DE19835692A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Gasbrenners - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines GasbrennersInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln eines Gasbrenners mit einem Brennerkörper (12), der eine Brenneraustrittsfläche aufweist, durch die ein Brenngas-Luftgemisch hindurchströmt und gezündet wird. Es wird vorgeschlagen, daß die wirksame Brenneraustrittsfläche in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der zugeführten Menge des Brenngas-Luftgemisches bestimmt wird. Dadurch kann u.a. die Flächenbelastung bei veränderlicher Brennerleistung konstant gehalten werden.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer
Vorrichtung zum Regeln eines Gasbrenners. Bei
atmosphärisch oder gebläseunterstützt betriebenen
Gasbrennern wird einem zum Beispiel zylinderförmig
ausgebildeten Brennerkörper (z. B. EP 238 572 B1) ein
Brenngas-Luftgemisch zugeführt, das über am Brennerkörper
angeordnete Austrittsöffnungen ausströmt und an der
Brenneroberfläche entzündet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße
Vorrichtung ermöglichen den modulierenden Betrieb eines
Gasbrenners, bei dem trotz Leistungsänderung die
Flächenbelastung des Brennerkörpers konstant bleibt oder in
bestimmten Grenzen geregelt werden kann. Gleichzeitig wird
erreicht, daß das Brenngas-Luftgemisch über die
Austrittsöffnungen des Brennerkörpers mit gleicher
Geschwindigkeit in die Verbrennungszone strömt, so daß auch
eine gleichmäßige Wärme-Lastverteilung über die gesamte
Brenneroberfläche gewährleistet ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen für das Regelverfahren sowie
für die Vorrichtung zum Regeln eines Gasbrenners möglich.
Die gleichmäßige und konstante Flächenbelastung der
Brenneroberfläche wird erreicht, indem das Brenngas-
Luftgemisch gegen einen im Brennerkörper frei beweglich
angeordneten Körper anströmt, wobei sich ein
Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem der Hub des
beweglichen Körpers die Austrittsfläche für das Brenngas-
Luftgemisch bestimmt.
Der Brennerkörper des Gasbrenners ist in vorteilhafter Weise
zylinderförmig ausgebildet, wobei die Stirnseite des
Brennerkörpers, das heißt die Seite, die der
Eintrittsöffnung des Brenngas-Luftgemisches gegenüberliegt,
geschlossen ist. Das hat den Vorteil, daß kleine Mengen des
Brenngas-Luftgemisches, die durch den für eine freie
Beweglichkeit des Körpers notwendigen Ringspalt strömen, aus
den hinter dem beweglichen Körper angeordneten
Austrittsöffnungen austreten können und von den heißen
Verbrennungsgasen entzündet und verbrannt werden.
Ist der Ringspalt zwischen dem beweglichen Körper und dem
Brennerkörper so klein gewählt, daß der hindurchtretende
Leckstrom kein zündfähiges Brenngas-Luftgemisch in dem
hinter dem beweglichen Körper angeordneten Raum des
Brennerkörpers bilden kann, wird vorgeschlagen, die
Stirnseite des Brennerkörpers offen auszubilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die
Stirnseite des Brennerkörpers 12 geschlossen und der
Ringspalt zwischen dem beweglichen Körper und dem
Brennerkörper so breit gewählt, daß in einer hinter dem
beweglichen Körper ausgebildeten Nachbrennzone das restliche
Brenngas-Luftgemisch vollständig verbrannt werden kann.
Alternativ kann die Stirnseite des Brennerkörpers auch offen
ausgebildet sein. In diesem Fall wird die Nachbrennzone
durch den Ringspalt selbst gebildet. Die Nachbrennzone kann
vergrößert werden, wenn der bewegliche Körper mit
zusätzlichen Öffnungen bzw. Bohrungen versehen ist. Zur
sicheren Zündung des restlichen unverbrannten Gasgemisches
ist in diesem Bereich eine zusätzliche Zündeinrichtung
vorgesehen.
Zur besseren Führung des beweglichen Körpers innerhalb des
Brennerkörpers wird weiterhin vorgeschlagen, ihn mit einer
Stange zu verbinden, die an ihrem anderen Ende in einer
Führung verschiebbar gelagert ist.
Die aktive Brenneraustrittsfläche, die durch den Hub des
beweglichen Körpers bestimmt wird, kann beeinflußt werden,
indem koaxial zur Führungsstange ein Federelement angeordnet
ist. Damit kann zusätzlich die Flächenbelastung des
Brennerkörpers gesteuert werden, wodurch eine größere
Leistungsmodulation des Gasbrenners möglich wird.
Beliebige Beeinflussungen der Flächenbelastung des
Brennerkörpers sind möglich, wenn die Führungsstange des
beweglichen Körpers als Magnet in einer Spule geführt ist.
Sieben Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Gasbrenner mit einem beweglich
angeordneten Strömungskörper, Fig. 2 einen nach oben hin
offenen Gasbrenner mit Strömungskörper, Fig. 3 ein
Ausführungsbeispiel, bei dem der Strömungskörper durch eine
Vorrichtung geführt ist, Fig. 4 eine Ausführung, bei dem
die Verschiebung bzw. die Bewegung des Strömungskörpers
zusätzlich durch ein Federelement beeinflußt wird, Fig. 5
eine Ausführung, bei dem die Bewegung bzw. Verschiebung des
Körpers zusätzlich durch eine elektromagnetische Vorrichtung
beeinflußt wird, Fig. 6 zeigt verschiedene
Ausführungsformen des Strömungskörpers, Fig. 7 zeigt
unterschiedliche Ausführungsformen der
Brenneraustrittsöffnungen und Fig. 8 und 9 eine weitere
geschlossene und offene Ausführung eines Gasbrenners, bei
denen zwischen dem Strömungskörper und dem Brennerkörper
Ringspalte ausgebildet sind.
Fig. 1 zeigt einen zylinderförmig ausgebildeten Gasbrenner
10, dessen Brennerkörper 12 auf seiner Mantelfläche mit
Austrittsöffnungen 14 für ein Brenngas-Luftgemisch versehen
ist. Der Gasbrenner 10 weißt eine Eintrittsöffnung 16 auf,
über die das Brenngas-Luftgemisch in Pfeilrichtung zugeführt
wird. Über eine schematisch dargestellte Zündvorrichtung 18
wird das über die Austrittsöffnungen 14 ausströmende
Brenngas-Luftgemisch gezündet und verbrannt. Innerhalb des
Brennerkörpers 12 ist ein beweglicher Körper 20, im
folgenden als Strömungskörper 20 bezeichnet, angeordnet. Die
Lage bzw. die Position des Strömungskörpers 20 innerhalb des
Brennerkörpers 12 wird durch die zugeführte Menge des
Brenngas-Luftgemisches bzw. durch die
Strömungsgeschwindigkeit des Brenngas-Luftgemisches
bestimmt. Wird die Brennerleistung erhöht, das heißt nimmt
die zugeführte Menge des Brenngas-Luftgemisches zu,
vergrößert sich die Hubhöhe des Strömungskörpers 20, wodurch
sich der durch die Austrittsöffnungen 14 gebildete
Ausströmbereich 22 des Brenngas-Luftgemisches bzw. die
aktive Verbrennungszone vergrößert. Damit wird erreicht, daß
trotz Veränderung der Brennerleistung die Wärme-
Flächenbelastung des durch das an der Brenneroberfläche
verbrennenden Brenngas-Luftgemisches konstant bleibt. Ist
der Gasbrenner nicht in Betrieb, schließt der
Strömungskörper 20 den Mischraum von den Austrittsöffnungen
ab. Dadurch, daß im Betrieb des Gasbrenners der durch das
Brenngas-Luftgemisch angeströmte Strömungskörper 20 im
Anströmbereich einen konstanten Druck aufbaut, wird
erreicht, daß das Brenngas-Luftgemisch mit der gleichen
Geschwindigkeit in die Verbrennungszone strömt, so daß eine
gleichmäßige Verbrennung über der gesamten Brenneroberfläche
stattfindet. Damit kleinere Mengen des Brenngas-
Luftgemisches, die durch den für eine freie Beweglichkeit
des Strömungskörpers 20 notwendigen Ringspalt
hindurchströmen, aus den hinter dem Strömungskörper 20
angeordneten Austrittsöffnungen 14 austreten können, ist die
Stirnseite bzw. das obere Ende 24 des Brennerkörpers 12
geschlossen ausgebildet. Ist der Ringspalt zwischen dem
Strömungskörper 20 und dem Brennerkörper 12 sehr klein
gewählt, so daß der Leckstrom nur geringfügig ist, kann, wie
in Fig. 2 dargestellt, das obere Ende des Brennerkörpers 12
auch offen ausgebildet sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem gleiche
Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist der
Strömungskörper 20 zur besseren Führung innerhalb des
Brennerkörpers 12 mit einer Stange 26 verbunden, die in
einer Führung 28 verschiebbar gelagert ist.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist koaxial zur Stange
26 ein Federelement 30 angeordnet, daß an seinem einen Ende
mit dem Strömungskörper 20 und an seinem anderen Ende mit
der Führung 28 verbunden ist. Durch das Federelement 30 kann
die Flächenbelastung derart gesteuert werden, daß mit
zunehmender Brennerleistung die Flächenbelastung in
gewünschter Weise ansteigt. Damit kann die
Leistungsmodulation des Gasbrenners vergrößert werden.
Fig. 5 zeigt eine Alternative zur Beeinflussung der
Flächenbelastung, wobei die Stange 26 im Führungsbereich als
Magnet 32 ausgebildet ist, der in einer als Spule 34
ausgebildeten Führung verschiebbar gelagert ist. Durch eine
entsprechende elektrische Ansteuerung der Spule 34 sind
beliebige Beeinflussungen der Hubhöhe des Strömungskörpers
20 und damit der Flächenbelastung möglich.
Für alle dargestellten Ausführungsformen des Gasbrenners 10
sind unterschiedliche Formen des beweglichen Körpers 20
möglich. In Fig. 6 sind verschiedene Formen aufgezeigt; als
zylinderförmig ausgebildeter Körper 20A, als kegelförmig
ausgebildeter Körper 20B, als Halbkugelkörper 20C, als
Körper 20D, der aus einer Platte 21 und einer Führungsstange
23 besteht, und als Körper 20E, der als Vollkugel
ausgebildet ist.
In Fig. 7 sind unterschiedliche Formen der im Brennerkörper
12 angeordneten Austrittsöffnungen 14 für das Brenngas-
Luftgemisch dargestellt. Die Austrittsöffnungen 14 können
kreisrund ausgebildet und als Muster 14A oder als Muster 14B
angeordnet sein. Darüberhinaus können die Austrittsöffnungen
14 langlochförmig ausgebildet und als Muster 14C oder als
Muster 14D angeordnet sein.
In einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist zwischen dem
Strömungskörper 20 und dem Brennerkörper 12 ein Ringspalt R
ausgebildet, so daß eine bestimmte Menge des Brenngas-
Luftgemisches seitlich am Strömungskörper 20 vorbeiströmen
kann. Dieser Teil des Gemisches gelangt über den
Ausströmbereich 22B bzw. die Nachbrennzone zur vollständigen
Verbrennung, wobei das obere Ende 24 des Brennerkörpers 12
geschlossen ausgebildet ist.
In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
das im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 mit
einem Brennerkörper 12 versehen ist, der an seiner
Stirnseite offen ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform
ist ebenfalls ein Ringspalt R zwischen dem Strömungskörper
20 und dem Brennerkörper 12 vorgesehen. In diesem Fall wird
jedoch die Nachbrennzone 22B durch den Ringspalt R und durch
gegebenenfalls am Strömungskörper 20 zusätzlich angebrachte
Öffnungen 38 bzw. Bohrungen gebildet. Der Vorteil dieser
nach oben hin offenen Ausführung des Brennerkörpers 12
besteht darin, daß sich hinter dem Strömungskörper 20 kein
zusätzlicher Druck aufbauen kann, der die Verbrennung in der
Hauptbrennzone 22A beeinflussen würde. Zur sicheren Zündung
des möglicherweise hinter dem Strömungskörper 20
unverbrannten Restgasgemisches ist an der offenen Stirnseite
des Brennerkörpers 20 eine zweite Zündeinrichtung 36
vorgesehen.
Auch bei den Gasbrennerausführungen nach den Fig. 8 und 9
kann der Strömungskörper 20 wie bei den Ausführungen nach
Fig. 3 bis 5 über eine Stange 26 geführt werden, sowie mit
Mitteln (Federelement 30, Magnet 32, Spule 34) zur
Beeinflussung der wirksamen Brenneraustrittsfläche versehen
werden.
Claims (11)
1. Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners mit einem
Brennerkörper, der eine Brenneraustrittsfläche
aufweist, durch die ein Brenngas-Luftgemisch
hindurchströmt und gezündet wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die wirksame Brenneraustrittsfläche
in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit bzw.
der zugeführten Menge des Brenngas-Luftgemisches
bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Brenngas-Luftgemisch gegen einen im Brennerkörper
(12) beweglich angeordneten Körper (20) anströmt, wobei
sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, bei dem der
Hub des beweglichen Körpers (20) die aktive
Austrittsfläche für das Brenngas-Luftgemisch bestimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Brennerkörper (12) und dem
beweglichen Körper (20) ein Ringspalt (R) ausgebildet
ist, der so bemessen ist, daß sich in Strömungsrichtung
gesehen hinter dem beweglichen Körper (20) eine
Nachbrennzone für das Brenngas-Luftgemisch ausbildet.
4. Gasbrenner mit einem Brennerkörper, der mit
Austrittsöffnungen für ein Brenngas-Luftgemisch
versehen ist, mit einer Zufuhr- und Zündeinrichtung für
das Brenngas-Luftgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb des Brennerkörpers (12) ein beweglicher bzw.
durch die Strömung des Brenngas-Luftgemisches
verschiebbarer Körper (20) angeordnet ist, durch dessen
Lage bzw. Position die wirksame Brenneraustrittsfläche
bestimmt ist.
5. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Brennerkörper (12) zylinderförmig ausgebildet ist,
wobei die Stirnseite (24) bzw. das obere Ende des
Brennerkörpers (12) geschlossen ist.
6. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Brennerkörper (12) zylinderförmig ausgebildet ist,
wobei die Stirnseite des Brennerkörpers (12) offen
ausgebildet ist.
7. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Brennerkörper (12) und
dem beweglichen Körper (20) ein Ringspalt (R)
vorgesehen ist.
8. Gasbrenner nach Anspruch 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Brenngas-
Luftgemisches gesehen hinter dem beweglichen Körper
(20) eine zweite Zündvorrichtung (36) angeordnet ist.
9. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper (20) mit
einer Stange (26) verbunden ist, die an ihrem anderen
Ende in einer Führung (28, 34) verschiebbar gelagert
ist.
10. Gasbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Beeinflussung der wirksamen Brenneraustrittsfläche
koaxial zur Stange (26) ein Federelement (30)
vorgesehen ist, das an dem einen Ende mit dem
beweglichen Körper (20) und an dem anderen Ende mit der
Führung (28) verbunden ist.
11. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Beeinflussung der wirksamen Brenneraustrittsfläche
das in der Führung (34) verschiebbar gelagerte Ende
(32) der Stange (26) als Magnet ausgebildet ist,
während die Führung (34) für die Stange (26) als Spule
ausgebildet ist.
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