EP0724117A1 - Regelvorrichtung für einen Gasgebläsebrenner - Google Patents

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EP0724117A1
EP0724117A1 EP95114195A EP95114195A EP0724117A1 EP 0724117 A1 EP0724117 A1 EP 0724117A1 EP 95114195 A EP95114195 A EP 95114195A EP 95114195 A EP95114195 A EP 95114195A EP 0724117 A1 EP0724117 A1 EP 0724117A1
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gas
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temperature
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spring
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Alfred Hettel
Axel Obermann
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Landis and Gyr Technology Innovation AG
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    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/24—Valve details

Definitions

  • the invention relates to a control device for a gas fan burner according to the preamble of claim 1.
  • control devices are suitable, for example, for providing the gas intended for combustion and the amount of combustion air matched to it.
  • a control device for a gas fan burner of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from DE-A1-31 05 862.
  • a gas valve is guided by the pressure of the combustion air generated by a fan, so that, for example, a change in the speed of the fan with a corresponding change in the amount of air supplied to the burner also varies the amount of gas supplied. This enables roughly stoichiometric quantity control over the entire performance range.
  • the previously known solutions are not yet optimal with regard to a really stoichiometric combustion.
  • the fact that the temperature of the gas supplied to the combustion can also vary does not take into account. It is therefore necessary to take this influence into account if the lowest pollutant emissions are to be achieved.
  • the temperature of the combustible gas to be supplied to the combustion can fluctuate on the one hand because gas containers and gas supply lines are more or less exposed to the temperature of the environment. Often, however, the influence is even greater if the gas valve used to regulate the gas supply is installed directly on the boiler and is thus exposed to the radiant heat of the boiler and / or other heat-radiating components, for example a transformer of the automatic burner control unit.
  • the invention has for its object to further improve the regulation of the gas supply with a view to optimal stoichiometric combustion, so that there are lower pollutant emissions.
  • 1 means a gas control valve, by means of which the gas supply to a burner 2 is controlled.
  • the air required for combustion the supply of which is indicated by an arrow denoted by the letter L, is conveyed by a fan 3 through an air duct 4 to the burner 2.
  • the gas to be burned the supply of which is indicated by an arrow denoted by the letter G, is controlled in terms of quantity by the gas control valve 1.
  • the gas After passing through the gas control valve 1, the gas also reaches the burner 2 through a gas line 5.
  • the gas control valve 1 has a controllable opening cross section, which is formed by a valve seat 6 and a valve plate 7 movable relative thereto.
  • the valve plate 7 is connected to a tappet 8, one end of which is in contact with a membrane 9.
  • the membrane 9 forms the separation between an air chamber 10, which is connected via a control line 11 to the air duct 4, so that the air pressure on the air space-side surface of the membrane 9 is that which is generated by the fan 4 and which is a measure of how much Air is supplied to the burner 2.
  • the pressure that prevails in a chamber 12 acts on the opposite surface of the membrane 9.
  • This chamber 12 is connected via a connection 13 to an outlet chamber 14.
  • the outlet chamber 14 is connected to the gas line 5 leading to the burner 2.
  • the gas control valve 1 also has an inlet chamber 15 which is connected to a gas supply device, not shown.
  • the gas control valve 1 has an adjusting element 16 with which the pressure or quantity ratio of gas and air can be adjusted.
  • This adjusting element 16 which is also present in the prior art, is usually an adjusting screw.
  • This adjusting element 16 acts on a spring 17 which is supported on the one hand on the adjusting element 16 and on the other hand on the valve plate 7. Since the tappet 8 is connected to the valve plate 7 and the tappet 8 is supported on the diaphragm 9, the spring 17 also acts on the diaphragm 9.
  • a coupling member 18 is arranged between the adjusting element 16 and the spring 17.
  • This coupling member 18 is temperature sensitive, that is, it reacts to changes in temperature of the gas flowing through the outlet chamber 14 with dimensional changes. These dimensional changes result in a different preload of the spring 17.
  • the coupling member 18 can advantageously consist of a holder 19 and a bimetallic strip 20.
  • One side of the holder 19 is connected to the adjusting element 16, on the other side the one end of the bimetal strip 20 is fastened.
  • the free end of the bimetallic strip 20 acts against the spring 17.
  • the bimetallic strip 20 consists of thermal bimetell, ie of two metallic strips rolled onto one another, the two metals having a different coefficient of thermal expansion.
  • the bimetallic strip 20 is such that the metal with the greater coefficient of thermal expansion forms the side facing the spring 17.
  • the gas to be supplied to the combustion enters the gas control valve 1 through the inlet chamber 15.
  • the degree of opening of the gas control valve 1 determined by the opening cross-section, which is formed by the distance between the valve seat 6 and valve plate 7, a certain amount of gas flows from the inlet chamber 15 into the outlet chamber 14.
  • the degree of opening of the gas control valve 1 is influenced by the pressure in the air chamber 10, which is determined by the pressure in the air duct 4, and the pressure in the chamber 12, which is determined by the pressure in the outlet chamber 14.
  • the degree of opening becomes smaller or larger.
  • the underlying control principle is known.
  • the gas flowing through the outlet chamber 14 also flows around the coupling member 18, so that its temperature is determined by the temperature of the gas flowing through. Each change in temperature of the gas affects the coupling member 18. Whose temperature change is converted by the bimetallic strip 20 into a more or less large bias of the spring 17, which in turn is converted into a change in the pressure ratio between the air chamber 10 and the outlet chamber 14 via the action on the membrane 9 .
  • the teaching according to the invention can be clearly seen from the exemplary embodiment described.
  • the temperature of the gas flowing through the gas control valve 1 is detected by the coupling member 18.
  • the coupling member 18 experiences a change in dimension due to the temperature change, which is converted into a change in the effective throttle cross section.
  • the throttle cross section is, for example, the distance between the valve seat 6 and the valve plate 7.
  • the change in cross section takes place in the sense that the cross section is enlarged at a higher temperature of the gas and the cross section is reduced at a lower temperature.
  • the teaching of the invention can be implemented in a variety of ways.
  • This coupling member 18 is advantageously arranged between the adjusting element 16 and the spring 17.
  • a particularly simple and therefore advantageous embodiment is obtained if the bimetal element 20 is rigidly fixed on one side to the holder 19, while the free end of the bimetal element 20 presses on the first end of the spring 17, the second end of which presses on the valve plate 7.
  • the coupling member 18 is connected to the adjusting screw for the parallel displacement of the characteristic.
  • This adjustment screw is often referred to as a low-load adjustment device.

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Abstract

Bei einer Regelvorrichtung für einen Gasgebläsebrenner ist innerhalb eines Gasregelventils (1) ein dem Gasstrom ausgesetztes Koppelglied (18) angeordnet. Dieses Koppelglied (18) erfaßt die Temperatur des durchströmenden Gases. Dadurch, daß das Koppelglied (18) auf Temperaturänderungen mit Maßänderungen reagiert, wird durch eine Änderung der Temperatur des Gases der Abstand zwischen einem Ventilteller (7) und einem Ventilsitz (6) derart verändert, daß bei höherer Temperatur des Gases der Querschnitt vergrößert ist und bei niedrigerer Temperatur der Querschnitt verkleinert ist. Dadurch wird erreicht, daß bei schwankender Gastemperatur der Gasvolumenstrom so korrigiert wird, daß der Gasmassenstrom gleich bleibt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für einen Gasgebläsebrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Solche Regelvorrichtungen eignen sich beispielsweise zur Bereitstellung des zur Verbrennung vorgesehenen Gases und der hinsichtlich der Menge darauf abgestimmten Verbrennungsluft.
  • Eine Regelvorrichtung für einen Gasgebläsebrenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der DE-A1-31 05 862 bekannt. Ein Gasventil wird vom mit einem Gebläse erzeugten Druck der Verbrennungsluft geführt, so daß beispielsweise durch eine Änderung der Drehzahl des Gebläses mit einer entsprechenden Änderung der dem Brenner zugeführten Luftmenge auch die zugeführte Gasmenge variiert wird. Damit wird über den gesamten Leistungsbereich eine etwa stöchiometrische Mengersteuerung ermöglicht.
  • Bekannt ist auch (DE-C2 41 09 841), daß die Temperatur der Verbrennungsluft berücksichtigt werden muß, wenn eine genauere stöchiometrische Verbrennung erreicht werden soll. Dem Gegenstand dieses Patents liegt die Aufgabe zugrunde, den Luftüberschuß über den gesamten Leistungsbereich auf den optimalen Wert einzuregeln. Mit Hilfe einer auf die Temperatur der Verbrennungsluft reagierenden Steuerdruckblende wird die Gasmenge auch dann der Luftmenge optimal nachgeregelt, wenn die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft schwankt. Die Lösung basiert darauf, daß durch die Temperatur der Verbrennungsluft der Steuerdruck für das Gasregelventil verändert wird. Zur Übermittlung des Signals der Steuerdruckblende an das Gasregelventil sind zwei Leitungen zwischen der Steuerdruckblende und dem Gasregelventil erforderlich.
  • Die vorbekannten Lösungen sind im Hinblick auf eine wirklich stöchiometrische Verbrennung noch nicht optimal. Es bleibt nämlich die Tatsache unberücksichtigt, daß auch die Temperatur des der Verbrennung zugeführten Gases variieren kann. Es ist deshalb erforderlich, daß auch dieser Einfluß berücksichtigt wird, wenn niedrigste Schadstoffemissionen erzielt werden sollen. Die Temperatur des der Verbrennung zuzuführenden brennbaren Gases kann einmal dadurch schwanken, daß Gasbehälter und Gaszufuhrleitungen mehr oder weniger der Temperatur der Umgebung ausgesetzt sind. Oftmals noch größer ist aber der Einfluß, wenn das der Regelung der Gaszufuhr dienende Gasventil direkt am Kessel eingebaut ist und so der Strahlungswärme des Kessels und/oder anderer Wärme abstrahlender Komponenten, beispielsweise Transformator des Gasfeuerungsautomaten, ausgesetzt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelung der Gaszufuhr im Hinblick auf eine optimal stöchiometrische Verbrennung weiter zu verbessern, so daß sich niedrigere Schadstoffemissionen ergeben.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert.
  • In der einzigen Figur bedeutet 1 ein Gasregelventil, mit dessen Hilfe die Gaszufuhr zu einem Brenner 2 geregelt wird. Die zur Verbrennung benötigte Luft, deren Zufuhr durch einem mit dem Buchstaben L bezeichneten Pfeil angedeutet ist, wird von einem Gebläse 3 durch einen Luftkanal 4 zum Brenner 2 gefördert. Das zu verbrennende Gas, dessen Zufuhr durch einen mit einem mit dem Buchstaben G bezeichneten Pfeil angedeutet ist, wird hinsichtlich der Menge vom Gasregelventil 1 gesteuert. Nach Passieren des Gasregelventils 1 erreicht das Gas durch eine Gasleitung 5 ebenfalls den Brenner 2.
  • Das Gasregelventil 1 weist einen regelbaren Öffnungsquerschnitt auf, der durch einen Ventilsitz 6 und einen relativ dazu beweglichen Ventilteller 7 gebildet wird. Der Ventilteller 7 ist mit einem Stößel 8 verbunden, dessen eines Ende mit einer Membran 9 in Berührung steht. Die Membran 9 bildet die Trennung zwischen einer Luftkammer 10, die über eine Steuerleitung 11 mit dem Luftkanal 4 verbunden ist, so daß auf die luftraumseitige Oberfläche der Membran 9 jener Luftdruck wirkt, der vom Gebläse 4 erzeugt wird und der ein Maß dafür ist, wieviel Luft dem Brenner 2 zugeführt wird. Auf die gegenüberliegende Oberfläche der Membran 9 wirkt jener Druck, der in einer Kammer 12 herrscht. Diese Kammer 12 ist über eine Verbindung 13 mit einer Auslaßkammer 14 verbunden ist. Die Auslaßkammer 14 steht mit der zum Brenner 2 führenden Gasleitung 5 in Verbindung. Das Gasregelventil 1 weist außerdem eine Einlaßkammer 15 auf, die mit einer nicht dargestellten Gasversorgungseinrichtung verbunden ist.
  • Das Gasregelventil 1 weist ein Einstellelement 16 auf, mit dem das Druck- bzw. Mengenverhältnis von Gas und Luft einstellbar ist. Dieses beim Stand der Technik gleichfalls vorhandene Einstellelement 16 ist gewöhnlich eine Einstellschraube. Dieses Einstellelement 16 wirkt aufeine Feder 17, die sich einerseits am Einstellelement 16 und andererseits am Ventilteller 7 abstützt. Da mit dem Ventilteller 7 der Stößel 8 verbunden ist und sich der Stößel 8 auf der Membran 9 abstützt, wirkt die Feder 17 ebenfalls auf die Membran 9.
  • Erfindungsgemäß ist zwischen dem Einstellelement 16 und der Feder 17 ein Koppelglied 18 angeordnet. Dieses Koppelglied 18 ist temperaturempfindlich, d.h. es reagiert auf Temperaturänderungen des durch die Auslaßkammer 14 strömenden Gases mit Maßänderungen. Aus diesen Maßänderungen resultiert eine unterschiedliche Vorspannung der Feder 17. Das Koppelglied 18 kann vorteilhaft aus einem Halter 19 und einem Bimetallstreifen 20 bestehen. Die eine Seite des Halters 19 ist mit dem Einstellelement 16 verbunden, an der anderen Seite ist das eine Ende des Bimetallstreifens 20 befestigt. Das freie Ende des Bimetallstreifens 20 wirkt gegen die Feder 17. Der Bimetallstreifen 20 besteht aus Thermobimtell, d.h. aus zwei aufeinandergewalzten metallischen Bändern, wobei die beiden Metalle einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen. Der Bimetallstreifen 20 ist dabei so beschaffen, daß das Metall mit dem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten die der Feder 17 zugewandte Seite bildet.
  • Das der Verbrennung zuzuführende Gas tritt durch die Einlaßkammer 15 in das Gasregelventil 1 ein. Je nach Öffnungsgrad des Gasregelventils 1, bestimmt durch den Öffnungsquerschnitt, der durch den Abstand zwischen Ventilsitz 6 und Ventilteller 7 gebildetet wird, strömt eine bestimmte Menge Gas von der Einlaßkammer 15 in die Auslaßkammer 14. Der Öffnungsgrad des Gasregelventils 1 wird dabei beeinflußt vom Druck in der Luftkammer 10, der durch den Druck im Luftkanal 4 bestimmt wird, und vom Druck in der Kammer 12, die vom Druck in der Auslaßkammer 14 bestimmt wird. Je nach Druckverhältnis zwischen der Luftkammer 10 und der Kammer 12 wird der Öffnungsgrad kleiner oder größer. Das zugrundeliegende Regelprinzip ist bekannt.
  • Das durch die Auslaßkammer 14 durchströmende Gas umströmt auch das Koppelglied 18, so daß dessen Temperatur durch die Temperatur des durchströmenden Gases bestimmt wird. Jede Temperaturänderung des Gases beeinflußt das Koppelglied 18. Dessen Temperaturänderung wird durch den Bimetallstreifen 20 in eine mehr oder weniger große Vorspannung der Feder 17 umgesetzt, was seinerseits über die Wirkung auf die Membran 9 in eine Änderung des Druckverhältnisses zwischen Luftkammer 10 und Auslaßkammer 14 umgesetzt wird.
  • Dadurch, daß die der Feder 17 zugewandte Seite des Bimetallstreifens 20 den größeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wird durch eine steigende Temperatur des durchtretenden Gases bewirkt, daß die Vorspannung auf die Feder 17 vermindert wird, so daß das Gasregelventil 1 etwas weiter öffnet. Die durchtretende Gasmenge wird damit erhöht, wodurch der kleinere Massenanteil Gas pro Volumenteil gerade ausgeglichen wird. Trotz schwankender Temperatur wird dadurch sichergestellt, daß immer eine optimale Gasmenge, nämlich ein konstanter Gasmassenanteil, der Verbrennung zugeführt wird.
  • Anhand des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die erfindungsgemäße Lehre klar zu erkennen. Danach wird durch das Koppelglied 18 die Temperatur des durch das Gasregelventil 1 strömenden Gases erfaßt. Das Koppelglied 18 erfährt durch die Temperaturänderung eine Dimensionsänderung, die in eine Änderung des wirksamen Drosselquerschnitts umgesetzt wird. Der Drosselquerschnitt ist beispielsweise der Abstand zwischen dem Ventilsitz 6 und dem Ventilteller 7. Die Querschnittsänderung erfolgt dabei in dem Sinne, daß bei höherer Temperatur des Gases der Querschnitt vergrößert ist und bei niedrigerer Temperatur der Querschnitt verkleinert ist.
  • Die erfindungsgemäße Lehre läßt sich auf vielfältige Art und Weise verwirklichen. Vorteilhaft, weil besonders einfach, ist eine Lösung, bei der Koppelglied 18 ein Bimetallelement 20 aufweist, das auf die Temperatur des Gases reagiert. Vorteilhaft ist dieses Koppelglied 18 zwischen dem Einstellelement 16 und der Feder 17 angeordnet. Eine besonders einfache und damit vorteilhafte Ausgestelltung ergibt sich, wenn das Bimetallelement 20 einseitig am Halter 19 starr befestigt ist, während das freie Ende des Bimetallelements 20 auf das erste Ende der Feder 17 drückt, deren zweites Ende auf den Ventilteller 7 drückt.
  • Es ist vorteilhaft, wenn das Koppelglied 18 mit der Einstellschraube für die Parallelverschiebung der Kennlinie verbunden ist. Diese Einstellschraube wird vielfach auch als Kleinlasteinstellvorrichtung bezeichnet.

Claims (5)

  1. Regelvorrichtung für einen Gasgebläsebrenner, bei dem der Gasmengenstrom dem Luftmengenstrom durch ein pneumatisch wirkendes Gasregelventil (1) nachgeführt wird, wobei das Gasregelventil (1) einen Ventilsitz (6) und einen relativ dazu beweglichen Ventilteller (7) aufweist, bei dem eine auf den Ventilteller (7) wirkende Feder (17) mit einem Einstellelement (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des durch das Gasregelventil (1) strömenden Gases erfaßt und auf die Stellung des Gasregelventils (1) derart einwirkt, so daß eine Änderung der Temperatur des Gases eine Änderung des wirksamen Drosselquerschnitts, der sich durch den Abstand zwischen dem Ventilteller (7) und dem Ventilsitz (6) einstellt, ergibt, und zwar in dem Sinne, daß bei höherer Temperatur des Gases der Querschnitt vergrößert ist und bei niedrigerer Temperatur der Querschnitt verkleinert ist.
  2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasstrom innerhalb des Gasregelventils (1) ein Koppelglied (18) angeordnet ist, welches ein Bimetallelement (20) aufweist, das auf den Ventilteller (7) einwirkt.
  3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (20) zwischen dem Einstellelement (16) und der Feder (17) angeordnet ist.
  4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (20) einseitig an einem Halter (19) starr befestigt ist, während das freie Ende des Bimetallelements (20) auf das erste Ende der Feder (17) drückt, deren zweites Ende auf den Ventilteller (7) drückt.
  5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellelement (16) eine Einstellschraube für die Parallelverschiebung der Kennlinie ist.
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