DE4420296C2 - Gas-Luft-Verhältnisregler und dessen Verwendung in einer Gasbrennereinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gas-Luft-Verhältnisregler für Gasbrenner mit einem Gehäuse, das in voneinander getrennte Hohlräume mündende Zufuhröffnungen für Luft und für Brenngas auf­ weist, wobei die Hohlräume Auslaßöffnungen aufweisen. Die Erfindung betrifft auch die Ver­ wendung eines derartigen Gas-Luft-Verhältnisreglers in einer damit ausgestatteten Gasbren­ nereinheit mit einem ein Brennergehäuse und einen Düsenkörper aufweisenden Brenner, der Einlaßöffnungen für Luft und für Brenngas aufweist, die in eine Brennkammer münden.

Derartige Gas-Luft-Verhältnisregler sind von der Firma Landis und Gyr unter der Bezeichnung SKP5O bekannt. Dieser Gas-Luft-Verhältnisregler weist Anschlüsse für Luft und für Gas auf, die in durch Membranen gasdicht voneinander getrennte Hohlräume münden. Dabei arbeitet die Luftführung nach dem Prinzip einer Venturidüse, d. h. von der regulären Luftzufuhrleitung zum Brenner werden Leitungen geringeren Querschnitts in das Reglergehäuse geführt, dort wird durch die Luftströmung in der Zuleitung zum Brenner ein Unterdruck erzeugt, dieser Unterdruck wird auf die mit der Gasleitung verbundenen Kammern über eine Membran übertragen und durch den Unterdruck in den mit der Gasleitung verbundenen Hohlräumen des Reglers wird ein Ventil in der Gaszuleitung zum Brenner betätigt (Differenzdruckverhältnisregler). Diese Rege­ lung hat unter anderem den wesentlichen Nachteil, daß der Gasstrom stets erst nach dem Luft­ strom verändert wird, d. h. die Regelung des Gastroms wird "nachgezogen", so daß die Rege­ lung sehr träge ist. Viele Anwendungsfälle verlangen jedoch eine sehr schnelle Regelung der Brennerleistung, bei denen der bei der beschriebenen Regelung stattfindende Einschwingvor­ gang zuviel Zeit beansprucht. Zudem ist die Regelung sehr störanfällig beispielsweise gegen Verschmutzungen in den Zuleitungen oder dadurch, daß sich aufgrund der Verwendung komprimierbarer Medien das Regelverhalten ändert, sobald sich beispielsweise die Charakteri­ stiken der verwendeten Membranen ändern (Alterung usw.). Da immer höhere Anforderungen an die Schadstoffarmut von Brennern gestellt werden, besteht zunehmend Bedarf an Reglern, die eine konstante hohe Flammenqualität im gesamten Leistungsbereich aufweisen. Diese An­ forderungen werden von dem beschriebenen Verhältnisregler nicht optimal gelöst, da aufgrund des Regelungsprinzips eine Änderung des Luftstroms die Änderung des Gasstromes nach sich zieht, so daß die Flammenqualität entsprechend der schwankenden Gas-Luft-Zusammenset­ zung ebenfalls schwankt. In der Praxis hat sich erwiesen, daß das Luft-Gasverhältnis ohne eine Korrektur nicht über den gesamten Leistungsbereich des Reglers konstant gehalten werden kann. Zudem sorgen die sehr störanfälligen Ventilklappen für Regelungenauigkeiten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Regler sowie einen regelbaren Gas­ brenner bereitzustellen, die wartungsarm und zuverlässig eine über den gesamten Regelbe­ reich konstante Flammenqualität bei niedriger Schadstoffemission ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für einen Gas-Luft-Verhältnisregler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß zwischen der Zufuhröffnung und der Auslaßöffnung für Brenngas und zwischen der Zufuhröffnung und der Auslaßöffnung für Luft jeweils mindestens ein Ventil angeordnet ist, das ein axial bewegliches Gestänge aufweist, wobei ein einen Ventil­ teller bildendes Gestängeende in einen an der jeweiligen Auslaßöffnung angeordneten Ventil­ sitz mündet und das andere Gestängeende in Achsrichtung des Gestänges einen konstanten Abstand zur Umfangsfläche jeweils einer auf einer Welle angeordneten Kurvenscheibe auf­ weist, daß die dem Gestänge des Gasventils zugeordnete Kurvenscheibe auf der gleichen, drehbaren Welle wie die dem Gestänge des Luftventils zugeordnete Kurvenscheibe angeordnet ist, daß beide Kurvenscheiben auf der Welle getrennt voneinander fixierbar und verstellbar sind und daß die Welle in dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Durch eine derartige Anordnung ist es möglich, das Gas-Luftverhältnis durch separate Einstellung beider Ventile vorzugeben bzw. fest einzustellen, und zwar durch Verstellung der Kurvenscheiben. Durch gemeinsame Drehung der Kurvenscheiben mittels der Welle erfolgt die Regelung der Brennerleistung, wobei über den gesamten Regelbereich linear geregelt wird. Bei Einsatz verschiedener Brennergase erfolgt die Berücksichtigung unterschiedlicher Gascharakteristiken durch die Wahl der entspre­ chenden Kurvenscheibencharakteristik. Die Regelung ist sehr konstant, so daß eine stabile Flammenqualität erzeugt wird. Insbesondere kann die Flamme durch Einstellung der Kurven­ scheiben so reguliert werden, daß sie über den gesamten Leistungsbereich eine sehr niedrige Schadstoffemission aufweist. Die Welle kann beispielsweise mit einem Motor angetrieben wer­ den, der von einer Temperaturüberwachung angesteuert wird. Der Regler reagiert sehr schnell, d. h. durch die Linearität des Luft-Gasverhältnisses wird eine sehr schnelle Regelung der Ener­ gie realisiert. Daraus und durch die präzise Einstellung des Gas-Luftverhältnisses ergibt sich ei­ ne bessere Verbrennung und damit eine optimale Energieausnutzung. Zudem weist der Regler keine störanfälligen Klappenventile auf. Außerdem kann der Luft- bzw. Gasdruck in den Berei­ chen vor den Ventilen relativ hoch sein, da durch die Ventile gleichzeitig eine Druckreduzierung in den gasführenden Räumen nach den Ventilen bewirkt wird. Dadurch wird der Einfluß von Verunreinigungen im Luft- bzw. Gaszuleitungssystem weitestgehend ausgeschlossen. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß der Luft- bzw. Gasdruck vor den Ventilen mindestens das 9 bis 10-fache des entsprechenden Drucks hinter den Ventilen betragen kann. Dadurch bleibt die Flammenqualität beispielsweise auch dann praktisch konstant, wenn die Luftzufuhr zu dem Ventil sehr stark reduziert wird.

Zweckmäßig ist es, daß die Kurvenscheiben jeweils zwei relativ zueinander bewegliche Teile aufweisen. Die Achsen der Kurvenscheiben können vorteilhafterweise parallel zu der Achse der Welle verstellbar sein. Dadurch ist eine einfache und genaue Justiermöglichkeit für die Kurven­ scheiben gegeben.

Vorteilhaft ist es, daß die Gestänge mittels Federkraft gegen die Kurvenscheiben gedrückt sind, wobei die Federkraft durch eine Spiralfeder erzeugt werden kann, um eine stabile Lage der Ge­ stänge zu den jeweiligen Kurvenscheiben zu garantieren. Die Gestänge können zweckmäßiger­ weise aus mehreren Teilen bestehen, so daß einzelne Teile gegeneinander ausgetauscht wer­ den können. Dadurch kann beispielsweise eine Grobvoreinstellung vorgenommen werden. Vor­ teilhaft ist es, daß das der Kurvenscheibe zugewandte Gestängeende gasdicht von den übrigen Gestängeteilen getrennt ist. Dabei kann zwischen dem der Kurvenscheibe zugewandten Ge­ stängeende und den übrigen Gestängeteilen eine gasdichte Membran angeordnet sein, um ei­ nen unerwünschten Austritt von Brenngas aus dem Gehäuse zu verhindern.

Zweckmäßig ist es, daß das Gestänge an der Umfangsfläche der Kurvenscheibe anliegt, da da­ durch eine stabile Verbindung zwischen Kurvenscheibe und Gestänge gesichert ist. Alternativ könnte zwischen dem Gestänge und der Kurvenscheibe auch ein Abstandselement anderer Art angeordnet sein, das einen konstanten Abstand des Gestänges zur Umfangfläche der Kurvenscheibe sichert. Zweckmäßigerweise sind die Kurvenscheiben mittels Stellschrauben verstellbar.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch von einer Gasbrennereinheit mit einem erfindungsge­ mäßen Gas-Luft-Verhältnisregler und mit einem ein Brennergehäuse und einen Düsenkörper aufweisenden Brenner, der Einlaßöffnungen für Luft und für Brenngas aufweist, die in eine Brennkammer münden dadurch gelöst, daß das Brennergehäuse einen Bestandteil des Gehäu­ ses des Gas-Luft-Verhältnisreglers bildet. Durch eine solche unmittelbare Anordnung des Bren­ ners an dem Gas-Luft-Verhältnisregler werden unter Beibehaltung der Vorteile des Gas-Luft- Verhältnisreglers zusätzlich durch lange Leitungen erzeugte Prozeßdruckschwankungen ver­ mindert und die Reaktionszeit verringert. Eine derartige Gasbrennereinheit ist sehr kompakt und mit geringem Aufwand montierbar. Vorzugsweise sind dabei die Auslaßöffnungen für Luft und für Brenngas mit den jeweiligen Einlaßöffnungen in die Brennkammer für Luft und für Brenngas starr verbunden, insbesondere ist es zweckmäßig, den Ventilsitz mindestens einer Auslaßöffnung an dem Düsenkörper anzuordnen, da dadurch zusätzliche Bauteile vermieden werden. Vorteilhaft kann es sein, daß der Ventilsitz der Auslaßöffnung für Luft an dem Düsen­ körper angeordnet ist.

Es ist zweckmäßig, daß die Auslaßöffnung für Luft in mindestens eine Verteilerkammer mün­ det, von der Einlaßöffnungen in die Brennkammer führen und Verteilerdüsen in einen Zwi­ schenraum zwischen Düsenkörper und Gehäuse münden, wobei dieser Zwischenraum den Dü­ senkörper ringförmig umgibt und in Richtung des Flammenaustritts offen ist. Dadurch werden die vorbeschriebenen Vorteile des Überdrucks vor dem Ventil genutzt und es findet eine Vertei­ lung der Luft hinter dem Ventil derart statt, daß zum einen Luft direkt dem Brennraum zugeführt wird, in dem sie mit dem Gas gemischt wird und zum anderen kann ein Teil der Luft an dem Düsenkörper vorbei als Parallelstrom in Flammrichtung austreten.

Für eine optimale Mischung von Luft und Brenngas in der Brennkammer sind die durch die Ein­ laßöffnungen in dem Düsenkörper gebildeten Kanäle für Luft und für Brenngas derart angeord­ net, daß sie nichtparallel in die Brennkammer münden. Insbesondere ist es zweckmäßig, daß die Einlaßöffnungen für Gas innerhalb des durch ringförmig angeordnete Einlaßöffnungen für Luft gebildeten Raumes angeordnet sind. Dadurch können Gas und Luft einen Kreuzstrom in der Brennkammer bilden und so optimal gemischt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gas-Luft-Verhältnisregler im Querschnitt und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Gasbrennereinheit im Querschnitt.

Der Gas-Luft-Verhältnisregler weist ein Gehäuse 1 auf mit einem Hohlraum 2, in den durch die Zufuhröffnung 3 Luft eingeleitet werden kann. Diese Luft wird nach Passieren des Ventils 4 durch die Auslaßöffnung 5 einem oder mehreren Gasbrennern zugeführt. Dieser Gas-Luft-Ver­ hältnisregler, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, weist weiterhin einen Hohlraum 6 auf, in den das Brenngas durch die Zufuhröffnung 7 geleitet wird. Das Brenngas passiert das Ventil 8 und wird durch die Auslaßöffnung 9 dem Brenner zugeführt. Im Falle des in Fig. 1 dargestellten Reglers wird die Luft durch die Gehäuseöffnung 18 und das Gas durch die Gehäuseöffnung 19 einem in der Figur nicht dargestellten Brenner zugeführt.

Beide Ventile 4; 8 weisen Gestänge 12; 13 auf, deren eine Seite einen Ventilteller 14; 15 bildet, der in den Ventilsitz 16; 17 eingreift. Die Gestänge 12; 13 weisen an ihren den Ventiltellern 14; 15 abgewandten Enden austauschbare Steckbolzen 20; 21 auf, die in den Steuerraum 22 münden, in dem die Welle 23 angeordnet ist, die die Kurvenscheiben 24; 25 trägt. Die Kurvenscheiben 24; 25 sind dabei an direkt auf der Welle befestigten Arretierbuchsen 26; 27 gelagert, und mittels Stellschrauben 28; 29 arretierbar bzw. justierbar. Die Steckbolzen 20; 21 liegen an der Umfangsfläche der jeweiligen Kurvenscheiben 24; 25 an, wodurch bei Drehung der Welle 23 die Gestänge 12; 13 axial bewegt werden. Um ein sicheres Anliegen der Gestänge 12; 13 bzw. der Steckbolzen 20; 21 an den Kurvenscheiben 24; 25 zu gewährleisten, werden die Gestänge 12; 13 mittels Spiralfedern 30; 31 gegen die Kurvenscheiben 24; 25 gedrückt. Dabei ist in dem in Fig. 1 dargestellten Gas-Luft-Verhältnisregler zwischen dem Steckbolzen 21 und dem übrigen Gestänge 13 des Gas-Ventils 8 eine elastische, gasdichte Membran 32 angeordnet, um ein unbeabsichtigtes Ausströmen des Brenngases aus dem Gehäuse 1 zu verhindern.

Durch die Wahl der Länge der Steckbolzen 20; 21 kann eine feste Voreinstellung der Ventile 4; 8 vorgenommen werden. Eine exakte Regulierung des Gas-Luft-Verhältnisses erfolgt durch Verdrehen entweder nur einer oder beider Kurvenscheiben 24; 25 auf der Achse 23. Statt des Verdrehens kann diese Einstellung auch mittels der Stellschrauben 28; 29 vorgenommen werden, mittels derer der Abstand der Kurvenscheibenumfangsflächen zur Welle 23 verändert werden kann. Die Kurvenscheibencharakteristik wird entsprechend der verwendeten Brenngase ge­ wählt. Statt der in Fig. 1 dargestellten Form der Kurvenscheibe ist es auch denkbar, eine Kreisscheibe exzentrisch auf der Welle 23 anzuordnen. In einem solchen Fall stellt die Kreis­ scheibe die Kurvenscheibe 24; 25 dar.

Die Welle 23 kann entweder manuell oder mittels eines Motors bewegt werden, wobei der Mo­ tor von einer Temperaturmeßeinrichtung angesteuert werden kann, die die Temperatur in dem zu beheizenden Raum mißt und nach Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert den der Ein­ fachheit halber in Fig. 1 nicht dargestellten Motor derart betätigt, daß die Ventile 4; 8 entweder weiter öffnen oder weiter schließen (in Fig. 1 sind die Ventile 4; 8 in Ruhestellung, d. h., ge­ schlossen dargestellt), um die dem in Fig. 1 nicht dargestellten Brenner bzw. den Brennern zugeführte Luft-Gasmenge und dadurch die Brennerenergie zu regeln. An die Gehäuseöffnun­ gen 18; 19 kann über entsprechende Leitungen entweder ein einzelner Gasbrenner oder eine Vielzahl von Gasbrennern über eine entsprechende Leitungsverzweigung angeschlossen werden.

Eine besondere Anordnung ist die in Fig. 2 dargestellte Gasbrennereinheit. Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Gas-Luft-Verhältnisregler ist in diesem Fall der Brenner direkt an dem Gas-Luft-Verhältnisregler angeschlossen, in dem das Brennergehäuse 33 in das Ge­ häuse 1 integriert ist. Um die Montage zu vereinfachen, ist das Brennergehäuse 33, das den Düsenkörper 34 beinhaltet, an den übrigen Teil des Gehäuses 1 angeflanscht. Der Ventilsitz 16 ist direkt an dem Düsenkörper 34 angeordnet, er mündet in eine Verteilerkammer 35, von der Einlaßöffnungen 36 in den Brennraum 37 münden. Außerdem führen von der Verteilerkammer mehrere Verteilerdüsen 38 in einen Zwischenraum 39, der den Düsenkörper 34 ringförmig um­ gibt und durch den hindurch die Luft als Parallelstrom aus der Vorderseite des Brenners aus­ tritt. Die Einlaßöffnungen 36 münden ringförmig in den Brennraum 37 und umgeben die Einlaß­ öffnungen 40, durch die das Brenngas dem Brennraum 37 zugeführt wird. Die Einlaßöffnungen 36 sind Achsparallel und die Einlaßöffnungen 40 schräg dazu angeordnet, so daß in der Brenn­ kammer ein Kreuzstrom von Luft und Brenngas entsteht, der eine optimale Durchmischung gewährleistet.

Durch Öffnungen 41 können eine Zündkerze, eine Flammenüberwachungseinrichtung und/oder andere Beobachtungs- oder Meßeinrichtungen in den Brennraum 37 eingeführt werden.

Der Flammenaustritt wird von einem Flammenrohr 42 umgeben. In Fig. 2 ist der auf der Welle 23 angeordnete Motor 43 gestrichelt angedeutet. An die Zufuhröffnung 3 für Luft kann ei­ ne Rohrleitung angeschlossen sein, die mit einem Gebläse verbunden ist. Es ist jedoch auch möglich, das Gebläse direkt an der Zufuhröffnung 3 anzuordnen.

Claims (17)

1. Gas-Luft-Verhältnisregler für Gasbrenner mit einem Gehäuse, das in voneinander ge­ trennte Hohlräume mündende Zufuhröffnungen für Luft und für Brenngas aufweist, wobei die Hohlräume Auslaßöffnungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zufuhröffnung (7) und der Auslaßöffnung (9) für Brenngas und zwi­ schen der Zufuhröffnung (3) und der Auslaßöffnung (5) für Luft jeweils mindestens ein Ventil (8; 4) angeordnet ist, das ein axial bewegliches Gestänge (13; 12) aufweist, wobei ein einen Ventilteller (15; 14) bildendes Gestängeende in einen an der jeweiligen Auslaß­ öffnung (9; 5) angeordneten Ventilsitz (17; 16) mündet und das andere Gestängeende in Achsrichtung des Gestänges (13; 12) einen konstanten Abstand zur Umfangsfläche je­ weils einer auf einer Welle (23) angeordneten Kurvenscheibe (25; 24) aufweist, daß die dem Ge­ stänge (13) des Gasventils (8) zugeordnete Kurvenscheibe (25) auf der gleichen, drehba­ ren Welle (23) wie die dem Gestänge (12) des Luftventils (4) zugeordnete Kurven­ scheibe (24) angeordnet ist, daß beide Kurvenscheiben (25; 24) auf der Welle (23) ge­ trennt voneinander fixierbar und verstellbar sind und daß die Welle (23) in dem Ge­ häuse (1) drehbar gelagert ist.

2. Gas-Luft-Verhältnisregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven­ scheiben (24; 25) jeweils zwei relativ zueinander bewegliche Teile aufweisen.

3. Gas-Luft-Verhältnisregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ach­ sen der Kurvenscheiben (24; 25) parallel zu der Achse der Welle (23) verstellbar sind.

4. Gas-Luft-Verhältnisregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestänge (12; 13) mittels Federkraft gegen die Kurvenscheiben (24; 25) gedrückt sind.

5. Gas-Luft-Verhältnisregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Federkraft eine Spiralfeder (30; 31) vorgesehen ist.

6. Gas-Luft-Verhältnisregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestänge (12, 13) aus mehreren Teilen bestehen.

7. Gas-Luft-Verhältnisregler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kur­ venscheibe (24; 25) zugewandte Gestängeende gasdicht von den übrigen Gestängeteilen getrennt ist.

8. Gas-Luft-Verhältnisregler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem der Kurvenscheibe (24; 25) zugewandten Gestängeende und den übrigen Gestängeteilen eine gasdichte Membran (32) angeordnet ist.

9. Gas-Luft-Verhältnisregler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (12; 13) an der Umfangsfläche der Kurvenscheibe (24; 25) anliegt.

10. Gas-Luft-Verhältnisregler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheiben (24; 25) mittels Stellschrauben (28; 29) verstellbar sind.

11. Verwendung des Gas-Luft-Verhältnisreglers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Gasbrennereinheit mit einem ein Brennergehäuse und einen Düsenkörper aufweisenden Brenner, der Einlaßöffnungen für Luft und für Brenngas aufweist, die in eine Brennkam­ mer münden, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennergehäuse (33) einen Bestandteil des Gehäuses (1) des Gas-Luft-Verhältnisreglers bildet.

12. Verwendung des Gas-Luft-Verhältnisreglers nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (5; 9) für Luft und für Brenngas mit den jeweiligen Einlaßöffnun­ gen (36; 40) für Luft und für Brenngas starr verbunden sind.

13. Verwendung des Gas-Luft-Verhältnisreglers nach Anspruch 11 oder 12; dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilsitz (16; 17) mindestens einer Auslaßöffnung (5; 9) an dem Dü­ senkörper (34) angeordnet ist.

14. Verwendung des Gas-Luft-Verhältnisreglers nach Anspruch 13; dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (16) der Auslaßöffnung (5) für Luft an dem Düsenkörper (34) angeord­ net ist.

15. Verwendung des Gas-Luft-Verhältnisreglers nach einem der Ansprüche 11 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (5) für Luft in mindestens eine Verteiler­ kammer (35) mündet, von der Einlaßöffnungen (36) in die Brennkammer (37) führen und Verteilerdüsen (38) in einen Zwischenraum (39) zwischen Düsenkörper (34) und Gehäu­ se (33) münden, wobei dieser Zwischenraum (39) den Düsenkörper (34) ringförmig um­ gibt und in Richtung des Flammenaustritts offen ist.

16. Verwendung des Gas-Luft-Verhältnisreglers nach einem der Ansprüche 11 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die durch die Einlaßöffnungen (36; 40) in dem Düsenkörper (34) gebildeten Kanäle für Luft und für Brenngas nichtparallel in die Brennkammer (37) münden.

17. Verwendung des Luft-Gas-Verhältnisreglers nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (40) für Gas innerhalb des durch ringför­ mig angeordnete Einlaßöffnungen (36) für Luft gebildeten Raumes angeordnet sind.