DE19502905C2

DE19502905C2 - Gas burner device with exhaust gas recirculation

Info

Publication number: DE19502905C2
Application number: DE19502905A
Authority: DE
Inventors: Hubert Nolte; Martin Herrs
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2015-02-01
Also published as: DE19502905A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasbrennergerät mit Abgasrezirkulation, dessen Brenner Brenngas und mittels eines Gebläses Luft zugeführt ist und bei dem eine Ionisationselektrode die Flammen überwacht und die Verbrennungsabgase in einen Abgasraum gelangen.The invention relates to a gas burner device with exhaust gas recirculation, whose burner is supplied with fuel gas and air by means of a blower and in which an ionization electrode monitors the flames and the Combustion exhaust gases get into an exhaust space.

Ein derartiges Gasbrennergerät ist in der DE 39 37 290 A1 beschrieben. Die Ionisationselektrode dient der Flammenüberwachung. Über einen Regler steuert sie die Luftzahl (Lambda) des Brenngas-Luftgemisches, um eine schadstoffarme Verbrennung zu gewährleisten.Such a gas burner device is described in DE 39 37 290 A1. The ionization electrode is used for flame monitoring. About one The controller controls the air ratio (lambda) of the fuel gas / air mixture, to ensure low-pollution combustion.

In der DE 44 33 425 A1 ist ebenfalls ein solches Gasbrennergerät beschrieben, das mit einer besonderen Steuerschaltung arbeitet, um die Auswertung des Signals der Ionisationselektrode zu verbessern.Such a gas burner device is also in DE 44 33 425 A1 described, which works with a special control circuit to the To improve evaluation of the signal of the ionization electrode.

Es ist bekannt (vgl. US 3 868 211), die Verbrennung durch eine Abgasrezirkulation zu verbessern. Dabei wird ein Teilstrom des Abgases der Verbrennungsluft zugeführt. Eine solche Abgasrezirkulation kann jedoch das Zündverhalten des Brenners beeinträchtigen.It is known (cf. US Pat. No. 3,868,211) that the combustion by a Improve exhaust gas recirculation. This is a partial flow of the exhaust gas supplied to the combustion air. Such exhaust gas recirculation can however affect the ignition behavior of the burner.

In der DE 38 29 664 C1 ist bei einem Verbrennungssystem eine Rückführleitung vorgesehen, in welcher ein Ventil angeordnet ist. Die Steuerung des Ventils ist so, daß bei zunehmendem Brennstoff/Luft-Ge mischstrom der rückgeführte Abgasteilstrom abnimmt. Mit dem in den Kamin abströmenden Abgasteilstrom ist der rückgeführte Abgasteilstrom in kein bestimmtes Verhältnis gesetzt. Das sich einstellende Verhältnis wird vom jeweiligen Druck im Kamin und von der jeweiligen Länge des an diesen angeschlossenen Abgasrohres abhängen. Das zeitliche Volumen des rückgeführten Abgasstromes hängt also nicht nur von der Stellung des Ventils, sondern auch von dem im Abgasrohr bzw. Kamin jeweils herrschenden Druck ab. Dadurch ist die gewünschte Regelung negativ beeinflußt. Um diesen Einfluß auszugleichen, müßte der zeitliche Volumenstrom in der Rückführleitung erfaßt werden, was offensichtlich nicht der Fall ist und sehr aufwendig wäre.DE 38 29 664 C1 is in a combustion system Return line is provided, in which a valve is arranged. The Control of the valve is such that with increasing fuel / air Ge mixed flow the recirculated exhaust gas partial flow decreases. With that in the The exhaust gas partial flow flowing out of the chimney is the recirculated exhaust gas partial flow in no particular relation. The resulting relationship is determined by the pressure in the chimney and the length of the depend on this connected exhaust pipe. The temporal Volume of the recirculated exhaust gas flow does not only depend on the Position of the valve, but also that in the exhaust pipe or chimney prevailing pressure. This is the desired regulation negatively influenced. To compensate for this influence, the temporal volume flow in the return line can be detected what is obviously not the case and would be very expensive.

In der DE 41 13 983 A1 ist ein Verfahren einer Verbrennungsregelung bekannt, bei der in der Startphase die rückgeführte Rauchgasmenge von 0 aus ansteigt. Dies beruht offensichtlich darauf, daß nach einer Vorspülzeit - selbstverständlich - noch kein Rauchgas vorliegt. Diesem Stand der Technik ist jedenfalls nicht zu entnehmen, daß mittels eines Stellorgans die rückgeführte Rauchgasmenge vor oder beim Zünden gezielt reduziert wird. Vielmehr ist angegeben, daß beim Start die von außen zugeführte Frischluftmenge reduziert wird.DE 41 13 983 A1 describes a method of combustion control known, the amount of recirculated flue gas in the start-up phase increases from 0. This is obviously due to the fact that after a Pre-purge time - of course - there is no flue gas yet. This In any case, the state of the art does not show that by means of a Actuator the returned amount of flue gas before or during ignition is deliberately reduced. Rather, it is stated that the start of amount of fresh air supplied to the outside is reduced.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gasbrennergerät der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem trotz einer zur Verbesserung der schadstoffarmen Verbrennung günstigen Abgasrückführung der Zündvorgang nicht beeinträchtigt ist.The object of the invention is to provide a gas burner device at the beginning to propose the type mentioned, despite which to improve the low-pollution combustion favorable exhaust gas recirculation of the Ignition process is not affected.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Gasbrennergerät mit Abgasrezirkulation der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine zwischen dem Abgasraum und dem Gebläse verlaufende Rezirkulationsleitung einen Teil-Abgasstrom der Verbrennungsluft zuführt, daß der freie Querschnitt der Rezirkulationsleitung mit einem von einer verschieblichen Blende gebildeten Stellorgan einstellbar ist, daß die Blende von der Ionisationselektrode gesteuert ist, wobei die Blende vor und/oder beim Zünden des Brenners den freien Querschnitt der Rezirkulationsleitung geschlossen oder zumindest kleiner als im Brennbetrieb hält und im Brennbetrieb den freien Querschnitt der Rezirkulationsleitung vergrößert, und daß die Blende bei einer Verkleinerung des freien Querschnittes der Rezirkulationsleitung den freien Querschnitt zum Kamin des Abgasraumes vergrößert und bei einer Vergrößerung des freien Querschnittes zur Rezirkulationsleitung den freien Querschnitt zum Kamin verkleinert.According to the invention, the above object is a gas burner device Exhaust gas recirculation of the type mentioned solved in that one running between the exhaust chamber and the blower Recirculation line a partial exhaust gas flow of the combustion air supplies that the free cross section of the recirculation line with a adjustable actuator formed by a movable panel, that the diaphragm is controlled by the ionization electrode, the Cover the free cross-section before and / or when the burner is ignited closed the recirculation line or at least smaller than in Burning operation stops and the free cross section of the burning operation Recirculation line enlarged, and that the aperture at one Reduction of the free cross section of the recirculation line free cross section to the chimney of the exhaust gas room enlarged and at an enlargement of the free cross-section to the recirculation line reduced the free cross-section to the fireplace.

Im Brennbetrieb ist der freie Querschnitt der Rezirkulationsleitung so groß, daß das zurückgeführte Abgas, das nur etwa 3 Vol.-% Restsauerstoff und überwiegend Stickstoff enthält, die Verbrennungstemperatur absenkt, wodurch die thermische NO_x-Bildung reduziert wird. Außerdem verringert der niedrige Sauerstoff-Partialdruck zusätzlich die Stickoxidbildung ("Prompt-NO-Bildung").In combustion mode, the free cross section of the recirculation line is so large that the recirculated exhaust gas, which contains only about 3% by volume of residual oxygen and predominantly nitrogen, lowers the combustion temperature, as a result of which the thermal NO _x formation is reduced. In addition, the low partial pressure of oxygen additionally reduces nitrogen oxide formation (“prompt NO formation”).

Beim Startvorgang, also beim Zünden des Brenners, ist der freie Querschnitt der Rezirkulationsleitung kleiner bzw. geschlossen, so daß dem Brenngas-Luftgemisch nicht zusätzlich Sauerstoff über die Rezirkulationsleitung zugeführt wird. Dieser zusätzliche Sauerstoff würde verhindern, daß sich bei für den Startvorgang voreingestellten Mischungsverhältnis ein zündfähiges Gemisch bildet.When starting, i.e. when the burner is ignited, the free one is Cross section of the recirculation line smaller or closed, so that the fuel gas-air mixture does not have additional oxygen Recirculation line is supplied. That extra oxygen would prevent the default setting for the starting process Mixing ratio forms an ignitable mixture.

Das Stellorgan der Rezirkulationsleitung ist mittels der Ionisationselektrode gesteuert, die ohnehin zur Flammenüberwachung und zur Einstellung des Lambdawertes vorgesehen ist.The actuator of the recirculation line is by means of Ionization electrode controlled, which anyway for flame monitoring and is provided for setting the lambda value.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt ein Gasbrennergerät schematisch.Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the following description of a Embodiment. The figure shows a gas burner device schematically.

Das Gasbrennergerät weist einen Flächenbrenner (1) mit einer Mischkammer (2) auf. An die Mischkammer (2) sind über ein Gasventil (3) eine Gaszuleitung (4) und über ein Gebläse (5) eine Frischluft-Zuleitung (6) angeschlossen.The gas burner device has a surface burner ( 1 ) with a mixing chamber ( 2 ). To the mixing chamber (2) a gas supply line (4) and via a blower (5) are connected to a fresh air supply line (6) via a gas valve (3).

Der Flammenbereich (7) des Flächenbrenners (1) liegt in einer Brennkammer (8), in der ein Wärmetauscher (9) angeordnet ist. Die Brennkammer (8) geht in einen Abgasraum (10) über, der einerseits in einen Kamin (11) und andererseits in eine Rezirkulationsleitung (12) mündet. Die Rezirkulationsleitung (12) mündet an ihrem dem Abgasraum (10) abgewandten Ende in die Frischluft-Zuleitung (6). The flame area ( 7 ) of the surface burner ( 1 ) lies in a combustion chamber ( 8 ) in which a heat exchanger ( 9 ) is arranged. The combustion chamber ( 8 ) merges into an exhaust gas chamber ( 10 ) which opens into a chimney ( 11 ) and into a recirculation line ( 12 ). The recirculation line ( 12 ) opens into the fresh air supply line ( 6 ) at its end facing away from the exhaust gas chamber ( 10 ).

In dem Abgasraum (10) ist zwischen dem Kamin (11) und der Rezirkulationsleitung (12) eine mittels eines Motors (13) verschiebliche Blende (14) angeordnet. In der in der Figur dargestellten Stellung befindet sich die Blende (14) in einer Mittelstellung, in der sie etwa gleiche Querschnitte (a und b) zur Rezirkulationsleitung (12) und zum Kamin (11) freiläßt. Wird die Blende (14) nach links verschoben, dann verringert sich der freie Querschnitt (a) zur Rezirkulationsleitung (12) hin und entsprechend vergrößert sich der freie Querschnitte (b) zum Kamin (11) hin. Im umgekehrten Fall gilt entsprechendes. Die Summe der freien Querschnitte (a, b) bleibt bei allen Verschiebestellungen der Blende (14) im wesentlichen gleich.A flap ( 14 ) which can be moved by means of a motor ( 13 ) is arranged in the exhaust gas chamber ( 10 ) between the chimney ( 11 ) and the recirculation line ( 12 ). In the position shown in the figure, the screen ( 14 ) is in a central position, in which it leaves approximately the same cross-sections (a and b) to the recirculation line ( 12 ) and to the chimney ( 11 ). If the screen ( 14 ) is moved to the left, the free cross-section (a) towards the recirculation line ( 12 ) is reduced and the free cross-section (b) towards the chimney ( 11 ) increases accordingly. In the opposite case, the same applies. The sum of the free cross-sections (a, b) remains essentially the same for all shift positions of the diaphragm ( 14 ).

Im Flammenbereich (7) ist eine Ionisationselektrode (15) angeordnet, die an einen elektronischen Regler (16) angeschlossen ist. Der Regler (16) steuert über den Motor (13) die Blende (14) und das Gasventil (3) und/oder das Gebläse (5).An ionization electrode ( 15 ), which is connected to an electronic controller ( 16 ), is arranged in the flame area ( 7 ). The controller ( 16 ) controls the diaphragm ( 14 ) and the gas valve ( 3 ) and / or the fan ( 5 ) via the motor ( 13 ).

Die Funktionsweise ist im wesentlichen folgende:
Es ist vorausgesetzt, daß eine nicht näher dargestellte Zündflamme des Flächenbrenners (1) ständig brennt. Zum Einschalten des Flächenbrenners (1) (Starten) wird zunächst das Gebläse (5) eingeschaltet, wobei mittels der Blende (14) die Rezirkulationsleitung (12) geschlossen ist. Dadurch erfolgt ein Durchspülen der Brennkammer (8) und des Abgasraumes (10) mit Frischluft. Anschließend wird vom Regler (16) das Gasventil (3) - bei geschlossener Rezirkulationsleitung (12) - geöffnet. Es entsteht nun am Flächenbrenner (1) ein zündfähiges Brenngas-Luftgemisch.The principle of operation is as follows:
It is assumed that a pilot flame (not shown) of the surface burner ( 1 ) is constantly burning. To switch on the surface burner ( 1 ) (start), the fan ( 5 ) is first switched on, the recirculation line ( 12 ) being closed by means of the cover ( 14 ). This causes the combustion chamber ( 8 ) and the exhaust gas chamber ( 10 ) to be flushed with fresh air. The controller ( 16 ) then opens the gas valve ( 3 ) - with the recirculation line ( 12 ) closed. An ignitable fuel gas-air mixture is now created on the surface burner ( 1 ).

Die Ionisationselektrode (15) erfaßt dann die Flammen des Flammenbereichs (7) und steuert über den Regler (16) das Gebläse (5) und/oder das Gasventil (3) im Sinne eines verbrennungsoptimalen Gemisches. Außerdem steuert die Ionisationselektrode (15) über den Regler (16) und den Motor (13) die Blende (14) im Sinne einer Öffnung der Rezirkulationsleitung (12) so, daß das Gebläse (5) der Mischkammer (2) einen Abgas-Teilstrom über die Rezirkulationsleitung (12) zuführt. Dieser Abgas-Teilstrom verbessert die Verbrennung im Flammenbereich (7) in der Weise, daß sich die Schadstoffemission im Kamin (11) beträchtlich verringert.The ionization electrode ( 15 ) then detects the flames of the flame area ( 7 ) and controls the blower ( 5 ) and / or the gas valve ( 3 ) via the controller ( 16 ) in the sense of a combustion-optimal mixture. In addition, the ionization electrode ( 15 ) controls the diaphragm ( 14 ) in the sense of an opening of the recirculation line ( 12 ) via the controller ( 16 ) and the motor ( 13 ) so that the blower ( 5 ) of the mixing chamber ( 2 ) has a partial exhaust gas flow via the recirculation line ( 12 ). This partial exhaust gas stream improves the combustion in the flame area ( 7 ) in such a way that the pollutant emission in the chimney ( 11 ) is considerably reduced.

Die Grundeinstellung für die vollständige Öffnung der Rezirkulationsleitung (12) ist etwa so gewählt, daß sie 10% des Gesamt-Abgasstromes in dem Abgasraum (10) beträgt. Dies stellt einen Durchschnittswert dar. Von diesem Durchschnittswert aus kann die Blende (14) vom Regler (16) so gestellt werden, daß ihre Stellung bzw. der zurückgeführte Abgas-Teilstrom der jeweiligen Leistung des Brenners entspricht.The basic setting for the complete opening of the recirculation line ( 12 ) is selected such that it amounts to 10% of the total exhaust gas flow in the exhaust gas space ( 10 ). This represents an average value. From this average value, the orifice ( 14 ) can be set by the controller ( 16 ) in such a way that its position or the recirculated exhaust gas partial flow corresponds to the particular output of the burner.

Claims

1. Gas burner device with exhaust gas recirculation, the burner of which fuel gas and air is fed by means of a blower, and in which an ionization electrode monitors the flames and the combustion gases enter an exhaust gas space, characterized in that one between the exhaust gas space ( 10 ) and the blower ( 5 ) running recirculation line ( 12 ) supplies a partial exhaust gas flow to the combustion air so that the free cross-section (a) of the recirculation line ( 12 ) can be adjusted with an actuator formed by a displaceable screen ( 14 ), that the screen ( 14 ) from the ionization electrode ( 15 ) is controlled, the orifice ( 14 ) before and / or when the burner ( 1 ) ignites the free cross section (a) of the recirculation line ( 12 ) is closed or at least smaller than in the firing mode and the free cross section (a) of the firing mode Recirculation line ( 12 ) increases, and that the aperture ( 14 ) with a reduction in free cross sections s (a) of the recirculation line ( 12 ) increases the free cross section (b) to the chimney ( 11 ) of the exhaust gas chamber ( 10 ) and, if the free cross section (a) to the recirculation line ( 12 ) increases, the free cross section (b) to the chimney ( 11 ) downsized.

2. Gas burner device according to claim 1, characterized in that the sum of the free cross-sections (a, b) is the same in all displacement positions of the diaphragm ( 14 ).

3. Gas burner device according to one of the preceding claims, characterized in that the diaphragm ( 14 ) assumes an open position during burning operation, which corresponds to the respective output of the burner ( 1 ).