DE19635974A1 - Gas-air mixture system for gas heating apparatus - Google Patents

Gas-air mixture system for gas heating apparatus

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Abstract

The system has a blower-supported combustion air and combustion gas feed, and a gas-air pre-mixture chamber to which is connected a combustion chamber separated by an opening. The cross-section of the opening (8) is adjustable by the extent of the volume flow of the combustion air/gas feed, whereby with a large volume flow the opening cross-section is large, and with a small volume flow the opening cross-section is small. The opening is formed by a flap (11), which is arranged pivotably movably at the end of the pre-mix chamber (3). The setback force of the flap is formed by its own weight or by an additional setback spring. The flap in its rest position has an opening residual cross-section.

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.The invention relates to a gas / air mixing system for gas heaters a fan-assisted combustion air and gas supply and a gas / air premixing chamber, to which one of a Opening separate combustion chamber connects.

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.Such a mixing system is shown and described in Dutch patent application 91 00 767. Claim 1 of this patent application indicates a mixing chamber with a controlled supply of gas and air, and item 11 shows the opening that separates the mixing chamber ( 5 ) from the actual combustion chamber ( 2 ). The amount of gas flow supplied is controlled by the size of the combustion air supply in the network.

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.Like such a joint regulation between gas and air supply works, for example, shows DE-OS 28 34 242. After that provided that depending on the combustion air volume flow the gas volume flow is controlled by an appropriate actuator becomes. The combustion air volume flow is controlled by one Fan supports, the speed depending on one necessary power is controlled. This is done by measuring the Outside temperature compared to building specific parameters defines a heating curve, which is used to determine the performance Heater at which outside temperature has to be given in order to to satisfy the desired room temperature.

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.Based on current experience, it has been shown that such Compound control, in which the air volume flow either through a  Back pressure sensor or measured by a differential pressure organ, only satisfactory down to about 50% of maximum performance is working. With modulation sizes below 50%, the air volume flow so far reduced that a precise approximation of a corresponding gas supply is no longer secured, so that it is now increased emissions of pollutants can occur at a time increasing pollution must be avoided.

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.The object of the invention is defined from this necessity consists of the modulation range of such a heater to enlarge significantly, and this is extremely low if adhered to Pollutant 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.The object of the invention is achieved with the measures that in Characteristics of claim 1 are specified. Beneficial Further developments of the invention result from the subclaims.

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.A special feature of this mixing system is the determination of the gas / air Mixing ratio according to a lambda setpoint, which in all Degrees of modulation, d. H. Power levels, optimal combustion guaranteed. For this purpose, a lambda control as used in the DE-OS 44 33 425 is shown and described. In simple terms, recorded an ionization electrode forms the flame temperature, forming it below Using one of the above Patent application described way electrically, compares this with a lambda setpoint and gives as Result of the comparison on the gas solenoid valve corresponding command. With this device is the control loop closed again, even if not - as in the prior art - the Air volume flow directly as a measure of the control variable for the Gas solenoid valve is used.

Anhand der Zeichnung soll der Erfindungsgegenstand beispielhaft erläutert werden. Es zeigenBased on the drawing, the subject of the invention is exemplary are explained. Show it

Fig. 1 ein Gas/Luft-Mischsystem nach dem Stand der Technik und Fig. 1 shows a gas / air mixing system according to the prior art and

Fig. 2 das erfindungsgemäße Mischsystem. Fig. 2 shows the mixing system according to the invention.

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. Fig. 1 shows a blower ( 1 ) with an intake opening ( 2 ) with which combustion air is transported into a premixing chamber ( 3 ). The speed of the fan ( 1 ) and thus the volume flow is determined by a controller that determines the heat requirement of an apartment or house after an outside temperature measurement. A fuel gas feed line ( 4 ) also opens into the premixing chamber ( 3 ), the amount of gas being determined by the opening cross section of a gas solenoid valve ( 5 ). This cross-section is determined by a composite controller (6), which is in the sphere of influence of the dynamic pressure of the air supply which is fed to the controller (6) via a line (7) as a control variable.

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.At the end of the premixing chamber ( 3 ) there is an opening ( 8 ) which is followed by a combustion chamber ( 9 ). Above the combustion chamber ( 9 ) there are through openings ( 10 ) through which the combustion mixture exits and is brought there by suitable devices for ignition and thus for combustion.

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.It has been shown that with such a known device only Modulations up to 50% of the maximum power clean, d. H. can be driven with low emissions. Underlying modulations are difficult in due to the resulting flow conditions Regarding an optimal mixture ratio of air and fuel gas adjustable. The consequence of this is increasing emissions, so that such known heaters reasonably only up to max. 50% the maximum power should be driven.

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.This is remedied by the circuit shown in FIG. 2, in which the same parts as in FIG. 1 are provided with the same reference symbols. Here, the opening ( 8 ) is dominated by a flap ( 11 ), which flips up more or less towards the combustion chamber ( 9 ) due to the volume flow of air and fuel gas and thus changes the cross section of the opening ( 8 ). Here too, as with the measure according to FIG. 1, the speed of the fan ( 1 ) is determined according to a heating curve. The gas supply takes place in accordance with a lambda control, ie a control in which the air / gas ratio has a fixed relationship, and it has been shown that an excess of air of about 1.2 guarantees low-emission combustion. This value of 1.2 is specified in a control ( 12 ) on an adjuster ( 13 ) and compared with an actual value that comes from an ionization electrode ( 14 ). The processing of this ionization signal can be found in patent application 44 33 425.

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.If the actual lambda value differs from the desired lambda value, the gas solenoid valve ( 5 ) is adjusted accordingly and thus the gas volume flow is changed. The fact that the junction of the gas supply line ( 4 ) within the premixing chamber ( 3 ) near the flap ( 8 ) ensures homogeneous mixing of the combustion air and combustion gas, which contributes to further low-emission combustion.

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.The ionization electrode ( 14 ) is mounted within an insulator ( 15 ) which is fixed to a mounting bracket ( 16 ) with which the burner is simultaneously fastened within a combustion chamber of a gas heater, not shown.

Die Vorteile lassen sich wie folgt zusammmenfassen:The advantages can be summarized as follows:

  • - Der große Modulationsbereich ist durch Verwendung einer Lambda­ Regelung möglich.- The large modulation range is by using a lambda Regulation possible.
  • - Eine optimale homogene Durchmischung von Gas und Luft ergibt sich auch bei kleinem Modulationsbereich durch Anhebung des Druckniveaus in der Vormischkammer (3).- An optimal homogeneous mixing of gas and air results even with a small modulation range by increasing the pressure level in the premixing chamber ( 3 ).
  • - Es lassen sich bei dieser Art der Regelung einfache Gasmagnetventile einsetzen, d. h. im Aufbau kompliziert hergestellte Luft/Gas-Verbundregler sind entbehrlich.- It can be simple with this type of control Insert gas solenoid valves, d. H. complex to manufacture Air / gas compound controllers are unnecessary.
  • - Durch die homogene Mischung, hervorgerufen durch die große Strömungsgeschwindigkeit am Klappenspalt ergeben sich zusätzlich niedrige Emissionswerte.- Through the homogeneous mixture, caused by the large Flow velocity at the valve gap also results low emissions.
  • - 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.- By increasing the weight of the flap ( 11 ) or by changing a possible return spring, such a burner can be used for a wide range of heating outputs.

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.1. Gas / air mixing system for gas heaters with a blower-assisted combustion air and a fuel gas supply and a gas / air premixing chamber, which is followed by a combustion chamber separated by an opening, characterized in that the cross section of the opening ( 8 ) from the The size of the volume flow of the combustion air / gas supply is adjustable, the opening cross section being large in the case of a large volume flow and the opening cross section being small in the case of a small volume flow. 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.2. Gas / air mixing system according to claim 1, characterized in that the opening ( 8 ) is formed by a flap ( 11 ) which is arranged pivotably at the end of the premixing chamber ( 3 ). 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.3. Gas / air mixing system according to claim 2, characterized in that the restoring force of the flap ( 11 ) is formed by the weight of the same or by an additional return spring. 4. Gas/Luft-Mischsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) in ihrer Ruhelage einen Öffnungs-Restquerschnitt aufweist.4. Gas / air mixing system according to claim 1, characterized in that the flap ( 11 ) has a residual opening cross-section in its rest position. 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.5. Gas / air mixing system according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet opening of the gas supply in the premixing chamber ( 3 ) is arranged in the vicinity of the flap ( 11 ). 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.6. Gas / air mixing system according to one of the preceding claims, characterized in that the supply of gas takes place via a gas solenoid valve ( 5 ), the opening cross section of which is controlled by a lambda control ( 12 ) whose control signal is a desired / actual lambda value - Determines the comparison, the actual lambda value being formed by an ionization electrode which is arranged in the flame region of the burner ( 10 ).
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