DE19824521B4 - Regeleinrichtung für Gasbrenner - Google Patents

Regeleinrichtung für Gasbrenner Download PDF

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Abstract

Regeleinrichtung für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, nämlich zum Zuführen eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner, mit mindestens einem Gasventil (11), wobei der Gasstrom durch das Gasventil (11) in Abhängigkeit vom Verbrennungsluftdruck einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
a) zwischen einer den Gasstrom führenden ersten Leitung (10) und einer den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung (12) ein Sensor (16) angeordnet ist,
b) der Sensor (16) mit einem ersten Meßpunkt (17) an der den Gasstrom führenden ersten Leitung (10) und mit einem zweiten Meßpunkt (18) an der den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung (12) gekoppelt ist,
c) der erste Meßpunkt (17) in Strömungsrichtung des Gases vor einer Gasdüse (15) und der zweite Meßpunkt (18) in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor einer Drosselstelle (14) angeordnet ist,
d) ein vom Sensor (16) erzeugtes elektrisches bzw. elektronisches Signal (19) zur Verstellung des Gasventils (11) verwendet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Regeleinrichtungen für Gasbrenner dienen der Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, also dem Zuführen eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner. Der Gasstrom durch ein Gasventil ist dabei in Abhängigkeit vom Verbrennungsluftdruck einstellbar.
  • Regeleinrichtungen für Gasbrenner der obigen An sind aus dem Stand der Technik, z. B. der EP 0 390 964 A1 , hinlänglich bekannt. Bei der dort beschriebenen Regeleinrichtung erfolgt die Druckbestimmung mit Hilfe einer Membran, also auf pneumatischem Weg. Abhängig von dieser Druckmessung wird der Gasstrom durch das Gasventil geregelt. Dieser pneumatische Weg verfügt jedoch über eine Vielzahl von Nachteilen, die allesamt den Anwendungsbereich bekannter Regeleinrichtungen einschränken. So schränken die Hysterese-Eigenschaften der Membran und die zwischen der Membran und dem Gasventil wirkenden Kräfte den Arbeitsbereich und damit den Anwendungsbereich ein. Des weiteren bewirkt das Zusammenspiel zwischen den erforderlichen kleinen Stellkräften und den Betriebstoleranzen der Membran infolge von Störeinflüssen wie Temperatuschwankungen oder dergleichen eine Einschränkung des Anwendungsbereichs bekannter Regeleinrichtungen.
  • Weitere Regeleinrichtungen für Gasbrenner sind aus der DE 24 27 819 A1 und der DE 43 17 981 A1 bekannt.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine Regeleinrichtung für Gasbrenner zu schaffen, die die obigen Nachteile vermeidet und damit einen größeren Anwendungsbereich aufweist.
  • Dieses Problem wird durch eine Regeleinrichtung für Gasbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit weiteren Baugruppen nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisierter Darstellung, und
  • 2 eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit weiteren Baugruppen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ebenfalls in schematisierter Darstellung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Regeleinrichtungen für Gasbrenner. Einem nicht-dargestellten Brenner soll ein Gas/Luft-Gemisch zugeführt werden. Um dem nicht-dargestellten Brenner einen Gasstrom zuzuführen, ist eine erste Leitung 10 vorgesehen, die den Gasstrom zum Brenner führt. Der ersten Leitung 10 ist ein Gasventil 11 zugeordnet.
  • Die Zuführung der Verbrennungsluft zum nicht-dargestellten Brenner erfolgt über eine zweite Leitung 12. Die zweite Leitung 12 führt demzufolge den Verbrennungsluftstrom zum Brenner. Der zweiten Leitung 12 ist ein Gebläse 13 zugeordnet. Die Drehzahl des Gebläses 13 bestimmt den Verbrennungsluftdruck und damit den Verbrennungsluftstrom. Innerhalb der den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung 12 ist eine Blende oder Drosselstelle 14 angeordnet.
  • Gemäß 1, 2 mündet die den Gasstrom führende erste Leitung 10 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinter der Drosselstelle 14 in die den Verbrennungsluftstrom führende zweite Leitung 12. Eine Gasdüse 15 schließt die erste Leitung 10 im Bereich der zweiten Leitung 12 ab. In Strömungsrichtung hinter der Gasdüse 15 liegt demzufolge ein Gas/Luft-Gemisch vor.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel geht es nun darum, eine 1:1-Gas/Luft-Verbundregelung bereitzustellen, d.h. bei einer Erhöhung des Verbrennungsluftdrucks von 1 Millibar (mbar) soll der Gasdruck ebenfalls um 1mbar erhöht werden. Erfindungsgemäß ist hierzu zwischen der den Gasstrom führenden ersten Leitung 10 und der den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung 12 ein Sensor 16 angeordnet. Der Sensor 16 ist als Differenzdruck-Sensor, insbesondere als Durchflußmesser, Anemometer oder dergleichen, ausgebildet.
  • Mit einem ersten Meßpunkt 17 ist der Sensor 16 an der den Gasstrom führenden ersten Leitung 10 angeschlossen. Mit einem zweiten Meßpunkt 18 ist der Sensor 16 an der den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung 12 angeschlossen. In Strömungsrichtung des Gases ist der erste Meßpunkt 17 vor der Gasdüse 15 positioniert. Der zweite Meßpunkt 18 ist in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor der Drosselstelle 14 angeordnet.
  • Soll, wie bereits erwähnt, beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 für eine 1:1-Gas/Luft-Verbundregelung gesorgt werden, so muß der Gasdruck dem Verbrennungsluftdruck entsprechen. In dem Fall, in dem der Sensor 16 als Durchflußmesser bzw. Anemometer ausgebildet ist, bedeutet dies, daß der Durchfluß durch den Sensor 16 Null beträgt. Nimmt z.B. der Verbrennungsluftdruck gegenüber dem Gasdruck ab, so erfährt der Sensor 16 einen Durchfluß von der ersten Leitung 10 in Richtung auf die zweite Leitung 12. Nimmt hingegen der Verbrennungsluftdruck gegenüber dem Gasdruck zu, so erfährt der Sensor 16 einen Durchfluß von der zweiten Leitung 12 in Richtung auf die erste Leitung 10. Aufgrund der Durchflußmenge sowie auf Grund der Durchflußrichtung können demnach vom Sensor 16 die Druckverhältnisse zwischen Verbrennungsluftdruck und Gasdruck ermittelt werden.
  • Der Sensor 16 erzeugt abhängig von den obigen Druckverhältnissen ein elektrisches bzw. elektronisches Signal 19, welches zur Verstellung des Gasventils 11 verwendet wird. Gemäß 1 wird das elektrische bzw. elektronische Signal 19 einem Steuer- oder Regelgerät 20 zugeführt, das aus dem Signal 19 ein Regelungssignal 21 für einen dem Gasventil 11 zugeordneten Stellantrieb 22 erzeugt.
  • Mit der in 1 dargestellten Regeleinrichtung folgt man demzufolge dem Verbrennungsluftdruck, um den Gasstrom durch das Gasventil 11 derart zu regulieren, daß eine 1:1-Gas/Luft-Verbundregelung erzielt wird. Detektiert der Sensor 16 zwischen Verbrennungsluftdruck und Gasdruck eine Druckdifferenz von Null, so entspricht das Signal 19 einer Druckdifferenz von Null und das Gasventil 11 kann unverändert betrieben werden. Detektiert der Sensor 16 einen gegenüber dem Gasdruck höheren Verbrennungsluftdruck, so muß mit Hilfe des vom Sensor 16 erzeugten elektrischen bzw. elektronischen Signals 19 das Gasventil 11 derart angesteuert werden, daß sich der Gasstrom erhöht. Hierzu erzeugt das Regelgerät 20 ein Regelungssignal 21 für den Stellantrieb 22 des Gasventils 11, derart, daß das Signal 19 wieder auf einen Betrag geführt wird, der einer Druckdifferenz von Null entspricht. Detektiert hingegen der Sensor 16 einen gegenüber dem Gasdruck verringerten Verbrennungsluftdruck, so muß mit Hilfe des vom Sensor 16 erzeugten elektrischen bzw. elektronischen Signals das Gasventil 11 derart angesteuert werden, daß sich der Gasstrom verringert.
  • Das Gasventil 11 kann beliebig ausgebildet sein. Im einfachsten Fall wird der Stellantrieb 22 des Gasventils 11 derart gesteuert bzw. geregelt, daß das Gasventil 11 zwischen den Zuständen An/Aus bzw. Auf/Zu hin- und herschaltet. Bei einem gegenüber dem Gasdruck höheren Verbrennungsluftdruck wird demzufolge ein Regelungssignal 21 erzeugt werden, auf Grund dessen der Stellantrieb 22 das Gasventil 11 öffnet bzw. aktiviert. Bei einem gegenüber dem Gasdruck geringeren Verbrennungsluftdruck hingegen wird aufgrund des Regelungssignals 21 der Stellantrieb 22 das Gasventil 11 hingegen schließen bzw. deaktivieren. Ein sich hieraus ergebendes oszillierendes Signal gibt Auskunft über die ordnungsgemäße Arbeitsweise des Regelungssystems und kann demzufolge als Sicherheitssignal verwendet werden. Solange wie das oszillierende Sensorsignal vorliegt, kann ein dem Gasventil 11 vorgeschaltetes, nicht-dargestelltes Sicherheitsventil aktiviert bzw. geöffnet sein.
  • In Abweichung hiervon ist es auch möglich, das Gasventil 11 derart anzusteuern, daß das Gasventil 11 zwischen den Zuständen An/Aus bzw. Auf/Zu beliebige Öffnungsstellungen einnehmen kann.
  • Die in 1 dargestellte Regeleinrichtung kann in dem Fall, in dem das Gasventil 11 geschlossen ist, zur Luftmengenmessung verwendet werden. Diese gibt sich aus dem Umstand, daß der Sensor 16 mit dem zweiten Meßpunkt 18 an der zweiten Leitung 12, nämlich in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor der Drosselstelle 14, angeordnet ist; und weiterhin der Sensor 16 mit dem ersten Meßpunkt 17 an der ersten Leitung 10, also bei geschlossenem Gasventil 11 über die Gasdüse 15 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der Drosselstelle 14 angeordnet ist. Bei geschlossenem Gasventil 11 kann demnach mit Hilfe des Sensors 16 die Druckdifferenz über die Drosselstelle 14 bestimmt und somit eine Luftmengenmessung durchgeführt werden.
  • Die Luftmengenmessung kann verwendet werden, um den Parameterbereich des Gebläses 13 in Abhängigkeit von einer Konfiguration der Verbrennungsluft-Zufuhr und Rauchgas-Abfuhr einzustellen. Auch dient die Luftmengenmessung der Überwachung und Einstellung einer minimalen Verbrennungsluft-Zufuhr, die zum sicheren Anfahren des Gasbrenners benötigt wird.
  • Bei der Regeleinrichtung des Ausführungsbeispiels gemäß 2 kann gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein abweichendes Übersetzungsverhältnis zwischen Gasstrom und Luftstrom realisiert werden, also eine 1:N-Gas/Luft-Verbundregelung. Hierzu ist zwischen der den Gasstrom führenden ersten Leitung 10 und der den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung 12 eine Koppelleitung 23 vorgesehen, wobei innerhalb der Koppelleitung 23 zwei Einschnürungen 24, 25 angeordnet sind. Bei den Einschnürungen 24, 25 handelt es sich um Drosselstellen.
  • Die Position der Einschnürungen 24, 25 in der Koppelleitung 23 in Bezug auf die Leitungen 10, 12 ist von untergeordneter Bedeutung. Der Strömungswiderstand der Leitungen muß jedoch merklich geringer sein als der Strömungswiderstand der Einschnürungen 24, 25.
  • Die Koppelleitung 23 ist gemäß 2 an die den Verbrennungsluftstrom führende zweite Leitung 12 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach bzw. hinter der Drosselstelle 14 angeschlossen. An die den Gasstrom führende erste Leitung 10 hingegen ist die Koppelleitung 23 in Strömungsrichtung des Gases vor der Gasdüse 15 angeschlossen.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Sensor 16 – ebenfalls wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 – zwischen der ersten Leitung 10 und der zweiten Leitung 12 angeordnet. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist jedoch der erste Meßpunkt 17 im Bereich der Koppeleitung 23 zwischen den Einschnürungen 24, 25 angeordnet. Der zweite Meßpunkt 18 ist wiederum im Bereich der zweiten Leitung 12 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor der Drosselstelle 14 angeordnet.
  • Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 erzeugt das Regelgerät 20 ein Regelungssignal 21 für den Stellantrieb 22 des Gasventils 11, derart, daß das Signal 19 des Sensors 16 auf einen Betrag geführt wird, der einer Druckdifferenz von Null entspricht. Durch die Anordnung der Koppelleitung 23 mit den Einrichtungen 21, 25 ist jedoch dadurch eine 1:N-Gas/Luft-Verbundregelung realisierbar, d.h. daß bei einer Erhöhung des Verbrennungsluftdrucks von 1 mbar der Gasdruck um N mbar erhöht wird.
  • Mit der Regeleinrichtung gemäß 2 ist demzufolge eine 1:N-Gas/Luft-Verbundregelung möglich. Mit anderen Worten kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 der Gasdruck in Bezug auf den Verbrennungsluftdruck verstärkt werden. Der Grad der Verstärkung wird durch die Einschnürungen 24, 25 bestimmt.
  • Desweiteren sei darauf hingewiesen, daß eine der Einschnürungen 24, 25 variabel bzw. veränderbar ausgebildet sein kann. In diesem Fall ist es möglich, durch Veränderung bzw. Verstellung einer Einschnürung 24 bzw. 25 das Übersetzungsverhältnis zwischen Verbrennungsluftstrom und Gasstrom bzw. die Verstärkung zu variieren.
    • 10
    Leitung
    11
    Gasventil
    12
    Leitung
    13
    Gebläse
    14
    Drosselstelle
    15
    Gasdüse
    16
    Sensor
    17
    Meßpunkt
    18
    Meßpunkt
    19
    Signal
    20
    Regelgerät
    21
    Regelungssignal
    22
    Stellantrieb
    23
    Koppelleitung
    24
    Einschnürung
    25
    Einschnürung

Claims (12)

  1. Regeleinrichtung für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, nämlich zum Zuführen eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner, mit mindestens einem Gasventil (11), wobei der Gasstrom durch das Gasventil (11) in Abhängigkeit vom Verbrennungsluftdruck einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß a) zwischen einer den Gasstrom führenden ersten Leitung (10) und einer den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung (12) ein Sensor (16) angeordnet ist, b) der Sensor (16) mit einem ersten Meßpunkt (17) an der den Gasstrom führenden ersten Leitung (10) und mit einem zweiten Meßpunkt (18) an der den Verbrennungsluftstrom führenden zweiten Leitung (12) gekoppelt ist, c) der erste Meßpunkt (17) in Strömungsrichtung des Gases vor einer Gasdüse (15) und der zweite Meßpunkt (18) in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor einer Drosselstelle (14) angeordnet ist, d) ein vom Sensor (16) erzeugtes elektrisches bzw. elektronisches Signal (19) zur Verstellung des Gasventils (11) verwendet wird.
  2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des vom Sensor (16) erzeugten elektrischen bzw. elektronischen Signals (19) ein Regelungssignal (21) für einen dem Gasventils (11) zugeordneten Stellantrieb (22) erzeugt wird.
  3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelungssignal (21) als Sicherungssignal derart verwendet wird, das ein Sicherheitsventil geöffnet ist, solange das Regelungssignal (21) zwischen mindestens zwei Signalzuständen oszilliert.
  4. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zwischen der ersten Leitung (10) und der zweiten Leitung (12) verlaufende Koppelleitung (23), wobei innerhalb der Koppelleitung (23) vorzugsweise zwei Einschnürungen (24, 25) angeordnet sind.
  5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelleitung (23) an die den Verbrennungsluftstrom führende zweite Leitung (12) in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach der Drosselstelle (14) angekoppelt ist.
  6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelleitung (23) an die den Gasstrom führende erste Leitung (10) in Strömungsrichtung des Gases vor der Gasdüse (15) angekoppelt ist.
  7. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meßpunkt (17) im Bereich der Koppelleitung (23) zwischen der ersten Einschnürung (24) und der zweiten Einschnürung (25) und der zweite Meßpunkt (18) im Bereich der zweiten Leitung (10) in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor der Drosselstelle (14) angeordnet ist.
  8. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Einschnürungen (24, 25) verstellbar bzw. variabel ausgebildet ist.
  9. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) als Differenzdruck-Sensor, insbesondere als Durchflußmesser, ausgebildet ist.
  10. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe zur Luftmengenmessung verwendet wird, wobei die Luftmengenmessung zur Einstellung des Parameterbereichs eines Gebläses (13) in Abhängigkeit von einer Konfiguration der Verbrennungsluft-Zufuhr und Rauchgas-Abfuhr verwendet wird.
  11. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengenmessung zur Überwachung und Einstellung einer minimalen Verbrennungsluft-Zufuhr verwendet wird, die zum sicheren Anfahren des Gasbrenners benötigt wird.
  12. Verwendung einer Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 zur Luftmengenmessung.
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