[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
m
I den Massenstrom m im Normalbetrieb bei nicht betätigter Drossel 3, 4 und der Massenstrom
m
II 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 m
I bei betätigter Drossel 7 den Massenstrom m vor der Abzweigstelle 9, der Massenstrom
m
II den Massenstrom m hinter der Abzweigstelle 8 und der Massenstrom m
III 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
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.