DE19635974A1 - Gas/Luft-Mischsystem für Gasheizgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gas/Luft-Mischsystem für Gasheizgeräte mit einer gebläse-unterstützten Verbrennungsluft- und einer Gaszufuhr sowie einer Gas/Luft-Vormischkammer, an die sich eine von einer Öffnung getrennte Brennkammer anschließt.

Ein derartiges Mischsystem ist in der niederländischen Patentanmeldung 91 00 767 gezeigt und beschrieben. Anspruch 1 dieser Patentanmeldung weist auf eine Mischkammer mit kontrollierter Zufuhr von Gas und Luft hin, und mit Pos. 11 ist dort die Öffnung gezeigt, die den Mischraum (5) von der eigentlichen Brennkammer (2) trennt. Die Menge des zugeführten Gasstromes wird von der Größe der Verbrennungsluftzufuhr im Verbund gesteuert.

Wie eine solche Verbundregelung zwischen Gas- und Luftzufuhr beispielsweise arbeitet, zeigt die DE-OS 28 34 242. Danach ist vorgesehen, daß in Abhängigkeit des Verbrennungsluft-Volumenstromes der Gas-Volumenstrom über ein entsprechendes Stellglied gesteuert wird. Der Verbrennungsluft-Volumenstrom wird dabei von einem Gebläse unterstützt, dessen Drehzahl in Abhängigkeit einer notwendigen Leistung gesteuert wird. Dies geschieht durch Messung der Außentemperatur, die verglichen mit gebäudespezifischen Parametern eine Heizungskurve festlegt, mit der bestimmt wird, welche Leistung das Heizgerät bei welcher Außentemperatur abzugeben hat, um eine gewünschte Raumtemperatur zu befriedigen.

Nach den derzeitigen Erfahrungen hat sich gezeigt, daß eine solche Verbundregelung, bei der der Luft-Volumenstrom entweder durch einen Staudruck-Sensor oder durch ein Differenzdruck-Organ gemessen wird, nur bis herunter zu etwa 50% der maximalen Leistung befriedigend arbeitet. Bei Modulationsgrößen unter 50% wird der Luft-Volumenstrom so weit herabgesetzt, daß eine präzise Angleichung einer entsprechenden Gaszufuhr nicht mehr gesichert ist, so daß es jetzt zur erhöhten Emission von Schadstoffen kommen kann, die es in einer Zeit zunehmender Umweltverschmutzung unbedingt zu vermeiden gilt.

Aus dieser Notwendigkeit definiert sich die Aufgabe der Erfindung, die darin besteht, den Modulationsbereich eines derartigen Heizgerätes deutlich zu vergrößern, und dies bei Einhaltung extrem niedriger Schadstoff-Emission.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Maßnahmen gelöst, die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben sind. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Besonderheit dieses Mischsystems ist das Festlegen des Gas/Luft- Mischungsverhältnisses nach einem Lambda-Sollwert, der in allen Modulationsgraden, d. h. Leistungsstufen, eine optimale Verbrennung garantiert. Hierzu dient eine Lambda-Regelung, wie sie in der DE-OS 44 33 425 gezeigt und beschrieben ist. Vereinfacht dargestellt erfaßt dabei eine Ionisationselektrode die Flammentemperatur, bildet sie unter Zuhilfenahme einer in der o.g. Patentanmeldung beschriebenen Weise elektrisch ab, vergleicht diese mit einem Lambda-Sollwert und gibt als Ergebnis des Vergleichs auf das Gasmagnetventil einen entsprechenden Stellbefehl. Mit dieser Vorrichtung ist der Regelkreis wieder geschlossen, auch wenn nicht - wie beim Stand der Technik - der Luftvolumenstrom direkt als Maß der Steuerungsgröße für das Gasmagnetventil benutzt wird.

Anhand der Zeichnung soll der Erfindungsgegenstand beispielhaft erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Gas/Luft-Mischsystem nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 das erfindungsgemäße Mischsystem.

Fig. 1 zeigt ein Gebläse (1) mit einer Ansaugöffnung (2), mit dem Verbrennungsluft in eine Vormischkammer (3) transportiert wird. Die Drehzahl des Gebläses (1) und damit der Volumenstrom wird von einer Steuerung bestimmt, die den Wärmebedarf einer Wohnung bzw. eines Hauses nach einer Außentemperatur-Messung bestimmt. In die Vormischkammer (3) mündet weiterhin eine Brenngaszufuhrleitung (4) ein, wobei die Gasmenge durch den Öffnungsquerschnitt eines Gasmagnetventils (5) bestimmt wird. Dieser Querschnitt wird von einem Verbundregler (6) bestimmt, der im Einflußbereich des Staudruckes der Luftzufuhr steht, der dem Regler (6) über eine Leitung (7) als Steuergröße zugeführt wird.

Am Ende der Vormischkammer (3) ist eine Öffnung (8) angeordnet, der sich ein Verbrennungsraum (9) anschließt. Oberhalb des Verbrennungsraumes (9) sind Durchtrittsöffnungen (10) angeordnet, durch die das Brenngemisch austritt und dort durch geeignete Einrichtungen zum Zünden und damit zum Verbrennen gebracht wird.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer so bekannten Einrichtung lediglich Modulationen bis 50% der maximalen Leistung sauber, d. h. emissionsarm gefahren werden können. Darunterliegende Modulationen sind aufgrund der sich ergebenden Strömungsverhältnisse nur schwer in Bezug auf ein optimales Mischungsverhältnis von Luft und Brenngas einstellbar. Die Konsequenz davon sind steigende Emissionswerte, so daß derartige bekannte Heizgeräte vernünftigerweise nur bis max. 50% der maximalen Leistung gefahren werden sollten.

Abhilfe bringt hier die in Fig. 2 gezeigte Schaltung, bei der gegenüber Fig. 1 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hier wird die Öffnung (8) von einer Klappe (11) beherrscht, die aufgrund des Volumenstromes von Luft und Brenngas mehr oder weniger in Richtung zum Brennraum (9) hochklappt und damit den Querschnitt der Öffnung (8) verändert. Auch hier wird wie bei der Maßnahme nach Fig. 1 die Drehzahl des Gebläses (1) nach einer Heizungskurve bestimmt. Die Gaszufuhr erfolgt dabei nach Maßgabe einer Lambda-Regelung, d. h. nach einer Regelung, bei der das Verhältnis Luft/Gas in einer festen Beziehung steht, und es hat sich gezeigt, daß hier ein Luftüberschuß von etwa 1,2 eine emissionsarme Verbrennung garantiert. Dieser Wert von 1,2 wird innerhalb einer Regelung (12) an einem Einsteller (13) vorgegeben und mit einem Istwert verglichen, der von einer Ionisationselektrode (14) herrührt. Die Verarbeitung dieses Ionisationssignals ist der Patentanmeldung 44 33 425 zu entnehmen.

Bei abweichendem Lambda-Istwert vom Lambda-Sollwert erfolgt eine entsprechende Verstellung des Gasmagnetventils (5) und damit Veränderung des Gasvolumenstromes. Dadurch, daß die Einmündungsstelle der Gaszufuhrleitung (4) innerhalb der Vormischkammer (3) in der Nähe der Klappe (8) erfolgt, ist eine homogene Durchmischung von Verbrennungsluft und Verbrennungsgas garantiert, was zu einer weiteren emissionsarmen Verbrennung beiträgt.

Die Ionisationselektrode (14) ist innerhalb eines Isolators (15) montiert, welcher an einem Befestigungswinkel (16) festgelegt ist, mit der gleichzeitig der Brenner innerhalb einer Brennkammer eines nicht näher gezeigten Gasheizgerätes befestigt ist.

Die Vorteile lassen sich wie folgt zusammmenfassen:

• - Der große Modulationsbereich ist durch Verwendung einer Lambda­ Regelung möglich.
• - Eine optimale homogene Durchmischung von Gas und Luft ergibt sich auch bei kleinem Modulationsbereich durch Anhebung des Druckniveaus in der Vormischkammer (3).
• - Es lassen sich bei dieser Art der Regelung einfache Gasmagnetventile einsetzen, d. h. im Aufbau kompliziert hergestellte Luft/Gas-Verbundregler sind entbehrlich.
• - Durch die homogene Mischung, hervorgerufen durch die große Strömungsgeschwindigkeit am Klappenspalt ergeben sich zusätzlich niedrige Emissionswerte.
• - Durch Erhöhen des Gewichts der Klappe (11) bzw. durch Verändern einer eventuellen Rückstellfeder läßt sich ein solcher Brenner für ein breites Spektrum von Heizleistungen einsetzen.

Claims (6)

1. Gas/Luft-Mischsystem für Gasheizgeräte mit einer gebläse­ unterstützten Verbrennungsluft- und einer Brenngaszufuhr sowie einer Gas/Luft-Vormischkammer, an die sich eine von einer Öffnung getrennte Brennkammer anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Öffnung (8) von der Größe des Volumenstromes der Verbrennungsluft/Gaszufuhr einstellbar ist, wobei bei einem großen Volumenstrom der Öffnungsquerschnitt groß, und bei einem kleinen Volumenstrom der Öffnungsquerschnitt klein ist.

2. Gas/Luft-Mischsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (8) von einer Klappe (11) gebildet ist, die schwenkbeweglich am Ende der Vormischkammer (3) angeordnet ist.

3. Gas/Luft-Mischsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft der Klappe (11) von dem Gewicht derselben oder von einer zusätzlichen Rückstellfeder gebildet ist.

4. Gas/Luft-Mischsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) in ihrer Ruhelage einen Öffnungs-Restquerschnitt aufweist.

5. Gas/Luft-Mischsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung der Gaszufuhr in die Vormischkammer (3) in der Nähe der Klappe (11) angeordnet ist.

6. Gas/Luft-Mischsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Gas über ein Gasmagnetventil (5) erfolgt, dessen Öffnungsquerschnitt von einer Lambda-Regelung (12) gesteuert ist, deren Stellsignal ein Lambda-Soll/Istwert-Vergleich festlegt, wobei der Lambda-Istwert von einer Ionisationselektrode gebildet ist, die im Flammenbereich des Brenners (10) angeordnet ist.