EP0908670B1

EP0908670B1 - Vorrichtung zum Betreiben eines atmosphärischen Gasbrenners

Info

Publication number: EP0908670B1
Application number: EP19980118621
Authority: EP
Inventors: Ulrich Besser; Kersten Wehmeier; Marcus Bienzle; Klaus Danner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2018-10-01
Also published as: EP0908670A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben eines atmosphärischen Gasbrenners nach dem Obergriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Ein bekannter Gasbrenner dieser Gattung ist aus EP 657 693 A2 bekannt. Bei dem aus der EP 657 693 A2 bekannten atmosphärischen Gasbrenner ist einer zentralen Hauptdüse eine zweite, außenliegende Nebendüse zugeordnet, die geneigt in den Strahl der Hauptdüse gerichtet ist. Mittels der geneigten Nebendüse wird zusätzlich Brennstoff in den Hauptdüsenstrahl eingedüst, wobei sowohl die Hauptdüse als auch die Nebendüse von einem gemeinsamen Gasstrom gespeist werden und lediglich die Hauptdüse mittels eines Verschlusselements steuerbar ist.

Um unerwünschte Effekte beim Eindüsen des Brennstoffs durch eine Düse mit konstantem Austrittsquerschnitt, die in festem Abstand und fester Lage zur Mischrohröffnung des Gasbrenners angeordnet ist, zu begegnen, wird in der DE-OS 44 07 758 ferner vorgeschlagen, durch bewegliche Strömungshindernisse den Luftzutritt zum Mischrohr im unteren Lastbereich zu verringern oder die Düse verschiebbar zu lagern um somit ihren Abstand zur Mischrohröffnung zu verändern. Diese Maßnahmen bedingen den Einsatz von beweglichen Teilen, die schmutz- und störungsempfindlich sind und die Anordnung nicht unwesentlich verteuern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Variation des Brennstoff-Luftverhältnisses, die zum Ausgleich von Veränderungen des Brennstoff-Luftverhältnisses über dem Modulationsbereich und/oder zur Anpassung des Gasbrenners an verschiedene Brennstoffe ohne Düsenwechsel eingesetzt werden kann. Weiterhin zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung durch einen einfachen Aufbau aus, der ohne bewegliche Teile auskommt.

Die Aufteilung des Gesamtstroms des Brenngases auf einen in Bezug auf die Mischrohröffnung zentral ausgerichteten Teilgasstrom und auf mindestens einen weiteren nichtzentral ausgerichteten Teilgasstrom erfolgt über die eingestellte bzw. geforderte Brennerleistung , indem zum Konstanthalten des Brennstoff-Luftverhältnisses über dem gesamten Modulationsbereich des Gasbrenners eine zentrale Düse vorgesehen ist, die für eine maximal erforderliche Verbrennungsluft- Ansaugung bei Nennbelastung des Gasbrenners ausgelegt ist, während eine Außendüse vorgesehen ist, die für eine minimal erforderliche Verbrennungsluft-Ansaugung im Teillastbereich des Gasbrenners ausgelegt ist. Die Gaszufuhr erfolgt dergestalt, daß mit abnehmender Brennerbelastung ein zunehmend größerer Anteil des zugeführten Brennstoffs durch die Außendüse tritt, während der durch die zentrale Düse austretende Teilgasstrom reduziert wird. Da der Zusammenhang zwischen Brennerleistung und Luftzahl λ insbesondere bei atmosphärischen Brennern mit geringer Verschmutzungsneigung fest vorgegeben ist, kann die Aufteilung der Teilgasströme in einer Kennlinie bzw. Kennlinienschar im Steuergerät des Heizgeräts hinterlegt werden.

Bei einem Gasartenwechsel kommt es in der Regel zu einer Veränderung der Luftzahl λ und der Brennerbelastung. In vorteilhafter Weise kann die Aufteilung der Teilgasströme auf die zentrale Düse und auf die Außendüse dann so erfolgen, daß die geforderte Brennerleistung im wesentlichen über den zentral ausgerichteten Teilgasstrom bedient wird, während zur Einstellung bzw. zum Konstanthalten des Brenngas-Luftverhältnisses der nichtzentral ausgerichtete Teilgasstrom bzw. die Außendüse herangezogen wird, wobei ein Gasartenwechsel während der Verbrennung durch einen zusätzlichen Sensor erfaßt wird. Damit kann über ein Steuergerät eines Verbrennungsregelsystems der Gesamtgasstrom auf das aus den zwei Düsenarten bestehende Injektorsystem so aufgeteilt werden, daß die ursprüngliche Luftzahl λ und damit auch die ursprüngliche Brennerbelastung beibehalten werden.

Im modulierenden Betrieb eines atmosphärischen Gasbrenners mit Vollvormischung nimmt bei kleiner werdender Last das Luftverhältnis zu, weil sich dabei der Injektorwirkungsgrad wegen des verringerten Massendurchsatzes verbessert. Ferner ist bekannt, daß die Injektorwirkung bei gleichbleibendem Massendurchsatz des Brennstoffes mit zunehmender Größe der Austrittsöffnung der Düse abnimmt. Ausgehend von diesen Tatsachen und unter Zugrundelegung der Aufgabe, das Brennstoff-Luftverhältnis über den Modulationsbereich des Gasbrenners konstant zu halten oder abhängig vom Lastverlauf in bestimmter Weise zu variieren, ist der Austrittsquerschnitt der zentralen Düse kleiner als der Austrittsquerschnitt der Außendüse bzw. die Summe der Austrittsquerschnitte der Außendüse.

Damit die beiden Gaswege zur zentralen Düse und zur Außendüse getrennt geregelt werden können, sind den zwei Regelventile gemeinsam zwei Sicherheitsventile vorgeschaltet. In einer alternativen Ausführungsform kommen zwei kombinierte Sicherheits/Regelventile zum Einsatz, denen in diesem Fall nur noch ein gemeinsames Sicherheitsventil vorgeschaltet werden braucht.

Das Vorhandensein von zwei getrennt regelbaren Brennstoffzuführungen zum Injektorsystem kann vorteilhaft auch zu einer vorübergehenden Anfettung des Brennstoff-Luftgemisches beim Kaltstart des Gasbrenners genutzt werden.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1a zeigt das Injektorsystem des Gasbrenners mit dem Düsensystem im Schnitt und den Eingangsbereich des Mischrohres in Seitenansicht, Fig. 1b eine alternative Ausführung einer Gaszufuhr und Fig. 1c eine alternative Ausführungsform des Düsensystems.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In einem ersten Ausführungsbeispiel hat das Injektorsystem eine zentrale Düse 10 mit Kreisquerschnitt, die von einer Ringdüse 12a konzentrisch umgeben ist. Die Ringdüse 12a hat einen größeren Austrittsquerschnitt als die zentrale Düse 10 und ist gegenüber dieser in Strömungsrichtung des Brennstoffs axial zurückversetzt.

Die zentrale Düse 10 wird aus einem Gasverteilerrohr 18 gespeist, dem der Brennstoff über ein Regelventil 20 zugeführt ist. Die Ringdüse 12a ist mit einem Gasverteilerrohr 22 verbunden, in das der Brennstoff über ein Regelventil 24 gelangt. Die Regelventile 20 und 24, die mit dem gleichen Gas beaufschlagt werden, sind an ein Steuergerät 26 einer Verbrennungsregeleinrichtung angeschlossen, welches die Brenngaszufuhr in Abhängigkeit vom Lastzustand des Gasbrenners und/oder der verwendeten Gasart auf die beiden Düsen 10 und 12a verteilt.

Den beiden Regelventilen 20, 24 sind, wie Fig. 1a zeigt, gemeinsam zwei Sicherheitsventile 28, 30 vorgeschaltet, die u.a. bei einer Abschaltung des Gasbrenners die Dichtheitskontrolle übernehmen. In Fig. 1b ist eine zweite alternative Ausführungsform der Gaszufuhr dargestellt. Unter Beibehaltung der doppelten Sicherheit sind die beiden Ventile für die Gasverteilerrohre 18, 22 in diesem Fall als kombinierte Sicherheits/Regelventile 32, 34 ausgebildet, denen gemeinsam ein Sicherheitsventil 36 vorgeschaltet ist.

Bei entsprechender Auslegung des Austrittsquerschnitts der zentralen Düse 10 und deren Abstand zum Mischrohr 14 und bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Eingangsbereichs 16 des Mischrohrs 14 werden über das Steuergerät 26 die Teilgasströme zu der zentralen Düse 10 und zu der Ringdüse 12a so aufgeteilt, daß sich die gewünschte Luftzahl λ ergibt, die damit über den gesamten Modulationsbereich des Gasbrenners konstant gehalten werden kann. Wird beispielsweise als Brennstoff Erdgas verwendet, so wird im Nennlastbetrieb des Gasbrenners nur die zentrale Düse 10 mit Brenngas beaufschlagt, während das Regelventil 24 für die Ringdüse 12a geschlossen ist. Bei abnehmender Brennerbelastung erfolgt über das Steuergerät 26 der Verbrennungsregeleinrichtung eine überproportionale Reduzierung des Massenstroms durch die zentrale Düse 10 und eine kontinuierliche Erhöhung des Anteils durch die Ringdüse 12a. Durch deren größeren Austrittsquerschnitt verschlechtert sich die Luftansaugung, wodurch der grundsätzlichen Luftzahlerhöhung bei Kleinlast entgegengewirkt und das gewünschte Brennstoff-Luftverhältnis konstant gehalten wird. Eine derartige Steuerung der Gaszufuhr kann in einer Kennlinie bzw. Kennlinienschar im Steuergerät 26 hinterlegt werden.

Damit Luftzahländerungen auch aufgrund von einem Gasartenwechsel ausgeregelt werden können, ist in einem zweiten Verfahren zur Ansteuerung der Gasdüsen 10, 12a vorgesehen, daß die Brennerleistung sowohl im Teil- auch im Vollastbereich durch die Gaszufuhr über über die zentrale Düse 10 bestimmt wird. Die Gaszufuhr zur Ringdüse 12a erfolgt in Abhängigkeit von der während der Verbrennung erfaßten Luftzahl λ, die z.B. durch eine mit dem Steuergerät 26 verbundene und im Abgasweg angeordnete λ- Sonde 38 bestimmt werden kann. Dabei ist das System so ausgelegt, daß selbst im Nennlastbetrieb des Gasbrenners die Verbrennung bei einem Brenngas mit hoher Wobbezahl und damit hohem Verbrennungsluftbedarf (z.B. Erdgas H) überstöchiometrisch erfolgt, so daß die sich bei einem Gasartenwechsel auf ein Brenngas mit geringerem Verbrennungsluftbedarf (z.B. Erdgas L) ergebende Luftzahlerhöhung durch eine zusätzliche unterstöchiometrische Gasgemischzufuhr über die Ringdüse 12a auf einen optimalen Luftzahlwert heruntergeregelt wird. Ändert sich der Lastzustand des Brenners, kann ebenfalls über die Ringdüse 12a ein optimaler Luftzahlwert eingestellt werden. Damit gfs. verbundene Soll-Ist-Abweichungen in der Brennerleistung können korrigiert werden, indem die Vorlauftemperatur des Heizwassers oder die Raumtemperatur der zu beheizenden Räume als Stellgröße für die Brennerleistung verwendet werden.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach Figur 1c werden als Außendüse anstelle der Ringdüse 12a mehrere radial zur zentralen Düse 10 angeordnete Einzeldüsen bzw. Einzelbohrungen 12b eingesetzt. Die Summe der Austrittsquerschnitte der Einzeldüsen 12b ist ebenfalls größer als der Austrittsquerschnitt der zentralen Düse 10. Weiterhin sind die Einzeldüsen 12b wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1a gegenüber der zentralen Düse 10 in Strömungsrichtung des Brennstoffes axial zurückversetzt. Die Aufteilung der Gasströme kann auf die gleiche Art und Weise erfolgen, wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Claims

Atmosphärischer Gasbrenner für ein Heizgerät, insbesondere mit Vollvormischung von Brennstoff und Luft, bei dem ein Injektorsystem mit Mitteln zum Beeinflussen der Ansaugcharakteristik und damit des Brennstoff-Luftverhältnisses versehen ist, das eine kombinierte Anordnung von einer zentralen Düse (10) und wenigstens einer zweiten Außendüse (12a, 12b) aufweist, wobei der Austrittsquerschnitt der zentralen Düse (10) kleiner ist als der Austrittsquerschnitt bzw. die Summe der Austrittsquerschnitte der Außendüse (12a, 12b) und wobei die Austrittsöffnung der Außendüse (12a, 12b) gegenüber der zentralen Düse (10) axial zurückversetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außendüse als eine konzentrisch zur zentralen Düse (10) angeordnete Ringdüse (12a) ausgebildet ist und dass die Steuerung der Gaszufuhr zur zentralen Düse (10) und zur Außendüse (12) über zwei Regelventile (20, 24) erfolgt, wobei zur Einstellung eines vorgegebenen Brennstoff-Luftverhältnisses der zentral ausgerichtete Teilgasstrom mit zunehmender Brennerbelastung vergrößert wird und umgekehrt, während der nichtzentral ausgerichtete Teilgasstrom in Abhängigkeit von der während der Verbrennung erfassten Luftzahl λ bestimmt wird.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den zwei Regelventilen (20, 24) gemeinsam zwei Sicherheitsventile (28, 30) vorgeschaltet sind.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelventile zwei kombinierte Sicherheits/Regelventile (32, 34) sind, denen gemeinsam ein Sicherheitsventil (36) vorgeschaltet ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Brennstoffzufuhr auf die zentrale Düse (10) und auf die Außendüse (12a,12b) eine vorübergehende Anfettung des Brennstoff-Luftgemisches bei Kaltstart des Gasbrenners vorsieht.