DE19859283A1 - Verfahren zum Mischen von Gas und Luft für einen mit einem Gas-Luftgemisch gespeisten Brenner und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von Gas und Luft für einen mit einem Gas-Luftgemisch gespeisten Brenner, bei dem der Druck und/oder die Menge des Gases in Abhängigkeit von dem Druck und/oder der Menge der dem Brenner zugeführten Luft mittels eines Gas-Luft-Verbundreglers mit Kennlinien-Drossel beigemischt wird. Kritische Betriebsphasen lassen sich am einfachsten dadurch vermeiden, daß zumindest in der Zündphase und/oder in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Brennvorganges das dem Brenner zugeführte Gas mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zusatzmenge an Gas angereichert wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von Gas und Luft für einen mit einem Gas-Luftgemisch gespeisten Brenner, bei dem der Druck und/oder die Menge des Gases in Abhängigkeit von dem Druck und/oder der Menge der dem Brenner zugeführten Luft mittels eines Gas-Luft-Verbundreglers mit Kennlinien- Drossel beigemischt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Ein derartiges Verfahren wird vorwiegend bei so genannten Gebläsevor­ mischbrennern eingesetzt, bei denen insbesondere beim Kaltstart und zusätzlich bei der Zumischung von Flüssiggas-Luftgemischen zur Spitzenlastabdeckung Startschwierigkeiten auftreten. Ursache hierfür sind die geringen Flammge­ schwindigkeiten der kalten Gemische. Dies äußert sich in abgetragen brennen­ den Flammen, welche nach dem Zünden erlöschen.

Erlöschen die Flammen nicht, dann ist aufgrund des geringen, elektrischen Kontaktes der Flammen zur Brenneroberfläche eine Flammenüberwachung durch Detektion eines Ionisationsstromes nicht mehr möglich.

Üblicherweise werden zur Vermeidung dieser Nachteile die Gas-Luftge­ mische so eingestellt, daß der Brenner mit möglichst fettem Gemisch be­ trieben wird. Dies führt aber zu hoher Brennertemperatur im stationären Bereich, was in Bezug auf Lebensdauer und Abdichtung zu Problemen führt. Zudem ist nur ein kleiner Abstand zu den Schadstoffgrenzwerten erreichbar und der Brenner neigt zur Geräuschentwicklung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit dem der Brenner ohne fettes Gemisch stets sicher zündet und stationär betrieben werden kann, wobei ein ausreichend großer Abstand zu den Schadstoffgrenzwerten eingehalten und eine Geräuschentwicklung des Brenners vermindert werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest in der Zündphase und/oder in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Brennvor­ ganges das dem Brenner zugeführte Gas mit einer vorgegebenen oder vorgeb­ baren Zusatzmenge an Gas angereichert wird.

Auf diese Weise wird sichergestellt, daß nur in den kritischen Betriebsfällen, wie Kaltstart, Spitzenlastbetrieb und dgl. eine Anreicherung des Gas-Luftge­ schmisches vorgenommen, d. h. mit fetterem Gemisch gearbeitet wird. Dabei bleibt die Möglichkeit einer Flammenüberwachung durch Detektion eines Ioni­ sationsstromes erhalten.

Diese Anreicherung des Gas-Luftgemisches ist dabei ohne großen Mehraufwand dadurch realisierbar, daß dem Gas-Luft-Verbundregler die Kennlinien-Drossel nachgeschaltet wird und daß der Kennlinienee-Drossel ein Bypass aus An­ reicherungs-Ventil mit nachgeschalteter Anreicherungs-Drossel parallel ge­ schaltet wird.

Der Mehraufwand ist auf das Anreicherungs-Ventil und die Anreicherungs- Drossel begrenzt.

Dabei ist vorgesehen, daß zur Anreicherung des Gases durch das Anreicherungs- Ventil der Bypass geöffnet wird und durch die Anreicherungs-Drossel die Zusatz­ menge an Gas festgelegt wird.

Die Zusatzmenge an Gas ist dabei in jedem Arbeitspunkt der Kennlinie des Gas- Luft-Verbundreglers proportional zu dem vom Gas-Luft-Verbundregler abgege­ benen und der Kennlinien-Drossel zugeführten Gas.

Die Schwierigkeiten beim Zünden werden dadurch einfach behoben, daß das Anreicherungs-Ventil bei jedem Zündvorgang für eine vorgegebene Zeit ange­ steuert und der Bypass geöffnet wird. Das Schaltsignal für das Anreicherungs- Ventil kann das zentrale Steuergerät des Brenners liefern.

Andere Schaltsignale lassen sich in Form von Betriebsparametern ebenfalls zum Ein- und Ausschalten des Bypasses, d. h. zur Anreicherung des Gas-Luft­ gemisches, verwenden und in das zentrale Steuergerät des Brenner integrieren.

Mit der Kennlinien-Drossel wird nach einer Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens die Steigung der Arbeitskennlinie der Gaszufuhr ohne An­ reicherung verändert.

Die Veränderung der Zusatzmenge an Gas wird dadurch ermöglicht, daß dem Anreichungs-Ventil im Bypass eine kontinuierlich verstellbare Anreicherungs- Drossel nachgeschaltet wird.

Die von dem Druck und/oder der Menge an Luft abhängige Steuerung des Gas- Luft-Verbundreglers erfolgt nach einer Ausgestaltung dadurch, daß dem Gas- Luft-Verbundregler ein Regelsignal in Form einer Druckdifferenz zugeführt wird, die an einer in der Luftzuführung zum Brenner eingeschleiften Luft-Drossel abgegriffen wird.

Aus Sicherheitsgründen ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß das Gas mit einem erhöhten Druck über ein Sicherheitsventil dem Gas-Luft- Verbundregler zugeführt wird.

Eine einfache Vorrichtung zum Anreichern des dem Brenner zugeführten Gases ist dadurch gekennzeichnet, daß das Anreicherungs-Ventil, die Anreicherungs- Drossel und die Kennlinien-Drossel zu einer Baueinheit in der Armatur zu­ sammengefaßt sind, daß die Baueinheit eine Kammer mit Gaseinlaß und Gasauslaß aufweist, daß ein Drosselkegel mehr oder weniger an den Gaseinlaß heranführbar ist und dadurch einen ersten Weg zum Gasauslaß festlegt und, daß der Drosselkegel einen Kanal aufweist, der mittels eines Ankers des An­ reicherungs-Ventil verschlossen ist und bei angesteuertem Anreicherungs-Ventil einen zweiten Weg zum Gasauslaß freigibt.

Kennlinien-Drossel, Anreicherungs-Ventil und Anreicherungs-Drossel sind kon­ struktiv zu einer Baueinheit in der Armatur zusammengefaßt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Blockschaltsbild die für das Verfahren nach der Erfindung erfor­ derlichen Bauteile,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Gas-Anreicherung und

Fig. 3 im Schnitt eine Baueinheit aus Kennlinien-Drossel, Anreicherungs- Ventil und Anreicherungs-Drossel in einer Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens.

Wie das Blockschaltbild nach Fig. 1 zeigt, steht das Gas am Eingang einer Arma­ tur 3 mit erhöhtem Druck pe an und gelangt über ein Sicherheitsventil 1 auf den Eingang eines Gas-Luft-Verbundreglers 2, dem eine einstellbare Kennlinien- Drossel C nachgeschaltet ist.

Wie mit der Bezeichnung A pLuft angedeutet ist, wird der Gas-Luft-Verbundregler 2 mit einer Druckdifferenz angesteuert, die an einer nicht dargestellten Luft- Drossel in der Luftzufuhr zum Brenner abgegriffen wird. Nach dem Passieren der Kennlinien-Drossel C gelangt das Gas mit dem Druck pa zum Brenner. Der Druck pa ist dabei abhängig von der Druckdifferenz Δp in der Luftzufuhr. Als Regel­ größe für den Gas-Luft-Verbundregler 2 kann auch die dem Brenner zugeführte Luftmenge verwendet werden.

Im Diagramm der Fig. 2 stellt sich die mit C bezeichnete Arbeitskennlinie pa = f (ΔpLuft) ein und wie die Pfeile am Punkt C dieser Arbeitskennlinie zeigen, kann mit der Kennlinien-Drossel C die Steigung der Arbeitskennlinie verkleinert oder vergrößert werden.

Der Kennlinien-Drossel C ist ein Bypass aus einem Anreicherungs-Ventil A mit nachgeschalteter Anreicherungs-Drossel B parallelgeschaltet. Bei nicht ange­ steuertem Anreicherungs-Ventil A ist der Bypass geschlossen und an der Ar­ beitsweise des Gas-Luft-Verbundregelers 2 mit der Kennlinien-Drossel C ändert sich nichts. Wird jedoch das Anreicherungs-Ventil 1, das vorzugsweise als Elek­ tromagnetventil ausgebildet ist, angesteuert, dann öffnet der Bypass und bildet einen weiteren Weg für das dem Brenner zuzuführende Gas. Wie das Diagramm nach Fig. 2 zeigt, wird die Arbeitskennlinie so verändert, daß dem Brenner eine Zusatzmenge an Gas zugeführt wird, was sich bei gleichbleibender Regelgröße am Gas-Luft-Verbundregler 2 in erhöhtem Ausgangsdruck pa äußert. Die Aus­ legung der Armatur 3 kann auch so sein, daß sich die Menge und/oder der Druck der Gase änderte(n). Das Diagramm nach Fig. 2 läßt mit der gestrichelten Arbeitskennlinie und dem A markierten Pfeil diese Gasanreicherung erkennen, wobei die Pfeile an dem Arbeitspunkt B anzeigen, daß durch die Anreicherungs- Drossel B die Steigung der neuen (gestrichelten) Arbeitskennlinie ebenfalls ver­ kleinert oder vergrößert und damit die Einsatzmenge und/oder der Druck für das zum Brenner geführte Gas mehr oder weniger verändert werden kann.

Die Anreicherungs-Drossel B kann auch auf eine vorgegebene Zusatzmenge an Gas eingestellt sein, d. h. nicht einstellbar sein, wie eine in Fig. 3 im Schnitt dar­ gestellte Baueinheit aus Anreichungs-Ventil A, Anreicherungs-Drossel B und Kennlinien-Drossel C zeigt.

Das Anreicherungsventil A umfaßt neben der Erregersignale 30 auf dem Spulen­ körper 90 mit der Abdeckung 30.01 einen Anker 70, der unter Spannung einer Feder 60 eine Dichtscheibe gegen einen Drosselkegel 130 drückt.

Der Anker 70 ist in einem Führungsstück 80 verstellbar, das in einem Lagerstück 110 mittels Gewindeverbindung axial verstellbar ist. Die Verstellung erfolgt über eine Einstellschraube 10, die zum Führungsstück 80 hin mittels eines Dich­ tungsringes 40 abgedichtet ist. Weitere Dichtungsringe 100 und 120 dichten zwischen Führungsstück 80 und Lagerstück 110 bzw. zwischen Lagerstück 110 und Magnetflußbügel 20 des Elektromagneten ab.

Das von dem Gas-Luft-Verbundregler 2 kommende Gas tritt über die untere Öffnung ( = Gaseinlaß) in eine Kammer der Baueinheit ein und stößt auf den Drosselkegel 130. Der Drosselkegel 130 kann mittels der Einstellschraube 10 zu­ sammen mit dem Führungsstück 80 im Lagerstück 110 axial verstellt werden, da das Führungsstück 80 über eine Gewindeverbindung mit dem Lagerteil 110 in Verbindung steht. Da der Drosselkegel 130 und der Anker 70 mit der Feder 60 mit dem Führungsstück 80 verstellt werden, ändert sich bei dieser Ver­ stellung die Zuordnung dieser Teile untereinander nicht. Es wird lediglich der Drosselkegel 130 mehr oder weniger an den Gasanlaß herausgeführt und so ein erster Weg für das Gas zum Gasauslaß (rechts) der Kammer festgelegt, der den stationären Betrieb des Brenners zugeordnet ist.

Wie der Fig. 3 entnommen werden kann, weist der Drosselkegel 130 eine zen­ trische Bohrung auf, die mit einer am Anker 70 stirnseitig angebrachten Dicht­ scheibe verschlossen ist. Wird nun die Spule 30 erregt, dann wird der Anker 70 entgegen der Wirkung der Feder 50 hochgezogen und die Dichtscheibe hebt von dem Drosselkegel 130 so weit ab, daß ein zweiter Weg für das Gas geöffnet wird, der über die Bohrung des Drosselkegels 130 und seitlichen Bohrungen im Führungsstück 80 wieder in die Kammer und zu dem Gasauslaß führt. Damit wird die erwünschte Gasanreicherung erreicht.

Sobald die Erregung der Spule 30 abgeschaltet wird, stellt die Feder 60 den Anker 70 wieder in die in Fig. 3 gezeigte Schließstellung zurück.

In der Antriebsstellung des Anreicherungs-Ventils A wird der Anschlag des Ankers 70 über eine Dichtscheibe 50 gedämpft.

Die Baueinheit nach Fig. 3 wird mit dem Gaseinlaß und Gasauslaß der nicht näher bezeichneten Kammer in die in Fig. 1 gezeigte Armatur 3 eingeschleift.

Die Ansteuerung der Spule 30 der Baueinheit nach Fig. 3 legt fest, wann und wie lange die Anreicherung erfolgt. Der Kaltstart kann damit sicherer gemacht werden, daß eine zeitlich begrenzte Ansteuerung in der Zündphase erfolgt. Das in dem zentralen Steuergerät des Brenners anstehende Zündsignal kann dafür verwendet werden.

Die Ansteuerung des Anreicherungs-Ventils A kann auch über andere Betriebs­ parameter erfolgen, die kritische Betriebsphasen erkennen lassen und eine Anreicherung des Gas-Luftgemisches erforderlich machen. So kann z. B. eine Steuerung über eine gemesene Temperatur oder über einen gemessenen Ionisationsstrom vorgenommen werden, die kritische Betriebsfälle kennzeichnen, für die eine derartige Gasanreicherung sinnvoll ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Mischen von Gas und Luft für einen mit einem Gas­ Luftgemisch gespeisten Brenner, bei dem der Druck und/oder die Menge des Gases in Abhängigkeit von dem Druck und/oder der Menge der dem Brenner zugeführten Luft mittels eines Gas-Luft-Verbundreglers mit Kenn­ linien-Drossel beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der Zündphase und/oder in Abhängigkeit von Betriebs­ parametern des Brennvorganges das dem Brenner zugeführte Gas mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Zusatzmenge an Gas angereichert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Gas-Luft-Verbundregler (2) die Kennlinien-Drossel (C) nachge­ schaltet wird und
daß der Kennlinienen-Drossel (C) ein Bypass aus Anreicherungs-Ventil (A) mit nachgeschalteter Anreicherungs-Drossel (B) parallel geschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anreicherung des Gases durch das Anreicherungs-Ventil (A) der Bypass geöffnet wird und durch die Anreicherungs-Drossel (B) die Zusatzmenge an Gas festgelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bypass das dem Brenner zugeführte Gas proportional erhöht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anreicherungs-Ventil (A) bei jedem Zündvorgang für eine vor­ gegebene Zeit angesteuert und der Bypass geöffnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kennlinien-Drossel (C) die Steigerung der Arbeitskennlinie [pa = f(ΔpLuft)] der Gaszufuhr ohne Anreicherung verändert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anreichungs-Ventil (A) im Bypass eine kontinuierlich verstellbare Anreicherungs-Drossel (B) nachgeschaltet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas-Luft-Verbundregler (2) ein Regelsignal (ΔpLuft) in Form einer Druckdifferenz zugeführt wird, die an einer in der Luftzuführung zum Brenner eingeschleiften Luft-Drossel abgegriffen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einem erhöhten Druck (pe) über ein Sicherheitsventil (1) dem Gas-Luft-Verbundregler (2) zugeführt wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anreicherungs-Ventil (A), die Anreicherungs-Drossel (B) und die Kennlinien-Drossel (C) zu einer Baueinheit in der Armatur (3) zusammen­ gefaßt sind,
daß die Baueinheit eine Kammer mit Gaseinlaß und Gasauslaß aufweist,
daß ein Drosselkegel (130) mehr oder weniger an den Gaseinlaß heran­ führbar ist und dadurch einen ersten Weg zum Gasauslaß festlegt und, daß der Drosselkegel (130) einen Kanal aufweist, der mittels eines Ankers (70) des Anreicherungs-Ventils (A) verschlossen ist und bei ange­ steuertem Anreicherungs-Ventil (A) einen zweiten Weg zum Gasauslaß freigibt.