-
Gemisch-Regereinriektung für Gasgebläsebrenner
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Zusammensetzung
des einem Gasgebläsebrenner zugeführten Gas-l.uSt-Gemisc'nes, bei dem die Gaszufuhr
in Abhängigkeit von der Luftzufuhr mindestens innerhalb eines begrenzten Arbeitsbereiches
des Gasgebläsebrenners selbsttätig so eingestellt wird, daß eine optimale Verbrennung
erfolgt.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausübung des vorgenannten
Verfahrens für einen Gasgeblbsebrenner mit vorgeschalteter Mischkammer, in die eine
I,uftzufllhrleitung mit einem Einstellhahn und einem Stellorgan zur Einstellung
der Luftzufuhr und eine Gaszuftfhrleitung mit einem Einstellhahn und einem Drosselorgan
zur Einstellung der Gaszufuhr mündet, bestehend aus einer an dem Drosselorgan angreifenden
und auf die Luftzufuhr in der Luftzufuhrleitung ansprechenden
Steuereinrichtung,
mittels derer eine optimal verbrennende Gemischzusammensetzung mindestens über einen
begrenzten Arbeitsbereich des Gasgebläsebrenners selbsttätig einstellbar ist.
-
Bei dem bekannten Verfahren und bei der bekannten Vorrichtung werden
bei der Installation zunächst die Einstellhähne in der Luftzufulirleitung und in
der Gaszufuhrleitung so eingestellt, daß innerhalb des jeweils gewünschten Arbeitsbereichs
des Gasgebläsebrenners eine optimale Verbrennung erzielt wird. Die so eingestellte
Gemischzusammensetzung wird durch eine Regeleinrichtung, z.B. einen Gleichdruckregler
(Prospekt "Gas-Gleichdruckventil GI" Nr. 42136/9.76 der Anmelderin) über den jeweils
gewählten Arbeitsbereich des Gasgebläsebrenners aufrechterhalten. Die Regelung erfolgt
dabei in der Weise, daß das Stellorgan in der Luft zu fuhrleitung über eine temperaturgesteuerte
Reoeleinrichtung verstellt wird, wobei der Gleichdruckregler in der Gaszufuhrleitung
den jeweiligen Änderungen in der Einstellung des Stellorganes in der Luftzufuhrleitung
in der Weise folgte, daß die Gemischzusammensetzung konstant blieb.
-
Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung haben den Nachteil,
daß die Regelung der Gemischzusammensetzung immer nur über verhältnismäßig eng begrenzte
Arbeitsbereiche durchgeführt werden kann. ür äede Veränderung des Arbeitsbereiches
ist eine Neueinstellung der Einstellhähne in der Luftzufuhrleitung und in der Gaszufuhrleitung
erforderlich, für die jeweils die Einstellung aufgesucht werden mußte, die der optimalen
Verbrennung
entsprach, wofür entsprechende Abgasmessungen bei jeder
Neueinstellung der Einstellhähne durchgeführt werden müssen.
-
Es ist möglich, die Ergebnisse dieser Abgasmessungen beispielsweise
auf einer Kurvenscheibe darzustellen und mit dieser Rurvenscheibe die Verstellung
der entsprechenden Steuerglieder in der Gaszufuhrleitung und in der Luft zufuhrleitung
miteinander zu koppeln. In der Praxis haben sich solche Systeme äedoch als zu kompliziert
und dadurch störanfällig erwiesen.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
und eine Vorrichtung anzugeben, die eine Regelung der Gemischzusammensetzung über
den gesamten Arbeitsbereich eines Gasgebläsebrenners auf konstruktiv möglichst einfache
Weise ermöglichen.
-
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß eigentlich eine einmalige
Einstellung der Gemischzusammensetzung auf optimale Verbrennung genügt, wenn es
sich erreichen läßt, daß die Gemischzusammensetzung über den gesamten Arbeitsbereich
des Gasgebläsebrenners mit der gewünschten Genauigkeit geregelt wird.
-
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher die vorgenannte Aufgabe
dadurch gelöst, daß in einem ersten Verfahrensschritt die Luftzufuhr auf den Maximalwert
und die Gaszufuhr auf einen optimaler Verbrennung entsprechenden Maximalwert eingestellt
werden und in den nachfolgenden Verfahrensschritten die Gaszufuhr über den gesamten
Arbeitsbereich des Gasgebläsebrenners
in Abhängigkeit von der jeweiligen
Luftzufuhr mittels eines selbsttätig arbeitenden Reglers entsprechend der Gemischzusaminensetzung
im Vollastbetrieb verändert wird.
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die vorgenannte Aufgabe
dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung und das durch diese steuerbare Drosselorgan
für den gesamten Arbeitsbereich des Gasgebläsebrenners ausgelegt sind und die Einstellhähne
in der Luftzufuhrleitung fest auf dem Vollastbetrieb entsprechende Maximalwerte
eingestellt sind.
-
Nach der Erfindung genügt daher eine einmalige Einstellung der Einstellhähne
in der Luftzufuhrleitung und in der Gas zufuhrleitung auf optimale Verbrennung mit
Hilfe von Abgasmessungen für den Vollastbetrieb. Durch die nachfolgende, von der
Luftzufuhr durch die Luftzufuhrleitung abhängige Steuerung der Gaszufuhr wird die
Anpassung der Regelung an den gesamten Arbeitsbereich des Gasgebläsebrenners durchgeführt.
-
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung weist die Steuereinrichtung
einen von der Luftzufuhr in der Luftzufuhrleitung gesteuerten und an dem Drosselorgan
in der Gaszufuhrleitung angreifenden Regler auf. Vorteilhafterweise sind dabei das
Drosselorgan und der Regler zusammen als Gleichdruckregler ausgebildet und der Gleichdruckregler
ist mit der Steuereinrichtung versehen.
-
Nach der Erfindung erfolgt somit die Steuerung des Drosselorgans in
der Gaszufuhrleitung über einen Regler, vorzugsweise über einen Gleichdruckregler.
Solche Gleichdruckregler haben sich
besonders bei Regelungsaufgaben
bewährt, bei denen der zu regelnde Gasdruck verhältnismäßig niedrig gegenüber dem
Luftdruck in der Luftzufulirleittrng ist.
-
Bei einem Gleichdruckregler in Gestalt eines Doppelmembranventils,
dessen mit einem Ventilsitz in der Gaszufuhrleitung zusammenwirkendes Ventilglied
das Drosselorgan darstellt und in einem geschlossenen Gehäuse mit einer Vordruckausgleiclismembran
und einer federentlasteten, auf den Druck in der Luftzufuhrleitung ansprechenden
Regelmembran verbunden ist, wobei die von den beiden Ilembranen eingeschlossene
Kammer mit dem Ausgangsdruck des Gleichdruckreglers beauSschlagbar ist, ist die
Steuereinrichtung eine der Regelmeinbran vorgeschaltete, mit dem druck in der Luftzufuhrleitrnlg
beaufschlagbare und ebenfalls mit dem Ventilglied verbundene Steuermembran und der
von der Regelmembran und der Steuermembran eingeschlossene Steuerdruckraum ist an
die Atmosphäre angeschlossen.
-
Dadurch wird auf einfache und konstruktiv besonders kompakte Weise
eine Steuerung des Reglers in Abhängigkeit von der Luftzufuhr durch die Luftzufuhrleitung
und damit eine Anpassung des Gleichdruckreglers an den gesamten Arbeitsbereich des
Gasgebläsebrenners erreicht.
-
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dem Drosselorgan ein hilfskraftbetriebenes
Stellglied vorgeschaltet sein. In diesem Fall wird also nicht, wie vorher, der Regler
unmittelbar, d.h. ohne Hilfsenergie, durch die Luftzufuhr in der
Luftzufuhrleitung
gesteuert, sondern es ist ein durch eine geeignete ausgewählte Hilfskraft betriebenes
Stellglied vorgesehen, das beispielsweise durch Druckmitteldruck angetrieben wird
und einen hydraulischen oder pneumatischen Servoantrieb hat.
-
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Regler an einen auf
die Luftzufuhr in der Luftzufuhrleitung ansprechenden Fühler angeschlossen und weist
einen die Hilfskraft erzeugenden Wandler auf. Bei einer solchen Anordnung wird ein
der Luftzufuhrleitung entnommenes Meßsignal mit oder ohne Verstärklng dazu verfendet,
das Stellsignal für den Antrieb des Stellgliedes zu erzeugen.
-
Vorteilhafterweise ist bei einer Vorrichtung mit einem Gleichdruckregler
in Gestalt eines Doppelmembranventiles, dessen mit einem Ventilsitz in der Gaszufuhrleitung
zusammenwirkendes Ventilglied das Drosselorgan darstellt und in einem geschlossenen
Gehäuse mit einer Vordruckausgleichsmembran und einer federentlasteten, auf den
Druck in der Luftzufuhrleitung ansprechenden Regelmembran verbunden ist, wobei die
von den beiden Membranen eingeschlossene Kammer mit dem Ausgangsdruck des Gleichdruckreglers
beaufschlagbar ist, die Steuereinrichtung ein von dem Luftdruck in der Luftzufu?nrleitung
gesteuerter Steuerdruckregler, der eingangsseitig stromauf von dem Gleichdruckregler
an die Gaszufuhrleitung angeschlossen ist, und ein an den Ausgang des Steuerdruckreglers
angeschlossener Steuerdruckraum, der ausgangsseitig durch die
Regelmembran
abgeschlossen ist. Der Steuerdruckregler kann ein Doppelmembranventil sein, dessen
mit einem Ventilsitz in einer Abzweigleitung, die die Gaszufuhrleitung mit dem Steuerdruckraum
verbindet, zusammenwirkendes, federentlastetes Ventilglied mit einer Vordruckmembran
und einer auf den Druck in der Luftzufuhrleitung ansprechenden Regelmembran verbunden
ist, wobei die von den beiden Membranen eingeschlossene sammler mit der Atmosphäre
in Verbindung steht.
-
Durch diesen Steuerregler ist es ohne großen Aufwand möglich, den
bereits vorerwähnten Gleichdruckregler nicht unmittelbar, sondern durch die Hilfskraft
des Gasdrucks in der Gaszufuhrleitung in der gewünschten Weise zu steuern.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt
und werden nachfolgend anhand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben.
Es zeigen Fig.1 ein schematisches Fliéßdiagramm für eine bekannte Vorrichtung; Fig.2
eine schematische Darstellung des in der Vorrichtung nach Fig.1 enthaltenen Gleichdruckreglers;
Fig.3 ein Prinzipschaltbild für die Vorrichtung nach der Erfindung; Fig.4 eine schematische
Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig.5
eine schematische Ansicht der Steuereinrichtung in der Vorrichtung nach Fig.4; und
Fig.6 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
In dem Fließdiagramm nach Fig.1 ist mit 1 die Luftzufuhrleitung und
mit 2 die Gaszufuhrleitung bezeichnet. Die Luftzufuhrleitung 1 und die Gaszufuhrleitung
2 münden in die Mischkammer 3 eines nicht dargestellten Gasgebläsebrenners. Die
Luftzufuhrleitung 1 ist mit einem Einstellhahn 4 und die Gaszufuhrleitung 2 mit
einem Einstellhahn 5 versehen. Stromauf von dem Einstellhahn 4 befindet sich in
der luftzufuhrleitung 1 ein einstellbares Stellorgan; stromauf von dem Einstellhahn
5 befindet sich in der Gaszufuhrleitung 2 ein Drosselorgan 7. Die Gaszufuhrleitung
2 ist noch mit einem unabhängig betätigbaren Absperrhahn 8 versehen. Wie durch gestrichelte
Linien angedeutet ist, wird die Einstellung des Stellorgans 6 in der Luftzufuhrleitung
1 über einen Regler 9 bewirkt, der von einem (nicht gezeigten) Temperaturfühler
gesteuert wird; aus der Luftzufuhrleitung 1 wird ein der Luftzufuhr durch diese
entsprechendes Signal entnommen, das zur Steuerung des Drosselorgans 7 in der Gaszufuhrleitung
2 dient. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei vorgegebener Festeinstellung der
Einstelihähne 4 und 5 die Gaszufuhr in der Gas zufuhrleitung 2 durch das Drosselorgan
7 in der Weise gesteuert wird, in der sich die Einstellung des Stellorgans 6 unter
dem
Einfluß des Reglers 9 und damit die Luftzufuhr in der Luftzufuhrleitung 1 ändert.
-
Die Steuereinrichtung und das Drosselorgan 7 können zu einem Gleichdruckregler
10 kombiniert sein, der im Detail schematisch in Fig.2 dargestellt ist. Mit einem
Ventilsitz 11 in der Gaszufuhrleitung 2 wirkt ein das Drosselorgan bildendes Ventilglied
12 zusammen, das mit zwei Membranen 13, 14 verbunden ist.
-
Die Membranen 13, 14 sind in einem Gehäuse 15 in axialem Abstand voneinander
gehaltert; das Gehäuse 15 ist in geeigneter Weise mit der Gaszufuhrleitung 2 verbunden
und trägt auf der dem Ventilglied 12 abgewandten Seite einen Federdom 16. Der Federdom
16 umschließt eine Feder 17, deren eines Ende mit der dem Ventilglied 12 abgekehrten
Seite der Membran 14 ver bunden ist und deren anderes Ende an einem Federteller
18 befestigt ist, der innerhalb des Federdoms. 16 in axialer Richtung verstellbar
ist. An seinem Außenende ist der Federdom 16 mit einem Anschluß 20 versehen, durch
den die Membran 14 mit einem Steuerdruck beaufschlagt wurde Stromab vom Ventil sitz
11 er streckt sich eine Verbindungsleitung 19 innerhalb des Ge häuses 15; die Verbindungsieftung
19 verbindet die Ausgangsseite des Gleichdruckreglers 10 mit der von den embranen
13 und 14 eingeschlossenen Kammer.
-
Der Anfbau und die Wirittingeweise des in Fig.2 dargestellten Gleichdrucreglers
10 sind bekannt und brauchen daher hier nicht im einselnen weiter erörtert zu werden.
Die Feder 17
dient der Entlastung der beweglichen Teile des Gleichdruckreglers
10 von ihrem Eigengewicht; die Verbindungsleitung 19 bewirkt einen Ausgleich des
Druckabfalls am Ventilsitz 11.
-
Die Membran 13 ist eine Vordrickausgleichsmembran, und die Membran
14 ist die Regelmembran, über die das Ventilglied 12 entsprechend dem an dem Anschluß
20 anliegenden Steuerdruck verstellt wird.
-
Das Prinzipschaltbild in Fig. 3 zeigt die Luftzufuhrleitung 1 und
einen Teil der Gaszufuhrleitung 2o Der Einfachheit halber sind die Leitungsteile
mit den Einstellhähnen 4 und 5 und mit dem Absperrhahn 8 nicht dargestellt0 Die
Luftzufuhrleitung 1 ist mit einem Stellorgan 6 und die Gaszufuhrleftung 2 mit einem
Drosselorgan 27 versehen; die Luftzufuhr in der Luftzufuhrleitung 1 wird durch ein
Gebläse 25 bewirkt und die BuStzufuhrleitung 1 und die Gaszufuhrleitung 2 münden
gemeinsam in eine nicht dargestellte MischkammerO In der Luftzufuhrleitung 1 befindet
sich ein druckempfindlicher Fühler 21, dessen Ausgangssignal über einen Wandler
einem Regler 23 mit Soliwerteinstellung zugeführt wird. An dem Drosselorgan 27 greift
ein Stellglied 24 an, das von dem Regler 23 gesteuert wird, Zur Grundeinstellung
werden die (nicht gezeigten) Einstell hähne auf Vollastbetrieb und mittels Äbgasmessungen
so ein gestellt, daß iu 'wollassbetrieb optimale Verbrennung erzielt wird. Die Gemischzusammensetzung
wird dann weiterhin nur über den Regler 23 und das Drosee10rgan 27 vorgenommen,
wobei der Regler 23 über den Fülher 21 und das Dorosselogan 27 über das
reglergesteuerte
Stellglied 24 entsprechend dem Luftdurchsatz durch die Luftzufuhrleitung 1 gesteuert
wird. Das Drosselorgan 27 wird damit zu jeder Zeit der Einstellung des Stellorgans
6 und damit der Luftzufuhr durch die Luftzufuhrleitung 1 über den gesamten Arbeitsbereich
des Gasgebläsebrenners so nachgeführt, daß die für die Verbrennung optimale Zusammensetzung
des Gemisches erhalten bleibt.
-
Fig.4 und Fig.5 zeigen einen Gleichdruckregler für die in Fig.3 dargestellte
Einrichtung. Die Luftzufuhrleitung 1 mit dem Stellorgan 6 und dem Gebläse 25 und
die Gaszufuhrleitung 2 münden gemeinsam in eine nicht dargestellte Mischkammer.
-
Der Gleichdruckregler 37 stellt eine Kombination der in der Prinzipschaltskizze
nach Fig.3 dargestellten Steuerglieder 21, 22, 23, 24 mit dem Drosselorgan 27 dar.
Der Gleichdruckregler 37 steht über eine Zweigleitung 38 mit der Luftsufuhrleitung
1 stromab vom Stellorgan 6 in Verbindung.
-
In der Detaildarstellung von Fig.5, die nur die Gaszufuhrleitung 1
zeigt, ist der Ventilsitz 41 zu erkennen, der mit dem das Drosselorgan bildenden
Ventilglied 42 zusammenwirkt.
-
Auch hier ist wie bei dem Gleichdruckregler 10 die Steuereinrichtung
mit dem Drosselorgan kombiniert. Zwei Membranen 43, 44 sind in axialem Abstand in
das Gehäuse 45 eingebaut, das in geeigneter Weise an der Gaszufuhrleitung 1 befestigt
ist.
-
Die Membranen 43, 44 schließen eine Kammer ein, die über eine Verbindungsleitung
49 stromab von dem Ventil sitz 41 mit der Gaszufuhrleitung 1 in Verbindung steht.
Beide Membranen 43, 44
sind an dem Ventilglied 42 befestigt. Das
Gehäuse 45 enthält eine weitere Membran 51, die sich axial im Abstand von der Membran
44 befindet und mit dieser eine weitere Kammer einschließt, die über eine Öffnung
52 im Gehäuse 45 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Auch die Membran 51 ist
mit dem Ventilglied 42 verbunden. An der dem Ventilglied 42 abgewandten Seite liegt
der Membran 51 ein Ende einer Feder 47 an, deren anderes Ende sich an einem Federteller
48 abstützt, der einstellbar in einem Federdom 46 geführt ist. Der Federdom 46 erstreckt
sich an der dem Ventilglied 42 abgewandten Seite des Gehäuses 45 und ist an seinem
Außenende über einen Anschluß 50 mit der Zweigleitung 38 verbunden.
-
Die Membran 43 stellt eine Vordruckausgleichsmembran dar wie die Membran
13 in dem Gleichdruckregler 10 nach Fig.2. In der von den Membranen 43, 44 eingeschlossenen
Kammer stellt sich ein der jeweiligen Einstellung des Ventilgliedes 42 entsprechender
Gasdruck ein. Dieser Gasdruck ist bei einem bestimmten Luftdruck in der Zweigleitung38
bzw. in der Luft zu fuhrleitung 1 vorhanden. Ändert sich der Luftdruck, so ändert
sich auch das Volumen der von den Membranen 44 und 51 eingeschlossenen Kammer, wobei
über die Öffnung 52 ein Druckausgleich erfolgt. Gleichzeitig damit verschließt sich
aber das Ventilglied 42 in der Weise, daß sich der Gasdruck in der von den Membranen
43 und 44 eingeschlossenen Kammer entsprechend ändert. Für das Verhalten des Gleichdruckreglers
37 gilt, daß die Drucke im Vordruckausgleichsraum (Membranen 43, 44) und im
Steuerdruckraum
(Membranen 44, 51) umgekehrt wie die Raumvolumina, d.h.
-
M(43,44) . p(Gas) = (44,5i) . pCLuft).
-
Fig.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit dem Gleichdruckregler 10 von Fig.2 in entsprechender Darstellung
wie Fig.5. Der Anschluß 20 des Gleichdruckreglers 10 ist an den Ausgang eines Steuerdruckreglers
60 angeschlossen, der eingangsseitig an einer Ab zweigleitung 61 liegt, die stromauf
von dem Gleichdruckregler 10 an die Gaszufuhrleitung 2 angeschlossen ist. Der Steuerdruckregler
60 weist ein Ventilglied 62 auf, das mit einem Ventilsitz 63 in der Abzweigleitung
61 zusammenwirkt. Das Ventilglied 62 trägt in axialem Abstand voneinander zwei Membranen
64 und 65, die in einem Gehäuse 66 gehaltert sind. Das Gehäuse 66 trägt an der von
dem Ventilglied 62 abgewandten Seite einen Federdom 67, in dem eine Entlastungsf
eder 68 angeordnet ist, die dem Gewicht der Reglerinnenteile entgegenwirkt und an
der oberen Membran 66 befestigt ist. Die von den Membranen 64, 65 eingeschlossene
Kammer steht über eine Öffnung 69 im Gehäuse 66 mit der Atmosphäre in Verbindung.
An der dem Ventilglied 62 abgewandten Seite ist die Membran 65 mit dem in der Luft
zufuhrleitung herrschenden Luftdruck beaufschlagt, der über eine Leitung 70 zugeführt
wird.
-
Die in Fig.6 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie die in Fig.5 dargestellte
Vorrichtung, jedoch wird in ihr nicht der Luftdruck in der Luftzufuhrleitung 1 selbst
zur Steuerung
des Ventilgliedes 12 benutzt. Die Betätigung des
Ventilgliedes 12 in dem Gleichdruckregler 10 erfolgt viel mehr mit einer Hilfskraft,
die durch den in der Gaszufuhrleitung 2 herrschenden Gasdruck zur Verfügung gestellt
wird. Die Steuereinrichtung besteht somit bei dieser Vorrichtung aus einem Steuerdruckraum
zwischen dem Ausgang des Steuerdruckreglers 60 und der Regelmembran 14 des Gleichdruckreglers
10 und aus dem Steuerdruckregler 60 selbst, wobei die Änderungen des Luftdrucks
in der Luftzufuhrleitung 1 verwendet werden, um mittels des Steuerdruckreglers 60
den Steuerdruck in dem vorgenannten Steuerdruckraum in entsprechender Weise zu verändern.
-
Ausgehend von dem in Fig.6 dargestellten Ausführungsbeispiel und dem
in Fig.3 gezeigten Prinzipschaltbild gibt es eine Reihe weiterer Möglichkeiten,
das Drosselorgan 27 durch Einwirkung einer Hilfsenergie auf ein Stellglied 24 entsprechend
der Verstellung des Stellorgans 6 in der Luftzufuhrleitung 1 zu verstellen. Außer
der im Bereich in Fig.3 gezeigten Möglichkeit, das Signal des Steuerfühlers 21 mit
oder ohne Verstärkung über einen Wandler 22 auf einen geeigneten Regler 23 einwirken
zu lassen, kann auch unter Zwischenschaltung geeigneter Wandler ein druckmittelbetriebener
Servoantrieb für das Stellglied 24 vorgesehen werden, der von dem Regler 23 gesteuert
wird.