EP1030108A1 - Gasbrenner sowie Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners - Google Patents

Gasbrenner sowie Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners Download PDF

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EP1030108A1
EP1030108A1 EP00102828A EP00102828A EP1030108A1 EP 1030108 A1 EP1030108 A1 EP 1030108A1 EP 00102828 A EP00102828 A EP 00102828A EP 00102828 A EP00102828 A EP 00102828A EP 1030108 A1 EP1030108 A1 EP 1030108A1
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EP
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gas
combustion air
control pressure
burner
fan
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EP00102828A
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Stefan Eichengrün
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Robert Bosch GmbH
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    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/34—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/16—Fuel valves variable flow or proportional valves

Definitions

  • the invention is based on a gas burner and one Method of operating a gas burner of the type of the main claims.
  • one Gas burner will modulate the burner output via the entire modulation range by just varying the fan speed is reached.
  • a quadratic ratio between the Modulation bandwidth and the control pressure bandwidth exists however a quadratic ratio, so that for a target modulation bandwidth of 10: 1 one Control pressure bandwidth of 100: 1 with the same gas type should be run through. So big However, control pressure ranges are not technically controllable and causal for today's real Modulation bandwidths of around 3-4: 1.
  • the inventive method for operating a Gas burner and the arrangement according to the invention with the Features of the main claims has the advantage that with technically manageable means a modulation bandwidth reached up to 10: 1 and thus the efficiency of the Combustion can be increased further.
  • a simple version for operating a gas burner results when the second influencing variable is the ratio of Fan speed to the required amount of combustion air varies. This can advantageously be achieved in that the second influencing variable on an aperture on the Throttle opening of the control pressure generator acts.
  • the second influencing variable with increasing Heat demand on the throttle opening in the control pressure generator and gradually on the gas actuator if necessary acts and in the resulting Step sections of the modulation area the modulation by changing the speed of the fan.
  • a premix burner 10 is a gas-air mixture over a Fan 12 supplied, the speed of which is via a control device 14 is controlled depending on the heat demand.
  • the blower 12 sucks the Combustion air via a throttle opening 16 a Control pressure generator 18 in a mixing chamber 20 in which a gas line 22 opens downstream of the throttle opening 16. This leads through two safety valves 24, 26 and Gas actuator 28, which the gas depending on Vacuum in the mixing chamber 20 can flow into this.
  • the size of the throttle opening 16 in the control pressure generator 18 is dependent on the position of an aperture 30, which an electric stepper motor 32 is adjustable.
  • the Vacuum in the mixing chamber 20 and thus by the Gas actuator 28 provided amount of gas is excluded by the fan speed also by the intervention of the Stepper motor 32 also affected.
  • the stepper motor 32 and the blower 12 are actuated by commands 36 and 38, respectively controlled depending on the heat demand.
  • the gas actuator 28 is additionally via an electric stepper motor 34 controlled by control commands 40 so that the a constant lambda value throughout the modulation range results.
  • the control concept of the exemplary embodiment sees a gradation of the modulation range in three sections, each are assigned to a sub-area of the device performance.
  • the Stepping is by the control commands 36 via the stepper motor 32 and the aperture 30 reaches one in each section certain cross section of the throttle opening 16 releases and keeps it constant in the relevant section.
  • the steady course of the regulation in the individual sections get the control commands 38 via the blower 12, the Speed range is fully or largely used.
  • the control method according to the invention for increasing the Modulation range of a gas burner with a pneumatic gas-air system is also with a blower feasible, only at a constant speed is operated, in which case the Control of the performance of the gas burner depending on the heat demand exclusively on the position of the aperture 30 or on the Gas actuator 28 takes place.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Gasbrenner sowie von einem Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners mit modulierend geregelter Brennerleistung, mit einem Gebläse (12) für die Zuführung der Verbrennungsluft, dessen Drehzahl wärmebedarfsabhängig gesteuert ist, ferner mit einem Gasstellglied (28), das von einem aus dem geförderten Verbrennungsluftstrom abgeleiteten Steuerdruck beeinflußt ist und die Gaszufuhr dem jeweils geforderten Verbrennungsluftstrom anpaßt. Es wird vorgeschlagen, daß zur Vergrößerung des Modulationsbereichs die dem Brenner (10) zugeführte Menge des Brennstoff-Luftgemisches außer von der Drehzahl des Gebläses (12) von einer zweiten, ebenfalls vom Wärmebedarf gesteuerten Einflußgröße (36)abhängig ist. Dadurch ist erreicht, daß die Modulationsbandbreite ohne Vergrößerung des Drehzahlbereiches des Gebläses (12) auf Werte bis zu 10:1 erweitert werden kann. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Gasbrenner sowie von einem Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners nach der Gattung der Hauptansprüche. Bei den bekannten Regelverfahren eines Gasbrenners wird die Modulation der Brennerleistung über den gesamten Modulationsbereich hinweg allein durch Variieren der Gebläsedrehzahl erreicht. Zwischen der Modulationsbandbreite und der Steuerdruckbandbreite besteht jedoch ein quadratisches Verhältnis, so daß für eine angestrebte Modulationsbandbreite von 10 : 1 eine Steuerdruckbandbreite von 100 : 1 bei gleicher Gasart durchlaufen werden müßte. Derart große Steuerdruckbandbreiten sind jedoch technisch nicht beherrschbar und ursächlich für die heute real gegebenen Modulationsbandbreiten von etwa 3-4 : 1.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners sowie die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen der Hauptansprüche hat den Vorteil, daß mit technisch beherrschbaren Mitteln eine Modulationsbandbreite bis zu 10 : 1 erreicht und damit der Wirkungsgrad der Verbrennung weiter erhöht werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Gegenstände der Hauptansprüche möglich.
Eine einfache Ausführung zum Betreiben eines Gasbrenners ergibt sich, wenn die zweite Einflußgröße das Verhältnis von Gebläsedrehzahl zur geforderten Verbrennungsluftmenge variiert. Das kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß die zweite Einflußgröße auf eine Blende an der Drosselöffnung des Steuerdruckerzeugers einwirkt.
Eine exakte Zuordnung der Gasmenge zur Verbrennungsluftmenge im gesamten Leistungsbereich des Brenners kann sichergestellt werden, wenn eine zweite Einflußgröße auch auf das Gasstellglied entsprechend einwirkt. Durch Abstimmung der Kennlinien von Luftdrosselung und Gasdrosselung kann eine Lambda-Konstant-Regelung über einen Modulationsbereich von unter 10% bis 100% der Nennleistung beim Durchfahren eines wesentlich kleineren Steuerdruckbereichs als bei den heutigen Systemen erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweite Einflußgröße mit steigendem Wärmebedarf auf die Drosselöffnung im Steuerdruckerzeuger und gegebenenfalls auf das Gasstellglied stufenweise einwirkt und in den sich dadurch ergebenden Stufenabschnitten des Modulationsbereichs die Modulation durch Verändern der Drehzahl des Gebläses erfolgt.
Dadurch ist erreicht, daß die Gebläsedrehzahl in jedem einzelnen Stufenabschnitt des Modulationsbereichs nur in dem bisherigen Umfang verändert werden muß, wodurch auch im erfindungsgemäß vergrößerten Modulationsbereich eine hohe Regelgüte sichergestellt werden kann.
Für diesen vorstehend genannten Zweck ist es auch vorteilhaft, wenn die zweite Einflußgröße über einen Stellmotor, vorzugsweise einen Schrittmotor, auf die Drosselöffnung des Steuerdruckerzeugers und gegebenenfalls auch auf das Gasstellglied einwirkt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch einen Vormischbrenner mit seinen Versorgungseinrichtungen und einer Regeleinrichtung für den erhöhten Modulationsbereich.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Einem Vormischbrenner 10 wird ein Gas- Luftgemisch über ein Gebläse 12 zugeführt, dessen Drehzahl über ein Regelgerät 14 wärmebedarfsabhängig gesteuert ist. Das Gebläse 12 saugt die Verbrennungsluft über eine Drosselöffnung 16 eines Steuerdruckerzeugers 18 in eine Mischkammer 20 ein, in der stromab der Drosselöffnung 16 eine Gasleitung 22 einmündet. Diese führt über zwei Sicherheitsventile 24, 26 und ein Gasstellglied 28, welches das Gas in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Mischkammer 20 in diese einströmen läßt.
Die Größe der Drosselöffnung 16 im Steuerdruckerzeuger 18 ist von der Stellung einer Blende 30 abhängig, die über einen elektrischen Schrittmotor 32 verstellbar ist. Der Unterdruck in der Mischkammer 20 und damit die durch das Gasstellglied 28 zur Verfügung gestellte Gasmenge wird außer durch die Gebläsedrehzahl auch durch den Eingriff des Schrittmotors 32 zusätzlich beeinflußt. Der Schrittmotor 32 und das Gebläse 12 werden über Stellbefehle 36 bzw. 38 abhängig vom Wärmebedarf gesteuert. Das Gasstellglied 28 wird zusätzlich über einen elektrischen Schrittmotor 34 durch Stellbefehle 40 so gesteuert, daß sich über den gesamten Modulationsbereich ein konstanter Lambdawert ergibt.
Das Regelkonzept des Ausführungsbeispiels sieht eine Stufung des Modulationsbereiches in drei Abschnitte vor, die je einem Teilbereich der Geräteleistung zugeordnet sind. Die Stufung wird durch die Stellbefehle 36 über den Schrittmotor 32 und die Blende 30 erreicht, die in jedem Abschnitt einen bestimmten Querschnitt der Drosselöffnung 16 freigibt und diesen in den betreffenden Abschnitt konstant hält. Den stetigen Verlauf der Regelung in den einzelnen Abschnitten besorgen die Stellbefehle 38 über das Gebläse 12, dessen Drehzahlbereich vollständig oder weitgehend ausgenutzt wird.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren zur Vergrößerung des Modulationsbereichs eines Gasbrenners mit einem pneumatischen Gas-Luftverbund ist auch mit einem Gebläse realisierbar, das nur mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird, wobei in diesem Fall die wärmebedarfsabhängige Steuerung der Leistung des Gasbrenners ausschließlich über die Stellung der Blende 30 bzw. über das Gasstellglied 28 erfolgt.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners mit modulierend geregelter Brennerleistung, mit einem Gebläse für die Zuführung der Verbrennungsluft, dessen Drehzahl wärmebedarfsabhängig steuerbar ist, ferner mit einem Gasstellglied, das von einem aus dem geförderten Verbrennungsluftstrom abgeleiteten Steuerdruck beeinflußt wird und die Gaszufuhr dem jeweils geförderten Verbrennungsluftstrom anpaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Modulationsbereichs die dem Brenner (10) zugeführte Menge des Brennstoff-Luftgemisches außer von der Drehzahl des Gebläses (12) von einer zweiten, ebenfalls vom Wärmebedarf gesteuerten Einflußgröße (36) abhängig ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einflußgröße (36) das Verhältnis von Gebläsedrehzahl zur geforderten Verbrennungsluftmenge variiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einflußgröße (36) auf eine Blende (30) an der Drosselöffnung (16) des Steuerdruckerzeugers (18) einwirkt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Einflußgröße (40) auch auf das Gasstellglied (28) einwirkt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einflußgröße (36) mit steigendem Wärmebedarf auf die Drosselöffnung (16) im Steuerdruckerzeuger (18) und gegebenenfalls auf das Gasstellglied (28) stufenweise einwirkt und in den sich dadurch ergebenden Stufenabschnitten des Modulationsbereichs die Modulation durch Verändern der Gebläsedrehzahl erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einflußgröße (36) über einen Stellmotor (32), vorzugsweise einen Schrittmotor, auf die Drosselöffnung (16) des Steuerdruckerzeugers (18) und gegebenenfalls auch auf das Gasstellglied (28) einwirkt.
  7. Gasbrenner mit einem Gebläse für die Zufuhr der Verbrennungsluft, einer Mischkammer für die Vermischung von Brenngas und Verbrennungsluft, ferner mit einem Gasstellglied, das von einem aus dem geförderten Verbrennungsluftstrom abgeleiteten Steuerdruck beeinflußbar ist, sowie mit einem Steuerdruckerzeuger über dessen Öffnung die Verbrennungsluft in die Mischkammer gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Modulationsbereichs des Gasbrenners die Größe der Drosselöffnung (16) des Steuerdruckerzeugers (18) mit Hilfe einer Blende (30) veränderbar ist.
  8. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (30) mit Hilfe eines Stellmotors (32) veränderbar ist.
  9. Gasbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Gasstellglieds (28) mit Hilfe eines Stellmotors (34) veränderbar ist.
EP00102828A 1999-02-19 2000-02-11 Gasbrenner sowie Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners Withdrawn EP1030108A1 (de)

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