DE3607386C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung
der Zusammensetzung des einem Gasgebläsebrenner zuzuführenden
Gemisches aus Verbrennungsgas und Luft gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (DE-OS 27 45 459).
Bei der bekannten Vorrichtung wird die Luftzufuhr entsprechend
dem Lastgrad mittels eines Luftmengensteuerorgans gesteuert,
so daß sich mit der Luftzufuhr auch die Gaszufuhr ändert, obwohl
die Zufuhr des Gases bzw. Brennstoffs selbst nicht gesteuert
wird. Über die Luftsteuerung wird auch die Gemischzusammensetzung
in Abhängigkeit von Parametern beeinflußt, welche die Güte der
Verbrennung beeinflussen bzw. charakterisieren. Hierfür dienen
verschiedene Fühler. In Abhängigkeit von deren Sensorsignalen
finden Berechnungen mit Hilfe von Sauerstoffmengenrechnern,
Luftmengenrechnern und dergleichen statt. Der Aufwand einer
solchen Vorrichtung ist verhältnismäßig groß.
Darüber hinaus ist eine Vorrichtung ähnlicher Gattung bekannt
(DE-OS 28 34 242), bei der die Gaszufuhr der Luftzufuhr so
nachgeführt wird, daß bei Teillast diejenige Gemischzusammensetzung
erhalten bleibt, die zuvor bei der Einstellung des
Vollastbetriebes hinsichtlich optimaler Gemischzusammensetzung
eingestellt wurde. Dabei wird allerdings nicht berücksichtigt,
daß der Brennwert des Verbrennungsgases und sein Sauerstoffbedarf
ebenso schwanken kann, wie die Wirksamkeit der Verbrennungsluft,
beispielsweise dadurch, daß in Abhängigkeit von der Lufttemperatur
die Sauerstoffmenge pro Volumenteil variiert. Die
Ausnutzung des Brennwerts des Verbrennungsgases läßt zu wünschen
übrig. Darüber hinaus besteht ein erhebliches Risiko
der Abgabe von Schadstoffen in den Abgasen.
Schließlich ist auch eine Vorrichtung bekannt (DE-OS 30 39 994),
bei der in Abhängigkeit eines vorher eingespeicherten Programms
eine solche Steuerung stattfindet, daß jeweils eine Wertepaar
maßgebend ist für die Nachstellung des Verhältnisses zwischen
Luft und Brennstoff auf den Sollwert. Eine fortlaufende Regelung
in Abhängigkeit von nicht eingespeicherten, sondern jeweils
gemessenen und ggf. sogar erheblich variierenden Werten
ist hierbei nicht möglich, weshalb sich bei einer im Laufe der
Zeit ändernden Gemischzusammensetzung auch die Verbrennungsverhältnisse
vom optimalen Bereich entfernen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der
eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß die
Effektivität auf einfache Weise optimierbar ist.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in
Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht.
Bei der Erfindung wird zwischen der Luftleitung und dem Steuereingang
eines an sich bekannten Verhältnisreglers ein Druckteiler
geschaltet, der für eine Änderung des auf den Steuereingang
des Verhältnisreglers wirkenden Luftdruckes dadurch sorgt, daß
ein Hilfsregler das Signal wenigstens einer Sonde zur Erfassung
des bzw. der betreffenden Parameter(s) in ein Stellsignal für
den Druckteiler wandelt. Bei der Erfindung wird also der einem
bekannten Verhältnisregler zugeführte Druck durch einen Druckteiler
auf recht einfache Weise variiert. Die hierfür erforderlichen
Organe sind wohlfeil und bedürfen auch keiner besonderen
Wartung. Mit der Vorrichtung wird eine gute Optimierung der
Verbrennung bei niedrigen Herstellungskosten erreicht.
Dabei wird bei der Erfindung der Umstand ausgenutzt, daß die
Gasmenge nicht nur in Abhängigkeit von der Luftmenge nachgeregelt
werden darf, sondern daß wesentliche, die Güte der Verbrennung
beeinflussende und/oder charakterisierende Parameter
erfaßt werden. Das Verhältnis von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge
kann nach Maßgabe dieser Parameter variiert werden.
Wenn ein Verhältnisregler zur Nachführung des Gasdrucks in Abhängigkeit
vom Druck der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft verwendet
werden soll, dann muß der auf den Gasdruckregler einwirkende Druck
der Verbrennungsluft entsprechend den Parametern variiert werden.
Auf einfache Weise läßt sich das dadurch realisieren, daß zwischen
die Luftleitung und den Verhältnisregler ein Druckteiler geschaltet
wird, der eine Drossel, ein Hilfsventil und einen Antrieb für das
Hilfsventil enthält. Die die Güte der Verbrennung beeinflussenden
oder die Güte der Verbrennung charakterisierenden Parameter wirken
über einen Hilfsregler auf den Antrieb für das Hilfsventil ein und
variieren auf diese Weise den auf den Verhältnisregler wirkenden
Luftdruck.
Die Grundeinstellung des Verhältnisreglers wird dabei so vorgenommen,
daß das Verhältnis des Gasdrucks zum Luftdruck mindestens so groß
ist wie das größte über den Arbeitsbereich des Brenners vorkommende
Verhältnis des Gasdrucks zum Luftdruck bei jeweils optimaler Verbrennung.
Durch die Variation des auf den Verhältnisregler wirkenden
Luftdrucks mittels des Hilfsventils wird dann der Gasdruck von diesem
größten Verhältniswert auf den bei der jeweiligen Last gerade erforderlichen
Wert abgesenkt.
Als wesentliche die Güte der Verbrennung beeinflussende Parameter
kommen beispielsweise die Zulufttemperatur und der Brennwert des
Verbrennungsgases in Betracht. Je größer die Zulufttemperatur ist,
desto geringer ist die pro Volumenteil der Zuluft darin enthaltene
Menge von Sauerstoffmolekülen. Um eine optimale Verbrennung zu erzielen,
muß deshalb die Verbrennungsgasmenge mit steigender Zulufttemperatur
reduziert werden.
Der Brennwert des Verbrennungsgases stellt die wesentlichste Einfluß
größe dar, nach der das Verhältnis von Verbrennungsmenge und Luft
menge geregelt werden sollte. Da einfache, kontinuierlich arbei
tende Meßgeräte zur Bestimmung des Brennwertes eines Verbrennungs
gases nicht zur Verfügung stehen, ist es zweckmäßig, anstelle des
Brennwertes des Verbrennungsgases solche Parameter zur Regelung
des Verhältnisses von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge heranzu
ziehen, die die Güte der Verbrennung charakterisieren.
Die Verwendung einer an sich bekannten Sauerstoffsonde ermöglicht
es, die Verbrennungsgasmenge im Verhältnis zur Luftmenge so zu re
geln, daß ein einen möglichst geringen Schadstoffgehalt des Abgases
charakterisierender Sauerstoffüberschuß im Abgas erzielt wird. Die
Größe dieses Sauerstoffüberschusses kann konstant gehalten werden.
Eine Verbesserung des Verfahrens besteht jedoch darin, daß der
Sauerstoffüberschuß im Abgas nicht konstant gehalten wird, sondern
seinerseits nach Maßgabe des Lastgrades des Brenners variiert wird.
Damit wird eine weitergehende Minimierung des Schadstoffgehaltes
erreicht.
Statt der Messung des Sauerstoffgehaltes im Abgas, allenfalls auch
in Ergänzung dazu, kann auch die Messung der Ionisation der Flamme
erfolgen und zur Regelung des Verhältnisses von Verbrennungsgasmenge
und Luftmenge herangezogen werden.
Nachfolgend wird eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens beschrieben, bei der eine Sauerstoffsonde zur
Regelung des Verhältnisses von Verbrennungsgasmenge und Luftmenge
verwendet wird.
In der Figur ist ein Brenner 1 dargestellt, dem über eine Gaslei
tung 2 das Verbrennungsgas und über eine Luftleitung 3 die von einem
Gebläse 4 komprimierte Luft zugeführt wird. Im Zuge der Gasleitung 2
ist ein Verhältnisregler 5 bekannter Bauart enthalten. In der Luft
leitung 3 ist eine Luftklappe 6 vorhanden, die zur Steuerung des
Lastgrades von einem Leistungsregler 7 über einen nicht dargestell
ten Luftklappenantrieb betätigt wird. Zwischen der Luftleitung 3
und einem Steueranschluß 8 des Verhältnisreglers 5 ist ein Druck
teiler 9 montiert, der eine Drossel 10, ein Hilfsventil 11 und einen
auf das Hilfsventil 11 wirkenden Antrieb 12 enthält. Die Drossel 10
liegt dabei im Zuge der Verbindung zwischen der Luftleitung 3 und
dem Steueranschluß 8, während das Hilfsventil 11 mit seiner Eingangs
seite an die Verbindung zwischen der Drossel 10 und dem Steueran
schluß 8 angeschlossen ist und seine Ausgangsseite mit der umgeben
den Atmosphäre in Verbindung steht. Der Antrieb 12 steht in Wirk
verbindung mit einem Hilfsregler 13. In eine an den Brenner 1 an
schließende Abgasleitung 14 ist eine Sauerstoffsonde 15 eingebaut,
deren Signal an den Hilfsregler 13 übermittelt wird. Der Hilfsreg
ler 13 wandelt dieses Signal in ein für den Antrieb 12 erforder
liches Stellungssignal. Außerdem kann zwischen dem Leistungsregler 7
und dem Hilfsregler 13 eine Steuerleitung 16 vorhanden sein, über
die der Leistungsregler 7 dem Hilfsregler 13 den Lastgrad mitteilt,
so daß der Hilfsregler 13 in der Lage ist, bei der Formierung des
Stellungssignals für den Antrieb 12 des Hilfsventils 11 den Lastgrad
zu berücksichtigen.
Die dargestellte Vorrichtung funktioniert wie folgt:
Das Gebläse 4 erzeugt einen Luftstrom, der groß genug ist, um die für die maxi male Leistung des Brenners 1 benötigte Luftmenge bereitzustellen. Entsprechend dem tatsächlichen Leistungsbedarf erzeugt der Leistungs regler 7 ein Stellungssignal für die Luftklappe 6, mit der der Luft strom entsprechend dem tatsächlichen Leistungsbedarf gesteuert wird. In der Luftleitung 3 wird auf diese Weise ein mit dem Lastgrad zusam menhängender Luftdruck erzeugt, der über die Drossel 10 auf den Steuereingang 8 des Verhältnisreglers 5 einwirkt und in bekannter Weise den Druck in der Gasleitung 2 und damit die dem Brenner 1 zuströmende Menge des Verbrennungsgases bestimmt. Die Einstellung der Drossel 10 und des Verhältnisreglers 5 ist dabei derart, daß bei geschlossenem Hilfsventil 11 die vom Verhältnisregler 5 einge regelte Gasmenge mindestens geringfügig größer ist als die auf die durchgesetzte Luftmenge bei optimaler Verbrennung zugeord nete Gasmenge. Würde der Brenner 1 so betrieben, dann würde die in der Abgasleitung 14 angeordnete Sauerstoffsonde 15 feststellen, daß kein Sauerstoffüberschuß vorhanden ist. Der Hilfs regler 13 wird dann aufgrund des Signals der Sauerstoffsonde 15 aus der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert ein Stellungs signal für den auf das Hilfsventil 11 wirkenden Antrieb 12 ableiten und somit das Hilfsventil 11 entsprechend der Istabweichung öffnen. Durch das Öffnen des Hilfsventils 11 sinkt der am Steuereingang 8 des Verhältnisreglers 5 wirksame Druck, was zur Folge hat, daß der Druck in der Gasleitung 2 und damit die dem Brenner 1 zuströmende Menge des Verbrennungsgases abnimmt. Damit besteht ein Regelkreis, der die Gasmenge immer genau so groß hält, daß im Abgas ein gemäß der Sollwertvorgabe im Hilfsregler 13 bestimmter Sauerstoffüberschuß vorhanden ist. Der Hilfsregler 13 muß dabei so beschaffen sein, daß er die Eigenschaften der Regelstrecke hinsichtlich ihres Regel verhaltens berücksichtigt, was entsprechend den bekannten Algorithmen der Regelungstechnik zu realisieren ist.
Das Gebläse 4 erzeugt einen Luftstrom, der groß genug ist, um die für die maxi male Leistung des Brenners 1 benötigte Luftmenge bereitzustellen. Entsprechend dem tatsächlichen Leistungsbedarf erzeugt der Leistungs regler 7 ein Stellungssignal für die Luftklappe 6, mit der der Luft strom entsprechend dem tatsächlichen Leistungsbedarf gesteuert wird. In der Luftleitung 3 wird auf diese Weise ein mit dem Lastgrad zusam menhängender Luftdruck erzeugt, der über die Drossel 10 auf den Steuereingang 8 des Verhältnisreglers 5 einwirkt und in bekannter Weise den Druck in der Gasleitung 2 und damit die dem Brenner 1 zuströmende Menge des Verbrennungsgases bestimmt. Die Einstellung der Drossel 10 und des Verhältnisreglers 5 ist dabei derart, daß bei geschlossenem Hilfsventil 11 die vom Verhältnisregler 5 einge regelte Gasmenge mindestens geringfügig größer ist als die auf die durchgesetzte Luftmenge bei optimaler Verbrennung zugeord nete Gasmenge. Würde der Brenner 1 so betrieben, dann würde die in der Abgasleitung 14 angeordnete Sauerstoffsonde 15 feststellen, daß kein Sauerstoffüberschuß vorhanden ist. Der Hilfs regler 13 wird dann aufgrund des Signals der Sauerstoffsonde 15 aus der Abweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert ein Stellungs signal für den auf das Hilfsventil 11 wirkenden Antrieb 12 ableiten und somit das Hilfsventil 11 entsprechend der Istabweichung öffnen. Durch das Öffnen des Hilfsventils 11 sinkt der am Steuereingang 8 des Verhältnisreglers 5 wirksame Druck, was zur Folge hat, daß der Druck in der Gasleitung 2 und damit die dem Brenner 1 zuströmende Menge des Verbrennungsgases abnimmt. Damit besteht ein Regelkreis, der die Gasmenge immer genau so groß hält, daß im Abgas ein gemäß der Sollwertvorgabe im Hilfsregler 13 bestimmter Sauerstoffüberschuß vorhanden ist. Der Hilfsregler 13 muß dabei so beschaffen sein, daß er die Eigenschaften der Regelstrecke hinsichtlich ihres Regel verhaltens berücksichtigt, was entsprechend den bekannten Algorithmen der Regelungstechnik zu realisieren ist.
Statt oder zusätzlich zu der Sauerstoffsonde 15 kann eine Ionisationssonde vorhanden
sein.
Bei Einsatz einer Ionisationssonde soll
der Hilfsregler 13 entsprechend ausgebildet sein, um die von
der Ionisationssonde abgegebenen Signale in Stellbefehle für den
Antrieb 12 umsetzen zu können.
Anstelle der Sauerstoffsonde 15 oder in Ergänzung dazu kann auch
eine die Temperatur in der Luftleitung 3 fühlende Sonde vorhanden sein,
die mit dem Hilfsregler 13 wirkverbunden ist.
Bei allen diesen Ausführungsformen der Erfindung bleibt der Druck
teiler 9 mit allen seinen seine Wirkung bestimmenden Elementen, der
Drossel 10, dem Hilfsventil 11 und dem Antrieb 12, unverändert.
Der Antrieb 12 kann elektrothermisch, elektromotorisch oder auch
elektromagnetisch, beispielsweise als Tauchmagnetsystem, ausgebildet
sein. Vorteilhaft beim elektromotorischen und beim elektromagneti
schen Antrieb ist, daß er sehr schnell reagiert und die Zeitpara
meter der Regelstrecke praktisch nicht beeinflußt. Von Vorteil
kann ein elektrothermischer Antrieb dann sein, wenn seine Zeitpara
meter aufgrund der Bauart dem Zeitverhalten der übrigen Teile der
Regelstrecke angepaßt sind oder leicht angepaßt werden können.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Regelung der Zusammensetzung des einem Gasgebläsebrenner
zuzuführenden Gemisches aus Verbrennungsgas
und Luft, bei der die Luftzufuhr entsprechend dem Lastgrad
geregelt und die Gaszufuhr von der Luftzufuhr abhängig ist
und bei der das Gemisch durch die Güte der Verbrennung beeinflussende
und/oder charakterisierende Parameter korrigiert
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen eine Luftleitung (3) und einen Steuereingang
(8) eines die Verbrennungsgasmenge nach Maßgabe der Luftmenge
regelnden Verhältnisreglers (5) ein Druckteiler (9)
geschaltet ist, der die Variation des auf den Steuereingang
(8) des Verhältnisreglers (5) wirkenden Luftdrucks dadurch
bewirkt, daß ein auf den Druckteiler (9) wirkender Hilfsregler
(13) das Signal wenigstens einer Sonde (15) zur Erfassung
der die Güte der Verbrennung beeinflussenden oder
charakterisierenden Parameter in ein Stellsignal für den
Druckteiler (9) wandelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckteiler (9) aus einer Drossel (10), einem Hilfsventil (11) und
einem das Hilfsventil (11) betätigenden Antrieb (12) aufgebaut ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Antrieb (12) ein elektromotorischer Antrieb ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Antrieb (12) ein elektromagnetischer Antrieb ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Antrieb (12) ein elektrothermischer Antrieb ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hilfsregler (13) das Steuersignal für den Antrieb
(12) aus dem Signal einer in die Abgasleitung (14) eingebauten Sauerstoffsonde
(15) ableitet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hilfsregler (13) das Steuersignal für den Antrieb
(12) aus dem Signal einer in der Luftleitung (3) angeordneten, die
Temperatur der Luft fühlenden Sonde ableitet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hilfsregler (13) das Steuersignal für den Antrieb
(12) aus dem Signal einer Ionisationssonde ableitet.
Applications Claiming Priority (1)
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