DE2121987A1 - Vorrichtung zur Steuerung des Mischungsverhältnisses der wenigstens einem Brenner zuströmenden Brenn- und Oxydationsmedien - Google Patents

Vorrichtung zur Steuerung des Mischungsverhältnisses der wenigstens einem Brenner zuströmenden Brenn- und Oxydationsmedien

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Description

2121937 Andrejewski, Honke & Gesthuysen Patentanwälte
Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke
._»,-. Diplom-Ingenieur
Anwaltsakte: 36 72b/Fm Hans Dieter Gesthuysen
4300 Essen, den 3. Mai I97I Theaterplatz 3 (th)
Patentanmeldung
IANDPYROMETERSLIMITED
Wreakes Lane, Dronfie Id,
Sheffield, SIS 6PN, England
Vorrichtung zur Steuerung des Mischungsverhältnis ses der wenigstens einem Brenner zuströmenden Brenn- und Oxydationsmedien.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur steuerung des Mischungsverhältnisses der wenigstens einem Brenner zuströmenden Brenn- und Oxydationsmedien, wobei die Aufgabe der Erfindung dahin geht, eine derartige Vorrichtung in der Weise auszubilden, daß für einen Einzelbrenner oder auch für Anlagen mit mehreren Brennern
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automatisch eine stöchiometrische Verbrennung oder andere Jeweils gewünschte Verbrennungsbedingungen, wie beispielsweise nahezu stöchiometrische, erzielbar sind.
Gekennzeichnet ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen durch wenigstens ein die allgemeine Zuflußmenge eines Reaktionsteilnehmers zum Brenner steuerndes Ventil, einen den Zufluß mit vorgegebenen Veränderungen geringer Amplitude und niedriger Frequenz im Vergleich zur Eigenfrequenz des Plackerns d der Brennerflamme beaufschlagenden Variator, einen die Strahlung der Flamme des Brenners aufspürenden und ein der Strahlung entsprechendes Signal abgebenden Indikator, einen die Polarität jeglicher Wechselbeziehung zwischen den beaufschlagten Veränderungen und dem Indikatorsignal abschätzenden Komparator und einen auf die vom Komparator abgeschätzte Polarität der Wechselbeziehung ansprechenden und das Mischungsverhältnis einstellenden Regler.
Zweckmäßigerweise erzeugt der Variator periodische Veränderungen und die Wechselbeziehung zwischen den beaufschlagten Verände-. ; rungen und dem Indikatorsignal wird mittels eines phasenempfindlichen Indikators (detector), d.h. des Komparators, bestimmt, welcher feststellt, ob bei der beaufschlagten Frequenz ein Signal gleicher oder entgegengesetzter Phase vorliegt. Die entsprechende Phase, d.h. die Polarität der Wechselbeziehung der beaufschlagten Veränderungen und der festgestellten Veränderungen der Strahlung, ändert sich, wenn sich die Mischung am Brenner beiderseits des stöchiometrischen Verhältnisses ändert. So ergeben beispielsweise magere und fette Mischungen von Brennstoff
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(gasförmig, flüssig oder fest, beispielsweise pulverförmig) und einem Oxydanz (beispielsweise Luft) gleiche Signalfrequenzen mit gleicher bezw. entgegengesetzter Phaise oder umgekehrt, je nachdem, welcher Reaktionsteilnehmer Veränderungen unterworfen wird, während eine stöchiometrische Mischung eine Signalfrequenz des Indikators ergibt, welche doppelt so groß ist wie die beaufschlagten Veränderungen. Andererseits kann die Beaufschlagung der Veränderungen auch zufällig oder unregelmäßig erfolgen, vorausgesetzt, daß ihre Polarität, welche davon abhängt, ob zunächst ein Anstieg oder eine Abnahme der allgemeinen Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt wird, am Komparator festgestellt wird ο
Die Einstellung des Mischungsverhältnisses am Brenner kann an dem Brennerzufluß erfolgen, welcher mit Veränderungen beaufschlagt wird, was eindeutig der Fall sein muß, wenn nur der Brennstoffzufluß ventilgesteuert ist und das Oxydationsmedium vom Brennstoffstrom mitgerissen wird, oder die Einstellung kann am Zufluß des anderen Reaktionsteilnähmers, beispielsweise des Oxydationsmediums, zum Brenner erfolgen.
Das Ventil kann mit einem die allgemeine Durchflußmenge einstellenden elektrischen Betätigungsorgan versehen sein und der Variator kann als elektrischer oder elektronischer Oszillator ausgebildet werden, dessen Eingangsfrequenz mit der Frequenz des Indikatorsignals verglichen wird. Andererseits kann jedes Ventil mit einem mechanischen, hydraulischen oder auch pneumatischen Betätigungsorgan versehen werden, wobei der Variator als antsprechender Vibrator ausgebildet ist und ein Schwinger
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vorgesehen ist, durch welchen vom Vibrator ein mit dem Ausgangssignal des Strahlungsindikators in Wechselbeziehung stehendes Eingangssignal für den Komparator erzeugt wird. In jdem Fall kann das Betätigungsorgan als Regler für das Ventilglied dienen, wenn dieses Ventil zur Einstellung des Mischungsverhältnisses am Brenner verwendet wird.
Außerdem kann der Variator das Ventilglied sein, welches die Strömung steuert, welche mit Veränderungen beaufschlagt wird (oder ein diesem zugeordnetes Bauteil), wobei dieses Ventilglied im Gasstrom eine Eigenfrequenz besitzt und ein Übertrager vorgesehen ist, um von diesem Ventilglied ein mit dem Ausgangssignal des Strahlungsindikators in Wechselbeziehung stehendes Eingangssignal für den Komparator zu erzeugen. Schließlich kann ein Betätigungsorgan zur Einstellung der allgemeinen Durchflußmenge des Ventils auch als Regler für das Ventilglied dienen, wenn dieses Ventil zur Einstellung des Mischungsverhältnisses am Brenner verwendet wird.
Für eine Anlage mit mehreren Brennern werden Einzelventile vorgesehen, um die allgemeine Durohflußmenge der Reaktionsteilnehmer zu den Brennern zu steuern, wobei Einzelvariatoren vorgesehen sind, um die Zuflüsse zu den verschiedenen Brennern mit vorgegebenen Veränderungen zu beaufschlagen, und linzelregler, welche wiederum die Betätigungsorgane für die Ventilglieder sein können, zur Einstellung der Durchflußmengen an den verschiedenen Brennern, wobei die einzelnen Ventilglieder derart unterschiedlich beaufschlagt werden, beispielsweise durch unharmonisch miteinander in Beziehung stehende Frequenzen, daß
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der Komparator zwischen den StrahlungsSchwankungen der Flammen der verschiedenen Brenner unterscheiden kann und die zugeordneten Regler in Tätigkeit treten können, während für jeden Brenner ein Strahlungsindikator vorgesehen wird. Andererseits kann auch ein einziger Strahlungsindikator für alle Brenner vorgesehen werden, welcher den Komparator8 folgemäßig einschaltet, um die Flamme eines jeden Brenners zu überwachen und einzustellen. Außerdem kann ein einziger Strahlungsindikator auch für alle Brenner in ihrer Gesamtheit vorgesehen werden, wobei jeweils ein Brenner mit den vorgegebenen Meränderungen beaufschlagt wird und der zugeordnete Regler mit dem Komparator verbunden wird.
Mittels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung lassen sich Fehler bei einem Einzelbrenner oder auch bei einem oder mehreren einer größeren Brennerzahl feststellen, selbst wenn bei einer Anlage mit einem einzigen Brenner das Verlöschen der Flamme durch die bisher üblichen Anordnungen einige Zeit nach dem Verlöschen nur schwierig festzustellen ist, wie dies beispielsweise in der Patentanmeldung Nr...............(Anwaltsakte 36 725) beschrieben ist.
Bei der aufgespürten Strahlung kann es sich um die elektromagnetische Strahlung handeln, welche von der Flamme im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Bereich des Spektrums ausgestrahlt wird, oder um irgendeine andere Strahlung seitens der Flamme, welche Größenveränderungen erzeugt, die eine positive Beziehung zur Verbrennungsintensität der Flamme in sich tragen und welche durch ein geeignetes Organ wie einen Detektor oder einen Indikator in ein elektrisches Signal umgewandelt werden können*
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Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Einzelbrenner, wobei jedoch auch aufgezeigt werden soll, wie diese Anordnung für eine Mehrfachbrenneranlage abgewandelt werden kann.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Zufluß von gasförmigem Brennstoff und Luft zu einem Brenner 1 durch Ventile 2 bezw. 5 gesteuert, deren Stellung durch Betätigungsorgane 4 bezw. 5 eingestellt wird, wobei die Hauptstellung des Ventils 2 derart eingestellt wird, daß die Flamme 6 die gewünschte Größe erhält. Das nicht sichtbare Ventilglied des Ventils 2 wird periodisch in seiner Lage verändert, und zwar durch das Betätigungsorgan 4 über einen mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Vibrator 7* sodaß beispielsweise ein 1^-iger Schwingungswechsel des Durchflusses durch das Ventil 2 bei einer Frequenz von etwa 10 Hz stattfindet. Ein mit dem Vibrator 7 gekoppelter Übertrager 8 gibt ein Signal proportional den beaufschlagten Veränderungen, wobei dieses Signal einem phasenempfindlichen Detektor oder Komparator 9 eingespeist wird, in welchem es mit einem Signal eines Strahlung sindika tors 10, welches durch einen Verstärker 11 verstärkt wurde, in Wechselbeziehung gebracht wird. Irgendeine Komponente des vom Strahlungsindikators 10 abgegebenen Signals, welches die gleiche Frequenz besitzt wie die beaufschlagten Veränderungen, wird zur Ingangsetzung des Betätigungsorgans des Luftsteuerventils 3 verwendet· Bei einem phasengleiehen Signal infolge einer mageren Brennstoff/Luftmischung wird das
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Ventil 3 etwas geschlossen, während bei einem Signal mit entgegengesetzter Phase infolge einer fetten Brennstoff/Luftmischung das Ventil 3 etwas weiter geöffnet wird, wobei das Betätigungsorgan 5 das Ventil 3 so lange einstellt, bis kein Signal mit der beaufschlagten Frequenz mehr vorhanden ist.
Zur Steuerung einer Anlage mit mehreren Brennern mit Hilfe der grundlegend gleichen Vorrichtung werden für jeden Brenner die Bauteile 2 bis 8 vorgesehen und die Bauteile 5 bis 8 an einen phasenempfindlichen Detektor oder Komparator 9 über einen nicht dargestellten mehrpoligen Schalter angeschlossen, wodurch die verschiedenen Brennereinrichtungen nacheinander eingeschaltet werden können, wobei der eine Indikator 10 alle Brenner bedient, indem darauf geachtet wird, daß die Frequenzen der durch die jeweiligen Vibratoren 7 beaufschlagten Veränderungen nicht harmonisch miteinander in Beziehung stehen. Andererseits kann auch jeweils ein Brenner mit den Veränderungen beaufschlagt werden, sodaß der indikator 10 nur ein Signal erzeugen kann, welches mit den beaufschlagten Veränderungen in Wechselbeziehung steht. Schließlich können auch für die verschiedenen Brenner Einzelindikatoren vorgesehen werfien, wobei die Frequenz der durch die jeweiligen Vibratoren 7 beaufschlagten Veränderungen wiederum nicht harmonisch miteinander in Verbindung stehen. In jedem Fall wird das entsprechende Betätigungsorgan 5 in der Weise in Gang gesetzt, daß es sein zugeordnetes Ventil in der gewünschten Weise einstellt.
Ansprüohe:
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Claims (10)

  1. Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaterplatz
    Ansprüche.
    I,J Vorrichtimg zur Steuerung des Mischungsverhältnisses der wenigstens einem Brenner zuströmenden Brenn- und Oxydationsmedien, gekennzeichnet durch wenigstens ein die allgemeine Zuflußmenge eines Reaktionsteilnehmers zum Brenner (1) steuerndes Ventil (2), einen den Zufluß mit vorgegebenen Veränderungen geringer Amplitude und niedriger Frequenz im Vergleich zur Normalfrequenz des Flackern der Brennerflamme beaufschlagenden Variator (7)* einen die Strahlung der Flamme (6) des Brenners aufspürenden und ein der Strahlung entsprechendes Signal abgebenden Indikator (10), einen die Polarität jeglicher Wechselbeziehung zwischen den beaufschlagten Veränderungen und dem Detektorsignal abschätzenden Komparator (9) und einen auf die vom Komparator abgeschätzte Polarität der Wechselbeziehung ansprechenden und das Mischungsverhältnis einstellenden Regler (5).
  2. 2. Steuervorrichtung nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß der Variator (7) periodische Veränderungen erzeugt und der Komparator (9) als phasenempfindlicher Indikator ausgebildet ist.
  3. 3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (2, 3) mit einem an das Ventilglied angeschlossenen und die allgemeine Durchflußmenge einstellenden elektrischen Betätigungsorgan (4, 5) versehen ist und der Variator (7) als elektrischer Oszillator ausgebildet ist, dessen Eingangsfrequenz mit der Frequenz des Indikatorsignals verglichen wirfl.
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  4. 4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (2, 5) mit einem an das Ventilglied angeschlossenen und die allgemeine Durchflußmenge einstellenden mechanischen Betätigungsorgan (4, 5) versehen ist und der yariator (7) als entsprechender Vibrator ausgebildet ist, und daß ein Schwinger (8) vorgesehen ist, durch welchen vom Vibrator ein mit dem Ausgangssignal des Strahlungsindikators (10) in Wechselbeziehung stehendes Eingangssignal für den Komparator (9) erzeugbar ist.
  5. 5· Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Variator das den mit vorgegebenen Veränderungen beaufschlagten Zufluß steuernde Ventilglied 1st und dieses im Gasstrom eine Eigenfrequenz besitzt, und daß ein Übertrager vorgesehen ist, durch welchen vom Ventilglied ein mit dem Ausgangssignal des Strahlungsindikators (10) in Wechselbeziehung stehendes Eingangssignal für den Komparator (9) erzeugbar ist.
  6. 6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Ventil (2, 3) ein sein Ventilglied einstellendes Betätigungsorgan (4, 5) vorgesehen ist.
  7. 7· Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (4, 5) eines jeden Ventils (2, 3) als Regler verwendbar ist.
  8. 8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7 für eine Anlage mit mehreren Brennern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der allgemeinen Zuflußmenge zu den Brennern (1)
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    Einzelventile (2, 3), ferner zur Beaufschlagung der Ventilglieder der verschiedenen Ventile mit vorgegebenen Veränderungen Einzelvariatoren (7) sowie die Strömungsgeschwindigkeiten an den verschiedenen Brennern einstellende Regler (4, 5) vorgesehen sind, wobei die einzelnen Yentilglieder derart unterschiedlich beaufschlagbar sind, daß durch den Komparator (9) die Strahlurigsschwankungen der Flammen (6) der verschiedenen Brenner unterscheidbar und die zugeordneten Regler einschaltbar sind, und daß für jeden Brenner ein Strahlungsindikator (10) vorgesehen ist,
  9. 9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7 für eine Anlage mit mehreren Brennern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der allgemeinen Zuflußmenge zn den Brennern (1) Einze!ventile (2, 3), ferner zur Beaufschlagung der Ventilglieder der verschiedenen Ventile mit vorgegebenen Veränderungen Einzelvariatoren (7) sowie die Strömungsgeschwindigkeiten an den verschiedenen Brennern einstellende Regler (4, 5) vorgesehen sind, wobei die einzelnen Venfeilglieder derart unterschiedlieh beaufschlagbar sind, daß durch, den Komparator (9) die Strahlungsschwankungen der Flammen (6) der verschiedenen Brenner unterscheidbar und die zugeordneten Regler einschaltbar sind, und daß für alle Brenner ein einziger Strahlungsindikator (10) vorgesehen ist, durch welchen, der Komparator zwecks Überwachung und Einstellung der Flamme eines Jeden Brenners folgemäßig einschaltbar ist. ' .
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  10. 10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7 für eine Anlage mit mehreren Brennern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der allgemeinen Zuflußmenge zu den Brennern (1) Einzelventile (2, 3), ferner zur Beaufschlagung der Ventilglieder der verschiedenen Ventile mit vorgegebenen Veränderungen Einzelvariatoren (7) sowie die Strömungsgeschwindigkeiten an den verschiedenen Brennern einstellende Regler (4, 5) vorgesehen sind, und daß für alle Brenner ein einziger, jeweils einen Brenner mit den vorgegebenen Veränderungen beaufschlagender und den zugeordneten Regler (4, 5) mit dem Komparator (9) verbindender Strahlungsindikator (10) vorgesehen ist.
    Patentanwalt.
    109847/131Ί
    Leerseite
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