VORRICHTUNG ZUR ERZEUGUNG EINER ELEKTRISCHEN SPANNUNG FÜR KOMPONENTEN EINES GASBEHEIZTEN WASSERERHITZERS

Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung für Komponenten eines gasbeheizten Wassererhitzers

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung für Komponenten eines gasbeheizten Wassererhitzers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Aus der US-PS 4 740 725 ist bekannt, einen hydraulischen Mikro-Turbinen-Generator zur Erzeugung einer Zündspannung zum Zünden eines Gasbrenners für Wassererhitzer einzusetzen. Als Vorteil wird darauf hingewiesen, daß dadurch auf eine permanente Zundflamme verzichtet werden kann.

Aus der EP 361 333 E geht ferner eine Wasserarmatur für sanitäre Hausinstallationen hervor, wobei in einem Stromungskanal ein von durchströmenden Wasser beaufschlagtes Turbinenrad vorgesehen ist, das einen elektrischen Generator antreibt. Das Turbinenrad ist dabei unmittelbar im

Stromungsweg des wasserführenden Leitungsstrangs angeordnet. Die vom Generator erzeugte Spannung wird dabei zum Laden eines Akkumulators verwendet, der eine Steueranordnung mit Spannung versorgt, die ein Ventil eines Wasserspenders betätigt. Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemaße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß unabhängig von der Durchflußmenge im Leitungsstrang die zum Antreiben der Turbine beziehungsweise des Generators notwendige Stromungsmenge im wesentlichen konstant bleibt. Dadurch wird gewahrleistet, daß unabhängig von der Stellung des Auslaßventils eine ausreichenden elektrische Spannung den elektrischen Verbrauchern des Wassererhitzers zufuhrbar ist.

Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemaßen Vorrichtung möglich. Um selbst bei einer geringen Öffnung des Auslaßventils eine ausreichende elektrische Spannung von beispielsweise 1,5 V bereitzustellen, ist es besonders vorteilhaft, über ein Drosselventil den Leitungssrrang erst öffnet, wenn die Turbine des Turbinen-Generators von der erforderlichen Stromungsmenge durchflössen wird. Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, das Drosselventil erst bei einem Druck von etwa 250 mbar zu offnen. Dadurch wird sichergestellt, daß über die Turbine eine Stromungsmenge von ca. 2 bis 3 1/min fließt, die sich zur Erzeugung der erforderlichen Spannung als zweckmäßig erwiesen hat. Durch eine druckabhangige Veränderung des Stromungsquerschnitts des Drosselventils wird außerdem sichergestellt, daß der im Bypass anliegende Druck im wesentlichen konstant bleibt. Dazu ist das Drosselventil mit einer Druckfeder mit entsprechender Federkennlinie beaufschlagt. Um die Turbine mit einer geringen Stromungsmenge zu betreiben, ist im Bypass, der Turbine vorgelagert, eine Düse mit einem Dusenspalt ausgebildet. Die Erfindung laßt sich nicht nur bei Gasdurchlauferhitzern sondern auch bei anderen Wassererhitzern einsetzen, die mit einem Gasbrenner beheizt werden.

Zeichnung

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines gasbeheizten Warmwassererhitzers,

Figur 2 eine Schnittdarstellung durch eine Armatur für die erfindungsgemaße Vorrichtung,

Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Gehauseteils der Armatur,

Figur 4 eine Draufsicht auf das Gehauseteil in Figur 3,

Figur 5 ein weiteres Gehauseteil für einen Generator,

Figur 6 eine Ansicht des Gehauseteils in Figur 5 in Blickrichtung X,

Figur 7 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung nach der Linie VII-VII in Figur 6 und

Figur 8 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Ausschnitts A in Figur 2.

Ausfuhrungsbeispiel Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines gasbeheizten Wassererhitzers mit einem Gasbrenner 11, einer Brennkammer 12 und einem Wärmetauscher 13. Der Gasbrenner 11 wird mit einem Brenngas 25 versorgt, das in der Brennkammer 12 verbrennt. Der Wärmetauscher 13 wird von einem wasserführenden Leitungsstrang 15 durchzogen, der in Fließrichtung vor dem Wärmeübertrager 13 eine Einlaßseite 16 (Kaltwasserseite) und in Fließrichtung hinter dem Wärmetauscher eine Auslaßseite 17 (Warmwasserseite) mit einem Auslaßventil 18 (Wasserhahn) aufweist.

An der Einlaßseite 16 befindet sich in Fließrichtung vor dem Wärmetauscher eine Armatur 20 mit einem Turbinen-Generator 30, der von dem im Leitungsstrang 15 stromenden Wasser angetrieben wird und eine elektrische Spannung erzeugt.

Bei Entnahme von Warmwasser wird das Auslaßventil 18 geöffnet, wobei Wasser durch den Leitungsstrang 15 strömt. Mit dem Offnen des Auslaßventils 18 wird aufgrund der Strömung des Wassers im Leitungstrang 15 der Turbinen- Generator 30 betrieben, der dann die Spannung zur Stromversorgung der elektrischen Komponenten liefert.

Die erzeugte elektrische Spannung wird im vorliegenden

Ausfuhrungsbeispiel als Zündspannung für eine Zundelektrode 21 verwendet, wobei an der Zundelektrode 21 ein Zündfunke entsteht, der das Brenngas 25 zündet. Die erzeugte Spannung dient ferner zur Versorgung einer elektronischen Steuerung 22, die in an sich bekannter Weise ein Gasventil 23 in Abhängigkeit von der Stellung eines Wasserventils 24 steuert. Darüber hinaus können weitere, nicht dargestellte Steuerelemente und Sensoren versorgt werden. Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Armatur 20 mit einem Leitungsgehause 31 und einem Generatorgehause 32. Die Gehauseteile 31, 32 sind beispielsweise aus Kunststoff hergestellt. Das Leitungsgehause 31 besitzt einen einstromseitigen Abschnitt 33 und einen ausstromseitigen

Abschnitt 34. Vom einstromseitigen Abschnitt 33 zweigt eine Bypass-Zustromoffnung 35 und vom ausstromseitigen Abschnitt 34 eine Bypass-Ausstromoffnung 36 ab. Am Leitungsgehause 31 ist ferner einstromseitig und ausstromseitig der Leitungsstrang 15 angekoppelt. Die Fließrichtung im Leitungsgehause 31 ist durch die Pfeile angegeben.

Das Leitungsgehause 31 besitzt an den Bypass-Offnungen 35, 36 eine plane Flache 38, in die eine Vertiefung 41 mit einem Sackloch 42 für eine Aufnahme 77 eingearbeitet ist (Figur 3 und 8) . Zusatzlich ist die plane Flache 38 mit Bohrungen 43 ausgestattet, in die Befestigungsmittel zum Befestigen des Generatorgehause 32 eingreifen (Figur 4). Zum dichten Befestigen des Generatorgehauses 32 am Leitungsgehause 31 ist das Generatorgehause 32 mit einer weiteren planen Flache 39 (Figur 5) ausgeführt, die mit der planen Flache 38 des Leitungsgehause 31 zusammengebracht wird.

Im Leitungsgehause 31 ist gemäß Figur 2 ferner ein Drosselventil 40 mit einem Ventilsitz 44, einem Ventilteller 45 und einer Ventilstange 46 angeordnet. Die Ventilstange 46 ist in einer Fuhrung 47 gefuhrt, die über speichenartige Distanzelemente 48 an der Innenwand des Leitungsgehauses 31 abgestutzt sind. Entgegen der Fließrichtung weist der Ventilteller 45 eine kegelstumpfartige Kappe 68 zur

Verbesserung der Strömung auf. Der Ventilteller 45 ist mittels einer Druckfeder 49 federkraftbeaufschlagt, wobei die Druckfeder 49 eine derartige Federkennlinie aufweist, daß das Drosselventil 40 erst bei einem Druck von beispielsweise 250 mbar öffnet. Dadurch wird sichergestellt, daß auch bei geringer Öffnung des Auslaßventils 18 eine ausreichende Wassermenge von ca. 2 bis 3 1/min über einen Bypass-Kanal 50 fließt, die notwendig ist, um die erforderliche elektrische Spannung vom Turbinen-Generator 30 zu erzeugen. Voraussetzung ist jedoch, daß das Auslaßventil 18 entsprechend geöffnet ist.

Der Bypass-Kanal 50 ist in die plane Flache 39 gemäß Figur 5 eingearbeitet, der in Draufsicht in Figur 6 dargestellt ist. Der Bypass-Kanal 50 weist angepaßt an die Zustromoffnung 35 und die Ausströmöffnung 36 einen halbkreisförmigen Anfang 52 und ein halbkeisformiges Ende 53 auf. Dazwischen liegt eine Aufnahmebohrung 55 für ein spater beschriebenes Turbinenrad 60 mit Turbinenschaufeln 66. Der Bypass-Kanal 50 weist ferner einen Zustrom-Kanal 56 und einen Abstrom-Kanal 57 auf. Der Zustrom-Kanal 56 verjungt sich von der Öffnung am Anfang 52 an kontinuierlich bis zu einem Dusenspalt 58. Der Dusenspalt 58 ist im Querschnitt mit einer Schräge 59 versehen. Der Verlauf der Schräge 59 geht aus Figur 7 hervor. Danach ist die Schräge 59 beispielsweise mit einem Winkel von 20 Grad an den Abstand zwischen den Turbinenschaufeln 66 angepaßt und verlauft vom Kopf der einen Turbinenschaufel zum Fuß der benachbarten Turbinenschaufel. Dadurch entspricht die Querschnittsflache des Dusenspalts 58 etwa dem 1,5-fachen der Eintrittsflache zwischen zwei benachbarten Turbinenschaufeln 66. In Stromungsrichtung hinter dem Dusenspalt 58 befindet sich eine gebogene Stromungsflache 61, die radial in Richtung der Turbinenschaufeln 66 des Turbinenrades 60 weist.

Einzelheiten des Turbinen-Generators 30 zeigt Figur 8. Das Generatorgehause 32 weist eine Kammer 62 mit einem rotorseitigen Kammerabschnitt 63 und einem statorseitigen Kammerabschnitt 64 auf. In der Kammer 62 befindet sich ein Generator 70 mit einem Stator 71 und einem Rotor 72. Der Rotor 72 ist ein radial magnetisierter Permanentmagnet 73, der zusammen mit dem Turbinenrad 60 auf einer feststehenden Welle 75 drehbar gelagert ist. Die Welle 75 in dabei fest mit der Aufnahme 77 verbunden, die ebenfalls fest im Sackloch 42 des Leitungsgehauses 31 sitzt. Auf der Welle 75 laufen zwei Lager 85, die mit dem Turbinenrad 60 drehfest verbunden. Dadurch lauft das Turbinenrad 60 zusammen mit dem Rotor 72 auf der Welle 75. Es ist aber genauso denkbar, das Turbinenrad 60 und den Rotor 72 drehfest auf der Welle 75 anzuordnen und die Welle 75 drehbar zu lagern.

Der Stator 71 besitzt eine Erregerwicklung 80 mit klauenpolartigen Magnetleitblechen 81, die jeweils radiale Abschnitte 82 und axiale Abschnitte 83 aufweisen. Die axialen Abschnitte 83 reichen dabei axial bis über den Permanentmagnet 73 und dienen dazu, das Magnetfeld des Permanentmagneten 73 zur außerhalb des Magnetfeldes liegenden Erregerwicklung 80 zu leiten.

Zwischen dem Stator 71 und dem Rotor 72 ist eine topfformige Trennkappe 90 mit einem axialen Abschnitt 91, einem radialen Dichtflansch 92 und einer weiteren Aufnahme 93 angeordnet. Die Trennkappe 90 trennt den rotorseitigen Kammerabschnitt 63 von dem statorseitigen Kammerabschnitt 64 hermetisch ab. Dadurch ist es möglich, daß der rotorseitige Kammerabschnitt 63 mit Wasser beaufschlagt sein kann. Die weitere Aufnahme 93, die in die Trennkappe 90 eingeformt ist, dient zur statorseitigen Aufnahme der feststehenden Welle 75. Dadurch ist die Welle 75 zum statorseitigen Kammerabschnitt 64 hin ebenfalls abgedichtet. Somit ist bei dem vorliegenden

Turbinen-Generator 30 lediglich die beschriebene Abdichtung mittels der Trennkappe 90 zum Stator 71 hin erforderlich. Es sind keine Dichtungen für rotierende Teile notwendig. Das Generatorgehause 32 weist in der Kammer 62 einen Boden 95 auf, in dem eine ringförmige Vertieferung 96 eingearbeitet ist, in der ein Dichtring 97 liegt. Zum Abdichten ist in die Kammer 62 des Generatorgehauses 32 eine Hülse 98 eingesetzt, die auf den Dichtflansch 92 der

Trennkappe 90 druckt. Die Innenwand der Hülse 98 dient gleichzeitig zur Aufnahme der axialen Abschnitte 83 der Magnetleitbleche 81, die somit zwischen der Hülse 98 und der Trennkappe 90 befestigt sind. Damit kein magnetischer Kurzschluß zwischen den Magnetleitblechen 81 entsteht, sind die mit den Magnetleitblechen 81 in Verbindung stehenden Bauteile aus nichtmagnetischen Materialien, beispielsweise aus Kunststoff ausgeführt.

Zum Befestigen der Trennkappe 90 weist die Kammer 62 am oberen Abschnitt ein Gewinde 99 auf, in das ein ebenfalls mit einem Gewinde versehener Deckel 100 einschraubbar ist. Durch das Einschrauben des Deckels 100 wird die Hülse 98 gegen den Dichtflansch 92 der Trennkappe 90 gedruckt, so daß die erforderliche Dichtung zwischen dem rotorseitigen

Kammerabschnitt 63 und dem statorseitigen Kammerabschnitt 64 am Boden 95 des Generatorgehauses 32 entsteht.