DE4333751A1 - Regelsystem für einen mit Brennstoff betriebenen Wärmeerzeuger, insbesondere Wassererhitzer - Google Patents
Regelsystem für einen mit Brennstoff betriebenen Wärmeerzeuger, insbesondere WassererhitzerInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Regelsystem nach der Gattung des
Hauptanspruchs. Bei bekannten Regelsystemen dieser Gattung
(DE 28 55 012 A1) ist als Meßfühler ein Feststoffelektrolyt vorge
sehen, der den Sauerstoffgehalt des Abgases erfaßt und bei welchem
durch Überwachung des Sauerstoffgehaltes eine Minimierung der Luft
zahl (Brennstoff-Luftverhältnis) und damit der Abgasverluste ange
strebt wird. Bei dieser Anordnung muß jedoch ein gewisser Sicher
heitsabstand zu den Grenzwerten von CO und NOx-Gehalt eingehalten
werden, um unterschiedlichen Brennstoffzusammensetzungen, Luft
druck- und Temperaturänderungen, mechanischen Toleranzen der Geräte
und anderen Einflüssen Rechnung zu tragen.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Sicherheitsab
stand zu mindestens einer der genannten Abgaskomponenten entfällt,
so daß die Verbrennung an oder möglichst nahe an dem zulässigen
Grenzwert dieser Komponente geregelt und dadurch der Energie- und
Abgasverlust der Verbrennung beziehungsweise die Schadstoffemission
möglichst klein gehalten werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteil
hafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß im Abgas
weg des Wärmeerzeugers zwei Meßfühler vorgesehen sind, von denen der
eine den CO-Gehalt und der andere den NOx-Gehalt erfassend ausge
bildet ist. Dadurch ist sichergestellt, daß keine der beiden ge
nannten Abgaskomponenten den zulässigen Grenzwert überschreiten kann.
Bei Regelsystemen mit katalytischen Brennern beziehungsweise
katalytischer Abgasreinigung sieht die Erfindung einen den CO-Gehalt
im Abgas erfassenden Meßfühler vor, und daß die Luftzahl auf einen
kurz vor dem Steilanstieg des CO-Gehalts liegenden Betriebspunkt
zurückgeregelt ist. Bei diesem Betriebspunkt, bei dem auch der
NOx-Gehalt unter dem zulässigen Grenzwert liegt, läuft die Ver
brennung annähernd stöchiometrisch ab, wobei sich minimale Emis
sionswerte ergeben.
In weiterer Ausgestaltung dieser Anordnung kann zusätzlich ein den
NOx-Gehalt im Abgas erfassenden Meßfühler vorgesehen und die Summe
aus beiden gemessenen Abgaskomponenten auf ein Minimum geregelt
sein. Zur Berücksichtigung der unterschiedlichen Grenzwerte beider
Abgaskomponenten kann vor der Summenbildung jede Komponente mit
einem Faktor gewertet werden.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein für beide Ausführungsbeispiele gültiges
Regelsystem in schematischer Darstellung und die Fig. 2 und 3
Funktionsschaubilder eines konventionellen und eines katalytischen
Brenners, in welchen die Abgasemissionen von CO und NOx des
Brenners über der Luftzahl des Zuge führten Brennstoff-Luftgemisches
aufgetragen sind.
Das erfindungsgemäße Regelsystem für einen vorzugsweise mit Gas
betriebenen Wärmeerzeuger 10, zum Beispiel einen Wassererhitzer für
Heizung und/oder Warmwasserbereitung hat im Abgasweg 12 einen den
CO-Gehalt der Abgase erfassenden Meßfühler 14 und einen deren
NOx-Gehalt erfassenden Meßfühler 16. Beide Meßfühler 14, 16 sind
mit einem Regler 18 verbunden, der über ein Stellglied 20 auf eine
Brennstoffleitung 22 und ein Stellglied 24 auf eine Luftleitung 26
einwirkt. Die beiden Leitungen 22, 26 führen zu einer Mischein
richtung im Wärmeerzeuger 10, welche dessen Brenner vorgeschaltet
ist.
Der Regler 18 steuert bei einem Wärmeerzeuger 10 mit konventionellem
Brenner das Brennstoff-Luftverhältnis (die Luftzahl) so, daß die
Verbrennung an dem Grenzwert der einen Abgaskomponente CO be
ziehungsweise NOx erfolgt, der niedriger als der Grenzwert der
anderen Abgaskomponente ist. Das ist im Schaubild nach Fig. 2 ver
deutlicht, in welchem die Abgasemissionen von NOx mit einer voll
ausgezogenen Kennlinie 30 und jene von CO mit einer gestrichelten
Kennlinie 32 über der Luftzahl Lambda aufgetragen sind. In das
Schaubild sind ferner die Grenzwertlinien 34 für den zulässigen
NOx-Gehalt und die Grenzwertlinie 36 für den zulässigen CO-Gehalt
aufgetragen.
Der Sollwert der Regelung ist erfindungsgemäß auf den Betriebspunkt
P gelegt, dessen Ordinate 38 die Kennlinie 30 für den NOx-Gehalt
an jenem Punkt 40 schneidet, durch den auch die Grenzwertlinie 34
für diese Abgaskomponente geht. Die Regelabweichung ist in Richtung
des Luftzahlanstiegs gelegt, so daß der zulässige Grenzwert von
NOx mit Sicherheit nicht überschritten wird. Wie das Schaubild
nach Fig. 2 ferner zeigt, kann durch entsprechende Ausbildung be
ziehungsweise Auslegung aller die Verbrennung beeinflussenden Größen
die Kennlinie 32 des CO-Gehalts so verlaufen, daß die Ordinate 38
des Betriebspunktes P auch die Kennlinie 32 gemeinsam mit der Grenz
wertlinie 36 dieser Abgaskomponente in einem gemeinsamen Punkt 42
schneidet.
Beim katalytischen beziehungsweise mit einer katalytischen Abgas
reinigung arbeitenden Brenner nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Verbrennung nahezu stöchiometrisch mit der Luftzahl 1.
Im Schaubild nach Fig. 3 ist die Abgasemission von NOx mit einer
voll ausgezogenen Kennlinie 46 und die CO-Emission mit der ge
strichelten Kennlinie 48 über der Luftzahl Lambda aufgetragen.
Ferner sind auch in dieses Schaubild die Grenzwertlinien 34 und 36
für NOx- und CO-Gehalt eingezeichnet.
Bei der Luftzahl 1 fällt die CO-Kennlinie 48 auf einen nahe Null
liegenden Wert ab und auch die NOx-Emission ist, wie die Kennlinie
46 zeigt, beim Wert 1 der Luftzahl stark vermindert. Die Regelung
erfolgt vorteilhaft so, daß ausgehend von einer etwas über dem Wert
1 liegenden Luftzahl die Luftmenge stetig vermindert wird, bis der
CO-Gehalt im Abgas plötzlich ansteigt. Die Verbrennung erfolgt
danach geregelt in dem Betriebsbereich 50, in welchem beide Abgas
komponenten die zulässigen Grenzwerte dicht überschreiten be
ziehungsweise unterhalb diesen Grenzwerten liegen und die Emissions
werte ein Minimum erreichen.
Zusätzlich zum CO-Gehalt des Abgases kann auch der NOx-Gehalt er
faßt und die Stimme aus beiden Abgaskomponenten auf ein Minimum ge
regelt werden. Zur Berücksichtigung der unterschiedlichen Grenzwerte
der beiden Abgaskomponenten kann bei der Summenbildung jede Kompo
nente mit einem Faktor gewichtet werden. Bei kontinuierlicher
Messung und Regelung bleibt der als ideal erkannte Betriebspunkt
auch bei Änderung der die Verbrennung beeinflussenden Faktoren er
halten.
Claims (5)
1. Regelsystem für einen mit Brennstoff betriebenen Wärmeerzeuger,
insbesondere Wassererhitzer, mit einer Mischeinrichtung für das den
Brenner zugeführte Brennstoff-Luftgemisch und einem mit einem Meß
fühler im Abgasweg versehenen Regler, der das Brennstoff-Luftver
hältnis (die Luftzahl) im Sinne einer Minimierung der Abgasverluste
beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (14, 16) auf
CO beziehungsweise NOx im Abgas ansprechend und den Volumengehalt
dieser Abgaskomponenten erfassend ausgebildet ist, und daß der
Regler (18) das Brennstoff-Luftverhältnis (die Luftzahl) im Sinne
der Einhaltung beziehungsweise kleinstmöglichen Unterschreitung der
zulässigen Grenzwerte von CO beziehungsweise NOx steuernd ausge
führt ist.
2. Regelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ab
gasweg zwei Meßfühler (14, 16) vorgesehen sind, von denen der eine
den CO-Gehalt und der andere den NOx-Gehalt erfassend ausgebildet
ist.
3. Regelsystem nach Anspruch 1, für einen Wärmeerzeuger, der mit
einem katalytischen Brenner beziehungsweise einer katalytischen
Abgasreinigung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein den
CO-Gehalt im Abgas erfassender Meßfühler (14) vorgesehen und die
Luftzahl auf einen kurz vor dem Steilanstieg des CO-Gehalts liegen
den Betriebspunkt p zurückgeregelt ist.
4. Regelsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein den
NOx-Gehalt im Abgas erfassender Meßfühler (16) vorgesehen und die
Summe aus den gemessenen Werten der beiden Abgaskomponenten auf ein
Minimum geregelt ist.
5. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der
Summenbildung jede gemessene Komponente mit einem Faktor gewichtet
ist.
Priority Applications (2)
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DE4333751A DE4333751A1 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Regelsystem für einen mit Brennstoff betriebenen Wärmeerzeuger, insbesondere Wassererhitzer |
EP94115246A EP0646752A1 (de) | 1993-10-04 | 1994-09-28 | Regelsystem für einen mit Brennstoff betriebenen Wärmeerzeuger, insbesondere Wassererhitzer |
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DE4333751A DE4333751A1 (de) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | Regelsystem für einen mit Brennstoff betriebenen Wärmeerzeuger, insbesondere Wassererhitzer |
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DE4333751A1 true DE4333751A1 (de) | 1995-04-06 |
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ID=6499344
Family Applications (1)
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Country Status (2)
Country | Link |
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EP (1) | EP0646752A1 (de) |
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