DE3707258C2 - Brennervorrichtung - Google Patents
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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;
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.
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