DE19943829A1

DE19943829A1 - Atmosphärischer Gasbrenner und Verfahren zum Steuern oder Regeln des Primärluftanteils

Info

Publication number: DE19943829A1
Application number: DE19943829A
Authority: DE
Inventors: Georg Kostrzewa
Original assignee: ESSEN GASWAERME INST
Current assignee: ESSEN GASWAERME INST
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2000-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner mit mindestens einer Gasdüse (1), die an eine Gasleitung (2) angeschlossen und die gegen ein Mischrohr gerichtet ist. Mittels des Gasimpulses wird Primärluft angesaugt und das erzeugte Gas-Luft-Gemisch über den freien Strömungsquerschnitt (5) des Mischrohres einem Brennerkörper (4) zugeführt. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird der freie Strömungsquerschnitt (5) des Mischrohres (3) von einem verformbaren Element (6) gebildet, das von einem unter variablem Druck stehenden Medium beaufschlagt ist. Der freie Strömungsquerschnitt (5) ist durch Änderung der Druckbeaufschlagung konzentrisch veränderbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern oder Regeln des Primärluftanteils des Gasbrenners.

Injektorbrenner werden im haushaltlichen Bereich in großem Umfang in Umlaufwasser heizern, Kombiwasserheizern, Spezialheizkesseln oder Raumheizern eingesetzt.

Bei derartigen Brennern wird das Gas in das Mischrohr eingedüst, wobei der Gasstrahl Primärluft aus der Umgebung ansaugt.

Die Luftansaugung ist abhängig vom Austrittsimpuls des Gasstrahls, wobei mit zuneh mendem Gasdurchsatz die Verluste überproportional ansteigen, mit der Folge, daß sich das Gas-Luftverhältnis über dem Modulationsbereich des Gasbrenners in unerwünsch ter Weise ändert.

Außerdem läßt die Verbrennungsqualität unter ungünstigen Betriebsbedingungen häu fig zu wünschen übrig. Das gilt für den Kaltstart oder für Veränderungen des Schorn steinzuges.

Die Primärluftzahl ist das Verhältnis der tatsächlich dem Brenner zugeführten Verbren nungsluftmenge zu jener Luftmenge, die minimal für eine vollständige Verbrennung er forderlich ist.

In der öffentlichen Gasversorgung werden Erdgase eingesetzt, die aus verschiedenen Lieferquellen stammen. Dementsprechend haben die Erdgase unterschiedliche Zu sammensetzungen und Heizwerte. Dies führt bei Gasbrennern zu Änderungen der Pri märluftzahl mit der Folge, daß die Verbrennung nicht optimal ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Primärluftanteil in Abhängigkeit vom Verbrennungszustand, der Leistung oder der Gasbeschaffenheit zu steuern oder zu regeln.

Diese Aufgabe wird bei einem atmosphärischen Brenner nach Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Volumen der angesaugten Luft vom freien Durchtrittsquerschnitt des Mischrohres abhängt. Mit der Vergrößerung des freien Durchtrittsquerschnittes ist eine proportionale und stetige Vergrößerung der Pri märluftmenge bis zu einem Maximalwert beim größten Querschnitt verbunden. Erfin dungsgemäß kann der Primärluftanteil besonders einfach in Abhängigkeit von dem Verbrennungszustand, der Leistung oder der Gasbeschaffenheit gesteuert oder gere gelt werden.

Vorzugsweise ist der Gasbrenner dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Ele ment als elastischer Schlauch ausgebildet ist, der konzentrisch im Mischrohr angeord net ist, wobei dessen Enden mit den Enden des Mischrohres verbunden sind und daß zwischen dem Mischrohr und dem elastischen Element ein Hohlraum gebildet wird, der einen Anschluß für das unter veränderbarem Druck stehende Medium aufweist. Der freie Strömungsquerschnitt verringert sich strömungstechnisch optimal vom Einlaß des Mischrohres stetig bis auf einen minimalen Querschnitt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Gasbrenner dadurch gekennzeich net, daß dem Brennerkörper ein Sensor zugeordnet ist, der in Abhängigkeit vom Ver brennungszustand ein Signal liefert, das in einer Steuereinheit in ein Regelsignal um gewandelt wird und daß das Regelsignal als Eingangsgröße einem Druckgeber für das Medium zugeführt wird.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist der Gasbrenner dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung ein Gasventil angeordnet ist, das über eine Si gnalleitung mit einem Druckgeber für das Medium verbunden ist.

Die Erfindung befaßt sich ferner mit einem Verfahren zum Steuern oder Regeln des Primärluftanteils bei einem atmosphärischen Gasbrenner mit mindestens einer Gas düse, die an eine Gasleitung angeschlossen ist und die gegen ein Mischrohr gerichtet ist, wobei mittels des Gasimpulses Primärluft angesaugt und das Gas-Luft-Gemisch durch den freien Strömungsquerschnitt des Mischrohres einem Brennerkörper zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Medium in Abhängigkeit von der Leistung und oder dem Verbrennungszustand der Druck verändert wird und daß das Medium ein verformbares Element beaufschlagt, das den freien Strömungsquerschnitt des Mischrohres bildet und daß der freie Strömungsquerschnitt druckabhängig konzentrisch verändert wird.

Nach der Erfindung kann im Flammenbereich ein Ionisationsstrom gemessen werden, aus dem ein Signal in Abhängigkeit von der Primärluftzahl abgeleitet wird, daß das Si gnal mit einem Sollwert verglichen und ein Regelsignal erzeugt wird, das als Eingangs größe einem Druckgeber für das Medium zugeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasbrenners, bei dem der Primär luftanteil mittels eines Signals in Abhängigkeit von der Primärluftzahl geregelt wird;

Fig. 2 ein Gasbrenner, dessen Primärluftanteil mittels eines Signals in Abhängig keit von der Leistung gesteuert wird.

Der Gasbrenner nach Fig. 1 weist eine Gasdüse 1, die an eine Gasleitung 2 ange schlossen ist, ein Mischrohr 3 und einen Brennerkörper 4 auf.

Der Gasstrom aus der Gasdüse 1 saugt durch Injektorwirkung Primärluft an. Das Gas- Luft-Gemisch wird über den freien Strömungsquerschnitt 5 des Mischrohres 3 dem Brennerkörper 4 zugeführt.

Der freie Strömungsquerschnitt 5 des Mischrohres 3 wird von einem verformbaren Ele ment 6 gebildet, das als elastischer Schlauch aus Gummi ausgebildet ist. Das Ele ment 6 ist konzentrisch im Mischrohr 3 angeordnet, wobei dessen Enden mit den Enden des Mischrohres 3 dicht verbunden sind. Das verformbare Element 6 bildet mit dem Mischrohr 3 einen Hohlraum 7. Der Hohlraum 7 weist einen Anschluß 8 in Form eines Ventils für ein unter erhöhtem Druck stehendes gasförmiges Medium auf. Der Druck wird von einem Druckgeber 9 erzeugt, der über eine Leitung 10 mit dem Anschluß 8 verbunden ist.

Am Brennerkörper 4 befindet sich im Einflußbereich der Flammen ein Sensor 11, der als Ionisationselektrode ausgebildet und der an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Aus der DE 44 33 425 C2 ist bekannt, zum verbesserten Auswerten des über die Ionisationselektrode fließenden Stromes auf diesen eine Wechselspannung aufzu schalten. Der Sensor 11 liefert in Abhängigkeit von der Primärluftzahl ein Signal, das in einem Meßumformer 12 mit einem Sollwert verglichen wird. Der Meßumformer 12 liefert in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Soll- und Istwert ein Regelsignal, das dem Druckgeber 9 als Eingangsgröße über eine Signalleitung 13 zugeführt wird.

Wenn die Primärluftzahl zu hoch ist, wird der Druck erhöht und das verformbare Ele ment 6 weitet sich innen aus, wodurch der freie Strömungsquerschnitt 5 reduziert wird. In Fig. 1 ist diese Position gestrichelt dargestellt.

Wenn die Primärluftzahl zu gering ist, wird der Druck verringert und das verformbare Element 6 weitet sich nach außen aus, so daß sich der freie Strömungsquerschnitt 5 bis auf eine maximale Position, die dem Mischrohrdurchmesser entspricht, vergrößern kann.

Bei dem modulierend regelbaren Gasbrenner nach Fig. 2 wird der Primärluftanteil in Abhängigkeit von der Leistung gesteuert. Die Leistung wird z. B. in Abhängigkeit vom Wärmebedarf an einem Gasventil 14 in der Gasleitung 2 eingestellt. Das Gasventil 14 ist über eine Signalleitung 15 mit dem Druckgeber 9 für das gasförmige Medium ver bunden, das auf das verformbare Element 6 im Mischrohr 3 einwirkt. Bei einer kleinen Leistung benötigt der Brenner einen geringeren Primärluftanteil als bei hoher Leistung und einem entsprechend größeren Brenngasvolumenstrom. Bei hoher Leistung wird der Druck des Mediums reduziert, wodurch sich der verformbare Einsatz 6 nach außen ausweitet, so daß der freie Strömungsquerschnitt vergrößert wird und mehr Luft ange saugt wird.

Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann die momentane Primärluftzahl beispielsweise über eine CO-, CO₂- oder eine O₂- Sonde ermittelt werden. Das verformbare Element kann aus einem geeigneten Kunststoff bestehen. Der Durchmesser des verformbaren Elemente kann kleiner sein als der Mischrohrdurchmesser und durch einen Unterdruck im Medium in Richtung an die Mischrohrinnenwand gesaugt werden. Bei dem Medium kann es sich um ein beliebiges Fluid handeln. Vorzugsweise wird Luft verwendet. Die Verwendung von Wasser ist ebenfalls denkbar.

Claims

1. Atmosphärischer Gasbrenner mit mindestens einer Gasdüse (1), die an eine Gasleitung (2) angeschlossen und die gegen ein Mischrohr (3) gerichtet ist, wobei mittels des Gasimpulses Primärluft angesaugt und das erzeugte Gas-Luft- Gemisch über den freien Strömungsquerschnitt (5) des Mischrohres (3) einem Brennerkörper (4) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Strömungsquerschnitt (5) des Mischrohres (3) von einem verformbaren Element (6) gebildet wird, das von einem unter variablen Druck stehenden Medium beaufschlagt ist und daß der freie Strömungsquerschnitt (5) durch Änderung der Druckbeaufschlagung konzentrisch veränderbar ist.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Element (6) als elastischer Schlauch ausgebildet ist, der konzentrisch im Mischrohr (3) angeordnet ist, wobei dessen Enden mit den Enden des Mischrohres verbunden sind und daß zwischen dem Mischrohr (3) und dem elastischen Element (6) ein Hohlraum (7) gebildet wird, der einen Anschluß (8) für das unter variablen Druck stehende Medium aufweist.

3. Gasbrenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brennerkörper (4) ein Sensor (11) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit vom Verbrennungszustand ein Signal liefert, das in einer Steuereinheit (12) in ein Regelsignal umgewandelt wird und daß das Regelsignal als Eingangsgröße einem Druckgeber (9) für das Medium zugeführt wird.

4. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gasleitung (14) ein Gasventil angeordnet ist, das über eine Signalleitung (15) mit einem Druckgeber (9) für das Medium zur Verstellung des Mischrohrdurchmessers verbunden ist.

5. Verfahren zum Steuern oder Regeln des Primärluftanteils bei einem atmosphäri schen Gasbrenner mit mindestens einer Gasdüse (1), die an eine Gasleitung (2) angeschlossen ist und die gegen ein Mischrohr (3) gerichtet ist, wobei mittels des Gasimpulses Primärluft angesaugt und das Gas-Luft-Gemisch durch den freien Strömungsquerschnitt des Mischrohres (3) einem Brennerkörper (4) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Medium in Abhängigkeit von der Leistung und/oder dem Verbrennungszustand ein erhöhter oder ein reduzierter Druck erzeugt wird und daß das Medium ein verformbares Element beaufschlagt, das den freien Strömungsquerschnitt (5) des Mischrohres bildet und daß der freie Strömungsquerschnitt (5) druckabhängig konzentrisch verändert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammenbereich ein Ionisationsstrom gemes sen wird, aus dem ein Signal für die Primärluftzahl abgeleitet wird, daß das Si gnal mit einem Sollwert verglichen und ein Regelsignal erzeugt wird, das als Ein gangsgröße einem Druckgeber (9) für das Medium zugeführt wird.