WO2000070267A1 - Regeleinrichtung für gasbrenner - Google Patents

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    • F23N2900/05181—Controlling air to fuel ratio by using a single differential pressure detector

Definitions

  • the invention relates to a control device for gas burners according to the preamble of claim 1.
  • Control devices for gas burners serve to provide a gas / air mixture, that is to say to supply a gas stream and a ner combustion air stream to a burner.
  • the gas flow through a gas valve is adjustable depending on the ner combustion air pressure.
  • Control devices for gas burners are from the prior art, for. B. EP 0 390 964 AI, well known.
  • pressure is determined with the aid of a membrane, that is to say pneumatically.
  • the gas flow through the gas valve is regulated.
  • this pneumatic route has a number of disadvantages, all of which limit the scope of known control devices.
  • the hysteresis properties of the membrane and the forces acting between the membrane and the gas valve limit the working area and thus the area of application.
  • the interaction between the required small actuating forces and the operating tolerances of the membrane as a result of disturbing influences, such as temperature fluctuations or the like limits the range of use of known control devices.
  • the present invention is based on the problem of creating a novel control device for gas burners.
  • Fig. 1 shows a control device according to the invention with further assemblies according to a first embodiment of the invention in a schematic representation
  • Fig. 2 shows a control device according to the invention with further assemblies according to a second embodiment of the invention also in a schematic representation.
  • the present invention relates to control devices for gas burners.
  • a gas / air mixture is to be fed to a burner (not shown).
  • a gas line 10 is provided which leads the gas flow to the burner.
  • a gas valve 11 is assigned to the gas line 10.
  • the ner combustion air is fed to the burner (not shown) via a combustion air line 12.
  • the ner combustion air line 12 consequently leads the combustion air flow to the burner.
  • a blower 13 is assigned to the combustion air line 12.
  • an orifice or throttle point 14 is arranged, namely in the flow direction of the combustion air in front of the fan 13.
  • the gas line 10 leading the gas flow opens in the flow direction of the combustion air behind the throttle point 14 and before the fan
  • a gas nozzle 15 closes off the gas line 10 in the area of the combustion air line 12.
  • Flow direction behind the gas nozzle 15 and in front of the fan 13 is therefore a gas / air mixture.
  • an electrical or electronic sensor 16 is provided for this.
  • the sensor 16 is designed as a differential pressure sensor, in particular as a flow meter, anemometer or the like. With a measuring point 17, the sensor 16 is connected to the gas line 10 carrying the gas flow. The measuring point 17 is positioned in front of the gas nozzle 15 in the direction of flow of the gas.
  • a reference pressure prevails at a reference point 18 of the electrical or electronic sensor 16, namely the combustion air pressure.
  • no connection between the sensor 16 and the combustion air line 12 is required, in particular if the sensor 16 and the inlet of the combustion air are arranged within the same housing.
  • the gas pressure must correspond to the reference pressure / combustion air pressure.
  • the sensor 16 is designed as a flow meter or anemometer, this means that the flow through the sensor 16 is zero.
  • the sensor 16 experiences a flow in the direction of the gas line 10. The pressure ratios between the combustion air pressure and the gas pressure can therefore be determined by the sensor 16 based on the flow rate.
  • the sensor 16 Depending on the above pressure conditions, the sensor 16 generates an electrical or electronic signal 19 which is used to adjust the gas valve 11. According to FIG. 1, the electrical or electronic signal 19 is fed to a control or regulating device 20, which generates a control signal 21 for an actuator 22 assigned to the gas valve 11 from the signal 19.
  • a 1: 1 gas / air composite control can be provided with the control device shown in FIG. If the sensor 16 detects a pressure difference of zero between the reference pressure and the gas pressure, the signal 19 corresponds to a pressure difference of zero and the gas valve 11 can be operated unchanged. If the sensor 16 detects a reference pressure which is higher than the gas pressure, the gas or valve 11 must be activated with the aid of the electrical or electronic signal 19 generated by the sensor 16 in such a way that the gas flow increases. For this purpose, the control device 20 generates a control signal 21 for the actuator 22 of the gas valve 11, such that the signal 19 is again routed to an amount that corresponds to a pressure difference of zero.
  • the control device of the exemplary embodiment according to FIG. 2 a different transmission ratio between gas flow and air flow can be realized compared to the exemplary embodiment according to FIG. 1, that is to say a 1: N gas / air compound control.
  • the electrical or electronic signal 19 of the sensor 16 is offset in a summing device 23 with an auxiliary signal 24, specifically before the signal 19 is supplied to the control device 20.
  • the control device 20 is accordingly supplied with the output signal 25 of the summing device 23 as an input signal, the output signal 25 being an additive superimposition of the signals 19, 24.
  • the auxiliary signal 24 is a signal which is functionally dependent on a speed of the fan 13.
  • the auxiliary signal 24 is obtained in an evaluation device 26 from a speed signal 27 of the fan 13 or the motor of the fan 13. Since the auxiliary signal 24 is functionally dependent on the speed of the fan 13, it follows immediately that the auxiliary signal 24 is also dependent on the combustion air flow or combustion air pressure.
  • auxiliary signal 24 in a different way. So it is not absolutely necessary that the auxiliary signal 24 is determined based on the speed of the fan. It is also conceivable to provide an additional sensor, not shown, for generating the auxiliary signal 24.
  • gas-adaptive control can be provided by using the output signal of a smoke gas sensor as an auxiliary signal.
  • a factor can be determined in the evaluation device 26, which determines the transmission ratio between gas flow and combustion air flow. This factor is a multiplication factor. The higher this multiplication factor, the higher the gear ratio. The transmission ratio can be varied by varying the multiplication factor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Gasbrenner. Regeleinrichtungen für Gasbrenner dienen dem Zuführen eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner. Der Gasstrom ist dabei in Abhängigkeit vom Verbrennungsluftdruck einstellbar. Bei bekannten Regeleinrichtungen erfolgt eine Druckmessung mit Hilfe einer Membran, also pneumatisch. Diese pneumatische Druckmessung schränkt den Anwendungsbereich bekannter Regeleinrichtungen ein. Bei der erfindungsgemässen Regeleinrichtung ist ein Sensor (16) vorgesehen, der ein elektrisches bzw. elektronisches Signal (19) erzeugt, das zur Verstellung des Gasventils (11) verwendet wird.

Description

Regeleinrichtung für Gasbrenner
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Regeleinrichtungen für Gasbrenner dienen der Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, also dem Zufuhren eines Gasstroms und eines Nerbrennungsluftstroms zu einem Brenner. Der Gasstrom durch ein Gasventil ist dabei in Abhängigkeit vom Nerbrennungsluftdruck einstellbar.
Regeleinrichtungen für Gasbrenner sind aus dem Stand der Technik, z. B. der EP 0 390 964 AI, hinlänglich bekannt. Bei der dort beschriebenen Regeleinrichtung erfolgt eine Druckbestimmung mit Hilfe einer Membran, also auf pneumatischem Weg. Abhängig von dieser Druckmessung wird der Gasstrom durch das Gasventil geregelt. Dieser pneumatische Weg verfügt jedoch über eine Vielzahl von Nachteilen, die allesamt den Anwendungsbereich bekannter Regeleinrichtungen einschränken. So schränken die Hysterese-Eigenschaften der Membran und die zwischen der Membran und dem Gasventil wirkenden Kräfte den Arbeitsbereich und damit den Anwendungsbereich ein. Des weiteren bewirkt das Zusammenspiel zwischen den erforderlichen kleinen Stellkräften und den Betriebstoleranzen der Membran infolge von Störeinflüssen wie Temperatuschwankungen oder dergleichen eine Einschränkung des Anwendungsbereichs bekannter Regeleinrichtungen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Regeleinrichtung für Gasbrenner zu schaffen.
Dieses Problem wird durch eine Regeleinrichtung für Gasbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit weiteren Baugruppen nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematisierter Darstellung, und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung mit weiteren Baugruppen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ebenfalls in schematisierter Darstellung.
Die vorliegende Erfindung betrifft Regeleinrichtungen für Gasbrenner. Einem nicht- dargestellten Brenner soll ein Gas/Luft-Gemisch zugeführt werden.
Um dem nicht-dargestellten Brenner einen Gasstrom zuzuführen, ist eine Gasleitung 10 vorgesehen, die den Gasstrom zum Brenner führt. Der Gasleitung 10 ist ein Gasventil 11 zugeordnet.
Die Zuführung der Nerbrennungsluft zum nicht-dargestellten Brenner erfolgt über eine Verbrennungsluftleitung 12. Die Nerbrennungsluftleitung 12 führt demzufolge den Verbrennungsluftstrom zum Brenner. Der Verbrennungsluftleitung 12 ist ein Gebläse 13 zugeordnet. Innerhalb der den Verbrennungsluftstrom führenden Verbrennungsluftleitung
12 ist eine Blende oder Drosselstelle 14 angeordnet, und zwar in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft vor dem Gebläse 13.
Gemäß Figuren 1, 2 mündet die den Gasstrom führende Gasleitung 10 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinter der Drosselstelle 14 und vor dem Gebläse
13 in die den Verbrennungsluftstrom führende Verbrennungsluftleitung 12. Eine Gasdüse 15 schließt die Gasleitung 10 im Bereich der Verbrennungsluftleitung 12 ab. In
Strömungsrichtung hinter der Gasdüse 15 und vor dem Gebläse 13 liegt demzufolge ein Gas/Luft-Gemisch vor.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel geht es nun darum, eine 1:1 -Gas/Luft-Verbundregelung bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist hierzu ein elektrischer bzw. elektronischer Sensor 16 vorgesehen. Der Sensor 16 ist als Differenzdruck- Sensor, insbesondere als Durchflußmesser, Anemometer oder dergleichen, ausgebildet. Mit einem Meßpunkt 17 ist der Sensor 16 an der den Gasstrom führenden Gasleitung 10 angeschlossen. In Strömungsrichtung des Gases ist der Meßpunkt 17 vor der Gasdüse 15 positioniert. An einem Referenzpunkt 18 des elektrischen bzw. elektronischen Sensors 16 herrscht ein Referenzdruck, nämlich der Verbrennungsluftdruck. Hierzu ist keine Verbindung zwischen dem Sensor 16 und der Verbrennungsluftleitung 12 erforderlich, insbesondere dann, wenn der Sensor 16 und der Einlaß der Verbrennungsluft innerhalb desselben Gehäuses angeordnet sind.
Soll, wie bereits erwähnt, beim Aus-führungsbeispiel gemäß Figur 1 für eine 1 : 1 -Gas/Luft- Verbundregelung gesorgt werden, so muß der Gasdruck dem Referenzdmck/Verbrennungsluftdruck entsprechen. In dem Fall, in dem der Sensor 16 als Durchflußmesser bzw. Anemometer ausgebildet ist, bedeutet dies, daß der Durchfluß durch den Sensor 16 Null beträgt. Nimmt z.B. der Gasdruck gegenüber dem Verbrennungsluftdruck ab, so erfahrt der Sensor 16 einen Durchfluß in Richtung auf die Gasleitung 10. Aufgrund der Durchflußmenge können demnach vom Sensor 16 die Druck-verhältnisse zwischen Verbrennungsluftdruck und Gasdruck ermittelt werden.
Der Sensor 16 erzeugt abhängig von den obigen Druckverhältnissen ein elektrisches bzw. elektronisches Signal 19, welches zur Verstellung des Gasventils 11 verwendet wird. Gemäß Figur 1 wird das elektrische bzw. elektronische Signal 19 einem Steuer- oder Regelgerät 20 --ugefi-hrt, das aus dem Signal 19 ein Regelungssignal 21 für einen dem Gasventil 11 zugeordneten Stellantrieb 22 erzeugt.
Mit der in Figur 1 dargestellten Regeleinrichtung kann demzufolge eine l:l-Gas/Luft- Verbundregelung bereitgestellt werden. Detektiert der Sensor 16 zwischen Referenzdruck und Gasdruck eine Druckdifferenz von Null, so entspricht das Signal 19 einer Druckdifferenz von Null und das Gasventil 11 kann unverändert betrieben werden. Detektiert der Sensor 16 einen gegenüber dem Gasdruck höheren Referenzdruck, so muß mit Hilfe des vom Sensor 16 erzeugten elektrischen bzw. elektronischen Signals 19 das Gasventil 11 derart angesteuert werden, daß sich der Gasstrom erhöht. Hierzu erzeugt das Regelgerät 20 ein Regelungssignal 21 für den Stellantrieb 22 des Gasventils 11, derart, daß das Signal 19 wieder auf einen Betrag geführt wird, der einer Druckdifferenz von Null entspricht.
Bei der Regeleinrichtung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 kann gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ein abweichendes Übersetzungsverhältnis zwischen Gasstrom und Luftstrom realisiert werden, also eine 1 :N-Gas/Luft- Verbundregelung. Zur Gewährleistung eines variablen Übersetzungsverhältnisses zwischen Gasdruck und Verbrennungsluftdruck bzw. Gasstrom und Verbrennungsluftstrom wird das elektrische bzw. elektronische Signal 19 des Sensors 16 in einer Summiereinrichtung 23 mit einem Hilfssignal 24 verrechnet, und zwar bevor das Signal 19 dem Regelgerät 20 zugeführt wird. Dem Regelgerät 20 wird demnach als Eingangssignal das Ausgangssignal 25 der Summiereinrichtung 23 zugeführt, wobei das Ausgangssignal 25 eine additive Überlagerung der Signale 19, 24 ist.
Bei dem Hilfssignal 24 handelt es sich um ein von einer Drehzahl des Gebläses 13 funktional abhängiges Signal. Das Hilfssignal 24 wird in einer Auswerteeinrichtung 26 aus einem Drehzahlsignal 27 des Gebläses 13 bzw. des Motors des Gebläses 13 gewonnen. Da das Hilfssignal 24 von der Drehzahl des Gebläses 13 funktional abhängig ist, folgt unmittelbar, daß das Hilfssignal 24 auch vom Verbrennungsluftstrom bzw. Verbrennungsluftdruck abhängig ist.
In Abweichung vom gezeigten Ausführungsbeispiel ist es möglich, das Hilfssignal 24 auf andere Art und Weise zu generieren. So ist es nicht zwingend erforderlich, daß das Hilfssignal 24 ausgehend von der Drehzahl des Gebläses ermittelt wird. Auch ist es denkbar, einen zusätzlichen, nicht dargestellten Sensor zur Generierung des Hilfssignals 24 vorzusehen. So kann durch Verwendung des Ausgangssignals eines Rauchgassensors als Hilfssignal eine gasadaptive Regelung bereitgestellt werden.
In der Auswerteeinrichtung 26 ist ein Faktor bestimmbar, der das Übersetzungsverhältnis zwischen Gasstrom und Verbrennungsluftstrom bestimmt. Bei diesem Faktor handelt es sich um einen Multiplikationsfaktor. Je höher dieser Multiplikationsfaktor ist, desto höher ist das Übersetzungsverhältnis. Über eine Variation des Multiplikationsfaktors ist das Übersetzungsverhältnis variierbar.
Bezugszeichenliste:
10 Gasleitung
11 Gasventil
12 Verbrennungsluftleitunj
13 Gebläse
14 Drosselstelle
15 Gasdüse
16 Sensor
17 Meßpunkt
18 Referenzpunkt
19 Signal
20 Regelgerät
21 Regelungssignal
22 Stellantrieb
23 Summiereinrichtung
24 Hilfssignal
25 Ausgangssignal
26 Auswerteei-nrichtung
27 Drehzahlsignal

Claims

Patentansprüche:
1. Regeleinrichtung für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, nämlich zum Zuführen eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner, mit mindestens einem innerhalb einer Gasleitung (10) angeordneten Gasventil (11) und einer innerhalb einer Verbrennungsluftleitung (12) angeordneten Drosselstelle (14), wobei die den Gasstrom führende Gasleitung (10) mit einer Gasdüse (15) in der den Verbrennungsluftstrom führenden Verbrennungsluftleitung (12) endet, und wobei in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft die Gasdüse (15) nach der Drosselstelle (14) und vor einem Gebläse (13) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß a) ein elektrischer bzw. elektronischer Sensor (16) mit einem Meßpunkt (17) an der den Gasstrom führenden Gasleitung (10) angreift, b) der Meßpunkt (17) in Strömungsrichtung des Gases vor der Gasdüse (15) angeordnet ist, c) an einen Referen-φunkt (18) des elektrischen bzw. elektronischen Sensors (16) ein Referenzdruck herrscht, d) ein vom Sensor (16) erzeugtes elektrisches bzw. elektronisches Signal (19) zur Verstellung des Gasventils (11) verwendet wird.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des vom Sensor (16) erzeugten elektrischen bzw. elektronischen Signals (19) ein Regelungssignal (21) für einen dem Gasventils (11) zugeordneten Stellantrieb (22) erzeugt wird.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16) als Differenzdruck-Sensor, insbesondere als Durchflußmesser, ausgebildet ist.
4. Regeleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Summiereinrichtung (23) das elektrische bzw. elektronische
Signal (19) des Sensors (16) mit einem Hilfssignal (24) verrechnet, und daß ein aus einem Ausgangssignal (25) der Summiereinrichtung (23) erzeugtes Regelungssignal (21) zur Veränderung des Gasstroms verwendet wird.
5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (25) der Summiereinrichtung (23) einem Regelgerät (20) zuϊührbar ist, wobei das Regelgerät (20) das Regelungssignal (21) für einen Stellantrieb (22) des Gasventils (11) erzeugt.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssignal (24) von einer Drehzahl des Gebläses (13) funktional abhängig ist.
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