AT395762B - Mit einem brenngas-luft-gemisch gespeister gasbrenner - Google Patents

Description

AT 395 762 B

Die Erfindung betrifft einen mit einem Gebläse betriebenen und einem Brenngas-Luft-Gemisch gespeisten Gasbrenner mit einer die Zusammensetzung dieses Gemisches modulierenden, eine Vergleichsschaltung enthaltenden Steuerung des Gas- bzw. Luftdurchsatzes, der an eine Meßvorrichtung mit Signalgeber zur Messung und Signalisierung der Ist-Größe des Luft- und/ oder Gasdurchsatzes angeschlossen ist Für die Steuerung eines solchen Gasbrenners ist es von großer Bedeutung, daß die erforderlichen Ist-Meßwerte jeweils möglichst rasch, feinfühlig und exakt sowie elektronisch problemlos umsetzbar ermittelt und verwertet werden, um eine unverzügliche Anpassung des Luft- und/oder Gasdurchsatzes zu ermöglichen.

Die Erfindung beruht mit dieser Zielsetzung auf der Erkenntnis, daß sich für eine solche rasche und rasch verwertbare Ermittlung der Ist-Durchsätze im vorliegenden speziellen Anwendungsgebiet ganz besonders Frequenzmesser auf der Basis sogenannter Wirbelzähler eignen, die einem in der Luftführung oder Gaszufuhrleitung anzuordnenden Störkörper in Strömungsrichtung nachzuordnen sind.

Die als Wirbelzähler ausgebildeten Frequenzmesser beruhen auf folgendem Prinzip: Wird ein Störkörper von einem flüssigen oder gasförmigen Medium umströmt, kann dieses Medium der Körperform nur bis zu einem bestimmten Ausmaß der Oberfläche folgen, darüber hinaus reißt jedoch die Strömung ab, und es bilden sich in Strömungsrichtung hinter dem Körper wechselweise und gegensinnig rotierende Wirbel, die vom strömenden Medium mitgerissen worden und oszillieren. Die Frequenz dieser Wirbelablösung ist annähernd proportional der Strömungsgeschwindigkeit, also dem spezifischen Durchsatz des Mediums. Ein solches Meßsystem ist als Karmansche Wirbelstraße bekannt Die Gesetzmäßigkeit, mit der sich die Wirbel hinter dem Stöikörper ablösen, wird durch die sogenannte Strouhal-Zahl bezeichnet. Die Proportionalität zwischen der Wiibelfrequenz und dem Durchsatz befähigt den Wirbelzähler zur exakten Messung des Volumenstromes, indem er die Zahl der Wirbel pro Zeiteinheit erfaßt und in volumenproportionale Impulse umsetzt. Zur Erfassung der mit der Strömung abfließenden Druck- und Geschwindigkeitsfelder können unterschiedliche Abtastsysteme verwendet werden, beispielsweise eine Ultraschalläbtastung, aber auch eine Membranabtastung, Lichtleiterabtastung u. dgl.

Mit den von einem solchen Abtastsystem aufgenommenen Impulsen können die Ist-Membrane in einer elektronischen Schaltung mit den Soll-Werten des Durchsatzes verglichen werden, und bei auftretenden Differenzen ist eine Korrektur unverzüglich durchführbar.

Dies macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, indem sie erfindungsgemäß vorsieht, daß bei einem Gasbrenner der eingangs bezeichneten Gattung zur Messung des Luft- und/oder Gasdurchsatzes zumindest ein in der Luftführung bzw. in der Gaszufuhrleitung angeordneter Störkörper vorgesehen ist, dem ein Frequenzmesser zugeordnet ist

Eine besonders feinfühlige Steuerung wird gegebenenfalls dadurch ermöglicht, daß sowohl der Signalgeber des in der Gaszufuhrleitung angeordneten Frequenzmesser an eine gemeinsame Steuerungseinheit angeschlossen werden, von der dann Steuerleitungen zu den Luftdurchsatz und den Gasdurchsatz proportional steuernden Organen ausgehen.

Schließlich kann nach einer vorteilhaften Schaltung eine aus einer Speichereinheit mit Soll-Werten für die Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemisches und von den beiden Frequenzmessern mit Ist-Werten gespeiste Steuerungseinheit mit gesonderten Steuerleitungen mit den Steuerungseinheiten der den Luftdurchsatz und den Gasdurchsatz steuernder Organe verbunden sein.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gasbrenner mit seiner Steuerung schematisch veranschaulicht,

Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen solcher Brenner darstellen und

Fig. 4 ein Schaltbild einer Steuerung zeigt.

Fig. 1 zeigt zunächst den Erfindungsgegenstand im Prinzip. Dem Gasbrenner (1) wird über die Gaszufuhrleitung (2) Brenngas aus einem Versorgungssystem in regelbarer Menge zugeführt und strömt über die radial gerichteten Gasaustrittsöffnungen (3) des Brennerkopfes (4) in den Brennraum (5) aus, um dort nach Zündung zu verbrennen. Die Verbrennungsluft strömt dem Brennraum (5) über die Luftführung (6) in Richtung der Pfeile (7) zu und vermischt sich im Brennraum (5) mit dem Brenngas zu einem Gemisch mit steuerbarem Mischungsverhältnis. Ein optimales Mischungsverhältnis gewährleistet eine Verbrennung mit minimalem Schadstoffanfall.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich in der Luftführung (6) ein als gebogener Stab ausgebildeter Störkörper (8). Dieser Störkörper (8) verursacht in der Luftführung (6) im Luftstrom örtliche Wiibel und ihm ist eine Ultraschallabtastung (9) zugeordnet, mit deren Hilfe die Frequenz der Wirbel und dadurch mittelbar die proportionale Ist-Größe des Luftdurchsatzes meßbar ist.

Sofern die Länge der Luftführung (6) von ihrem über das Gebläse (10) gespeister. Einlaß (11) bis zum Störkörper (8) nicht ausreicht, um den Luftstrom zu vergleichmäßigen, kann in dieser Luftführung (6) auch noch ein Gleichrichter (12), z. B. ein Gitter, angeordnet werden.

Diesem Gasbrenner (1) ist nun eine elektronische Steuerungseinheit (13) zugeordnet, der über einen Eingang (14) und eine Steuerleitung (15) Signale der Ultraschallabtastung (9) und über einen Einlaß (16) und eine Steuerleitung (17) Signale eines in der Gaszufuhrleitung (2) angeordneten Druckfühlers (18) übermittelt werden. Diese Signale werden in der Steuerungseinheit (13) verwertet und zur Steuerung der Luftzufuhr verwendet, indem diese Steuerungseinheit (13) über ihren Ausgang (19) und die Steuerleitung (20) mit dem -2-

Claims (4)

1. AT 395 762 B Antrieb des Gebläses (10) verbunden wird. Die elektronische Steuerungseinheit (13) enthält zu diesem Zweck einen Speicher für die in Abhängigkeit vom Gasdruck jeweils optimalen Luftdurchsätze und eine Vergleichsschaltung zum Vergleich der über die Steuerleitung (17) einlangenden Ist-Werte des Gasdurchsatzes mit den über die Steuerleitung (15) eingehenden Ist-Werten des Luftdurchsatzes. Bei dem in den Fig. 2 und 3 konkret dargestellten gebläsebetriebenen Gasbrenner (1) ist in dessen Luftführung (6) derselbe Störkörper (8) und dieselbe Ultraschallabtastung (9) eingebaut wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, und zwar im Zentrum eines an die Luftführung (6) radial ansetzenden Rohres (21) in einer Halterung (22) befestigt. Ferner befindet sich ein weiterer Wirbelzähler (24) mit einem Störkörper (23) zusätzlich auch in der Gaszufuhrleitung (2). In diesem Fall der Anordnung zweier Wirbelzähler (9) und (24) kann die Steuerung mittels der Steuerungseinheit (13) eventuell proportional erfolgen, wobei über den Eingang (14) und die Steuerleitung (15) einlangende Signale des im Rohr (21) der Luftführung (6) angeordneten Wirbelzählers (9) und die über den Eingang (27) und die Steuerleitung (28) einlangenden Signale des in der Gaszufuhrleitung (2) angeordneten Wirbelzählers (24) gemeinsam verarbeitet werden. Der Steuerungseinheit (13) sind über die Ausgänge (19) bzw. (25) sowohl Steuerleitungen (20) bzw. (26) zur Steuerung des Luftdurchsatzes als auch zur Steuerung des Gasdurchsatzes angeschlossen. Eine andere fakultative Anordnung des Wirbelzählers (9) im Bereich (29) des Rohres (21) ist in Fig. 3 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform des Wirbelzählers (9) im Bereich (29) verengt sich das den Störkörper und den Ultraschallfühler enthaltende Rohrstück (30) in Richtung des Luftstromes trichterförmig, um die Wirkung der Strömung zu verstärken. Schließlich zeigt Fig. 4 eine Schaltung für die elektronische Steuerung des Luft- und Gasdurchsatzes in Abhängigkeit von den über die beiden Wirbelzähler (9) bzw. (24) ermittelten Ist-Meßwerten. Die Steuerungseinheit (35) erhält einerseits Informationen über den Eingang (31) der Steuerleitung (32), die an den Ausgang (33) eines Datenspeichers (34) angeschlossen ist, der die variierenden Soll-Größen der Anteile des zu modulierenden Gas-Luft-Gemisches enthält. Ferner weist diese Steuerungseinheit Eingänge (36) und (37) für die Steuerleitungen (38) und (39) auf, über die die Meßwerte von den beiden elektronischen Einheiten (40) und (41) der Wirbelzähler (9) bzw. (24) einlangen, die den Luftdurchsatz in der Luftführung (6) bzw. den Gasdurchsatz in der Gaszufuhrleitung (2) messen. In der Steuerungseinheit (35) erfolgt der Vergleich der einlangenden Ist-Werte der Durchsätze mit den vom Speicher (34) übermittelten Soll-Werte und das Vergleichsergebnis wird in Steuerungssignale umgesetzt, die über die Ausgänge (42) und (43) sowie die Steuerleitungen (44) und (45) sowie die Eingänge (46) bzw. (47) der Steuerungseinheit (13) für die Steuerung des Luftdurchsatzes und der Steuerungseinheit (48) für die Steuerung des Gasdurchsatzes übermittelt werden. Gegebenenfalls kann eine Steuerleitung (49), die über den Ausgang (50) des Speichers (34) zum Eingang (51) der Steuerungseinheit (48) für den Gasdurchsatz führt, entfallen, wenn die Steuerung des Gasdurchsatzes unmittelbar über die Steuerungseinheit (48) durch den Wirbelzähler (24) erfolgt. Selbstverständlich ist die Erfindung in ihren Einzelheiten sehr mannigfaltig abwandelbar und ist durchaus nicht an die dargestellten und erläuterten Beispiele gebunden. So könnte die Einstellung des Luftdurchsatzes auf grundsätzlich beliebige Art, nicht bloß durch Regelung der Drehzahl des Gebläses (10) erfolgen, z. B. durch von Stellmotoren oder magnetisch betriebene Drosseln, Schieber, Blenden u. dgl. Wesentlich ist hingegen hinsichtlich der Zielsetzung der Erfindung in jedem Fall ein möglichst unverzügliches, also verzögerungsfreies Reagieren der Steuerungseinheiten zur Abstimmung der Luft- und Gasdurchsätze auf das Soll-Niveau. Für eine solche Reaktion erweist sich der Einsatz der erfindungsgemäß vorgesehenen Wirbelzähler als bestgeeignet. Auch der Störkörper dieser Wirbelzähler ist im Rahmen der Erfindung beliebig gestaltbar, er soll jedoch einen bloß geringfügigen Druckverlust verursachen, weil über das Gebläse (10) von vornherein nur ein begrenzter Druck zur Verfügung steht. Bereits erwähnt wurde, daß sich im Rahmen der Erfindung verschiedenerlei Abtastsysteme für die Wirbelzähler verwenden lassen, z. B. eine Membran, ein Lichtleiter oder ein Ultraschallfühler. PATENTANSPRÜCHE 1. Mit einem Gebläse betriebener und einem Brenngas-Lufl-Gcmisch gespeister Gasbrenner mit einer die Zusammensetzung dieses Gemisches modulierenden, eine Verglcichsschaltung enthaltenden Steuerung des Gas-bzw. Luftdurchsatzes, der eine Meßvorrichtung mit Signalgeber zur Messung und Signalisierung der Ist-Größe -3- AT395 762 B des Luft- und/oder Gasdurchsatzes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Luft-und/oder Gasdurchsatzes zumindest ein in der Luftführung (6, 21) bzw. in der Gaszufuhrleitung (2) angeordneter Störkörper (8 bzw. 23) vorgesehen ist, dem ein Frequenzmesser zugeordnet ist.
2. 2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Signalgeber des in der Luftführung (21) angeordneten Frequenzmessers (9) als auch der Signalgeber des in der Gaszufuhrleitung (2) angeordneten Frequenzmessers (24) an eine gemeinsame Steuerungseinheit (13) angeschlossen sind, von der Steuerleitungen (20,26) zu den Luftdurchsatz und den Gasdurchsatz proportional steuernden Organen ausgehen (Fig. 2, 3). 10
3. 3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer Speichereinheit (34) mit Soll-Werten für die Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemisches und von den beiden Frequenzmessern (9 bzw. 24) mit Ist-Werten gespeiste Steuerungseinheit (35) mit gesonderten Steuerleitungen (44 bzw. 45) mit den Steuerungseinheiten (13 bzw. 48) der den Luftdurchsatz und den Gasdurchsatz steuernder Organe verbunden ist 15 (Fig.
4. 4). 20 Hiezu 4 Blatt Zeichnungen -4-