EP0644377B1 - Regeleinrichtung für Gasbrenner - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für die durch den Wärmebedarf eines Verbrauchers gesteuerte Zufuhr von Gas- und Verbrennungsluft zu einem Brenner, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist. Bei einer aus EP-A 0 390 964 bekannten Regeleinrichtung dieser Art hat der verstärkende pneumatische Steuermodul eine großflächige, beiderseits vom Differenzdruck beaufschlagte Steuermembran, und eine sich über eine Feder an der Steuermembran abstützende Regelmembran kleinerer Fläche trägt den Schließkörper des Abblasventils. Zwischen der Antriebskammer für die Membran des Hauptventils und einer Verbindungsleitung zum Auslaß des Gasregelventils ist ein weiteres Servoventil eingeschaltet, dessen Schließkörper unter der Vorspannung einer den maximalen Gasdruck begrenzenden Druckfeder steht. Die Steuermembran stützt sich über ein Druckfeder an einem verstellbaren Anschlag ab.
• Bei einer aus EP-A 0 326 880 bekannten ähnlichen Regeleinrichtung ist die eine Membrankammer des Steuermoduls an eine im Verbrennungsluftkanal vorgesehene Venturi-Düse und die andere Membrankammer an den Boden der Brennkammer angeschlossen. Die Membran des Steuermoduls wirkt über eine Ventilstange unmittelbar auf das Hauptgasventil ein.
• Ferner ist aus DE-U 83 00 157 ein Gerät zur gleichzeitigen Regelung der Gas- und Luftzufuhr zu einem Brenner bekannt, wobei auf ein mit einem Membranantrieb versehenes Luftregelventil ein von einem Temperaturfühler gesteuerter Servodruckregler aufgesetzt ist und ein ebenfalls mit einem Membranantrieb versehenes Gasregelventil seinen Steuerdruck vom gleichen Servodruckregler erhält. Auf das Gasregelgerät ist ein Druckregler und auf diesen ein pneumatischer Druck- oder Kraftverstärker aufgesetzt.
• Die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung vereinfacht den Aufbau einer Gasregeleinrichtung der eingangs beschriebenen Art ganz wesentlich. Sie ermöglicht darüber hinaus, mit einfachen Mitteln eine Anpassung der Regeleinrichtung im Falle der Verwendung von unterschiedlichen Brenngasen. Das dem Verbrennungsluftdurchsatz proportionale Differenzdrucksignal wird hier unmittelbar pneumatisch mit dem Gasdruck am Auslaß des Gasregelventils verglichen und hieraus eine pneumatische Steuergröße für den Membranantrieb des Hauptgasventils gewonnen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch eine zusätzliche Einstellvorrichtung in der Gaszuleitung zum Brenner kann eine Feinanpassung des Gas/Luftgemischs an den für eine optimale Verbrennung erforderlichen Wert erfolgen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels erläutert.
• In der Brennkammer 1 eines gasbefeuerten Heizgerätes sind ein Wärmetauscher 2 sowie ein Brenner 3 angeordnet. Der Wärmetauscher ist über eine Vorlaufleitung 4 und eine Rücklaufleitung 5 mit einem nicht dargestellten Verbraucher verbunden. Ein Temperaturfühler 6 mißt die Vorlauftemperatur des dem Verbraucher zugeführten Heißwassers und liefert ein entsprechendes Signal an den Istwerteingang 7 des Temperaturreglers 8. Dieser erhält an seinem Sollwerteingang 9, beispielsweise von einem Handeinsteller ein der gewünschten Temperatur entsprechendes Sollwertsignal. Er steuert beispielsweise über einen Umrichter die Energiezufuhr zum Motor 10 des Gebläses 11, welches Verbrennungsluft über den Zuluftkanal 12 dem Brenner 3 zuleitet. Die Abgase verlassen die ansonsten geschlossene Brennkammer 1 durch den Rauchgasabzug 13. Einer Gasdüse 14 in der Zuleitung 12 zum Brenner 3 wird von einem Gasregelventil 15 her das zu verbrennende Gas zugeleitet. Luftzufuhr, Gaszufuhr und Mischkammer können auch anders gestaltet und/oder angeordnet sein. Beispielsweise kann das Gebläse 11 im Abzug 13 vorgesehen sein.
• Das als Hauptgasventil dienende Gasregelventil 15 ist zwischen den Gaseinlaß 16 und den Gasauslaß 17 eingeschaltet. Es umfaßt einen durch eine Feder 18 in Schließrichtung vorgespannten Schließkörper 19, der mit einem in die Trennwand 20 eingesetzten Ventilsitz 21 zusammenwirkt. Betätigt wird der Schließkörper 19 über eine Ventilstange 22 von einer Membran 23, welche die Steuerkammer 24 abschließt. Die Steuerkammer 24 des Hauptgasventils 15 ist einerseits über eine erste Drossel 25 an den Gaseinlaß 16 und andererseits an ein in einem Steuermodul 26 vorgesehenes Abblasventil angeschlossen, dessen Schließkörper 27 von der Membran 28 des Steuermoduls 26 getragen ist. Der Sitz 29 des Abblasventils 27, 29 steht über eine Leitung 30 mit der Steuerkammer 24 in Verbindung. Eine Feder 31 wirkt in Öffnungsrichtung auf den Schließkörper 27 ein, während eine gegenüberstehende Feder 32 sich an einer Einstellschraube 33 abstützt und in Gegenrichtung wirksam ist.
• Der vom Gebläse 11 erzeugte Verbrennungsluftdurchsatz wird mit Hilfe einer in den Zuluftkanal 12 eingesetzten Differenzdruckmeßeinrichtung gemessen, welche eine Blende 34 sowie eine stromaufwärts, also auf der Hochdruckseite des Gebläses in den Zuluftkanal 12 mündende erste Meßleitung 35 sowie eine stromabwärts von der Blende in den Zuluftkanal 12 mündende zweite Meßleitung 36 umfaßt. Die Leitung 35 ist an die Steuerkammer 36 des Steuermoduls angeschlossen. Die Abblaskammer 37 des Steuermoduls 26 steht einerseits über eine zweite Drossel 38 mit dem Auslaß 39 des Hauptgasventils 15 und andererseits über eine dritte Drossel 40 mit der Niederdruckleitung 36 der Differenzdruckmeßvorrichtung 34, 35, 45 in Verbindung. Beide Drosseln 38 und 40 sind vorzugsweise einstellbar. In der Gaszufuhrleitung 17 ist zwischen dem Abzweig 41 zur zweiten Drossel 38 und der Mündung 14 in den Gas/Luftzufuhrkanal 42 zum Brenner 3 eine einstellbare vierte Drossel 43 angeordnet. Auch die Drossel 25 kann einstellbar sein.
• Die Drehzahl des Gebläses 11 und damit der Verbrennungsluftdurchsatz wird in Abhängigkeit vom Wärmebedarf durch den Regler 8 gesteuert. Steigt der Luftdurchsatz an, so wächst auch der Druck in der Meßleitung 35, wodurch der in der Steuerkammer 45 des Steuermoduls 26 herrschende Druck erhöht und somit dessen Membran 28 nach unten bewegt wird. Das Abblasventil 27, 29 wird in Richtung Schließstellung bewegt, wodurch der Druck in der Steuerkammer 24 zunimmt und das Hauptventil 19, 21 weiter öffnet. Dem erhöhten Luftdurchsatz folgt somit ein erhöhter Gasdurchsatz.
• Insoweit handelt es sich um eine Folgesteuerung, mit der der Gasdurchsatz dem Luftdurchsatz nachgeführt wird. Durch die Einschaltung der beiden Drosseln 38 und 40 wird diese Steuerung zu einem geschlossenen Regelkreis. Die Leitung 41 mit der Drossel 38 koppelt nämlich die Abblaskammer 37 des Steuermoduls zugleich mit der Auslaßseite 39 des Gasregelventils. Nimmt aus irgendwelchen Gründen der Druck am Auslaß 39 des Gasregelventils zu, so erhöht sich über die Leitung 41 und die Drossel 38 auch der Druck in der Verbindungsleitung 44 zwischen Abblaskammer 37 des Steuermoduls 26 und Drosselstelle 40. Dies bedeutet, daß der Steuermembran 28 des Steuermoduls 26 von unten her ein größerer Druck entgegenwirkt und somit der vom Luftdurchsatz in der Hochdruckmeßleitung 35 erzeugte Steuerdruck in der Steuerkammer 45 die Membran 28 und mit ihr den Schließkörper 27 nicht soweit nach unten bewegen kann, wie ohne den erhöhten Druck in der Leitung 44. Damit wird das Abblasventil 27, 29 weniger geschlossen, der Druck in der Steuerkammer 24 geht zurück, und die Feder 18 kann den Schließkörper 19 des Hauptgasventils in Schließrichtung bewegen und damit den Gasdurchsatz drosseln. Auf diese Weise sind Luftdurchsatz und Gasdurchsatz pneumatisch im Sinne einer gleichsinnigen Regelung miteinander verknüpft. Die Drossel 40 zwischen Abblaskammer 37 und Niederdruckmeßleitung 36 sorgt einerseits dafür, daß sich in der Verbindungsleitung 44 ein Druck aufbauen kann und andererseits bei geschlossenem Abblasventil 27, 29 der Druck in der Kammer 37 abgebaut werden kann.
• Die Verknüpfung des Gasdruckes P_g in der Gasdüse 14 mit dem vom Gebläse 11 erzeugten Verbrennungsluftdruck P_a ergibt sich unter Vernachlässigung der Drossel 43 zu $${\text{P}}_{\text{g}}\text{=}\frac{{\text{R}}_{\text{38}}{\text{+ R}}_{\text{40}}}{{\text{R}}_{\text{40}}}{\text{·P}}_{\text{a}}$$

  
• Dabei sind R₃₈ und R₄₀ die Strömungswiderstände der beiden Drosseln 38 bzw. 40. Der pneumatische Verstärkungsfaktor des Steuermoduls 26 ist mit 1:1 angesetzt. Für den Druck P₃₇ in der Abblaskammer 37 erhält man die Beziehung: $${\text{P}}_{\text{37}}\text{=}\frac{{\text{R}}_{\text{40}}}{{\text{R}}_{\text{38}}{\text{+ R}}_{\text{40}}}{\text{· P}}_{\text{g}}$$

  
• Bezeichnet man den Druck in der Gemischzuleitung 42 mit P₄₂, so ergeben sich folgende Druckdifferenzen: $${\text{dP}}_{\text{g}}{\text{= P}}_{\text{g}}{\text{- P}}_{\text{42}}$$

  

  $${\text{dP}}_{\text{a}}{\text{= P}}_{\text{a}}{\text{- P}}_{\text{42}}$$

  

  $${\text{dP}}_{\text{37}}{\text{= P}}_{\text{37}}{\text{- P}}_{\text{42}}\text{.}$$

  
• Hieraus folgen: $${\text{dP}}_{\text{g}}\text{=}\frac{{\text{R}}_{\text{38}}{\text{+ R}}_{\text{40}}}{{\text{R}}_{\text{40}}}{\text{· dP}}_{\text{a}}$$

  

  $${\text{dP}}_{\text{37}}\text{=}\frac{{\text{R}}_{\text{40}}}{{\text{R}}_{\text{38}}{\text{+ R}}_{\text{40}}}{\text{· dP}}_{\text{g}}$$

  
• Der Verstärkungs- oder Proportionalitätsfaktor, mit dem die Änderung des Gasdrucks dP_g mit derjenigen des Luftdrucks dP_a verknüpft ist, läßt sich also durch Einstellen der Drosseln 38 und 40 in gewünschter Weise festlegen. Durch Verstellen des Anschlags 33 für die Feder 32 kann der Versatz (Offset) des Reglers eingestellt werden. Eine Feinabstimmung des Gas/Luftverhältnisses läßt sich mit Hilfe der Drossel 43 erzielen. Wenn im gezeigten Ausführungsbeispiel der Verbrennungsluftdurchsatz durch Verändern der Drehzahl des Gebläses 11 dem Wärmebedarf angepaßt wird, so ist ersichtlich, daß für die vorliegende Erfindung die Art der Steuerung des Verbrennungsluftdurchsatzes von untergeordneter Bedeutung ist und beispielsweise auch durch eine Luftklappe oder durch ein Luftventil erfolgen kann.

Claims (6)

1. Regeleinrichtung für die durch den Wärmebedarf eines Verbrauchers gesteuerte Zufuhr von Gas und Verbrennungsluft zu einem Brenner, wobei

   a) ein dem Wärmebedarf entsprechendes Ausgangssignal eines Wärmebedarfsreglers die Verbrennungsluftzufuhr steuert;

   b) eine Differenzdruckmeßvorrichtung (34, 35, 45) ein dem Verbrennungsluftstrom proportionales Differenzdrucksignal erzeugt und den beiden Membrankammern (45, 37) eines pneumatischen Steuermoduls (26) zuführt;

   c) das pneumatische Ausgangssignal des Steuermoduls die Membran (23) eines in die Gaszuleitung (16, 17, 39) eingeschalteten membrangesteuerten Hauptgasventils (15) beaufschlagt;

   d) die Steuerkammer (24) des Hauptgasventils (15) einerseits über eine erste Drossel (25) an den Gaseinlaß (16) des Hauptgasventils und andererseits an ein im Steuermodul (26) vorgesehenes Abblasventil (27, 28, 29) angeschlossen ist, dessen Schließkörper (27) von der Membran (28) des Steuermoduls getragen ist; und

   e) die Druckkammer (45) des Steuermoduls (26) an die Hochdruckseite (35) der Differenzdruckmeßvorrichtung (34, 35, 45) angeschlossen ist,

   dadurch gekennzeichnet, daß
   f) die Abblaskammer (37) des Steuermoduls (26) einerseits über eine zweite Drossel (38) an den Auslaß (39) des Hauptgasventils (15) und andererseits über eine dritte Drossel (40) an die Niederdruckseite (36) der Differenzdruckmeßvorrichtung (34, 35, 45) angeschlossen ist.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (28) des Steuermoduls (26) sich über eine Druckfeder (32) an einem im Gehäuse des Steuermoduls (26) verstellbaren Anschlag (33) abstützt.
3. Regeleinrichtung nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und/oder die dritte Drossel (25, 38, 40) einstellbar ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d adurch gekennzeichnet, daß in der Gaszufuhrleitung (39, 17, 14) zwischen dem Abzweig (39) zur zweiten Drossel (38) und der Mündung (14) in den Gas/Luftzufuhrkanal (42) zum Brenner (3) eine einstellbare vierte Drossel (43) vorgesehen ist.
5. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung oder Einstellung der zweiten (38) und der dritten (40) Drossel, daß $${\text{P}}_{\text{g}}\text{=}\frac{{\text{R}}_{\text{38}}{\text{+ R}}_{\text{40}}}{{\text{R}}_{\text{40}}}{\text{· P}}_{\text{a}}$$

   

   mit

   P_g =   Gasdruck an der Mündung (14) der Gaszufuhrleitung (17) in den Gemischkanal (42);

   P_a =   Luftdruck auf der Hochdruckseite in der Differenzdruckmeßvorrichtung (34, 35, 45);

   R₃₈=   Strömungswiderstand der zweiten Drossel (38);

   R₄₀=   Strömungswiderstand der dritten Drossel (40).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pneumatische Verstärkungsfaktor des Steuermoduls (26) gleich 1:1 gewählt ist.

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