EP0505714A2 - Regelvorrichtung für Gasbrenner mit einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft - Google Patents

Regelvorrichtung für Gasbrenner mit einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft Download PDF

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EP0505714A2 EP92102550A EP92102550A EP0505714A2 EP 0505714 A2 EP0505714 A2 EP 0505714A2 EP 92102550 A EP92102550 A EP 92102550A EP 92102550 A EP92102550 A EP 92102550A EP 0505714 A2 EP0505714 A2 EP 0505714A2
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    • F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel

Definitions

  • the invention relates to a control device for gas burners with a fan for supplying combustion air according to the preamble of the main claim.
  • the setpoint generator for the gas control valve is a throttle orifice arranged in the air volume flow, the opening cross section of which is fixed in an unchangeable manner.
  • the gas volume flow is controlled as a function of the conveyed air volume flow, but it is not taken into account that the density and thus the oxygen mass of the air volume flow is dependent on its temperature and can therefore also adversely affect the quality of combustion.
  • the ratio of the combustion air mass to the fuel gas mass must be kept constant. If the combustion gas temperature is constant and the combustion air temperature changes, this cannot be achieved with a fixed throttle orifice, because this cannot compensate for the temperature-dependent change in density of the air volume flow.
  • the combustion air is heated in a recuperator downstream of a measuring orifice controlling the gas control valve.
  • a measuring orifice is installed in the fuel gas line downstream of the gas control valve and the gas pressure behind this measuring orifice is fed back to the gas control valve as a correction signal.
  • the temperature of the combustion air upstream of the measuring orifice provided in the combustion air line is also not taken into account, in spite of an increased expenditure on apparatus, so that here too a constant excess of air cannot be maintained at different combustion air temperatures.
  • the arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that, with a corresponding design of the setpoint generator and the gas control valve, the excess air can be adjusted to the optimum value over the entire controlled power range, taking the combustion air temperature into account automatically.
  • the setpoint generator for the gas control valve is a control pressure orifice in the combustion air line that generates differential pressure, the effective cross section of which is controlled as a function of temperature.
  • the arrangement can be such that the cross-section increases with increasing temperature of the air volume flow and thereby the control pressure difference in Meaning a lowering of the setpoint of the gas control valve is reduced.
  • the flow resistance of the control pressure orifice is also reduced, so that this effect also changes the air volume flow compared to the gas volume flow in the desired sense.
  • the effective cross section of the control pressure orifice can advantageously be influenced by at least one control flap which is coupled to a temperature-sensitive actuator which is acted upon by the air volume flow.
  • bimetal element is provided as an actuator for the control flap.
  • the bimetallic element can itself be designed as a control flap and attached directly to the panel.
  • a bellows filled with expansion liquid or, for example, a wax expansion element can also be provided.
  • the measuring location can be located away from the actuator.
  • the temperature of the combustion air can also be detected by electronic means that act on an electromechanical actuator, such as a magnet or motor.
  • a control pressure orifice has an uncontrolled main opening and at least one temperature-controlled secondary opening.
  • This is expediently associated with a control flap designed directly as a bimetallic element.
  • the control characteristic can be adapted to the requirements of the respective application by appropriately selecting the dimensions of the control openings.
  • the control characteristic can also be adapted by means of stepped prestressing of the bimetallic elements.
  • control device can be used both in systems or devices with forced draft burners and in devices with atmospheric gas burners, which are provided with a fan to support the combustion air supply.
  • the temperature-dependent throttling of the air volume flow according to the invention can also be used to achieve an excess air during combustion that is independent of the temperature of the combustion air.
  • the control pressure orifices described above can also be used for this purpose.
  • FIG. 1 shows an overall schematic view of the burner device for a gas-heated water heater
  • FIG. 2 shows the side view of a control pressure orifice of the device according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2.
  • the burner device has a fan 10 for supplying combustion air, the speed of which is controlled in accordance with the heat requirement.
  • the fan 10 conveys the combustion air into a channel 12, into which a gas line 16 supplying the fuel gas opens at the point 14.
  • the channel 12 leads into a distribution chamber 18 of a premix burner 20, from which the fuel-air mixture passes through a perforated plate 22 to the combustion zone 24 of the premix burner 20, evenly distributed.
  • the combustion takes place in a combustion chamber 26, which is arranged between the premix burner 20 and a heat exchanger, which is no longer shown, for the water to be heated.
  • a control pressure orifice 30 is installed in the channel 12 upstream of the point 14 and forms a setpoint generator for a gas pressure regulator 32 in the gas line 16.
  • the control pressure orifice 30 derives a differential pressure from the air volume flow in the duct 12, which is transmitted to the gas pressure regulator 32 as a control variable via lines 34, 36.
  • the control pressure orifice 30 and the gas pressure regulator 32 are designed in such a way that a constant excess of air in the fuel-air mixture results over a predetermined power range of the premix burner 20 for a predetermined normal value of the combustion air temperature.
  • the control pressure orifice 30 is also designed according to the invention so that it also detects the temperature of the combustion air and controls the setpoint of the gas pressure regulator 32 depending on the temperature so that there is a constant excess of air even at different temperatures of the combustion air.
  • the control pressure orifice 30 is provided, in addition to a main opening 38 with an unchangeable opening cross section, with a secondary opening 40, the opening cross section of which can be changed by a control flap 42 which is adjustable as a function of temperature.
  • the control flap 42 is designed as a bimetallic strip which is attached directly to the control pressure orifice 30 and is thus exposed to the temperature of the combustion air.
  • the openings 38, 40 in the control pressure orifice 30 and the control flap 42 are dimensioned or designed and matched to one another such that the ratio of air mass to gas mass is approximately the same at all temperatures of the combustion air occurring in practice within a predetermined performance range of the premix burner 20. so that the excess air is almost constant in this performance range.

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Abstract

Bei einer bekannten Regelvorrichtung der gattungsmäßigen Art erfaßt der Sollwertgeber (30) des Gasregelventils (32) nur den Volumenstrom der Verbrennungsluft, nicht aber deren Temperatur. Das kann zu einer Minderung der Verbrennungsgüte führen, wenn die Temperatur der Verbrennungsluft merklich von einem bei der Auslegung der Regelvorrichtung zugrundegelegten Normalwert abweicht.
Durch die dem Sollwertgeber (30) des Gasregelventils (32) zugeordnete weitere Funktion der Temperaturerfassung der Verbrennungsluft und der temperaturabhängigen Steuerung des Sollwertes läßt sich mit einfachen Mitteln erreichen, daß bei allen in der Praxis vorkommenden Temepraturen der Verbrennungsluft innerhalb eines vorgegebenen Leistungsbereichs des Gasbrenners (20) das Verhältnis von Luftmasse zu Gasmasse und damit der Luftüberschuß nahezu konstant gehalten werden kann.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Regelvorrichtungen für Vormischbrenner in gasbeheizten Wassererhitzern.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Regelvorrichtung für Gasbrenner mit einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Regelvorrichtung dieser Gattung (DE-A1 31 05 862) ist der Sollwertgeber für das Gasregelventil eine im Luftvolumenstrom angeordnete Drosselblende, deren Öffnungsquerschnitt unveränderbar festgelegt ist. Bei dieser Anordnung wird zwar der Gasvolumenstrom abhängig vom geförderten Luftvolumenstrom gesteuert, jedoch bleibt unberücksichtigt, daß die Dichte und damit die Sauerstoffmasse des Luftvolumenstroms abhängig von dessen Temperatur ist und diese daher die Verbrennungsgüte auch nachteilig beeinflussen kann. Für einen konstanten Luftüberschuß bei der Verbrennung muß das Verhältnis von Verbrennungsluftmasse zu Brenngasmasse konstant gehalten werden. Bei konstanter Brenngastemperatur und veränderlicher Verbrennungslufttemperatur gelingt das mit einer fest eingestellten Drosselblende jedoch nicht, weil diese die temperaturabhängige Dichteänderung des Luftvolumenstroms nicht kompensieren kann.
  • Bei einer anderen Regelvorrichtung der eingangs genannten Art (DE-A1 30 06 683) wird die Verbrennungsluft stromab einer das Gasregelventil steuernden Meßblende in einem Rekuperator erwärmt. Um einer möglichen Erwärmung des Brenngases durch den Gasbrenner Rechnung zu tragen, ist stromab des Gasregelventils eine Meßblende in die Brenngasleitung eingebaut und der Gasdruck hinter dieser Meßblende als Korrektursignal an das Gasregelventil zurückgeführt. Bei dieser bekannten Anordnung wird jedoch trotz eines erhöhten apparativen Aufwands die Temperatur der Verbrennungsluft stromauf der in der Verbrennungsluftleitung vorgesehenen Meßblende ebenfalls nicht berücksichtigt, so daß auch hier ein konstanter Luftüberschuß bei unterschiedlichen Verbrennungslufttemperaturen nicht eingehalten werden kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei entsprechender Auslegung des Sollwertgebers und des Gasregelventils der Luftüberschuß über den gesamten gesteuerten Leistungsbereich unter selbsttätiger Berücksichtigung der Verbrennungslufttemperatur auf den optimalen Wert eingeregelt werden kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.
  • Eine einfache und ohne zusätzliche Einbauten in der Verbrennungsluftleitung auskommende Ausführung ergibt sich, wenn der Sollwertgeber für das Gasregelventil eine differenzdruckerzeugende Steuerdruckblende in der Verbrennungsluftleitung ist, deren wirksamer Querschnitt temperaturabhängig gesteuert ist. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß mit zunehmender Temperatur des Luftvolumenstroms der Querschnitt vergrößert und dadurch die Steuerdruckdifferenz im Sinne einer Absenkung des Sollwerts des Gasregelventils verringert wird. Dabei verringert sich auch der Strömungswiderstand der Steuerdruckblende, so daß sich auch durch diesen Effekt der Luftvolumenstrom gegenüber dem Gasvolumenstrom im gewünschten Sinn verändert.
  • Der wirksame Querschnitt der Steuerdruckblende kann vorteilhaft von mindestens einer Steuerklappe beeinflußt sein, die mit einem vom Luftvolumenstrom beaufschlagten temperaturempfindlichen Stellglied gekopppelt ist.
  • Eine einfache Anordnung ergibt sich, wenn als Stellglied für die Steuerklappe ein Bimetallelement vorgesehen ist. Das Bimetallelement kann selbst als Steuerklappe ausgebildet und unmittelbar an der Blende befestigt sein.
  • Anstelle eines Bimetallelements als Stellglied kann auch ein mit Ausdehnungsflüssigkeit gefüllter Balg oder beispielsweise ein Wachsdehnelement vorgesehen sein. In diesen Fällen kann der Meßort entfernt vom Stellorgan angeordnet werden. Die Temperatur der Verbrennungsluft kann auch durch elektronische Mittel erfaßt werden, die auf ein elektromechanisches Stellglied, wie Magnet oder Motor, einwirken.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat eine Steuerdruckblende eine ungesteuerte Hauptöffnung und mindestens eine temperaturabhängig gesteuerte Nebenöffnung. Dieser ist zweckmäßig eine unmittelbar als Bimetallelement ausgebildete Steuerklappe zugeordnet. Durch entsprechende Wahl der Abmessungen der Steueröffnungen kann die Steuercharakteristik den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles angepaßt werden. Bei Anordnung von zwei oder mehr Bimetallelementen bzw. Steuerklappen kann die Steuercharakteristik auch durch gestufte Vorspannung der Bimetallelemente angepaßt werden.
  • Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung kann sowohl in Anlagen bzw. Geräten mit Gebläsebrennern als auch in Geräten mit atmosphärischen Gasbrennern eingesetzt werden, die zur Unterstützung der Verbrennungsluftzufuhr mit einem Gebläse versehen sind.
  • Bei einem Heizgerät ohne pneumatischen Verbundregler kann durch die erfindungsgemäße temperaturahbängige Drosselung des Luftvolumenstroms ebenfalls ein von der Temperatur der Verbrennungsluft unabhängiger Luftüberschuß bei der Verbrennung erreicht werden. Auch für diesen Zweck können die vorbeschriebenen Steuerdruckblenden eingesetzt werden.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Gesamtansicht der Brennereinrichtung für einen gasbeheizten Wassererhitzer, Figur 2 die Seitenansicht einer Steuerdruckblende der Einrichtung nach Figur 1 und Figur 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Figur 2.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die Brennereinrichtung hat ein Gebläse 10 zum Zuführen von Verbrennungsluft, dessen Drehzahl der Wärmeanforderung entsprechend gesteuert ist. Das Gebläse 10 fördert die Verbrennungsluft in einen Kanal 12, in welchen an der Stelle 14 eine das Brenngas zuführende Gasleitung 16 einmündet. Der Kanal 12 führt in eine Verteilerkammer 18 eines Vormischbrenners 20, aus welcher das Brennstoff-Luftgemisch durch ein Lochblech 22 gleichmäßig verteilt zur Brennzone 24 des Vormischbrenners 20 gelangt. Die Verbrennung erfolgt in einer Brennkammer 26, die zwischen dem Vormischbrenner 20 und einem nicht mehr dargestellten Wärmeübertrager für das zu erhitzende Wasser angeordnet ist.
  • In den Kanal 12 ist stromauf der Stelle 14 eine Steuerdruckblende 30 eingebaut, die einen Sollwertgeber für einen Gasdruckregler 32 in der Gasleitung 16 bildet. Die Steuerdruckblende 30 leitet aus dem Luftvolumenstrom im Kanal 12 einen Differenzdruck ab, der über Leitungen 34, 36 als Steuergröße an den Gasdruckregler 32 übertragen wird. Die Steuerdruckblende 30 und der Gasdruckregler 32 sind wie bekannt so ausgebildet, daß sich über einen vorgegebenen Leistungsbereich des Vormischbrenners 20 für einen vorgegebenen Normalwert der Verbrennungslufttemperatur ein konstanter Luftüberschuß im Brennstoff-Luftgemisch ergibt.
  • Die Steuerdruckblende 30 ist darüber hinaus erfindungsgemäß so ausgebildet, daß sie auch die Temperatur der Verbrennungsluft erfaßt und den Sollwert des Gasdruckreglers 32 temperaturabhängig so steuert, daß sich ein konstanter Luftüberschuß auch bei unterschiedlichen Temperaturen der Verbrennungsluft ergibt. Zu diesem Zweck ist die Steuerdruckblende 30 neben einer Hauptöffnung 38 mit unveränderlichem Öffnungsquerschnitt mit einer Nebenöffnung 40 versehen, deren Öffnungsquerschnitt durch eine temperaturabhängig verstellbare Steuerklappe 42 veränderbar ist. Die Steuerklappe 42 ist als Bimetallstreifen ausgebildet, der unmittelbar an der Steuerdruckblende 30 befestigt und so der Temperatur der Verbrennungsluft ausgesetzt ist.
  • Die Öffnungen 38, 40 in der Steuerdruckblende 30 und die Steuerklappe 42 sind so bemessen bzw. ausgebildet und aufeinander abgestimmt, daß bei allen in der Praxis vorkommenden Temperaturen der Verbrennungsluft innerhalb eines vorgegebenen Leistungsbereichs des Vormischbrenners 20 das Verhältnis von Luftmasse zu Gasmasse annähernd gleich ist, so daß in diesem Leistungsbereich auch der Luftüberschuß annähernd konstant ist.

Claims (8)

  1. Regelvorrichtung für Gasbrenner mit einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft, mit einem stromab des Gebläses angeordneten, aus dem Luftvolumenstrom eine Steuergröße ableitenden Sollwertgeber für ein Gasregelventil, das innerhalb eines vorgegebenen Brennerleistungsbereichs das Mischungsverhältnis von Brenngas und Verbrennungsluft im Sinne einer Optimierung der Verbrennung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (30) für das Gasregelventil (32) auch die Temperatur der Verbrennungsluft erfaßt und den Sollwert temperaturabhängig so steuert, daß mit steigender Temperatur der Verbrennungsluft der Volumenanteil des Brenngases am Gesamtvolumen des Brenngas-Luftgemisches abnimmt und umgekehrt.
  2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber des Gasregelventils (32) eine differenzdruckerzeugende Steuerdruckblende (30) in einer zum Gasbrenner (20) führenden Verbrennungsluftleitung (12) hat, deren wirksamer Querschnitt temperaturabhängig gesteuert ist.
  3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Querschnitt der Steuerdruckblende (30) von mindestens einer Steuerklappe (42) beeinflußt ist, die mit einem vom Luftvolumenstrom beaufschlagten temperaturempfindlichen Stellglied gekoppelt ist.
  4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Stellglied (42) ein Bimetallelement ist.
  5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (42) selbst die Steuerklappe bildet.
  6. Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruckblende (30) eine ungesteuerte Hauptöffnung (38) und mindestens eine temperaturgesteuerte Nebenöffnung (40) hat.
  7. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasregelventil (32) ein differenzdruckgesteuerter Gasdruckregler ist.
  8. Regelvorrichtung für Gasbrenner mit einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft, einem Gasstellglied in einer zum Brenner führenden Brenngasleitung, und mit von einem Wärmebedarfssignal gesteuerten Stellgliedern für die Verbrennungsluft- und Brenngaszufuhr, dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Gebläses eine den Luftvolumenstrom abhängig von dessen Temperatur steuernde Blende vorgesehen ist.
EP92102550A 1991-03-26 1992-02-15 Regelvorrichtung für Gasbrenner mit einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft Expired - Lifetime EP0505714B1 (de)

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DE4109841 1991-03-26

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EP92102550A Expired - Lifetime EP0505714B1 (de) 1991-03-26 1992-02-15 Regelvorrichtung für Gasbrenner mit einem Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft

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