DE69314153T2 - Gasbrenngerät mit atmosphärischem Brenner und Verfahren zur Regelung der Luft in das Gerät - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsvorrichtungen für gasförmige Brennstoffe und insbesondere ein Verfahren zum Steuern der Luftströmung in einer Gasverbrennungsvorrichtung mit atmosphärischem bzw. gebläselosem Brenner sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wie sie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 7 offenbart sind.
• Die Erfindung findet Anwendung auf eine Vorrichtung mit einem hyperstöchiometrischen Vormischbrenner, d.h. einem solchen, bei dem Primärluft dem Gas im Brenner in größerer Menge als für eine stöchiometrische Verbrennung erforderlich zugemischt wird.
• Eine bekannte Vorrichtung weist einen gebläselosen Brenner nach DE-A- 4 207 814, eine Brennkammer sowie Mittel auf, um in der Brennkammer einen Unterdruck relativ zum Bereich der Brenngasausströmdüsen zu erzeugen.
• Der aus der DE-A-4 207 814 bekannte Brenner weist mit den Düsen koaxiale Ansaug- und Mischkanäle, in Strömungsverbindung mit den Kanälen stehende Diffuser zur Ausgabe eines Gas-/Primärluft-Gemisches in die Brennkammer, eine Einrichtung zum Erfassen einer Temperatur in der Vorrichtung sowie eine Einrichtung auf, um den Zustrom der in die Kanäle eingesaugten Primärluft entsprechend der erfaßten Temperatur so zu regeln, daß das Mischungsverhältnis massenmäßig konstant bleibt.
• Aus der DE-A-2 631 718 ist eine Heizvorrichtung bekannt, die einen Gasbrenner und eine Regelung zum Konstanthalten des Brennerwirkungsgrads aufweist. Die Regelung bewirkt eine Änderung der in die Vorrichtung eingeführten Gesamt-Luftströmung als Funktion einer in der Brennkammer oder unter dem Brenner erfaßten Temperatur.
• Die DE-A-3 918 855 lehrt einen Zwangsluft-Gasbrenner mit einer Anordnung zum Regeln der einem Gas zugemischten Gesamtluftmenge als Funktion einer erfaßten Flammentemperatur.
• Bei Vorrichtungen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 und 7 offenbarten Art entsteht ein Problem, wenn anstelle des Standard-Gases, auf das die Vorrichtung eingestellt ist, ein zum Flammabriß neigendes Gas, ein sogen. "schlecht brennendes" oder ein sogen. "rückschlagendes" Gas aus der gleichen Gasfamilie eingespeist wird. Insbesondere kann die Diffusertemperatur gelegentlich einen kritischen Gefahrenwert erreichen; bei anderer Gelegenheit kann die Flamme instabil werden, so daß das Brenngas schlecht verbrennt.
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7 anzugeben, mit denen sich das oben diskutierte Problem beseitigen läßt.
• Dieses Ziel wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung erreicht, wie sie allgemein in den dieser Beschreibung beigefügten Ansprüchen 1 und 7 definiert und gekennzeichnet sind.
• Das Verständnis der Erfindung wird durch Rückgriff auf die folgende Beschreibung einiger beispielhafter und die Erfindung nicht eingrenzender Ausführungsformen und auf die beigefügten Zeichnungen erleichtert.
• Fig. ist eine schaubildliche Schnittdarstellung einer bekannten Gasverbrennungsvorrichtung;
• Fig. 2 ist eine vergrößerte Perspektivdastellung einer Teils der Vorrichtung in Fig. 1 mit einem gebläselosen Brenner;
• Fig. 3A ist eine schaubildliche Schnittdarstellung einer Vorrichtung nach eine Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 3B und 3C zeigen Variationen der Vorrichung der Fig. 3A; und
• Fig. 4, 5 und 6 zeigen als schaubildliche Schnittdarstellungen Gasverbrennungsvorrichtungen mit Mitteln zum Regeln der Sekundärluftströmung.
• Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen gebläselosen Brenner 10, eine Brennkammer 11, einen Wärmetauscher 12 und ein Gebläse 13 auf, die allesamt in einer Kammer 14 angeordnet sind, die in diesem Beispiel vertikal verläuft.
• Wie am besten in der Fig. 2 gezeigt, weist der Brenner einen Kanal 15 mit Rechteckquerschnitt auf, der mit wegbebrochener Wand und mit einer Anschlußarmatur 16 an eine Gasspeiseleitung angeschlossen gezeigt ist. Der Kanal trägt eine Vielzahl von parallel von ihm abstehenden Düsen 17. Jeder Düse 17 ist ein Kanal 18 in einer Metallkonstruktion in Form einer Venturidüse zugeordnet, deren Zulaufende in einem vorgegebenen Abstand zur Düse und - in diesem Beispiel - koaxial mit dieser liegt, um Primärluft einzuziehen und sie dem aus der Düse austretenden Gas zuzumischen. Jede Venturidüse 18 führt das Gas-/Primärluft-Gemisch durch einen Verbindungskanal 18' in ein diffundierendes Kastenelement 19, dessen der Brennkammer zugewandte Seite mehrere Öffnungen 20 enthält.
• Wie ersichtlich, sind die Venturidüsen 18, ihre Verbindungskanäle 18' und die Diffuser-Kastenelemente 19 in baulich gleichen Gruppen seitlich nebeneinander und beabstandet so angeordnet, daß die Lochseiten der Diffuser-Kastenelemente 19 in einer Ebene ein Bett bilden, das in diesem Fall waagerecht verläuft und aus dem die Flammen austreten.
• Der Unterteil des Brenners 10 ist in eine kastenförmige Konstruktion 23 (teilweise weggebrochen in der Fig. 2 gezeigt) eingeschlossen, deren Kanten den Wandungen der Brennkammer 11 entssprechen, wobei eine Wand 24 zwischen den Düsen 17 und den Venturidüsen quer zu den Achsen der letzteren verläuft. Diese Wand enthält am Ort jeder Düse eine kreisrunde Öffnung 25 sowie daneben einige kleinere Öffnungen 26. Unter dem vom Gebläse 13 in der Brennkammer 11 relativ zum Bereich der Düsen 17 erzeugten Unterdruck wird durch die Öffnungen 25 Primärluft AP in die jeweiligen Venturidusen eingesaugt. Die zusätzlichen Öffnungen 26 liegen außerhalb der den Zulauföffnungen der Venturidüsen 18 zugewandten Flächen, aber nahe derjenigen Bereiche, wo infolge der Saugwirkung der aus den Düsen 17 austretenden Gasströme Luft in die Venturidüsen eingesaugt wird. Folglich kann Sekundärluft AS nur durch diese zusätzlichen Öffnungen in die Brennkammer eingesaugt werden. Die Primär- und Sekundärlufttröme AP, AS, wie sie in der Zeichnung mit Pfeilen angedeutet sind, verlaufen am Zulaufende des kastenförmigen Aufbaus 23 im wesentlichen parallel miteinander.
• Die Fig. 3A, in der gleiche bzw. entsprechende Teile wie die in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei einige der Konstruktionsteile allgemein durch Funktionsblöcke ersetzt sind. Bei 13' ist die Verbindung mit einem Kamin gezeigt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch für eine Ausführungsform gilt, die wie in der bekannten Vorrichtung nach Fig. 1 ein Gebläse aufweist. Erfindungsgemäß sind die Abmessungen der Venturidüsen und der Öffnungen 25 und generell alle physikalischen und baulichen Parameter der Vorrichtung so gewählt, daß die Primärluft dem Brenngas in unterschiedlichen Mengen zugemischt wird derart, daß individuelle Forderungen und/oder die Soll-Ausgangsleistung erfüllt werden, und zwar von Werten im wesentlichen gleich denen für eine stöchiometrische Verbrennung bis zu um 50 bis 60 % höheren Mengen.
• Der Unterteil des Brennes 10 ist hier nicht in einer Kastenkonstruktion untergebracht, wie sie in Fig. 1 bei 23 gezeigt ist; die Erfindung ist aber auch auf derart aufgebaute Brenneranordnungen anwendbar. Darüberhinaus bezieht sich die folgende Beschreibung auf einen Brenner mit einer einzigen Düse 17 und einer einzigen zugeordneten Venturidüse in einem entsprechenden Diffuser-Kasten 19; ist ist jedoch einzusehen, daß es sich um einen Brenner mit mehreren Düsen und entsprechenden Venturis und Diffusoren handeln kann, wie sie anhand der Fig. 1 beschrieben ist. Desgl. ist einzusehen, daß die Erfindung mit einigen einfachen Maßnahmen, die innerhalb der Fähigkeiten des einschlägigen Fachmanns liegen, an Ausführungsformen mit einer Vielzahl von Düsen anpaßbar ist.
• Wie ersichtlich, ist eine Hülse 58 über der Düse 17 verschiebbar, und zwar mittels eines Stabes 51, der mit einem Ende an der Hülse befestigt ist und am anderen Ende eine Stangenzahnung 52 für ein Ritzel 53 trägt, das mit einer Nut-Feder-Verbindung auf einer Welle eines Elektromotors 54 befestigt ist. Bei letzterem kann es sich um einen Schrittschaltmotor handeln, den eine allgemein mit einem Block 55 dargestellten Verarbeitungs- und Regeleinheit ansteuert. Mit dem Gasspeisekanal 15 ist ein Druckfühler 56 verbunden, der die Strömungsstärke des aus der Düse 17 austretenden Gases ermittelt und ein entsprechendes elektrisches Signal (mit G bezeichnet) an die Einheit 55 sendet. Ein Temperaturfühler 57 wie bspw. ein Thermistor ist auf den Diffuser 19 aufgesetzt oder in seiner Nähe angeordnet und liefert einen Meßwert der erfaßten Temperatur an die Einheit 55. Die Einheit 55 erhält auch einen Temperatur-Bezugswert T1, der mittels einer Steuereinrichtung 59 wie bspw. eines handbetätigten Stellelements vorgegeben wird.
• Es wird nun die Funktion des Brenners im eingeschwungenen bzw. stetigen Zustand mit vorbestimmter Gasausströmung aus der Düse 17 beschrieben.
• Der Brenner ist für den idealen Betrieb mit einem Standardgas aus einer Familie von Brenngasen eingestellt worden - bspw. Stadtgas (reines Methan) aus der Familie der Erdgase. Insbesondere wird die Schiebehülse 58 zur Venturidüse 18 hin verschoben, so daß beim Zünden durch Ändern des aus der Düse 17 austretenden Gasstrahls die Menge der eingesaugten Primärluft AP einen verhältnismäßigen niedrigen Anfangswert hat. Hierdurch erhält man ein Gas-/ Luft-Gemisch, das für eine Verbrennung durch einen noch kalten oder gerade warmwerdenden Brenner günstig ist. Der Bezugswert für die Temperatur T1 wird so eingestellt, daß die Verbrennung mit Standard- Gas optimal wird. Bspw. würde man T1 auf einen Wert einstellen, der einer Temperatur im Bereich von 250 bis 450 ºC an der Diffuseroberfläche entspricht. Die gemessene Temperatur wird stetig mit dem Bezugswert verglichen; die Einheit 55 verwendet das Vergleichsergebnis, um ein Ansteuersignal für den Motor 54 zu erzeugen, der von der Einheit 55 angetrieben die Hülse 58 von der Öffnung der Venturidüse 18 hin weg in eine Lage bringt, mit der der Primärluftstrom AP eine Soll-Temperatur am Diffuser erzeugt.
• Wird nun mit diesen Einstellwerten die Anordnung anstelle des Standardgases mit einem zum Flammabriß neigenden Gas aus der gleichen Familie wie das Standardgas - bspw. dem als G25 bekannten Gas -gespeist, stellt sich die Solltemperatur am Diffuser mit einer schwächeren Primärluftströmung als der für das Standardgas erforderlichen, d.h. bei näher an der Öffnung der Venturidüse 18 liegender Hülse 58 ein. Wird umgekehrt mit einem schlecht brennenden Gas - bspw. dem als G21 bekannten Gas -gespeist, wird die Primärluftströmung verstärkt, d.h. die Hülse 58 von der Öffnung der Venturidüse 18 weiter abgezogen.
• Speist man anstelle mit Standardgas mit einer zum Rückschlag neigenden Gas wie bspw. dem mit G22 bezeichneten, ist die zum Erreichen der Solltemperatur am Diffuser erforderliche Primärluftströmung geringfügig schwächer als die bei einem schlecht brennenden Gas.
• Das Signal G aus dem Druckfühler 56 wird von der Einheit 55 verarbeitet, um das an den Motor 54 gegebenen Steuersignal entsprechend der Strömung des aus der Düse 17 austretenden Gases nachzustellen. In vielen Anwendungen, bspw. bei einer EIN/AUS-Regelung des Stroms zur im folgenden beschriebenen Vorrichtung - ist dieses Nachstellen unwesentlich, so daß der Druckfühler 56 und die Verarbeitungsschaltung für das Strömungsstärkensignal entfallen können.
• In bestimmten Anwendungen kann das Messen anderer Temperaturen in der Vorrichtung - zusätzlich zu der auf dem Diffuser - nützlich sein, wie bspw. die Temperatur innerhalb der Brennkammer. Wo mehrere Temperatursignale vorliegen, lassen sie sich von der Einheit 55 nach einem vorbestimmten Verfahren verarbeiten, das gewährleistet, daß durch Regeln der Primär- und wahlweise auch der Sekundärluft das Speisegas optimal verbrennt. Darüberhinaus ist zu berücksichtigen, daß auch bei großen Durchgangsquerschnitten für die Sekundärluft letztere vollständig entfallen können, falls die Primärluft besonders leicht zuströmen kann.
• Die Fig. 3B zeigt eine Variation der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Regelung eine EIN/AUS-, keine stetige Regelung ist. Hier dient als Stellglied ein bei 54' gezeigter Elektromagnet, dessen Ankerstange 51' an der Hülse 58' befestigt ist. Diese Ausführungsform weist keinen Druckfühler 56 auf und die Verarbeitungs- und Ansteuereinheit erzeugt ein Ansteuersignal, das nur zwei Werte haben kann, nämlich einen ersten und einen zweiten wert je nahc dem, ob die Isttemperatur höher bzw. niedriger ist als die Bezugstemperatur T1. Bei diesen Wert wird der Elektromagnet dann stromlos geschaltet bzw. erregt, so daß bei höhere oder niedrigerer Temperatur als die vorbestimmte bzw. Solltemperatur die Hülse 58' eine erste Stellung nahe an der Öffnung der Venturidüse 18 oder eine zweite Stellung einnimmt, in der sie von dieser Öffnung weiter entfernt liegt.
• In einer weiteren Variation - vergl. die Fig. 3C - ist die Ankerstange des Elektromagneten 54' um einen Schwenklagerstift 60 schwenkbar mit dem die Düse haltenden Kanal 15' verbunden. Im Gegensatz zu den Anordnungen der Fig. 3A und 3B ist der Kanal 15' nicht fest mit der Konstruktion verbunden, sondern um eine zur Zeichenebene rechtwinklige Achse schwenkbar, wie bei 61 gezeigt. In diesem Beispiel ist diese Achse die Längsachse des Kanals 15'; sie kann aber auch außermittig verlaufen, um die Primärluftströmung nach einem vorbestimmten Arbeitskriterium zu ändern.
• Diese Lageänderung, bei der es sich ebenfalls um eine 2-Punkt- Lageänderung handelt, hat die Auswirkung, daß die Düse zwischen zwei stabilen Positionen hin- und hergeschaltet wird, nämlich einer, in der die Achse der Düse 17 in die Achse der Venturidüse 18 fällt, und einer anderen, in der die Achse der Düse 17 mit der Achse der Venturidüse einen vorbestimmten Winkel aufspannt. Wie für den einschlägigen Fachmann erkennbar, schwächt die außermittige Anordnung der Düse die vom Gasstrahl durch die Venturidüse hindurch mitgerissene Primärluftströmung ab; vergl. den in den Fig. 3A und 3B gezeigten Regelungseffekt. Diese Methode eines Variierens der Primärluftströmung kann natürlich auch für eine stetige Reglung eingesetzt werden, wie sie anhand der Fig. 3A beschrieben ist.
• In jedem Fall kann jedoch eine Einrichtung vorgesehen werden, die aufgrund der Temperaturmeßsignals aus dem Fühler 57 den Gaszustrom zur Düse 17 sperrt, wenn die Temperatur gefährliche Werte erreicht.
• Die Fig. 4, in der gleiche oder entsprechende Bauteile wie die der Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, zeigt eine Vorrichtung mit einem Brenner, dessen Venturidüsen winklig zur Waagerechten verlaufen.
• In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform enthält die Bodenwandung der Kastenkonstruktion 23 eine zusätzliche (in diesem Fall kreisrunde) Öffnung 30 sowie eine Einrichtung zum Steuern des durch diese hindurchtretenden Luftstroms In diesem Beispiel weist die Einrichtung ein Verschlußelement in Form einer kreisförmigen Metallplatte 31 auf, die die Kanten der Steueröffnung 30 übergreift und mittig auf einem Stab 32 sitzt, ein auf die Temperatur in der Brennkammer ansprechendes Element in Form eines Metallstabs, der durch die Brennkammer 14 und einen Teil der Kastenkonstruktion 23 hindurchverläuft, und Betätigungselemente auf, die hier als ein an einem Punkt 35 auf dem an der Konstruktion 23 befestigten Winkel schwenkbar gelagerter Hebel 34 vorliegen, wobei die Verbindung zum Ende des Stabs 33 und zum Stab 32 jeweils schwenkbar ist. Die Kreisplatte 31 ist auf dem Stabs 32 gegen die Vorspannkraft einer Schraubfeder 32 aufwärts verschiebbar und wird von einem auf den Stab 32 aufgesetzten Ring niedergehalten.
• Die verschiedenen Elemente sind so angeordnet und bemessen, daß bei abgeschaltetem Brenner die Verschlußplatte 31 in einem gewissen Abstand über dem Boden der Kastenkonstruktion liegt, so daß durch die Steueröffnung 30 reichlich Sekundärluft AS angesaugt werden kann. Diese kräftige Sekundärluftströmung bewirkt also, daß die Primärluftströmung im Vergleich zu der für eine stetige Verbrennung des Standardgases (d.h. des Gases, auf das der Brenner eingestellt ist) geringer ist, so daß das Vormischverhältnis relativ niedrig ist und ein Flammabriß auch dann nicht erfolgt, wenn das eingespeiste Gas zum Flammabriß neigt. Mit steigender Temperatur in der Brennkammer und durch Expansion zunehmender Länge des Stabs 33 wird die Platte 31 von dem vom Stab betätigten Hebel 34 abwärtsbewegt, so daß der Querschnitt des Sekundärluftkanals in der zusätzlichen Öffnung 30 abnimmt. Bei vorbestimmter Temperatur bspw. im Bereich von 550 bis 600 ºC wird die Öffnung 30 vollständig verschlossen und die Sekundärluftströmung auf die durch die Öffnungen 26 in der Wand 24 hindurchtretende Luft beschränkt, d.h. auf die optimale Strömung für eine gründliche Verbrennung des Standardgases im eingeschwungenen bzw. stetigen Arbeitszustand. Eine weitere Ausdehnung des Stabs 33 hätte keinerlei Auswirkung auf die Platte 31, da der Stab relativ zur Feder 36 verschiebbar durch sie geführt ist.
• Bei Verwendung von zum Flammabriß neigenden Gasen kann auch im stetigen Zustand die zusätzliche Öffnung teilweise geöffnet gehalten werden, falls mit solchen Gasen die vorbestimmte Temperatur in der Brennkammer nicht erreicht wird.
• In der Praxis wird daher die Verwendung eines zum Flammabriß neigenden Gases automatisch erkannt und die Primärluftströmung entsprechend nachgestellt. Insbesondere wird sie schwächer gehalten als für ein Standardgas erforderlich.
• Zusätzlich zum Beseitigen des Problems des Flammabrisses beim Zünden (insbesondere bei Gasen mit Flammabrißneigung) läßt sich bei einer erfindungsgemäßen Anordnung das Verhältnis Primär- zu Sekundärluft auch bei normaler Verbrennung und insbesondere bei Modulation regeln, wenn die Gaszufuhr zum Brenner verringert wird, um die Wärmeausgangsleistung zu begrenzen. Da weiterhin im Vergleich zum für die Verbrennung erforderlichen sttchiometnschen Wert die Temperatur in der Brennkammer umgekehrt proportional zum Luftüberschuß, d.h. direkt proportional zum prozentualen Anteil von CO&sub2; ist, lassen die Abmessungen und die Anordnung der Elemente der Regeleinrichtung sich so wählen, daß die Ausdehnung des Stabs 33, die ihrerseits proportional zur Temperatur in der Brennkammer ist, den Durchtrittsquerschnitt der Sekundärluft durch die zusätzliche Öffnung 30 so regelt, daß sich unter allen Bedingungen das beste Verhältnis Primär- zur Sekundärluft einstellt. Der zweckmäßigeste Ort der zusätzlichen Öffnung liegt hierfür nahe den Zuläufen der Venturidüsen.
• In der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform, in der denen der Fig. 4 gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, unterscheidet sich die Vorrichtung von der zuvor beschriebenen dadurch, daß das Schwenklager 35 des Hebels 34 auf der Kastenkonstruktion 23 nicht festliegt, sondern sich auf dem Stab 38 eines Druckwandlers in Form einer Membran-Druckmeßdose befindet, die allgemein bei 39 gezeigt ist. Der Stab 38 ist starr mit der Membran 40 verbunden, die die Druckmeßdose zu zwei Kammern unterteilt und von einer Schraubfeder 41 im Dosenunterteil beaufschlagt wird, der durch einen Kanal 42 in der Wand der Konstruktion 23 mit der Umgebung in Verbindung steht. Die obere Kammer der Druckmeßdose wird von einer Leitung 43 mit dem Gaskanal 15 verbunden, so daß der Gasdruck auf die Membran 40 gegen die Kraft der Feder 41 wirkt. Die Höhe des Schwenklagerpunkts 35 hängt also vom Gasdruck im Kanal 15 und somit vom Gaszustrom zu den Düsen ab, so daß der Zusammenhang zwischen der Temperatur in der Brennkammer und dem Querschnitt für den Sekundärluftdurchstrom durch die Öffnung 30 sich entsprechend der Gasströmung ändern läßt. Insbesondere wird mit der Regelanordnung der Fig. 5 bei schwächerer Strömung die Öffnung 30 bei niedrigeren Temperaturen in der Brennkammer vollständig verschlossen.
• In einer Variation der vorliegenden Erfindung wird die zur Brennkammer hin eingesaugte Primärluftmenge über die in die Vorrichtung eingelassene Gesamtluftmenge geregelt - bspw. durch Verringern des Unterdrucks in der Brennkammer relativ zum Düsenbereich Dies läßt sich entweder durch Verringern der Drehzahl des (in der Vorrichtung nach Fig. 1 ggf. eingesetzten) Gebläses oder durch Verschließen eines (bei Vorliegen eines Kamins wie in der Vorrichtung der Fig. 3A) im abgehenden Rauchweg angeordneten Schiebers oder durch Öffnen eines Nebenschlusses im Luftweg erreichen.
• Ein Beispiel der letzteren Regelung zeigt die Fig. 6, wo denen der Fig. 4 entsprechende oder gleiche Element mit den gleichen Bezugszeichen - ggf. um einen Hochstrich ergänzt - gekennzeichnet sind.
• Wie ersichtlich, ist ein bei 50 gezeigter Kanal, der die Abgase zum Gebläse 13 und damit zum Ablauf der Vorrichtung leitet, mit einer in diesem Fall kreisrunden Öffnung 30' versehen, die eine Strömungsverbindung von diesem Kanal zur Geräteumgebung und speziell zu dem Kanal herstellt, durch den die Luft für den Brennerbetrieb eingesaugt wird. Eine Metalischeibe 31', die die Kanten der Öffnung 30' übergreift und mittig auf einem Stab 32' sitzt, stellt ein Verschlußelement für die Öffnung dar. Ein durch die Brennkammer 14 und den Wärmetauscher 12 verlaufender Metallstab 33' stellt ein auf die Innentemperatur der Brennkammer ansprechendes Element dar und ist über Betätigungselemente - in diesem Fall in Form eines Hebels 34' - mit der Scheibe 31' gekoppelt. Die Scheibe 31' ist gegen die Vorspannkraft einer auf den Stab 32' aufgesetzten Schraubfeder 36' auf diesem aufwärtsschiebbar und wird von einem am Stab 32' befestigten Ring 37' niedergehalten. Das (bei 35" gezeigte) Zwischen-Schwenklager für den Hebel 34' sitzt auf dem Ausgangsstab 38' einer (allgemein bei 39' gezeigten) Membran- Druckmeßdose, die starr mit der Kastenkonstruktion 23 verbunden ist. Der Stab 38' ist starr mit der Membran 40' gekoppelt, die die Druckmeßdose zu zwei Kammern unterteilt und von einer Schraubfeder 41' in der oberen Kammer beaufschlagt ist, die ihrerseits über einen Kanal 42' mit der Umgebung in Verbindung steht. Die untere Kammer der Druckmeßdose ist mit einer Leitung 43' an den Gaskanal 15 angeschlossen, so daß das Gasdruck gegen die Feder 41' auf die Membran 40' wirkt. Die Höhe 35" des Schwenklagers hängt also vom Gasdruck im Kanal 15 und damit vom Gaszustrom zu den Düsen ab. Wie einzusehen ist, wird der Luftdurchtrittsquerschnitt der Öffnung 30' entsprechend der kombinierten Wirkung der Ausdehnung des Stabs 33' (und damit der Temperatur in der Brennkammer) und der Lage des Schwenklagers 35" (und damit der Gasströmung) geregelt. Die Elemente sind in dieser Ausführungsform aufeinander so abgestimmt, daß bei niedrigeren Temperaturen in der Brennkammer die Öffnung 30' von niedrigeren Strömungsstärken vollständig gesperrt wird; in anderen Ausführungsformen kann es sich als zweckmäßig erweisen, die kombinierte Wirkung der Temperatur- und der Strömungsfühler anders auszuwerten.
• Der Effekt einer Regelung des Luftdurchgangs durch die Öffnung 30' ist offensichtlich, den Unterdruck in der Brennkammer 14 relativ zum Düsenbereich zu verändern. Die Regelung der Primärluft AP erfolgt also durch Einstellen der Gesamt-Strömung des Luftzustroms zum Brenner über den vom Gebläse 13 erzeugten Unterdruck und schließlich eine optimale Verbrennungsregelung im Zündzustand und bei Verwendung eines Gases mit Flammabrißneigung durch Einstellen des Ansprechverhaltens und der Wechselwirkung der Elemente, die auf die Temperatur in der Brennkammer und die Gasströmung ansprechen.
• Während obe nur einige Ausführugnsformen der Erfindung beschrieben und erläutert sind, ist einzusehen, daß innerhalb des gleichen erfinderischen Konzepts zahlreiche Änderungen möglich sind.
• In einer Variation wird bspw. die Primärluft durch Ändern des Querschnitts einer oder mehrerer der Öffnungen geregelt, durch die die Sekundärluft im stetigen Betrieb geführt wird; es wird also keine spezielle Regelöffnung vorgesehen.
• Weiterhin kann es sich bei den temperaturempfindlichen Elementen nicht um Thermistoren oder Metallstäbe handeln wie in den vorgehend beschriebenen Beispielen, sondern um in der Brennkammer oder auf den Diffusern angeordnete Bimetallelemente. Die Strömungsdetektoren können (anstelle von Druckfühlern) Pitotrohre, Heißdrahtdetektoren usw. sein, während es sich bei den Betätigungselementen (anstelle von Motoren oder rein mechanischen Elementen) um Elektromagenten, Wachsexpansions- Stellelemente, Bimetall-Stellelemente und dergl. handeln kann.

Claims (16)

1. Verfahren zum Regeln der Luftstfömung in einer Gasverbrennungsvorrichtung mit atmosphärischem Brenner (10), bei dem ein Strom eines Brenngases einer gegebenen Brenngasfamilie mit einem Primärluftstrom (AP) in einer Saugleitung (18) gemischt und das resultierende Gemisch über einen Diffusor (19, 20) in eine Brennkammer (11) geleitet wird, wobei die Primärluft (AP) in einer Menge in die Saugleitung (18) gegeben wird, die in Beziehung zu mindestens einer in der Vorrichtung ermittelten Temperatur steht, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Einstellen des Brenners (10) auf eine optimale Verbrennung eines Standardgases aus der Familie, wobei die optimale Verbrennung einer Solltemperatur an der Oberfläche des Diffusors (19, 20) entspricht,

- Erfassen einer Temperatur an oder nahe der Oberfläche des Diffusors (19, 20) bei arbeitendem Brenner und

- Verändern der dem Gas zugemischten Primärluftmenge (AP), um das Verhältnis Primärlutt zu Gas in einer Richtung zu ändern, in der die ermittelte Temperatur sich der Solltemperatur nähert,

wobei man die dem Gas unter stationären Bedingungen zugemischte Primärluft (AP) von einer Menge, die im wesentlichen gleich der für die stöchiometrische Verbrennung des Gases erforderlichen ist, bis zu einer Menge variieren läßt, die diese letztere Menge erheblich übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zünden des Brenners die Primärluftmenge (AP) auf einen vorbestimmten Anfangswert eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Regeln der Primärluftmenge (AP) in der Brennkammer (11) eine zusätzliche Temperatur erfaßt.

4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche: dadurch gekennzeichnet, daß man einen Meßwert (G) der Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases nimmt und die Primärluftmenge (AP) auch aus dem Wert dieser Gasströmungsmessung ermittelt.

5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß man die Primärluftmenge (AP) auf einen ersten oder einen höheren zweiten Wert einstellt, wenii die erfaßte Temperatur höher bzw. niedriger als die Solltemperatur (T1) ist.

6. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß Sekundärluft (AS) in die Brennkammer eingelassen und die Primärluftmenge (AP) durch Variieren der Gesamtmenge der in die Brennkammer einströmenden Luft bestimmt wird.

7. Gasverbrennungsvorrichtung mit atmosphärischem Brenner (10) mit mindestens einer Gasaustrittsdüse (17),

einer entsprechenden Anzahl von Leitungen (18) mit Zulaufanschlüssen, die zugeordneten Düsen gegenüber angeordnet sind, um eine Primärluftströmung (AP) einzuziehen und sie dem Gas zuzumischen, und

mindestens einem Diffusor (19, 20) in Strömungsverbindung mit mindestens einer Leitung (18) und Ablauföffnungen (20) für das Gas-Primärluft-Gemisch, sowie weiterhin mit

einer Verbrenungskammer (11) für das Gemisch,

einem Abgaskanal (50),

einer Einrichtung (13') zum Erzeugen eines ijnterdrucks in der Brennkammer (11) bezüglich des Düsenbereichs,

einer Einrichtung (57) zum Erfassen mindestens einer Temperatur in der Vorrichtung und

einer Einrichtung (51-59) zum Regeln der in den Kanal (18) eingezogenen Primärluftströmung (AP) entsprechend der erfaßten Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß

die Temperaturerfassungseinrichtung einen Fühler (57) aufweist, der eine Temperatur an oder nahe der Oberfläche des Diffusors (19, 20) erfaßt,

die Einrichtung (51-59) zum Regeln der Primärluft (AP) eine Einrichtung (59) zum Einstellen des Brenners (10) auf eine optimale Verbrennung eines Standardgases einer gegebenen Gasfamilie aufweist, wobei die optimale Verbrennung einer Solltemperatur (T1) an der Oberfläche des mindestens einen Diffusors (19, 20) entspricht,

eine Einrichtung (51 - 58) das Verhältnis der Primärluft (AP) zum Gas in einer solchen Richtung ändert, daß die erfaßte Temperatur sich der Solltemperatur (T1) nähert, und daß

der Brenner so angeordnet ist, daß man die dem Gas unter stationären Bedingungen zugemischte Primärluftmenge (AP) von einem Wert, der im wesentlichen der für die stöchiometrische Verbrennling des Gases erforderlichen entspricht, bis zu einem Wert variieren läßt, der diese letztere Menge erheblich übersteigt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerfassungseinrichtung einen Fühler (33) in der Brennkammer (11) aufweist.

9. Vorrichtung nach Ansprnch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Einrichtung (56) vorgeehen ist, die die Strömungsgeschwindigkeit des aus den Düsen (17) austretenden Gases erfaßt, und daß

die Einrichtung (51 - 59) zum Regeln der in die Leitung eingezogenen Primärluftströmung (AP) auch auf die Gasströmungsgeschwindigkeit anspricht.

10. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichlung (51-59) zum Regeln der Primärluftströmung (AP) betrieblich mit der Einrichtung (13') zum Erzeugen eines Unerdrucks in der Brennkammer (11) gekoppelt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (51-59) zum Regeln der Primärluftströmung (AP) eine Verarbeitungs- und Steuereinheit (55), die ein Eingangssignal&sub1; das die vom Temperaturfühler (57) an der Diffusoroberfläche ermittelte Temperatur anzeigt, und ein die Solltemperatur (T1) anzeigendes Bezugstemperatursignal erhält und ein Primärluft-(AP)-Regelsignal ausgibt, das eine Funktion der erfaßten Ist- und der Solltemperatur (T1) ist, und ein Stellglied (51 - 54, 58) aufweist, das an die Verarbeitungseinheit (55) angeschlossen ist und betrieblich die Primärluftströmung (AP) entprechend dem Regelsignal variiert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal einen ersten oder einen zweiten Wert annimmt, wenn die Isttemperatur niedriger bzw. höher als die Solltemperatur (T1)ist, und daß das Stellglied (51', 54', 58'; 51", 54" 60, 61) die Primärluftströmung (AP) auf einen vorbestimmten ersten oder höheren zweiten Wert einstellt, der dem ersten bzw. zweiten Wert des Regelsignals entspricht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (55) als Eingabe auch ein Gasgeschwindigkeitssignal (G) erhält, das von der Einrichtung (56) zum Ermitteln der Gasströmungsgeschwindigkeit erzeugt wird, und es nach einer vorbestimmten Vorgehensweise mit dem Temperatursignal verknüpft und verarbeitet, so daß das Regelsignal eine Funktion auch der Gasströmungsgeschwindigkeit ist.

14. Vorrichtung nach Anspüruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (51 -54, 58) eine Einrichtung (58) zum Steuern der dem Primärluft-Saugkanal (18) zugeordneten Primärluftströmung (AP) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Hülse (58) aufweist, die axial über die Düse (17) schiebbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (51", 54', 60,61) eine Einrichtung (51", 60, 61) aufweist, mit der die Achse der Düse (17) relativ zur Achse der zugehörigen Primärluft-Saugleitung (18) verschoben werden kann.