[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Regelgerät für einen Gasbrenner
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
[0002] Aus der
EP 1 944 550 A2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners bekannt, wobei dem Gasbrenner zur
Verbrennung ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt wird. Ein Lüfter bzw. ein Gebläse
saugt hierzu Verbrennungsluft an, wobei mit dem angesaugten Verbrennungsluftstrom
ein Gasstrom gemischt wird, der über eine Gasleitung und eine Gasdüse im Bereich der
Verbrennungsluftleitung in den Verbrennungsluftstrom eingeleitet wird. Nach diesem
Stand der Technik ist ein Sensor, der ein elektrisches bzw. elektronisches Messsignal
bereitstellt, zwischen die den Gasstrom führende Gasleitung und die den Verbrennungsluft
führende Verbrennungsluftleitung gekoppelt, wobei ein Regelgerät auf Grundlage des
elektrischen bzw. elektronischen Messsignals des Sensor ein Stellsignal für ein der
Gasleitung zugeordnetes Gasventil erzeugt, um dem Gasbrenner das Gas-Verbrennungsluft-Gemisch
mit einem gewünschten Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis im Sinne einer 1:1-Gas-Luft-Regelung
bereitzustellen. Hierbei wird das dem Gasbrenner zur Verbrennung zuzuführende Gas-Verbrennungsluft-Gemisch
derart beeinflusst, dass ein Druckverhältnis zwischen dem Gasdruck in der Gasleitung
und dem Verbrennungsluftdruck in der Verbrennungsluftleitung 1:1 beträgt.
[0003] Aus der
EP 2 090 827 A2 ist ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners bekannt, bei welchem
das Regelgerät auf Grundlage eines elektrischen bzw. elektronischen Messsignals eines
Sensors ein Stellsignal für ein einer Gasleitung zugeordnetes Gasventil erzeugt. Nach
diesem Stand der Technik ist jedoch der das elektrische bzw. elektronische Messsignal
bereitstellende Sensor nicht zwischen die Gasleitung und die Verbrennungsluftleitung
gekoppelt, vielmehr greift nach diesem Stand der Technik der Sensor, der das elektrische
bzw. elektronische Messsignal bereit stellt, einerseits an der Gasleitung und andererseits
an einem Referenzdruck an, wobei der Referenzdruck vorzugsweise dem Verbrennungsluftdruck
entspricht. Auch hierbei wird dem Gasbrenner ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch im Sinne
einer 1:1-Gas-Luftregelung bereitgestellt, sodass demnach das Druckverhältnis zwischen
dem Verbrennungsluftdruck und dem Gasdruck 1:1 beträgt.
[0004] Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners,
bei welchen das Regelgerät das Stellsignal für das Gasventil auf Grundlage eines elektrischen
bzw. elektronischen Messsignals eines Sensors generiert, wird über den gesamten Modulationsbereich
des Gasbrenners, also unabhängig von der Drehzahl des Lüfters, das Verhältnis von
Gas und Verbrennungsluft im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch konstant gehalten. Eine Modulation
von 1 entspricht einer Volllastdrehzahl des Lüfters und eine Modulation von 5 entspricht
20% der Volllastdrehzahl des Lüfters. Wie bereits ausgeführt, wird nach dem Stand
der Technik im gesamten Modulationsbereich das Verhältnis von Gas und Verbrennungsluft
im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch im Sinne einer 1:1-Gas-Luftregelung konstant gehalten.
[0005] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren
zum Betreiben eines Gasbrenners und ein neuartiges Regelgerät für einen Gasbrenner
zu schaffen.
[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
[0007] Erfindungsgemäß verändert das Regelgerät abhängig von einer Drehzahl des Lüfters
das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs derart, dass
bei relativ kleinen Drehzahlen des Lüfters im Vergleich zu relativ hohen Drehzahlen
des Lüfters der Gasanteil gegenüber dem Luftanteil verringert wird, sodass das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
ärmer an Gas wird.
[0008] Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, bei einem Verfahren
zum Betreiben eines Gasbrenners, bei welchem das Regelgerät die Stellgröße für das
Gasventil abhängig vom einem elektrischen bzw. elektronischen Messsignal eines Sensors
generiert, das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs
abhängig von der Drehzahl des Lüfters und damit über den Modulationsbereich des Gasbrenners
zu verändern, nämlich derart, dass bei relativ kleinen Drehzahlen des Lüfters im Vergleich
zu relativ hohen Drehzahlen desselben der Gasanteil gegenüber dem Luftanteil im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch
verringert wird, sodass dasselbe ärmer an Gas wird. Dadurch ist es möglich, bei relativ
kleinen Drehzahlen des Lüfters, also im Teillastbetrieb des Gasbrenners Gasemissionen,
insbesondere NOx-Emissionen, zu verringern.
[0009] Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verändert hierzu das
Regelgerät abhängig von der Drehzahl des Lüfters den Sollwert. Nach einer zweiten
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verändert hierzu das Regelgerät abhängig
von der Drehzahl des Lüfters die Stellgröße.
[0010] Mit beiden vorteilhaften Weiterbildungen, die vorzugsweise alternativ, jedoch auch
in Kombination miteinander eingesetzt werden können, kann die Veränderung der Zusammensetzung
des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs abhängig von der Drehzahl des Lüfters besonders
einfach realisiert werden.
[0011] Das erfindungsgemäße Regelgerät für einen Gasbrenner ist in Anspruch 10 definiert.
[0012] Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung,
ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung
zeigt:
- Fig. 1:
- ein Blockschaltbild eines Gasbrenners;
- Fig. 2:
- ein erstes Diagramm zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung;
- Fig. 3
- ein zweites Diagramm zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung; und
- Fig. 4
- ein drittes Diagramm zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung.
[0013] Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners
sowie ein Regelgerät für einen Gasbrenner.
[0014] Fig. 1 zeigt schematisiert einen Gasbrenner 10, wobei einer Brennkammer 11 des Gasbrenners
10 ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch zur Verbrennung zugeführt wird. Bei der Verbrennung
des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs in der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 bildet
sich in der Brennkammer 11 eine Flamme 12 aus, in die ein Ionisationssensor 13 hineinragen
kann, mithilfe dessen das Ausbilden der Flamme 12 in der Brennkammer 11 überwacht
werden kann.
[0015] Das der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 zuzuführende Gas-Verbrennungsluft-Gemisch
wird aus der Mischung eines Gasstroms mit einem Verbrennungsluftstrom gebildet, wobei
ein Gebläse bzw. Lüfter 14 den Verbrennungsluftstrom über eine Verbrennungsluftleitung
15 ansaugt. Die Verbrennungsluft wird mit Gas gemischt, wobei das Gas über eine Gasleitung
16 in Richtung auf die Verbrennungsluftleitung 15 gefördert wird.
[0016] In die Gasleitung 16 ist ein Gasventil 17 integriert, wobei über das Gasventil 17
die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluftgemischs eingestellt werden kann. Über
den Lüfter 14 wird die Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs
eingestellt.
[0017] Zusätzlich zum Gasventil 17 können in die Gasleitung 16 als Sicherheitsventile weitere
Gasventile 18, 19 integriert sein.
[0018] Dem Gasbrenner 10 ist ein Regelgerät 20 zugeordnet, um den Betrieb des Gasbrenners
10 zu steuern und/oder zu regeln. Hierzu wird so vorgegangen, dass das Gasregelgerät
20 auf Grundlage einer Regelabweichung zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert
eine Stellgröße für das den Gasstrom beeinflussende Gasventil 17 ermittelt, nämlich
für einen Aktuator 21 des Gasventils 17, um dem Gasbrenner 11 das Gas-Verbrennungsluft-Gemisch
mit einer gewünschten Zusammensetzung bzw. einem gewünschten Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
bereit zu stellen. Der Ist-Wert, auf Grundlage dessen das Gasregelgerät 20 die Stellgröße
für den Aktuator 21 des Gasventils 17 generiert, wird von einem Sensor 23 bereitgestellt,
der ein elektrisches bzw. elektronisches Messsignal auf Grundlage einer Druckdifferenz
zwischen einem Gasdruck und einem Verbrennungsluftdruck generiert. Hierzu greift der
Sensor 23 im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 einerseits an der Gasleitung
16, in welcher der Gasdruck herrscht, und andererseits an einem Referenzpunkt, an
welchem ein Referenzdruck herrscht, an, wobei der Referenzdruck dem Verbrennungsluftdruck
entspricht. Das vom Sensor 23 bereitgestellte, elektrische bzw. elektronische Messsignal
bzw. der von demselben bereitgestellte Ist-Wert entspricht demnach einer aktuellen
Druckdifferenz zwischen dem tatsächlichen Verbrennungsluftdruck und dem tatsächlichen
Gasdruck, wobei das Regelgerät 20 diesen Ist-Wert mit einem entsprechenden Soll-Wert
vergleicht und auf Grundlage der Regelabweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert
die Stellgröße für den Aktuator 21 des Gasventils 17 erzeugt. Fig. 1 kann weiterhin
entnommen werden, dass das Regelgerät 20 weiterhin eine Stellgröße für einen Aktuator
22 des Lüfters 14 erzeugt, um die Drehzahl des Lüfters 14 zu beeinflussen. Innerhalb
eines definierten Modulationsbereichs des Gasbrenners 10 kann die Drehzahl des Lüfters
14 variiert werden, wobei eine Modulation von 1 der Volllastdrehzahl des Lüfters 14
und eine Modulation von 5 20% der Volllastdrehzahl des Lüfters entspricht.
[0019] Erfindungsgemäß verändert das Regelgerät 20 abhängig von der Drehzahl des Lüfters
14 das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs derart, dass
bei relativ kleinen Drehzahlen des Lüfters 14 im Vergleich zu relativ hohen Drehzahlen
desselben der Gasanteil gegenüber dem Luftanteil im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch verringert
wird, sodass das Gas-Verbrennungsluft-Gemisch ärmer an Gas wird. Erfindungsgemäß ist
demnach über den Modulationsbereich des Gasbrenners 10 die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs
nicht konstant, vielmehr wird die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs
über den Modulationsbereichs des Gasbrenners verändert, nämlich derart, dass bei relativ
kleinen Drehzahlen des Lüfters 14 dasselbe ärmer an Gas wird.
[0020] Nach einer ersten Variante der Erfindung kann hierzu das Regelgerät 20 abhängig von
der Drehzahl des Lüfters 14 den Soll-Wert, der mit dem vom Sensor 23 bereitgestellten
Ist-Wert verglichen wird, verändern. Nach einer zweiten Variante kann hierzu das Regelgerät
20 abhängig von der Drehzahl des Lüfters die Stellgröße für den Aktuator 21 des Gasventils
17 verändern.
[0021] Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird mithilfe des Regelgeräts 20
dann, wenn die Drehzahl des Lüfters 14 größer als ein Grenzwert ist, eine 1:1-Gas-Luft-Regelung
bereitgestellt, also bei einem Druckverhältnis von Gasdruck zu Verbrennungsluftdruck
von 1:1, sodass demnach durch den vorzugsweise als Anemometer ausgebildeten Sensor
23 kein Massenstrom fließt.
[0022] Bei einem Druckverhältnis von 1:1 zwischen dem Gasdruck und dem Verbrennungsluftdruck
beträgt der Ist-Wert demnach Null, wobei das Regelgerät 20 den Aktuator 21 des Gasventils
17 derart ansteuert, dass der vom Sensor 23 gemessene Ist-Wert Null beträgt, also
dem entsprechenden Soll-Wert entspricht.
[0023] Dann hingegen, wenn die Drehzahl des Lüfters 14 kleiner als der Grenzwert ist, wird
mithilfe des Regelgeräts 20 eine 1:N-Gas-Luftregelung bereitgestellt mit einem Verhältnis
von Gasdruck zu Verbrennungsluftdruck von 1:N, wobei N größer 1 ist. Hierzu kann,
wie bereits ausgeführt, abhängig von der Drehzahl des Lüfters 14 entweder der Soll-Wert
für das Regelgerät 20 oder die Stellgröße für den Aktuator 21 des Gasventils 17 angepasst
werden.
[0024] Der Grenzwert für die Drehzahl des Lüfters 14, ab dessen Unterschreiten die 1:1-Gas-Luftregelung
verlassen und der Gasanteil des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs gegenüber dem Luftanteil
desselben verringert wird, liegt insbesondere zwischen 20% und 50% der Volllastdrehzahl
des Lüfters 14, also zwischen einer Modulation von 5 und 2. Besonders bevorzugt ist
eine Variante der Erfindung, in welcher der Grenzwert für die Drehzahl des Lüfters
14, ab dessen Unterschreiten auf die 1:N-Gas-Luftregelung gewechselt wird, zwischen
30% und 40% der Volllastdrehzahl des Lüfters 14 liegt.
[0025] Dann, wenn das Regelgerät 20 bei Unterschreiten des Grenzwerts für den Lüfter 14
den Soll-Wert verändert, wird nicht mehr auf einen Nulldurchfluss am Sensor 23 geregelt,
sondern auf einen Durchfluss ausgehend vom Referenzpunkt in Richtung auf die Gasleitung
16, also auf einen negativen Wert.
[0026] Dann, wenn das Regelgerät 20 bei Unterschreiten des Grenzwerts für die Drehzahl des
Lüfters 14 die Stellgröße für den Aktuator 21 des Gasventils 17 anpasst, wird die
eigentlich für die 1:1-Gas-Luft-Regelung generierte Stellgröße mit einem negativen
Offset-Wert verrechnet, um den Gasanteil zu verringern. Dann, wenn die Drehzahl des
Lüfters 14 größer als der Grenzwert ist, stellt das Regelgerät über die Stellgröße
für den Aktuator 21 des Gasventils 17 ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch mit einem Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
bereit, welches im Gasbrenner 10, nämlich in der Brennkammer 11 desselben, eine Verbrennung
insbesondere mit einer Luftzahl von 1,20 bis 1,25 gewährleistet.
[0027] Unterhalb dieses Grenzwerts stellt das Regelgerät 20 über die Stellgröße für den
Aktuator 21 des Gasventils 17 ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch mit einem Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
bereit, welches eine Verbrennung in der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 insbesondere
mit einer Luftzahl zwischen 1,35 und 1,40 gewährleistet.
[0028] Fig. 2 bis 4 zeigen Diagramme zur weiteren Verdeutlichen der Erfindung, wobei in
Fig. 2 bis 4 über der Drehzahl n des Lüfters 14 jeweils ein Soll-Wert Δp
SOLL für die Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck und dem Verbrennungsluftdruck ausgetragen
ist, der zur Bestimmung der Stellgröße für den Aktuator 21 des Gasventils 17 verwendet
wird. In Fig. 2 bis 4 ist jeweils oberhalb eines Grenzwerts n
G für die Drehzahl n des Lüfters 14 dieser Soll-Wert Δp
SOLL Null, sodass dann, wenn die Drehzahl des Lüfters 14 größer als der Grenzwert n
G ist, eine 1:1-Gas-Luft-Regelung mit einem Verhältnis von Gasdruck zu Verbrennungsluftdruck
von 1:1 bereit gestellt wird. Unterhalb des Grenzwerts n
G für die Drehzahl n des Lüfters 14 wird in Fig. 2 bis 4 dieser Soll-Wert Δp
SOLL reduziert, nämlich in Fig. 2 einfach und stufenartig, in Fig. 3 mehrfach und stufenartig
und in Fig. 4 kontinuierlich, nämlich linear.
[0029] Die obigen Anpassungen können analog auch dann zum Einsatz kommen, wenn abhängig
von der Drehzahl des Lüfters 14 die Stellgröße für den Aktuator 21 des Gasventils
17 verändert wird.
Bezugszeichenliste
[0030]
- 10
- Gasbrenner
- 11
- Brennkammer
- 12
- Flamme
- 13
- Ionisationssensor
- 14
- Lüfter
- 15
- Verbrennungsluftleitung
- 16
- Gasleitung
- 17
- Gasventil
- 18
- Gasventil
- 19
- Gasventil
- 20
- Regelgerät
- 21
- Aktuator
- 22
- Aktuator
- 23
- Sensor
1. Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners (10), wobei dem Gasbrenner (10) ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch
zur Verbrennung im Gasbrenner derart zugeführt wird, dass ein von einem Lüfter (14)
angesaugter Verbrennungsluftstrom mit einem Gasstrom gemischt und das resultierende
Gas-Verbrennungsluft-Gemisch dem Gasbrenner (10) zugeführt wird, wobei hierzu ein
Regelgerät (20) auf Grundlage einer Regelabweichung zwischen einem Ist-Wert, den ein
an einer den Gastrom führenden Gasleitung (16) angreifender, ein elektrisches bzw.
elektronisches Messsignal bereitstellender Sensor (23) erfasst, und einem entsprechenden
Soll-Wert eine Stellgröße für ein den Gastrom beeinflussendes Gasventil (17) ermittelt,
und wobei das Gasventil (17) abhängig von dieser Stellgröße verstellt wird, um dem
Gasbrenner (10) das Gas-Verbrennungsluft-Gemisch mit einem gewünschten Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgerät (20) abhängig von einer Drehzahl des Lüfters (14) das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs derart verändert, dass bei relativ kleinen Drehzahlen
des Lüfters (14) im Vergleich zu relativ hohen Drehzahlen des Lüfters (4) der Gasanteil
gegenüber dem Luftanteil verringert wird, sodass das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
ärmer an Gas wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgerät (20) hierzu abhängig von der Drehzahl des Lüfters den Sollwert verändert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgerät (20) hierzu abhängig von der Drehzahl des Lüfters die Stellgröße verändert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Drehzahl des Lüfters größer als ein Grenzwert ist, das Regelgerät
(20) eine 1:1-Gas-Luft-Regelung mit einem Verhältnis von Gasdruck zu Verbrennungsluftdruck
von 1:1 bereitstellt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Drehzahl des Lüfters größer als der Grenzwert ist, das Regelgerät
(20) ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch mit einem Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis bereitstellt,
welches eine Verbrennung im Gasbrenner mit einer Luftzahl zwischen 1,20 und 1,25 gewährleistet.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Drehzahl des Lüfters kleiner als der Grenzwert ist, das Regelgerät
(20) eine 1:N-Gas-Luft-Regelung mit einem Verhältnis von Gasdruck zu Verbrennungsluftdruck
von 1:N, N>1 bereitstellt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Drehzahl des Lüfters kleiner als der Grenzwert ist, das Regelgerät
(20) ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch mit einem Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis bereitstellt,
welches eine Verbrennung im Gasbrenner mit einer Luftzahl zwischen 1,35 und 1,40 gewährleistet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgerät (20) abhängig von der Drehzahl des Lüfters den Sollwert und/oder die
Stellgröße kontinuierlich verändert.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgerät (20) abhängig von der Drehzahl des Lüfters den Sollwert und/oder die
Stellgröße einfach oder mehrfach stufenartig verändert.
10. Regelgerät (20) für einen Gasbrenner, zur Beeinflussung eines dem Gasbrenner zuzuführenden
Gas-Verbrennungsluft-Gemischs, wobei dasselbe auf Grundlage einer Regelabweichung
zwischen einem Ist-Wert, den ein an einer einen Gastrom führenden Gasleitung abgreifender,
ein elektrisches bzw. elektronisches Messsignal bereitstellender Sensor (23) erfasst,
und einem entsprechenden Soll-Wert eine Stellgrö-βe für ein Gasventil ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe abhängig von einer Drehzahl des Lüfters (14) das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs derart verändert, dass bei relativ kleinen Drehzahl
des Lüfters (14) im Vergleich zu relativ hohen Drehzahlen des Lüfters (14) der Gasanteil
gegenüber dem Luftanteil verringert wird, sodass das Gas-Verbrennungsluft-Verhältnis
ärmer an Gas wird.
11. Regelgerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.