulässigen Temperaturen für die Wärmequelle des Thermo-Elektrik-Generators liegen. Andererseits soll nach Starten der Gastherme die Wärmequelle des Thermo-Elektrik-Generators möglichst schnell auf eine notwendige Betriebstemperatur ge- bracht werden, um die thermische Trägheit, die Einfluß auf die Zeitspanne zwischen dem Start der Gastherme und der Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Leistung durch den Thermo-Elektrik-Generator hat, auf ein Minimum zu reduzieren.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Gastherme mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß die in der Gastherme zur Verfügung stehende Maximaltemperatur zur Ansteuerung des Thermo-Elektrik-Generators ausgenutzt werden kann, ohne daß dieser über seine maximal zulässige Betriebstemperatur erwärmt wird. Dadurch, daß der Thermo-Elektrik-Generator mit der thermischen Quelle über einen steuerbaren Wärmeübertrager verbunden ist, kann die dem Thermo-Elektrik- Generator zur Verfügung gestellte Wärmemenge den Betriebsbedingungen der Gastherme angepaßt werden. Insbesondere beim Starten der Gastherme kann so sehr schnell die Wärmequelle des Thermo-Elektrik-Generators auf seine Betriebstemperatur gebracht werden. Ferner können über den steuerbaren Wärmeübertrager Leistungsschwankungen der Gastherme ausgeglichen werden, ohne daß diese einen signifikanten Einfluß auf die Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Leistung durch den Thermo-Elektrik-Generator besitzt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführuήgsbei- spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht der Anordnung eines Thermo-Elektrik-Generators nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 2 und 3 schematische Draufsichten auf die Anordnung gemäß Figur 1 ;
Figur 4 eine schematische Ansicht der Anord- nung eines Thermo-Elektrik-Generators nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Figuren schematische Anordnungen eines Thermo- 5 bis 7 Elektrik-Generators nach weiteren Ausführungsbeispielen .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist in einer Seitenansicht schematisch eine Gastherme 10 gezeigt. Es sind nur die für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Bestandteile dargestellt, da der Aufbau und die Funktion einer Gastherme allgemein bekannt ist. Die Gastherme 10 weist einen innerhalb eines Brennraums 12 angeordneten Brenner 14 auf, der mit einer Gaszufuhrleitung verbunden ist. Der Brenner 14 ist an einem unteren Ende des Brennraums 12 angeordnet, so daß bei gezündetem Brenner 14 die von den hier angedeuteten Brennflammen 16 ausgehenden heißen Abgase aufgrund ihrer Thermik nach oben aufsteigen. Ein Abgaswärmeström der heißen Abgase wird durch einen nicht dargestellten Wärmetauscher geführt, über den durch eine Leitung 18 fließendes Wasser erwärmt wird. Die Leitung 18 ist hierbei beispielsweise beginnend von einem Kaltwas- sereinlauf 20 spiralförmig um den Wärmetauscher angeordnet und endet in einem in Figur 1 nicht dargestellten Warmwasserauslauf.
Die Gastherme 10 besitzt einen Thermo-Elektrik-Generator 22, der thermische Anschlußkontakte 24 und 26 sowie nicht dargestellte elektrische Anschlußkontakte aufweist. Der thermische Anschlußkontakt 26 ist mit einer Wärmesenke der Gastherme 10 verbunden. Hierzu steht der thermische Anschlußkontakt 26 beispielsweise thermisch leitend mit der Leitung 18 in Nähe des Kaltwassereinlaufs 20 in Kontakt. Die Leitung 18 bildet somit die Wärmesenke des Thermo-Elektrik-Generators 22.
Der thermische Anschlußkontakt 24 des Thermo-Elek- trik-Generators 22 ist über einen Wärmeübertrager 28, der aus einem thermisch gut leitfähigen Material besteht, mit einer Wärmequelle der Gastherme 10 verbunden. Als Wärmequelle dient das von dem Brenner 14 ausgehende heiße Abgas, das heißt, die thermische Quelle der Gastherme 10. Der Wärmeübertrager 28 ist hierzu beispielsweise stabförmig ausgebildet und ragt in den Brennraum 12 hinein, so daß das von den Brenn- flammen 16 erzeugte heiße Abgas den Wärmeübertrager 28 passiert. Dem Wärmeübertrager 28 ist eine Wärmeleiteinrichtung 30 zugeordnet, die um einen Festpunkt 32 horizontal verschwenkbar angeordnet ist. Die Wär- meleiteinrichtung 30 kann beispielsweise aus einem Blech bestehen, das über ein Bimetall 34 mit dem thermischen Anschlußkontakt 24 des Thermo-Elektrik- Generators 22 verbunden ist.
Die in Figur 1 gezeigte Anordung übt folgende, anhand von Figur 2 und 3 verdeutlichte Funktion aus. In den Figuren 2 und 3 sind in einer schematischen Draufsicht jeweils der thermische Anschlußkontakt 24, der Wärmeübertrager 28, die Wärmeleiteinrichtung 30 sowie das Bimetall 34 dargestellt. Auf die Darstellung der übrigen, in Figur 1 gezeigten Teile, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
In Figur 2 ist die Ausgangsstellung der Wärmeleitein- richtung 30 gezeigt. Diese Ausgangsstellung ist beispielsweise bei ausgeschalteter Gastherme 10 gegeben. Nach Zünden des Brenners 14 steigt das heiße Abgas der Brennflammen 16 nach oben und erwärmt hierdurch den Wärmeübertrager 28. Aufgrund relativ hoher Tempe- raturen des Abgases, die bis zu 1000 °C betragen können, wird über eine Wärmeleitung des Wärmeübertragers 28 der thermische Anschlußkontakt 24 auf seine Betriebstemperatur Tx gebracht. Durch die unmittelbare Wärmeübertragung von den heißen Abgasen auf den ther- mischen Anschlußkontakt 24 über den Wärmeübertrager 28 wird diese Betriebstemperatur Tx sehr schnell er- reicht, so daß die thermische Trägheit des Thermo- Elektrik-Generators 22 gering ist.
Da der thermische Anschlußkontakt 26 des Thermo-Elek- trik-Generators 22 gleichzeitig mit der Leitung 18 thermisch leitend verbunden ist, die in eingeschaltetem Zustand der Gastherme 10 von Kaltwasser durchflössen wird, stellt sich zwischen den thermischen Anschlußkontakten 24 und 26 in relativ kurzer Zeit eine genügend große Temperaturdifferenz ein, die für eine Zurverfügungstellung einer erforderlichen elektrischen Leistung durch den Thermo-Elektrik-Generator 22 in dieser kurzen Zeitspanne ausreichend ist.
Bei Weiterbetrieb der Gastherme 10 würde der elektrische Anschlußkontakt 24, durch eine über den Wärmeübertrager 28 erfolgende Wärmeleitung, über seine maximal zulässige Betriebstemperatur Tmax erwärmt werden. Um dies zu verhindern, wird die momentane Be- triebstemperatur Tx des thermischen Anschlußkontaktes 24 über das Bimetall 34 abgegriffen und in eine Schwenkbewegung der mit dem Bimetall 34 verbundenen Wärmeleiteinrichtung 30 um den Festpunkt 32 umgesetzt. Mit Ansteigen der Betriebstemperatur Tx schwenkt die Wärmeleiteinrichtung 30 um den Festpunkt 32 horizontal unterhalb des Wärmeübertragers 28, so daß eine direkte Berührung der Brennflammen 16 beziehungsweise der von diesen ausgehenden heißen Abgase mit dem Wärmeübertrager 28 minimiert wird. Der in Draufsicht gesehene Überdeckungsgrad des Wärmeübertragers 28 mit dem Brenner 14 beziehungsweise dessen Brennflammen 16 wird somit mit steigender Be- triebstemperatur Tx verringert. Hierdurch erfolgt eine Drosselung der Wärmezufuhr von den Brennflammen 16 beziehungsweise den von diesen ausgehenden heißen Abgasen auf den Wärmeübertrager 28, so daß eine ge- drosselte Wärmezufuhr zu dem thermischen Anschlußkontakt 24 erfolgt. Über die verschwenkbare Wärmeleiteinrichtung 30 erfolgt somit eine Steuerung des Wärmeübertragers 28 in Abhängigkeit der Betriebstemperatur Tx des thermischen Anschlußkontaktes 24 des Thermo-Elektrik-Generators 22, indem diese einen mehr oder weniger großen Abgaswärmestrom auf den Wärmeübertrager 28 gelangen läßt.
Während des bestimmungsgemäßen Einsatzes der Gas- therme 10 kann es, insbesondere bei Thermen mit einer Leistungsregelung zu einer sich ändernden thermischen Leistung des Brenners 14 und somit des von diesem ausgehenden Abgaswärmestroms kommen. Verringert sich die thermische Leistung des Brenners 14, erfolgt eine Senkung des Abgaswärmestroms und somit eine geringere
Wärmeabgabe an den Wärmeübertrager 28, so daß die Betriebstemperatur Tx des thermischen Anschlußkontak- tes 24 sinkt. Infolgedessen kühlt das mit dem Anschlußkontakt 24 gekoppelte ' Bimetall 34 ab und die Wärmeleiteinrichtung 30 wird in Richtung seiner Ausgangsstellung verschwenkt, so daß der -in Draufsicht gesehen- Überdeckungsgrad des Wärmeübertragers 28 mit dem Brenner 14 wieder zunimmt und mit entsprechend größerer Fläche dem Abgaswärmestrom ausgesetzt ist. Somit kann aufgrund der größeren Fläche und geringerer Temperatur des Abgaswärmestroms die Wärmeleitung über den Wärmeübertrager 28 aufrechterhalten werden, die notwendig ist, um die optimale Betriebstemperatur Tx des Anschlußkontaktes 24 einzuhalten. Es erfolgt eine Steuerung des Wärmeübertragers 28 in Abhängigkeit der thermischen Leistung des Brenners 14 über die Betriebstemperatur Tx des thermischen Anschlußkontaktes 24.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsvariante der Anordnung eines steuerbaren Wärmeübertragers 28 ge- zeigt. Gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren sind, trotz eines teilweise abweichenden Aufbaus, zum besseren Verständnis mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert.
Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wärmeübertrager 28 selbst als Bimetall 36 ausgebildet und um den Festpunkt 32 in vertikaler Richtung verschwenkbar gelagert. Im Ausgangszustand, das heißt bei ausgeschalteter Gastherme 10, nimmt der Wärme- Übertrager 28 seine in Figur 4 in waagerechter Stellung gezeigte Ausgangsposition ein. Hierdurch befindet sich der Wärmeübertrager 28 in relativer Nähe zu dem Brenner 14. Bei Einschalten der Gastherme 10 ist der Wärmeübertrager 28 unmittelbar dem Abgaswärme- ström ausgesetzt, so daß eine relativ schnelle Erwärmung des Wärmeübertragers 28 erfolgt, und dieser aufgrund des großen Wärmegradienten zwischen dem Wärmeübertrager 28 und dem thermischen Anschlußkontakt 24 in relativ kurzer Zeit den Anschlußkontakt 24 auf seine Betriebstemperatur Tx bringt. Mit steigender Betriebstemperatur Tx wird der als Bimetall 36 ausgebildete Wärmeübertrager 28 um den Festpunkt 32 nach oben verschwenkt, so daß der Abstand zu dem Brenner 14 sich vergrößert. Hierdurch ist der Wärmeübertrager 28 in einem Bereich innerhalb des Brennraumes 12 angeordnet, in dem die Temperatur des Ab- gaswärmestromes verringert ist, so daß der Wärmegradient zwischen dem Wärmeübertrager 28 und dem thermischen Anschlußkontakt 24 verringert ist und sich die Wärmezufuhr zu dem Anschlußkontakt 24 verringert. Somit wird hier ebenfalls sichergestellt, daß der thermische Anschlußkontakt 24 nicht über eine maximale Betriebstemperatur Tmax des Thermo-Elektrik- Generators 22 erwärmt wird.
Der thermische Anschlußkontakt 26 ist wiederum ther- misch leitend mit der Leitung 18 in Nähe des Kalt- wassereinlaufes 20 verbunden. Ein durch die Leitung 18 strömendes Medium, insbesondere Wasser, wird über einen Wärmetauscher 38 erwärmt und tritt an einem Warmwasserauslauf 40 als Brauchwarmwasser aus.
Nach einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungs- beispiel, kann der in Figur 4 gezeigte, als Bimetall 36 ausgebildete Wärmeübertrager 28 anstelle einer vertikalen Schwenkbewegung • auch eine horizontale Schwenkbewegung um den Festpunkt 32 erfahren, so daß dieser aus dem Abgaswärmestrom des Brenners 14 herausbewegt wird und somit einer unzulässigen Erwärmung des Thermo-Elektrik-Generators 22 entgegengewirkt wird.
Insgesamt ist es mit relativ einfachen Maßnahmen möglich, eine schnelle Erwärmung des thermischen An- schlußkontaktes 24 auf eine Betriebstemperatur Tx zu erreichen und diese Betriebstemperatur Tx unterhalb einer maximal zulässigen Betriebstemperatur Tmax des Thermo-Elektrik-Generators 22 zu halten. Entsprechend der Anordnung beziehungsweise Ausbildung der Bimetalle 34 oder 36 erfolgt eine Steuerung des Wärmeübertragers 28 in Abhängigkeit der Betriebstemperatur Tx beziehungsweise der thermischen Leistung des Brenners 14. Die thermische Trägheit einer derartigen An- Ordnung ist gering, da die Masse des Wärmeübertragers 28 sehr gering ist und dieser durch seine Steuerbarkeit einer dem Betriebszustand der Gastherme 10 beziehungsweise des Thermo-Elektrik-Generators 22 angepaßten Temperatur ausgesetzt werden kann. Der Wär- megradient zwischen der Wärmequelle für den Thermo- Elektrik-Generator und dem thermischen Anschlußkon- takt 24 kann somit optimal eingestellt werden, damit sich eine schnelle Erwärmung auf die Betriebstemperatur Tx ergibt .
In der Figur 5 ist eine weitere Ausführungsvariante gezeigt, bei der wiederum gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der thermische Anschluß- kontakt 24 ist hier über einen Wärmeübertrager 42, der einen Wärmetauscher 44 bildet, mit der Leitung 18 in der Nähe des Warmwasserauslaufes 40 gekoppelt. Der Wärmeübertrager 42 ist innerhalb des Brennraums 12 dem Abgaswärmestrom des Brenners 14 ausgesetzt. Durch die Ankopplung des Wärmeübertragers 42 an den ther- mischen Anschlußkontakt 24 und über den Wärmetauscher 44 an die Leitung 18 erfolgt eine Abgabe der über den Abgaswärmeström aufgenommenen Wärmemenge sowohl an den thermischen Anschlußkontakt 24 als auch an die Leitung 18. Die von dem Abgaswärmestrom abgegebene Wärmemenge ist abhängig vom Betriebszustand des Brenners 1 . Dieser wiederum wird durch eine Durchfluß- menge durch die Leitung 18 bestimmt, das heißt, je größer die Durchflußmenge ist, um so höher ist die thermische Leistung des Brenners 14. Mit einer Änderung der thermischen Leistung des Brenners 14 ändert sich die Temperatur des Abgaswärmestroms und somit die an den Wärmeübertrager abgegebene Wärmemenge. Über die Ankopplung des Wärmeübertragers 42 an die Leitung 18 durch den Wärmetauscher 44 wird gewährleistet, daß die maximale Betriebstemperatur Tmax des Thermo-Elektrik-Generators 22 nicht überschritten werden kann. Übersteigt die von dem Abgaswärmestrom an den Wärmeübertrager 42 abgegebene Wärmemenge die für den Anschlußkontakt 24 zulässige Höchstmaß, wird die überschüssige Wärmemenge über den Wärmetauscher 44 selbsttätig an die Leitung 18 abgegeben. Der Wär- meübertrager 42 ist hierbei in Abhängigkeit der konstruktiven Gegebenheiten der Gastherme 10 so angeordnet, daß eine Überschreitung der maximalen Betriebstemperatur Tmax des Thermo-Elektrik-Generators 22 bei maximaler Leistung der Gastherme 10 nicht möglich ist und bei minimaler thermischer Leistung der Gastherme 10 die notwendige Betriebstemperatur Tx des Thermo-Elektrik-Generators 22 erreicht wird.
In den Figuren 6 und 7 sind weitere Ausführungsvari- anten von Gasthermen 10 mit einem gesteuerten Wärmeübertrager 28 gezeigt. Der Aufbau und die Wirkungsweise sind mit der bereits zu Figur 1 erläuterten Gastherme 10 vergleichbar, so daß insofern auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Anstelle der Wärmeleiteinrichtung 30 (Figur 1) ist der Wärmeübertrager 28 mit einer Wärmeableiteinrichtung 46 versehen. Die Wärmeableiteinrichtung 46 wird von einem Wärmeleitblech 48 gebildet, das einerseits in Berührungskontakt mit dem Wärmeübertrager 28 und andererseits mit einer Wärmesenke steht. Das Wärme- leitblech 48 kann beispielsweise einstückig mit dem Wärmeübertrager 28 ausgebildet sein oder an diesen mittels geeigneter Maßnahmen thermisch leitend befestigt sein. Das Wärmeleitblech 48 greift an einer Stelle an dem Wärmeübertrager 28 an, die -in Wärme- flußrichtung betrachtet- von dem Brenner 14 nach dem thermischen Anschlußkontakt 24 liegt. Die Wärmesenke wird gemäß dem in Figur 6 gezeigten Ausführungsbei- spiel von einem Mantel 50 der Brennkammer 12 gebildet, mit dem das Wärmeleitblech 48 thermisch lei-tend verbunden ist. Nach der in Figur 7 gezeigten Ausführungsvariante wird die Wärmesenke von der Leitung 18 gebildet, die von einem zu erwärmenden Medium oder einem die Brennkammer 12 kühlenden Medium durchflössen wird.
Während des Betriebes der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Gastherme 10 wird der Wärmeübertrager 28 über die Brennflammen 16 beziehungsweise der von diesen ausgehenden heißen Abgase sehr rasch erwärmt . Da der Wärmeübertrager 28 aus einem thermisch gut leitenden Material geringer Masse besteht, wird der thermische Anschlußkontakt 24 des Thermo-Elektrik-Generators 22 in relativ kurzer Zeit auf seine Betriebstemperatur Tx gebracht. Erreicht die Betriebstemperatur Tx die maximale Betriebstemperatur Tmax des Thermo-Elektrik- Generators 22, erfolgt eine Abführung einer über- schüssigen Wärmemenge über die Wärmeableiteinrichtung 46. Da zwischen dem Wärmeübertrager 28 im Bereich des thermischen Anschlußkontaktes 24 und der Wärmesenke, in Figur 1 dem Mantel 50 und in Figur 2 der Leitung 18, eine Temperaturdifferenz besteht, erfolgt über das Wärmeleitblech 48 eine Wärmeableitung vom Wärmeübertrager 28 weg.
Der Wärmeübertrager 28 erfährt über den Brenner 14 eine Wärmeaufnahme durch die Temperaturdifferenz zwi- sehen dem thermischen Anschlußkontakt 24 und den Brennerflammen 16 beziehungsweise den heißen Abgasen, und eine Wärmeentnahme in Form einer Wärmeabgabe an den Thermo-Elektrik-Generator 22 und einer Wärmeableitung über das Wärmeleitblech 48. Durch eine Wahl der Geometrie des Wärmeübertragers 28 und des Wärme- leitbleches 48, insbesondere durch angepaßte Wärmeleitquerschnitte des Wärmeübertragers 28 beziehungsweise des Wärmeleitbleches 48, kann das Temperaturregime am thermischen Anschlußkontakt 24 so ausgelegt werden, daß bei einem Start der Gastherme 10 der thermische Anschlußkontakt 24 sehr schnell auf seine Betriebstemperatur Tx kommt und bei einem Dauerbetrieb der Gastherme die maximale Betriebstemperatur Tmax des Thermo-Elektrik-Generators 22 nicht über- schritten wird. Über eine Auslegung der Wärmeleitwege und der Wärmeleitquerschnitte kann erreicht werden, daß an dem thermischen Anschlußkontakt 24 die einge- leitete Wärmemenge über den Wärmeübertrager 28 gleich der abgeleiteten Wärmemenge über den Thermo-Elektrik- Generator 22 und das Wärmeleitblech 48 ist, wobei die Wärmeableitung über das Wärmeleitblech 48 erst dann einsetzt, wenn der Thermo-Elektrik-Generator 22 seine Betriebstemperatur Tx erreicht hat beziehungsweise sich die Betriebstemperatur Tx der maximalen Betriebstemperatur Tmax nähert. Wie bereits bei den anderen Ausführungsvarianten wird hier ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur Tx sichergestellt und ein Überschreiten der maximalen Betriebstemperatur Tmax verhindert .

Claims

Patentansprüche
1. Gastherme mit einer von Gas gespeisten thermischen Quelle (Brenner) , mit Einrichtungen zum Umwandeln der von der thermischen Quelle gelieferten thermischen Energie zum Erwärmen eines Mediums, insbesondere Wasser, mit elektrisch betriebenen Hilfseinrichtungen zum Betreiben der Gastherme und einem Thermo-Elektrik-Generator zum Bereitstellen der elektrischen Energie für die Hilfseinrichtungen, dessen Wärmequelle von der thermischen Quelle gebildet wird und der mit einer Wärmesenke der Gastherme in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle des Thermo-Elektrik-Generators (22) mit der thermischen Quelle über einen steuerbaren Wärmeübertrager (28, 42) zur Temperaturbegrenzung in Verbindung steht .
2. Gastherme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (28, 42) einerseits mit einem thermischen Anschlußkontakt (24) des Thermo-Elektrik- Generators (22) verbunden ist und andererseits einem von dem Brenner (14) ausgehenden Abgaswärmestrom ausgesetzt ist.
3. Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (28) aus einem thermisch gut leitfähigen Material geringer Masse besteht .
4. Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmeübertrager (28) eine Wärmeleiteinrichtung (30) zugeordnet ist, über die ein Überdeckungsgrad des dem Abgaswärmeström ausgesetzten Ende des Wärmeübertragers (28) mit dem Brenner (14) veränderbar ist.
5. Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleiteinrichtung (30) horizontal zwischen dem Wärmeübertrager (28) und dem Brenner (14) verschwenkbar ist.
6. Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleiteinrichtung
(30) mit einem Bimetall (34) gekoppelt ist, dessen Temperaturbasis der Anschlußkontakt (24) ist.
7. Gastherme nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (28, 42) selber eine Temperaturbegrenzungseinrichtung bildet.
8. Gastherme nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (28) aus dem Abgaswärmestrom verschwenkbar ist .
9. Gastherme nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (28) vertikal verschwenkbar ist, so daß sich sein Abstand zum Brenner (14) vergrößert .
10. Gastherme nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (28) als Bimetall (36) ausgebildet ist.
11. Gastherme nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturbasis des Bimetalls (36) von dem Anschlußkontakt (24) gebildet ist.
12. Gastherme nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (42) ein Wärmetauscher (44) ist, der einerseits mit dem Anschlußkontakt (24) und andererseits mit einer vom zu erwärmenden Medium duchflossenen Leitung (18) ge- koppelt ist und der vom Abgaswärmestrom beaufschlagt wird.
13. Gastherme nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmeübertrager (28) eine Wärmeableiteinrichtung (46) zugeordnet ist, mittels der eine vom Thermo-Elektrik-Generator (22) nicht benötigte Wärmemenge von dem Wärmeübertrager (28) einer Wärmesenke zugeführt wird.
14. Gastherme nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke ein Mantel (50) der Brennkammer (12) ist.
15. Gastherme nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich- net, daß die Wärmesenke die Leitung (18) ist.
16. Gastherme nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableiteinrichtung (46) ein Wärmeleitblech. (48) ist, das einerseits thermisch leitend mit dem Wärmeübertrager (28) und andererseits thermisch leitend mit der Wärmesenke verbunden ist.
17. Gastherme nach /Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle zwischen dem Wärmeleitblech (48) und dem Wärmeübertrager (28) -in Wärmeleitrichtung gesehen- nach dem thermischen Anschlußkontakt (24) des Thermo-Elektrik-Generators (22) liegt.
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