EP0015480B1 - Vorrichtung zur Gemischregelung für Gasfeuerungen - Google Patents

Vorrichtung zur Gemischregelung für Gasfeuerungen Download PDF

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EP0015480B1
EP0015480B1 EP19800100938 EP80100938A EP0015480B1 EP 0015480 B1 EP0015480 B1 EP 0015480B1 EP 19800100938 EP19800100938 EP 19800100938 EP 80100938 A EP80100938 A EP 80100938A EP 0015480 B1 EP0015480 B1 EP 0015480B1
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EP
European Patent Office
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pressure
membrane
gas
line
transformer
Prior art date
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EP19800100938
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English (en)
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EP0015480A2 (de
EP0015480A3 (en
Inventor
Gustav Ing.-grad. Niedergesäss
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EON Ruhrgas AG
Original Assignee
Ruhrgas AG
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Publication date
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Publication of EP0015480A3 publication Critical patent/EP0015480A3/de
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Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/027—Regulating fuel supply conjointly with air supply using mechanical means

Definitions

  • the invention relates to a device for keeping the mixing ratio of gas and combustion air constant, which are fed through separate lines to a forced draft burner with a pressure measuring point in one of the lines, a membrane-controlled pressure transducer connected to the pressure measuring point, which receives its working medium from one of the two lines and one of which measured pressure generated corresponding proportional pressure, and with a constant pressure regulator controlled by the proportional pressure in the other line.
  • a device of the type mentioned above is known for example from DE-OS 2834242. It works with a pressure transducer, the working medium of which acts on a constant pressure regulator in the gas line.
  • the pressure converter is also designed as a constant pressure regulator.
  • AT-B-196999 works with an equilibrium system, but this is preceded by a membrane-controlled pressure regulator, which also has the disadvantages specified in DE-OS 2834242, quite apart from the fact that external energy is required.
  • the object of the invention is accordingly to provide a device of the type mentioned at the outset which has great control accuracy.
  • the characterizing features of claim 1 serve to solve this problem.
  • Claims 2-4 characterize advantageous developments of the invention.
  • every slight deflection of the membrane of the pressure transducer leads to a corresponding actuation of the force switch, in such a way that the membrane deflection is immediately compensated for and eliminated. This eliminates the disadvantages of the known devices.
  • the device according to the invention has a high sensitivity.
  • This offers the advantageous possibility of applying a preferably small differential pressure supplied by the pressure measuring point to the membrane of the pressure transducer.
  • the pressure measuring point therefore provides a quantity measurement.
  • Such a quantity measurement known per se allows the preselected mixing ratio to be kept constant even if the operating conditions of a recuperator located between the pressure measuring point and the burner change. The latter is not possible with a simple pressure measurement, since this does not exactly reproduce the changes in throughput that result from the heating or cooling of the recuperator.
  • the ratio of the effective areas on the one hand of the membrane of the pressure transducer and on the other hand of the force switch can be preselected according to the respective requirements, advantageously also in such a way that the proportional pressure generated by the force switch is significantly higher than the pressure prevailing in the air line. So you can choose the gas pressure much higher than the air pressure.
  • the device according to the invention advantageously offers an extremely simple and exact possibility for changing the gear ratio.
  • the preload of the power switch and thus the relative height of the proportional pressure is preselected by the adjustment slide of the transmission lever, which works as a weight load.
  • Fig. 1 shows schematically an advantageous embodiment of the invention.
  • the combustion air supplied to the burner 5 by the fan 4 through the line 8 is heated in the recuperator 9.
  • a measuring plug 2 preferably in the form of a measuring orifice or nozzle, is installed in the combustion air line 8.
  • the differential pressure which arises at this measuring throttle is fed to the pressure transducer 1 via the lines 6 and 7.
  • the differential pressure is converted in the pressure converter 1 into a higher proportional pressure, which acts via the line 14 as a control variable on the gas pressure regulator 11 arranged in the gas line 10.
  • the line 12 serves to supply the aid for the pressure transducer.
  • the line 13 is used to discharge the aid, for. B. when scaling down.
  • FIG. 2 schematically shows a device according to the invention.
  • a pressure measuring point 3 is installed in the combustion air line 8 in front of the recuperator 9.
  • the pressure of the combustion air supplied by the blower 4 to the burner 5 is supplied to the pressure converter 1 via the line 6.
  • the pressure is converted into an increased proportional pressure, which acts via the line 14 as a control variable on the gas pressure regulator 11 arranged in the gas line 10.
  • the line 12 serves to supply the aid for the pressure transducer.
  • the line 13 serves to remove the aid.
  • Fig. 3 shows a longitudinal section through an example embodiment of the pressure transducer.
  • the membrane 16 is accommodated in the housing 15. If the flow-dependent differential pressure coming from the metering orifice 2 is to be converted into a proportional pressure as a control variable for the gas pressure regulator, the upper side of the membrane 16 via the line 6 and the opening 21 with the plus pressure and the lower side the membrane 16 via the line 7 and the opening 22 with the minus pressure of the orifice 2. If, instead of the differential pressure, the pressure in the combustion air line is used as a control variable, only the upper side of the membrane 16 and the line 6 and the opening 21 are subjected to this pressure. The opening 22 then serves as a breathing opening, ie the pressure of the outside air is present on the underside of the membrane.
  • Differential pressure or pressure are converted with the help of the membrane 16 into a force which causes a change in the position of the actuator 18 via the membrane plate 17.
  • the normal position of the actuator is determined by a correction and compensation device known per se, e.g. the compensation spring 19 shown in Fig. 3 set.
  • the force transmitted from the actuator 18 to the force switch 20 is converted into a proportional force.
  • a pneumatic force switch since the auxiliary means of this force switch, gas or air, can be taken directly from the gas or air line, so that no third-party work equipment is required.
  • the main components of the pneumatic force switch which is known per se, are a bellows 23 and an alternative control 24.
  • the auxiliary means is fed to the force switch 20 via the line 12.
  • the transmission ratio of the inlet pressure to the pressure which acts on the gas pressure regulator as a control variable, can either be changed in a smaller range approx. 1: 4 to 1: 7 by moving the adjustment slide 26 on the transmission lever 25 or by replacing the force switch 20 with a force switch corresponding effective cross-section if a significant change in the gear ratio is necessary, e.g. B. 1:20.
  • the above-described possibilities for changing the gear ratio can vary this within wide limits. Since the mode of operation of the pressure transducer according to the invention is based on a force comparison, the control range is large and the control deviations are significantly smaller than if the function is carried out by a path comparison. In addition, the pressure transducer is inexpensive to manufacture.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Mischverhältnisses von Gas und Verbrennungsluft, die durch getrennte Leitungen einem Gebläsebrenner zugeführt werden mit einer Druckmessstelle in einer der Leitungen, einem an die Druckmessstelle angeschlossenen membrangesteuerten Druckwandler, der sein Arbeitsmedium aus einer der beiden Leitungen erhält und einen dem gemessenen Druck entsprechenden Proportionaldruck erzeugt, und mit einem durch den Proportionaldruck gesteuerten Gleichdruckregler in der anderen Leitung.
  • Eine Vorrichtung der obengenannten Art ist beispielsweise aus der DE-OS 2834242 bekannt. Sie arbeitet mit einem Druckwandler, dessen Arbeitsmedium einen in der Gasleitung liegenden Gleichdruckregler beaufschlagt. Der Druckwandler ist ehenfalls als Gleichdruckregler ausgebildet.
  • Der Nachteil der bekannten Konstruktionen besteht darin, dass die Regelgenauigkeit des Druckwandlers gering ist. Jede Verstellung des Ventilelementes bedingt nämlich eine Auslenkung der Membranen, wodurch sich deren wirksame Flächen ändern.
  • Jede Verstellung führt also zu einer Verschiebung des Betriebspunktes der Membranen auf deren nicht linearen Kennlinien. Hinzu kommt, dass die Membranen mit einer beträchtlichen Hysteresis behaftet sind.
  • Die Nachteile gelten gleichermassen für die GB-A-443259, die DE-OS 1751350 und die DE-OS 2412720.
  • Die AT-B-196999 arbeitet mit einem Gleichgewichtssystem, jedoch ist diesem ein membrangesteuerter Druckregler vorgeschaltet, der ebenfalls die zu der DE-OS 2834242 angegebenen Nachteile besitzt, ganz abgesehen davon, dass Fremdenergie benötigt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgemäss, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine grosse Regelgenauigkeit aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Patentansprüche 2-4 kennzeichnen vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäss führt jede geringfügige Auslenkung der Membran des Druckwandlers zu einer entsprechenden Betätigung des Kraftschalters, und zwar derart, dass die Membranauslenkung sofort wieder ausgeglichen und beseitigt wird. Dadurch entfallen die Nachteile der bekannten Vorrichtungen.
  • Hinzu kommt, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung eine hohe Ansprechempfindlichkeit besitzt. Dies bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die Membran des Druckwandlers mit einem von der Druckmessstelle gelieferten, vorzugsweise kleinen Differenzdruck zu beaufschlagen. Die Druckmessstelle liefert also eine Mengenmessung. Eine solche an sich bekannte Mengenmessung erlaubt es, das vorgewählte Mischungsverhältnis auch dann konstant zu halten, wenn sich die Betriebsbedingungen eines zwischen der Druckmessstelle und dem Brenner liegenden Rekuperators ändern. Letzteres ist bei einer einfachen Druckmessung nicht möglich, da diese diejenigen Durchsatzänderungen nicht exakt wiedergibt, die aus der Aufheizung oder Abkühlung des Rekuperators resultieren.
  • Das Verhältnis der wirksamen Flächen einerseits der Membran des Druckwandlers und andererseits des Kraftschalters kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen vorgewählt werden, und zwar vorteilhafterweise auch derart, dass der vom Kraftschalter erzeugte Proportionaldruck wesentlich höher als der in der Luftleitung herrschende Druck ist. Man kann also den Gasdruck wesentlich höher als den Luftdruck wählen.
  • Schliesslich bietet die erfindungsgemässe Vorrichtung in vorteilhafter Weise eine äusserst einfache und exakte Möglichkeit zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses. Durch den als Gewichtsbelastung arbeitenden Verstellschieber des Übersetzungshebels wird die Vorspannung des Kraftschalters und damit die relative Höhe ds Proportionaidruckes vorgewählt.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung. Die vom Gebläse 4 durch die Leitung 8 dem Brenner 5 zugeführte Verbrennungsluft wird im Rekuperator 9 erwärmt. Vor dieser Erwärmungsstelle 9 ist eine Messdrossei 2, vorzugsweise in Form einer Messblende oder -düse, in der Verbrennungsluftleitung 8 eingebaut.
  • Der an dieser Messdrossel entstehende Differenzdruck wird über die Leitungen 6 und 7 dem Druckwandler 1 zugeführt. Der Differenzdruck wird im Druckwandler 1 in einen höheren Proportionaldruck umgewandelt, der über die Leitung 14 als Steuergrösse auf den in der Gasleitung 10 angeordneten Gasdruckregler 11 einwirkt. Die Leitung 12 dient zur Zufuhr des Hilfsmittels für den Druckwandler. Die Leitung 13 dient zum Abführen des Hilfsmittels, z. B. beim Herunterregeln.
  • Fig. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung. Statt einer Messdrossel ist eine Druckmessstelle 3 in der Verbrennungsluftleitung 8 vor dem Rekuperator 9 eingebaut. Der Druck der vom Gebläse 4 gelieferten dem Brenner 5 zugeführten Verbrennungsluft wird über die Leitung 6 dem Druckwandler 1 zugeführt. In diesem wird der Druck in einem verstärkten Proportionaldruck umgewandelt, der über die Leitung 14 als Steuergrösse auf den in der Gasleitung 10 angeordneten Gasdruckregler 11 einwirkt. Die Leitung 12 dient zur Zufuhr des Hilfsmittels für den Druckwandler. Die Leitung 13 dient zur Abfuhr des Hilfsmittels.
  • Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine beispielsweise Ausführungsform des Druckwandlers.
  • Im Gehäuse 15 ist die Membran 16 untergebracht. Soll der von der Messblende 2 kommende durchflussabhängige Differenzdruck in einen Proportionaidruck als Steuergrösse für den Gasdruckregler umgewandelt werden, so wird die Oberseite der Membran 16 über die Leitung 6 und die Öffnung 21 mit dem Plus-Druck und die Unterseite der Membran 16 über die Leitung 7 und die Öffnung 22 mit dem Minus-Druck der Messblende 2 beaufschlagt. Wird anstatt des Differenzdruckes der Druck in der Verbrennungsluftleitung als Steuergrösse verwendet, so wird nur die Oberseite der Membran 16 übr die Leitung 6 und die Öffnung 21 mit diesem Druck beaufschlagt. Die Öffnung 22 dient dann als Atmungsöffnung, d.h., an der Unterseite der Membran steht der Druck der Aussenluft an.
  • Differenzdruck oder Druck werden mit Hilfe der Membran 16 in eine Kraft umgewandelt, welche über den Membranteller 17 eine Veränderung der Stellung des Stellgliedes 18 bewirkt. Die Normalstellung des Stellgliedes wird durch eine an sich bekannte Korrektur- und Ausgleichsvorrichtung, z.B. die in Fig. 3 dargestellte Ausgleichsfeder 19, eingestellt. Die vom Stellglied 18 auf den Kraftschalter 20 übertragene Kraft wird in diesem in eine proportionale Kraft umgewandelt. Es ist vorteilhaft, einen pneumatischen Kraftschalter zu verwenden, da das Hilfsmittel dieses Kraftschalters, Gas oder Luft, direkt aus der Gas- oder Luftleitung entnbmmen werden kann, also kein fremdes Arbeitsmittel benötigt wird. Die Hauptbauteile des an sich bekannten pneumatischen Kraftschalters sind ein Faltenbalg 23 und eine Alternativsteuerung 24. Das Hilfsmittel wird dem Kraftschalter 20 über die Leitung 12 zugeführt. Im Gleichgewichtszustand werden nur Leckmengen des Hilfsmittels benötigt. Während des Regelvorganges - je nachdem, ob mehr oder weniger Gas am Brenner benötigt wird - wird das Arbeitsmittel entweder gespeichert oder über die Leitung 13 abgeführt. Das Übersetzungsverhältnis des Eingangsdruckes zum Druck, der auf den Gasdruckregler als Steuergrösse einwirkt, kann entweder in kleinerem Bereich ca. 1:4 bis 1:7 durch Verschieben des Verstellschiebers 26 auf dem Übersetzungshebel 25 geändert werden oder durch Austausch des Kraftschalters 20 gegen einen Kraftschalter mit entsprechendem wirksamen Querschnitt, wenn eine beträchtliche Veränderung des Übersetzungsverhältnisses notwendig ist, z. B. auf 1: 20.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses kann dieses in weiten Grenzen variiert werden. Da die Funktionsweise des erfindungsgemässen Druckwandlers auf einem Kraftvergleich beruht, ist der Regelbereich gross und die Regelabweichungen sind wesentlich geringer, als wenn die Funktion durch einen Wegvergleich erfolgt. Ausserdem ist der Druckwandler kostengünstig herstellbar.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Konstanthalten des Mischungsverhältnisses von Gas und Verbrennungsluft, die durch getrennte Leitungen einem Gebläsebrenner zugeführt werden, mit einer Druckmessstelle in einer der Leitungen, einem an die Druckmessstelle angeschlossenen, membrangesteuerten Druckwandler, der sein Arbeitsmedium aus einer der beiden Leitungen erhält und einen dem gemessenen Druck entsprechenden Proportionaldruck erzeugt, und mit einem durch den Proportionaldruck gesteuerten Gleichdruckregler in der anderen Leitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (16) des Druckwandlers (1) in ihrer Gleichgewichtslage von einem ventilgesteuerten Kraftschalter (20) gehalten wird, der das Arbeitsmedium aufnimmt und unter dem Proportionaldruck an den Gleichdruckregler (11) anlegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (16) des Druckwandlers (1) mit einem von der Druckmessstelle (2) gelieferten Differenzialdruck beaufschlagbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Fläche des Kraftschalters (20) kleiner als die der Membran (16) des Druckwandlers (1) ist, wobei letzterer sein Arbeitsmedium aus der Leitung (10) mit dem höheren Druck erhält.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Membran (16) des Druckwandlers (1) und dem Kraftschalter (20) ein Übersetzungshebel (25) mit einem Verstellschieber (26) zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses angeordnet ist.
EP19800100938 1979-03-02 1980-02-26 Vorrichtung zur Gemischregelung für Gasfeuerungen Expired EP0015480B1 (de)

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EP0015480A2 EP0015480A2 (de) 1980-09-17
EP0015480A3 EP0015480A3 (en) 1981-01-07
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