DE19835692C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Gasbrenners - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Regeln eines Gasbrenners. Bei atmosphä­ risch oder gebläseunterstützt betriebenen Gasbrennern wird einem zum Beispiel zylinderförmig ausgebildeten Brenner­ körper (z. B. EP 238 572 B1) ein Brenngas-Luftgemisch zu­ geführt, das über am Brennerkörper angeordnete Austritts­ öffnungen ausströmt und an der Brenneroberfläche entzün­ det wird.

Aus der Druckschrift DE 197 28 965 A1 ist ein vormischender Gasbrenner mit einer Brennerplatte, die einen Gemischraum begrenzt und die mit Austrittsöffnungen für ein Brenngas- Luftgemisch versehen ist, bekannt. Um bei einem Teillastbe­ trieb einen hohen Wirkungsgrad zu ermöglichen, ist vorgese­ hen, dass der der Brennerplatte vorgelagerte Gemischraum durch wenigstens ein Stellorgan teilweise absperrbar ist. Dadurch wird je nach Anfordernung die Brennerplatte ab­ schnittsweise mit dem Brenngas-Luftgemisch versorgt.

Eine andere Vorrichtung zum Einstellen der Leistung eines Gasbrenners geht aus der DE 30 14 441 A1 hervor. Mittels ei­ nes in einer Brennerverteilerrampe angeordneten, verstellba­ ren Stopfens wird die Brennstoffzufuhr derart unterteilt, dass entweder nur ein Teil der Brenngasdüsen oder alle Brenngasdüsen mit Brennstoff versorgt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsge­ mäße Vorrichtung ermöglichen den modulierenden Betrieb eines Gasbrenners, bei dem trotz Leistungsänderung die Flächenbelastung des Brennerkörpers konstant bleibt oder in bestimmten Grenzen geregelt werden kann. Gleichzeitig wird erreicht, daß das Brenngas-Luftgemisch über die Aus­ trittsöffnungen des Brennerkörpers mit gleicher Geschwin­ digkeit in die Verbrennungszone strömt, so daß auch eine gleichmäßige Wärme-Lastverteilung über die gesamte Brenneroberfläche gewährleistet ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen für das Regelverfah­ ren sowie für die Vorrichtung zum Regeln eines Gasbren­ ners möglich.

Die gleichmäßige und konstante Flächenbelastung der Brenneroberfläche wird erreicht, indem das Brenngas-Luft­ gemisch gegen einen im Brennerkörper frei beweglich ange­ ordneten Körper anströmt, wobei sich ein Gleichgewichts­ zustand einstellt, bei dem der Hub des beweglichen Körpers die Austrittsfläche für das Brenngas-Luftgemisch bestimmt.

Der Brennerkörper des Gasbrenners ist in vorteilhafter Weise zylinderförmig ausgebildet, wobei die Stirnseite des Brennerkörpers, das heißt die Seite, die der Eintrittsöffnung des Brenngas-Luftgemisches gegenüberliegt, geschlossen ist. Das hat den Vorteil, daß kleine Mengen des Brenngas- Luftgemisches, die durch den für eine freie Beweglichkeit des Körpers notwendigen Ringspalt strömen, aus den hinter dem beweglichen Körper angeordneten Austrittsöffnungen austreten können und von den heißen Verbrennungsgasen entzündet und verbrannt werden.

Ist der Ringspalt zwischen dem beweglichen Körper und dem Brennerkörper so klein gewählt, daß der hindurchtre­ tende Leckstrom kein zündfähiges Brenngas-Luftgemisch in dem hinter dem beweglichen Körper angeordneten Raum des Brennerkörpers bilden kann, wird vorgeschlagen, die Stirnseite des Brennerkörpers offen auszubilden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Stirnseite des Brennerkörpers 12 geschlossen und der Ring­ spalt zwischen dem beweglichen Körper und dem Brenner­ körper so breit gewählt, daß in einer hinter dem beweglichen Körper ausgebildeten Nachbrennzone das restliche Brenn­ gas-Luftgemisch vollständig verbrannt werden kann. Alter­ nativ kann die Stirnseite des Brennerkörpers auch offen aus­ gebildet sein. In diesem Fall wird die Nachbrennzone durch den Ringspalt selbst gebildet. Die Nachbrennzone kann ver­ größert werden, wenn der bewegliche Körper mit zusätzli­ chen Öffnungen bzw. Bohrungen versehen ist. Zur sicheren Zündung des restlichen unverbrannten Gasgemisches ist in diesem Bereich eine zusätzliche Zündeinrichtung vorgese­ hen.

Zur besseren Führung des beweglichen Körpers innerhalb des Brennerkörpers wird weiterhin vorgeschlagen, ihn mit einer Stange zu verbinden, die an ihrem anderen Ende in ei­ ner Führung verschiebbar gelagert ist.

Die aktive Brenneraustrittsfläche, die durch den Hub des beweglichen Körpers bestimmt wird, kann beeinflußt wer­ den, indem koaxial zur Führungsstange ein Federelement angeordnet ist. Damit kann zusätzlich die Flächenbelastung des Brennerkörpers gesteuert werden, wodurch eine größere Leistungsmodulation des Gasbrenners möglich wird.

Beliebige Beeinflussungen der Flächenbelastung des Brennerkörpers sind möglich, wenn die Führungsstange des beweglichen Körpers als Magnet in einer Spule geführt ist.

Sieben Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgen­ den Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Gasbrenner mit einem beweglich ange­ ordneten Strömungskörper, Fig. 2 einen nach oben hin offe­ nen Gasbrenner mit Strömungskörper, Fig. 3 ein Ausfüh­ rungsbeispiel, bei dem der Strömungskörper durch eine Vor­ richtung geführt ist, Fig. 4 eine Ausführung, bei dem die Verschiebung bzw. die Bewegung des Strömungskörpers zusätzlich durch ein Federelement beeinflußt wird, Fig. 5 eine Ausführung, bei dem die Bewegung bzw. Verschiebung des Körpers zusätzlich durch eine elektromagnetische Vor­ richtung beeinflußt wird, Fig. 6 zeigt verschiedene Ausfüh­ rungsformen des Strömungskörpers, Fig. 7 zeigt unter­ schiedliche Ausführungsformen der Brenneraustrittsöffnun­ gen und Fig. 8 und 9 eine weitere geschlossene und offene Ausführung eines Gasbrenners, bei denen zwischen dem Strömungskörper und dem Brennerkörper Ringspalte ausge­ bildet sind.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen zylinderförmig ausgebildeten Gasbren­ ner 10, dessen Brennerkörper 12 auf seiner Mantelfläche mit Austrittsöffnungen 14 für ein Brenngas-Luftgemisch verse­ hen ist. Der Gasbrenner 10 weißt eine Eintrittsöffnung 16 auf, über die das Brenngas-Luftgemisch in Pfeilrichtung zu­ geführt wird. Über eine schematisch dargestellte Zündvor­ richtung 18 wird das über die Austrittsöffnungen 14 ausströ­ mende Brenngas-Luftgemisch gezündet und verbrannt. In­ nerhalb des Brennerkörpers 12 ist ein beweglicher Körper 20, im folgenden als Strömungskörper 20 bezeichnet, ange­ ordnet. Die Lage bzw. die Position des Strömungskörpers 20 innerhalb des Brennerkörpers 12 wird durch die zugeführte Menge des Brenngas-Luftgemisches bzw. durch die Strö­ mungsgeschwindigkeit des Brenngas-Luftgemisches be­ stimmt. Wird die Brennerleistung erhöht, das heißt nimmt die zugeführte Menge des Brenngas-Luftgemisches zu, ver­ größert sich die Hubhöhe des Strömungskörpers 20, wo­ durch sich der durch die Austrittsöffnungen 14 gebildete Ausströmbereich 22 des Brenngas-Luftgemisches bzw. die aktive Verbrennungszone vergrößert. Damit wird erreicht, daß trotz Veränderung der Brennerleistung die Wärme-Flä­ chenbelastung des durch das an der Brenneroberfläche ver­ brennenden Brenngas-Luftgemisches konstant bleibt. Ist der Gasbrenner nicht in Betrieb, schließt der Strömungskörper 20 den Mischraum von den Austrittsöffnungen ab. Dadurch daß im Betrieb des Gasbrenners der durch das Brenngas- Luftgemisch angeströmte Strömungskörper 20 im Anström­ bereich einen konstanten Druck aufbaut, wird erreicht, daß das Brenngas-Luftgemisch mit der gleichen Geschwindig­ keit in die Verbrennungszone strömt, so daß eine gleichmä­ ßige Verbrennung über der gesamten Brenneroberfläche stattfindet. Damit kleinere Mengen des Brenngas-Luftgemi­ sches, die durch den für eine freie Beweglichkeit des Strö­ mungskörpers 20 notwendigen Ringspalt hindurchströmen aus den hinter dem Strömungskörper 20 angeordneten Aus­ trittsöffnungen 14 austreten können, ist die Stirnseite bzw. das obere Ende 24 des Brennerkörpers 12 geschlossen aus­ gebildet. Ist der Ringspalt zwischen dem Strömungskörper 20 und dem Brennerkörper 12 sehr klein gewählt, so daß der Leckstrom nur geringfügig ist, kann, wie in Fig. 2 darge­ stellt, das obere Ende des Brennerkörpers 12 auch offen ausgebildet sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem glei­ che Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist der Strömungskörper 20 zur besseren Führung innerhalb des Brennerkörpers 12 mit einer Stange 26 verbunden, die in ei­ ner Führung 28 verschiebbar gelagert ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist koaxial zur Stange 26 ein Federelement 30 angeordnet, daß an seinem einen Ende mit dem Strömungskörper 20 und an seinem anderen Ende mit der Führung 28 verbunden ist. Durch das Federele­ ment 30 kann die Flächenbelastung derart gesteuert werden, daß mit zunehmender Brennerleistung die Flächenbelastung in gewünschter Weise ansteigt. Damit kann die Leistungs­ modulation des Gasbrenners vergrößert werden.

Fig. 5 zeigt eine Alternative zur Beeinflussung der Flä­ chenbelastung, wobei die Stange 26 im Führungsbereich als Magnet 32 ausgebildet ist, der in einer als Spule 34 ausgebil­ deten Führung verschiebbar gelagert ist. Durch eine entspre­ chende elektrische Ansteuerung der Spule 34 sind beliebige Beeinflussungen der Hubhöhe des Strömungskörpers 20 und damit der Flächenbelastung möglich.

Für alle dargestellten Ausführungsformen des Gasbren­ ners 10 sind unterschiedliche Formen des beweglichen Kör­ pers 20 möglich. In Fig. 6 sind verschiedene Formen aufge­ zeigt; als zylinderförmig ausgebildeter Körper 20A, als ke­ gelförmig ausgebildeter Körper 20B, als Halbkugelkörper 20C, als Körper 20D, der aus einer Platte 21 und einer Füh­ rungsstange 23 besteht, und als Körper 20E, der als Vollku­ gel ausgebildet ist.

In Fig. 7 sind unterschiedliche Formen der im Brenner­ körper 12 angeordneten Austrittsöffnungen 14 für das Brenngas-Luftgemisch dargestellt. Die Austrittsöffnungen 14 können kreisrund ausgebildet und als Muster 14A oder als Muster 14B angeordnet sein. Darüberhinaus können die Austrittsöffnungen 14 langlochförmig ausgebildet und als Muster 14C oder als Muster 14D angeordnet sein.

In einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist zwischen dem Strömungskörper 20 und dem Brennerkörper 12 ein Ringspalt R ausgebildet, so daß eine bestimmte Menge des Brenngas-Luftgemisches seitlich am Strömungskörper 20 vorbeiströmen kann. Dieser Teil des Gemisches gelangt über den Ausströmbereich 22B bzw. die Nachbrennzone zur vollständigen Verbrennung, wobei das obere Ende 24 des Brennerkörpers 12 geschlossen ausgebildet ist.

In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 mit einem Brennerkörper 12 versehen ist, der an seiner Stirn­ seite offen ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist ebenfalls ein Ringspalt R zwischen dem Strömungskörper 20 und dem Brennerkörper 12 vorgesehen. In diesem Fall wird jedoch die Nachbrennzone 22B durch den Ringspalt R und durch gegebenenfalls am Strömungskörper 20 zusätz­ lich angebrachte Öffnungen 38 bzw. Bohrungen gebildet. Der Vorteil dieser nach oben hin offenen Ausführung des Brennerkörpers 12 besteht darin, daß sich hinter dem Strö­ mungskörper 20 kein zusätzlicher Druck aufbauen kann, der die Verbrennung in der Hauptbrennzone 22A beeinflussen würde. Zur sicheren Zündung des möglicherweise hinter dem Strömungskörper 20 unverbrannten Restgasgemisches ist an der offenen Stirnseite des Brennerkörpers 20 eine zweite Zündeinrichtung 36 vorgesehen.

Auch bei den Gasbrennerausführungen nach den Fig. 8 und 9 kann der Strömungskörper 20 wie bei den Ausführun­ gen nach Fig. 3 bis 5 über eine Stange 26 geführt werden, sowie mit Mitteln (Federelement 30, Magnet 32, Spule 34) zur Beeinflussung der wirksamen Brenneraustrittsfläche versehen werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners mit einem Brenner­ körper, der Austrittsöffnungen für ein Brenngas- Luftgemisch aufweist, welche eine Brenneraustrittsfläche bilden, durch die das Brenngas-Luftgemisch hindurchströmt und gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wirk­ same Brenneraustrittsfläche in Abhängigkeit von der zuge­ führten Menge des Brenngas-Luftgemisches bestimmt wird, indem die Position eines beweglichen Körpers (20) die ak­ tiven Austrittsöffnungen (14) für das Brenngas- Luftgemisch bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas-Luftgemisch gegen den beweglich angeordneten Körper (20) anströmt, wobei sich ein Gleichgewichtszu­ stand einstellt, bei dem der Hub des beweglichen Körpers (20) die aktiven Austrittsöffnungen (14) für das Brenn­ gas-Luftgemisch bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brennerkörper (12) und dem beweglichen Kör­ per (20) ein Ringspalt (R) ausgebildet ist, der so bemes­ sen ist, daß sich in Strömungsrichtung gesehen hinter dem beweglichen Körper (20) eine Nachbrennzone für das Brenn­ gas-Luftgemisch ausbildet.

4. Gasbrenner mit einem Brennerkörper, der mit Austrittsöff­ nungen für ein Brenngas-Luftgemisch versehen ist, mit ei­ ner Zufuhr- und Zündeinrichtung für das Brenngas- Luftgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Brennerkörpers (12) ein beweglicher Körper (20) angeord­ net ist, durch dessen Position im Brennkörper (12) die aktiven Austrittsöffnungen (14) für das Brenngas- Luftgemisch festlegbar sind.

5. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brennerkörper (12) zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die Stirnseite (24) bzw. das obere Ende des Brennerkörpers (12) geschlossen ist.

6. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brennerkörper (12) zylinderförmig ausgebildet ist, wobei die Stirnseite des Brennerkör­ pers (12) offen ausgebildet ist.

7. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Brennerkör­ per (12) und dem beweglichen Körper (20) ein Ring­ spalt (R) vorgesehen ist.

8. Gasbrenner nach Anspruch 6 und 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Brenngas- Luftgemisches gesehen hinter dem beweglichen Kör­ per (20) eine zweite Zündvorrichtung (36) angeordnet ist.

9. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper (20) mit einer Stange (26) verbunden ist, die an ihrem ande­ ren Ende in einer Führung (28, 34) verschiebbar gela­ gert ist.

10. Gasbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Beeinflussung der wirksamen Bren­ neraustrittsfläche koaxial zur Stange (26) ein Federele­ ment (30) vorgesehen ist, das an dem einen Ende mit dem beweglichen Körper (20) und an dem anderen Ende mit der Führung (28) verbunden ist.

11. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Beeinflussung der wirksamen Bren­ neraustrittsfläche das in der Führung (34) verschiebbar gelagerte Ende (32) der Stange (26) als Magnet ausge­ bildet ist, während die Führung (34) für die Stange (26) als Spule ausgebildet ist.