AT509212B1

AT509212B1 - Vorrichtung und ein verfahren zur regelung des brenngas-luft-verhältnisses eines brenngasbetriebenen brenners

Info

Publication number: AT509212B1
Application number: AT0030810A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Group Austria Gmbh
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2011-07-15
Also published as: EP2363642A1; AT509212A4; EP2363642B1

Abstract

Bei einer Einrichtung (1) zur Warmwasserbereitung für Haushalte od. dgl. mit einem Wärmetauscher (2), wobei der Wärmetauscher (2) einen ersten Eingang (21) für ein erstes Fluid, einen ersten Ausgang (22) für das erste Fluid und einen zweiten Eingang (23) für ein zweites Fluid und einen zweiten Ausgang (24) für das zweite Fluid aufweist, wobei der erste Eingang (21) mit einer Grauwasserleitung (31), der erste Ausgang (22) mit einer Abwasserleitung (32) und der zweite Eingang (23) mit einer Frischwasserleitung (41) verbunden sind, wird vorgeschlagen, dass die Grauwasserleitung (31) und die Abwasserleitung (32) weiters mittels einer Reinigungsleitung (33) verbunden sind, und dass ein Fluid mittels einer Umwälzpumpe (61) durch die Reinigungsleitung (33) und der Leitung des Wärmetauschers (2) für das erste Fluid im Kreis führbar ist.

Description

österreichisches Patentamt AT509 212 B1 2011-07-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners.

[0002] Aus EP 1082575, EP 1207347, EP 1179159 und EP 1084369 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Regelung des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners bekannt, denen gemein ist, dass im Verbrennungsluft- und Brenngasweg jeweils eine Drossel angeordnet ist, die Brenngaszufuhr in den Verbrennungsluftweg stets stromab der Drossel im Verbrennungsluftweg erfolgt und am Verbrennungsluft- und Brenngasweg jeweils der statische Druck abgenommen wird.

[0003] Drossel verursachen Drosselverluste und mindern somit den Gesamtwirkungsgrad.

[0004] Aus DE 20 2009 003 701 U1 ist eine Regeleinrichtung für einen Gasbrenner mit redundanter Sensorik bekannt. Ein Gassensor misst unmittelbar die Gasqualität. Optional ist zusätzlich ein Differenzdrucksensor vorgesehen, der mit einem ersten Anschluss am Gasauslass mit einem zweiten Anschluss an einem Referenzdruck, insbesondere an einem Verbrennungsluftdruck oder an einem Umgebungsdruck angreift.

[0005] EP 554 095 A2 zeigt eine Regeleinrichtung mit jeweils Anemometern in der Luft- und Brenngasleitung. Der eine Sensor ist in Kontakt mit dem Brenngas in einer geschlossenen Leitung, die keine Verbindung zwischen Brenngas und Luft ermöglicht.

[0006] JP 58-224228 A offenbart einen Brenngas-Luft-Verbund mit einem Differenzdrucksensor, bei dem in Abhängigkeit des Sensorsignals die Brenngasmenge verändert wird.

[0007] Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Regeleinrichtungen mit Differenzdrucksensor wird der statische Druck gemessen.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners zu schaffen, dass sich durch geringe Druckverluste und hohe Regelgüte auszeichnet.

[0009] Erfindungsgemäß wird dies gemäß den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 und des unabhängigen Verfahrensanspruchs 5 dadurch gelöst, dass die Strömungsquerschnitte für Brenngas und Luft derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich bei dem gewünschten Brenngas-Luft-Verhältnis gleiche dynamische Drücke oder ein vorgegebener, brenngas- und belastungsabhängiger Differenzwert ergeben. Durch den Verzicht auf Blenden werden Druckverluste gemindert.

[0010] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.

[0011] [0012] [0013] [0014] [0015]

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Figur 2 eine alternative erfindungsgemäße Vorrichtung,

Figur 3 den Luftströmungskanal auf der Höhe der Messstelle in der Draufsicht,

Figur 4 denselben Luftströmungskanal auf der Höhe der Messstelle in der Seitenansicht in der Position des größten Strömungsquerschnitts und [0016] Figur 5 denselben Luftströmungskanal auf der Höhe der Messstelle in der Seitenansicht in der Position des kleinsten Strömungsquerschnitts.

[0017] Figur 1 zeigt eine Regeleinrichtung für einen brennstoffbetriebenen Brenner 5 mit einem regelbaren Gebläse 1, einer Verbrennungsluftleitung 3, die mit dem Gebläse 1 verbunden ist, einer Brenngasleitung 4, in der sich ein über einen Stellantrieb 10 regelbares Brenngasventil 2 befindet und die in die Verbrennungsluftleitung 3 mündet, und einem Druck- oder Strömungssensor 6, welcher zwischen der Verbrennungsluftleitung 3 und der Brenngasleitung 4 angeord- 1 17

österreichisches Patentamt AT509 212B1 2011-07-15 net ist. In der Verbrennungsluftleitung 3 befindet sich eine erste Druckaufnahmestellen 7; in der Brenngasleitung 4 eine zweite Druckaufnahmestelle 8. Die beiden Druckaufnahmesteilen nehmen jeweils den Gesamtdruck auf. Dementsprechend sind ihre Öffnungen entgegen der Strömungsrichtung gerichtet. In der Verbrennungsluftleitung 3 ist keine weitere gesonderte Blende angeordnet. In der Verbrennungsluftleitung 3 ist ein verschiebbarer Einsatz 9 angeordnet; dieser kann in Erstreckungsrichtung der Verbrennungsluftleitung 3 verschoben werden. Eine Regelung ist mit dem Druck- oder Strömungssensor 6, dem Stellantrieb 10 und dem Gebläse 1 verbunden. Sofern der verschiebbare Einsatz 9 motorisch verstellbar ist, ist auch er mit der Regelung 11 verbunden. In Figur 1 ist das Gebläse 1 zwischen der Verbrennungsluftleitung 3 und dem Brenner 5 angeordnet. Verbrennungsluftleitung 3 und Brenngasleitung 4 münden beide in das Gebläse 1.

[0018] Hingegen ist das Gebläse 1 bei einer Vorrichtung gemäß Figur 2 in der Verbrennungsluftleitung 3 stromauf der Druckaufnahmestelle 7 angeordnet.

[0019] Figur 3 zeigt die Verbrennungsluftleitung 3 in der Draufsicht. Die Verbrennungsluftleitung 3 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Der Einsatz 9 ist an der oberen Wand verschiebbar angeordnet. Figur 4 zeigt die Verbrennungsluftleitung 3 auf der Höhe der Messstelle 7 in der Seitenansicht in der Position des größten Strömungsquerschnitts, während Figur 5 dieselben Verbrennungsluftleitung 3 auf der Höhe der Messstelle 7 in der Seitenansicht in der Position des kleinsten Strömungsquerschnitts zeigt. In beiden Fällen ist der Strömungsquerschnitt um die Druckaufnahmestelle 7 herum konstant ist, was für das Regelungsverfahren notwendig ist.

[0020] Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegen die folgenden technischen Grundlagen zugrunde.

[0021] Der Mindestluftbedarf /min ist ein Maß dafür, wie viel Verbrennungsluft pro Brenngas für eine stöchiometrische Verbrennung benötigt wird. Die Luftzahl λ ist ein Maß dafür, wie viel Luft im Vergleich zur stöchiometrischen Luftmenge vorhanden ist. Für das Verhältnis von Verbrennungsluftvolumenstrom V l zu Brenngasvolumenstrom V G gilt:

[0022] V \_ = Imin " λ . VG

[0023] Ferner gilt:

[0024] V =c . A

[0025] Hierbei ist c die Strömungsgeschwindigkeit und A die Fläche. Bezüglich des Gesamtdrucks Pges bei einem fließenden Gas gilt

[0026] pges Pstat Pdyn Pstat P^2 . G

[0027] wobei pdyn den dynamischen Druck des strömenden Mediums und p seine Dichte bezeichnet.

[0028] Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung strömen die zwei Gasströme ungedrosselt ineinander. Ihre statischen Drücke sind somit gleich. Bei einer Nulldruckregelung mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung müssen demnach auch die dynamischen Drücke gleich sein. Im Folgenden steht der Index L für die Verbrennungsluft und der Index G für das Brenngas.

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Bezüglich der Strömungsquerschnitte gilt somit

[0029] Für Methan (/min= 9,52, Dichte p = 0,7175 kg/m3) gilt somit

[0030] AL = λ . 12,87. AG

[0031] Für eine Luftzahl von 1,25 bedeutet dies für die Querschnittsflächen A bzw. Durchmesser d

[0032] AL *16. AGdL*4.dG

[0033] Bei Flüssiggas (Normgas G31) ergibt sich bei gleicher Luftzahl ein Verhältnis AL /AG von 24 und bei niederkalorischem Brenngas (Normgas G27) von 12,3.

[0034] Um diese Verhältnisse einstellen zu können, ist in der Verbrennungsluftleitung 3 der verstellbare Einsatz 9 angeordnet. Alternativ könnte dieser Einsatz auch in der Brenngasleitung 4 angeordnet sein. Die Anordnung in der Verbrennungsluftleitung 3 hat den Vorteil, dass der Verstellmechanismus nicht völlig dicht gegenüber der Umgebung sein muss.

[0035] Zur Anpassung der Gasart wird der verstellbare Einsatz 9 verschoben, wodurch der Strömungsquerschnitt auf Höhe der Druckaufnahmestelle 7 eingestellt wird. Der Einsatz 9 ist derart gestaltet, dass sowohl ein gewisses Stück vor der Druckaufnahmestelle 7, als auch dahinter der Luftströmungsquerschnitt konstant ist. Oben genannte Zahlbeispiele zeigen, dass der Luftströmungsquerschnitt mittels des verschiebbaren Einsatzes etwa halbierbar sein muss.

[0036] Sind die Querschnitte nicht auf Nulldruckregelung abgestimmt, so gilt

Ap = pG — Pl - Pstat.G + ^2 C{£ " Pstat.L + ^ Ci2 .

Unter der Annahme, dass die statischen Drücke wieder gleich sind, und mit c = gilt

2 [4 * / beziehungsweise 3/7

Claims

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\ /

[0037] Somit lässt sich bei bekannter Luftgeschwindigkeit in der Luftzufuhrleitung auf einen Solldifferenzdruck regeln. Für eine bestimmte Belastung des Brenners wird eine bestimmte Luftmenge benötigt; diese hat wiederum eine bestimmte Luftgeschwindigkeit zur Folge. Diese kann entweder gemessen oder beispielsweise aus der Gebläsedrehzahl und bekannter gerätespezifischer Kennlinie bestimmt werden. Bei Leistungsmodulation verändert sich bei diesem Verfahren der Differenzdruck. Patentansprüche 1. Regeleinrichtung für einen brennstoffbetriebenen Brenner (5) mit einem regelbaren Gebläse (1), einer Verbrennungsluftleitung (3), die mit dem Gebläse (1) verbunden ist, einer Brenngasleitung (4), in der sich ein regelbares Brenngasventil (2) befindet und die in die Verbrennungsluftleitung (3) mündet, und einem Druck- oder Strömungssensor (6), welcher zwischen der Verbrennungsluftleitung (3) und der Brenngasleitung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckaufnahmestellen (7, 8) in der Verbrennungsluftleitung (3) und Brenngasleitung (4) jeweils den Gesamtdruck aufnehmen, also mit ihren Öffnungen entgegen der Strömungsrichtung gerichtet sind und in der Verbrennungsluftleitung (3) keine gesonderte Blende angeordnet ist.
2. Regeleinrichtung für einen brennstoffbetriebenen Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftleitung (3) auf der Höhe der Druckaufnahmestelle (7) einen 12- bis 24 fachen, vorzugsweise 16-fachen Querschnitt, und / oder bei kreisrundem Querschnitt einen vorzugsweise viermal so großen Durchmesser aufweist wie die Brenngasleitung (4) an deren Druckaufnahmestelle (8).
3. Regeleinrichtung für einen brennstoffbetriebenen Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Verbrennungsluftleitung (3) und / oder der Brenngasleitung (4) zumindest auf der Höhe der korrespondierenden Druckaufnahmestelle (7, 8) einstellbar ist.
4. Regeleinrichtung für einen brennstoffbetriebenen Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Verbrennungsluftleitung (3) und / oder der Brenngasleitung (4) zumindest auf der Höhe der korrespondierenden Druckaufnahmestelle (7, 8) sich verjüngt und ein verschiebbarer Einsatz (9) in diesem Bereich angeordnet ist, wobei sich der Einsatz (9) im gleichen Maße verjüngt wie die entsprechende Leitung (3, 4), so dass sich bei jeder Position des Einsatzes (9) eine Strecke gleichen Querschnitts um die entsprechende Druckaufnahmestelle (7, 8) herum einstellt.
5. Verfahren zum Regeln eines brennstoffbetriebenen Brenners mit einer Regeleinrichtung für einen brennstoffbetriebenen Brenner (5) mit einem regelbaren Gebläse (1), einer Verbrennungsluftleitung (3), die mit dem Gebläse (1) verbunden ist, einer Brenngasleitung (4), in der sich ein regelbares Brenngasventil (2) befindet und die in die Verbrennungsluftleitung (3) mündet, und einem Druck- oder Strömungssensor (6), welcher zwischen der Verbrennungsluftleitung (3) und der Brenngasleitung (4) angeordnet ist, wobei die Druckaufnahmestellen (7, 8) in der Verbrennungsluftleitung (3) und Brenngasleitung (4) jeweils den Ge- 4/7 österreichisches Patentamt AT509 212B1 2011-07-15 samtdruck aufnehmen, also mit ihren Öffnungen entgegen der Strömungsrichtung gerichtet sind und in der Verbrennungsluftleitung (3) keine gesonderte Blende angeordnet ist., dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des Brenngasventils (2) derart verändert wird, dass der Druck- oder Strömungssensor (6) auf beiden Seiten gleiche Drücke beziehungsweise keinen Durchfluss misst oder der Differenzdruck beziehungsweise die Strömungsgeschwindigkeit einem vorgegebenen, belastungs- und gasartenabhängigen Sollwert entspricht.
6. Verfahren zum Regeln eines brennstoffbetriebenen Brenners mit einer Regeleinrichtung nach Anspruch 5, wobei sich der Querschnitt der Verbrennungsluftleitung (3) und / oder der Brenngasleitung (4) zumindest auf der Höhe der korrespondierenden Druckaufnahmestelle (7, 8) verjüngt und ein verschiebbarer Einsatz (9) in diesem Bereich angeordnet ist, wobei sich der Einsatz (9) im gleichen Maße verjüngt wie die entsprechende Leitung (3, 4), so dass sich bei jeder Position des Einsatzes (9) eine Strecke gleichen Querschnitts um die entsprechende Druckaufnahmestelle (7, 8) herum einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung auf ein bestimmtes Brenngas der Einsatz (9) verschoben wird. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7