DE19548800A1 - Vorrichtung zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr für einen Brenner mit Gebläse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Ver­ brennungsluftzufuhr für einen Brenner mit Gebläse, mit einem Zufuhrkanal für Luft, die über einen Ventilator oder derglei­ chen geführt wird, und mit einer um eine sich quer zur Luft­ strömung erstreckende Achse schwenkbar oder drehbar in dem Zufuhrkanal angeordneten Drosselklappe, wobei die Drossel­ klappe mehr oder weniger das Verschließen des Querschnitts der Luftzufuhr erlaubt und so die Anpassung der Verbrennungs­ luftzufuhr an die Brennstoffzufuhr ermöglicht.

Die Drosselklappe kann entweder manuell oder mittels einer automatischen Vorrichtung, beispielsweise einem Servomotor, einer elektrischen Winde oder hydraulisch, etc., steuerbar sein.

Betrachtet man die Kurve der Luftzufuhr durch den Ventilator als Funktion des Öffnungswinkels der Drosselklappe, stellt man fest, daß diese der in Fig. 3 als strichpunktierte Linie dargestellten Kurve A folgt. Diese Kurve verdeutlicht das Problem der geringen "Beherrschbarkeit" der Drosselklappe bei kleinen Öffnungswinkeln der Drosselklappe, d. h., daß in diesem Bereich von Öffnungswinkeln eine geringfügige Änderung des Regelwinkels der Drosselklappe eine beträchtliche Änderung der Luftzufuhr nach sich zieht. Dieses Phänomen er­ schwert eine präzise Regelung des Brenners bei kleiner Lei­ stung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, insbesondere eine Vor­ richtung zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr für einen Brenner mit Gebläse der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine verbesserte Regelgenauigkeit des Brenners bei kleinen Öffnungswinkeln der Drosselklappe erlaubt, d. h. für kleine Leistungen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr für einen Brenner mit Gebläse der vorstehend genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeich­ net ist, daß der Zufuhrkanal in Höhe der Drosselklappe, wenn diese sich nahe der Schließstellung befindet, min­ destens ein Profil aufweist, das so bestimmt ist, daß es eine progressive Vergrößerung des Querschnitts des Luft­ durchlasses für kleine Öffnungen der Drosselklappe gewähr­ leistet.

Vorzugsweise ist das Profil derart ausgebildet, daß es für kleine Öffnungen eine im wesentlichen lineare Vergrößerung der Luftzufuhr als Funktion des Öffnungswinkels der Dros­ selklappe gewährleistet.

Die sich quer erstreckende Schwenkachse kann auf halber Höhe der Drosselklappe vorgesehen sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das wie vorstehend genannt ausgebil­ dete Profil auf der inneren Fläche der Wandung des Kanals, auf einer Seite der Schwenkachse vorgesehen ist, wohinge­ gen auf der dem Profil gegenüberliegenden Seite der Achse die Wandung einen kreisbogenförmigen Abschnitt umfaßt, der sich im wesentlichen dicht an das Ende der Drosselklappe im Verlauf deren Drehbewegung im Bereich kleiner Öffnungen an legt.

Vorzugsweise umfaßt das Profil, das zur Gewährleistung ei­ ner progressiven Öffnung ausgebildet ist, eine konkave Oberfläche, die sich radial progressiv von der Fläche ent­ fernt, die von dem angrenzenden Rand der Drosselklappe bei der Drehung bestrichen wird.

Der kreisbogenförmige Abschnitt, der das Schließen des Durchlasses auf der dem definierten Profil gegenüberlie­ genden Seite gewährleistet, hat vorzugsweise um die Schwenkachse der Drosselklappe einen Winkelumfang, der im wesentlichen demjenigen des definierten Profils ent­ spricht. Der Winkelumfang des Kreisbogenabschnitts und des definierten Profils kann beispielsweise jeweils ca. 40 Grad betragen.

Vorteilhafterweise weist die Drosselklappe einen Quer­ schnitt auf, der zu einer sich senkrecht zu der Achse er­ streckenden Ebene einen stumpfen Winkel bildet.

Vorzugsweise ist der kreisbogenförmige Abschnitt, der an den Rand der Drosselklappe bei deren Drehbewegung im Be­ reich kleiner Öffnungswinkel angrenzt, in einer Ebene zen­ triert, in welcher die Schwenkachse der Drosselklappe an­ geordnet ist und die sich im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft erstreckt.

Vorteilhafterweise ist der dem kreisbogenförmigen Abschnitt gegenüberliegende Schenkel der Drosselklappe in der Mittel­ ebene dieses Abschnitts angeordnet, wenn sich die Drossel­ klappe in der Schließstellung befindet, wohingegen der Schenkel der Drosselklappe, der auf der Seite des kreis­ bogenförmigen Abschnitts angeordnet ist, an seinem äuße­ ren Rand an das Ende des kreisbogenförmigen Abschnitts angrenzt. Der spitze Winkel, der den stumpfen Winkel zwi­ schen den Schenkeln der Drosselklappe ergänzt, hat vor­ zugsweise die Hälfte des Winkelbetrages oder des Bogen­ masses des kreisförmigen Abschnitts.

Mit einer solchen Anordnung ist der Quervorsprung des kreisbogenförmigen Abschnitts in dem Luftzufuhrkanal minimal.

Die Erfindung beruht, abgesehen von den vorstehend be­ schriebenen Anordnungen, auf einer gewissen Anzahl ande­ rer Anordnungen, die nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen er­ läutert werden, ohne daß dies für die Erfindung einschrän­ kend sein soll. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eine Luftzufuhrkanals für einen Brenner mit Gebläse, der mit einer Regelvorrich­ tung gemäß der Erfindung ausgestattet ist, mit einer Drosselklappe, deren Öffnung durch eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn steuerbar ist,

Fig. 2 ähnlich wie Fig. 1 eine Ausführungsvariante mit einer Drosselklappe, deren Öffnung durch Drehen im Uhrzeigersinn bewirkt wird, und

Fig. 3 einen Graphen, der die Veränderungen der Luftzufuhr, aufgetragen auf der Ordinate, als Funktions der Öffnungswinkel der Dros­ selklappe, aufgetragen auf der Abszisse, veranschaulicht.

Wie aus Fig. 1 der Zeichnungen zu entnehmen ist, ist mit R eine Regelvorrichtung für die Verbrennungsluftzufuhr eines Brenners mit Gebläse B bezeichnet, der nur schematisch dar­ gestellt ist. Die Vorrichtung R umfaßt einen Zufuhrkanal 1 für Luft, welche über einen schematisch dargestellten Ven­ tilator V geführt wird, der beispielsweise als Zentrifugal­ ventilator bzw. Zentrifugalgebläse ausgebildet sein kann und der die Gebläseluft dem Brenner B zuführt.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel schließt sich un­ mittelbar an den Kanal 1 ein Krümmer 2 zur direkten Spei­ sung der Turbine des Ventilators V an, wobei der Krümmer 2 beispielsweise im rechten Winkel zu dem Kanal 1 angeordnet sein kann.

Der Lufteinlaß 3 wird durch eine Öffnung gebildet, die am äußeren von dem Krümmer 2 abgelegenden Ende des Kanals 1 angeordnet ist.

Der Querschnitt des Kanals 1 in einer senkrecht zu seiner Längsachse ausgerichteten Ebene ist rechteckig und die obere Wandung 4 sowie die untere Wandung 5, die den Kanal 1 begrenzen, sind im wesentlichen eben und erstrecken sich horizontal nach der Darstellung in Fig. 1. Die Seitenwan­ dungen erstrecken sich im wesentlichen vertikal.

Die Regelvorrichtung R umfaßt eine in dem Kanal 1 angeord­ nete Drosselklappe 6, die um eine sich quer zu der Luft­ strömung, die durch den Pfeil F angedeutet ist, erstrecken­ de Achse 7 schwenkbar ist. Die Achse 7 erstreckt sich senk­ recht in die Zeichnungsebene der Fig. 1 hinein, und das Schwenken der Drosselklappe 6 um die Achse 7 erlaubt mehr oder weniger das Versperren des Luftdurchlasses und das Anpassen der Verbrennungsluftzufuhr an die Brennstoffzu­ fuhr.

Die Kontur der Drosselklappe 6 ist im wesentlichen recht­ eckig- und deren obere und untere Ränder verlaufen grad­ linig und parallel zu der Achse 7.

Die quer verlaufende Schwenkachse 7 ist auf halber Höhe der Drosselklappe 6 vorgesehen.

Es ist hier passend zu bemerken, daß mit einer recht­ eckigen Drosselklappe in einem Kanal mit rechteckigem Querschnitt die Schwenkachse jedoch auch in einer anderen Höhe angeordnet sein kann, beispielsweise entlang eines der äußeren Ränder der Drosselklappe.

Im Gegensatz hierzu, in dem Fall, in dem der Kanal 1 einen runden Querschnitt hat, ist die Achse immer auf halber Höhe der Drosselklappe 7 angeordnet, dem Durchmesser des kreisförmigen Kanals folgend.

Der Kanal 1 umfaßt in Höhe der Drosselklappe 6, wenn sich diese nahe der Schließstellung befindet, ein Profil P, wel­ ches so bestimmt ist, daß eine progressive Vergrößerung des Querschnitts des Luftdurchlasses bei kleinen Öffnungen der Drosselklappe gewährleistet ist.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Profil P an der inneren Fläche der unteren Wandung 5 des Kanals 1 vorgesehen. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel schwenkt die Drosselklappe 6 von der Schließstellung zu einer zunehmend größer werdenden Öffnung gegen den Uhr­ zeigersinn um die Achse 7. In diesem Fall befindet sich das stromabwärts liegende Ende 8 des Profils P im wesent­ lichen in der Vertikale der Achse 7 und wird vom unteren Rand der Drosselklappe 6 in der Schließstellung berührt, wobei der untere Teil der Drosselklappe 6, der sich unter­ halb der Achse 7 befindet, sich in dieser Stellung vertikal erstreckt.

Das Profil P erstreckt sich stromaufwärts von diesem Ende 8 und weist eine konkave Fläche 9 auf, die sich radial pro­ gressiv von der Fläche 10 entfernt, welche durch den strich­ punktierten Kreisbogen dargestellt ist, der von dem unteren Rand der Drosselklappe 6 während ihrer Drehbewegung bestri­ chen wird.

Mit C ist die Winkelerstreckung des Profils P von dem Zen­ trum der Achse 7 aus gesehen bezeichnet. Der Winkel C kann in der Größenordnung von 40 Grad sein.

Auf der dem Profil P gegenüberliegenden Seite der Achse 7 weist der Kanal 1 an seiner oberen Wandung 4 einen kreis­ bogenförmigen Abschnitt 11 auf, der sich an den oberen Rand 12 der Drosselklappe 6 während deren Drehbewegung im Be­ reich kleiner Öffnungen anlegt. Dies bewirkt folglich eine Quasi-Abdichtung zwischen dem oberen Rand 12 und dem kreis­ bogenförmigen Abschnitt 11, wenn diese sich gegenüberstehen.

Vorteilhafterweise, damit der Vorsprung des kreisbogenför­ migen Abschnitts 11 in den Luftdurchlaß des Kanals 1 mini­ mal ist, ist der kreisbogenförmige Abschnitt 11 in der sich quer erstreckenden Ebene Q zentriert, in der die Achse 7 verläuft und die sich im wesentlichen senkrecht zur Strö­ mungsrichtung F der Luft erstreckt. Der Abschnitt 11 ist symmetrisch in Bezug auf die Ebene Q.

Die Drosselklappe 6 weist einen Querschnitt auf, der zu einer sich senkrecht zu der Achse 7 erstreckenden Ebene einen stumpfen Winkel bildet, wie dies aus Fig. 1 ersicht­ lich ist, wobei der stumpfe Winkel zwei Schenkel 13 und 14 bildet. Der untere Schenkel 13 befindet sich in der Schließ­ stellung der Drosselklappe 6 in der Ebene Q, wohingegen der obere Schenkel 14 an das stromaufwärts liegende Ende des Abschnitts 11 angrenzt und so das Schließen der Luft­ zufuhr bewirkt. Der spitze Winkel E zwischen dem oberen Schenkel 14 und der Verlängerung des unteren Schenkels 13 entspricht der Hälfte des Winkels C, d. h. der Hälfte des Bogenmasses des Abschnitts 11 und des Profils 9. Die Kon­ kavität der Drosselklappe ist stromaufwärts gerichtet.

Während der Öffnungsbewegung der Drosselklappe 6 im Be­ reich reduzierter Öffnungen liegt der obere Rand 12 an dem Abschnitt 11 an, wohingegen der untere Rand des Schenkels 13 der Drosselklappe 6 sich progressiv von dem Profil P entfernt und die Veränderung der Luftzufuhr steuert.

In Fig. 3 verdeutlicht die durchgezogene Kurve die Zufuhr A 1, die einer Kombination der Wirkung des Profils C, des Abschnitts 11 und der Drosselklappe 6 in Fig. 1 entspricht. Die Luftzufuhr in m³/h ist auf der Ordinate aufgetragen, wohingegen der Öffnungswinkel auf der Abszisse aufgetragen ist. Der Öffnungswinkel entspricht beispielsweise demjeni­ gen zwischen dem unteren Schenkel 13 und der Drosselklappe 6 und der Ebene Q, in welcher die Achse 7 verläuft.

Die Veränderung der Zufuhr, die für kleine Öffnungen der Drosselklappe der Kurve A1 entspricht, steigt deutlich gleichmäßiger an als diejenige, welche der klassischen Kurve A entspricht. Durch die Kurve A2 ist eine linear ansteigende Zufuhr als Funktion der Öffnungswinkel darge­ stellt. Es ist genauso möglich, sich den Vorzügen dieser Kurve A2 anzunähern, indem man das Profil P entsprechend bestimmt.

Die Stellung der Drosselklappe 6 bei vollständiger Öff­ nung ist durch die strichpunktierte Linie in Fig. 1 dar­ gestellt.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Drehbewegung der Drosselklappe 6, die sich von ihrer Schließstellung in die Öffnungsstellung vollzieht, im Uhrzeigersinn um die Achse 7 erfolgt.

Die bezeichneten Bauteile oder die Bauteile, die zu be­ reits in Fig. 1 beschriebenen Bauteilen eine entsprechende Funktion haben, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, gegebenenfalls von dem Kleinbuchstaben a gefolgt. Ihre Be­ schreibung wird nicht oder nur mit wenigen Worten wieder­ holt werden.

Die Drosselklappe 6a weist einen Querschnitt auf, der ei­ nen stumpfen Winkel bildet, aber dessen Konkavität stromab­ wärts gerichtet ist. Das Profil P erstreckt sich gleicher­ maßen ausgehend von der vertikalen Stellung des Schenkels 13a stromabwärts. Der Abschnitt 11a bleibt in der sich ver­ tikal erstreckenden Ebene Q, die die Drehachse 7 der Dros­ selklappe 6 aufnimmt, zentriert. Die konkave Oberfläche 9a des Profils Pa hat einen progressiv größer werdenden Abstand von der Kreisbahn 10a des unteren Randes des Schen­ kels 13a.

Die Ausführung nach Fig. 2 erlaubt mit einem geeigneten Profil Pa, eine Kurve für die Luftzufuhr zu erhalten, die ähnlich der Kurve A1 in Fig. 3 ist und die eine progres­ sive Vergrößerung der Zufuhr für kleine Öffnungen ermög­ licht.

Je nach der angewendeten Variante erhält man eine Optimie­ rung der "Beherrschbarkeit" der Drosselklappe für kleine Öffnungen und einen extrem kleinen Ladungsverlust bei maxi­ maler Leistung. Die Form der Drosselklappe 6 ist zur Füh­ rung der Luftströmung in der Zuführung des Ventilators optimiert und reduziert so die Ladungsverluste bei großer Zufuhr.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr bei einem Brenner mit Gebläse, mit einem Zufuhrkanal für Luft, die über einen Ventilator oder dergleichen geführt wird, und mit einer um eine sich quer zur Luftströmung erstreckender Achse schwenkbar oder drehbar in dem Zufuhrkanal angeord­ neten Drosselklappe, wobei die Drosselklappe mehr oder we­ niger das Verschließen des Querschnitts der Luftzufuhr er­ laubt und so die Anpassung der Verbrennungsluftzufuhr an die Brennstoffzufuhr ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (1) in Höhe der Drosselklappe (6, 6a), wenn diese sich nahe der Schließstellung befindet, minde­ stens ein Profil (P, Pa) aufweist, das so bestimmt ist, daß es eine progressive Vergrößerung des Querschnitts des Luftdurchlasses für kleine Öffnungen der Drosselklappe (6, 6a) gewährleistet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (P, Pa) derart bestimmt ist, daß es für kleine Öffnungen eine im wesentlichen lineare Vergrößerung der Luftzufuhr als Funktion des Öffnungswinkels der Drossel­ klappe (6, 6a) gewährleistet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die sich quer erstreckende Schwenkachse (7) der Drosselklappe (6, 6a) auf halber Höhe der Drosselklappe (6, 6a) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (P, Pa) auf der inne­ ren Fläche der Wandung des Kanals (1) auf einer Seite der Schwenkachse (7) vorgesehen ist, wohingegen auf der dem Pro­ fil (P, Pa) gegenüberliegenden Seite der Achse (7) die Wan­ dung einen kreisbogenförmigen Abschnitt (11) umfaßt, der sich im wesentlichen dicht an das Ende der Drosselklappe (6, 6a) im Verlauf deren Drehbewegung im Bereich kleiner Öffnungen anlegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (P, Pa), das eine progressive Öffnung gewährlei­ stet, eine konkave Oberfläche (9, 9a) aufweist, die sich radial progressiv von der Fläche (10, 10a) entfernt, die von dem angrenzenden Rand der Drosselklappe (6) während deren Drehbewegung bestrichen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisbogenförmige Abschnitt (11), der das Schließen des Durchlasses auf der dem definierten Profil (P, Pa) gegen­ überliegenden Seite gewährleistet, einen Winkelumfang hat, der im wesentlichen demjenigen (C) des definierten Profils (P, Pa) entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelumfang des kreisbogenförmigen Abschnitts (11) und des definierten Profils (P, Pa) in der Größenordnung von 40 Grad liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (6, 6a) einen Quer­ schnitt aufweist, der zu einer sich senkrecht zu der Achse (7) erstreckenden Ebene einen stumpfen Winkel bildet, daß der kreisbogenförmige Abschnitt (11, 11a), der sich an den Rand der Drosselklappe (6, 6a) bei deren Drehbewegung im Bereich kleiner Öffnungswinkel anlegt, in einer Ebene Q zentriert ist, in welcher die Schwenkachse (7) der Drossel­ klappe (6, 6a) angeordnet ist und die sich im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft erstreckt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dem kreisbogenförmigen Abschnitt (11, 11a) gegenüberliegende Schenkel (13, 13a) der Drossel­ klappe (6, 6a) in der Mittelebene Q dieses Abschnitts an­ geordnet ist, wenn sich die Drosselklappe (6, 6a) in der Schließstellung befindet, wohingegen der Schenkel (14, 14a) der Drosselklappe (6, 6a), der auf der Seite des kreisbo­ genförmigen Abschnitts (11, 11a) angeordnet ist, an seinem äußeren Rand an das Ende dieses Abschnitts (11, 11a) an­ grenzt und der spitze Winkel E der den stumpfen Winkel zwi­ schen den Schenkeln (13, 13a; 14, 14a) der Drosselklappe (6, 6a) ergänzt, der Hälfte des Winkelbetrages (C) des kreisbogenförmigen Abschnitts (11, 11a) entspricht.