[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung, bei der ein vorzugsweise
gasförmiger Brennstoff in die strömende Luft im Bereich einer Engstelle über mindestens
eine Öffnung zugeführt wird sowie ein Heizgerät mit einer solchen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Regelung eines Heizgeräts mit einer
solchen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung.
Stand der Technik
[0002] Die
EP2863125A1 zeigt und beschreibt eine Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung in der Form einer Venturi-Durchführung
für einen Gebläse-unterstützten Brenner. Die Luftansaugung erfolgt durch das Gebläse
und aufgrund der Unterdruckverhältnisse im Bereich der Venturi-Engstelle wird der
gasförmige Brennstoff automatisch eingesaugt. Das Brennstoff-Luft-Verhältnis wird
über die Position der Öffnung für die Brennstoffzufuhr eingestellt. Heizgeräte mit
einer solchen Anordnung sind in ihrer Möglichkeit, das Brennstoff-Luft-Verhältnis
über einen weiten Modulationsbereich zu verändern, für heutige Wünsche zu stark begrenzt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
[0003] Die erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
hat den Vorteil, dass dadurch, dass die Nadel in der Brennstofföffnung verstellbar
ist, die Regelung der der strömenden Luft zugeführten Brennstoffmenge durch das Verstellen
der Nadel stattfinden kann. Dadurch muss die Position der Brennstofföffnung in der
Engstelle nicht mehr verändert werden, um die Brennstoffmenge einzustellen und kann
fixiert werden. Das ermöglicht es, den Brennstoffaustritt in dem Bereich mit dem tiefsten
Saugdruck zu platzieren und den Brennstoff stets mit hoher Geschwindigkeit einzuleiten.
[0004] Auf diese Weise kann das Brennstoff-Luft-Verhältnis durch die Nadel sehr präzise
eingestellt werden ohne den großen Modulationsbereich des Luft-Flusses einzuschränken.
Das ermöglicht eine schnelle und genaue Anpassung an äußere Randbedingungen, insbesondere
an Schwankungen der Gasdichte und Gasqualität. So können unterschiedliche Brennstoffarten
zugeführt werden und über die Einstellung der Brennstofföffnung mit der Nadel das
jeweilige Mischungsverhältnis optimiert werden.
[0005] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen
des Heizgerätes nach dem Hauptanspruch möglich. So ist es von Vorteil, wenn die Position
der Brennstofföffnung in der Engstelle einstellbar ist. So können altersbedingte Änderungen
an den geometrischen oder strömungstechnischen Verhältnissen einfach korrigiert werden.
Auch können auf diese Weise Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Zusätzlich kann
so der Luftdurchfluss reguliert werden, was insbesondere bei einem Einsatz der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung
in einem Heizgerät mit einem Gebläse mit konstanter Drehzahl die Einstellung der Brennerleistung
ermöglicht.
[0006] Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die einmal eingestellte Brennstofföffnung arretiert
werden kann. Dies kann zum Beispiel direkt nach dem Einbau und der Kalibrierung der
Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung in einem Heizgerät im Werk erfolgen oder aber vor
Ort, wenn das Heizgerät aufgestellt wird.
[0007] Wird der Brennstoffaustritt mit der Nadel direkt über die Veränderung des Öffnungsquerschnitts
der Brennstofföffnung eingestellt, so verbessern sich die Strömungsverhältnisse. Die
Turbulenzen im Brennstoff-Fluss werden reduziert.
[0008] Die Strömungsverhältnisse verbessern sich weiter, wenn die Brennstofföffnung so ausgeführt
ist, dass der Brennstoff zentrisch in die Luftströmung eingeleitet wird. Auf diese
Weise hat das Strömungsprofil eine besonders stabile Symmetrie, was den Brennstoff
sauber entlang der strömenden Luft fließen lässt. So werden Turbulenzen und Verwirbelungen
durch abreißende Strömungslinien vermieden und eine besonders druckverlustarme Strömung
ermöglicht.
[0009] Eine weitere Verbesserung tritt ein, wenn die Verstellung der Nadel automatisiert
erfolgen kann. Dazu ist es vorteilhaft, die Nadel über einen Aktuator verstellen zu
können. Ein besonders vorteilhafter Aktuator ist ein Elektromotor, dieser ermöglicht
eine schnelle und präzise Ansteuerung und erlaubt eine kompakte, platzsparende Bauweise.
[0010] Für ein Heizgerät mit solch einer Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung ergeben sich darüber
hinaus weitere Vorteile. Die Brennerleistung kann durch die Gebläseleistung eingestellt
werden, ohne das Brennstoff-Luft-Verhältnis zu ändern. Das ermöglicht eine optimale
und saubere Verbrennung über einen sehr großen Modulationsbereich. Das ist beispielsweise
in gut gedämmten Häusern von Vorteil, da in solchen ein geringer Leistungswert für
die Heizung, jedoch ein hoher Leistungswert für das Brauchwasser benötigt wird. Die
Gewährleistung des optimalen Vermischungsverhältnisses ist dabei durch das Einstellen
der Brennstofföffnung mit der Nadel möglich. Damit ist es nicht notwendig, die eingeführte
Brennstoffmenge über den Brennstoffdruck einzustellen, etwa durch eine Drosselung
der Brennstoffzufuhr vor der Brennstofföffnung, was den Modulationsbereich einschränken
würde.
[0011] Ein besonders großer Modulationsbereich wird erreicht, wenn der Brennstoff mit maximaler
Einströmgeschwindigkeit in die Luftströmung eingeleitet wird. Das wird durch einen
unter einem vorbestimmten, insbesondere konstanten Druck bereitstehenden Brennstoff
ermöglicht, welcher durch ein Brennstoffregelventil bereitgestellt wird.
[0012] Weist das Heizgerät einen Sensor zur Bestimmung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses
auf, erlaubt die Kenntnis des Brennstoff-Luft-Verhältnisses Rückschlüsse auf die Qualität
der Verbrennung. Diese Information hilft bei der Optimierung der Verbrennung.
[0013] Eine weitere Verbesserung tritt ein, wenn das Heizgerät ein Steuersystem aufweist,
welches die Nadel automatisch verstellt. So kann das Heizgerät mit einem durch eine
automatische Steuerung sichergestellten optimalen Brennstoff-Luft-Verhältnis betrieben
werden. Auf diese Weise wird der Bedienkomfort erhöht und das Auftreten von Einstellungsfehlern
weitestgehend vermieden.
[0014] Ein Verfahren zur Regelung des Heizgeräts, wobei ein Sensor mindestens einen Messwert
bestimmt und das Steuersystem in Abhängigkeit vom Messwert die Nadel verstellt, erlaubt
es, bei schnell veränderlichen inneren und äußeren Bedingungen eine stets optimale
Verbrennung zu gewährleisten.
Zeichnungen
[0015] In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung
sowie des erfindungsgemäßen Brenners dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung,
Figur 2 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung in
einem erfindungsgemäßen Heizgerät,
Figur 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Figur 1,
Figuren 4 A und B Varianten der erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung,
Figuren 5 A und B Varianten nach der Einzelheit V in Figur 1,
Figur 6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Heizgeräts und
Figur 7 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Heizgeräts.
Beschreibung
[0016] In Figur 1 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung
10 dargestellt, Figur 2 zeigt eine Ansicht der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10
in einem erfindungsgemäßen Heizgerät 12. Im Bereich einer Engstelle 14 eines Venturirohrs
16 befindet sich eine Brennstofföffnung 18 einer Brennstoffdüse 20, welche mittels
eines Verbindungshalters 22 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel besteht der Verbindungshalter
22 aus einem ringförmigen Element, welches die Brennstoffdüse 20 umfasst und von welchem
vier äquidistant angeordnete Finger ausgehen, welche mit dem Venturirohr 16 verbunden
sind. Auf diese Weise wird zwischen dem Venturirohr 16 und der Brennstoffdüse 20 eine
Luftöffnung 24 ausgebildet, durch welche in der Umgebung vorhandene Luft 26 (dargestellt
durch einen Pfeil) einströmt.
[0017] Figur 3 zeigt, dass die Luftöffnung 24 im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist.
[0018] In anderen Varianten kann die Zahl der Finger des Verbindungshalters 22 verändert
werden, wobei eine kleinere Zahl Material einspart sowie eine bessere Luftversorgung
gewährleistet. Eine größere Zahl an Fingern verbessert die mechanische Stabilität
des Verbindungshalters 22. In besonders vorteilhaften Ausführungen liegt die Zahl
der Finger zwischen drei und zwölf. In weiteren Ausführungen ist der Verbindungshalter
22 zylinder- und/oder trichterförmig ausgeführt, wobei das Venturirohr 16 und die
Brennstoffdüse 20 jeweils in den gegenüberliegenden Enden des Verbindungshalters 22
eingefasst sind und die Luftzufuhr durch Öffnungen im Zylinder- und/oder Trichtermantel
gewährleistet wird.
[0019] Ein Brennstoff 28 (dargestellt durch Pfeile) wird durch eine Brennstoffzuleitung
30 in eine Brennstoffkammer 32 geleitet. Im Ausführungsbeispiel sind die Brennstoffdüse
20 und die Brennstoffkammer 32 aus einem Werkstück gefertigt, in weiteren Varianten
sind diese aus separaten und fest oder lösbar verbundenen Teilstücken gefertigt. Auf
diese Weise ist die Brennstoffdüse 20 an verschiedene Venturirohre 16 mit unterschiedlichen
Geometrien anpassbar wobei das gleiche Werkstück für die Brennstoffkammer 32 verwendbar
ist.
[0020] Der Brennstoff 28 wird über die Brennstoffzuleitung 30 in die Brennstoffkammer 32
eingeleitet. Im für die erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10 vorgesehenen
Einsatzumfeld, insbesondere in einem erfindungsgemäßen Heizgerät 12, welches unten
näher erläutert wird, befindet sich an der von der Brennstoffdüse 20 abgewandten Seite
des Venturirohrs 16 ein Unterdruck, so dass die Luft 26 durch die Luftöffnung 24 eingesaugt
und bis zur Engstelle 14 beschleunigt wird. Der Brennstoff 28 wird über die Brennstoffdüse
20 in die Engstelle 14 eingeführt und in Strömungsrichtung angesaugt. Die durch den
Verbindungshalter 22 exakt positionierte Brennstofföffnung 18 befindet sich an der
Position mit dem tiefsten Unterdruck, so dass der Brennstoff 28 mit hoher Strömungsgeschwindigkeit
angesaugt wird. Das ermöglicht eine hohe Modulation der Brennerleistung bei konstantem
Brennstoff-Luft-Verhältnis.
[0021] Im Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffdüse 20 eine Nadel 34 auf. Die Nadel befindet
sich auf der Längsachse der Brennstoffdüse 20. Sie ist entlang dieser Längsachse verschiebbar.
Die Nadel 34 verjüngt sich hin zur Brennstofföffnung 18. Dadurch ist durch das Verschieben
der Nadel 34 der Öffnungsquerschnitt der Brennstofföffnung 18 einstellbar. Hier nimmt
der Nadeldurchmesser linear mit der Länge ab, wobei die Nadel 34 stets symmetrisch
um die Längsachse der Brennstoffdüse 20 angeordnet ist. Daher hängt im Ausführungsbeispiel
der Öffnungsquerschnitt der Brennstofföffnung 18 quadratisch von der Eintauchtiefe
der Nadel 34 ab.
[0022] In alternativen Ausführungsformen ändert sich der Nadeldurchmesser nichtlinear entlang
der Länge der Nadel 34. Auf diese Weise kann die zugeführte Menge an Brennstoff 28
in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe der Nadel 26 exakt eingestellt werden. Das ermöglicht
eine sehr präzise Umsetzung einer an die technischen Anforderungen angepassten Brennstoffdosierung
und erlaubt insbesondere eine Erhöhung der Dosierungsgenauigkeit ohne den Verschiebungsmechanismus
zu ändern. Das ist besonders für die günstige Fertigung und Anpassung von verschieden
Ausführungen der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10 für den Einsatz unter jeweils
unterschiedlichen technischen Anforderungen von Vorteil, da hier lediglich das Profil
der Nadel 34 geändert werden muss.
[0023] In weiteren Ausführungsformen ist die Geometrie der Nadel 34, insbesondere der Nadelspitze,
hinsichtlich ihrer Strömungseigenschaften optimiert. In Figur 4 A weist die Nadelspitze
der Nadel 34 einen zapfenförmigen Einstellkörper 38 auf. Auf diese Weise wird ein
besonders laminarer Brennstoffeinfluss in die Luftströmung an der Engstelle 14 gewährleistet.
[0024] Figur 4 B illustriert eine alternative Geometrie eines Einstellkörpers 38. Hier weitet
sich der Radius des Einstellkörpers 38 von der Nadel 34 ausgehend zunächst linear
auf, ab einem Wendepunkt nimmt der Radius des Einstellkörpers 38 linear ab. Weiterhin
wird in dieser Ausführungsform die Nadel 34 aus der der Brennstoffdüse 20 entgegengesetzten
Richtung an die Brennstofföffnung 18 geführt. Diese Konstruktion bietet den Vorteil,
dass ein Verstellmechanismus für die Nadel 34 in Strömungsrichtung hinter dem und/oder
im Venturirohr 16 angeordnet werden kann. Dies ermöglicht eine kompaktere Bauform
der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10.
[0025] In anderen Varianten ist die Nadel 34 in einem Winkel zur Symmetrieachse der Brennstoffdüse
20 und/oder dezentral angeordnet. Auf diese Weise wird der Brennstoff 28 asymmetrisch
in die Luftströmung eingelassen, was die Bildung von Turbulenzen verstärkt und somit
die Vermischung von Luft 26 und Brennstoff 28 beschleunigt.
[0026] Ein ähnlicher Effekt wird in Varianten mit relativ zur Symmetrieachse des Venturirohrs
16 dezentral angeordneter Brennstoffdüse 20 erzielt. Im Ausführungsbeispiel ist die
Position der relativ zum Venturirohr 16 zentral angeordneten Brennstoffdüse 20 durch
den Verbindungshalter 22 fixiert. In anderen Varianten ist die Position der Brennstoffdüse
20 und damit der Brennstofföffnung 18 einstellbar ausgebildet. So kann in Varianten
mit relativ zur Symmetrieachse des Venturirohrs 16 verschiebbarer und dezentral angeordneter
Brennstoffdüse 20 mit der Eintauchtiefe der Turbulenzgrad des ausströmenden Brennstoffes
28 reguliert werden.
[0027] Im Ausführungsbeispiel ist die Normale der Brennstofföffnung 18 parallel zur Symmetrieachse
des Venturirohrs 16 angeordnet, so dass der Brennstoff in Richtung der Luftströmung
eingesaugt wird. In anderen Varianten weist die Normale der Brennstofföffnung 18 einen
Winkel zwischen 0° und 45° relativ zur Symmetrieachse des Venturirohrs 16 auf. Auf
diese Weise kann der Turbulenzgrad und damit die Vermischung der Brennstoff-Luft-Mischung
eingestellt werden.
[0028] In den Figuren 5 A und B sind Varianten dargestellt, in welchen die Eintauchtiefe
der Brennstoffdüse 20 über ein Gewinde 36 einstellbar ist. Dabei ist in der in Figur
5 A gezeigten Variante das Venturirohr 16 über ein Gewinde 36 mit dem Verbindungshalter
22 verbunden. In der in Figur 5 B dargestellten Variante werden der Verbindungshalter
22 und die Brennstoffdüse 20 über ein Gewinde 36 verbunden. In einer nicht gezeigten
Ausführungsform mit zwei Gewinden 36 sind die Varianten aus den Figuren 5 A und B
kombiniert, dabei sind die beiden Gewinde 36 jeweils für die grobe Einstellung und
die Feinjustierung der Position der Brennstoffdüse 20 vorgesehen.
[0029] In anderen, nicht dargestellten Varianten sind die Brennstoffdüse 20 und/oder das
Venturirohr 16 relativ zum Verbindungshalter verschiebbar gelagert und werden oder
wird mit einem Feststellmechanismus, etwa einem Rastverschluss, einer Feststellschraube,
ein Klappelement oder einem Magnetverschluss, fixiert. Dabei kann die axiale Positionierung
der Brennstoffdüse 20 mit Aktuatoren wie Elektromotoren, Linearmotoren, hydraulisch
oder pneumatisch eingestellt werden. Diese Aktuatoren sind direkt oder indirekt, etwa
durch ein Gewinde, mit der Brennstoffdüse 20 verbunden und können auch für die Betätigung
eines Feststellmechanismus eingesetzt werden. Alle Aktuatoren und manuell betriebenen
Verstellmechanismen sind in Kombination einsetzbar.
[0030] Durch die Veränderung der Eintauchtiefe der Brennstoffdüse 20 kann die Größe und/oder
Form der Luftöffnung 24 variiert werden. So kann die eingesaugte Menge der Luft und/oder
das Brennstoff-Luft-Verhältnis und/oder der Turbulenzgrad der Luft 26 und des Brennstoffs
28 beeinflusst werden.
[0031] In weiteren, nicht gezeigten Ausführungsformen ist die variabel positionierbar ausgestaltete
Brennstoffdüse 20 arretierbar. Auf diese Weise wird die Einstellung der Brennstoffdüse
vor Veränderungen und Manipulationen geschützt. Die Arretiereinrichtung kann beispielsweise
in der Form einer Feststellschraube und/oder eines Rastelements und/oder eines Klappelements
realisiert sein. In weiteren Ausführungen ist die Arretiereinrichtung verschließbar,
insbesondere plombierbar, ausgeführt. Die Einstellung des Öffnungsquerschnitts der
Brennstofföffnung 18 erfolgt im Ausführungsbeispiel durch das Verschieben der Nadel
34 mittels eines Elektromotors 40 (schematisch dargestellt in Figur 1). Dabei wird
die Drehbewegung des Elektromotors 40 über ein Getriebe in eine Längsbewegung überführt.
In anderen Varianten wird die Position der Nadel direkt mit einem Linearmotor und/oder
pneumatisch und/oder hydraulisch geregelt. In anderen Ausführungen ist die Nadel manuell
einstellbar, etwa über ein Gewinde oder durch eine frei verschiebbare Lagerung mit
einem Feststellmechanismus. Das ist in Einsatzbereichen von Vorteil, in welchen eine
Anpassung der Brennstofföffnung nur selten nötig ist. Besonders vorteilhaft sind dann
solche Varianten, in denen die manuell einstellbare Nadel arretierbar ist und die
Arretierung verschließbar, insbesondere plombierbar ausgestaltet ist.
[0032] In anderen Varianten erfolgt die Regelung des Öffnungsquerschnitts der Brennstofföffnung
18 über eine in ihrer Länge veränderbaren Nadel 34. Dies ermöglicht eine besonders
kompakte Bauform der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10.
[0033] Figur 6 zeigt schematisch ein Heizgerät 12, das ein Gebläse 42, einen Brenner 44
und eine Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10 aufweist. Über eine Brennstoffleitung
46 und ein Brennstoffregelventil 48 wird der Brennstoff 28 über die Brennstoffzuleitung
30 der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10 zugeführt. Das Brennstoffregelventil 48
ist im Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass es den Brennstoff 28 unabhängig von
seinem Eingangsdruck auf einen vorbestimmten, konstanten Druck bereitstellt. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Brennstoff 28 auf einem dem Umgebungsdruck gleichenden
oder im Wesentlichen gleichenden Druck geregelt wird. In anderen Varianten wird der
Brennstoff auf einen zum Umgebungsdruck proportionalen Wert eingestellt. In weiteren
Varianten wird der Brennstoffdruck variiert, passend zur aktuell benötigten Heizleistung.
Das ist besonders bei Varianten, in denen das Gebläse 42 mit konstanter Leistung betrieben
wird, von Vorteil, da so mit Hilfe des Brennstoffregelventils 48 der Brennstoff-Fluss
und somit die Brennerleistung geregelt werden kann.
[0034] In der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10 wird der Brennstoff 28 mit der einströmenden
Luft 26 vermischt, von Gebläse 42 angesaugt und über eine Zuführhaube 50 dem Brenner
44 zugeführt. Im Ausführungsbeispiel ist der Brenner 44 als Fallstrom-Brenner ausgeführt,
unterhalb dessen ein Wärmetauscher 52 angeordnet ist, an dem eine Vorlaufleitung 54
und eine Rücklaufleitung 56 für Heizwasser angeschlossen ist. Die Abgase werden durch
eine Abgasleitung 58 von dem Wärmetauscher 52 über einen Abgasauslass 60 nach außen
geleitet.
[0035] Weiterhin ist im Heizgerät 12 ein Steuersystem 62 welches über Busleitungen 64 mit
dem Brennstoffregelventil 48, mit dem Brenner 44 und mit der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung
10 verbunden ist sowie eine Außenverbindung 66 aufweist. Die Außenverbindung 66 ist
an ein Bedienelement anschließbar, welches eine Einstellung und Steuerung von Heizgeräteparametern
und -funktionen ermöglicht. In anderen Varianten sind weitere Komponenten des Heizgeräts
12 an das Steuersystem 62 angeschlossen, etwa das Gebläse 42 zur Regelung der Drehzahl
und/oder ein Funkmodul zur Kommunikation mit externen Bedien- und Steuerelementen.
In anderen Ausführungsformen kommuniziert das Steuersystem 62 drahtlos mit den Heizgerätkomponenten,
bevorzugt über eine Funkverbindung.
[0036] Figur 7 stellt schematisch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Heizgeräts 10
dar. Das Gebläse 42 saugt über die erfindungsgemäße Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung
10 ein Brennstoff-Luft-Gemisch an und fördert es über die Zuführhaube 50 zum Brenner
44. In der hier gezeigten Ausführung ist das Brennstoffregelventil 48 direkt an der
Brennstoffkammer 32 der Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 10 angebracht, welche als
Winkelstück ausgeführt ist. Dies erlaubt eine besonders platzsparende Anordnung im
Heizgerät 12. Auf diese Weise wird eine besonders kompakte Bauform des Heizgeräts
12 ermöglicht.
[0037] In anderen Varianten ist das Brennstoffregelventil 48 und die Brennstoffleitung 46
parallel oder im Wesentlichen parallel zur Brennstoffdüse 20 angeordnet. Das ist für
den Einsatz in langgestreckten Heizgeräten 12 mit einem vorgegebenen maximalen Durchmesser
von Vorteil. In diesen Varianten befindet sich der Verstellmechanismus für die Nadel
teilweise oder vollständig innerhalb der Brennstoffkammer 32 und/oder der Brennstoffzuleitung
30 und/oder von dem Brennstoffregelventil 48 und/oder der Brennstoffleitung 46.
[0038] An der Unterseite des Brenners 44 verbrennt das Brennstoff-Luft-Gemisch mit einer
Flamme 68, welche mit einer Ionisationselektrode 70 überwacht wird. Die heißen Abgase
umströmen den Wärmetauscher und werden von diesem abgekühlt. Die lonisationselektrode
70 misst den Ionisationsstrom und sendet diesen Wert an das Steuersystem 62. Aus dem
Ionisationsstrom ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis bestimmbar. Abhängig von Ionisationsstrom
regelt das Steuersystem 62 über die Eintauchtiefe der Nadel 34 das Brennstoff-Luft-Verhältnis
um die Verbrennung zu optimieren, etwa bezüglich Emissionen und Wirkungsgrad.
[0039] In anderen Varianten werden an Stelle der lonisationselektrode andere für die Ermittlung
des Brennstoff-Luft-Verhältnisses geeignete Sensoren eingesetzt, zum Beispiel durch
die Messung des Restsauerstoff-(Lambdasonde), des Kohlendioxid- oder des Kohlenmonoxidgehalts
in den Abgasen sowie von Ultraviolett- oder Infrarotstrahlung in der Flamme 68. Auch
die beliebige Kombination aller aufgeführten Messverfahren zur Bestimmung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses
wird verwendet. Dazu ist bzw. sind der Sensor bzw. die Sensoren im/am Brenner 44 und/oder
in/an der Abgasleitung 58 und/oder in/an dem Abgasauslass 60 angebracht.
[0040] Andere Ausführungsformen weisen weitere Sensoren auf, etwa Temperaturfühler und/oder
Vibrationssensoren und/oder Spektrometer, welche weitere Verbrennungsparameter an
das Steuersystem 62 melden und eine weitergehende Überwachung des Verbrennungsprozesses
erlauben. In weiteren Varianten ist der die Eintauchtiefe der Brennstoffdüse 20 einstellende
Aktuator über eine Busleitung 64 mit dem Steuersystem verbunden. Auf diese Weise kann
die Position der Brennstofföffnung 18 in der Engstelle 14 automatisiert justiert werden.
[0041] In einem Verfahren zur Regelung eines erfindungsgemäßen Heizgeräts 12 wird im Ausführungsbeispiel
im ersten Schritt mittels der lonisationselektrode 70 der Ionisationsstrom gemessen
und an das Steuersystem 62 übermittelt. Weicht der Ionisationsstrom von einem vorbestimmten,
leistungsabhängigen Wert ab, ändert das Steuersystem 62 in einem zweiten Schritt die
Eintauchtiefe der Nadel 34 so, dass der Ionisationsstrom weitgehend den vorbestimmten
Wert annimmt. Auf diese Weise kann der Betrieb des Heizgeräts 12 mit einem optimalen
Brennstoff-Luft-Verhältnis sichergestellt werden.
[0042] In Varianten mit einem Sensor zur Ermittlung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses, der
keinen Ionisationsstrom misst, beispielweise ein Sensor zur Bestimmung des Restsauerstoff-
(Lambdasonde), des Kohlendioxid- oder des Kohlenmonoxidgehalts in den Abgasen, siehe
oben, wird im ersten Schritt mittels dieses Sensors der entsprechende Sensormesswert
ermittelt. Dieser Sensormesswert wird im zweiten Schritt zur Einstellung der Eintauchtiefe
der Nadel 34 verwendet. Weicht der Sensormesswert von einem vorbestimmten, leistungsabhängigen
Wert ab, ändert das Steuersystem 62 im zweiten Schritt die Eintauchtiefe der Nadel
34 so, dass der Sensormesswert weitgehend den vorbestimmten Wert annimmt.
[0043] In einem alternativen Verfahren wird in einem Zwischenschritt durch das Steuersystem
62 mit Hilfe von abgespeicherten Kennfeldern aus dem Ionisationsstrom bzw. dem Sensormesswert
und der Brennerleistung das Brennstoff-Luft-Verhältnis bestimmt. Weicht das Brennstoff-Luft-Verhältnis
von einem vorbestimmten Wert mindestens mit einer definierten Abweichung ab, wird
in zweiten Schritt die Eintauchtiefe der Nadel 34 so eingestellt, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis
weitgehend den vorbestimmten Wert annimmt.
[0044] In alternativen Varianten übermittelt die lonisationselektrode 70 bzw. der Sensor
im ersten Schritt mehrere Ionisationsstrommessungen bzw. Sensormesswerte an das Steuersystem
62 welches daraus die Änderungsgeschwindigkeit des Ionisationsstromes bzw. der Sensormessgröße
bzw. des Brennstoff-Luft-Verhältnisses ermittelt. In anderen Ausführungsvarianten
werden im ersten Schritt weitere Messdaten von weiteren Sensoren an das Steuersystem
62 übermittelt und für das Justieren der verstellbaren Nadel 34 berücksichtigt.
[0045] In alternativen Verfahren wird vor dem ersten Schritt die Brennerleistung auf einen
definierten Wert eingestellt. Das ist in Systemen und/oder Parameterbereichen von
Vorteil, wo sich die Brennerleistung nicht einem optimalen Ionisationsstrom bzw. Sensormesswert
zuordnen lässt bzw. wo sich Brennerleistung und Ionisationsstrom bzw. Sensormesswert
nicht eindeutig einem Brennstoff-Luft-Verhältnis zuordnen lassen.
[0046] In weiteren Varianten stellt das Steuersystem 62 in einem Zwischenschritt, der vor
oder nach dem dritten Schritt ausgeführt werden kann, die Position der Brennstoffdüse
20 ein.
1. Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) mit einer Luftöffnung (24), einer Engstelle
(14), mindestens einer Brennstofföffnung (18) im Bereich der Engstelle (14) zum Zuführen
von insbesondere gasförmigen Brennstoff (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofföffnung (18) eine verstellbare Nadel (34) aufweist.
2. Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Brennstofföffnung (18) in der Engstelle (14) einstellbar ist.
3. Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Brennstofföffnung (18) in der Engstelle (14) arretierbar ist.
4. Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Nadel (34) der Öffnungsquerschnitt der Brennstofföffnung (18) einstellbar
ist.
5. Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofföffnung (18) so ausgestaltet ist, dass der Brennstoff (28) zentrisch
in die Luftströmung eingeleitet wird.
6. Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (34) über einen Aktuator verstellbar ist.
7. Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadel (34) über einen Elektromotor (40) verstellbar ist.
8. Heizgerät (12) mit einem von einem Gebläse (42) unterstützten Brenner (44), einer
Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die
über eine Brennstoffzuleitung (30) strömender Luft (26) insbesondere gasförmigen Brennstoff
(28) zuführt.
9. Heizgerät (12) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoffregelventil (48) den Brennstoff (28) auf einem vorbestimmbaren, insbesondere
konstanten, Druck bereitstellt.
10. Heizgerät (12) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät (12) mindestens einen Sensor zur Bestimmung eines Brennstoff-Luft-Verhältnisses
aufweist.
11. Heizgerät (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersystem (62) die Nadel (34) automatisch verstellt.
12. Verfahren zur Regelung eines Heizgeräts (12) nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch
10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor mindestens einen Messwert bestimmt und das Steuersystem (62)
in Abhängigkeit vom Messwert die Nadel (34) verstellt.