DE19921045A1

DE19921045A1 - Brenner zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen in Feuerungsanlagen

Info

Publication number: DE19921045A1
Application number: DE19921045A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dreizler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: DE19921045B4

Abstract

Es wird ein Brenner und ein Verbrennungsverfahren bei drehzahlgesteuerten Brennern vorgeschlagen, bei dem die kenngrößenabhängige Steuerung des mit einem Frequenzumrichter (19) zusammenwirkenden Gebläsemotors (7) synchronisiert ist mit der Verstellung eines Stellmotors (9) einer im Luftstrom angeordneten Luftklappe (8) und wobei völlig unabhängig von dieser Steuerung die Brennstoffregelung mittels eines Brennstoff-/Luft-Verhältnisreglers (11) erfolgt, in Abhängigkeit von den Drücken einerseits der Verbrennungsluft und andererseits des Brennstoffes.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Brenner bzw. einem Verfahren zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen in Feuerungsanlagen nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. des Anspruchs 14.

Bei einem bekannten Öl-, Gas- oder Zweistoff-Brenner der gattungsgemäßen Art (DE-PS 39 00 151) wird die Drehzahl des den Ventilator antreibenden Drehstrommotors über einen statischen Frequenzumrichter geregelt, wobei die jeweilige Drehzahl durch Betriebskenngrößen wie Wärmebedarf bzw. Energiebedarf der Heizungsanlage bestimmt werden, und zwar stufenlos zwischen niedrigster und höchster Leistung. Die Luftversorgung und Brennstoffversorgung wird durch Regelventile gesteuert, welche über Stellmotoren betätigt werden. Aus sicherheitstechnischen Gründen wird die Stellung dieser Stellmotoren mit der tatsächlichen Drehzahl des Ventilators über Tachogeneratoren an den elektronischen Regler rückgemeldet und dort redundant mit einer dort gespeicherten Einstellkurve verglichen. Hierdurch ist ein erheblicher Aufwand an sicherheitstechnischen Einrichtungen erforderlich, nämlich Stellantriebe, Leitplastikpotentiometer auf diesen, Drehzahlgeber auf dem Motor, elektronische sicherheitsgeprüfte Verbundregelungen von Brennstoff und Verbrennungsluft und deren Zuordnung in den Teilkomponenten Ventilatordrehzahl, Stellung Luftklappe, Stellung Gasklappe, usw.

Bei einem anderen bekannten Brenner für Feuerungsanlagen wird die Drehzahl des Gebläses durch Pulsweitenmodulation ihres mit Wechselstrom angetriebenen Motors geregelt, und zwar in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebskenngrößen wie beispielsweise dem Wärmebedarf. Der dabei erzeugte Druck der Verbrennungsluft wird durch einen fein abgestimmten Brennstoff/Luft-Verhältnisregler, der in der Brennstoffzuleitung angeordnet ist, zur Brennstoffzumessung verwendet, so daß hier ein in sich geschlossener Regelkreis entsteht, bei dem die Brennstoffluftverhältnisregelung eine luftdruck- und luftdurchsatzabhängige Brennstofffreigabe bewirkt. Bei der Verwendung von Gas als Brennstoff wirken Gas- und Luftdruck über eine pneumatische Kopplung auf das Stellglied des Gasventils, wobei solche Gassteuerelemente als Kompaktarmaturen oder Gasventile mit hydrostatischem oder pneumatischem Antrieb marktüblich sind. Mittelbar entspricht somit die zugesteuerte Brennstoffmenge der Drehzahl und dem dadurch erzeugten Luftdruck des Gebläses und damit dem Wärmebedarf. Dadurch, daß die Luftmenge als Führungsgröße dient und nicht die Brennstoffmenge und dies jeweils in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebskenngrößen, sind wichtige Sicherheitsvorschriften erfüllt und die Anlage arbeitet eigensicher. Nachteilig ist allerdings, daß die Art der luftmengenabhängigen Steuerung auf Basis der Drehzahl einen Mindestluftdruck verlangt, der meist nur kleine Regelverhältnisse zuläßt. In jedem Fall ist jedoch eine solche Brennstoff-/Luft-Verhältnisregelung stromeinsparend.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Der erfindungsgemäße Brenner bzw. das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des Anspruchs 14 hat demgegenüber den Vorteil, daß nicht nur viel Strom gespart wird, sondern daß in einem sehr breiten Leistungsbereich eine außerordentlich gute Brennstoff-/Luftzumessung gewährleistet ist, die vor allem den gegebenen hohen Sicherungsanforderungen an solche Anlagen genügt. Die zusätzliche Verwendung einer Luftklappe beim Brenner bewirkt, daß für eine sichere Brennstoff-/Luft- Verhältnissteuerung, die völlig unabhängig von der Drehzahlsteuerung des Gebläses erfolgt, ein ausreichender Luftdruck mit entsprechender Pressung zur Verfügung steht. Natürlich müssen der Stellmotor der Luftklappe und die Drehzahlsteuerung des Gebläsemotors aufeinander abgestimmt, also synchronisiert sein, was mit elektrisch-elektronischen Mitteln erfolgt. Dies wiederum gibt den Vorteil, einen Datenspeicher zu verwenden für vorwählbare Drehzahlen. Durch eine Schnittstelle der Drehzahlsteuerung können beispielsweise über einen Laptop und/oder eine vorgegebene Software, beispielsweise die spezifischen Grenzdrehzahlen eingegeben werden, durchaus auch zur Programmierung der Drehzahlsteuerung. Bei der Koppelung der Steuerung der Luftdrosselklappe mit der Gebläsedrehzahl ist eine zusätzliche Verriegelung nicht erforderlich, da die "Rampenzeit" für progressive oder degressive Drehzahlregelung an die Stellmotorlaufzeit der Luftklappe einstellbar angepaßt werden kann. In jedem Fall läuft die Zunahme des freien Luftklappenquerschnitts gleichsinnig mit der Zunahme der Drehzahl und umgekehrt. Dies wiederum hat den Vorteil, daß die brennstoffluftverhältnisgesteuerte Brennstoffmenge nach einmaliger Einstellung stets reproduzierbar arbeitet, d. h. eine saubere, wirkungsgradoptimierte und hygienische Verbrennung unter Einhaltung aller sicherheitstechnischen Anforderungen und der relevanten Normen bewirkt. Vorteilhafterweise ist bei Benutzung der Erfindung für Gasbrenner auch die Forderung nach genügend Luftpressung erfüllt, um die Flammenoszillation und Brennkammerdruckschwankungen zu absorbieren, so daß ein allseits stabiler Brennbetrieb gewährleistet ist. Die gegen die Luftleistung des Ventilators arbeitende Luftdrosselklappe ermöglicht eine ausreichende Pressung bzw. einen ausreichenden Überdruck. Um die gewünschte Verbrennungsstabilität zu gewährleisten ist allerdings eine hohe Drehzahlreserve des Gebläsemotors vorhanden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Gebläsemotor als Drehstrommotor ausgebildet mit einem integrierten Frequenzumrichter zur Drehzahlsteuerung. Derartige Drehstrommotoren mit Frequenzumrichter sind vielfältig bekannt, wobei diese häufig bereits mit einer Schnittstelle und einem Datenspeicher ausgerüstet sind, wobei die Schnittstelle zum Datenspeicher digital arbeiten kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind als vorwählbare Drehzahlen die Höchstdrehzahl (N_max), Kleinstdrehzahl (N_min), Drehzahl für Brennerzündung und/oder eine Drehzahlanforderung für Vorspülung (N_max) odgl. eingebbar. Wie oben erwähnt, kann eine solche Eingabe mit einfachen Mitteln wie beispielsweise einem Laptop elektronisch erfolgen.

Nach weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung gibt der Stellmotor über einen elektrischen Wandler ein seiner Stellung entsprechendes Stetigsignal in Form von Stromstärke oder Spannung an die beispielsweise mit einem Frequenzumrichter arbeitende Drehzahlsteuerung weiter. Als Wandler kann ein auf dem Stellmotor angebrachtes Potentiometer dienen, das ein 220 V-Signal derart moduliert und in Abhängigkeit der Stellung der Luftklappe über einen Signalwandler so umsetzt, daß es ein Stetigsignal der Stromstärke oder der Spannung an den Drehzahlregler, beispielsweise den Frequenzumrichter, weitergibt. Hierdurch wird erreicht, daß die Gebläsedrehzahl der Stellung der Luftklappe entspricht, wobei dies je nach Regelung in einzelnen Regelschritten oder aber kontinuierlich erfolgen kann.

Nach einer auch für sich geltend gemachten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Strömungsbereich zwischen Ventilator und Luftklappe besonders aus sicherheitstechnischen Gründen mindestens ein Luftdruckgeber angeordnet zur Erfassung mindestens des höchsten Hochdruckes und/oder des niedersten Druckes der Verbrennungsluft. Besonders bei der Luftvorspülung des Brenners nach der Sicherheitsnorm EN 676 ist es von Vorteil, die Vorgabedrehzahl, die bei einer solchen Vorspülung gewählt wird, über einen solchen zusätzlichen Luftdruckgeber zu erfassen. So wird erst nach Reglerfreigabe und sicherer Zündung, natürlich dann bei der Zünddrehzahl, der tatsächlich stromsparende Betrieb aufgenommen.

Bei einer weiteren ebenfalls für sich geltend gemachten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient zur Messung des Druckes bzw. der Menge der Verbrennungsluft ein Druckentnahmerohr, wobei die Meßöffnung des Entnahmerohrs für den Druck der Verbrennungsluft unmittelbar stromauf einer Wirbelscheibe bzw. einer Mischeinrichtung für Brennstoff und Verbrennungsluft angeordnet ist, und wobei dieses Entnahmerohr in seinem Endabschnitt in Strömungsrichtung verläuft, am Ende geschlossen ist und im Endbereich mindestens eine, quer zur Strömungsrichtung verlaufende Meßbohrung aufweist.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Meßbohrung zwischen 5-15 mm stromauf der mittleren Querschnittsebene einer der Durchmischung von Brennstoff und Luft dienenden Stau- und Wirbelscheibe nahe dem Wurzelbereich der Flamme angeordnet. Hierdurch ist eine besonders genaue Messung des Luftdrucks möglich, welcher zur Erzielung eines stöchiometrischen Gemisches zwischen Brennstoff und Luft dem Brennstoffluftverhältnisregler zugeleitet werden kann.

Nach einer weiteren für sich geltend gemachten Ausgestaltung der Erfindung ist die Förderleitung eines Transportmittels (Pumpe) des Wärmeträgers (Wasser) der Feuerungsanlage entsprechend brennerspezifischer Leistungen wie Gebläsedrehzahl, Stellmotorstellung der Luftklappe, zugemessene Brennstoffmenge udgl. änderbar, wobei als Transportmittel eine elektrisch angetriebene Pumpe dient, deren drehzahlsteuerbarer Motor über einen die brennspezifische Leistung erfassenden Signalwandler odgl. ansteuerbar ist und wobei der Pumpenmotor als Drehstrommotor ausgebildet ist, mit einem integrierten Frequenzumrichter zur Drehzahlsteuerung. Hierdurch wird die Stromaufnahme der Pumpe auf das für die Wärmeabfuhr Notwendige reduziert, was sich in erheblichem Umfang stromenergiesparend auswirkt.

Neben dem Brenner wird ein Verfahren zur Erzielung eines vorgegebenen Betriebskenngrößen, wie Wärmebedarf, entsprechenden Brennstoff-Luft-Gemisches bei drehzahlgesteuerten Brennern für Feuerungsanlagen beansprucht, insbesondere unter Verwendung der in einem der Ansprüche 1 bis 13 genannten Brenner, bei denen erfindungsgemäß Druck und Menge der Verbrennungsluft gesteuert und regelungstechnisch abgesichert ist und wobei die Brennstoffzufuhr unabhängig davon über eine vor der Vermischung vom Druck des Brennstoffs und der Verbrennungsluft bewirkte Verhältnisregelung bestimmt wird. Besonders vorteilhaft bei diesem Verfahren ist die einfache, sichere und energiesparende Funktion, wobei über Steuerung von Druck und Menge der Verbrennungsluft eine Kenngröße in Bezug auf Betriebskenngrößen wie beispielsweise den Wärmebedarf geschaffen wird und daß dann, völlig unabhängig von diesem Steuervorgang, aber abhängig von dem sich dadurch ergebendem Druck der Verbrennungsluft und unter steuerungstechnischer Verwertung des Brennstoffdrucks ein Brennstoffluftgemisch in der gewünschten Art, beispielsweise stöchiometrisch geregelt wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist mit zwei Varianten in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 stark vereinfacht einen Gasbrenner mit Steuer- und Regelgeräten;

Fig. 2 ein Funktionsdiagramm;

Fig. 3 und 4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in zweimal vergrößertem Maßstab;

Fig. 5 ein Funktionsdiagramm;

Fig. 6 eine Variante des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels und

Fig. 7 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

An einem Heizkessel 1 ist ein Gasbrenner 2 angeordnet mit einem der Luftführung dienenden Gehäuse 3, einem Brennerkopf 4 im Gas-Luftmischbereich, mit einer Stau- und Wirbelscheibe 5, mit einem Gebläse 6, welches durch einen Motor 7 angetrieben wird, dann mit einer Luftklappe 8 im Luftführungsrohr 3, die durch einen Stellmotor 9 betätigt wird und mit einem Gas-/Luft-Verhältnisregler 11 für die Gaszumessung, wobei die Einleitung des Gases im Luftführungsgehäuse 3 im Bereich stromab der Wirbelscheibe 5 im Brennerkopf 4 erfolgt. Mit 12 ist die Flamme angedeutet, deren Wurzel am Brennerkopf 4 ist und die durch einen Flammtrichter 13 geformt wird.

Der Brenner wird über ein elektrisch-elektronisches Steuergerät 14 angesteuert, welches einen Steuerteil 15, einen Feuerungsautomaten 16 und einen Leistungsregler 17 aufweist. Der Leistungsregler 17 erhält über Geber 18 beispielsweise Kesselthermostate oder Vorlauffühler, den Ist- und Soll-Wert der Kesseltemperatur und verarbeitet ihn zu Stellsignalen für den Gebläsemotor 7 und den Stellmotor 9 der Luftklappe 8. Der als Drehstrommotor ausgebildete Gebläsemotor 7 weist einen Frequenzumrichter 19 auf, aus dem sich eine den Wärmebedarf entsprechende Drehzahlvorgabe ergibt. Das gleiche Signal wirkt als Stellsignal auf den Stellmotor 9, so daß die Luftklappe 8 in ihrer die Luft drosselnden Stellung der Drehzahl des Gebläses 6 entspricht. Die Änderung der Drehzahl des Gebläses 6 und der Stellung der Luftklappe 8 erfolgt somit gleichsinnig und damit synchron. Die Ansteuerung des Frequenzumrichters 19 zur Drehzahlbestimmung des Drehstrommotors 7 als auch des Stellmotors 9 erfolgt parallel und muß reversierend sein. Die Regelung selber kann über eine Drei-Punkt-Regelung oder auch ein stromstärke- oder spannungsänderndes Stetigsignal erfolgen.

Wie aus Fig. 2 entnehmbar ist eine Verriegelung zwischen den Stellsignalen zum Frequenzumrichter 19 und dem Stellmotor 9 nicht erforderlich, da die Rampenzeit für progressive und degressive Regelung des Frequenzumrichters 19 an die Laufzeit des Stellmotors 9 anpassbar ist. In Fig. 2 ist über dem Öffnungswinkel α der Luftklappe 8 entsprechend einer bestimmten Stellung des Stellmotors 9 (Abszisse) im unteren Teil des Diagramms die Drehzahl N des Gebläsemotors 7 sowie weiter oben im Diagramm der Öffnungsgrad der Luftklappe in % (Ordinate) dargestellt. Die sich im unteren Teil des Diagramms ergebende Kennlinie A ist linear und ansteigend und entspricht dem mit steigender Drehzahl zunehmenden Druck der Verbrennungsluft stromab der Luftklappe 8. Die Rampenzeit mit ΔN_max und ΔN_min, je nach dem, ob es um eine progressive oder degressive Verstellung geht, ist durch die Laufzeit des Stellmotors 9 bestimmt und vom Frequenzumrichter 19 berücksichtigt. Der Stellmotor 9 und der Frequenzumrichter 19 laufen gleichsinnig innerhalb eines engen Arbeitsbereichs. Der Frequenzumrichter 19 weist außerdem einen Datenspeicher auf und eine digitale Schnittstelle zur Eingabe und Änderung von Drehzahldaten. So ist einerseits die Maximaldrehzahl N_max entsprechend der maximalen Luftleistung eingebbar, sodann die Minimaldrehzahl N_min und eine vorwählbare Drehzahl wie die Drehzahl bei Zündung N_zünd. Im oberen Teil des Diagramms aus Fig. 2 ist erkennbar, bei welchem Öffnungswinkel α der Luftklappe 8, welcher prozentuale Öffnungsgrad erreicht ist, wobei die sich daraus ergebende Kennlinie B entsprechend der gekrümmten, sichelförmigen Querschnittsform solcher klappengesteuerten Ventile in etwa quadratisch verläuft. Durch diese Zuordnung ergibt sich wiederum für den Luftdruck stromab der Luftklappe 8 eine lineare Funktion. So ergibt sich, daß obwohl bei der Zünddrehzahl N_zünd der Öffnungswinkel α der Luftklappe 8 noch im ersten Viertel seines Gesamtverstellbereichs liegt der Öffnungsquerschnitt für die Verbrennungsluft bereits weit über 50% des Maximalquerschnitts beträgt.

Durch den Gasfeuerungsautomaten 16 des Steuergerätes 14 wird die Ein- und Ausschaltung der Anlage vorgenommen, wodurch einerseits der Gebläsemotor 7 ein- und ausgeschaltet wird und andererseits ein Hauptgasventil 20, welches stromauf in der zum Gas-/Luft-Verhältnisregler 11 führenden Gasleitung 21 angeordnet ist.

Durch den Feuerungsautomaten 16 des Steuergerätes 14 wird insbesondere die Vorspülung von Luft vor Starten eines Brenners nach den Sicherheitsnormen EN 676 geregelt, wobei hierfür die Maximaldrehzahl, nämlich N_max gefordert wird. Im Luftführungsgehäuse 3 und zwar zwischen Gebläse 6 und Luftklappe 8 sind zwei Luftdruckwächter 22 vorgesehen zur Erfassung des minimalen bzw. maximalen Luftdrucks, beispielsweise bei der Vorspülung, deren Meßgrößen vom Feuerungsautomat 16 verarbeitet werden und vor allem zur Sicherheitskontrolle dienen, damit eine ausreichende Vorbelüftung gewährleistet ist.

Unabhängig von der Steuerung bzw. Regelung des Gebläses 6 mit Gebläsemotor 7 und der Luftklappe 8 mit Stellmotor 9 wird das Gas, welches im Ausgangsbereich des Luftführgehäuses 3 mit der Verbrennungsluft gemischt wird durch den Gas-/Luft- Verhältnisregler 11 bestimmt. Von der Gasleitung 21 gelangt das Brenngas über das Hauptgasventil 20 nachdem es geöffnet wurde, zu einem Gasregelventil 23 und von dort über eine Leitung 24, welche in den Brennerkopf 4 mündet. Der Durchgangsquerschnitt des Gasregelventils 23 wird einerseits durch den Druck der Verbrennungsluft nahe der Wirbelscheibe 5 und andererseits durch den Druck des Gases in der Leitung 24 bestimmt. Das Querschnittssteuerorgan, im Gasregelventil 23 beispielsweise eine Stellklappe, wird durch ein pneumatisch arbeitendes Stellglied 25 betätigt, welches einerseits über eine Leitung 26, die von der Leitung 24 abzweigt, vom Gasdruck beaufschlagt und andererseits von Druckluft, die über ein Druckentnahmerohr 27 dem Luftführungsgehäuse 3 entnommen wird. Durch diese pneumatische Koppelung von Gasdruck und Luftdruck erfolgt eine zuverlässige und sehr einfache Gas-/Luft- Verhältnisregelung.

In den Fig. 3 und 4 ist die Lage des Druckentnahmerohrs 27 in vergrößertem Maßstab dargestellt, wobei in Fig. 4 der Bereich um das Ende 28 des Druckentnahmerohrs 27 als Ausschnitt und nochmals vergrößert gezeigt ist. Das den Luftdruck erfassende Ende 28 des Druckentnahmerohrs 27 ist unmittelbar stromauf der Wirbelscheibe 5 im Luftführungsgehäuse 3 angeordnet. In dem Brennerkopf 4 wird dann die Verbrennungsluft mit dem Gas vermischt um in der Flamme 12 zu verbrennen. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist das Druckentnahmerohr 27 am Ende geschlossen und es ist eine Querbohrung 29 zur Erfassung des Luftdruckes vorgesehen. Der Abstand D von der mittleren Ebene 31 der Wirbelscheibe 5 bis zur Querbohrung 29 beträgt etwa 10 mm.

In dem in Fig. 5 dargestellten Diagramm ist über dem Luftdruck P_L (Abszisse) der Gasdruck P_G (Ordinate) aufgetragen. Die sich zwischen Gasdruck und Luftdruck ergebende Kennlinie C für die gesteuerte Gasmenge ist linear, d. h. daß dem gemessenen Luftdruck und damit der gemessenen Luftmenge eine proportionale Gasmenge automatisch, also ohne zusätzliche elektronische Mittel zugemessen wird.

In Fig. 6 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels dargestellt, bei der alle auch in Fig. 1 gezeigten Teile mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind. Die Variante besteht darin, daß die Signale vom Leistungsregler 17 auf den Stellmotor 9 wirken, welcher ein Potentiometer 32 betätigt, wodurch ein Stromsignal derart moduliert und in Abhängigkeit der Stellung des Stellmotors 9 über einen Signalwandler 33 so umgesetzt wird, daß er ein Stetigsignal der Stromstärke oder der Spannung an den Frequenzumrichter 19 des Gebläsemotors 7 weitergibt. Damit wird die Stellung des Stellmotors 9 Führungsgröße in dieser Regelung gegenüber dem Frequenzumrichter 19 des Gebläsemotors 7, so daß je nach Regelschritten des Reglers sinngemäß die Drehzahl des Gebläsemotors 7 mit der Verstellung des Stellmotors 9 mitgeführt wird. Natürlich muß der Frequenzumrichter seinerseits die oben genannten Einstellmöglichkeiten von N_min, N_max und N_zünd aufweisen, sowie sonstige Einstellparameter bei der Beschleunigung der Drehzahl wie zu Fig. 2 beschrieben. Wie auch bei der ersten Variante, sind keine zusätzlichen, sicherheitstechnisch aufwendigen Verbundregelungen erforderlich durch die Verwendung des Gas-/Luft-Verhältnisreglers 11.

In Fig. 6 ist eine weitere Variante des Anführungsbeispiels, mit einem Teil der in Fig. 1 dargestellten Anlage, gezeigt. Eine Heizungspumpe 34 für das Warmwasser des Heizungskessels 1 wird durch einen Drehstrommotor 35 angetrieben, welcher, um elektrischen Strom zu sparen, wie der Gebläsemotor 7 mit einem Frequenzumrichter 36 ausgerüstet ist. Die beiden Frequenzumrichter 19 und 36 sind durch eine Steuerleitung 37 miteinander sowie mit einer Signalquelle verbunden, eines Signalwandlers, in welchem irgendwelche brennerspezifischen Leistungen verarbeitet werden können.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1

Heizkessel

2

Gasbrenner

3

Luftführungsgehäuse

4

Brennerkopf

5

Stau- und Wirbelscheibe

6

Gebläse

7

Gebläsemotor

8

Luftklappe

9

Stellmotor

10

-

11

Gas-/Luft-Verhältnisregler

12

Flamme

13

Flammtrichter

14

Steuergerät elektrisch/elektronisch

15

Steuerteil

16

Feuerungsautomat

17

Leistungsregler

18

Geber

19

Frequenzumrichter

20

Hauptgasventil

21

Gasleitung

22

Luftdruckwächter

23

Gasregelventil

24

Leitung

25

Stellglied

26

Leitung

27

Druckentnahmerohr

28

Ende von

27

29

Querbohrung

30

-

31

mittlere Ebene von

5

32

Potentiometer

33

Signalwandler

34

Heizungspumpe

35

Drehstrommotor

36

Frequenzumrichter

37

Steuerleitung
α Öffnungswinkel von

8

N Drehzahl
A Kennlinie N/α
ΔN_max

Rampenwinkel bei Leistungszunahme
ΔN_min

Rampenwinkel bei Abnahme der Leistung
N_max

Maximaldrehzahl
N_min

Minimaldrehzahl
N_zünd

Zünddrehzahl
B Kennlinie Querschnitt/α
C Kennlinie Gasmenge
D Abstand

Claims

1. Brenner zur Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen in Feuerungsanlagen,

- mit einem durch einen Elektromotor (7) angetriebenen Gebläse (6) für die Verbrennungsluft,
- mit einer in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebskenngrößen (18) (Wärmebedarf) arbeitende Drehzahlsteuerung (14) des Gebläsemotors (6) (mittels Frequenzumrichter, Pulsweitenmodulation odgl.) und
- mit einer über einen Stellmotor (9) betätigten, stromab des Gebläses (6) angeordneten, der Luftdruckmengensteuerung dienenden Luftklappe (8), dadurch gekennzeichnet,
- daß der Stellmotor (9) synchron (parallel) mit der Drehzahländerung und mit variablen Rampenwinkeln (ΔN) für progressiven und degressiven Betrieb verstellbar ist,
- daß die Drehzahlsteuerung (18) einen Datenspeicher odgl. für vorwählbare Drehzahlen wie Minimal-, Maximal- oder Zünddrehzahl (N_max, N_min, N_zünd) aufweist,
- daß eine Schnittstelle zur Eingabe dieser Daten vorhanden ist und
- daß die Brennstoffregelung über einen von der Drehzahlsteuerung unabhängig arbeitenden Brennstoff-/Luft-Verhältnisregler (11) erfolgt, mit einem von Brennstoffdruck (PG) als auch vom Druck bzw. der Menge der Verbrennungsluft (PL) bestimmten Brennstoffdurchlaß (23).

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebläsemotor (7) als Drehstrommotor ausgebildet ist mit einem integrierten Frequenzumrichter (18) zur Drehzahlsteuerung.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle zum Datenspeicher der Drehzahlsteuerung digital arbeitet.

4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß als vorwählbare Drehzahlen die Höchstdrehzahl (N_max) die Kleinstdrehzahl (N_min), die Drehzahl bei Brennerzündung (N_zünd) und/oder eine Drehzahlanforderung bei Vorspülung (N_max) odgl. eingebbar sind.

5. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (9) ein seiner Stellung entsprechendes Stetigsignal in Form von entsprechender Stromstärke oder Spannung erzeugt, und daß dieses Stetigsignal zur Drehzahlsteuerung (Frequenzumrichter (19)) dient.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stetigsignal über einen Potentiometer (32) erzeugt und einem Signalumwandler (33) zugeleitet wird.

7. Brenner, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß im Luftströmungsbereich zwischen Ventilator (6) und Luftklappe (8) mindestens ein Luftdruckgeber (Luftdruckschalter 22) angeordnet ist, zur Erfassung des höchsten und/oder des niedersten Luftdruckes.

8. Brenner, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Druckes bzw. der Menge der Verbrennungsluft (PL) ein Druckentnahmerohr (27) dient und daß die Meßöffnung (29) des Druckentnahmerohrs (27) für den Druck der Verbrennungsluft unmittelbar stromauf einer Wirbeleinrichtung (Wirbelscheibe 5) bzw. einer Brennstoffluftmischeinrichtung (4) angeordnet ist.

9. Brenner nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Druckentnahmerohr (27) in seinem Endabschnitt (28) in Strömungsrichtung verläuft, am Ende geschlossen ist und mindestens eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende Meßbohrung (29) aufweist.

10. Brenner nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbohrung (29) zwischen 5-15 mm stromauf einer mittleren Querschnittsebene (31) einer der Verwirbelung der Verbrennungsluft dienenden Stau- und Wirbelscheibe (5) nahe dem Wurzelbereich der Flamme (12) angeordnet ist.

11. Brenner, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung eines Transportmittels (Pumpe 34) des Wärmeträgers (Wasser) der Feuerungsanlage (1) entsprechend brennerspezifischer Leistungen wie Gebläsedrehzahl, Stellmotorstellung der Luftklappe (8), zugemessene Brennstoffmenge udgl. änderbar ist.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Transportmittel eine elektrisch angetriebene Pumpe (34) dient, deren drehzahlsteuerbarer Motor (35) über einen die brennerspezifische Leistung erfassenden Signalwandler odgl. ansteuerbar ist.

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpenmotor (35) als Drehstrommotor ausgebildet ist, mit einem integrierten Frequenzumrichter (36) zur Drehzahlsteuerung.

14. Verfahren zur Erzielung eines vorgegebenen Betriebskenngrößen, wie Wärmebedarf, entsprechenden Brennstoff-Luft-Gemisches bei drehzahlgesteuerten Brennern für Feuerungsanlagen, insbesondere zur Verwendung bei einem Brenner nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Druck und Menge der Verbrennungsluft gesteuert und regelungstechnisch abgesichert ist und daß die Brennstoffzufuhr unabhängig davon über eine vor der Vermischung vom Druck des Brennstoffs und der Verbrennungsluft bewirkte Verhältnisregelung bestimmt wird.