DE19548800C2 - Vorrichtung zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr für einen Gebläsebrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Ver­ brennungsluftzufuhr für einen Brenner mit Gebläse, entspre­ chend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

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 Än­ derung 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.

Aus der US-PS 3 982 522 ist ein Brenner bekannt, dem mittels eines Gebläses über einen Zufuhrkanal die Verbrennungsluft zugeführt wird. Zur Regulierung der Luftmenge ist im Zufuhr­ kanal eine einfache Drosselklappe angeordnet.

Aus der US-PS 4 095 534 ist eine Vorrichtung zur Regelung der Luftzufuhr für einen Wirbelschichtbrenner bekannt, wel­ che mehrere um jeweils eine Achse drehbar gelagerte Drossel­ klappen aufweist. Um eine annähernd lineare Vergrößerung der Luftzufuhrmenge zu ermöglichen, ist jeder Kante der Drossel­ klappen ein kreisbogenförmiges Wandprofil zugeordnet, welches beim Öff­ nen der Drosselklappe einen entsprechend bemessenen Strö­ mungsquerschnitt freigibt.

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 mit den Mitteln des kennzeichnen­ den Teils des Anspruchs 1 gelöst.

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 anlegt.

Der kreisbogenförmige Abschnitt, der das Schließen des Durch­ lasses auf der dem definierten Profil gegenüberliegenden Seite gewährleistet, hat vorzugsweise um die Schwenkachse der Drosselklappe einen Winkelumfang, der im wesentlichen demjenigen des definierten Profils entspricht. Der Winkel­ umfang des Kreisbogenabschnitts und des definierten Profils kann beispielsweise jeweils ca. 40 Grad betragen.

Vorteilhafterweise weist die Drosselklappe einen Querschnitt auf, der zu einer sich senkrecht zu der Achse erstreckenden Ebene einen stumpfen Winkel bildet.

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

Vorteilhafterweise ist das dem kreisbogenförmigen Abschnitt gegenüberliegende Drosselklappenteil in der Mittelebene die­ ses Abschnitts angeordnet, wenn sich die Drosselklappe in der Schließstellung befindet, wohingegen das Drosselklappen­ teil, das auf der Seite des kreisbogenförmigen Abschnitts angeordnet ist, an seinem äußeren Rand an das Ende des kreis­ bogenförmigen Abschnitts angrenzt. Der spitze Winkel, der den stumpfen Winkel zwischen den Drosselklappenteilen ergänzt, hat vorzugsweise die Hälfte des Winkelbetrages oder des Bo­ genmaßes des kreisförmigen Abschnitts.

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

Die Erfindung soll nun anhand der beschriebenen Anordnungen, auf einer gewissen Anzahl nachstehenden 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 eine grafische Darstellung, welche die Veränderungen der Luftzufuhr, aufgetragen auf der Ordinate, als Funktion 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 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 und der Ventilator 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 sei hier noch angemerkt, daß die Schwenkachse auch in einer anderen Höhe angeordnet sein kann, beispielsweise im Bereich einer der äußeren Ränder der Drosselklappe, wenn der Kanal einen rechteckigen Querschnitt besitzt.

Wenn 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 Drosselklappen­ teile 13 und 14 bildet. Das untere Drosselklappenteil 13 befindet sich in der Schließstellung der Drosselklappe 6 in der Ebene Q, wohingegen das obere Drosselklappenteil 14 an das stromaufwärts liegende Ende des Abschnitts 11 an­ grenzt und so das Schließen der Luftzufuhr bewirkt. Der spitze Winkel E zwischen dem oberen Drosselklappenteil 14 und der Verlängerung des unteren Drosselklappenteils 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 Drossel­ klappenteils 13 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 Drosselklappenteil 13 und der Dros­ selklappe 6 und der Ebene Q, in welcher die Achse 7 verläuft.

Die Veränderung der Zufuhr, die für kleine Öffnungen der Drosselklappe der Kurve A 1 entspricht, steigt deutlich gleichmäßiger an als diejenige, welche der klassischen Kurve A entspricht. Durch die Kurve A 2 ist eine linear ansteigende Zufuhr als Funktion der Öffnungswinkel dargestellt. Es ist genauso möglich, sich den Vorzügen dieser Kurve A 2 anzunä­ hern, indem man das Profil P entsprechend bestimmt.

Die Stellung der Drosselklappe 6 bei vollständiger Öffnung ist durch die strichpunktierte Linie in Fig. 1 dargestellt.

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 bereits in Fig. 1 beschriebenen Bauteilen eine entsprechende Funk­ tion haben, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, ge­ gebenenfalls von dem Kleinbuchstaben a gefolgt. Ihre Be­ schreibung wird nicht oder nur mit wenigen Worten wiederholt werden.

Die Drosselklappe 6a weist einen Querschnitt auf, der einen stumpfen Winkel bildet, aber dessen Konkavität stromabwärts gerichtet ist. Das Profil P erstreckt sich gleichermaßen aus­ gehend von der vertikalen Stellung des Schenkels 13a strom­ abwärts. Der Abschnitt 11a bleibt in der sich vertikal er­ streckenden Ebene Q, die die Drehachse 7 der Drosselklappe 6 aufnimmt, zentriert. Die konkave Oberfläche 9a des Profils Pa hat einen progressiv größer werdenden Abstand von der Kreisbahn 10a des unteren Randes des Drosselklappenteils 13a.

Die Ausführung nach Fig. 2 erlaubt mit einem geeigneten Pro­ fil Pa, eine Kurve für die Luftzufuhr zu erhalten, die ähn­ lich der Kurve A 1 in Fig. 3 ist und die eine progressive Vergrößerung der Zufuhr für kleine Öffnungen ermöglicht.

Je nach der angewendeten Variante erhält man eine Optimierung der "Beherrschbarkeit" der Drosselklappe für kleine Öffnun­ gen und einen extrem kleinen Ladungsverlust bei maximaler Leistung. Die Form der Drosselklappe 6 ist zur Führung der Luftströmung in der Zuführung des Ventilators optimiert und reduziert so die Ladungsverluste bei großer Zufuhr.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Regelung der Verbrennungsluftzufuhr für einen Brenner mit Gebläse und mit einem Zufuhrkanal (1) für Luft, in dem eine um eine sich quer zur Luftströ­ mung erstreckende Schwenkachse (7) schwenkbare Drossel­ klappe (6, 6a) zur Anpassung des Brennstoff-Luftverhält­ nisses angeordnet ist, wobei die Wandung des Zufuhrka­ nals (1), im Längsschnitt gesehen, auf jeder Seite der Schwenkachse (7) Abschnitte (9, 9a, 11) aufweist, die den Strömungsquerschnitt verändern, wobei der eine Abschnitt (9, 9a) ein Profil (P, Pa) mit einer konkaven Oberfläche aufweist, die sich radial progressiv von der Fläche ent­ fernt, die von dem angrenzenden Rand eines Drosselklappen­ teils (13, 13a) während der Drehbewegung bestrichen wird, wobei durch das Profil (P, Pa) der Öffnungsquerschnitt des Zufuhrkanals (1) derart verändert wird, daß sich bei kleinen Öffnungen eine im wesentlichen lineare Vergröße­ rung der Luftzufuhr als Funktion des Öffnungswinkels der Drosselklappe (6, 6a) ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Profil (P, Pa) mit konkaver Oberfläche gegenüber­ liegende andere Abschnitt (11) kreisbogenförmig ausgebil­ det ist, so daß sich der Rand (12) des anderen Drosselklap­ penteils (14, 14a) im Verlauf deren Drehbewegung im Bereich kleiner Öffnungen daran im wesentlichen dicht anlegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisbogenförmige Abschnitt (11) einen Winkelumfang bezüglich der Schwenkachse der Drosselklappe hat, der im wesentlichen demjenigen (C) des Profils (P, Pa) entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelumfang des kreisbogenförmigen Abschnitts (11) und des Profils (P, Pa) in der Größenordnung von 40° liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselklappenteile (13, 14) in einer sich senkrecht zu der Achse (7) erstreckenden Ebene einen stumpfen Winkel bilden, daß der kreisbogenförmige Ab­ schnitt (11, 11a) spiegelsymmetrisch in einer Ebene (Q) an­ geordnet, in welcher die Schwenkachse (7) der Drosselklappe (6, 6a) angeordnet ist und die sich im wesentlichen senk­ recht zur Strömungsrichtung der Luft erstreckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das dem kreisbogenförmigen Abschnitt (11, 11a) gegenüberliegende Drosselklappenteil (13, 13a) in der Mittelebene (Q) dieses Abschnitts angeordnet ist, wenn sich die Drosselklappe (6, 6a) in der Schließstellung befindet, wohingegen das Drosselklappenteil (14, 14a), das auf der Seite des kreisbogenförmigen Abschnitts (11, 11a) angeord­ net ist, an seinem äußeren Rand an das Ende dieses Ab­ schnitts (11, 11a) angrenzt und der spitze Winkel (E), der den stumpfen Winkel zwischen den Drosselklappenteilen (13, 13a; 14, 14a) ergänzt, der Hälfte des Winkelbetrages (C) des kreisbogenförmigen Abschnitts (11, 11a) entspricht.