DE4026555A1

DE4026555A1 - Pulsierende verbrennungsvorrichtung des doppelbrennertyps

Info

Publication number: DE4026555A1
Application number: DE4026555A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Saito; Ichiro Hongo
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1991-02-28
Anticipated expiration: 2010-08-23
Also published as: JPH0379908A; JP2943872B2; US5052917A; DE4026555C2; KR910004986A; CA2023433A1

Description

Die Erfindung betrifft eine pulsierende Verbrennungsvor richtung des Doppelbrennertyps zum Brennbetrieb eines Paars pulsierender Brenner in umgekehrten bzw. versetzten Phasen zueinander.

Ein gekoppelter Typ einer pulsierenden Verbrennungsvorrich tung, der das Geräuschproblem einer in dieser Hinsicht mangelhaften pulsierenden Verbrennungsvorrichtung mit einem pulsierenden Brenner löst, ist bekannt, beispielsweise aus der US 48 40 558 und der US 49 17 596. Eine Vorrichtung dieses Typs umfaßt gewöhnlich zusätzlich zu einem Paar Brennkammern, die in gleicher Anordnung zur Verbrennung eines Gasgemisches von Brennstoff und Verbrennungsluft in pulsierender Art und Weise aufgebaut sind, Abgasrohre, die mit Abgasöffnungen der Brennkammern zum Auslassen von Ab gas verbunden sind, Lufteinlaßrohre, die an einem Ende mit den Lufteinlaßöffnungen der Brennkammern zur Zuführung von zur Verbrennung notwendiger Luft in die Brennkammern ver bunden sind, eine Lufteinlaßkammer, die gewöhnlich mit den anderen Enden der Lufteinlaßrohre verbunden ist, eine Abgaskammer, die gewöhnlich mit der stromabwärtsliegenden Seite der Abgasrohre verbunden ist, in den Lufteinlaßrohren vor gesehene aerodynamische Ventile, deren Wirkungsgrad in Rückflußrichtung kleiner ist als ihr Wirkungsgrad in Durchlaßrichtung, ein Brennstoffversorgungssystem, zum Ein blasen bzw. Einspritzen von Brennstoff zwischen den Aero dynamikventilen und den Lufteinlaßöffnungen in die Luft einlaßrohre, Zündstäbe bzw. Zündeinrichtungen, die in der Brennkammer zum Entzünden des in die Brennkammer zuge führten Gasgemisches zum Zünd- oder Einschaltzeitpunkt vorgesehen sind, und ein Luftzuführgebläse mit einer ge ringen Fördermenge, das in oder an der stromaufwärts gelegenen Seite der Lufteinlaßkammer angeordnet ist.

In dem gekoppelten Typ der pulsierenden Verbrennungsvor richtung, bei dem die aerodynamischen Ventile in den Lufteinlaßrohren eingefügt sind, können die Drücke in den zwei Brennkammern stark durch die zwei aerodynamischen Ventile beeinflußt werden. Auf diese Weise können die Schwingungsdauern der pulsierenden Brenner um 180° zuein ander verschoben werden, um dessen Geräusch zu reduzieren.

Wie aus der US Patentanmeldung Nr. 4 37 187 bekannt, kann die Verbrennungsmenge durch Änderung der Drehgeschwindig keit des Luftzuführgebläses in Abhängigkeit von der zuge führten Menge an Brennstoff pro Betriebszeit auf etwa 1/3 der maximalen Verbrennungsmenge variiert werden.

Wird jedoch der oben beschriebene gekoppelte Typ einer pulsierenden Verbrennungsvorrichtung beispielsweise als Heizeinrichtung für einen Wohnraum benutzt, so ist eine weitere Reduzierung der Wärmeleistung infolge der ver besserten Wärmeisolierungen und des hohen Wärmeflußwider standes dringend erwünscht. Die Forderung einer weiteren Reduzierung der Wärmeleistung kann mit der oben beschrie benen Vorrichtung mit einer Verbrennungsmenge von etwa 1/3 der maximalen Verbrennungsmenge nicht erreicht werden.

Zur Reduzierung der Verbrennungsmenge auf 1/3 oder weniger der maximalen Verbrennungsmenge wurde beispielsweise ein Verfahren vorgeschlagen, den gekoppelten Typ der pulsie renden Verbrennungsvorrichtung gesteuert ein- und auszu schalten. Dies wirft jedoch Probleme auf bezüglich sich dauernd wiederholender thermischer Spannungen, einem Ansteigen der CO-Konzentration im Verbrennungsgas und einem Anlaufen infolge von Kondensation in dem gekoppelten Typ einer pulsierenden Verbrennungsvorrichtung durch ständiges Ein- und Ausschalten eines Solenoidventils.

Das bedeutet, daß der bekannte gekoppelte Typ einer pulsierenden Verbrennungsvorrichtung, dessen Variations bereich der Verbrennungsmenge nicht zu einer Reduzierung auf 1/3 oder weniger der maximalen Verbrennungsmenge aus reicht, nicht bei einer Anlage eingesetzt werden kann, die einen großen Kapazitätsänderungsbereich aufweist, wie er für Wohnraumheizer und dgl. notwendig ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine pulsierende Ver brennungsvorrichtung des Doppelbrennertyps derart auszu führen, daß der Variationsbereich der Verbrennungsmenge vergrößert werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine pulsierende Verbrennungsvorrichtung des Doppelbrennertyps einen ersten pulsierenden Brenner mit einer ersten Brenn kammer eines vorbestimmten Volumens, einem ersten Abgas rohr, das mit einer stromab gelegenen Seite der ersten Brennkammer verbunden ist, einem ersten Lufteinlaßrohr, das mit einer stromauf gelegenen Seite der ersten Brenn kammer verbunden ist und einer ersten Brennstoffversor gungsleitung,
einen zweiten pulsierenden Brenner mit einer zweiten Brennkammer eines vorbestimmten Volumens, einem zweiten Abgasrohr, das mit einer stromabliegenden Seite der zwei ten Brennkammer verbunden ist, einem zweiten Lufteinlaß rohr, das mit einer stromauf liegenden Seite der zweiten Brenn kammer verbunden ist und einer zweiten Brennstoffversor gungsleitung, wobei der zweite pulsierende Brenner die gleiche Anordnung wie der erste pulsierende Brenner und einen Verbrennungszyklus in Gegenphase zum ersten pulsieren den Brenner aufweist,
ein erstes Brennstoffzufuhrventil, das in der ersten Brennstoffversorgungsleitung zur Steuerung der Zufuhr von Brennstoff zu der ersten Brennkammer des ersten pulsieren den Brenners vorgesehen ist,
ein zweites Brennstoffzufuhrventil, das in der zweiten Brennstoffversorgungsleitung zur Steuerung der Zufuhr von Brennstoff zu der zweiten Brennkammer des zweiten pulsie renden Brenners vorgesehen ist, und
eine Steuereinrichtung, um in einem Verbrennungsbereich der halben maximalen Verbrennungsmenge der pulsierenden Verbrennungsvorrichtung des Doppelbrennertyps oder darunter durch Schließen des ersten Brennstoffzufuhrventils nur den zweiten pulsierenden Brenner zu betreiben und um in einem Verbrennungsbereich, der die Hälfte der maximalen Ver brennungsmenge überschreitet, durch Öffnen des ersten und des zweiten Brennstoffzufuhrventils beide, d.h. den ersten und den zweiten pulsierenden Brenner zu betreiben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine pulsierende Verbrennungsvorrichtung des Doppelbrenner typs
ein Paar pulsierender Brenner, die miteinander so verbun den sind, daß sie pulsierende Verbrennungen in Gegenphase durchführen können, und
Verbrennungssteuereinrichtungen für den Verbrennungsvor gang des Paars pulsierender Brenner, bei dem die zuge führte Menge von Verbrennungsluft in Abhängigkeit von der dem Paar pulsierender Brenner zugeführten Menge an Brennstoff geregelt wird, und zur Steuerung, um die Ver brennung in einem der pulsierenden Brenner zu stoppen, wenn die Verbrennungsmenge eine bestimmte Verbrennungsmenge erreicht oder unterschreitet und um Brennstoff und Ver brennungsluft zu dem anderen pulsierenden Brenner zuzu führen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Frontansicht einer pulsierenden Verbrennungsvorrichtung vom Doppelbrennertyp gemäß einer ersten Ausführungs form der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht, die entlang der Linie X-X in Fig. 1 teilweise geschnitten dargestellt ist,

Fig. 3 eine Darstellung der Schwingungsdauer der pulsieren den Brenner, deren Phasen zum Zeitpunkt einer stabilen pulsierenden Verbrennung um 180° zuein ander verschoben sind,

Fig. 4 ein Diagramm zur Betriebscharakteristik der pulsierenden Brenner, wenn die Verbrennungsmenge reduziert wird,

Fig. 5 ein Flußdiagramm einer Verbrennungssteuerungsein heit zur Erläuterung der Variationsvorgänge der Verbrennungsmenge,

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Programms zum Betrieb eines pulsierenden Brenners,

Fig. 7 ein Diagramm einer Zustandscharakteristik des Verbrennungsänderungsbereichs, und

Fig. 8 ein Diagramm zur Betriebscharakteristik gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer pulsierenden Verbrennungsvorrichtung 10 mit einem Paar parallel miteinander verbundener pulsierender Brenner 10a, 10b gemäß der Erfindung. Die pulsierende Verbrennungsvor richtung 10 umfaßt eine zylindrische Lufteinlaßkammer 12, eine Abgaskammer 14, pulsierende Brenner 10a und 10b, die die gleiche Anordnung und Größe aufweisen und zwischen der Lufteinlaßkammer 12 und der Abgaskammer 14 verbunden sind, und ein Brennstoffzufuhrsystem 16 zur Zufuhr von Brenngas zu den pulsierenden Brennern 10a und 10b.

Der pulsierende Brenner 10a verfügt über eine zylindrische Brennkammer 18a, deren eine Stirnfläche durch einen ver schlossenen Boden 20a verschlossen ist und deren andere Stirnfläche eine Abgasöffnung 22a aufweist. Die Abgasöff nung 22a ist durch ein Abgasrohr 24a mit der Abgaskammer 14 verbunden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist in der Umfangswand der Brenn kammer 18a in der Nähe des geschlossenen Bodens 20a eine Lufteinlaßöffnung 26a gebildet. Ein Zündstab oder Zünder 28a mit einem Entnahmespaltabschnitt innerhalb der Brenn kammer 18a ist, wie in Fig. 2 gezeigt, in der Umfangswand der Brennkammer 18a in der Nähe der Lufteinlaßöffnung 26a montiert. Ein Flammensensor 30a zum Feststellen, ob das Gasgemisch innerhalb der Brennkammer 18a verbrannt wird oder nicht, ist in der Umfangswand der Brennkammer 18a dem Zünder 28a gegenüberliegend angeordnet.

Ein Ende eines Lufteinlaßrohrs 32a ist mit der Lufteinlaß öffnung 26a verbunden. Das andere Ende des Lufteinlaßrohrs 32a ist mit der Lufteinlaßkammer 12 verbunden. Das Luft einlaßrohr 32a ist so mit der Brennkammer 18a verbunden, daß seine Achse linear bzw. senkrecht zu der Achse der Brennkammer 18a verläuft, diese jedoch nicht schneidet.

Ein aerodynamisches Ventil 34a, dessen Wirkungsgrad in Durchflußrichtung größer ist als der Wirkungsgrad in Rück flußrichtung, ist auf halber Länge des Lufteinlaßrohrs 32a in dieses eingefügt. Das aerodynamische Ventil 34a weist die Form einer Düse auf, deren Querschnittsfläche sich von der Lufteinlaßkammer 12 zur Brennkammer 18 hin allmählich verkleinert. Dies bedeutet, daß das aerodynamische Ventil 34a so geformt ist, daß es einen kleinen Durchflußwider stand gegenüber einer Strömung von der Lufteinlaßkammer 12 zur Brennkammer 18a hin und einen großen Durchflußwider stand gegenüber einer entgegengesetzt gerichteten Strömung aufweist.

Der andere pulsierende Brenner 10b verfügt über eine Brenn kammer 18b, einen verschlossenen Boden 20b, eine Abgasöff nung 22b, ein Abgasrohr 24b, ein Lufteinlaßrohr 26b, einen Zünder 28b, einen Flammensensor 30b, ein Lufteinlaßrohr 32b und ein aerodynamisches Ventil 34b sowie über den gleichen Aufbau und die gleiche Größe wie der pulsierende Brenner 10a.

Brennstoffeinströmöffnungen 36a und 36b sind in den Um fangswänden der Lufteinlaßrohre 32a und 32b in einen Abschnitt ausgebildet, der zwischen den Abschnitten, in denen die aero dynamischen Ventile 34a und 34b positioniert sind, und den Lufteinlaßöffnungen 26a und 26b liegen. Eine Brenn stoffversorgungsleitung 38a ist mit einer Brennstoffein strömöffnung 36a verbunden. Eine Brennstoffversorgungslei tung 38b ist mit der anderen Brennstoffeinströmöffnung 36b verbunden. Die Brennstoffversorgungsleitung 38a ist mit einer nicht gezeigten Brenngasversorgungsquelle durch ein Brennstoffzufuhrventil 40a verbunden, das aus einem elek tromagnetischen Ventil besteht. Die Brennstoffversorgungs leitung 38b ist mit der Brenngasversorgungsquelle über ein Brennstoffzufuhrventil 40b verbunden, das aus einem elektromagnetischen Ventil besteht. In diesem Fall ist ein Brennstoffsteuerventil 42 zum Steuern der Brennstoff durchflußrate zwischen den Brennstoffzufuhrventilen 40a, 40b und der Brenngasversorgungsquelle zur Steuerung der Verbrennungsenergie der pulsierenden Verbrennungsvorrich tung 10 vorgesehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Lufteinlaßöffnung 44 an einem Ende in axialer Richtung der Lufteinlaßkammer 12 ge bildet. Ein Luftzuführgebläse 46 zum Zuführen von Luft in die Lufteinlaßkammer 12 ist mit der Lufteinlaßöffnung 44 verbunden.

Zunächst, wenn ein Betriebsbefehl S₁ von einer nicht ge zeigten Bedieneinheit als Reaktion auf eine Bedienung der Bedieneinheit vorliegt, gibt eine Verbrennungssteuerein heit 48 einen Antriebssteuerbefehl S₂ an das Luftzuführ gebläse 46, damit das Gebläse 46 mit niedriger Drehzahl dreht. Mit der Inbetriebnahme des Luftzuführgebläses 46 strömt Luft durch die Lufteinlaßkammer 12, die Lufteinlaß rohre 32a, 32b, die aerodynamischen Ventile 34a, 34b, die Lufteinlaßöffnungen 26a, 26b und die Brennkammern 18a, 18b. Diese Luftströmung sorgt dafür, daß in den Brennkammern 18a und 18b verbliebenes Gas ausgetrieben wird.

Als nächstes liefert die Verbrennungssteuereinheit 48 Be triebsstartkommandos S_3a und S_3b für die Zünder 28a und 28b zu unterschiedlichen Zeitpunkten, um den Betrieb der Zünder 28a und 28b einzuleiten, sowie einen Öffnungsbefehl S₄ für das Brennstoffsteuerventil 42, um das Brennstoff steuerventil 42 voll zu öffnen. Wenn das Brennstoffsteuer ventil 42 so angesteuert wird, daß es "völlig geöffnet" ist, strömt Brenngas durch die Brennstoffzufuhrventile 40a, 40b, die Brennstoffversorgungsleitungen 38a, 38b und die Brennstoffeinströmöffnungen 36a, 36b (zu dem Zeitpunkt, in dem beide Brennstoffzufuhrventile 40a und 40b durch Öffnungsbefehle S_3a und S_3b der Verbrennungssteuereinheit 48 geöffnet sind) in die Brennkammern 18a und 18b. Auf diese Weise werden die Brennkammern 18a und 18b mit einem Gasgemisch aus Brenngas und Luft gefüllt. Die Zünder 28a und 28b entzünden sodann das Gasgemisch, da sie sich be reits im Betriebszustand befinden, und die pulsierenden Verbrennungen werden in den Brennkammern 18a und 18b ein geleitet.

Zu diesem Zeitpunkt erfaßt die Verbrennungssteuereinheit 48 durch Detektionssignale S_6a und S_6b von den Flammensen soren 30a und 30b, ob die Gasgemische in den Brennkammern 18a und 18b verbrannt werden oder nicht. Stellt die Ver brennungssteuereinheit 48 fest, daß die Gasgemische in den Brennkammern 18a und 18b verbrannt werden, gibt die Verbrennungssteuereinheit 48 einen Antriebssteuerbefehl S₂ an das Luftzuführgebläse 46, damit dieses sich mit hoher Drehzahl dreht. Entsprechend führt das Luftzuführge bläse 46 mehr Luft durch die Lufteinlaßkammer 12, die Luft einlaßrohre 32a und 32b, die aerodynamischen Ventile 34a, 34b und die Lufteinlaßöffnungen 26a, 26b in die Brenn kammern 18a und 18b. Auf diese Weise wird mehr Luft als vor dem Einleiten der Verbrennung in die Brennkammern 18a und 18b geleitet und eine stabile pulsierende Ver brennung findet in diesen statt.

Die Temperaturen der Brennkammern 18a und 18b sind solange niedrig, bis die Gasgemische in den Brennkammern 18a und 18b entzündet werden. Da dementsprechend die Druckverluste der Brennkammern 18a und 18b niedrig sind, dreht das Luft zuführgebläse 46 sich mit niedriger Drehzahl, um eine ge ringe Menge Luft zu den Brennkammern 18a und 18b zuzu führen. Wenn die Gasgemische in den Brennkammern 18a und 18b entzündet werden, steigen die Temperaturen in den Brennkammern 18a und 18b rapide an und die Druckverluste in den Brennkammern 18a und 18b steigen ebenfalls. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch eine große Menge Luft durch das Luftzuführgebläse 46 zwangsweise zugeführt, so daß eine stabile Verbrennung in den Brennkammern 18a und 18b fortgeführt werden kann.

In den Brennkammern 18a und 18b brennen die Gasgemische intermittierend explosionsartig. Wenn die Gasgemische in den Brennkammern 18a und 18b wie oben beschrieben ver brennen, steigen die Drücke in den Brennkammern 18a und 18b und ebenso die Drücke an den Brennstoffeinström öffnungen 36a und 36b an. Hierdurch wird das Einströmen von Brennstoff in die Brennkammern 18a und 18b automatisch gestoppt. Wenn die Drücke in den Brennkammern 18a und 18b abrupt steigen, fließt ein Großteil des Verbrennungsgases in den Abgasrohren 24a und 24b zu der Abgaskammer 14. Das verbleibende Verbrennungsgas hat die Tendenz, durch die aerodynamischen Ventile 34a und 34b zur Lufteinlaßkammer 12 zu strömen. Da jedoch die aerodynamischen Ventile 34a und 34b einen großen Durchströmwiderstand in bezug auf eine Strömung von den Brennkammern 18a und 18b zu der Luft einlaßkammer 12 haben, wird die Menge des Verbrennungs gases, das zu der Lufteinlaßkammer 12 fließt, auf eine ge ringe Menge begrenzt.

Der Kammerdruck in den Brennkammern 18a und 18b, der durch die explosive Verbrennung des Gasgemisches verursacht wird, pflanzt sich durch die aerodynamischen Ventile 34a und 34b in die Lufteinlaßkammer 12 fort. Diese Fortpflanzung steigert die Luftmenge, die durch die aerodynamischen Ven tile 34a und 34b in die Brennkammern 18a und 18b fließt. Wenn das Verbrennungsgas in den Brennkammern 18a und 18b mit hoher Geschwindigkeit zu den Abgasrohren 24a und 24b fließt, sinken die Drücke in den Brennkammern 18a und 18b rapide in den Unterdruckbereich ab (geringer als der atmosphärische Druck des Verbrennungsgases in den Abgas rohren 24a und 24b).

Wenn die Drücke in den Brennkammern 18a und 18b sich zum Unterdruckbereich hin absenken, beginnt das Einströmen von Brennstoff durch die Brennstoffeinströmöffnungen 36a, 36b er neut. Gleichzeitig strömt Luft durch die aerodynamischen Ventile 34a und 34b mit hoher Geschwindigkeit in die Brenn kammern 18a und 18b. In diesem Fall trifft die durch die aerodynamischen Ventile 34a und 34b in die Brennkammern 18a und 18b einströmende Luft auf das Brenngas, das durch die Brennstoffeinströmöffnungen 36a und 36b einströmt, und bildet eine Strömung, die entlang der inneren Oberfläche der Umfangswände der Brennkammern 18a und 18b wirbelt. Hierdurch werden der Brennstoff und die Luft gut durch mischt. Auf diese Weise werden die Brennkammern 18a und 18b erneut mit einem Gasgemisch aus Brenngas und Luft ge füllt. Zu diesem Zeitpunkt ist verbleibendes Feuer bzw. eine verbleibende Verbrennung in den Brennkammern 18a und 18b vorhanden, wodurch das Gasgemisch durch das verblei bende Feuer erneut zu einer explosiven Verbrennung ent zündet wird.

Somit ergibt sich, daß die pulsierende Verbrennungsvor richtung vom Doppelbrennertyp durch die Wechselwirkung der zwei pulsierenden Brenner 10a und 10b, die parallel zuein ander angeordnet sind, zu den speziellen Vorteilen der pulsierenden Verbrennung führt, d.h., 1) hohe Wärmeüber tragungsrate, 2) niedrige NO_x-Verbrennung bzw. -Emission und 3) eine hohe Verbrennungsleistung. Die Wechselwirkung wird hervorgerufen von der Lufteinlaßkammer 12 und der Abgaskammer 14, die gemeinsam mit dem Einlaß und dem Aus laß verbunden sind. Eine Geräuschreduzierung kann dadurch erfolgen, daß die pulsierenden Verbrennungszyklen mit einer Phasendifferenz von 180° wiederholt werden, d.h., jeweils in Gegenphase zueinander, wie in Fig. 3 gezeigt. Dies gehört zu einem Geräuschunterdrückungsverfahren ähnlich der aktiven Steuerung bzw. Kontrolle.

Im folgenden wird die Reduzierung der Verbrennungsmenge beschrieben. Dies beinhaltet zwei Typen von Betriebs modi unter Benutzung zwei pulsierender Brenner 10a und 10b und des Betriebs nur eines pulsierenden Brenners 10b. Dies bedeutet, daß die Luftzuführmenge durch das Luftzu führgebläse 46 und die Brennstoffzufuhrmenge durch das Brennstoffsteuerventil 42 zuerst vom Zeitpunkt T_A bis zum Zeitpunkt T_B reguliert werden, um die Verbrennungsmenge beider pulsierender Brenner 10a und 10b zu variieren, wie in Fig. 4 gezeigt. Wenn die Verbrennungsmenge über den variablen Verbrennungsmengenbereich durch Regulierung der Luft- und Brennstoffzuführmengen hinaus reduziert wird, wird ein pulsierender Brenner 10a abgeschaltet und der Betrieb nur auf Verbrennung mittels des anderen pulsierenden Brenners 10b geschaltet.

Der Betrieb dieser Verbrennung wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Prozeß-Flußdiagramme der Verbrennungs steuereinheit 48 in den Fig. 5 und 6 beschrieben. Zu dem in Fig. 4 dargestellten Zeitpunkt T_A wird ein Betriebsbe fehl S₁ zum Variieren der Verbrennungsmenge von der Be dieneinheit eingegeben (Schritt ST1). Es wird entschie den, ob der Betriebsbefehl S₁ ein Befehl zum Reduzieren der Verbrennungsmenge oder ein Befehl zum Anheben der Ver brennungsmenge ist (Schritt ST2). Wenn der Betriebsbefehl S₁ ein Befehl zum Reduzieren der Verbrennungsmenge ist, wird in einem Schritt ST3 entschieden, ob die augenblick liche Verbrennungsmenge die minimale Verbrennungsmenge (C_B) erreicht hat, die mit zwei pulsierenden Brennern einer Verbrennungsmenge (C_E) erreichbar ist oder geringer als die Hälfte der maximalen Verbrennungsmenge (max) ist. Hat die augenblickliche Verbrennungsmenge noch nicht die minimale Verbrennungsmenge (C_B) erreicht, so werden im Schritt ST4 das Luftzuführgebläse 46 und das Brennstoff steuerventil 42 reguliert, um die Verbrennungsmenge zu variieren. In diesem Fall werden die Rotationsgeschwindig keit des Luftzuführgebläses 46 verringert und die Öff nung des Brennstoffsteuerventils 42 reduziert, wodurch die zugeführten Mengen an Luft und Brennstoff abnehmen, um die Verbrennungsmenge zu reduzieren.

Wird zu einem in Fig. 4 dargestellten Zeitpunkt T_B ein Befehl zum weiteren Reduzieren der Verbrennungsmenge er halten, nachdem die Verbrennungsmenge die minimale Ver brennungsmenge (C_B) für zwei pulsierende Brenner erreicht hat, wird in einem Schritt ST5 ein Programm zum Betrieb eines pulsierenden Brenners ausgeführt.

Fig. 6 zeigt ein detailliertes Flußdiagramm dieses Programms zum Betrieb eines pulsierenden Brenners. Um den Betrieb eines pulsierenden Brenners 10a zu stoppen, wird das Brennstoffzufuhrventil 40a abgeschaltet, um die Zufuhr von Brennstoff zu dem pulsierenden Brenner 10a zu stoppen (Schritt ST11). Demzufolge wird nur ein pulsierender Brenner 10b betrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rotationsge schwindigkeit des Luftzuführgebläses 46 auf eine hohe Drehzahl beschleunigt und die Öffnung des Brennstoffsteuer ventils 42 vergrößert, um die Verbrennungsmenge des pul sierenden Brenners 10b auf die Verbrennungsmenge C_B, wie in Fig. 4 gezeigt, anzuheben (Schritt ST12). Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Verbrennungsänderung durch geführt.

Wird in einem Schritt ST13 ein Verbrennungsmengenänderungs betriebsbefehl S₁ weiter eingegeben, um die Verbrennungs menge zu reduzieren (Schritt ST14), wird in einem Schritt ST15 entschieden, ob die Verbrennungsmenge die minimale Verbrennungsmenge für einen pulsierenden Brenner erreicht hat. Wenn die Verbrennungsmenge noch nicht die minimale Verbrennungsmenge (min) erreicht hat, werden die Rotations geschwindigkeit des Luftzuführgebläses 46 und die Öffnung des Brennstoffsteuerventils 42 zur Änderung der Verbren nungsmenge reguliert (Schritt ST16). In diesem Fall werden die Rotationsgeschwindigkeit des Luftzuführgebläses 46 verlangsamt und die Öffnung des Brennstoffsteuerventils 42 reduziert, wodurch die Zuführmengen an Luft und Brenn stoff zu der Brennkammer 18b reduziert werden, um die Ver brennungsmenge abzusenken.

Wie zuvor beschrieben, wird die Verbrennungsmenge in Ab hängigkeit von dem Verbrennungsmengenreduktionsbefehl re duziert und die Verbrennungsmenge erreicht, beispielsweise zum Zeitpunkt T_C, die minimaler Verbrennungsmenge (min). Da die Verbrennungsmenge nicht variiert werden kann, selbst wenn daraufhin weiter der Verbrennungsmengenreduktions befehl empfangen wird, wird der Befehl ignoriert (Schritt ST15). Wenn, beispielsweise zum Zeitpunkt T_D, wie in Fig. 4 gezeigt, ein Befehl zum Anheben der Verbrennungs menge durch den Verbrennungsmengenänderungsbefehl S₁ er halten wird (Schritt ST14) wird in einem Schritt ST17 ent schieden, ob die Verbrennungsmenge die maximale Verbren nungsmenge (C_E) für einen pulsierenden Brenner erreicht hat. Wenn die Verbrennungsmenge noch nicht die maximale Verbrennungsmenge (C_E) erreicht hat, werden die Rotations geschwindigkeit des Luftzuführgebläses 46 und die Öffnung des Brennstoffsteuerventils 42 reguliert, um die Verbren nungsmenge zu variieren (Schritt ST16). In diesem Fall werden die Rotationsgeschwindigkeit des Luftzuführgebläses 46 auf eine hohe Drehzahl beschleunigt und die Öffnung des Brennstoffsteuerventils 42 vergrößert, um dadurch die zu geführten Mengen an Luft und Brennstoff zu der Brennkammer 18b anzuheben, um die Verbrennungsmenge zu steigern.

Hat jedoch die Verbrennungsmenge bereits die maximale Ver brennungsmenge (C_E) erreicht, wie in Fig. 4 zum Zeitpunkt T_E dargestellt, wird das Brennstoffzufuhrventil 40a einge schaltet, um die Brennstoffzufuhr zu dem pulsierenden Brenner 10a einzuleiten (Schritt ST18). Dies bedeutet, daß der Betrieb mit beiden pulsierenden Brennern 10a und 10b aufgenommen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rota tionsgeschwindigkeit des Luftzuführgebläses 46 auf eine niedrige Drehzahl abgesenkt und die Öffnung des Brenn stoffsteuerventils 42 reduziert, wodurch die Verbrennungs mengen beider pulsierender Brenner 10a und 10b auf den gleichen Wert gebracht werden (Schritt ST19). Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Verbrennungsvariation durchgeführt.

Anschließend wird der Betrieb auf den in Fig. 5 gezeigten und oben beschriebenen Betrieb zurückgeführt. Dementspre chend wird, wenn ein Betriebsbefehl S1 zum Ändern der Verbrennungsmenge weiterhin von der Bedieneinheit einge geben wird (Schritt ST1) entschieden, ob der Betriebsbe fehl S1 ein Befehl zum Reduzieren der Verbrennungsmenge oder ein Befehl zum Anheben der Verbrennungsmenge ist (Schritt ST2). Wenn die Verbrennungsmenge weiterhin ange hoben wird, wird in einem Schritt ST6 entschieden, ob die augenblickliche Verbrennungsmenge die maximale Verbren nungsmenge (max) zweier pulsierender Brenner erreicht hat. Wenn die Verbrennungsmenge noch nicht die maximale Ver brennungsmenge erreicht hat, werden die Rotationsgeschwin digkeit des Luftzuführgebläses 46 und die Öffnung des Brennstoffsteuerventils 42 reguliert, um die Verbrennungs menge zu variieren (Schritt ST4). In diesem Fall werden die Rotationsgeschwindigkeit des Luftzuführgebläses 46 auf eine hohe Drehzahl angehoben und die Öffnung des Brennstoffsteuerventils 42 vergrößert, wodurch die zuge führte Menge an Luft und Brennstoff erhöht wird, um die Verbrennungsmenge zu steigern.

Auf diese Weise wird die Verbrennungsmenge in Abhängigkeit von dem Befehl zum Steigern der Verbrennungsmenge ange hoben. Wie in Fig. 4 gezeigt, erreicht die Verbrennungs menge beispielsweise zum Zeitpunkt T_F die maximale Ver brennungsmenge (max). Da die Verbrennungsmenge nicht wei ter variiert werden kann, selbst wenn der Befehl zum Steigern der Verbrennungsmenge weiterhin empfangen wird, wird anschließend der Befehl ignoriert (Schritt ST6).

Wie in dem Schaubild für die Zustandscharakteristik des Verbrennungsänderungsbereichs der pulsierenden Verbren nungsvorrichtung des Doppelbrennertyps gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in Fig. 7 gezeigt, kann durch den zuvor beschriebenen Betrieb ein Betrieb niedriger Ver brennung ausgeführt werden, der nicht zum Zeitpunkt des Betriebs beider pulsierender Brenner 10a und 10b erreicht werden kann. Somit kann, wie gezeigt, der Verbrennungs änderungsbereich im Vergleich zu demjenigen des Betriebs beider pulsierender Brenner 10a und 10b gesteigert werden.

Was das Geräusch betrifft, so findet die Druckbeeinflussung durch die Verbrennungszyklen in Gegenphase beider pulsieren der Brenner 10a und 10b, wie oben beschrieben, zum Zeit punkt während der Zeit der Verbrennung mit nur einem pul sierenden Brenner 10b nicht statt. Da jedoch die Verbren nungsleistung vermindert ist, ist demgemäß auch das Ge räusch reduziert. Desweiteren übt der andere pulsierende Brenner 10a, in dem nicht verbrannt wird, durch die Luft einlaßkammer 12 und die Abgaskammer 14 die Rolle eines Schalldämpfers aus. Zu dem Zeitpunkt, in dem in dem pul sierenden Brenner 10a nicht verbrannt wird, wird dieser zu einem idealen Schalldämpfer des Resonanztyps. Entspre chend wurde auch durch Experimente bestätigt, daß ein extrem niedriger Geräuschpegel eingehalten werden kann, vergleichbar mit dem zum Zeitpunkt der Verbrennung beider pulsierender Brenner.

Wie zuvor beschrieben, unterscheidet sich die Verbrennung mittels eines pulsierenden Brenners grundlegend von dem Fall, in dem zwei pulsierende Brenner unabhängig parallel betrieben werden, um, wie zuvor beschrieben, den Kapazi tätsänderungsbereich an einem Punkt anzuheben, an dem die beiden pulsierenden Brenner einander beeinflussen.

Als nächstes wird eine pulsierende Verbrennungsvorrichtung des Doppelbrennertyps gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit bezug auf das Betriebscharakteristik diagramm in Fig. 8 beschrieben. In Verbindung mit der Ver brennungssteuereinheit 48 werden während der Zeit der Verbrennung mit einem pulsierenden Brenner in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, wie gezeigt, die pulsierenden Brenner in ihrem Betrieb für eine vorbestimmte Zeitperiode ausgetauscht. Das bedeutet, daß, wenn ein pulsierender Brenner 10a für eine bestimmte Zeitdauer betrieben wurde, der pulsierende Brenner 10a gestoppt wird und der andere pulsierende Brenner 10b sodann be trieben wird. Wenn der andere pulsierende Brenner 10b in gleicher Weise für eine vorbestimmte Zeitdauer betrieben wurde, wird er gestoppt und der erste pulsierende Brenner 10a wiederum in Betrieb genommen.

Beide pulsierende Brenner werden wie zuvor beschrieben gesteuert, um einer Verminderung der Haltbarkeit beider pulsierender Brenner vorzubeugen, die durch einen Betrieb eintreten könnte, in dem einer der beiden pulsierenden Brenner über eine lange Zeitdauer betrieben wird.

Gemäß der oben beschriebenen Erfindung wird, wenn die Ver brennungsmenge der pulsierenden Verbrennungsvorrichtung des Doppelbrennertyps in wünschenswerter Weise reduziert wird, einer der pulsierenden Brenner gestoppt, um die ge samte Kapazität um die Hälfte zu reduzieren zur Vergröße rung des Änderungsbereichs der Verbrennungsmenge, wobei ein extrem niedriger Geräuschpegel eingehalten wird.

Claims

1. Pulsierende Verbrennungsvorrichtung vom Doppelbrenner typ
mit einem ersten pulsierenden Brenner (10a) mit einer ersten Brennkammer (18a) eines vorbestimmten Volumens, einem ersten Abgasrohr (24a), das mit einer stromab liegenden Seite der ersten Brennkammer (18a) verbunden ist, und einem ersten Lufteinlaßrohr (32a), das mit einer stromaufliegenden Seite der ersten Brennkammer (18a) verbunden ist,
mit einem zweiten pulsierenden Brenner (10b) mit einer zweiten Brennkammer (18b) eines vorbestimmten Volumens,
einem zweiten Abgasrohr (24b), das mit einer stromab liegenden Seite der zweiten Brennkammer (18b) verbun den ist, und einem zweiten Lufteinlaßrohr (32b), das mit einer stromaufliegenden Seite der zweiten Brenn kammer (18b) verbunden ist, wobei der zweite pulsieren de Brenner (10b) den gleichen Aufbau wie der erste pulsierende Brenner (10a) und einen Verbrennungszyklus aufweist, der in Gegenphase zu dem ersten pulsierenden Brenner (10a) verläuft,
mit einer Leitungseinrichtung zur Brennstoffversorgung, die gemeinsam mit den stromaufliegenden Seiten der ersten und zweiten Brennkammern (18a, 18b) der ersten und zweiten pulsierenden Brenner (10a, 10b) verbunden ist,
mit Ventileinrichtungen zur Brennstoffzufuhr, die in den Leitungseinrichtungen zur Brennstoffversorgung zur Steuerung der Zufuhr von Brennstoff zu der ersten Brennkammer (18a) und der zweiten Brennkammer (18b) der ersten und zweiten pulsierenden Brenner (10a, 10b) vorgesehen sind, und
mit einer Steuereinrichtung (48) zum Ändern der Verbrennungs menge der pulsierenden Verbrennungsvorrichtung des Doppelbrennertyps durch Regulierung der Öffnung der Brennstoffzufuhreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungseinrichtung zur Brennstoffzufuhr eine erste Brennstoffversorgungsleitung (38a) umfaßt, die mit der stromaufliegenden Seite der ersten Brennkammer (18a) des ersten pulsierenden Brenners (10a) verbunden ist, und eine zweite Brennstoffversorgungsleitung (38b) umfaßt, die mit der stromaufliegenden Seite der zweiten Brennkammer (18b) des zweiten pulsierenden Brenners (10b) verbunden ist,
daß die Ventileinrichtungen zur Brennstoffzufuhr ein erstes Brennstoffzufuhrventil (40a) aufweisen, das in der ersten Brennstoffversorgungsleitung (38a) zum Steuern der Zufuhr von Brennstoff zu der ersten Brennkammer (18a) des ersten pulsierenden Brenners (10a) vorgesehen ist, und ein zweites Brennstoffzufuhrventil (40b) auf weisen, das in der zweiten Brennstoffversorgungsleitung (38b) zum Steuern der Zufuhr von Brennstoff zu der zweiten Brennkammer (18b) des zweiten pulsierenden Brenners (10b) vorgesehen ist, und
daß die Steuereinrichtung (48) eine Steuerfunktion ausübt, um nur den zweiten pulsierenden Brenner (10b) zu be treiben, indem sie das erste Brennstoffzufuhrventil (40a) in einem Verbrennungsbereich von der Hälfte oder weniger der maximalen Verbrennungsmenge der pulsieren den Verbrennungsvorrichtung des Doppelbrennertyps schließt und um in einem Verbrennungsbereich, der die Hälfte der maximalen Verbrennungsmenge übersteigt, bei de, den ersten pulsierenden Brenner (10a) und den zwei ten pulsierenden Brenner (10b) zu betreiben, in dem sie das erste und zweite Brennstoffzufuhrventil (40a, 40b) öffnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14) zum Verbinden der ersten und zweiten Abgasrohre (24a, 24b) miteinander und eine Einrichtung (12) zum Verbinden der ersten und zwei ten Lufteinlaßrohre (32a, 32b) miteinander.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (48) eine Steuerfunktion ausübt, um den zu betreibenden pulsierenden Brenner in einem vorbestimmten Zeitintervall durch alternatives Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Brennstoffzufuhr ventile (40a, 40b) über eine festgelegte Zeitdauer in einem Verbrennungsbereich der Hälfte der maximalen Ver brennungsmenge oder darunter auszutauschen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (48) eine Steuerfunktion ausübt, um eine Verbrennungsmenge durch Regulieren der Öffnung des zweiten Brennstoffzufuhrventils (40b) in einem Ver brennungsbereich der Hälfte der maximalen Verbrennungs menge oder darunter zu variieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (48) eine Steuerfunktion ausübt, um eine Verbrennungsmenge in einem Verbrennungsbereich, der die Hälfte der maximalen Verbrennungsmenge über schreitet, durch Regulierung der Öffnungen der ersten und zweiten Brennstoffzufuhrventile (40a, 40b) in gleichem Maße zu variieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (48) eine Steuerfunktion ausübt, um eine Verbrennungsmenge durch Regulieren der Öffnungen der ersten und zweiten Brennstoffzufuhrventile (40a, 40b) zu reduzieren, ohne ein Betätigen nur des ersten Brenn stoffzufuhrventils (40a), bis die Verbrennungs menge einen vorbestimmten Wert von der Hälfte der maximalen Verbrennungsmenge oder darunter erreicht hat, wenn die Verbrennungsmenge von einem Verbrennungs bereich, der die Hälfte der maximalen Verbrennungsmenge überschreitet, auf einen Verbrennungsbereich der Hälfte der maximalen Verbrennungsmenge oder darunter reduziert wird.

7. Pulsierende Verbrennungsvorrichtung vom Doppelbrenner typ
mit einem Paar pulsierender Brenner (10a, 10b), die miteinander verbunden sind, um pulsierende Verbrennungen in Gegenphase ausführen zu können, und
mit Verbrennungssteuereinrichtungen (40a, 40b, 46, 48) zum Betreiben der zwei pulsierenden Brenner (10a, 10b), während sie die zugeführte Menge an Verbrennungsluft in Abhängigkeit zur Menge an Brennstoff steuern, die dem Paar pulsierender Brenner (10a, 10b) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungs steuereinrichtungen (40a, 40b, 46, 48) eine Steuerfunktion ausüben, um die Verbrennung in einem der pulsierenden Brenner (10a, 10b) zu stoppen, wenn die Verbrennungs menge eine festgesetzte Verbrennungsmenge erreicht oder unterschreitet und um Brennstoff und Verbrennungsluft zu dem anderen der pulsierenden Brenner (10b, 10a) zu zuführen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Ein richtungen (12, 14, 24a, 24b, 32a, 32b) zum Verbinden des Paars pulsierender Brenner (10a, 10b) an den strom auf- und stromabliegenden Seiten ihrer Luftwege.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungssteuereinrichtungen (40a, 40b, 46, 48) eine Steuerung ausüben, um den zu betreibenden pulsierenden Brenner in einem vorbestimmten Zeitinter vall auszutauschen, wenn die Verbrennungsmenge eine festgesetzte Verbrennungsmenge erreicht oder unter schreitet.