DE3707258C2 - Brennervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Brennervorrichtung, bei der Brenngas über ein Proportionalwegeventil mit Hilfe eines Gebläses zugeführt wird und insbesondere be­ faßt sich die Erfindung mit einem Brenner, der derart weiterentwickelt ist, daß sowohl das Gebläse als auch das Proportionalwegeventil gleichzeitig in Abhängigkeit von einem Wärmeregulierungsvorgang regelbar sind.

Bei einer Brennervorrichtung, wie einem Warmwasserberei­ ter und Raumheizeinrichtungen, wird entzündbares Gas und verdampftes Kerosin über ein Proportionalwegeventil mit Hilfe eines Gebläses zum Zeitpunkt der Zündung zugeführt.

Zu diesem Zeitpunkt bestimmt das Proportionalwegeventil die zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem Wärmeregelvorgang. Andererseits ist ein Wärmesensor vor­ gesehen, um den Flammenzustand zu detektieren, um das Gebläse in Verbindung mit dem Ausgang von dem Wärmesen­ sor zu regeln.

In diesem Fall werden das Proportionalwegeventil und das Gebläse einzeln geregelt, so daß, wenn die zuzuführende Luftmenge geändert wird, das Gebläse über das Ausgangssignal des Wärmesensors in Abhängigkeit von dem Wärmeregelvorgang geregelt wird. Hierdurch ergibt sich ein sehr langsames Ansprechen des Gebläses auf den Wärmeregelvorgang. Bei diesem langsamen Ansprechen wird der Luftstrom im Ver­ gleich zum Brenngas nur kurz zugeführt, so daß eine nor­ male Verbrennung behindert ist und giftige Abgase, wie z. B. Kohlenmonoxid, erzeugt werden.

Die DE 32 45 634 C2 betrifft ein Verfahren zur Re­ gelung des Rest-Sauerstoffgehaltes in den Abgasen von Gebläsefeuerungsanlagen und eine entsprechende Einrich­ tung. Die Einrichtung weist einen Temperaturfühler und einen Sauerstoffsensor auf. Der Temperaturfühler mißt die Tem­ peratur in der Verbrennungsluft und beeinflußt die Stel­ lung eines Stellantriebs, der die dem Brenner zeitlich zugeführte Brennstoffmenge beeinflußt. Der Sauerstoffde­ tektor detektiert den Rest-Sauerstoffgehalt in einem Ab­ gaskanal und bewirkt entsprechend der Restsauerstoff­ menge eine zusätzliche Luftzufuhr durch eine Hilfsluft­ klappe.

Aus der DE 32 15 073 A1 ist eine Regelanordnung für Feuerungsanlagen bei Dampf- oder Heizkesseln bekannt. In dieser Regelanordnung ist eine die Drehzahl eines Ge­ bläse-Antriebsmotors steuernde Stelleinrichtung und ein Gasdichtemeßglied als zweite Regelgröße zur Feineinstel­ lung der Drehzahl des Gebläseantriebsmotors bekannt. Die Druckschrift gibt keinen Hinweis auf einen Wärmesensor wie bei der Erfindung, der die Flammentemperatur in der Brenner­ vorrichtung detektiert und gleichzeitige Brennstoff­ zufuhr und ein Luftgebläse regelt.

Die DE 30 37 036 A1 bezieht sich auf eine Temperatur- Regeleinrichtung für gas- oder ölbeheizte Wasserheizung. Die Regeleinrichtung weist ein auf die Brennstoffzufuhr einwir­ kendes erstes Stellglied und ein auf die Verbrennungs­ luftmenge einwirkendes zweites Stellglied auf. Ein die zu regelnde Temperatur er fassender Wärmefühler wirkt als Istwertgeber, der das eine der beiden Stellglieder be­ einflußt. Im Strömungsweg der Verbrennungsgase ist ein Sauerstoffsensor angeordnet, der das andere Stellglied regelt. Dabei mißt der Wärmefühler nicht wie bei der Er­ findung die Flammentemperatur in der Brennervorrichtung, sondern die Temperatur des erhitzten Wassers am Ausgang des Wassererhitzers.

Die DE 31 16 670 A1 offenbart ein Verfahren und eine Ein­ richtung zur Verbrennungsregelung. Diese Einrichtung weist auf: einen Brenner, ein Gebläse zur Luftzufuhr zum Bren­ ner, Temperaturfühler zum Erfassen einer Laständerung, die im Warmwasserauslaß angeordnet sind, ein Steuerglied für das Gebläse auf der Grundlage eines Signalfühlers, einen Luftdurchsatzfühler, der das Luftvolumen des Ge­ bläses erfaßt, Einheiten zur Brennstoffzuführung zum Brenner und eine Regeleinheit zum Regeln des Brennstoffs auf der Grundlage des vom Luftdurchsatzfühler erzeugten Signals. Eine gleichzeitige Regelung des Luftgebläses und der Brennstoffzuführung nach dem Detektieren der Flammentemperatur des Brenners wie bei der Anmeldung ist in der Druckschrift nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennervor­ richtung bereitzustellen, die eine schnelle Änderung der Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Luftzufuhr gewähr­ leisten kann, wenn sich eine Wärmebestimmungseinrichtung bei irgendeiner Wärmeregelgröße ändert.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge­ löst.

Nach der Erfindung wird eine Gebläsesteuerschaltung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal einer Wärmebestimmungs­ einrichtung geregelt, so daß die von einem Gebläse ge­ lieferte Luftstrommenge schnell nachgeregelt wird.

Andererseits wird eine Proportionalwegeventilsteuerschal­ tung in Abhängigkeit von der vom Gebläse gelieferten Luft­ strommenge geregelt, so daß der Öffnungsgrad des Propor­ tionalwegeventils schnell der Änderung des Luftstroms folgt. Aufgrund der vorstehenden Tatsachen folgt eine Änderung bei der Wärmebestimmungseinrichtung schnell der Luftstrom­ menge von dem Gebläse und dem Öffnungsgrad des Proportional­ wegeventils.

In der Zwischenzeit dient das Ausgangssignal des Wärmesen­ sors dazu, den Öffnungsgrad des Proportionalwegeventils zu kompensieren, so daß ein geeigneter Öffnungsgrad für das normale Luft/Kraftstoffverhältnis selbst dann eingehalten wird, wenn ein Fehlersignal dem Gebläse zugeleitet wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von be­ vorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen und darin zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform nach der Erfin­ dung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Warmwasserbe­ reiters,

Fig. 3 eine elektrische Schaltung der Drehzahlde­ tektierschaltung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammen­ hangs zwischen der Gebläsedrehzahl und dem Ausgangssignal der Drehzahldetektierschaltung,

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen dem Ausgangssignal der Drehzahldetek­ tierschaltung und dem einem Proportionalwege­ ventil zugeführten elektrischen Strom, und

Fig. 6 ein Blockdiagramm der Steuerschaltung gemäß einer zweiten Ausbildungsform nach der Erfin­ dung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 2 wird eine Warmwasserbereitungseinrichtung 1 näher erläutert, die dort schematisch gezeigt ist. Die Heizein­ richtung 1, bei der die Erfindung verwirklicht ist, um­ faßt einen Brennerteil 3, der einen Wärmetauscher 2 hat, eine Versorgungsleitung 4 für das Brenngas und eine elek­ tronische Steuerschaltung 5. Der Brennerteil 3 hat eine Kammer 32, in der sich ein keramischer Brenner 31 befin­ det. Unter der Kammer 32 ist ein Luftzufuhrteil 34 vorge­ sehen, das ein Gebläse 33 enthält. Oberhalb der Kammer 32 ist eine Auslaßöffnung 35 vorgesehen, über die Abgas von dem Brenner 31 austritt. Der Wärmetauscher 2 hat eine Was­ serleitung 22, die eine Reihe von Rippen 21 trägt und wel­ cher ermöglicht, daß Wärme von dem von dem oberen Abschnitt der Leitung 22 abfließenden Wasser mitgenommen wird, um eine Warmwasserversorgung zu ermöglichen.

Die Gaszufuhrleitung 4 hat eine Düse 41, die Brenngas über eine Brenngasleitung 42 ausgibt. Im oberen Abschnitt der Gasversorgungsleitung 42 ist ein Ventil 43 vorgesehen, das zum Öffnen und Schließen erregbar und entregbar ist. Am unteren Abschnitt des Ventils 43 ist ein Reglerventil 44 angeordnet, um den Brenngasstrom zu regulieren. Ein Proportionalwegeventil 45 ist im unteren Abschnitt des Reglerventils 44 angeordnet, das seinen Öffnungsgrad nach Maßgabe des zugeführten elektrischen Stroms ändert.

In einer elektronischen Steuerschaltung 5 ist ein Paar im Abstand angeordneter Elektroden 51 auf der Zerstäuber­ lochplatte 31 angeordnet, um zum Zeitpunkt des Zündens des Gases einen Zündfunken zu liefern. Ein Thermoelement 52 ist als ein Wärmesensor oberhalb der Zerstäuberloch­ platte 31 vorgesehen, um das Luft/Brennstoffverhältnis mit Hilfe der elektronischen Steuerschaltung 5 zu detek­ tieren. Ein Wassertemperatursensor 53 ist an der Wasser­ zufuhrleitung 22 des Wärmetauschers 2 angebracht, so daß eine Regelung durch die elektronische Steuerschaltung 5 erreicht wird. Die Steuerschaltung 5 regelt die Temperatur des von der Zufuhrleitung 22 des Wärmetauschers 2 kommen­ den Wassers, wenn eine Betätigung mit Hilfe eines Knopfes 54 erfolgt, so daß ein Gebläse 33, das Ventil 43 und ein Proportionalwegeventil 45 auf die beschriebene Weise ar­ beiten.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird erläutert, wie das Pro­ portionalwegeventil 45 hinsichtlich seines Öffnungsgrades geregelt wird und wie das Gebläse 33 hinsichtlich der Luftstrommenge geregelt wird. Nach Fig. 1 ist eine Ge­ bläsesteuerschaltung 61 vorgesehen, die als eine Tempera­ turregelschaltung dient, um die Temperatur des Warmwassers einzustellen, das durch die Versorgungsleitung 22 fließt.

Die Drehzahl des Gebläses 33 wird geregelt, indem das Abga­ besignal von dem Wassertemperatursensor 53 mit einer Bezugs­ spannung verglichen wird, die durch die Betätigung des Knopfes 54 eingestellt wird. Eine Drehzahldetektierschaltung 62 ist vorgesehen, um die Luftmenge von dem Gebläse 33 zu detektieren, indem die Drehzahl des Gebläses 33 detektiert wird. Eine Proportionalwegeventilsteuerschaltung 63 ist vor­ gesehen, um die Brenngasmenge durch Einstellen des Öffnungs­ grades des Proportionalwegeventils 45 in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Drehzahldetektierschaltung 62 und des Thermoelements 52 zu regeln.

Die Drehzahldetektierschaltung 62 hat die in Fig. 3 beispielsweise gezeigte Auslegung. Die Drehzahldetek­ tierschaltung 62 enthält einen bürstenlosen Elektromo­ tor (nicht gezeigt) in dem Gebläse 33, wobei ein Perma­ nentmagnet 33b fest mit einer Drehwelle 33a des Gebläses 33 verbunden ist. Zusätzlich zu dem Magneten 33b hat die Drehzahldetektierschaltung 62 eine Hall-Einrichtung 33c, einen Signalgenerator 62a, der Spulen (CO1)-(CO4) enthält, eine Analogschalteinrichtung 62b, einen Dekoder 62c und einen Spannungswandler 62d. Der Wandler 62d ändert seine Spannung (V) im Verhältnis mit der Drehzahl (N) des Ge­ bläses 33 innerhalb des Bereiches einer gewissen Spannung, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die Proportionalwegeven­ tilschaltung 63 bestimmt die Erregergröße (A) im Hinblick auf das Proportionalwegeventil 45 entsprechend der Abgabe­ spannung (V) von der Drehzahldetektierschaltung 62, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Die Ventilschaltung 63 nimmt die Erregergröße für das Ventil 45 auf und hält das Ver­ hältnis des Luftstroms zu dem Brenngas auf einem entspre­ chenden Wert.

Nachstehend wird die Arbeitsweise näher erläutert.

Bei der vorstehend beschriebenen Auslegungsform arbei­ tet die elektronische Steuerschaltung 5 auf die nach­ stehende Weise. Durch Betätigen des Knopfes 54 wird die Bezugsspannung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal von dem Wassertemperatursensor 53 geändert, so daß die Ge­ bläsesteuerschaltung 61 momentan ihre Ausgangsspannung ändert, um die Drehzahl des Gebläses 33 zu bestimmen. Der Drehzahlbereich des Gebläses 33 ändert sich mit der Ausgangsspannung (V) der Drehzahldetektierschaltung 62, so daß die Erregergröße im Hinblick auf das Proportional­ wegeventil 45 entsprechend Fig. 5 bestimmt wird.

Dies bedeutet, daß durch Betätigung des Knopfes 54 so­ wohl die Drehzahl des Gebläses 33 als auch der Öffnungs­ grad des Proportionalwegeventils 45 momentan geändert wer­ den, so daß man Warmwasser mit der gewünschten Tempera­ tur schnell liefern kann. Mit dieser momentanen Änderung des Öffnungsgrades des Ventils 45 und der Drehzahl des Gebläses 33 wird die vom Gebläse 33 gelieferte Luftmenge und die Brenngasmenge in einem entsprechenden Verhältnis zueinander gehalten, um immer ein übliches Luft/Brennstoff­ verhältnis einzuhalten.

Wenn das Luft/Brennstoffverhältnis von dem normalen Wert infolge der Änderung der Komponente des Brenngases oder eines vergrößerten Strömungswiderstandes durch den Luft­ einlaß und -auslaß beispielsweise abweicht, arbeitet die Ventilsteuerschaltung 63 derart, daß der Öffnungsgrad des Ventils 45 kompensiert wird. Somit arbeitet in diesem Fall das Proportionalwegeventil 45 derart, daß der Öffnungs­ grad vermindert wird, indem die Erregergröße für das Ven­ til 45 in entsprechender Weise eingestellt wird, so daß die Abgabespannung (mV) des Thermoelements 52 zu dem normalen Wert zurückgeführt wird.

Nunmehr sei auf Fig. 6 bezug genommen, die eine zweite Ausbildungsform nach der Erfindung zeigt.

Bei dieser Ausbildungsform arbeitet die Gebläsesteuerschal­ tung 61 derart, daß die Drehzahl eines Gebläses 33 in Abhän­ gigkeit von dem Ausgangssignal eines Wärmesensors 52 im Ge­ gensatz zu der ersten Ausbildungsform kompensiert wird, bei der das Proportionalwegeventil 45 derart gesteuert wird, daß ein Öffnungsgrad in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Thermoelements 52 gesteuert wird. In diesem Fall arbeitet die Proportionalwegeventilsteuerschaltung 63 derart, daß der Öffnungsgrad eines Proportionalwegeventils 45 entsprechend dem Ausgangssignal von dem Thermoelement 52 kompensiert wird. Eine Änderung der Drehzahl des Gebläses 33 beeinflußt daher den Öffnungsgrad des Ventils 45 zum Zeitpunkt der Drehzahlkompensation.

Es ist noch zu erwähnen, daß eine Löschschaltung (nicht ge­ zeigt) in der Gebläsesteuerschaltung 61 vorgesehen ist, um das Ausgangssignal von dem Thermoelement 52 eine gewisse Zeitlang, beispielsweise für 10 Sekunden, zu löschen, um ein stabiles Ausgangssignal zu erhalten. Hierdurch werden Stö­ rungen der Luft/Brennstoffregelung zum Zeitpunkt der Zündung des Brenngases vermieden.

Anstelle einer Hall-Einrichtung 33c als eine Einrichtung zum Detektieren der Drehzahl des Gebläses 33 kann ein Drehkodierer, ein Drehmelder mit Wandler, ein Frequenz­ generator oder dergleichen vorgesehen sein.

Ein Drucksensor kann verwendet werden, um den Luftdruck des Gebläses 33 im unteren Abschnitt anstelle der Detek­ tion der Drehzahl des Gebläses 33 zu detektieren, wenn die Luftstrommenge des Gebläses 33 detektiert werden soll. In diesem Fall kann die Erregergröße für das Gebläse 33 detektiert werden.

Im letztgenannten Fall kann eine Verzögerungsschaltung am Eingang oder Ausgang der Proportionalwegeventilsteuer­ schaltung 63 vorgesehen sein, um den Öffnungsgrad des Ventils 45 zu ändern, währenddem das Gebläse 33 seine Drehzahl ausgehend von einer niedrigen Drehzahl zu einer hohen Drehzahl und umgekehrt ändert.

Die Erfindung kann auch in einer Luftheizeinrichtung an­ stelle einer Wasserheizeinrichtung verwendet werden, die vorstehend als Beispiele angeführt sind. Natürlich können auch andere Brennstoffarten, wie z. B. Petroleum, anstelle von Kerosin zur Anwendung kommen.

Claims (4)

1. Brennervorrichtung mit:

• a) einer Zerstäuberlochplatte (31),
• b) einem Proportionalwegeventil (45), durch das Brenn­ gas in die Zerstäuberlochplatte (31) strömt,
• c) einem Gebläse (33), das der Zerstäuberlochplatte (31) Luft zuführt,
• d) einem Wärmesensor (52), der die Temperatur der Flam­ men detektiert,
• e) einer Wärmebestimmungseinrichtung (54), die die Tem­ peratur eines zu erwärmenden Fluids vorgibt,
• f) einer Gebläsesteuerschaltung (61), die das Gebläse (33) in Abhängigkeit von der Vorgabe der Wärmebe­ stimmungseinrichtung (54) steuert;
• g) eine Drehzahldetektierschaltung (62), die die Luft­ menge von dem Gebläse (33) detektiert, und
• h) einer Proportionalwegeventilsteuerschaltung (63), die den Öffnungsgrad des Proportionalwegeventils (45) steuert;

wobei die Drehzahldetektierschaltung (62) die Proportionalwe­ geventilsteuerschaltung (63) steuert, um den Öffnungs­ grad des Proportionalwegeventils (45) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gebläses (33) und der Vorgabe der Wärmebestimmungseinrichtung (54) anzupassen, und das Ausgangssignal des Wärmesensors (52) zur Modifizie­ rung einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannung (V) der Drehzahldetektierschaltung (62) und der Erregung (A) des Proportionalwegeventils (45) herangezogen wird, wo­ bei das Ausgangssignal des Wärmesensors (52) der Propor­ tionalwegeventilsteuerschaltung (63) zugeführt wird, um ein vorbestimmtes Luft-Brennstoffverhältnis (Kurve in Fig. 5) aufrechtzuerhalten.

2. Brennervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmesensor (52) auch die Gebläsesteuer­ schaltung (61) regelt.

3. Brennervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmesensor (52) ein Thermoelement ist.

4. Brennervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (33) hinsichtlich seiner Luftregelung durch Detektieren auf eine Drehzahl gere­ gelt wird.