EP4008956A1 - Verfahren für heizgeräte zur anpassung eines luft-brennstoff-gemisches - Google Patents

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EP4008956A1
EP4008956A1 EP21207187.2A EP21207187A EP4008956A1 EP 4008956 A1 EP4008956 A1 EP 4008956A1 EP 21207187 A EP21207187 A EP 21207187A EP 4008956 A1 EP4008956 A1 EP 4008956A1
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EP
European Patent Office
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fuel
air
flow
main
bypass
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21207187.2A
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English (en)
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Hartmut Henrich
Jens Hermann
Bernhard Simon
Stephan MICHAEL
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Ebm Papst Landshut GmbH
Original Assignee
Ebm Papst Landshut GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23N2239/00—Fuels
    • F23N2239/04—Gaseous fuels

Definitions

  • the invention includes a method for controlling an air quantity and a fuel quantity in order to achieve a predetermined air-fuel ratio, according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention comprises a heating device according to the preamble of claim 11.
  • the DE 10 2019 101 190 A1 discloses a method for controlling a gas mixture formed from a gas and a fuel gas in a fuel gas-powered heater.
  • the gas mixture is generated by providing and mixing a quantity of gas via a first actuator and a quantity of combustible gas via a second actuator, with a microthermal gas mixture sensor, a microthermal combustible gas sensor and a microthermal gas sensor being used to determine the material properties of the gas mixture, the combustible gas and the To record gases and to use them as controlled variables.
  • a control device for gas burners for adjusting a gas-air mixture fed to the gas burner and formed from a gas flow and an air flow is known, with a sensor being arranged in a bridging section between an air line and a gas line and being connected on the one hand to the air flow and on the other hand to the gas flow is in direct operative connection, wherein the bridging section is fluidically closed, so that the gas flow and the Airflow are separated in the bridging section.
  • concentration sensors which in particular work microthermally and measure the concentration of a substance in a mixture of substances.
  • concentration sensors would be microthermal gas mixture sensors.
  • the object of the invention is therefore to propose a method with which precise and cost-effective control of a heating device is made possible, and a heating device for carrying out the method.
  • the invention provides a method for controlling a fuel-air quantity for heaters for adjusting an air-fuel mixture supplied to the heater and formed from an air quantity and a fuel quantity, with a control valve which is arranged in a main fuel flow, the Main fuel flow opens into a main air flow, with an electronic control unit for controlling the control valve and with a sensor which is connected to the control unit and supplies the control unit with signals, the sensor being in a bypass between the main air flow and the fuel Main flow is arranged and on the one hand with an air secondary flow and on the other hand, is in direct operative connection with a fuel side stream, is characterized in that the fuel side stream and the air side stream are mixed in the bypass in a bypass mixing chamber to form a bypass mixture and fed to the sensor.
  • the advantage here is that the bypass mixture can be evaluated as a reference for a higher-level process of the heater independently of the main flows in the bypass mixing chamber.
  • the bypass mixture is set in a defined ratio to the air/fuel mixture, this ratio not having to be one.
  • the ratio of fuel to air in the bypass mixture can be set in such a way that the sensor always works in an optimal working range.
  • the advantage here is that a defined air-fuel ratio set according to given requirements can be specifically admitted into the burner and used there to generate heat.
  • control unit compares the detected sensor signal of the sensor with comparison values measured in the laboratory and stored in a value table in the control unit, and from this a target concentration of fuel in the bypass mixture is determined.
  • Existing comparative values can provide a reliable evaluation of the values measured by the sensor Enable sensor signals. Storing the comparison values can enable a speedy evaluation, which can be used to quickly control the heater.
  • a quotient of the concentration of fuel in the bypass mixture to the concentration of fuel in the air-fuel mixture is kept constant and/or changed in a targeted manner.
  • a specific profile of the concentration of fuel in the air-fuel mixture and/or the concentration of fuel in the bypass mixture is generated by geometrically adapting the throttle elements.
  • a greater signal swing can occur at the sensor when there is a change in the Fuel concentration in the mixture main stream result, which can lead to greater control accuracy.
  • the ratio of the fuel concentration in the main flow of the mixture can be constant over a large modulation range, or adjusted in a desired direction in a predictable manner. The advantage here is that this can be used for greater flexibility when operating the heater.
  • the main air flow enters the bypass mixing chamber at ambient pressure and the main fuel flow is introduced into the bypass mixing chamber at fuel pressure.
  • the influence of branching off the secondary air flow and secondary fuel flow on the main air flow and on the main fuel flow can thus be kept low, which can lead to less stress on the sensors from environmental influences such as dust.
  • bypass mixture is introduced into the main air stream and/or into the main fuel stream downstream of the bypass mixing chamber.
  • the fuel in the bypass mixture can thus be fed back into the regular process of the heater, which can lead to lower fuel consumption.
  • this can ensure safer operation of the heater be made possible, since all combustible mixtures are fed to the burner.
  • the main streams are subject to inherent pressure fluctuations, the influence of which on the process can be ruled out.
  • the invention also includes a heating device designed to carry out the method according to one of the preceding claims.
  • a heating device designed to carry out the method according to one of the preceding claims.
  • Such a heater can allow the use of fuel and air flow control that would otherwise not be possible due to the limited measurement accuracy of concentration sensors.
  • a throttle element of the secondary air flow is arranged in the secondary air flow and a throttle element of the secondary fuel flow is arranged in the secondary fuel flow.
  • the throttle elements make it possible to change the static pressures of the secondary air flow and secondary fuel flow.
  • the advantage here is that on the one hand the static pressure and the partial pressures of air and fuel can be regulated within the bypass mixing chamber. These pressures can thus be chosen independently of any pressure fluctuations in the main streams.
  • a throttle element of the main air flow is arranged in the main air flow and a throttle element of the main fuel flow is arranged in the main fuel flow.
  • the throttle element of the main air flow is designed as a throttle and/or in Venturi geometry and the throttle element of the main fuel flow is designed as a main quantity throttle.
  • figure 1 shows a schematic structure of a heater 18 according to the invention with a bypass mixing chamber 17.
  • the main air flow 1 enters the bypass mixing chamber 17 at ambient pressure and the main fuel flow 2 at fuel pressure.
  • a control valve 13 is arranged in a main fuel line 102 supplying the main fuel flow 2 .
  • a fan 14 provides for the promotion of air and fuel and is arranged in an air main line 101 .
  • the main fuel line 102 opens into the main air line 1 at a junction 19 in front of the blower 14. Upstream of the blower 14 there is a negative pressure compared to the surroundings.
  • throttle elements 7, 8 are arranged to reduce the pressure.
  • the first throttle element 8 is arranged between the control valve 13 and the junction 19 .
  • the second throttle element 7 is arranged in the main air line 102 .
  • the second throttle element 7 can be designed, for example, as a throttle or as a Venturi nozzle.
  • the first throttle element 7 can be configured as a main quantity throttle, for example.
  • the throttle elements 7, 8 reduce the static pressure of the respective medium. Upstream of said throttle elements 7, 8 there is a tap for each of the partial flows 4, 5.
  • the bypass includes the throttle element 9, through which the secondary air flow 4 flows, and the throttle element 10, through which the secondary fuel flow 5 flows.
  • the secondary air flow 4 and the secondary fuel flow 5 each flow in separate lines (not labeled) leading to the bypass mixing chamber.
  • the bypass also includes the bypass mixing chamber 17 with the bypass mixture flow 6 forming therein and flowing out of the bypass mixing chamber 17, as well as the sensor 12 located in the bypass mixing chamber 17.
  • the two partial flows namely the air secondary flow 4 and the fuel secondary flow 5, are homogeneously mixed with one another. They form the bypass mixture 11 .
  • the sensor 12 which measures the concentration in the bypass mixture 11 , is arranged at the outlet of the bypass mixing chamber 17 . Both main streams 1 and 2 can enter the bypass mixing chamber 17 with an inhomogeneous velocity profile.
  • the partial flows 4 and 5 should be as small as possible in comparison to the main flows 1 and 2.
  • the bypass mixture 11 is introduced as a bypass mixture flow 6 , for example into the main fuel flow 2 , alternatively also into the main air flow 1 .
  • the two main streams 1 and 2 together form the main stream 3 of the mixture.
  • the mixture control in the combustion process of the heater takes place via the sensor 12 and the control valve 13, as well as the fan 14.

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Abstract

Verfahren für Heizgeräte 18 zur Anpassung eines dem Heizgerät 18 zugeführten, aus einer Luftmenge und einer Brennstoffmenge gebildeten, Luft-Brennstoff-Gemisches, miteinem Regelventil 13, das in einem Brennstoff-Hauptstrom 2 angeordnet ist,wobei der Brennstoff-Hauptstrom 2 in einem Luft-Hauptstrom 1 mündet,einem elektronischen Steuergerät zur Steuerung des Regelventils 13 undeinem Sensor 12, der mit dem Steuergerät verbunden ist und dem Steuergerät Signale liefert,wobei der Sensor 12 in einem Bypass 16 zwischen dem Luft-Hauptstrom 1 und dem Brennstoff-Hauptstrom 2 angeordnet ist und einerseits mit einem Luft-Nebenstrom 4 und andererseits mit einem Brennstoff-Nebenstrom 5 in unmittelbarer Wirkverbindung steht, wobei der Brennstoff-Nebenstrom 5 und der Luft-Nebenstrom 4 in einer Bypass-Mischkammer 17 zu einem Bypass-Gemisch 11 gemischt werden. (Figur 1)

Description

  • Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Regelung einer Luftmenge und einer Brennstoffmenge zur Erreichung eines vorgegebenen Luft-Brennstoff-Verhältnisses, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Weiterhin umfasst die Erfindung ein Heizgerät entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Unterschiedliche Verfahren zur Regelung eines Heizgeräts sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So wird beispielsweise in der DE 10 2019 101 190 A1 ein Verfahren zur Regelung eines Gasgemisches, gebildet aus einem Gas und einem Brenngas, bei einem brenngasbetriebenen Heizgerät offenbart. Das Gasgemisch wird erzeugt, indem über ein erstes Stellglied eine Gasmenge und über ein zweites Stellglied eine Brenngasmenge bereitgestellt und gemischt werden, wobei ein mikrothermischer Gasgemischsensor, ein mikrothermischer Brenngassensor und ein mikrothermischer Gassensor verwendet werden, um die stofflichen Eigenschaften des Gasgemisches, des Brenngases und des Gases zu erfassen und als Regelgrößen zu verwenden.
  • Weiterhin ist aus der DE 10 2015 117 406 A1 eine Regeleinrichtung für Gasbrenner zur Anpassung eines dem Gasbrenner zugeführten, aus einem Gasstrom und einem Luftstrom gebildeten, Gas-Luft-Gemisches bekannt, wobei ein Sensor in einem Überbrückungsabschnitt zwischen einer Luftleitung und einer Gasleitung angeordnet ist und einerseits mit dem Luftstrom und andererseits mit dem Gasstrom in unmittelbarer Wirkverbindung steht, wobei der Überbrückungsabschnitt strömungstechnisch geschlossen ist, so dass der Gasstrom und der Luftstrom im Überbrückungsabschnitt getrennt sind.
  • Problematisch ist bei derartigen Verfahren die begrenzte Messgenauigkeit der Konzentrationssensoren welche insbesondere mikrothermisch arbeiten und die Konzentration eines Stoffes in einem Stoffgemisch messen. Beispiele für derartige Konzentrationssensoren wären mikrothermische Gasgemischsensoren.
  • Alternative Möglichkeiten sehen die Verschaltung mehrerer Massendurchflussregler vor, deren Einsatz in der Regel mit einem sehr hohen Kostenaufwand verbunden ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren, mit dem eine präzise und kostengünstige Regelung eines Heizgeräts ermöglicht wird, sowie ein Heizgerät zur Durchführung des Verfahrens, vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
  • Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Regelung einer Brennstoff-Luftmenge vor für Heizgeräte zur Anpassung eines dem Heizgerät zugeführten, aus einer Luftmenge und einer Brennstoffmenge gebildeten, Luft-Brennstoff-Gemisches, mit einem Regelventil, das in einem Brennstoff-Hauptstrom angeordnet ist, wobei der Brennstoff-Hauptstrom in einem Luft-Hauptstrom mündet, mit einem elektronischen Steuergerät zur Steuerung des Regelventils und mit einem Sensor, der mit dem Steuergerät verbunden ist und dem Steuergerät Signale liefert, wobei der Sensor in einem Bypass zwischen dem Luft-Hauptstrom und dem Brennstoff-Hauptstrom angeordnet ist und einerseits mit einem Luft-Nebenstrom und andererseits mit einem Brennstoff-Nebenstrom in unmittelbarer Wirkverbindung steht, kennzeichnet sich dadurch, dass der Brennstoff-Nebenstrom und der Luft-Nebenstrom in dem Bypass in einer Bypass-Mischkammer zu einem Bypass-Gemisch gemischt und dem Sensor zugeführt werden. Von Vorteil ist hierbei, dass das Bypass-Gemisch als Referenz für einen übergeordneten Prozess des Heizgeräts unabhängig von den Hauptströmen in der Bypass-Mischkammer ausgewertet werden kann.
  • Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wird das Bypass-Gemisch in ein definiertes Verhältnis zu dem Luft-Brennstoff-Gemisch gesetzt, wobei dieses Verhältnis nicht Eins sein muss. Das Verhältnis von Brennstoff zu Luft im Bypass-Gemisch kann dadurch so eingestellt werden, dass der Sensor stets in einem optimalen Arbeitsbereich arbeitet.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Luft-Brennstoff-Verhältnis erzeugt wird, indem über ein Regelventil eine Brennstoffmenge bereitgestellt wird, die mit einer Luftmenge gemischt wird, und stromabwärts ein so erzeugtes Luft-Brennstoff-Gemisch mittels eines Gebläses in einen Brenner eingelassen wird. Von Vorteil ist hierbei, dass ein definiertes und nach gegebenen Anforderungen eingestelltes Luft-Brennstoffverhältnis gezielt in den Brenner eingelassen und dort zur Wärmeerzeugung genutzt werden kann.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch das Steuergerät das erfasste Sensorsignal des Sensors mit labortechnisch gemessenen und in einer Wertetabelle im Steuergerät hinterlegten Vergleichswerten verglichen und daraus eine Soll-Konzentration an Brennstoff des Bypass-Gemisches bestimmt wird. Vorhandene Vergleichswerte können eine verlässliche Bewertung der mittels des Sensors gemessenen Sensorsignale ermöglichen. Das Hinterlegen der Vergleichswerte kann eine zügige Bewertung ermöglichen, was zu einer schnellen Steuerung des Heizgeräts genutzt werden kann.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass die Soll-Konzentration an Brennstoff des Bypass-Gemisches bei einem Sollwert des Sensorsignals vorliegt und dass das Steuergerät das erfasste Sensorsignal mit dem Sollwert des Sensorsignals vergleicht und bei einer Abweichung des erfassten Sensorsignals mit dem Sollwert des Sensorsignals das Regelventil und/oder das Gebläse in Abhängigkeit von dem erfassten Sensorsignal ansteuert und dadurch das Luft-Brennstoff-Gemisch durch Veränderung der Luftmenge und/oder Veränderung der Brennstoffmenge anpasst, bis der Sollwert des Sensorsignals erreicht ist. Hierdurch kann ein sicherer Betrieb des Heizgeräts im Bereich von im Voraus festgelegten Sollwerten ermöglicht werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Quotient aus Konzentration an Brennstoff im Bypass-Gemisch zu Konzentration an Brennstoff im Luft-Brennstoff-Gemisch konstant gehalten und/oder gezielt verändert wird. Dies ermöglicht, dass unabhängig von den sich im Betrieb ändernden Anforderungen an den Heizprozess des Heizgeräts, ausgehend von den Sensorsignalen in der Bypass-Mischkammer, Rückschlüsse auf den Luft-Hauptstrom und den Brennstoff-Hauptstrom gezogen werden können und diese entsprechend konfiguriert werden können.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass durch geometrische Anpassung der Drosselelemente ein gezielter Verlauf der Konzentration an Brennstoff im Luft-Brennstoff-Gemisch und/oder Konzentration an Brennstoff im Bypass-Gemisch erzeugt wird. Bei einer Erhöhung und/oder Erniedrigung der Brennstoffkonzentration kann sich am Sensor ein größerer Signalhub bei einer Änderung der Brennstoffkonzentration im Gemisch-Hauptstrom ergeben, was zu einer größeren Regelgenauigkeit führen kann. Hierdurch kann das Verhältnis der Brennstoffkonzentration im Gemisch-Hauptstrom über einen hohen Modulationsbereich konstant, oder vorhersehbar in eine gewünschte Richtung angepasst werden. Von Vorteil ist hierbei, dass dies zu einer größeren Flexibilität beim Betrieb des Heizgeräts genutzt werden kann.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Luft-Hauptstrom mit Umgebungsdruck in die Bypass-Mischkammer eintritt und der Brennstoff-Hauptstrom mit einem Brennstoffdruck in die Bypass-Mischkammer eingeleitet wird. Hierdurch können zusätzliche Pumpen zur Kompression und zur Bereitstellung eines Basisdrucks, der das Einströmen des Brennstoffs in die Bypass-Mischkammer ermöglicht, eingespart werden.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass der Luft-Nebenstrom und der Brennstoff-Nebenstrom im Vergleich zu dem Luft-Hauptstrom und dem Brennstoff-Hauptstrom möglichst klein gehalten werden. Der Einfluss des Abzweigens von Luft-Nebenstroms und Brennstoff-Nebenstrom auf den Luft-Hauptstrom, als auch auf den Brennstoff-Hauptstrom kann somit gering gehalten werden, was zu einer geringeren Belastung der Sensoren durch Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Staub führen kann.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bypass-Gemisch nach der Bypass-Mischkammer in den Luft-Hauptstrom und/oder in den Brennstoff-Hauptstrom eingeleitet wird. Der sich im Bypass-Gemisch befindliche Brennstoff kann somit dem regulären Prozess des Heizgeräts wieder zugeführt werden, was zu einem geringeren Brennstoffverbrauch führen kann. Darüber hinaus kann dadurch ein sicherer Betrieb des Heizgeräts ermöglicht werden, da alle brennbaren Gemische dem Brenner zugeführt werden.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass der Luft-Nebenstrom und der Brennstoff-Nebenstrom mit einem inhomogenen Geschwindigkeitsprofil in die Bypass-Mischkammer eingeleitet werden. Die Hauptströme unterliegen inhärenten Druckschwankungen, deren Einflussname auf das Verfahren hierdurch ausgeschlossen werden können.
  • Die Erfindung umfasst weiterhin ein Heizgerät ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche. Ein solches Heizgerät kann den Einsatz einer Brennstoff- und Luftmengenregelung ermöglichen, der sonst auf Grund von begrenzter Messgenauigkeit von Konzentrationssensoren nicht möglich wäre.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass in dem Luft-Nebenstrom ein Drosselelement des Luft-Nebenstroms angeordnet ist und in dem Brennstoff-Nebenstrom ein Drosselelement des Brennstoff-Nebenstroms angeordnet ist. Durch die Drosselelemente wird eine Veränderung der statischen Drücke von Luft-Nebenstrom und Brennstoff-Nebenstrom ermöglicht. Vorteilhaft ist hierbei, dass somit einerseits der statische Druck, sowie die Partialdrücke von Luft und Brennstoff innerhalb der Bypass-Mischkammer reguliert werden können. Diese Drücke können somit unabhängig von etwaigen Druckschwankungen in den Hauptströmen gewählt werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in dem Luft-Hauptstrom ein Drosselelement des Luft-Hauptstroms angeordnet ist und in dem Brennstoff-Hauptstrom ein Drosselelement des Brennstoff-Hauptstroms angeordnet ist. Durch die Drosselelemente wird eine Veränderung der statischen Drücke von Luft-Hauptstrom und Brennstoff-Hauptstrom ermöglicht. Von Vorteil ist hierbei, dass dadurch der statische Druck, sowie der Partialdrücke von Luft und Brennstoff innerhalb des Gemisch-Hauptstroms reguliert werden können.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass stromauf des Gebläses Unterdruck gegenüber der Umgebung herrscht. Vorteilhaft ist hierbei, dass durch den dadurch herrschenden Druckgradienten die Bestandteile des Gemisch-Hauptstroms stets in Richtung des Brenners geführt werden und nicht anderweitig sich in dem System bewegen können.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Drosselelement des Luft-Hauptstroms als Drossel und/oder in Venturi-Geometrie ausgebildet ist und das Drosselelement des Brennstoff-Hauptstroms als Hauptmengendrossel ausgebildet ist. Hierdurch kann kostengünstig und wartungsarm der statische Druck stromabwärts der Luft-Hauptdrossel gesenkt werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden unter Zuhilfenahme der Figur anhand von einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Figur 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Heizgeräts 18 mit Bypass-Mischkammer 17. Der Luft-Hauptstrom 1 tritt mit Umgebungsdruck und der Brennstoff-Hauptstrom 2 mit Brennstoffdruck in die Bypass-Mischkammer 17 ein. In einer den Brennstoff-Hauptstrom 2 zuführenden Brennstoff-Hauptleitung 102 ist ein Regelventil 13 angeordnet. Ein Gebläse 14, sorgt für die Förderung von Luft und Brennstoff und ist in einer Luft-Hauptleitung 101 angeordnet.
  • Die Brennstoff-Hauptleitung 102 mündet in einer Einmündung 19 vor dem Gebläse 14 in die Luft-Hauptleitung 1. Stromauf des Gebläses 14 herrscht Unterdruck gegenüber der Umgebung. In den beiden Hauptströmen, nämlich dem Luft-Hauptstrom 1 und dem Brennstoff-Hauptstrom 2, sind Drosselelemente 7, 8 zur Druckabsenkung angeordnet. Hierbei ist das erste Drosselelement 8 zwischen dem Regelventil 13 und der Einmündung 19 angeordnet. Hierbei ist das zweite Drosselelement 7 in der Luft-Hauptleitung 102 angeordnet. Das zweite Drosselelement 7 kann beispielsweise als eine Drossel oder als eine Venturi-Düse ausgestaltet sein.
  • Das erste Drosselelement 7 kann beispielsweise als Hauptmengendrossel ausgestaltet sein. Die Drosselelemente 7, 8 verringern den statischen Druck des jeweiligen Mediums. Stromauf der genannten Drosselelemente 7, 8 befindet sich jeweils ein Abgriff für die Teilströme 4, 5.
    Der Bypass umfasst das Drosselelement 9, durch welches der Luft-Nebenstrom 4 strömt, sowie das Drosselelement 10, durch das der Brennstoff-Nebenstrom 5 strömt. Der Luft-Nebenstrom 4, sowie der Brennstoff-Nebenstrom 5 strömen jeweils in jeweils separaten und zu der Bypass-Mischkammer führenden Leitungen (nicht bezeichnet). Weiterhin umfasst der Bypass die Bypass-Mischkammer 17 mit dem sich darin bildenden und aus der Bypass-Mischkammer 17 ausströmenden Bypass-Gemischstroms 6, sowie des sich in der Bypass-Mischkammer 17 befindenden Sensors 12.
  • In der Bypass-Mischkammer 11 werden beide Teilströme, nämlich der Luft-Nebenstrom 4, sowie der Brennstoff-Nebenstrom 5, homogen miteinander vermischt. Sie bilden das Bypass-Gemisch 11. Am Ausgang der Bypass-Mischkammer 17 ist der Sensor 12 angeordnet, der die Konzentration im Bypass-Gemisch 11 misst. Beide Hauptströme 1 und 2 können mit einem inhomogenen Geschwindigkeitsprofil in die Bypass-Mischkammer 17 eintreten.
  • Damit die Konzentration am Sensor 12 unabhängig von der Einströmrichtung der Hauptströme 1 und 2 ist, sollten die Teilströme 4 und 5 im Vergleich zu den Hauptströmen 1 und 2 möglichst klein sein. Das Bypass-Gemisch 11 wird nach der Bypass-Mischkammer 17 als Bypass-Gemischstrom 6 beispielsweise in den Brennstoff-Hauptstrom 2, alternativ auch in den Luft-Hauptstrom 1, eingeleitet. Beide Hauptströme 1 und 2 bilden zusammen den Gemisch-Hauptstrom 3. Stromab des Gebläses 14 treten die Hauptströme 1 und 2 als homogen gemischter Gemisch-Hauptstrom 3 in den Brenner 15 ein.
  • Die Gemischregelung in dem Verbrennungsprozess des Heizgeräts erfolgt über den Sensor 12 und das Regelventil 13, sowie das Gebläse 14.
    • Bezugszeichenliste:
    • .1
    Luft-Hauptstrom
    2
    Brennstoff-Hauptstrom
    3
    Gemisch-Hauptstrom
    4
    Luft-Nebenstrom
    5
    Brennstoff-Nebenstrom
    6
    Bypass-Gemischstrom
    7
    Drosselelement des Luft-Hauptstroms
    8
    Drosselelement des Brennstoff-Hauptstroms
    9
    Drosselelement des Luft-Nebenstroms
    10
    Drosselelement des Brennstoff-Nebenstroms
    11
    Bypass-Gemisch
    12
    Sensor
    13
    Regelventil
    14
    Gebläse
    15
    Brenner
    16
    Bypass
    17
    Bypass-Mischkammer
    18
    Heizgerät
    19
    Einmündung
    101
    Luft-Hauptleitung
    102
    Brennstoff-Hauptleitung

Claims (15)

  1. Verfahren zur Regelung einer Brennstoff-Luftmenge für Heizgeräte (18) zur Anpassung eines dem Heizgerät (18) zugeführten, aus einer Luftmenge und einer Brennstoffmenge gebildeten, Luft-Brennstoff-Gemisches, mit
    einem Regelventil (13), das in einem Brennstoff-Hauptstrom (2) des Heizgeräts (18) angeordnet ist,
    wobei der Brennstoff-Hauptstrom (2) in einem Luft-Hauptstrom (1) mündet,
    mit einem elektronischen Steuergerät zur Steuerung des Regelventils (13) und
    mit einem Sensor (12) der mit dem Steuergerät verbunden ist und dem Steuergerät Signale liefert,
    wobei der Sensor (12) in einem Bypass (16) zwischen dem Luft-Hauptstrom (1) und dem Brennstoff-Hauptstrom (2) angeordnet ist und einerseits mit einem Luft-Nebenstrom (4) und andererseits mit einem Brennstoff-Nebenstrom (5) in unmittelbarer Wirkverbindung steht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brennstoff-Nebenstrom (5) und der Luft-Nebenstrom (4) in dem Bypass (16) in einer Bypass-Mischkammer (17) zu einem Bypass-Gemisch (11) gemischt und dem Sensor (12) zugeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luft-Brennstoff-Verhältnis erzeugt wird, indem über ein Regelventil (13) eine Brennstoffmenge bereitgestellt wird die mit einer Luftmenge gemischt wird und stromabwärts das so erzeugte Luft-Brennstoff-Gemisch mittels eines Gebläses (14) in einen Brenner (15) eingelassen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuergerät das erfasste Sensorsignal des Sensors (12) mit labortechnisch gemessenen und in einer Wertetabelle im Steuergerät hinterlegten Vergleichswerten verglichen und daraus eine Soll-Konzentration an Brennstoff des Bypass-Gemisches (11) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Konzentration an Brennstoff des Bypass-Gemisches (11) bei einem Sollwert des Sensorsignals des Sensors (12) vorliegt und wobei das Steuergerät das erfasste Sensorsignal des Sensors (12) mit dem Sollwert des Sensorsignals des Sensors (12) vergleicht und bei einer Abweichung des erfassten Sensorsignals des Sensors (12) mit dem Sollwert des Sensorsignals des Sensors (12) das Regelventil (13) und/oder das Gebläse (14) in Abhängigkeit von dem erfassten Sensorsignal des Sensors (12) ansteuert und dadurch das Luft-Brennstoff-Gemisch durch Veränderung der Luftmenge und/oder Veränderung der Brennstoffmenge anpasst, bis der Sollwert des Sensorsignals des Sensors (12) erreicht ist.
  5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient aus einer Konzentration an Brennstoff im Bypass-Gemisch (11) zu einer Konzentration an Brennstoff im Luft-Brennstoff-Gemisch konstant gehalten und/oder gezielt verändert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, der vorausgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch geometrische Anpassung der Drosselelemente (7, 8, 9, 10) ein gezielter Verlauf der Konzentration an Brennstoff im Luft-Brennstoff-Gemisch und/oder Konzentration an Brennstoff im Bypass-Gemisch (11) erzeugt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Hauptstrom (1) mit Umgebungsdruck in die Bypass-Mischkammer (17) eintritt und der Brennstoff-Hauptstrom (2) mit einem Brennstoffdruck in die Bypass-Mischkammer (17) eingeleitet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Nebenstrom (4) und der Brennstoff-Nebenstrom (5) im Vergleich zu dem Luft-Hauptstrom (1) und dem Brennstoff-Hauptstrom (2) möglichst klein gehalten werden.
  9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bypass-Gemisch (11) nach der Bypass-Mischkammer (17) in den Luft-Hauptstrom (1) und/oder in den Brennstoff-Hauptstrom (2) eingeleitet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Nebenstrom (4) und der Brennstoff-Nebenstrom (5) mit einem inhomogenen Geschwindigkeitsprofil in die Bypass-Mischkammer (17) eingeleitet werden.
  11. Heizgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.
  12. Heizgerät (18) nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luft-Nebenstrom (4) ein Drosselelement des Luft-Nebenstroms (9) ist und in dem Brennstoff-Nebenstrom (5) ein Drosselelement des Brennstoff-Nebenstroms (10) platziert ist.
  13. Heizgerät (18) nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Luft-Hauptstrom (1) ein Drosselelement des Luft-Hauptstroms (7) ist und in dem Brennstoff-Hauptstrom (2) ein Drosselelement des Brennstoff-Hauptstroms (8) platziert ist.
  14. Heizgerät nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Gebläses (14) Unterdruck gegenüber der Umgebung herrscht.
  15. Heizgerät nach wenigstens einem der vorausgehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement des Luft-Hauptstroms (7) als Drossel und/oder als Venturi-Düse ausgebildet ist und das Drosselelement des Brennstoff-Hauptstroms (8) als Hauptmengendrossel ausgebildet ist.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2588061A1 (fr) * 1985-10-02 1987-04-03 Brunel Gerald Procede et installation pour reguler la combustion d'un bruleur a gaz d'un generateur de chaleur ou de force tel qu'une chaudiere ou analogue, pour obtenir une combustion determinee
DE102015117406A1 (de) 2015-10-13 2017-04-13 Ebm-Papst Landshut Gmbh Regeleinrichtung für Gasbrenner
US20170254536A1 (en) * 2012-09-15 2017-09-07 Honeywell International Inc. System and approach for controlling a combustion chamber
EP3271655A1 (de) * 2015-03-17 2018-01-24 Intergas Heating Assets B.V. Vorrichtung und verfahren zum mischen von brenngas und verbrennungsluft, heisswasseranlage damit, entsprechender thermischer massenstromsensor und verfahren zum messen eines massendurchflusses eines gasstroms
DE102019101190A1 (de) 2019-01-17 2020-07-23 Ebm-Papst Landshut Gmbh Verfahren zur Regelung eines Gasgemisches unter Nutzung eines Gassensors, eines Brenngassensors und eines Gasgemischsensors

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3408397A1 (de) 1984-03-08 1985-09-19 Ruhrgas Ag, 4300 Essen Verfahren und anordnung zur bestimmung des mischungsverhaeltnisses eines ein sauerstofftraegergas und einen brennstoff enthaltenden gemisches
US5112217A (en) 1990-08-20 1992-05-12 Carrier Corporation Method and apparatus for controlling fuel-to-air ratio of the combustible gas supply of a radiant burner

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2588061A1 (fr) * 1985-10-02 1987-04-03 Brunel Gerald Procede et installation pour reguler la combustion d'un bruleur a gaz d'un generateur de chaleur ou de force tel qu'une chaudiere ou analogue, pour obtenir une combustion determinee
US20170254536A1 (en) * 2012-09-15 2017-09-07 Honeywell International Inc. System and approach for controlling a combustion chamber
EP3271655A1 (de) * 2015-03-17 2018-01-24 Intergas Heating Assets B.V. Vorrichtung und verfahren zum mischen von brenngas und verbrennungsluft, heisswasseranlage damit, entsprechender thermischer massenstromsensor und verfahren zum messen eines massendurchflusses eines gasstroms
DE102015117406A1 (de) 2015-10-13 2017-04-13 Ebm-Papst Landshut Gmbh Regeleinrichtung für Gasbrenner
DE102019101190A1 (de) 2019-01-17 2020-07-23 Ebm-Papst Landshut Gmbh Verfahren zur Regelung eines Gasgemisches unter Nutzung eines Gassensors, eines Brenngassensors und eines Gasgemischsensors

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