DE3545264A1 - Vorrichtung zur gemischregelung von gas und verbrennungsluft fuer gasfeuerungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ge­ mischregelung von Gas und Verbrennungsluft für Gasfeuerun­ gen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der aus der DE-OS 29 08 197 bekannten Vorrichtung zur Gemischregelung von Gas und Verbrennungsluft für Gasfeuerun­ gen wirkt der Steuerdruckregler als Differenzdruckumwand­ ler, um den in der Luftleitung gemessenen Luft-Differenz­ druck in einen höheren Proportionaldruck eines Steuerme­ diums umzuwandeln, mit dem der Gleichdruckregler in der Brenngasleitung beaufschlagt wird. Ein als Kraftschalter mit der Luftmembran gekuppelter Faltenbalg, an den die Steuerleitung angeschlossen ist, öffnet bei einer längen­ verändernden Betätigung durch die Luftmembran alternativ ein Steuermedium-Einlaßventil zur Erhöhung des Proportional­ druckes in der Steuerleitung oder ein Ablaßventil zum Ab­ senken des Proportionaldruckes in der Steuerleitung. Die Luftmembran und der Faltenbalg wirken für die Gemischre­ gelung zusammen, und der von dem Proportionaldruck beauf­ schlagte Faltenbalg übt eine Rückkraft auf die von dem Luft-Differenzdruck beaufschlagte Luftmembran aus, damit eine bei einer Änderung des Luft-Differenzdruckes von der Luftmembran bewirkte Längenverstellung des Faltenbalges infolge der im Faltenbalg eintretenden Änderung des Propor­ tionaldruckes wieder zurückgeht, dadurch das Einlaßventil respektive das Ablaßventil wieder geschlossen wird und da­ mit auch die Luftmembran in ihre Ausgangsposition wieder zurückverstellt wird. Mit den von dem Regler erzeugten Änderungen des Proportionaldruckes in der Steuerleitung verändert die bekannte Vorrichtung zwar den Durchlaß­ querschnitt des Gleichdruckreglers der Brenngasleitung in Abhängigkeit von den an der Luftleitung gemessenen Änderungen des Luft-Differenzdruckes, es werden aber nicht Mischungsfehler vermieden, wenn sich der Mengen­ strom des Brenngases durch andere Einflüsse und Umstände wie zum Beispiel durch Temperaturrückwirkungen am Brenner verändert.

Die vorliegende Erfindung hat deshalb zur Aufgabe, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine Veränderung des den Gleichdruckregler der Brenn­ gasleitung beaufschlagenden Steuerdruckes des Steuerme­ diums auch von dem Mengenstrom des Brenngases abhängig ist, so daß die Mengen von Luft und Brenngas unter Ver­ meidung von Mischungsfehlern einander angepaßt werden zur Bildung eines Gemisches mit gleichbleibendem, für die Ge­ mischregelung vorgegebenem Mischungsverhältnis.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale ge­ löst. Ebenso wie der Differenzdruck der Luftströmung wird auch der Differenzdruck der Brenngasströmung unter glei­ chen Temperaturverhältnissen an einer auf Umgebungstempe­ ratur liegenden Leitungsstelle vor dem Brenner gemessen und von dem Steuerdruckregler, der mit der zusätzlich zur Luftmembran vorgesehenen Gasmembran als Differenzdruck­ verhältnisregler wirkt, benutzt, um den den Gleichdruck­ regler der Brenngasleitung verstellenden Steuerdruck des Steuermediums in unmittelbarer Abhängigkeit vom Luft- Differenzdruck und vom Gas-Differenzdruck so zu verändern beziehungsweise einzustellen, daß die vom Gleichdruckreg­ ler tatsächlich durchgelassene Brenngasmenge mit der dem Brenner zugeführten Luftmenge ein Gemisch mit dem gleich­ bleibenden, für die Gemischregelung vorgegebenen Mischungs­ verhältnis ergibt. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung stehen die Kraft der Luftmembran und die der Gasmembran für die Gemischregelung im Gleichgewicht und ist dazu der von den beiden Membranen betätigbare, den Steuerdruck ver­ ändernde Kraftschalter erfindungsgemäß so ausgebildet, daß er Rückwirkungen des Steuermediumdruckes auf die beiden Membranen selbsttätig neutralisiert beziehungsweise nicht entstehen läßt.

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnung sind zwei Ausfüh­ rungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung schema­ tisch dargestellt.

Einem Brenner 1 werden durch eine Leitung 2 Verbrennungs­ luft und durch eine Leitung 3 Brenngas zugeführt. Die Vor­ richtung zur Gemischregelung, mit deren Hilfe die Mengen von Luft und Gas einander angepaßt werden und das Mi­ schungsverhältnis beider Mengen unabhängig beispielsweise von schwankenden Temperaturen der Verbrennungsluft am Brenner konstant gehalten wird, enthält hauptsächlich ei­ nen Steuerdruckregler 4 und einen in der Brenngasleitung 3 angeordneten Gleichdruckregler 5 bekannter Art. An einer Stelle der Luftleitung 2, an der die Luft vor einer übli­ chen Vorwärmung sich noch auf Umgebungstemperatur befindet, ist eine Meßdrossel 6 zum Beispiel in Form einer Meßblen­ de angeordnet, an der der Differenzdruck des Luft-Mengen­ stromes gemessen wird. An die Meßdrossel 6 ist über Lei­ tungen 7 eine Luftmembran 8 des Steuerdruckreglers 4 angeschlossen. Bei Änderung des Luft-Differenzdruckes betätigt die Luftmembran 8 einen dreiwegventilartigen Kraftschalter 9 des Steuerdruckreglers, von dem eine Steuerleitung 10 zu dem Gleichdruckregler 5 führt. Bei ansteigendem Luft-Differenzdruck erhöht der Kraft­ schalter 9 durch Einlassen eines Steuermediums, zum Beispiel von Brenngas als Steuermedium, den Steuerdruck in der Steuerleitung 10, wodurch der Gleichdruckregler 5 mehr öffnet und den Mengenstrom des Brenngases erhöht. Bei absinkendem Luft-Differenzdruck wird umgekehrt von dem Kraftschalter 9 durch Ablassen von Steuermedium aus der Steuerleitung 10 der Steuerdruck ge­ senkt. Zusätzlich zu der Luftmembran 8 ist der Steuer­ druckregler 9 mit einer Gasmembran 11 ausgebildet, die über Leitungen 14 an eine Meßdrossel 12 angeschlossen ist, mit der unter den gleichen kalten Zuständen beziehungswei­ se Verhältnissen, mit denen der Luft-Differenzdruck von der Meßdrossel 6 gemessen wird, der Differenzdruck des Mengenstromes des Brenngases in der Gasleitung 3 gemessen wird, und zwar vor dem Gleichdruckregler 5. Die Gasmem­ bran 11 greift an dem gleichen Stößel 13 an, über den die Luftmembran 8 den Kraftschalter 9 betätigt. Die Differenz­ druckbeaufschlagung der Gasmembran 11 ist der Differenz­ druckbeaufschlagung der Luftmembran 8 entgegengerichtet, das heißt ein zunehmender Luft-Differenzdruck drückt Luft­ membran 8 und Stößel 13 in Fig. 1 nach unten, ein zuneh­ mender Gas-Differenzdruck drückt Gasmembran 11 und Stößel 13 nach oben. Durch die Messung und Auswertung auch des Gas-Differenzdruckes und durch das Zusammenwirken der Luftmembran 8 und der zusätzlichen Gasmembran 11 des Steu­ erdruckreglers 4 für die Gemischregelung werden die Luft­ menge und die Gasmenge unter den gleichen, kalten Zustands­ und Strömungsverhältnissen einander angepaßt, unter denen die beiden Mengen ein Gemisch mit dem gewünschten, gleich­ bleibenden Mischungsverhältnis ergeben sollen. Dadurch werden Mischungsfehler vermieden, die etwa durch Tempera­ turrückwirkungen im oder am Brenner entstehen können und sich auf die im Brenner austretende Brenngasmenge auswirken können. Damit die beiden Membranen 8 und 11 nur der Ein­ wirkung der angelegten Differenzdrucke ausgesetzt sind, um durch gemeinsames Einwirken auf Kraftschalter 9 und Gleichdruckregler 5 das Verhältnis der beiden Differenz­ drucke zueinander zur Aufrechterhaltung einer tatsäch­ lichen Gemischbildung mit konstantem Mischungsverhältnis regeln zu können, ist der Kraftschalter 9, wie zu den Fi­ guren 1 und 2 noch näher beschrieben wird, mit einem Ven­ tilorgan ausgebildet, welches Rückwirkungen des Steuer­ mediumdruckes auf den Stößel 13 der beiden Membranen neu­ tralisiert beziehungsweise verhindert. Mit einer Korrek­ tur- und Ausgleichsfeder 15 wird das Gewicht des aus den beiden Membranen und dem Stößel bestehenden beweglichen Stellgliedes des Steuerdruckreglers 4 ausgeglichen und ist die Normal-Ausgangsstellung dieses Stellgliedes korrigier­ bar, in der der Kraftschalter 9 keine Erhöhung und keine Absenkung des Steuerdruckes in der Steuerleitung 10 be­ wirkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht der Kraft­ schalter 9 aus einer über den Stößel 13 faltenbalgartig längenveränderbaren, mit der Steuerleitung 10 verbundenen Kammer 16. Durch Zusammendrücken der Kammer 16 bei steigen­ dem Luft-Differenzdruck oder bei sinkendem Gas-Differenz­ druck wird ein Einlaßventil 17 der Kammer 16 geöffnet, um Steuermedium in die Kammer einzulassen und um den Steu­ erdruck in der Steuerleitung 10 zu erhöhen. Durch Ausein­ anderziehen der Kammer 16 bei sinkendem Luft-Differenz­ druck oder ansteigendem Gas-Differenzdruck wird ein Ab­ laßventil 18 der Kammer 16 geöffnet, um Steuermedium aus der Kammer 16 abzulassen und um den Steuerdruck in der Steuerleitung 10 zu senken. Damit der in der längenverän­ derbaren Kammer 16 herrschende Steuerdruck keine Rück­ kräfte auf die beiden Membranen 8 und 11 ausübt, ist der Steuerdruckregler 4 mit einer Membrandose 19 ausgebildet, die durch eine Leitung 20 an die Steuerleitung 10 ange­ schlossen ist und von dem jeweils in der Kammer 16 herr­ schenden Steuerdruck beaufschlagt ist. Die Membrandose 19 ist so groß bemessen und so in der Längenveränderungsrich­ tung mit der faltenbalgartigen Kammer 16 gekoppelt, daß sie der von dem Steuermedium auf die Kammer 16 ausgeübten Längenveränderungskraft eine gleich große Kompensations­ kraft entgegensetzt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, das mit Ausnahme der Ausbildung des Kraftschalters dem Aus­ führungsbeispiel der Fig. 1 entspricht, besteht der Kraftschalter 9 aus einer Ventilkugel 21, die durch An­ heben oder Absenken mittels des Stößels 13 der beiden Mem­ branen 8 und 11 in einem Ventilgehäuse zwischen einer Ven­ tilgehäuseöffnung 22 für den Einlaß von Steuermedium und einer gegenüberliegenden Ventilgehäuseöffnung 23 für den Auslaß von Steuermedium verstellbar ist. Einlaßöffnung 22 und Auslaßöffnung 23 sind mittels der Ventilkugel 21 in ihrem Durchlaßquerschnitt veränderbar. Zwischen der Ein­ laßöffnung 22 und der Auslaßöffnung 23 mündet die Steuer­ leitung 10 in das Ventilgehäuse ein. Der Durchlaßquer­ schnitt der Einmündung der Steuerleitung 10 bleibt bei Ver­ stellungen der Ventilkugel 21 unverändert frei. In der Nor­ malstellung des aus den beiden Membranen 8 und 11 und dem Stößel 13 bestehenden Stellgliedes des Steuerdruckreglers 4 werden Einlaß 22 und Auslaß 23 von der Ventilkugel 21 mit gleichem Durchlaßquerschnitt freigelassen, so daß die ein­ tretende und die austretende Menge an Steuermedium gleich groß sind und keine Änderung des Steuerdruckes in der Steuerleitung 10 eintritt. Zum Beispiel bei ansteigendem Luft-Differenzdruck wird das Stellglied 8, 11, 13 abge­ senkt, so daß die Ventilkugel 21 den Durchlaßquerschnitt des Einlasses 22 mehr öffnet und den Durchlaßquerschnitt des Auslasses 23 mehr drosselt und dadurch der Steuerdruck in der Steuerleitung 10 angehoben wird. Umgekehrt wird bei absinkendem Luft-Differenzdruck durch Anheben der Ven­ tilkugel 21 der Einlaß 22 mehr gedrosselt und der Auslaß 23 mehr geöffnet, um den Steuerdruck in der Steuerleitung 10 absinken zu lassen zur Nachregulierung des Differenz­ druckverhältnisses für die Konstanthaltung des Mischungs­ verhältnisses von Luft und Gas. Die Ventilkugel 21 des Kraftschalters beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ver­ ursacht praktisch keine Rückkräfte auf die beiden Steuer­ membranen 8 und 11.

Bei dem Kraftschalter der Fig. 1 bilden die beiden Ven­ tile 17 und 18 eine Alternativsteuerung, bei der nur Steu­ ermedium in geringfügiger Menge aus dem Kraftschalter aus­ tritt, wenn der Steuerdruck in der Steuerleitung abzusen­ ken ist. Als Steuermedium kann daher Brenngas angewendet werden, das unter einem höheren Leitungsdruck steht als die Verbrennungsluft und den Vorteil hat, daß Brenngas sauberer als Außenluft und trocken ist. Bei dem Kraft­ schalter mit Ventilkugel der Fig. 2 tritt hingegen dauernd Steuermedium in veränderlichen Mengen aus dem Kraftschal­ ter aus, weshalb sich hier Brenngas als Steuermedium weni­ ger günstig eignet und Luft als Steuermedium zu bevorzugen wäre.

Die beiden dargestellten Ausführungsbeispiele der Vorrich­ tung sind für eine Gemischregelung mit unveränderlicher Luftbeimischzahl gedacht. Die Steuerdruckregler können mit einer geeigneten Verstelleinrichtung zur Veränderung der Luftbeimischzahl ausgebildet sein. Die Ausbildung der Steu­ erdruckregler mit zwei Steuermembranen für die Messung und Auswertung des Luft-Differenzdruckes und des Gas-Differenz­ druckes ermöglicht sehr einfach eine Veränderung der Luft­ beimischzahl zum Beispiel durch Verwendung einer verstell­ baren Segmentblende für die Differenzdruckmessung in der Luftleitung oder alternativ einer verstellbaren Segment­ blende für die Differenzdruckmessung in der Brenngas­ leitung.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Gemischregelung von Gas und Verbrennungs­ luft für Gasfeuerungen mit einem Steuerdruckregler, bei dem eine an eine Differenzdruckmeßstelle in der Luftlei­ tung anschließbare Steuermembran (Luftmembran) bei Ände­ rung des Luft-Differenzdruckes einen dreiwegventilartigen Kraftschalter betätigt, welcher durch Einlassen eines Steuermediums in eine beziehungsweise Ablassen von Steuer­ medium aus einer Steuerleitung den Steuerdruck in der Steuerleitung verändert, und mit einem an die Steuerlei­ tung angeschlossenen, in der Brenngasleitung angeordneten Gleichdruckregler zur Veränderung des Mengenstromes des Brenngases in Abhängigkeit vom Steuerdruck, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuerdruckregler (4) zusätzlich zur Luftmembran (8) eine an eine Differenzdruckmeßstelle in der Brenngasleitung anschließbare Gasmembran (11) auf­ weist, die mit einer der Differenzdruckbeaufschlagung der Luftmembran entgegengerichteten Differenzdruckbeaufschla­ gung an einem den Kraftschalter (9) betätigenden Stößel (13) der Luftmembran angreift und mit Änderung des Gas- Differenzdruckes die Rückstellbewegung der durch veränder­ ten Luft-Differenzdruck verstellten Luftmembran bewirkt, und daß der Kraftschalter (9) des Steuerdruckreglers mit einem Rückwirkungen des Steuermediumdruckes auf den Stößel (13) neutralisierenden Ventilorgan ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Kraftschalter des Steuerdruckreglers eine von dem Stößel faltenbalg­ artig längenveränderbare, mit der Steuerleitung verbun­ dene Kammer durch Längenveränderung alternativ ein Ven­ til zum Einlassen von Steuermedium in die Kammer oder ein Ventil zum Ablassen von Steuermedium aus der Kammer öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck­ regler (4) eine von dem Druck des Steuermediums in der Steuerleitung (10) beaufschlagte Membrandose (19) ent­ hält, die in der Längenveränderungsrichtung mit der Kammer (16) gekoppelt ist und die der von dem Steuerme­ dium auf die Kammer ausgeübten Längenveränderungskraft eine im wesentlichen gleich große Kompensationskraft entgegensetzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschalter (9) des Steuerdruckreglers (4) aus einer Ventilkugel (21) besteht, die mittels des Stößels (13) der beiden Steuermembranen (8, 11) in einem Ventil­ gehäuse zwischen zwei gegenüberliegenden, mittels der Ventilkugel im Durchlaßquerschnitt veränderbaren Ventil­ gehäuseöffnungen (22, 23) verstellbar ist, an denen der Einlaß und der Auslaß für Steuermedium in das Ventilge­ häuse einmünden, wobei die Steuerleitung (10) zwischen den beiden Ventilgehäuseöffnungen (22, 23) in das Ven­ tilgehäuse mit freibleibendem Durchlaßquerschnitt ein­ mündet.