DE10032764C2

DE10032764C2 - Verfahren zur Leistungsanpassung eines Verbrennungssystems eines Gargerätes sowie ein dieses Verfahren verwendendes Verbrennungssystem

Info

Publication number: DE10032764C2
Application number: DE10032764A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Koegl; Manfred Lichtenstern; Roland Hegmann; Simon Pattermann; Franz Koch; Jaroslav Klouda; Rainer Otminghaus
Original assignee: Rational AG
Current assignee: Rational AG
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: FR2811411B1; US6547554B2; ITMI20011434A1; DE10032764A1; US20020115030A1; ITMI20011434A0; FR2811411A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsanpassung eines Verbrennungssystems ei nes Gargeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein dieses Verfahren verwendendes Verbrennungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

In der häuslichen und gewerblichen Gasversorgung werden Gase mit unterschiedlicher Zu sammensetzung innerhalb der 3-Gasfamilie, bestehend aus Stadtgas, Erdgas und Flüssiggas, vertrieben. Dadurch schwankt die Leistung eines Verbrennungssystems zur Beheizung eines Garraumes eines Gargerätes entsprechend der Qualität des jeweils verwandten Gases, die im wesentlichen durch den kalorischen Inhalt des Gases bestimmt wird. Daher wird üblicherweise bei gattungsgemäßen Verbrennungssystemen in Gargeräten eine Leistungsanpassung durch manuelles Nachjustieren des Gasdurchflusses oder einen Düsenaustausch vorgenommen.

Ferner wird bei allgemeinen Verbrennungssystemen eine Leistungsanpassung durch Messen des Ionisationsstromes oder der Gaszusammensetzung mit (Rück)-Kopplung an ein Gas/Luft- Verbundsystem vorgenommen. Die Messung des Ionisationsstroms funktioniert bislang nur eingeschränkt innerhalb der Erdgasfamilie.

Regelungsverfahren für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, nämlich zum Zuführen eines Gasstromes und eines Verbrennungsluftstromes zu einem Brenner, bei dem ein Ionisationssignal eines Sensors verwendet wird, um das Gas/Luft-Gemisch an unter schiedliche Gasqualitäten anzupassen, sind, beispielsweise, aus der DE 198 24 523 A1 und der DE 39 37 290 A1 bekannt.

Aus der DE 198 38 361 A1 ist eine Heizeinrichtung bekannt, die einen vormischenden, geblä seunterstützten Gasbrenner umfaßt, in den eine Gasleitung einmündet, in welcher ein Sensor zu Erfassung der Gaszusammensetzung angeordnet ist. Die von dem Sensor erfaßten Meß werte werden an eine Steuereinrichtung weitergeleitet, die ein in der Gasleitung angeordnetes Stellglied steuert, um den Durchsatz an zugemischtem Gas so einzustellen, daß die Leistung des Gasbrenners unabhängig von der Zusammensetzung des Gases konstant gehalten wird.

Ferner offenbart die DE 41 18 781 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbren nungslosen Bestimmung der Wobbezahl und/oder des Brennwertes eines Gases. Zu dieser Bestimmung wird der Volumenstrom eines strömenden Gases und ein Massenstrom ther misch gemessen. Aus dem Volumen- und dem Massenstrom sowie einer weiteren Kenngröße des Gases, wie Druckabfall, Dichte, Viskosität oder dergleichen, wird mit Hilfe von Nähe rungsfunktionen die Wobbezahl und/oder der Brennwert des Gases bestimmt und dieser ange zeigt bzw. weiterverarbeitet, um beispielsweise die Wärmemenge Zufuhr zu einem Gasbren ner zu steuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzu entwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere eine automatische Leistungsanpassung bei fluidbetriebenen Verbrennungssystemen eines Garge rätes zur Beheizung eines Garraums des Gargerätes ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Kennzeichen von Patentanspruch 1.

Die Patentansprüche 2 bis 5 beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsge mäßen Verfahrens.

Ferner liefert die Erfindung auch ein das erfindungsgemäße Verfahren verwendendes Ver brennungssystem für ein Gargerät.

Die Patentansprüche 7 und 8 beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsge mäßen Verbrennungssystem.

Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ein Verbrennungssy stem eines Gargerätes auf einen bestimmten Brennstoff auslegbar ist, beispielsweise auf das niederkalorischste Gas der 3-Gasfamilie, also das Stadtgas, und bei Einspeisung eines höher wertigen Brennstoffes, beispielsweise eines Erdgases oder Flüssiggases, dem Verbrennungs system an unterschiedlichen Stellen solange Luft zugeführt wird, bis der Wärmeinhalt des Brennstoff/Gas-Gemisches wieder der Grundauslegung des Verbrennungssystem entspricht. Genauso gut kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das Verbrennungssystem auf einen hochkalorischen Brennstoff, beispielsweise Erdgas, ausgelegt ist, und bei Einspeisung eines niederkalorischen Brennstoffes, beispielsweise Stadtgas, ein hochkalorischer Brennstoff, bei spielsweise Flüssiggas oder Erdgas, zugemischt wird. Dies ermöglicht erstmals eine automati sche Leistungsanpassung bei insbesondere gasbetriebenen Verbrennungssystemen zur Behei zung eines Garraums eines Gargerätes.

Dabei soll erfindungsgemäß die Brennstoffqualität, insbesondere die Gasqualität, automatisch erkannt werden, beispielsweise durch Messen der Wärmeenthalpie mittels einer Pilotflamme, die separat oder als Bestandteil des Brenners ausgeführt ist und einen Prüfkörper erwärmt, wobei die durch besagte Erwärmung entstehenden Temperaturdifferenzen zur Bestimmung der Wärmeenthalpie ausgewertet werden. Auch kann eine Gaserkennung über einen Geruchs sensor, einen Viskositätssensor oder dergleichen erfaßt werden. Prinzipiell ist auch die Mes sung der Gasqualität über die Messung der Abgaszusammensetzung möglich.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung im Einzelnen erläutert wird. Die aus einer einzigen Figur bestehende Zeichnung zeigt ein er findungsgemäßes Verbrennungssystem in Schnittansicht.

Wie der Figur zu entnehmen ist, umfaßt ein erfindungsgemäßes Verbrennungssystem 1 einen Brenner 2, der seinerseits ein Gebläse 3 mit einer ersten Luftzufuhr 4 aufweist, wobei strom abwärts des Gebläses 3 eine zweite Luftzufuhr 5 angeordnet ist, stromabwärts der zweiten Luftzufuhr 5 eine Brennstoff-Luft-Zufuhr 6 mit einer Brennstoffzufuhr 7 sowie einer dritten Luftzufuhr 8 in eine Düse 9 in einem Brennerschacht 10 mündet, in dem Brennerschacht 10 stromabwärts der Düse 9 eine vierte Luftzufuhr 11 stromaufwärts eines Brenneraustritts 12 mündet, und stromabwärts des Brenneraustritts 12 in einer Zuleitung 13 zu einem nicht darge stellten Wärmetauscher eine fünfte Luftzufuhr 14 mündet. Im Bereich der Zuleitung 13 ist auch eine nicht dargestellte Zündeinrichtung angeordnet.

Das mit Bezug auf die Figur in ihrem Aufbau beschriebene Verbrennungssystem 1 arbeitet erfindungsgemäß wie folgt:
Bei Auslegung des Verbrennungssystems 1 auf den niederkalorischsten Brennstoff der Ver sorgung, zum Beispiel Stadtgas, kann bei Einspeisung eines höherkalorischen Brennstoffes, zum Beispiel Erdgas, über die Brennstoffzufuhr 7 zusätzlich geregelt Luft eingespeist werden, nämlich über zumindest eine der Luftzufuhren 4, 5, 8, 11 und/oder 14, wie in Tabelle 1, zu sammengefaßt ist, bis ein Erdgas/Luft-Gemisch mit dem gleichen Wärmeinhalt wie im Falle der Verwendung von Stadtgas vorliegt.

Das mit Bezug auf Fig. 1 beschriebene Verbrennungssystem 1 ist auch betreibbar durch Auslegung desselben auf ein hochkalorisches Gas, zum Beispiel Flüssiggas, dem bei Einspei sung eines niederkalorischen Gases, zum Beispiel Erdgas, ein hochkalorisches Gas, zum Bei spiel Flüssiggas, in Analogie zur Auslegung auf das niederkalorischste Gas, zumischbar ist, nämlich über zumindest eine Gaszufuhr, die im Bereich der Luftzufuhr 4, 5, 8, 11 und/oder 14 angeordnet sein kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offen barten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombi nation für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen we sentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Verbrennungssystem

2

Brenner

3

Gebläse

4

Luftzufuhr

5

Luftzufuhr

6

Brennstoff-Luft-Zufuhr

7

Brennstoffzufuhr

8

Luftzufuhr

9

Düse

10

Brennerschacht

11

Luftzufuhr

12

Brenneraustritt

13

Zuleitung zum Wärmeaustauscher

14

Luftzufuhr

Claims

1. Verfahren zur Leistungsanpassung eines Verbrennungssystems eines Gargerätes, wo bei das Verbrennungssystem zumindest einen Brenner aufweist, zum Beheizen eines Garraums des Gargerätes durch Steuerung und/oder Regelung eines Brennstoff/Luft- Gemisches im Brenner entsprechend der Qualität und/oder dem kalorischen Inhalt ei nes zugeführten, ersten Brennstoffes, gekennzeichnet durch
Auslegen des Verbrennungssystems auf eine bestimmte Qualität und/oder einen be stimmten kalorischen Inhalt eines zweiten Brennstoffes,
Erfassen der Qualität und/oder des kalorischen Inhaltes des ersten Brennstoffes und Zuführen von Luft und/oder zumindest einem dritten Brennstoff in Abhängigkeit von der erfaßten Qualität und/oder dem erfaßten kalorischen Inhalt des ersten Brennstoffes, bis die bestimmte Qualität und/oder der bestimmte kalorische Inhalt des zweiten Brennstoffes im wesentlichen erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Qualität und/oder der kalorische Inhalt des ersten Brennstoffes durch Messung zumindest einer chemischen, optischen und/oder physikalischen Eigenschaft des ersten Brennstoffes und/oder der Abgaszusammensetzung des Brenners erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenthalpie ermittelt wird, insbesondere aus Temperaturdifferenzdaten die beim Aufwärmen eines Prüfkörpers mittels einer Pilotflamme gemessen werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Brennstoff ein Brennstoff mit geringer Qualität und/oder geringem kalori schen Inhalt ausgewählt wird, und bei Einspeisung eines ersten Brennstoffes mit im Vergleich zum zweiten Brennstoff höherer Qualität und/oder höherem kalorischen In halt dem Verbrennungssystem Luft, vorzugsweise gesteuert und/oder geregelt, zuge führt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Brennstoff ein Brennstoff mit hoher Qualität und/oder hohem kalorischen Inhalt ausgewählt wird, und bei Einspeisung eines ersten Brennstoffes mit im Ver gleich zum zweiten Brennstoff niedrigerer Qualität und/oder niedrigerem kalorischen Inhalt dem Verbrennungssystem ein dritter Brennstoff mit im Vergleich zum ersten Brennstoff höherer Qualität und/oder höherem kalorischen Inhalt, vorzugsweise ge steuert und/oder geregelt, zugeführt wird.

6. Verbrennungssystem für ein Gargerät, mit welchem ein Garraum des Gargerätes be heizbar ist und das einen Brenner (2), ein Gebläse (3), zumindest eine Luftzufuhr (4, 5, 8, 11, 14), zumindest eine Brennstoffzufuhr (7), einen Brenneraustritt (12), einen vom Gebläse (3) zum Brenneraustritt (12) führenden Brennerschacht (10), eine im Brennerschacht (10) befindliche Düse (9) zum Einspritzen zumindest eines ersten Brennstoffes und/oder eines Brennstoff/Luft-Gemisches und einen Zünder stromab wärts der Düse (9) umfaßt, wobei zur Leistungsanpassung des Verbrennungssystems (1) ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Qualität und/oder dem kalorischen Inhalten des zur Ausle gung des Verbrennungssystems (1) ausgewählten zweiten Brennstoffes Luft strom aufwärts des Gebläses (3), stromabwärts des Gebläses (3), stromaufwärts der Düse (9), stromabwärts der Düse (9) und/oder stromabwärts des Brenneraustritts (12) und/oder zumindest ein dritter Brennstoff stromaufwärts des Gebläses (3), stromabwärts des Gebläses (3), stromaufwärts der Düse (9), stromabwärts der Düse (9) und/oder strom aufwärts des Brenneraustritts (12) zuführbar ist beziehungsweise sind.

7. Verbrennungssystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zumindest eine Kammer, die zum Gebläse, zum Brennerschacht, stromaufwärts oder stromabwärts der Düse, zur Düse und/oder zum Brenneraustritt führt und als, vor zugsweise externe, Vormischkammer zum Vormischen des ersten Brennstoffes und/oder des dritten Brennstoffes mit Luft ausgebildet ist.

8. Verbrennungssystem nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erfassung der Qualität und/oder des kalorischen Inhaltes des er sten Brennstoffes, wobei die Einrichtung zur Erfassung der Qualität und/oder des kalo rischen Inhaltes des ersten Brennstoffes vorzugsweise einen von einer Pilotflamme aufwärmbaren Prüfkörper, innerhalb oder außerhalb des Brenners, einen Geruchssen sor, einen Viskositätssensor und/oder einen Abgassensor umfaßt.