DE2708858C2 - Regeleinrichtung für einen Brenner für fließfähige Brennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen Brenner für fließfähige Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Rege!- einrichtung ist in dem Bulletin 70.52, 11—71, der Firma North American Mfg. Co, Cleveland, Ohio, USA beschrieben. Mit dieser bekannten Regeleinrichtung läßt sich bestimmtes Brennstoff/Luftverhältnis konstant halten.

Nun ist es jedoch in manchen Fällen erwünscht ein beliebiges Brennstoff/Luft-Verhältnis einstellen zu können, beispielsweise bei Druckzerstäubungsbrennern, bei denen die Brennstoffmenge sonst nur grob durch Wahl einer entsprechenden Brennstoffdüse eingestellt werden kann. Bei Schutzgaserzeugern kann durch Beeinflussung des Brennstoff/Luft-Verhäitnisses eine bestimmte Abgaszusammensetzung erreicht werden. Wird der Brenner zur Erzeugung von Heizgas benutzt so kann durch Veränderung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses die Abgastemperatur beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln ein beliebiges Brennstoff/Luft-Verhältnis eingestellt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß bei einer Regeleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die größere Membran auf ihrer die erste Kammer begrenzenden Seite von einem einstellbaren Teilbetrag des Verbrennungsluftdruckes beaufschlagt wird.

Durch Veränderung des auf diese Seite der größeren Membran wirkenden Luftdruckes läßt sich auf einfache Weise die Brennstoffmenge und damit das Brennstoff/ Luft-Verhältnis einstellen.

Der Erfindungsgedanke kann dadurch verwirklicht werden, daß an die erste Kammer eine Abströmleitung angeschlossen ist und daß das Verhältnis der Strömungswiderstände der Zuströmleitung und der Abströmleitung zueinander einstellbar ist. Alternativ kann von der Zuströmleitung selbst eine Abströmleitung ausgehen, wobei das Verhältnis der Strömungswiderstände dieser beiden Leitungen zueinander wiederum einstellbar ist
In beiden Fällen kann zur Einstellung des genannten Verhältnisses eine einstellbare Drosseleinrichtung in der Zuströmleitung und/oder in der Abströmleitung vo; gesehen werden.

Das genannte Verhältnis kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung veränderbar sein, wodurch sich z. B. mittels eines Abgas-Analysegerätes eine Regelung der Verbrennung über das Brennstoff/Luftverhältnis zur Erzielung einer bestimmten Abgaszusammensetzung durchführen läßt.

Alternativ ist auch eine Einstellung des genannten Verhältnisses in Abhängigkeit von der Abgastemperatur möglich, um durch Veränderung des Brennstoff/ Luft-Verhältnisses eine bestimmte Abgastemperatur zu erhalten.

Um das gewünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis auch bei Änderungen des Gegendruckes in der Brennkammer aufrechterhalten zu können, kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die von der größeren

Membran begrenzte zweite Kammer mit der Niederdruckseite eines eine Druckdifferenz in der Verbrennungsluftleitung erzeugenden Elements verbunden werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht daß bei jeder Änderung des Gegendruckes eine proportionale Änderung des in der zweiten Kammer herrschenden Druckes eintritt, was zur Folge hat, daß die Brennstoffmenge im Sinne eines Konstanthaltens des eingestellten Brennstoff/Luf*-Verhältnisses verändert wird. Eine derartige Änderung des Gegendruckes kann beispielsweise bei Heizungen, bei denen mehrere Heizkessel an einen gemeinsamen Kai..in angeschlossen sind, dann eintreten, wenn einzelne Heizkessel zu- oder abgeschaltet sind. Bei Brennern, die zur Erzeugung von Heizgasen für Trocknungseinrichtungen, z. B. zum Trocknen von Aktivkohle odderg!, dienen, kann sich der Durchstromwiderstand des zu trocknenden Mediums für das Heizgas ändern, was ebenfalls eine Änderung des Gegendruckes zur Folge hat. Bei mit Brennern betriebenen Schutzgaserzeugern führt eine Änderung der Abnahmemenge an Schutzgas gleichfalls zu einer Änderung des Gegendruckes.

Das eine Druckdifferenz in der Verbrennungsluftleitung erzeugende Element kann der Brenner selbst sein, in welchem Falle die zweite Kammer mit der Brennkammer verbunden wird. Alternativ kann das Element eine Blende in der Verbrennungsluftleitung sein, wobei die zweite Kammer stromabwärts und die erste Kammer stromaufwärts der Blende an die Verbrennungsluftleitung angeschlossen ist In jedem Falle wird erreicht daß jede Änderung des Gegendruckes, die zu einer Änderung der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluftmenge führt, eine solche Änderung der Brennstoffmenge zur Folge hat daß das gewünschte und eingestellte Brennstoff/Luft-Verhältnis erhalten bleibt Anstelle einer Blende kann auch ein anderes, gleichwirkendes Element z- B. ein Venturirohr, ein Staurohr oder dergU verwendet werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung in schematischer Darstellung,

F i g. 2 eine erste Abwandlung der Regeleinrichtung von F i g. 1, wobei das Brennstoff/Luft-Verhältnis in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung regelbar ist, und

F i g. 3 eine zweite Abwandlung der Regeleinrichtung von Fig. 1, wobei in der Verbrennungsluftleitung eine eine Druckdifferenz erzeugende Blende angeordnet ist

Es sei zunächst auf F i g. 1 bezuggenommen, in der im Schnitt ein Brenner 1 für flüssige Brennstoffe dargestellt ist, der beispielshalber als sogenannter Rückführbrenner ausgebildet ist und eine Brennstoffdüse 2, Brennluftrohre 3, ein Mischrohr 4, eine Brennkammer 5 und Abgasrückführkanäle 6 aufweist durch welche auf Grund der Injektorwirkung der aus den Brenniuftrohren 3 in Pfeilrichtung ausströmenden Luft Abgase in den Bereich 7 zurückgesaugt werden, in weichen der Brennstoff durch die Düse 2 eingespritzt wird. Die Rohre 3 gehen von einem Luftraum 8 aus, in den eine Verbrennungsluftleitung 9 mündet, die mit einem Verbrennungsluftgebläse 10 über einen zur Leistungsregelung des Brenners dienenden Schieber 11 verbunden ist Der Brennstoffdüse 2 wird von einer Brennstoffpumpe 12 aus einem Behälter 13 über eine Brennstoffleitung 14,15 Brennstoff unter Druck zugeführt. In der Brennstoffleitung 14,15 ist ein Brennstoff-Regelventil 16 angeordnet, das im Ausführungsbeispiel ein topfförniiges Gehäuse 17 aufweist das einen Zylinder 18 enthält in dessen Zyünderraum 19 ein Kolbenschieber 20 angeordnet ist. Der Zylinderraum 19 steht über eine Entlüftunpsbohrung 21 mit dem Innenraum 22 des Gehäuses 17 stündig in Verbindung. Der Abschnitt 15 der Brennstoffleitung geht von dem Innenraum 22 des Behälters 17 aus, während der Abschnitt 14 der Brennstoffleitung in die Wand des Zylinderraums 19 mündet Die Mündung 23 wird vom Kolbenschieber 20 gesteuert Der Behälter 17 ist durch eine Membran 24 abgeschlossen, die einerseits mit dem Kolbenschieber 20 und andererseits über ein Zwischenglied 25 mit einer Membran 26 einer Differenzdruckdose 27 verbunden. Die Membran 26 trennt zwei Druckkammern 28 und 29 voneinander. Die erste Kammer 28 ist mit der Verbrennungsmftleitung 9 durch eine Zuströmleitung 30 verbunden, in der ein regelbares Drosselven'il 31 angeordnet ist Außerdem geht von der ersten Kammer 28 eine Abströrnleit¹. ^ 32 aus, die eine gegebenenfalls einstellbare Drossel 33 enthält Die Drossel kann jedoch auch durch den Querschnitt der Abströmleitung 32 selbst gebildet werden. Die zweite Kammer 29 der Differenzdruckdose 27 steht durch eine Leitung 34 mit der Brennkammer 5 in Verbindung. Auf die in der Zeichnung untere Seite 35 der Membran 26 wirkt also der durch die Drosseln 31 und 33 verminderte und durch das Regelventil 11 eingestellte Luftdruck in der Verbrennungsluftleitung 9, während auf die in der Zeichnung obere Seite 36 der Membran 26 der Brennkammerdruck und auf die Oberseite der Membran 24 der Brennstoffdruck wirkt Das Flächenverhällnis der Membranen 24, 26 ist so bemessen, daß die auf sie wirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind. Der auf die Unterseite der Membran 24 wirkende Brennkammerdruck kann vernachlässigt werden, da das Dpjckverhsltnäs zwischen Brennstoffdruck und Brennkammerdruck mehr als 1 :100 beträgt

Es sei angenommen, daß die Membranen 24,26 und mit ihnen der Kolbenschieber 20 in der Normalstellung sine, die dem Normalbetrieb des Brenners 1 entspricht wobei das gewünschte Brennstoff/Luft-Verhältnis durch das Drosselventil 31 eingestellt wurde. Wenn sich nun aus irgendeinem Grunde der Gegendruck in der Brennkammer 5 erhöht so s'eigt der auf die Oberseite 36 der Membran 26 wirkende Druck, was zur Folge hat, daß der Kolbenschieber 20 nach unten bewegt und die Brennstoffleitung 14 soweit gedrosselt wird, bis sich ein neuer Gleichgewichtszustand auf einem niedrigeren Brennstoffdruckniveau einpendelt Verringert sich dagegen der Druck in der Brennkammer 5, so wird durch den Druck in der ersten Kammer 28 der DifferenzdruckJot« 27 der Kolbenschieber 20 in der Zeichnung nach oben verschoben, wodurch eine ungedrosseltere Verbindung zwischen dem Brennstoffleitungüabschnitt 14 und dem Innenraum 22 eintritt und der Brennstoffdruck in dem Gehäuseinnenraum 22 und damit an der Düse 2 erhöht wird. Auch in diesem Fall pendelt sich ein Gleichgewichtszustand, nunmehr aber bei höherem

eo Brennstoffdruckniveau, ein.

Durch Betätigung des Drosselventils 31 läßt sich der Druck in der ersten Kammer 28 der Membrandruckdose 27 unabhängig von dem durch das Regelventil 11 eingestellten Vordruck in der Verbrennungsluftleitung 9 einstellen, wodurch ein beliebiges Brennstoff/Luft-Verhältnis unabhängig von der Abstufung der Brennstoffdüse 2 erreicht werden kann. Selbstverständlich könnte anstelle des Drosselventils 31 die Drossel 33 in der Ab-

stromleitung 32 einstellbar ausgebildet sein, während die Drossel 31 unveränderlich ist und beispielsweise durch den Querschnitt der Leitung 30 gebildet wird. Die Abströmleitung muß nicht direkt an die Kammer 28 angeschlossen werden, sondern sie kann, wie bei 32c angedeutet, auch von der Zuströmleitung 30 ausgehen. Auch in diesem Falle enthält die Abströmleitung 32c eine gegebenenfalls einstellbare Drossel 33c.

Das Ausführungsbeispisl gemäß F i g. 2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß F i g. 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Drossel 31a in der Zuströmleitung 30a der ersten Kammer 28a der Membrandruckdose 27a unveränderlich ist, während die Drosseleinrichtung 33a in der Abströmleitung 32a veränderlich ist, und zwar in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung. Zu diesem Zweck ist in der Brennkammer 5 oder der daran anschließenden Rohrleitung eine Abgassonde 38 angeordnet, die mit einem schematisch angedeuteten Analyseffpräi .39 in VprhjnHijncr stpht, Hag seinerseits in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung ein Signal erzeugt, um die Drosseleinrichtung 33a zu betätigen und dadurch das Brennstoff/Luft-Verhältnis so zu ändern, daß die gewünschte Abgaszusammensetzung erreicht wird. Im übrigen sind in F i g. 2 gleiche oder gleichartige Teile mit dem gleichen Bazugszeichen wie in Fig. 1, jedoch mit dem Index a, bezeichnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3, bei dem gleiche Teile wie in F i g. 1 wiederum mit dem gleichen Bezugszeichen, jedoch mit dem Index 6, bezeichnet sind, ist in der Verbrennungsluftleitung 96 eine Blende 40 angeordnet, die eine Druckdifferenz erzeugt. Die erste Kammer 286 der Differenzdruckdose 27b ist mit der Verbrennungsluftleitung 9b stromaufwärts der Blende 40 durch die Zuströmleitung 306 in Verbindung, während die zweite Kammer 19b durch die Leitung 346 mit der Verbrennungsluftleitung 9b stromabwärts der Blende 40 in Verbindung steht. Wie bei den vorhergehenden Beispielen ist an die erste Druckkammer 286 eine Abströmleitung 326 mit einer Drossel 336 angeschlossen. Die Zuströmieitung 306 weist ebenfalls eine gegebenenfalls regelbare Drosseleinrichtung 316 auf. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die gleiche wie diejenige der Ausführung gemäß Fi g. 1, sie hat jedoch den Vorteil, daß die zweite Kammer 296 nicht mit gegebenenfalls aggressiven Gasen aus der Brennkammer 56 beaufschlagt ist. sondern nur von Luft. Die Blende 40 kann naturgemäß durch eine andere, entsprechend wirkende Einrichtung, beispielsweise ein Venturirohr oder ein Staurohr, ersetzt werden.

Analog zu der Einstellung des Druckes in der ersten Kammer 28, 28a. 2*!6 kann auch der Druck in der zweiten Kammer 29,29a oder 296 durch einen der Abströmleitung entsprechenden Anschluß und die Anordnung entsprechender Drosselventile auf einen Teilbetrag des in der Zuleitung 34,34a bzw. 346 herrschenden Druckes abgesenkt werden.

Selbstverständlich sind viele Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann z. B. anstelle der Membran 24 ein in einem Zylinder verschiebbarer to Kolben vorgesehen werden, der mit der Membran 26 verbunden und einseitig von dem in dem Gehäuseinnenraum 22 (Fig. 1) herrschenden Brennstoffdruck beaufschlagt ist.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für einen mit einer Brennkammer zusammenwirkenden Brenner für fließfähige, unter Druck zugeführte Brennstoffe mit einem Verbrennungsluftgebläse und Regelung der Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Verbrennungsluftmenge,

wobei die Regeleinrichtung zwei miteinander verbundene Membranen unterschiedlicher Größe aufweist und die größere Membran zwei Kammern voneinander trennt, von denen die erste mit der zum Brenner führenden Verbrennungsluftleitung über eine Zuströmleitung in Verbindung steht, während die kleinere Membran dem Druck in der ersten Kammer entgegenwirkend vom Bremmstoffdrack beaufschlagt ist

wobei die Membranen in einem in der Brennstoffleitung angeoi kneten Regelventil verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die größere Membran (26) auf ihrer die erste Kammer (28) begrenzenden Seite von einem einstellbaren Teilbetrag des Verbrennungsluftdruckes beaufschlagt ist

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß an die erste Kammer (28) eine Abströmleitung (32,32a, 32b) angeschlossen ist und daß das Verhältnis der Strömungswiderstände der Zuströmleitung (30, 30a. 306; und der Abströmleitung (32,32a, ~*2b) zueinander einstellbar ist

3. Regeleinrichtung nach Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zuströmleitung (30) eine Abströmleitung (32c; ausgeht, und daß das Verhältnis der Strömungswiderstände oer Zuströmleitung und der Abströmleitung 7ueinander einstellbar ist

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuströmleitung und/oder in der Abströmleitung eine einstellbare Drosseleinrichtung (31, 31a, 316 bzw. 33, 33a, 336, ZZc) vorgesehen ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß das genannte Verhältnis in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung des Brenners veränderbar ist.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Verhältnis in Abhängigkeit von der Abgastemperatur veränderbar ist.

7. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, von der größeren Membran (26) begrenzte Kammer (29) mit der Niederdruckseite eines eine Druckdifferenz in der Verbrennungsluftleitung (9, 9a, 9b) erzeugenden Elements (1, la, 40) verbunden isi.

8. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß auch der in der zweiten Kammer (29) herrschende Druck auf einen Teilbetrag des Druckes in der Zuleitung (34) einstell- oder regelbar ist.

9. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (29) mit der Brennkammer (5, Sa) in Verbindung steht.

10. Regeleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß das Element eine Blende (40) in der Verbrennungsluftleitung (9b) ist und daß die Zuströmleitung (ZOb) der ersten Kammer (28b) mit der Verbrennungsluftleitung stromaufwärts der Blende (40) verbunden ist