DE10256318A1

DE10256318A1 - Brenner mit einer Gas-Luft-Verbundregelung

Info

Publication number: DE10256318A1
Application number: DE10256318A
Authority: DE
Inventors: Marc Rosenland
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einer Gas-Luft-Verbundregelung mit einer steuerbaren Gasarmatur, einer Luftzufuhr und einem Gebläse, welches die über die Luftzufuhr einströmende Luft fördert und zusammen mit einem Gas als Brennstoffgemisch dem Brenner zuführt, wobei die Luft über ein oder mehrere Laminar-Durchfluss-Elemente mit vielen Durchflusskanälen kleinen Querschnitts förderbar ist. Ist nach der Erfindung vorgesehen, dass das Gas über eine elektronisch gesteuerte Druckregelung zuführbar ist, die zu jedem Modulationsgrad eine entsprechend zugeordnete Gasmenge freisetzt, dann kann der Modulationsbereich auf > 10 : 1 erweitert werden und alternativ eine geregelte oder gesteuerte Betriebsweise gewählt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einer Gas-Luft-Verbundregelung mit einer steuerbaren Gasarmatur, einer Luftzufuhr und einem Gebläse, welches die über die Luftzufuhr einströmende Luft fördert und zusammen mit einem Gas als Brennstoffgemisch dem Brenner zuführt, wobei die Luft über ein oder mehrere Laminar-Durchfluss-Elemente mit vielen Durchflusskanälen kleinen Querschnitts förderbar ist.

Ein derartiger Brenner ist bei einer Gas-Therme eingesetzt, wie sie in der DE 100 11 707 A1 beschrieben ist. Während bei herkömmlichen Brennwertgeräten durch die eingesetzte Vormischtechnik der Modulationsbereich bis zu einer Größenordnung von 5:1 eingeschränkt ist, kann durch den Einsatz der Laminar-Durchfluss-Elemente der Modulationsbereich auf 10:1 erweitert werden. Über derartige Laminar-Durchfluss-Elemente wird das für die Verbrennung benötigte Gas und die Luft zur Erzeugung einer Laminarströmung zugeführt. Dies hängt in erster Linie damit zusammen, dass bei der herkömmlichen Vormischtechnik ein Zusammenhang von Δp² und V besteht, während mit dem physikalischen Prinzip der Laminar-Durchfluss-Elemente ein linearer Zusammenhang von Δp und V gegeben ist. Bei der herkömmlichen Vormischtechnik muss zur Erreichung eines großen Modulations-bereiches ein leistungsstarkes Gebläse eingesetzt werden, das einen hohen Steuerdruck von 30 bis > 3000 Pa erzeugen kann. Der Einsatz eines Laminar-Durchfluss-Elementes bringt jedoch eine andere Schwierigkeit, da eine genaue Einstellung des CO₂-Wertes nicht erfolgen kann. Die Umsetzung gestaltet sich insofern als schwierig, da die Gaskanäle zur Einstellung des CO₂-Wertes nur digital erfolgen kann, um den linearen Zusammenhang von Steuerdruck zu Gas-druck zu erhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Brenner der eingangs erwähnten Art so zu erweitern, dass er für jedes vormischende Brennerkonzept eingesetzt und mit einem Modulationsbereich > 10:1 betrieben werden kann.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Gas über eine elektronisch gesteuerte Druckregelung zuführbar ist, die zu jedem Modulationsgrad eine entsprechend zugeordnete Gasmenge freisetzt.

Hierbei wird die Zufuhr des Gases über die elektronische Steuerung gezielt und getrennt von der Luftzufuhr geregelt. Damit lässt sich ein hoher Modulationsbereich aufbauen.

Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, und dass die Drehzahl des Gebläses proportional zur Geräteleistung regelbar ist.

Mit dieser Ausgestaltung wird der Gasstrom elektronisch linearisiert. Die Modulation des Gerätes wird über die Gebläsedrehzahl gesteuert. Die Gebläsedrehzahl ist proportional zur Geräteleistung. Der durch das Laminar-Durchfluss-Element erzeugte Steuerdruck ist proportional zum Volumenstrom des Gebläses. Bei dieser Anordnung lässt sich ein Gebläse einsetzen, das gegenüber dem Stand der Technik deutlich leistungsvermindert sein kann.

Eine mögliche Erfindungsausgestaltung sieht vor, dass das Gas im Leitungsbereich nach dem Laminar-Durchfluss-Element zugeführt ist. Dabei kann das Gas in die laminare Luftströmung eindosiert werden.

Eine weitere Erfindungsvariante kann vorsehen, dass der Druckregelung ein Aktor mit einem Gasventil nachgeordnet ist, das von einer Steuerelektronik in Abhängigkeit eines der Steuerelektronik signalisierten Wärmebedarfs regelbar ist, sowie dass in der Steuerelektronik eine Ausgleichskennlinie hinterlegt ist, die die Beziehung von Drehzahl des Gebläses zu Gasmenge festlegt (elektronische Linearisierung), um diese Abhängigkeit und den geforderten Zusammenhang zwischen Modulation des Gerätes und der Gebläsedrehzahl auf einfache Weise zu realisieren.

Dichteunterschiede des Gases bei Temperaturschwankungen werden nach einer Weiterbildung dadurch eliminiert, dass dem Laminar-Durchfluss-Element ein Temperatursensor zugeordnet ist, und dass bei Temperaturschwankungen die Steuerelektronik aus der Temperatur den Dichteunterschied des Gases ermittelt und als Information an das Gebläse und/oder den Aktor weiterleitet.

Der Temperatursensor kann beispielsweise die Gas-, Luft-, die Gemisch-, die Umgebungs- oder die Temperatur in dem Rück- oder Vorlauf eines angeschlossenen Heizkreislaufes ermitteln. Denkbar ist auch, dass mehrere dieser Temperaturwerte korreliert werden.

Auf die Ausgleichskennlinie in der Steuerung kann dadurch verzichtet werden, dass der Steuerelektronik das Signal einer Lambdasonde zuführbar ist, die die Ausgleichskennlinie und die Beziehung von Drehzahl des Gebläses und Gasmenge ersetzt. Mit der Lambdasonde steht eine direkte Messgröße als Steuersignal für eine Steuerung zur Verfügung und damit mit der Ausgleichskennlinie eine Regelung stattfindet.

Mit dem Aktor vor dem Laminar-Durchfluss-Element kann zusätzlich eine Absenkung der Startleistung erreicht werden, wenn dem Aktor eine gezielte Startanfettung mittels einer hinterlegten Startroutine zugeordnet ist.

Dem Brenner ist eine Wärmezelle nachgeordnet, um die Wärme umzusetzen. Der so betriebene Brenner kann mit jedem vormischenden Brennerkonzept realisiert werden und ist nicht auf die Brennwerttechnik beschränkt. Die damit erzielten Vorteile sind eine Modulationserweiterung auf > 10:1 und eine Temperaturkom pensation und Leistungsanpassung. Zudem kann eine Startleistungsabsenkung mittels Startanfettung leicht eingeführt werden. Der Brenner kann optional auch mit Lambdaregelung mittels Sensor betrieben werden.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Brennwertgerät nach der Erfindung und
2 eine Ausgleichskennlinie.
Ausführungsbeispiel
Der grundsätzliche Aufbau des Gerätes entspricht der DE 100 1 1 707 A1 . Dem Gebläse 20 mit dem Gebläsemotor 21 ist ein Laminar-Durchfluss-Element 32 vorgeordnet, über das die Luft zugeführt wird. Über eine Leitung 31 wird Gas G an dem Laminar-Durchfluss-Element 32 vorbei in eine Mischkammer 60 zugeführt. In dieser Leitung 31 ist ein Aktor 40 mit Gasventil 42 und eine Druckregelung 50 eingeschleift. Das Gasventil 42 wird mittels eines Schrittmotors 41 gesteuert und zwar von einer Steuerung 80. In dieser Steuerung 80 ist eine Ausgleichskennlinie hinterlegt, die die Beziehung von Modulationsgrad zu Gasmenge festlegt, d.h. eine elektronische Linearisierung bewirkt. Die Ausgleichs kennlinie kann dabei in Form eines fest vorgegebenen Kennfeldes oder formelmäßig beschrieben sein. Der Schrittmotor 41 wird darüber das Gasventil 42 mehr oder weniger öffnen und die Drehzahl n für das Gebläse 20 vorgeben und dessen Gebläsemotor 22 entsprechend so regeln, dass die Drehzahl n proportional zur gewünschten Geräteleistung ist, die mit der Regelung 50 vorgegeben werden kann. Die Mischung aus Luft und Gas wird z.B. einem Brenner mit Wärmezelle 10 zugeführt, dort verbrannt und zur Wärmeabgabe aus dem Abgas veranlasst.
Mit der in der Steuerung 80 hinterlegten Ausgleichskennlinie wird eine geregelte Betriebsweise ermöglicht. Diese Ausgleichskennlinie kann dann entfallen, wenn der Steuerung über eine Lambdasonde 90 eine Messgröße direkt zugeführt wird und eine gesteuerte Betriebsweise gewählt wird.
In dem Laminar-Durchfluss-Element 32 wird ein Steuerdruck 70 erzeugt, der damit proportional zur Drehzahl n des Gebläses 20 ist.
Die Ausgleichskennlinie nach 2 zeigt die Abhängigkeit des Steuerdruckes 70 und der Stellung des Aktors 40 von der Geräteleistung, die zu dem erweiterten Modulationsbereich des Gerätes führen.
In dem Laminar-Durchfluss-Element 32 kann zusätzlich ein Temperatursensor 60 angeordnet sein, dessen Messwert der Steuerung 80 zugeführt wird. Aus diesem Messwert rechnet die Steuerung 80 den Dichteunterschied des Gases bei Temperaturschwankungen heraus und gibt diese Information an das Gebläse 20 und den Aktor 40 weiter, um der gewünschten Geräteleistung die Gasmenge entsprechend zu korrigieren.

Claims

Brenner mit einer Gas-Luft-Verbundregelung mit einer steuerbaren Gasarmatur, einer Luftzufuhr und einem Gebläse, welches die über die Luftzufuhr einströmende Luft fördert und zusammen mit einem Gas als Brennstoffgemisch dem Brenner zuführt, wobei die Luft über ein oder mehrere Laminar-Durchfluss-Elemente mit vielen Durchflusskanälen kleinen Querschnitts förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas über eine elektronisch gesteuerte Druckregelung (50) zuführbar ist, die zu jedem Modulationsgrad eine entsprechend zugeordnete Gasmenge freisetzt.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des Gebläses (20) proportional zur Geräteleistung regelbar ist.
Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (G) im Leitungsbereich nach dem Laminar-Durchfluss-Element (31) zugeführt ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckregelung (50) ein Aktor (40) mit einem Gasventil (42) nachgeordnet ist, das von einer Steuerelektronik (80) in Abhängigkeit eines der Steuerelektronik (80) signalisierten Wärmebedarfs regelbar ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerelektronik (80) eine Ausgleichskennlinie hinterlegt ist, die die Beziehung von Drehzahl des Gebläses (20) zu Gasmenge festlegt (elektronische Linearisierung).
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Laminar-Durchfluss-Element (31) optional ein Temperatursensor (60) zugeordnet sein kann, und dass bei Temperaturschwankungen die Steuerelektronik (80) aus der Temperatur den Dichteunterschied des Gases ermittelt und als Information an das Gebläse (20) und/oder den Aktor (40) weiterleitet.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerelektronik (80) das Signal eines Lambdasignals (90) zuführbar ist, die die Ausgleichskennlinie und die Beziehung von der Drehzahl des Gebläses (20) und der Gasmenge ersetzt.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aktor (40) eine gezielte Startanfettung mittels einer hinterlegten Startroutine zugeordnet ist.
Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Startanfettung das λ-Verhältnis in Folge einer Reduzierung der Drehzahl des Gebläses (20) oder einer Anhebung der Zufuhr des Gases (G) erhöht wird.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brenner eine Wärmezelle (10) nachgeordnet ist.