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Regelvorrichtung zur Regelung des Mischungsverhältnisses
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von Brenngas und Luft bei Gasbrennern Die Erfindung betrifft eine
Regelvorrichtung zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Brenngas und Luft bei
Gasbrennern, bei denen eine Vorwärmung der Luft durch die Abgaswärme erfolgt nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Brenngas und Luft sind
"Gleichdruckregler" bekannt, durch welche der Druk des dem Gasbrenner zugeführten
Brenngases an den Druck der dem Gasbrenner zugeführten Verbrennungsluft angepaßt
wird. Ein solcher Gleichdruckregler enthält als Hubglied eine Reglermembran, durch
welche ein in der Gaszufuhrleitung liegendes Regelventil gesteuert ist. Die Reglermembran
ist auf der einen Seite von dem Ausgangsdruck des Gleichdruckreglers und auf der
anderen Seite vom Druck der Verbrennungsluft beaufschlagt, wobei der erstere Druck
das Regelventil im öffnenden und der letztere Druck das Regelventil im schließenden
Sinne ansteuert. Der Luftdruck ist von einem Temperaturfühler über einen Stellmotor
und ein
von diesem verstellbares Ventil in der Luftzufuhrleitung
nach Maßgabe des Wärmebedarfs veränderbar. Der Gasdruck wird durch den Gleichdruckregler
diesen Änderungen des Luftdrucks nachgeführt.
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Aus Gründen der Energieeinsparung ist man dazu übergegangen, die Luft
durch die Abgaswärme vorzuwärmen. Das geschieht mittels eines Rekuperators", d.h.
eines Wärmetauschers, der in den Abgaskanal und mit luftdurchströmten Kanälen in
die Luftzufuhrleitung eingeschaltet ist, wobei die dem Brenner zugeführte Luft im
Gegenstrom durch die Abgase vorgewärmt wird. Das hat den Vorteil, daß diejenige
Verbrennungswärme, die sonst zur Erwärmung der Luft auf die Vorwärmtemperatur verbraucht
wird, für andere Zwecke zur Verfügung steht.
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Bei einer solchen Vorwärmung der Verbrennungsluft ist aber die vorstehend
beschriebene Gleichdruckregelung nicht anwendbar. Einem bestimmten Luftdruck vor
dem Brenner entspricht ein bestimmtes Luftvolumen, das unter dem Einfluß dieses
Luftdruckes pro Zeiteinheit am Brenner ausströmt. Diesem Luftvolumen entspricht
wiederum bei Kaltluft eine bestimmte Sauerstoffsenge, der eindeutig eine optimale
Gasmenge zugeordnet werden kann. Wird die Luft in dem Rekuperator erwärmt, so daß
sie sich ausdehnt, so entspricht dem gleichen Luftvolumen und damit dem gleichen
Luftdruck vor dem Brenner eine verminderte Sauerstoffmenge. Ein dem Luftdruck und
damit dem Luftvolumen nachgeführter Gasdruck n^mrde daher bei stark veränderlicher
Lufttemperatur entweder zu einem Gas- oder zu einem Luftüberschuß führen.
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Es ist aus diesem Grunde bekannt, stromauf von dem Rekuperator in
der Luftzufuhrleitung eine Meßblende anzuordnen, an welchem ein Differenzdruck abfällt.
Dieser Differenzdruck ist ein Maß für die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Kaltluft
unabhängig davon, wie diese ICaltluf von dem nachgeschalteten Rekuperator erwärmt
wird.
Dieser Kaltluftmenge wird der Gasdruck vor dem Brenner nachgeführt. Zu diesem Zweck
wird der Differenzdruck, der an der Meßblende auftritt, auf ein Hubglied in Form
einer Membran gegeben. An der Membran wirkt dann eine Kraft, die gleich dem Differenzdruck
multipliziert mit der Membranfläche ist. Mit dieser Kraft ist die Reglermembran
eines Druckreglers belastet, der in der Gaszuleitung angeordnet ist. Der Ausgangsdruck
des Druckreglers wirkt an der Reglermembran der differenzdruckproportionalen Kraft
entgegen, und die Reglermembran steuert in üblicher Weise ein Reglerventil so, daß
der Ausgangsdruck gleich der besagten Kraft, dividiert durch die Fläche der Reglermembran
wird.
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Auf diese Weise wird der Gasdruck vor dem Brenner proportional der
pro Zeiteinheit zugeführten Kaltluftmenge gemacht, so daß unabhängig vom Grad der
Erwärmung der Verbrennungsluft das richtige Mischungsverhältnis eingehalten werden
kann.
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Durch die nicht vorveröffentlichte europäische Patentanmeldung 79
103 121.4 ist eine Regelvorrichtung der vorliegenden Art bekannt, bei welcher von
dem Differenzdruck, welcher an der in der Luftzufuhrleitung sitzenden Meßblende
auftritt, ein Hubglied, z.B.
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eine Membran, beaufschlagt ist. Eine Hilfsdruckgasleitung zweigt vor
dem Rekuperator und der Meßblende von der Luftzufuhrleitung ab und ist mit der Atmosphäre
verbunden. In der Hilfsdruckgasleitung ist ein Hilfsdruckgas-Druckregler angeordnet,
dessen Reglermembran einerseits vom Ausgangsdruck des Hilfsdruckgas-Druckreglers
und diesem entgegenwirkend von der Kraft belastet ist, die infolge des Differenzdrucks
an dem Hubglied wirksam wird. Dieser Ausgangsdruck beaufschlagt als Führungsgröße
einen Druckregler in der Gaszufuhrleitung.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der vorgenannten europäischen Patentanmeldung
79 103 121 ist eine Mehrzahl von Brennern vorgesehen, die mit der Gaszufuhrleitung
und mit der Luftzufuhrleitung über Zweigleitungen mit Absperrventilen verbunden
sind, so daß einzelne Brenner abgeschaltet werden können. In jeder von der.
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Gaszufuhrleitung zu dem Brenner führenden Zweigleitung ist ein Druckregler
angeordnet, der vom Ausgangsdruck des Hilfsdruckgas-Druckreglers als Führungsgröße
beaufschlagt ist. Bei dieser bekannten Anordnung ist der Hilfsdruckgas-Druckregler
nicht nur von der Kraft belastet, die durch den Differenzdruck an einer vor dem
Rekuperator liegenden Meßblende erzeugt wird sondern außerdem im entgegengesetzten
Sinne von einem Differenzdruck, der an einer hinter dem Rekuperator sitzenden Meßblende
abgegriffen wird.
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Der Druckregler in den Zweigleitungen zum Brenner ist außer von dem
Ausgangsdruck des Hilf sdruckgas-Druckreglers und diesem entgegenwirkend noch von
dem Luftdruck in der von der Luftzufuhrleitung zum Brenner führenden Zweigleitung
beaufschlagt.
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Diese Anordnung ist kompliziert und erfordert eine genaue Abstimmung
der verschiedenen aufgeschalteten Größen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine
Regelvorrichtung zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Brenngas und Luft bei
Gasbrennern, bei denen eine Vorwärmung der Luft durch die Abgaswärme erfolgt, so
auszubilden, daß wahlweise einer oder mehrere der Brenner abgeschaltet werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs
aufgeführten Maßnahmen gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine 11Modellstrecke11 benutzt,
in welcher die Meßblende angeordnet ist. Der über die Meßblende strömende Luftstrom
ist unabhänqiq von dem Luftstrom, der durch die Lutzufuhrleitung fließt und der
von der Anzahl der zugeschalteten Brenner abhängig ist. Der Luftstrom über die Meßblende
in der Modellstrecke ist aber durch den zweiten Rekuperator den gleichen Veränderungen
unterworden, denen auch der Luftstrom in der Luftzufuhrleitung durch den in der
Luftzufuhrleitung vorgesehenen Rekuperator unterworfen ist. An den so erhaltenen
Luftstrom, der den Ausgangsdruck des Hilfsdruckgas-Druckreglers bestimmt, werden
die Gasströme in den jeweils zugeschalteten Brennern angepaßt.
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Bei geeigneter Bemessung der Auslaßdrossel ergibt sich dabei eine
einwandfreie Regelung des Mischungsverhältnisses zwischen Brenngas und Luft.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die ein Schaltbild einer Regelvorrichtung
für Brenngas und Luft bei Gasbrennern zeigt.
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Mit 10 ist eine Gaszufuhrleitung und mit 12 ist eine Luftzufuhrleitung
bezeichnet. Die Gaszufuhrleitung 10 ist über Zweigleitungen 14 und 16 mit je einem
Gasbrenner 18 bzw. 20 verbunden. Die Luftzufuhrleitung 12 ist über Zweigleitungen
22 bzw. 24 ebenfalls mit den Gasbrennern 18 bzw. 20 verbunden. In jeder Zweigleitung
14,16,22 und 24 sitzt ein Absperrventil 26,28, 30 bzw. 32. In den Zweigleitungen
14 und 16, die von der Gaszufuhrleitung 10 abzweigen, ist jeweils ein Gleichdruckregler
34 bzw. 36 angeordnet, auf den,
wie durch die gestrichelten Linien
38 bzw. 40 angedeutet ist, der Druck aus der zugehörigen Zweigleitung 22 bzw. 24
als Führungsgröße aufgeschaltet ist.
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In derLuftzufuhrleitung sitzt ein erster Rekuperator 42.
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Das ist ein Wärmetauscher, mittels dessen die zugeführte Luft durch
die Abgase des Brenners vorgewärmt wird. Vor dem Rekuperator 42 zweigt eine Luftleitung
44 ab, in welcher eine Meßblende 46 sitzt. Die Luftleitung 44 weist stromab von
der Meßblende einen von dem gleichen Abgas wie der erste Rekuperator 42 beaufschlagten
zweiten Rekuperator 48 sowie eine Auslaßdrossel 50 auf.
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Vor dem Rekuperator 42 zweigt außerdem eine Hilfsdruckgasleitung 52
ab, wobei als Hilfsdruckgas ebenfalls Luft aus der Luftzufuhrleitung 12 dient. In
der Hilfsdruckgasleitung 52 liegt ein Hilfsdruckgas-Druckregler 54. Stromab von
dem Hilfsdruckgas-Druckregler 54 ist die Hilfsdruckgasleitung 52 über eine Ausgangsdrossel
56 mit der Atmosphäre verbunden.
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Der Hilfsdruckgas-Druckregler weist eine (nicht dargestellte) Reglermembran
auf, die einerseits von dem Ausgangsdruck des Hilfsdruckgas-Druckreglers 54 und
andererseits, diesem entgegenwirkend von einer Kraft belastet ist, die an einem
Hubglied in Form einer Membran 58 wirksam wird. Das Hubglied 58 ist über Leitungen
60 und 62 mit dem an der Meßblende 46 entstehenden Differenzdruck beaufschlagt.
In dem stromabwärtigen Teil 64 der Hilfsdruckgasleitung tritt daher ein Ausgangsdruck
des Hilfsdruckgas-Druckreglers 54 auf, der diesem Differenzdruck proportional ist.
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In den Zweigleitungen 14 und 16, die von der Gaszuleitung 10 zu den
Brenner 18 bzw. 20 führen, sitzt stromab von den Gleichdruckreglern 34 bzw. 36 je
ein Druckregler 66 bzw. 68. Diese Druckregler 66 und 68 sind, wie durch die Linien
70 bzw. 72 angedeutet ist, von dem Ausgangsdruck des Hilfsdruckgas-Druckreglers
54 als Führungsgröße beaufschlagt.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: über die Luftzufuhrleitung
12 strömt Luft zu den Brennern 18. Der Gleichdruckregler 34 sorgt beispielsweise
dafür, daß der Gasdruck in der Zweileitung 14 gleich oder proportional dem Luftdruck
in der Zweileitung 22 ist. Bei vorgegebenem Eingangsdruck an der Luftzufuhrleitung
12 hängt jedoch der Druck in der Zweigleitung 22 und damit die tatsächlich dem Brenner
zugeführte Luftmenge von dem Grad der Erwärmung der Luft im Rekuperator 42 ab. Der
Druck ist daher nicht einfach ein Naß für die zugeführte Luftmenge.
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Es müßte also eine Strömungsmessung an der zugeführten kalten Luft
stattfinden. Die in der Luftzufuhrleitung 12 strömende Luftmenge hängt jedoch auch
davon ab, wieviele Brenner 18 und 20 zugeschaltet sind.
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Es kann ja durch die Absperrventile 28 und 32 beispielsweise der Brenner
20 abgeschaltet werden, wodurch sich bei sonst gleichen Verhältnissen die Luftmenge
in der Luftzufuhrleitung 12 verändert. Um eine von der Anzahl der zugeschalteten
Brenner 18,20 unabhängige, aber die Erwärmung der Luft im Rekuperator 42 berücksichtigende
Führungsgröße für die Druckregler 66 und 68 zu erhalten, ist die Meßblende in einer
von der Luftzufuhrleitung 12 abzweigenden Luftleitung 44 angeordnet, und in dieser
Luftleitung 44, die über eine Auslaßdrossel 50 mit der Atmosphäre in Verbindung
steht, sitzt ein zweiter Rekuperator 48, so daß bei vorgegebenem Strömungswiderstand
der Auslaßdrossel 50 die
Strömung in der Luftleitung 44 in gleicher
Weise von der Luftvorwärmung im Rekuperator 48 beeinflußt wird wie die Luftströmung
in der Luftzufuhrleitung 12 von der Luftvorwärmung in dem Rekuperator 42.
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Dadurch werden die Führungsgrößen für die Druckregler 66 und 68 unabhängig
von der Anzahl der zugeschalteten Brenner.