DE3922403A1 - Mit einem brenngas-luft-gemisch gespeister gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit einem Gebläse betriebenen und einem Brenngas-Luft-Gemisch gespeisten Gasbrenner mit einer die Zusammensetzung dieses Gemisches modulierenden, eine Ver­ gleichsschaltung enthaltenden Steuerung des Gas- bzw. Luft­ durchsatzes, der eine Meßvorrichtung mit Signalgeber zur Messung und Signalisierung der Ist-Größe des Luft- und/oder Gasdurch­ satzes angeschlossen ist.

Für die Steuerung eines solchen Gasbrenners ist es von großer Bedeutung, daß die erforderlichen Ist-Meßwerte jeweils möglichst rasch, feinfühlig und exakt, sowie elektronisch problem­ los umsetzbar ermittelt und verwertet werden, um eine unver­ zügliche Anpassung des Luft- und/oder Gasdurchsatzes zu ermög­ lichen.

Die Erfindung beruht mit dieser Zielsetzung auf der Erkennt­ nis, daß sich für eine solche rasche und rasch verwertbare Ermittlung der Ist-Durchsätze im vorliegenden speziellen Anwen­ dungsgebiet ganz besonders sogenannte Wirbelzähler eignen, die einem in der Luftführung oder Gaszufuhrleitung anzuordnenen Störkörper in Strömungsrichtung nachzuordnen sind.

Diese Wirbelzähler beruhen auf folgendem Prinzip:
Wird ein solcher Störkörper von einem flüssigen oder gasförmigen Medium umströmt, kann dieses Medium der Körperform nur bis zu einem bestimmten Ausmaß der Oberfläche folgen, darüber hinaus reißt jedoch die Strömung ab und es bilden sich in Strömungs­ richtung hinter dem Körper wechselweise und gegensinnig rotierende Wirbel, die vom strömenden Medium mitgerissen werden und oszillieren. Die Frequenz dieser Wirbelablösung ist annähernd proportionaI der Strömungsgeschwindigkeit also dem spezifischen Durchsatz des Mediums. Ein solches Meßsystem ist als Karman′sche Wirbelstraße bekannt. Die Gesetzmäßigkeit, mit der sich die Wirbel hinter dem Störkörper ablösen, wird durch die sogenannte Strouhal-Zahl bezeichnet. Die Proportionalität zwischen der Wirbelfrequenz und dem Durchsatz befähigt den Wirbelzähler zur exakten Messung des Volumenstromes, indem er die Zahl der Wirbel pro Zeiteinheit erfaßt und in volumenproportionale Impulse umsetzt. Eur Erfassung der mit der Strömung abfließenden Druck­ und Geschwindigkeitsfelder können unterschiedliche Abtastsysteme verwendet werden, beispielsweise eine Ultraschallabtastung, aber auch eine Membranabtastung, Lichtleiterabtastung u.dgl.

Mit den von einem solchen Abtastsystem aufgenommenenen Impulsen können die Ist-Meßwerte in einer elektronischen Schaltung mit den Sollwerten des Durchsatzes verglichen werden und bei auftretenden Differenzen ist eine Korrektur unverzüglich durchführbar.

Dies macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, indem sie erfindungsgemäß vorsieht, daß bei einem Gasbrenner der eingangs bezeichneten Gattung zur Messung des Luft- und/oder Gasdurch­ satzes zumindest ein in der Luftführung und/oder in der Gas­ zufuhrleitung angeordneter Störkörper und ein ihm zugeordneter Wirbelzähler, z.B. ein Ultraschallfühler, eine Membran, ein Lichtleiter od.dgl., vorgesehen sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann ein Signalgeber eines in der Luftführung angeordneten Wirbelzählers und ein in der Gaszufuhrleitung angeordneter Druckfühler über Steuerleitungen an eine gemeinsame elektronische Steuerungseinheit angeschlossen sein, von der eine Steuerleitung zu einem den Luftdurchsatz steuernden Organ, z.B. dem Gebläse der Luftführung, ausgeht.

Eine noch feinfühligere Steuerung wird gegebenfalls dadurch ermöglicht, daß sowohl der Signalgeber eines in der Luftführung angeordneten Wirbelzählers als auch der Signalgeber eines in der Gaszufuhrleitung angeordneten Wirbelzählers an eine gemein­ same Steuerungseinheit angeschlossen werden, von der dann Steuerleitungen zu den Luftdurchsatz und den Gasdurchsatz proportional steuernden Organen ausgehen.

Schließlich kann nach einer vorteilhaften Schaltung eine aus einer Speichereinheit mit Sollwerten für die Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemisches und von den beiden Wirbelzählern mit Ist-Werten gespeiste Steuerungseinheit mit gesonderten Steuer­ leitungen mit den Steuerungseinheiten der den Luftdurchsatz und den Gasdurchsatz steuernder Organe verbunden sein.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nach­ stehend an Hand von Zeichnungen erläutert, in denen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gasbrenner mit seiner Steuerung schematisch veranschaulicht,

Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen solcher Brenner darstellen und

Fig. 4 ein Schaltbild einer Steuerung zeigt.

Fig. 1 zeigt zunächst den Erfindungsgegenstand im Prinzip. Dem Gasbrenner 1 wird über die Gaszufuhrleitung 2 Brenngas aus einem Versorgungssystem in regelbarer Menge zugeführt und strömt über die radial gerichteten Gasaustrittsöffnungen 3 des Brennerkopfes 4 in den Brennraum 5 aus, um dort nach Zündung zu verbrennen. Die Verbrennungsluft strömt dem Brennraum 5 über die Luftführung 6 in Richtung der Pfeile 7 zu und vermischt sich im Brennraum 5 mit dem Brenngas zu einem Gemisch mit steuerbarem Mischungsverhältnis. Ein optimales Mischungsverhält­ nis gewährleistet eine Verbrennung mit minimalem Schadstoff­ anfall.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich in der Luftführung 6 ein als gebogener Stab ausgebildeter Störkörper 8. Dieser Störkörper 8 verursacht in der Luftführung 6 im Luftstrom örtliche Wirbel und ihm ist eine Ultraschallabtastung 9 zuge­ ordnet, mit deren Hilfe die Frequenz der Wirbel und dadurch mittelbar die proportionale Ist-Größe des Luftdurchsatzes meßbar ist.

Sofern die Länge der Luftführung 6 von ihrem über das Gebläse 10 gespeisten Einlaß 11 bis zum Störkörper 8 nicht ausreicht, um den Luftstrom zu vergleichmäßigen, kann in dieser Luftführung 6 auch noch ein Gleichrichter 12, z.B. ein Gitter, angeordnet werden.

Diesem Gasbrenner 1 ist nun eine elektronische Steuerungseinheit 13 zugeordnet, der über einen Eingang 14 und eine Steuerleitung 15 Signale der Ultraschallabtastung 9 und über einen Einlaß 16 und eine Steuerleitung 17 Signale eines in der Gaszufuhrleitung 2 angeordneten Druckfühlers 18 übermittelt werden. Diese Signale werden in der Steuerungseinheit 13 verwertet und zur Steuerung der Luftzufuhr verwendet, indem diese Steuerungseinheit 13 über ihren Ausgang 19 und die Steuerleitung 20 mit dem Antrieb des Gebläses 10 verbunden wird. Die elektronische Steuerungseinheit 13 enthält zu diesem Zweck einen Speicher für die in Abhängigkeit vom Gasdruck jeweils optimalen Luft­ durchsätze und eine Vergleichsschaltung zum Vergleich der über die Steuerleitung 17 einlangenden Ist-Werte des Gasdurchsatzes mit den über die Steuerleitung 15 eingehenden Ist-Werten des Luftdurchsatzes.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 konkret dargestellten gebläsebetrie­ benen Gasbrenner 1 ist in dessen Luftführung 6 derselbe Stör­ körper 8 und dieselbe Ultraschallabtastung 9 eingebaut wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, und zwar im Zentrum eines an die Luftführung 6 radial ansetzenden Rohres 21 in einer Halterung 22 befestigt. Ferner befindet sich ein weiterer Wirbel­ zähler 24 mit einem Störkörper 23 zusätzlich auch in der Gas­ zufuhrleitung 2.

In diesem Fall der Anordnung zweier Wirbelzähler 9 und 24 kann die Steuerung mittels der Steuerungseinheit 13 eventuell propor­ tional erfolgen, wobei über den Eingang 14 und die Steuerleitung 15 einlangende Signale des im Rohr 21 der Luftführung 6 ange­ ordneten Wirbelzählers 9 und die über den Eingang 27 und die Steuerleitung 26 einlangenden Signale des in der Gaszufuhrleitung 2 angeordneten Wirbelzählers 24 gemeinsam verarbeitet werden.

Der Steuerungseinheit 13 sind über die Ausgänge 19 bzw. 25 sowohl Steuerleitungen 20 bzw. 26 zur Steuerung des Luftdurchsatzes als auch zur Steuerung des Gasdurchsatzes angeschlossen.

Eine andere fakultative Anordnung des Wirbelzählers 9 im Bereich 29 des Rohres 21 ist in Fig. 3 veranschaulicht. Bei dieser Ausfüh­ rungsform des Wirbelzählers 9 im Bereich 29 verengt sich das den Störkörper und den Ultraschallfühler enthaltende Rohrstück 30 in Richtung des Luftstromes trichterförmig, um die Wirkung der Strömung zu verstärken.

Schließlich zeigt Fig. 4 eine Schaltung für die elektronische Steuerung des Luft- und Gasdurchsatzes in Abhängigkeit von den über die beiden Wirbelzähler 9 bzw. 24 ermittelten Ist-Meßwerten.

Die Steuerungseinheit 35 erhält einerseits Informationen über den Eingang 31 der Steuerleitung 32, die an den Ausgang 33 eines Datenspeichers 34 angeschlossen ist, der die variierenden Soll- Größen der Anteile des zu modulierenden Gas-Luft-Gemisches ent­ hält. Ferner weist diese Steuerungseinheit Eingänge 36 und 37 für die Steuerleitungen 38 und 39 auf, über die die Meßwerte von den beiden elektronischen Einheiten 40 und 41 der Wirbel­ zähler 9 bzw. 24 einlangen, die den Luftdurchsatz in der Luft­ führung 6 bzw. den Gasdurchsatz in der Gaszufuhrleitung 2 messen.

In der Steuerungseinheit 35 erfolgt der Vergleich der einlangenden Ist-Werte der Durchsätze mit den vom Speicher 34 übermittelten Soll-Werte und das Vergleichsergebnis wird in Steuerungssignale umgesetzt, die über die Ausgänge 42 und 43 sowie die Steuerlei­ tungen 44 und 45 sowie die Eingänge 46 bzw. 47 der Steuerungs­ einheit 13 für die Steuerung des Luftdurchsatzes und der Steuerungseinheit 48 für die Steuerung des Gasdurchsatzes übermittelt werden.

Gegebenenfalls kann eine Steuerleitung 49, die über den Ausgang 50 des Speichers 34 zum Eingang 51 der Steuerungseinheit 48 für den Gasdurchsatz führt, entfallen, wenn die Steuerung des Gasdurchsatzes unmittelbar über die Steuerungseinheit 48 durch den Wirbelzähler 24 erfolgt.

Selbstverständlich ist die Erfindung in ihren Einzelheiten sehr mannigfaltig abwandelbar und ist durchaus nicht an die darge­ stellten und erläuterten Beispiele gebunden.

So könnte die Einstellung des Luftdurchsatzes auf grundsätzlich beliebige Art, nicht bloß durch Regelung der Drehzahl des Gebläses 10 erfolgen, z.B. durch von Stellmotoren oder magnetisch betriebene Drosseln, Schieber, Blenden u.dgl.

Wesentlich ist hingegen hinsichtlich der Zielsetzung der Erfindung in jedem Fall ein möglichst unverzügliches, also verzögerungsfreies Reagieren der Steuerungseinheiten zur Abstimmung der Luft- und Gasdurchsätze auf das Soll-Niveau. Für eine solche Reaktion erweist sich der Einsatz der erfindungs­ gemäß vorgesehenen Wirbelzähler als bestgeeignet.

Auch der Störkörper dieser Wirbelzähler ist im Rahmen der Erfindung beliebig gestaltbar, er soll jedoch einen bloß geringfügigen Druckverlust verursachen, weil über das Gebläse 10 von vorn­ herein nur ein begrenzter Druck zur Verfügung steht.

Bereits erwähnt wurde, daß sich im Rahmen der Erfindung ver­ schiedenerlei Abtastsysteme für die Wirbelzähler verwenden lassen, z.B. eine Membran, ein Lichtleiter oder ein Ultraschall­ fühler.

Claims (4)

1. Mit einem Gebläse betriebener und einem Brenngas-Luft- Gemisch gespeister Gasbrenner mit einer die Zusammensetzung dieses Gemisches modulierenden, eine Vergleichsschaltung ent­ haltenden Steuerung des Gas- bzw. Luftdurchsatzes, der eine Meßvorrichtung mit Signalgeber zur Messung und Signalisierung der Ist-Größe des Luft- und/oder Gasdurchsatzes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Luft- und/oder Gasdurchsatzes zumindest ein in der Luftführung (6, 21) und/oder in der Gaszufuhrleitung (2) angeordneter Störkörper (8 bzw. 23) und ein ihm zugeordneter Wirbelzähler, z.B. ein Ultraschall­ fühler (9), eine Membran, ein Lichtleiter od.dgl., vorgesehen sind (Fig. 1 bis 3).

2 . Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgeber eines in der Luftführung (6) angeordneten Wirbelzählers (9) und ein in der Gaszufuhrleitung (2) ange­ ordneter Druckfühler (18) über Steuerleitungen (15 bzw. 17) an eine gemeinsame elektronische Steuerungseinheit (13) angeschlossen sind, von der eine Steuerleitung (20) zu einem den Luftdurchsatz steuernden Organ, z.B. dem Gebläse (10) der Luftführung (6), ausgeht (Fig. 1).

3. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Signalgeber eines in der Luftführung (21) ange­ ordneten Wirbelzählers (9) als auch der Signalgeber eines in der Gaszufuhrleitung (2) angeordneten Wirbelzählers (24) an eine gemeinsame Steuerungseinheit (13) angeschlossen sind, von der Steuerleitungen (20, 26) zu den Luftdurchsatz und den Gasdurchsatz proportional steuernden Organen ausgehen (Fig. 2, 3).

4. Gasbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus einer Speichereinheit (34) mit Sollwerten für die Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemisches und von den beiden Wirbelzählern (9 bzw. 24) mit Istwerten gespeiste Steuerungs­ einheit (35) mit gesonderten Steuerleitungen (44 bzw. 45) mit den Steuerungseinheiten (13 bzw. 48) der den Luftdurch­ satz und den Gasdurchsatz steuernder Organe verbunden ist (Fig. 4).