EP0450173A1 - Vorrichtung zur Gemischregelung bei vormischenden Gasbrennern - Google Patents

Vorrichtung zur Gemischregelung bei vormischenden Gasbrennern Download PDF

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EP0450173A1
EP0450173A1 EP90124419A EP90124419A EP0450173A1 EP 0450173 A1 EP0450173 A1 EP 0450173A1 EP 90124419 A EP90124419 A EP 90124419A EP 90124419 A EP90124419 A EP 90124419A EP 0450173 A1 EP0450173 A1 EP 0450173A1
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pressure
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pressure regulator
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Jürgen Dr. Rolker
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Landis and Gyr Betriebs AG
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    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/20—Membrane valves

Definitions

  • the invention relates to a device for mixture control of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such devices are advantageously used in gas burners in which a pressure difference between the combustion chamber and the atmosphere is generated by means of a fan.
  • the blower can be arranged in the supply air or exhaust air line or directly in front of the burner.
  • a device of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from EP-OS 0 275 568.
  • a gas pressure regulator is used for the mixture control, which is controlled by a differential pressure signal, which is taken from a panel in the combustion air line.
  • the measuring element in the air line generates additional pressure loss, which is why a correspondingly stronger fan must be used.
  • Two control lines are also required to transmit the differential pressure signal to the gas pressure regulator.
  • either the diameter of the throttle in the gas output or in the air line must be adjusted or the area ratio of the membranes loaded with gas and air must be changed.
  • the invention has for its object to provide a device in which instead of two control lines between the air supply line and pressure regulator only a single control line is necessary and in which a measuring throttle in the air supply line can be dispensed with.
  • a premixing gas burner 1 according to FIG. 1 is connected to an inlet air line 2 and an exhaust gas line 3.
  • the air required for combustion is taken from an intake line 4 and fed to the supply air line 2 by a fan 5.
  • a fan 5 Via an air throttle 6, the air flows into a mixing chamber 7, which is followed by a distribution chamber 8, in which the air-gas mixture is fed to a surface burner 9.
  • a combustion chamber 10 In the direction of flow behind this surface burner 9 there is a combustion chamber 10 in which a heat exchanger 11 is located.
  • the fuel gas is fed from a gas line 13 to the mixing chamber 7 via a throttle element 12.
  • the pressure in the gas line 13 is regulated by a gas pressure regulator 14 which has an input space 15 to which a shut-off valve 16 is connected.
  • the gas pressure regulator 14 comprises an output space 17, a target pressure chamber 18 and an actual pressure chamber 19.
  • a pre-pressure compensation membrane 20 separates the input space 15 from the actual pressure chamber 19 and a working membrane 21 separates the actual pressure chamber 19 from the target pressure chamber 18.
  • the target pressure chamber 18 stands Via a control line 22 in connection with the supply air line 2 and a return line 23 connects the outlet space 17 with the actual pressure chamber 19.
  • the invention is based on the knowledge that the ratio of the air volume flow V L to the gas volume flow V G does not change if the ratio of the pressure difference p G -p M acting via the throttle element 12 to the pressure difference p L -p M acting via the air throttle 6 does not change. Since the volume flows V L and V G both flow into the same space, namely into the mixing space 7, the pressure differences p G -p M and p L -p M are only the same if the gas pressure p G is equal to the air pressure p L is. This condition is met by the gas pressure regulator 14, on the working membrane 21 of which the gas pressure p G is compared with the air pressure p L , which represents the reference variable. If the gas pressure p G deviates from the air pressure p L , the actuator of the gas pressure regulator 14 is moved through the working membrane 21 so that the difference p G -p L approaches zero. The gas pressure regulator 14 is therefore a constant pressure regulator.
  • the ratio of the air volume flow V L to the gas volume flow V G does not change in such an arrangement even if the pressure p M in the mixing chamber 7 varies as a result of different resistance of the surface burner 9 or the exhaust pipe 3 or because of changes in the heating surfaces of the heat exchanger 11.
  • the throttle element 12 In order to make the ratio of the gas volume flow V G to the air volume flow V L adjustable, for example with regard to different calorific values or Wobbe indices of the gas coming for combustion, it is advantageous to divide the throttle element 12 according to FIG. 2 into a series connection of a fixed one Throttle 12a with an adjustable throttle 12b. It is further advantageous to integrate the adjustable throttle 12b in the gas pressure regulator 14 so that the gas pressure regulator 14 and the adjustable throttle 12b form a structural unit.
  • FIG. 3 shows a further advantageous embodiment, namely of the type that the fixed throttle 12a (FIG. 2) and the air throttle 6 (FIG. 2) are arranged directly in the mixing chamber 7 and form a structural unit together with the mixing chamber 7.
  • the fixed throttle 12a is formed by bores 30 in a wall 31 of the mixing chamber 7, while the air throttle 6 is formed by a disk 32 adjacent to a wall 31 of the mixing chamber 7 with a plurality of bores 33 in the edge region of the disk 32.
  • the bores 33 are expediently opposite the Bores 30 offset in the middle of the gap.
  • throttles 40, 41, 43 form a structural unit with the gas pressure regulator 14. This makes it possible to be able to make optimal presettings at the factory.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Gemischregelung von Brenngas und Luft bei vormischenden Gasbrennern enthält einen Gasdruckregler (14) und ein Drosselorgan (12) im Gasstrom. Der Gasdruckregler (14) ist ein Gleichdruckregler, der vom Druck in einer zuluftleitung (2) steuerbar ist. Weiter ist eine Luftdrossel (6) in der Luftzuleitung (2) vorhanden, deren Druckabfall gleich groß ist wie der Druckabfall über dem Drosselorgan (12) im Gasstrom. Das Verhältnis des Luftvolumenstroms VL zum Gasvolumenstrom VG ändert sich nicht, wenn sich das Verhältnis der über das Drosselorgan 12 wirkenden Druckdifferenz pG-pM zur über die Luftdrossel 6 wirkenden Druckdifferenz pL-pM nicht ändert, wobei pG der Gasdruck, pM der Druck im Mischraum (7) und pL der Luftdruck in der Zuluftleitung (2) ist. Da die Volumenströme VL und VG beide in den gleichen Raum, nämlich in den Mischraum 7, fließen, sind die Druckdifferenzen pG-pM und pL-pM nur dann gleich, wenn der Gasdruck pG gleich dem Luftdruck pL ist. Diese Bedingung wird vom Gasdruckregler 14 erfüllt. Solche Vorrichtungen lassen sich bei Gasgebläsebrennern für Heizwasser- und Brauchwasserbereitung anwenden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gemischregelung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
  • Solche Vorrichtungen werden vorteilhaft bei Gasbrennern verwendet, bei denen mittels eines Gebläses eine Druckdifferenz zwischen dem Brennraum und der Atmosphäre erzeugt wird. Dabei kann das Gebläse in der Zuluft- oder in der Abluftleitung oder unmittelbar vor dem Brenner angeordnet sein.
  • Eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der EP-OS 0 275 568 bekannt. Hier wird für die Gemischregelung ein Gasdruckregler verwendet, der von einem Differenzdrucksignal angesteuert wird, das an einer Blende in der Verbrennungsluftleitung abgenommen wird. Das Meßelement in der Luftleitung erzeugt zusätzlichen Druckverlust, weshalb ein entsprechend stärkeres Gebläse verwendet werden muß. Ferner sind zwei Steuerleitungen erforderlich, um das Differenzdrucksignal auf den Gasdruckregler zu übertragen. Zur Anpassung des Systems an Brenngase mit unterschiedlichem Heizwert oder Wobbe-Index müssen entweder der Durchmesser der Drossel in der Gasleistung bzw. in der Luftleitung angepaßt werden oder das Flächenverhältnis der mit Gas und Luft beaufschlagten Membranen verändert werden.
  • Aus der DE-Z "Gas wärme international", 37 (1988), Heft 10, S. 551-563 sind Verhältnisdruckregler bekannt, bei denen der Luftdruck die Führungsgröße für den Gasdruck ist, wobei aber zur Kompensation der Feuerraumdruck an den Druckregler angeschlossen werden muß. An diese Verbindungsleitung und deren Anordnung zwischen Brenner bzw. Kessel und Gasdruckregler werden hohe Anforderungen gestellt, um eine Verfälschung der Signalübertragung durch Kondensat zu vermeiden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der statt zweier Steuerleitungen zwischen Luftzufuhrleitung und Druckregler nur eine einzige Steuerleitung nötig ist und bei der auf eine Meßdrossel in der Luftzufuhrleitung verzichtet werden kann.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Schema einer Vorrichtung zur Gemischregelung,
    Fig. 2
    ein Schema einer Vorrichtung mit einer festen und einer einstellbaren Drossel,
    Fig. 3
    eine Anordnung von Drosseln in einer Mischkammer und
    Fig. 4
    ein Schema einer Kombination mehrerer Drosselorgane.
  • Ein vormischender Gasbrenner 1 gemäß der Fig. 1 ist an eine Zuluftleitung 2 und eine Abgasleitung 3 angeschlossen. Die zur Verbrennung nötige Luft wird von einer Ansaugleitung 4 entnommen und durch ein Gebläse 5 der Zuluftleitung 2 zugeführt. Über eine Luftdrossel 6 strömt die Luft in einen Mischraum 7, an den sich ein Verteilraum 8 anschließt, in dem das Luft-Gas-Gemisch einem Flächenbrenner 9 zugeführt wird. In Strömungsrichtung hinter diesem Flächenbrenner 9 befindet sich ein Brennraum 10, in dem sich ein Wärmetauscher 11 befindet.
  • Dem Mischraum 7 wird über ein Drosselorgan 12 das Brenngas aus einer Gasleitung 13 zugeführt. Der Druck in der Gasleitung 13 wird von einem Gasdruckregler 14 geregelt, der einen Eingangsraum 15 aufweist, an den ein Absperrventil 16 angeschlossen ist. Der Gasdruckregler 14 umfaßt neben dem Eingangsraum 15 einen Ausgangsraum 17, eine Solldruckkammer 18 und eine Istdruckkammer 19. Eine Vordruck-Ausgleichsmembran 20 trennt den Eingangsraum 15 von der Istdruckkammer 19 und eine Arbeitsmembran 21 trennt die Istdruckkammer 19 von der Solldruckkammer 18. Die Solldruckkammer 18 steht über eine Steuerleitung 22 mit der Zuluftleitung 2 in Verbindung und eine Rückführleitung 23 verbindet den Ausgangsraum 17 mit der Istdruckkammer 19.
  • In der Zuluftleitung 2 und somit auch in der Steuerleitung 22 und in der Solldruckkammer 18 herrscht der Luftdruck pL, der auf die eine Seite der Arbeitsmembran 21 wirkt. Auf die andere Seite der Arbeitsmembran 21 wirkt der Gasdruck pG, der in der Istdruckkammer 19 und wegen der Rückführleitung 23 sowohl in dieser als auch im Ausgangsraum 17 und in der Gasleitung 13 herrscht. Im Mischraum 7 wirkt der Gemischdruck pM. Durch die Gasleitung 13 fließt ein Gasvolumenstrom VG und durch die Zuluftleitung 2 fließt ein Luftvolumenstrom VL.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich das Verhältnis des Luftvolumenstroms VL zum Gasvolumenstrom VG nicht ändert, wenn sich das Verhältnis der über das Drosselorgan 12 wirkenden Druckdifferenz pG-pM zur über die Luftdrossel 6 wirkenden Druckdifferenz pL-pM nicht ändert. Da die Volumenströme VL und VG beide in den gleichen Raum, nämlich in den Mischraum 7, fließen, sind die Druckdifferenzen pG-pM und pL-pM nur dann gleich, wenn der Gasdruck pG gleich dem Luftdruck pL ist. Diese Bedingung wird vom Gasdruckregler 14 erfüllt, an dessen Arbeitsmembran 21 der Vergleich des Gasdrucks pG mit dem Luftdruck pL, der die Führungsgröße darstellt, erfolgt. Weicht der Gasdruck pG vom Luftdruck pL ab, so wird das Stellorgan des Gasdruckreglers 14 durch die Arbeitsmembran 21 so bewegt, daß die Differenz pG-pL gegen Null geht. Der Gasdruckregler 14 ist also ein Gleichdruckregler.
  • Das Verhältnis des Luftvolumenstroms VL zum Gasvolumenstrom VG ändert sich bei einer solchen Anordnung auch dann nicht, wenn der Druck pM im Mischraum 7 infolge unterschiedlichen Widerstands des Flächenbrenners 9 oder der Abgasleitung 3 oder wegen Veränderungen an den Heizflächen des Wärmetauschers 11 variiert.
  • Erwähnt sei, daß die Lastverstellung bei einer solchen Vorrichtung durch Drehzahlregelung des Gebläses 5 erfolgt. Dadurch werden je nach Drehzahl des Gebläses 5 unterschiedliche Luftdrucke pL und somit auch unterschiedliche Luftvolumenströme VL erzeugt. Durch den Gasdruckregler 14 wird dabei der Gasdruck pG und damit auch der Gasvolumenstrom VG nachgeführt.
  • Es ist aber auch möglich, ein Gebläse 5 mit konstanter Drehzahl anzuwenden und dabei in bekannter Weise den Luftvolumenstrom mittels einer Drosselklappe zu steuern oder zu regeln.
  • Um das Verhältnis des Gasvolumenstroms VG zum Luftvolumenstrom VL beispielsweise im Hinblick auf unterschiedliche Brennwerte bzw. Wobbe-Indizes des zur Verbrennung kommenden Gases einstellbar machen zu können, ist es vorteilhaft, das Drosselorgan 12 gemäß der Fig. 2 aufzuteilen in eine Reihenschaltung einer festen Drossel 12a mit einer einstellbaren Drossel 12b. Dabei ist es weiter vorteilhaft, die einstellbare Drossel 12b in den Gasdruckregler 14 zu integrieren, so daß Gasdruckregler 14 und einstellbare Drossel 12b eine Baueinheit bilden.
  • Die Fig. 3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung, nämlich der Art, daß die feste Drossel 12a (Fig. 2) und die Luftdrossel 6 (Fig. 2) unmittelbar im Mischraum 7 angeordnet sind und zusammen mit dem Mischraum 7 eine Baueinheit bilden. Die feste Drossel 12a wird dabei gebildet durch Bohrungen 30 in einer Wandung 31 des Mischraums 7, während die Luftdrossel 6 durch eine an eine Wandung 31 des Mischraums 7 angrenzende Scheibe 32 mit einer Vielzahl von Bohrungen 33 im Randbereich der Scheibe 32 gebildet wird. Vorteilhaft ist dies besonders im Hinblick auf die für den Flächenbrenner 9 gewünschte vollständige Durchmischung von Brenngas und Luft. Zweckmäßigerweise sind dabei die Bohrungen 33 gegenüber den Bohrungen 30 auf Lücke mittig versetzt.
  • Es ist vorteilhaft, die einstellbare Drossel 12b gemäß der Fig. 4 zu ersetzen durch eine Parallelschaltung einer ersten fest einstellbaren Drossel 40 und einer Reihenschaltung einer zweiten fest einstellbaren Drossel 41 mit einer durch einen Antrieb 42 steuerbaren Drossel 43. Dadurch wird der Gasvolumenstrom VG aufgeteilt in zwei Teilströme, von denen der eine steuerbar ist. Dies ermöglicht es, den Gasvolumenstrom VG nachzuregeln durch Einflußgrößen, die die Verbrennung beeinflussen und/oder die die Güte der Verbrennung charakterisieren. Solche Einflußgrößen sind einerseits beispielsweise die Zulufttemperatur, andererseits zum Beispiel der Sauerstoff- und/oder Kohlenmonoxidgehalt des Abgases. Weiterhin ist es möglich, den Gasvolumenstrom VG in Abhängigkeit vom Heizwert oder Wobbe-Index zu steuern.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Drosseln 40, 41, 43 mit dem Gasdruckregler 14 eine Baueinheit bilden. Dadurch ist es möglich, bereits werksseitig optimale Voreinstellungen vornehmen zu können.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Gemischregelung von Brenngas und Luft bei vormischenden Gasbrennern mit einer Zuluftleitung (2), einem Gasdruckregler (14) und einem Drosselorgan (12) im Gasstrom, wobei Gas und Luft in einen Mischraum (7) strömen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruckregler (14) ein Gleichdruckregler ist, der vom Druck in der Zuluftleitung (2) steuerbar ist, und daß eine Luftdrossel (6) in der Luftzuleitung (2) vorhanden ist, deren Druckabfall gleich groß ist wie der Druckabfall über dem Drosselorgan (12; 12a, 12b; 40, 41, 43) im Gasstrom.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (12) im Gasstrom gebildet ist von einer festen Drossel (12a) und einer einstellbaren Drossel (12b).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drossel (12b) mit dem Gasdruckregler (14) eine Baueinheit bildet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Drossel (12a) im Gasstrom und die Luftdrossel (6) im Mischraum (7) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Drossel (12b) im Gasstrom gebildet ist durch eine Parallelschaltung einer ersten fest einstellbaren Drossel (40) und einer Reihenschaltung einer zweiten fest einstellbaren Drossel (41) mit einer durch einen Antrieb (42) steuerbaren Drossel (43).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (40, 41, 43) mit dem Gasdruckregler (14) eine Baueinheit bilden.
EP90124419A 1990-04-04 1990-12-17 Vorrichtung zur Gemischregelung bei vormischenden Gasbrennern Withdrawn EP0450173A1 (de)

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