(19)
(11) EP 1 241 409 A2

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
18.09.2002  Patentblatt  2002/38

(21) Anmeldenummer: 01130570.3

(22) Anmeldetag:  21.12.2001
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)7F23N 1/02, F23N 5/18
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
AL LT LV MK RO SI

(30) Priorität: 16.03.2001 DE 10112666

(71) Anmelder: ROBERT BOSCH GMBH
70442 Stuttgart (DE)

(72) Erfinder:
  • Rotert, Markus
    73066 Uhingen (CH)
  • Weber, Mathias
    67659 Kaiserslautern (DE)

   


(54) Vorrichtung zum Einleiten von Brenngas in eine Brennkammer


(57) Es wird eine Vorrichtung (10) zum Einleiten eines Brenngas-Luft-Gemisches in eine Brennkammer (5) mit einem Leitungssystem und einer regelbaren Fördereinheit (2), insbesondere einem Gebläse (2) , zur Förderung des Brenngas-Luft-Gemisches vorgeschlagen, die den Regelungsbereich ohne Veränderung der Fördereinheit (2) vergrößert und gleichzeitig die Geräuschentwicklung minimiert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Leitungssystem wenigstens eine zusätzliche Reglervorrichtung (6, 7) zur Massenstromregelung aufweist.




Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten eines Brenngas-Luftgemisches in eine Brennkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik



[0002] Bislang sind beispielsweise teil- oder vollvormischende Gasbrennwertgeräte zur Einleitung des Brenngas-Luftgemisches in die Brennkammer mit einem Gebläse zur Förderung des Brenngas-Luftgemisches ausgestattet. Zwischen der Drehzahl des Gebläses und dem geförderten Massenstrom besteht ein linearer Zusammenhang, wobei dieser Massenstrom wiederum linear mit der Heizleistung des Brenners zusammenhängt. Entsprechende Brenner werden beispielsweise mittels einer kontinuierlichen oder mittels einer stufenweisen Modulation der Gebläsedrehzahl zur Variierung der Heizleistung des Brenners an sich ändernde Bedingungen angepasst.

[0003] Nachteilig hierbei ist jedoch, dass entsprechende Gebläse, insbesondere im unteren Drehzahlbereich, unzureichend regelbar sind. Darüber hinaus treten häufig bei geringen Heizleistungen sogenannte "selbsterregende Brennkammerschwingungen" auf, so dass nachteilige Geräusche in der Anlage entstehen können.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung



[0004] Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Einleiten eines Brenngas-Luft-Gemisches in eine Brennkammer mit einem Leitungssystem und einer regelbaren Fördereinheit, insbesondere einem Gebläse, zur Förderung des Brenngases vorzuschlagen, die den Regelungsbereich ohne Veränderung der Fördereinheit vergrößert und gleichzeitig die Geräuschentwicklung minimiert.

[0005] Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Stand der Technik der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

[0007] Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass das Leitungssystem wenigstens eine zusätzliche Reglervorrichtung zur Massenstromregelung aufweist. In vorteilhafter Weise wird eine Regelung der Fördereinheit, insbesondere des Gebläses, erfindungsgemäß gegebenenfalls verzichtbar und/oder der Regelungsbereich der Vorrichtung wesentlich erweitert.

[0008] Vorteilhafterweise wird der Leistungsbereich des in Strömungsrichtung hinter der Vorrichtung angeordneten Brenners gemäß der Erfindung wesentlich vergrößert. Insbesondere im Bereich der unteren Drehzahl der Fördereinheit kann hierdurch ein deutlich geringerer Massenstrom des Brenngas-Luftgemisches in die Brennkammer befördert werden, so dass vor allem auch besonders hohe Laufzeiten (niedrige Taktraten) und somit geringe Heizleistungen des Brenners realisierbar sind. Dementsprechend können gegebenenfalls unnötig hohe Heizleistungen bei entsprechenden Betriebsbedingungen vermieden werden, was unter anderem zu einer vorteilhaften Reduzierung des Brenngasverbrauches und der Startemissionen führen kann.

[0009] Darüber hinaus können die sogenannten "selbsterregenden Brennkammerschwingungen" vor allem bei geringen Heizleistungen des Brenners durch die erfindungsgemäße Reglervorrichtung vermieden werden. Insbesondere die aerodynamische und akustische Eigenfrequenz des Strömungsraumes wird hierdurch in vorteilhafter Weise zur Vermeidung der Brennkammerschwingungen verändert.

[0010] Mit Hilfe der zusätzlichen, erfindungsgemäßen Reglervorrichtung ist beispielsweise eine vergleichsweise einfache und wirtschaftlich günstige Fördereinheit zur Förderung des Brenngas-Luftgemisches einsetzbar, so dass eine besonders wirtschaftlich günstige Fertigung und/oder Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet werden kann.

[0011] In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Reglervorrichtung wenigstens ein regelbares Drosselelement. Durch die Verwendung des regelbaren Drosselelementes ist die erfindungsgemäße Regelvorrichtung ohne großen Aufwand realisierbar. Gleichzeitig kann auf vielfach bewährte Standardkomponenten wie auf eine Drosselarmatur oder dergleichen zurückgegriffen werden, so dass eine wirtschaftlich günstige, erfindungsgemäße Reglervorrichtung realisiert werden kann.

[0012] Vorzugsweise wird das Drosselelement in Strömungsrichtung vor und/oder hinter der Fördereinheit angeordnet. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Reglervorrichtung beziehungsweise das Drosselelement vor allem in Abhängigkeit der räumlichen Rahmenbedingungen flexibel an diese angepasst werden. In vorteilhafter Weise kann mittels mehrerer Drosselelemente der Regelungsbereich der Vorrichtung zusätzlich deutlich erhöht werden.

[0013] In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Reglervorrichtung eine Rückführleitung, wobei in Strömungsrichtung vor und hinter der Fördereinheit je eine Abzweigstelle der Rückführleitung am Leitungssystem vorgesehen ist. Vorteilhafterweise umfasst die Rückführleitung das regelbare Drosselelement. Mit Hilfe dieser alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ebenfalls die Regelung des zum Brenner geförderten Massenstromes des Brenngas-Luftgemisches realisierbar. Gleichzeitig wird wiederum eine Regelung der Fördereinheit, insbesondere des Gebläses, gemäß der Erfindung gegebenenfalls verzichtbar, der Regelungsbereich der Vorrichtung wesentlich erhöht und/oder die aerodynamische und akustische Eigenfrequenz der Anlage veränderbar, wodurch nachteilige Brennkammergeräusche vermieden werden können.

[0014] Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Messwertaufnehmer zur Messung des Massenstromes vorgesehen. Dieser ist insbesondere in Strömungsrichtung betrachtet hinter und/oder vor der erfindungsgemäßen Reglervorrichtung angeordnet. Hierdurch wird vorzugsweise die der Brennkammer zugeführte Massenstrommenge ermittelbar, so dass diese als Stellgröße zur vorteilhaften nahezu automatischen Regelung der erfindungsgemäßen Reglervorrichtung, insbesondere des Drosselelementes, verwendet werden kann.

Ausführungsbeispiel



[0015] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im Einzelnen zeigt:



[0016] 
Figur 1
ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2
ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Rückführung,
Figur 3
ein schematisch dargestelltes Kennlinienfeld der Vorrichtung gemäß Figur 1 eines Massenstromes in Abhängigkeit einer Drehzahl sowie einer Druckdifferenz und
Figur 4
ein schematisch dargestelltes Kennlinienfeld der Vorrichtung gemäß Figur 2 eines Massenstromes in Abhängigkeit einer Drehzahl sowie einer Druckdifferenz.


[0017] In Figur 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Fördervorrichtung 1 mit einem Gebläse 2 sowie einer in Strömungsrichtung vor dem Gebläse 2 angeordneten Drossel 4 und einer in Strömungsrichtung hinter dem Gebläse 2 angeordneten Drossel 3 dargestellt. Die Fördervorrichtung 1 fördert ein Brenngas-Luftgemisch zu einer Brennkammer 5 gemäß den in den Figuren dargestellten Pfeilen.

[0018] In Figur 2 ist eine Fördervorrichtung 10 als schematische Blockdarstellung aufgeführt. Die Fördervorrichtung 10 weist im Gegensatz zur Fördervorrichtung 1 gemäß Figur 1 eine Rückführleitung 6 auf. Die Rückführleitung 6 zweigt an zwei Abzweigstellen 8 und 9 in Strömungsrichtung vor und hinter dem Gebläse 2 ab. Weiterhin umfasst die Rückführleitung 6 eine Drossel 7.

[0019] Die erfindungsgemäße Erweiterung des Modulationsbereiches der Fördervorrichtungen 1 und 10 erfolgt insbesondere mittels einer Steuerung von Druckverlusten Δp im Strömungsraum des Gesamtsystems. Beispielsweise ergeben sich für das Gesamtsystem, d.h. die Fördervorrichtung 1, 10 sowie der Brenner, im weiten Bereich der Leistungsmodulation gegenüber dem Stand der Technik keine Änderungen. D.h., dass hierbei im Normalbetrieb die Leistungsmodulation im Wesentlichen über eine Variation einer Drehzahl n des Gebläses 2 erfolgt.

[0020] Handelsübliche Gebläse 2 weisen vor allem eine bestimmte untere Grenzdrehzahl auf, so dass ein unterer Grenzmassenstrom zur Brennkammer 5 gefördert werden kann. Hierdurch kann eine untere Grenzheizleistung nicht unterschritten werden. Entsprechende Gebläse weisen beispielsweise ein Verhältnis der unteren zur oberen Massenstrommenge von ca. 1 : 3 auf.

[0021] Gemäß der Erfindung wird vor allem im Bereich der unteren Grenzdrehzahl des Gebläses 2 mittels der einstellbaren Drosseln 3, 4 und/oder 7 der zufördernde Massenstrom m geregelt. So kann beispielsweise das Verhältnis der unteren zur oberen Massenstrommenge von ca. 1 : 3 auf ca. 1 : 10 gemäß der Erfindung erweitert werden.

[0022] Vorteilhafterweise sind die Drosseln 3 und 4 gemäß Figur 1 im Normalbetrieb weitestgehend geöffnet. Dagegen ist die Drossel 7 gemäß Figur 2 im Normalbetrieb weitestgehend verschlossen.

[0023] Wird die Drossel 3, 4 und/oder 7 geregelt, so reduziert sich der zur Brennkammer 5 geförderte Massenstrom m. Der entsprechende Zusammenhang zwischen dem Massenstrom m und dem Druckverlust Δp bei konstanter Drehzahl n ist in Figur 3 und 4 schematisch dargestellt. Gemäß Figur 3 stellt für die Fördervorrichtung 1 gemäß Figur 1 der Massenstrom mI den Massenstrom m im Normalbetrieb bei nicht betätigter Drossel 3, 4 und der Massenstrom mII den Massenstrom m im gedrosselten Betrieb bei betätigter Drossel 3, 4 beziehungsweise 7 dar.

[0024] Gemäß Figur 4 stellt für die Fördervorrichtung 10 gemäß Figur 2 der Massenstrom mI bei betätigter Drossel 7 den Massenstrom m vor der Abzweigstelle 9, der Massenstrom mII den Massenstrom m hinter der Abzweigstelle 8 und der Massenstrom mIII den Massenstrom m des Gebläses 2 dar.

[0025] Die erfindungsgemäße Reglervorrichtung, insbesondere die Drossel 3, 4 sowie 7, kann hierbei kontinuierlich, in vorgegebenen Stufen und/oder in digitaler Weise betätigt werden beziehungsweise den zur Brennkammer 5 geförderten Massenstrom m regeln.

[0026] Darüber hinaus wird mittels der erfindungsgemäßen Reglervorrichtung durch Betätigen der Drosseln 3, 4 oder 7 die aerodynamische Eigenfrequenz des entsprechenden Strömungsraumes verändert, so dass sogenannte "selbsterregende Brennkammerschwingungen" vermieden werden können. Diese treten insbesondere bei geringen Heizleistungen des Brenners auf.

[0027] Grundsätzlich kann zwischen der Brennkammer 5 und der Drossel 3 beziehungsweise der Abzweigstelle 8 und/oder in Strömungsrichtung betrachtet vor der Drossel 4 beziehungsweise der Abzweigstelle 9 ein Messwertaufnehmer zur Messung des Massenstroms angeordnet werden, wodurch eine nahezu automatische Regelung des Brenners realisierbar ist.

Bezugszeichenliste:



[0028] 
1
Fördervorrichtung
2
Gebläse
3
Drossel
4
Drossel
5
Brennkammer
6
Rückführleitung
7
Drossel
8
Abzweigstelle
9
Abzweigstelle
10
Fördervorrichtung
Δp
Druckverlust
n
Drehzahl
m
Massenstrom



Ansprüche

1. Vorrichtung (1) zum Einleiten eines Brenngas-Luft-Gemisches in eine Brennkammer (5) bzw. einen Brenner mit einem Leitungssystem und einer regelbaren Fördereinheit (2), insbesondere einem Gebläse (2), zur Förderung des Brenngas-Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungssystem wenigstens eine zusätzliche Reglervorrichtung (3, 4, 6, 7) zur Massenstromregelung aufweist.
 
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglervorrichtung (3, 4, 6, 7) wenigstens ein regelbares Drosselelement (3, 4, 7) umfasst.
 
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (4) in Strömungsrichtung vor der Fördereinheit (2) angeordnet ist.
 
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (3, 7) in Strömungsrichtung hinter der Fördereinheit (2) angeordnet ist.
 
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglervorrichtung (3, 4, 6, 7) eine Rückführleitung (6) umfasst, wobei in Strömungsrichtung vor und hinter der Fördereinheit je eine Abzweigstelle (8, 9) der Rückführleitung (6) am Leitungssystem vorgesehen ist.
 
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Messwertaufnehmer zur Messung des Massenstromes vorgesehen ist.
 
7. Brenner mit einer Brennkammer (5) und einer Vorrichtung (1) zum Einleiten eines Brenngas-Luft-Gemisches in eine Brennkammer (5) mit einem Leitungssystem und einer regelbaren Fördereinheit (2), insbesondere einem Gebläse (2), zur Förderung des Brenngas-Luft-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.
 




Zeichnung