Eine bevorzugte-jedoch nicht ausschließliche-Anwendung der Erfindung ist die Regelung eines Stromes von Oxidans zu einem Brenner. Dem Brenner wird ein Strom von Brennstoff zugeführt. Das kann ein Brenngas wie Methan sein. Der Brennstoff wird mit dem Oxidans (Luft oder Sauerstoff) gemischt. Das brennbare Gemisch wird dem Brenner zugeführt. Dabei sollte das Verhältnis von Oxidans und Brenngas einen bestimmten Wert haben, um eine optimale, schadstoffarme Verbrennung zu gewährleisten.

In manchen Fällen muss die Leistung des Brenners veränderbar sein. In diesem Fall müssen die Gasströme von Brenngas und Oxidans nach einer veränderlichen Führungsgröße geregelt werden. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist ein Aggregat bestehend aus einem Brenner, einem von dem Brenner beheizten Dampferzeuger und einem Dampfinotor. Je nach der von dem Dampfmotor aufzubringenden Leistung muss dort die Leistung des Brenners verändert werden. Diese Veränderung erfolgt über die geregelte Veränderung der Brenngas- und Oxidansströme. Dabei können relativ schnelle Änderungen der Leistungsanforderung auftreten. Die Gasströme sollten diesen Änderungen folgen, ohne dass dabei das optimale Gemischverhältnis von Oxidans und Brenngas gestört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung zur Regelung eines Gasstromes zu schaffen, bei welcher der Gasstrom einer veränderlichen Führungsgröße möglichst getreu und unverzögert folgt.

Erfindungsgemäß wird das bei einer Regelvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass (a) die Stellgliedmittel als erstes Stellglied ein volumenstromregelbares Gebläse zur Erzeugung des Gasstroms aufweisen, das durch die Reglerausgangssignale zur Erzeugung eines die Führungsgröße übersteigenden Gasstromes ansteuerbar ist, und (b) die Stellgliedmittel weiterhin als zweites Stellglied zur Feinregelung des Gasstroms ein dem Gebläse nachgeschaltetes Drosselglied aufweisen.

Nach der Erfindung sind somit zwei Stellglieder zur Regelung des Gasstromes vorgesehen.

Das erste Stellglied ist ein Gebläse, z. B. ein Radialgebläse. Dieses Gebläse erzeugt zunächst einmal den Gasstrom. Dadurch, dass das Gebläse volumenstromregelbar ist und der Volumenstrom nach Maßgabe der Führungsgröße geregelt wird, stellt das Gebläse zugleich ein Stellglied des Regelkreises für den Gasstrom dar. Dieses Stellglied ist jedoch ziemlich träge. Dadurch kann es schnellen Änderungen der Führungsgröße nicht folgen. Es würden Abweichungen des geregelten Gasstromes von der Führungsgröße auftreten. Im Falle der vorstehend erwähnten Brennerregelung würde das zu einer nicht-optimalen Verbrennung führen. Deshalb sieht die Erfindung vor, dass das Gebläse auf einen Volumenstrom geregelt wird, der einem Gasstrom entspricht, der stets etwas größer als die Führungsgröße, also der kommandierte Gasstrom, ist. Dafür ist dem Gebläse ein zweites Stellglied in Form eines Drosselgliedes nachgeschaltet. Ein solches Drosselglied lässt sich schnell verstellen. Durch das Drosselglied wird der von dem Gebläse erzeugte Gasstrom gedrosselt. Zwischen Gebläse und Drosselglied baut sich ein Druck auf. Der reale Gasstrom wird vennindert. Bei einem schnellen von dem Drosselgebläse gebildeten Anstieg der Führungsgröße wird die Drossel geöffnet. Damit wird der Gasstrom erhöht, weil der Druck am Ausgang des Gebläses absinkt.

Der Volumenstrom des Gebläses hat dann Zeit, sich der veränderten Führungsgröße anzupassen. Bei einem schnellen Absinken der Führungsgröße kann der Gasstrom durch das Drosselglied entsprechend schnell gedrosselt werden.

Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung besteht darin, dass der Gasstrom ein Oxidans ist, das zusammen mit einem geregelten Brenngasstrom einem Brenner zugeführt wird.

Bei starken Änderungen der Führungsgröße verhält sich die Regelvorrichtung unsymmetrisch : Wenn die Führungsgröße stark ansteigt, kann das Drosselglied höchstens maximal öffnen.

Dann wird zunächst der erhöhte Gasstrom erzeugt, der sich aus dem kommandierten erhöhten Volumenstrom des Gebläses ergibt. Der Volumenstrom des Gebläses läuft dann entsprechend der erhöhten Führungsgröße hoch. Wenn die Führungsgröße stark absinkt, kann das Drosselglied darauf sofort reagieren, indem es den Durchgangsquerschnitt stark bis fast zur Absperrung drosselt.

Brenngas wird üblicherweise als Druckgas aus einem Tank oder Behälter zugeführt. Auch der Brenngasstrom wird überlicherweise mit einem PID-Regler geregelt. Auch für den Brenngasstrom wird eine Führungsgröße vorgegeben, die sich nach der Leistungsanforderung richtet. Der Regler für den Brenngasstrom ist üblicherweise weniger träge als das Gebläse aber unter Umständen träger als das Drosselglied.

Wenn das Gebläse bei voll geöffnetem Drosselglied einem starken Ansteigen der Leistungsanforderung mit Verzögerung folgt, während der Brenngasstrom sich relativ schnell auf die erhöhte Leistungsanforderung einstellt, dann tritt ein Brenngasüberschuss auf. Die Verbrennung erfolgt nicht optimal, und es entstehen Schadstoffe. Wenn umgekehrt die Leistungsanforderung stark absinkt, dann kann der Oxidans-oder Luft-Strom durch das Drosselglied sehr schnell gedrosselt werden, während diesmal der Regler für den Bremstoffstrom mit Verzögerung folgt. Auch das führt zu einem Brennstoffüberschuss und zur Bildung von Schadstoffen.

Um die durch die Trägheit des Gebläses ggf. auftretenden Nachteile zu vermeiden, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, dass bei Anstieg der Leistungsanforderung an den Brenner eine Führungsgröße für den Brenngasstrom von dem Istwert des Oxidansstromes abgeleitet ist.

In entsprechender Weise kann vorgesehen sein, dass bei Absinken der Leistungsanforderung an den Brenner die Führungsgröße für den Oxidansstrom vom Istwert des Brenngasstroms abgeleitet ist. Die Regelkreise sind dabei miteinander verknüpft. Ein Absinken der Leistungsanforderung wirkt sich nicht unmittelbar als entsprechendes Absinken der Führungsgröße des Oxidans-Stromes aus. Vielmehr sinkt zunächst die Führungsgröße für die Regelung des Brenngasstromes. Diese bewirkt ggf. mit Verzögerung ein Absinken des Istwertes des Brenngasstromes, der auch durch einen geeigneten Sensor gemessen wird.

Dieser Istwert des Brenngasstromes bestimmt dann die Führungsgröße des Oxidans-Stromes.

Der Oxidans-Strom kann über das Drosselglied in dieser Richtung der Führungsgröße schnell folgen. Auf diese Weise wird ein optimales Oxidans-Brenngas-Verhältnis gewährleistet.

Wenn andererseits die Leistungsanforderung stark steigt, wird die Führungsgröße für die Regelung des Oxidans-Stroms entsprechend erhöht. Die Führungsgröße für die Regelung des Brennstoffstromes wird in diesem Fall von dem ggf. durch die Trägheit des Gebläses verzögerter Istwert des Oxidans-Stromes abgeleitet. Auch hier wird sichergestellt, dass sich stets ein optimales Oxidans-Brenngas-Gemisch ergibt. Vorzugsweise ist das Drosselglied eine Drosselklappe. Der Sensor kann ein thermischer Massesensor sein der auf den Gasstrom anspricht.

Ein Ausführungsbespiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Luft-und Brenngas-Regelung für einen Brenner, der mit variabler Leistung zu betreiben ist.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Brenner, Dampferzeuger und Dampfmotor, wobei die Zufuhr vor Luft und Brenngas zu dem Brenner mit einer Regelvorrichtung von Fig. 1 geregelt wird.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Gebläse bezeichnet. Das Gebläse 10 wird von einem Gebläsemotor 12 angetrieben. Der Gebläsemotor 12 ist in seiner Drehzahl regelbar. Zu diesem Zweck ist der Gebläsemotor 12 von einer frequenzvariablen Wechselspannung gespeist. Die Wechselspannung wird vor einem Umsetzer 14 geliefert. Die Frequenz dieser Wechselspannung ist nach Maßstab eines Reglerausgangssignals an einem ersten Ausgang 16 eines Luft-Reglers 18 veränderbar. Entsprechend der Frequenz ändert sich die Drehzahl des Gläsemotors 12 und damit die Drehzahl und Luftstrom des Gebläses 10. Das Gebläse 10 saugt Luft über ein Ausgangsrohr an und fördert einen drehzahlabhängigen Luftstrom in eine Luftzufuhrleitung 20. Stromab von dem Gebläse 10 ist dem Gebläse 10 ein Drosselglied 22 in Form einer Drosselklappe nachgeschaltet. Das Drosselglied 22 ist durch einem zweiten Ausgang 26 des Luft-Reglers 18 ansteuerbar.

Brenngas strömt unter Druck in einer Brenngasleitung 28 aus einem Behälter oder Tank. Ein in der Brenngasleitung sitzender Brenngasregler 30 regelt den Brenngasstrom m (t) GaS. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, münden die Luftzufuhrleitung 20 und die Brenngasleitung 28 in einer Mischkammer 32. In der Mischkammer 32 entsteht ein brennbares Gemisch, das auf einen Brenner 34 geleitet wird. Der Brenner 34 beheizt einen Dampferzeuger 36. Der Dampferzeuger 36 verdampft Wasser aus einem Kondensator 38. Das Wasser wird aus dem Kondensator 38 durch eine Speisepumpe 40 auf den Dampferzeuger 36 geleitet. Der in dem Dampferzeuger 36 erzeugte Dampf wird auf einen Dampfmotor 42 geleitet. Der Dampfmotor 42 gibt mechanische Arbeit ab unter Entspannung des Dampfes. Der entspannende Dampf wird in dem Kondensator kondensiert. Es entsteht so ein geschlossener Kreislauf.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Anwendung der beschriebenen Regelvorrichtungen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt. Über eine Signalleitung 44 wird Leistung für den Brenner 34 angefordert. Diese Leistungsanforderung wird in dem Beispiel vor Fig. 2 durch die Last bestimmt, die vor dem Dampfinotor 42 wirkt. Die Leistungsanforderung ist auf einen Brenngas-Führungsgrößengeber 46 und auf einen Luft- Führungsgrößengeber 48 angeschaltet. Der Brenngas-Führungsgrößengeber 46 liefert eine Führungsgröße w (t) GaS. Der Luft-Führungsgrößengeber 48 liefert eine Führungsgröße w (t) LuR.

Die Führungsgröße w (t) GaS und w (t) ma sind in noch zu beschreibender Weise direkt oder indirekt durch die Leistungsanforderung bestimmt.

Die Brenngas-Führungsgröße w (t) GaS liegt an einem Eingang 50 des Brenngas-Reglers 30.

An einem Eingang 52 des Brenngas-Reglers 30 liegt ein Istwert m (t) GaS des Brenngasstromes. Dieser Istwert m (t) Gas wird von einem Sensor 54 geliefert. Der Brenngas- Regler 30 ist ein handelsüblicher PID-Regler. Der Brenngas-Regler 30 liefert einen Brenngasstrom im wesentlichen entsprechend der Führungsgröße.

Die Luft-Führungsgröße w (t) L"ft liegt an einem Eingang 56 des Luftreglers 18 an. An einem Eingang 58 des Luft-Reglers 18 liegt der Istwert m (t) Luft des Luftstromes. Dieser Istwert m (t) Lutl wird vor einem Sensor 60 geliefert. Der Luft-Regler 18 liefert zwei Reglerausgangssignale an den Ausgängen 16 und 26 zur Ansteuerung des Gebläses 10 bzw. des Stellmotors 24 für das Drosselglied 22.

Der Istwert m (t) GaS ist zusätzlich über eine Leitung 62 auf den Luft-Führungsgrößengeber 48 aufgeschaltet. Der Istwert m (t) L"tt ist zusätzlich über eine Leitung 64 auf der Brenngas- Führungsgrößengeber 46 aufgeschaltet, hierdurch sind die Regelkreise für Luft und Brenngas in noch zu beschreibender Weise miteinander verknüpft. Die beschriebene Regelvorrichtung arbeitet wie folgt : Die Führungsgrößengeber 46 und 48 liefern Führungsgrößen für Brenngas und Luft nach Maßgabe der Leistungsanforderung auf Leitung 44. Die Regler 30 und 18 liefern Reglerausgangssignale und entsprechend Brenngas-bzw. Luftströme nach Maßgabe der Führungsgrößen. Dabei ist das Reglerausgangssignal am Ausgang 16 des Luft-Reglers 18 so gewählt, dass das davon angesteuerte Gebläse 10 ohne das Drosselglied 22 einen etwas höheren Luftstrom erzeugen würde als die Führungsgröße w (t) ü) ft. Der Drosselkörper 22 wird dagegen von dem Reglerausgangssignal am Ausgang 26 des Luft-Reglers 18 so angesteuert, dass der Luftstrom der Führungsgröße möglichst genau folgt. Zwischen Gebläse 10 und Drosselglied 22 baut sich dadurch eine Druckgrenze auf.

Das Gebläse 10 erzeugt den Luftstrom und gestattet es, den Luftstrom in einem sehr großen Bereich zu variieren. Das Gebläse 10 regiert aber infolge der Trägheit seiner rotierenden Teile relativ träge auf schnelle Änderungen der Leistungsgröße w (t) Luft- Das Drosselglied 22 gestattet dagegen eine schnelle Veränderung des Luftstromes. Bei einem schnellen Anstieg der Führungsgröße w (t) L"ll, der eine entsprechende Erhöhung des Luftstromes verlangt, wird die Drehzahl des Gebläses 10 nur mit Verzögerung entsprechend erhöht. Dafür wird aber das Drosselglied 22 schnell geöffnet. Das bedingt einen Abbau der"Druckreserve"zwischen Getriebe 10 und Drosselglied 22. Normalerweise bewirkt die erhöhte Führungsgröße am Ausgang 16 des Reglers 18 eine solche Drehzahl des Gebläses 10, dass das Gebläse 10 in der Lage ist, auch den erhöhten Luftstrom zu liefern, der dem Anstieg der Führungsgröße entspricht. Der Luftstrom wird durch das Drosselglied 22 weniger gedrosselt. Bei einem schnellen Absinken der Führungsgröße w (t) L" » erfolgt sclmell eine stärkere Drosselung des Luftstromes durch das Drosselglied 22. In beiden Fällen hat dann die Drehzahl des Gebläses 10 Zeit, der geänderten Führungsgröße w (t) L"i-t zu folgen. Das Drosselglied 22 geht dann wieder in eine Mittelstellung zurück, in welcher sich wieder eine Druckreserve zwischen Gebläse 10 und Drosselglied 22 aufbaut. Der Brenngasstrom m (t) GaS, folgt der Führungsgröße w (t) GaS. Dadurch wird das optimale Verhältnis von Brenngas und Luft für die verschiedenen Leistungsanforderungen sichergestellt.

Bei schnellen und relativ großen Änderungen der Leistungsanforderung ergibt sich eine Unsymmetrie im Regelverhalten der Kombination von Gebläse 10 und Drosselglied 22 für positive und negative Änderungen der Leistungsanforderung. Bei einer positiven Änderung der Leistungsanforderung wird schnell eine große Erhöhung des Luftstroms m (t) Lutt verlangt.

Das Drosselglied 22 geht dann voll in die Offenstellung. In der Darstellung von Fig. l stellt sich die Drosselklappe waagerecht. Mehr vermag das Drosselglied zur Erhöhung der Luftströmung nicht beizutragen. Die"Druckreserve"ist verbraucht. Das bedeutet, daß die weitere Erhöhung des Luftstromes nun mit der Trägheit des Gebläses 10 erfolgt. Der Brenngas-Regler 30 reagiert hier schneller. Es erfolgt ein der erhöhten Leistungsanforderung entsprechender Anstieg des Brenngasstromes, dem der Luftstrom nur mit Verzögerung folgt.

Vorübergehend tritt daher ein Brenngasüberschuß auf, der zu nicht-optimaler Verbrennung und Schadstoffausstoß z. B. von Kohlenmonoxid führt.

Um das zu vermeiden, ist der Istwert m (t) Lutt aufgeschaltet. Der Brengas- Führungsgrößengeber 46 prüft, ob ein Anstieg der Leistungsanforderung auf Leitung 44 vorliegt. Vorzugsweise prüft der Brenngas-Führungsgrößengeber 46, ob der Anstieg der Leistungsanforderung eine vorgegebene Steilhiet und/oder einen vorgegebenen Betrag übersteigt. Wenn das der Fall ist, wird die Führungsgröße w (t) Gas für den Brenngas-Regler 30 nicht unmittelbar von der Leistungsanforderung abgeleitet, sondern indirekt von dem Istwert m (t) Luft des Luftstroms, der durch den Sensor 60 gemessen wird. Die Luft-Führungsgröße w (t) L"ft wird dagegen unmittelbar von der Leistungsanforderung abgeleitet. Der Istwert 111 (t) L"t kann dem kommandierten Anstieg allerdings nicht trägheitsarm folgen. Die Leistung am Brenner steigt daher nicht sofort in dem angeforderten Maße. Luftstrom und Brenngasstrom steigen aber in einem solchen Maße an, daß stets ein optimales Brenngas-Luft-Verhältnis erhalten wird.

Bei einem starken Absinken der Leistungsanforderung kann ein ähnlicher Effekt eintreten. Bei einem Absinken der Leistungsanforderung kann das Drosselglied 22 sehr schnell, notfalls bis zum vollständigen Absperren des Luftzufuhrkanals 20 reagieren. Andererseits hat der Brenngas-Regler 30 eine nicht zu vernachlässigende Trägheit. Die Regelung des Luftstromes kann daher auf ein starkes Absinken der Leistungsanforderung schneller reagieren als die Regelung des Brenngases. Auch hierdurch kann ein vorübergehender Brenngasüberschuß auftreten.

Um das zu vermeiden, ist über Leitung 62 der Istwert m (t) caS des Brenngasstromes auf den Luft-Führungsgrößengeber 48 aufgeschaltet. Der Luft-Führungsgrößengeber 48 prüft, ob ein Absinken der Leistungsanforderung vorliegt. Vorzugsweise prüft der Luft- Führungsgrößengeber 48, ob die (negative) Änderungsrate der Leistungsanforderung ein vorgegebenes Maß unterschreitet und/oder die Änderung einen vorgegebenen Betrag übersteigt. Wenn das der Fall ist, wird wieder die Führungsgröße w (t) Luft für den Luft-Regler 18 nicht unmittelbar von der Leistungsanforderung abgeleitet, sondern indirekt vom Istwert m (t) GaS des Brenngasstroms, der durch den Sensor 54 gemessen wird. Jetzt wird die Führungsgröße w (t) caS unmittelbar von der Leistungsanforderung abgeleitet. Der Brenngas- Regler 30 kann dem Absinken der Brenngas-Führungsgröße w (t) cas allerdings nicht sofort folgen. Es fließt mehr Brenngas als verlangt wird. Während dieser Übergangszeit fließt aber auch noch mehr Luft als verlangt wird. Die Leistung sinkt nicht sofort entsprechend der geringeren Leistungsanforderung, aber bei optimalen Luft-Brenngas-Verhältnis.