CH683636A5

CH683636A5 - Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches.

Info

Publication number: CH683636A5
Application number: CH1164/90A
Authority: CH
Inventors: Joachim Berg; Thomas Kupka; Bernd Winkelmann
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1994-04-15
Also published as: BE1004109A6; GB2230332A; GB2261063A; NL9000824A; DE4011690A1; GB2230332B; GB9300749D0; GB9008449D0; GB2261063B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem mit einem Soll-Verbrennungsluftstrom gespeisten Brennraum und erstreckt sich im Zusammenhang mit diesem Verfahren auch auf zu dessen Durchführung geeignete Brenneranordnungen.

Erfahrungsgemäss ist bei einem Kaltstart der Verbrennung eines solchen Gemisches der Luftanteil zunächst zu hoch, und empfindliche Gebläsebrenner reagieren darauf ungünstig, insbesondere wird die Zündfähigkeit des Gemisches bei einem solchen Kaltstart verringert.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, dafür zu sorgen, dass dem Verbrennungsvorgang in der Startphase der Verbrennung ein besonders zündwilliges Gemisch zur Verfügung steht, das bei geringer Flammenhöhe einen starken lonisationsstrom und damit eine hohe Sicherheit beim Start des Brenners gewährleistet, und zwar auch dann, wenn der Brennstoffanteil einer Teilleistung des Brenners entsprechend gedrosselt ist und/oder schwer zündbarer Brennstoff Verwendung findet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass dem Brennraum in der Startphase der Verbrennung ein Verbrennungsiuftstrom zugeführt wird, der geringer ist als der für den anschliessenden Verbrennungsvorgang vorgesehene Soli-Ver-brennungsluftstrom.

Diese in der Startphase der Verbrennung be-wusst und zielführend verringerte Luftzahl erbringt den von der Erfindung angestrebten Effekt, nämlich die Speisung des Brenners mit einem gut zündfähigen Gemisch, auch bei niedrig eingestellter Brennerleistung.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brenneranordnung weist einen im Brennraum angeordneten Brenner, ein den Brennraum mit Verbrennungsluft speisendes, von einem Gebläsemotor angetriebenes Gebläse und einen die Leistung dieses Gebläsemotors in der Startphase der Verbrennung mindernden Schaltkreis auf.

Für eine Reduktion der Luftzahl innerhalb der Startphase mittels eines solchen Schaltkreises stehen im Rahmen der Erfindung verschiedenerlei Möglichkeiten offen.

So kann nach einer sehr einfach gestaltbaren Variante der Schaltkreis des Gebläsemotors einen nur in der Startphase einschaltbaren, mit einer Umgehungsleitung umgehbaren, lelstungsmindernden Vorwiderstand enthalten.

Um die Reduktion der Luftzahl zeitlich auf die Startphase zu beschränken, kann - gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal - ein die Umgehungsleitung nach Ablauf der Startphase mit dem Gebläsemotor verbindender und nur in der Startphase unterbrechender Schaltkontakt vorgesehen sein.

Ein solcher Schaltkontakt kann von einem Zeitglied oder auch von einem temperaturempfindlichen Schaltglied, zum Beispiel einem Thermoelement, gesteuert werden. In beiden Ausführungsformen lässt sich die Dauer der Startphase von Fall zu Fall optimal begrenzen.

Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung aber auch noch die Möglichkeit der Anordnung eines temperaturempfindlichen Vorwiderstandes, zum Beispiel eines sogenannten Heissleiters, im Schaltkreis des Gebläsemotors. Ein solcher Widerstand verringert seine Grösse bei zunehmender Temperatur stetig und passt somit die Leistung des Gebläsemotors stufenlos dem zunehmenden Luftbedarf des Brenners an.

Ein solcher Vorwiderstand kann an einer Stelle angeordnet sein, an der er sich bei Inbetriebnahme des Brenners selbst allmählich erwärmt, sei es unmittelbar oder sei es dadurch, dass er an einem sich erwärmenden Bestandteil, zum Beispiel an der Abgassammeihaube der Brenneranordnung, angeordnet ist und mittelbar von diesem Bestandteil erwärmt wird.

Um dem Verbrennungsvorgang in der Startphase der Verbrennung ein besonders zündwilliges Gemisch zur Verfügung zu stellen, das bei geringer Flammenhöhe einen starken lonisationsstrom in einer entsprechenden Flammenüberwachungseinrichtung und damit eine hohe Sicherheit beim Start des Brenners auch dann gewährleistet, wenn der Brennstoffanteil einer Teilleistung des Brenners entsprechend gedrosselt ist und/oder schwer zündbarer Brennstoff Verwendung findet, ist bei dem erfin-dungsgemässen Verfahren weiters vorgesehen, dass sich die Verminderung des Verbrennungsluftanteiles über eine dem Brennstart vorausgehende Vorspülphase, eine Zündphase und eine vorgegebene Sicherheitszeit erstreckt, wonach der zugeführte Verbrennungsiuftstrom erhöht wird.

Damit wird eine Verringerung der Luftzahl und damit eine Speisung des Brenners in der Startphase mit einem besonders gut zündfähigen Gemisch vor und während der Zündphase sowie während einer sich anschliessenden Sicherheitszeit erreicht. Dies gewährleistet ein sicheres Zünden auch unter sehr schwierigen Bedingungen, wie zum Beispiel bei Verwendung schwer zündbarer Brennstoffe.

Ein weiteres Problem bei Brennern ergibt sich, wenn im Betrieb die Leistung des Brenners stark gedrosselt werden muss.

Nach einem weiteren Merkmal wird daher vorgeschlagen, dass die Verminderung des Verbrennungsluftanteiles auch während des Brennerbetriebes in Abhängigkeit von einem von der Flamme im Brennraum abgeleiteten Signal, vorzugsweise einem lonisationssignal, erfolgt, wobei die Verminderung bei Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des Signals erfolgt.

In diesem Zusammenhang wird bei einer Brenneranordnung, bei der der Brennraum über ein Gasventil und über das Gebläse mit einem Brenn-stoff-Luft-Gemisch versorgbar ist und innerhalb dessen mindestens eine mit Hochspannung beaufschlagbare Überwachungselektrode angeordnet ist, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die mit dem Gasventil, dem Gebläse und mit der/den Überwachungselektrode/n verbunden ist, um bei Unterschreiten eines bestimmten Wertes des von der/den Überwachungselektrode/n erfassten lonisa-tionsstromes die Drehzahl des Gebläses abzusenken.

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Durch diese Massnahmen ergibt sich ein einfacher Aufbau einer Brenneranordnung beziehungsweise deren Steuerung, die eine Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ermöglicht.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 bis 5 erfindungsgemässe Brenneranordnungen und

Fig. 6 und 7 Diagramme der Lüfterspannung und des lonisationssignales für den Kaltstartbetrieb und den Brennerbetrieb.

In den Fig. 1 bis 5 bezeichnet 1 einen Gebläsemotor eines Gebläses, der in einen Schaltkreis 2 eingebunden ist, welcher mit einer Spannung U versorgt und mittels eines Schaltkontaktes 3 bedarfsweise, nämlich zur Versorgung eines in einem Brennraum 6 angeordneten Brenners 4 mit Verbrennungsluft, geschlossen wird. In den Fig. 2 und 4 ist zusätzlich auch der Brenner 4 selbst veranschaulicht, der sich innerhalb des von einer Wandung 5 umschlossenen Brennraumes 6 befindet, der auch einen Wärmetauscher 7, zum Beispiel eines Wasserheizers, enthält. Dieser Brennraum 6 geht über eine Abgassammeihaube 8 in einen Abgasabzug 9 über, der in einen Kamin oder unmittelbar in die Atmosphäre mündet.

Gemäss der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des Schaltkreises 2 des Gebläsemotors 1 enthält dieser Schaltkreis 2 einen nur in der Startphase einschaltbaren und mit einer Umgehungsleitung 10 umgehbaren, die Leistung des Gebläsemotors 1 mindernden Vorwiderstand 11 und einen diese Umgehungsleitung 10 nach Ablauf der Startphase mit dem Gebläsemotor 1 verbindenden und nur in der Startphase unterbrechenden Schaltkontakt 12, der gemäss Fig. 1 von einem Zeitglied 13 mittels eines Stellgliedes 14 gesteuert ist.

In der auf diese Weise zeitabhängig gesteuerten und zeitlich begrenzten Startphase schliesst dieser Schaltkontakt 12 den Schaltkreis 2 über den Vorwiderstand 11, der dafür sorgt, dass die Leitung des Gebläsemotors 1 gedrosselt wird und somit dem Brennraum 6 des Brenners 4 nur ein vergleichsweise geringer Verbrennungsluftanteil zuströmt.

In der dargestellten Stellung des Schaltkontaktes 12, die dem Normalbetrieb des Brenners 4 und dessen warmem Zustand entspricht, wird hingegen der Gebläsemotor 1 über die Umgehungsleitung 10 voll mit Strom versorgt, bringt seine volle Leistung und führt dem Brennraum 6 über das Gebläse den Soll-Verbrennungsluftstrom zu.

Die Ausführungsform des Schaltkreises 2 nach Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 lediglich dadurch, dass der Schaltkontakt 12 von einem temperaturempfindlichen Schaltglied, vorzugsweise einem Thermoelement 15, gesteuert wird, das sich an der Abgassammeihaube 8 des Brennraumes 6 des Brenners 4 befindet, von den Abgasen des Brenners 4 mittelbar erwärmt wird und über eine Steuerleitung 16 mit der Spule 17 des elektromagnetischen Schaltkontaktes 12 verbunden ist.

Infolge der nach Inbetriebnahme des Brenners 4 stetig zunehmenden Erwärmung des Thermoelementes 15 schliesst nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne der Schaltkontakt 12 die Umgehungsleitung 10 und nach dieser thermisch begrenzten Zeitspanne wird der Brenner 4 vom Gebläsemotor 1 voll mit dem optimalen Soll-Verbrennungsluftstrom versorgt.

Gemäss den in der Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen enthält der Schaltkreis 2 einen temperaturempfindlichen Vorwiderstand in Form eines Heissleiters 18, der bei Temperaturzunahme seine Grösse stetig verringert und dadurch zwar zunächst - im kalten Zustand - die Leistung des Gebläsemotors 1 drosselt, später jedoch - mit zunehmender Erwärmung - stetig bis zur vollen Höhe freigibt.

Dieser Heissleiter 18 ist an einer Stelle angeordnet, an der er sich bei Inbetriebnahme des Brenners 4 stetig erwärmt, sei es unmittelbar oder mittelbar.

Fig. 4 stellt eine Ausführungsform dar, der zufolge dieser Heissleiter 18 an der Abgassammeihaube 8 des Brennraumes 6 angeordnet ist und dadurch bei der Inbetriebnahme des Brenners 4 mittelbar von diesem Bestandteil der Brenneranordnung, zum Beispiel eines Wasserheizers, erwärmt wird.

Nach der Fig. 5 ist ein Brenner 4 mit einer keramischen porösen Brennerplatte vorgesehen. Die Versorgung des Brenners 4 erfolgt über ein Gasventil 22, das die Gaszufuhr regelt und über das Gebläse, das die Luftzufuhr zum Brenner 4 steuert.

Weiters sind im Bereich des Brenners 4 mindestens eine Zündelektrode 20 und eine Überwachungselektrode 21 angeordnet, die beide mit Hochspannung beaufschlagbar sind.

Diese Elektroden 20 und 21 sind mit einer Steuerschaltung 23 verbunden, die das Gasventil 22 und das Gebläse 1 steuert.

Die Steuerung 23 arbeitet dabei, wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, beim Kaltstart in der Weise, dass während der Vorspülphase, in der der Brennraum 6 von einem zündfähigen Gemisch befreit wird, die Lüfterspannung und damit die Drehzahl des Gebläses reduziert wird. Dabei bleibt die Drehzahl des Gebläses auch während der vor dem Zünden erfolgenden Öffnung des Gasventiles 22 für eine daran anschliessende Sicherheitszeit, während der der Brenner 4 zünden muss, sowie gegebenenfalls einer weiteren Zeitspanne, erhalten. Danach wird die Drehzahl des Gebläses kontinuierlich oder stufig wieder erhöht.

Zweckmässig erfolgt dabei die Steigerung der Drehzahl des Gebläses ab dem Zeitpunkt, zu dem das lonisationssignal der Überwachungselektrode 21 einen bestimmten Schwellwert ls übersteigt, wie sich dies aus einem Vergleich der beiden Diagramme der Fig. 6 ergibt.

Weiters ist nach dem erfindungsgemässen Verfahren, wie aus der Fig. 7 zu ersehen ist, vorgesehen, dass, sobald aufgrund einer Verminderung der Brennerleistung das lonisationssignal unter einen Schwellwert ls absinkt, die Gebläsespannung und damit die Drehzahl des Gebläses abgesenkt wird, wobei die Gebläsespannung wieder erhöht wird, so5

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bald das lonisationssignal den Schwellwert ls wieder übersteigt. Dabei kann die Gebläsespannung bei Übersteigen des lonisationssignals über den Schwellwert ls sprunghaft auf den Normalwert angehoben werden.

Diese Verfahrensweise ist auf ca. fünf Mal pro Stunde begrenzt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einem mit einem Soll-Verbrennungsluftstrom gespeisten Brennraum (6), dem in der Startphase der Verbrennung ein Verbrennungsiuftstrom zugeführt wird, der geringer ist als der für den anschliessenden Verbrennungsvorgang vorgesehene Soll-Verbrennungsluftstrom.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Startphase eine einem Brennerstart vorausgehende Vor-spülphase, eine Zündphase und eine Sicherheitszeit umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verminderung des Verbrennungsluftstromes auch während des Brennerbetriebes in Abhängigkeit von einem von der Flamme im Brennraum abgeleiteten Signal, vorzugsweise einem lonisationssignal erfolgt, wobei die Verminderung bei Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes des Signals erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Verbrennungsluftstromes nach Beendigung der Verminderungsphase stufig erfolgt.

5. Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem im Brennraum (6) angeordneten Brenner (4) und mit einem den Brennraum (6) mit Verbrennungsluft speisenden, von einem Gebläsemotor (1) angetriebenen Gebläse mit einem die Leistung dieses Gebläsemotors (1) in der Startphase der Verbrennung mindernden Schaltkreis (2), (Fig. 1 bis 4).

6. Brenneranordnung nach Anspruch 5, deren Schaltkreis (2) einen nur in der Startphase einschaltbaren, mit einer Umgehungsleitung (10) umgehbaren, leistungsmindernden Vorwiderstand (11) enthält, (Fig. 1, 2).

7. Brenneranordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen die Umgehungsleitung (10) nach Ablauf der Startphase mit dem Gebläsemotor (1) verbindenden und nur in der Startphase unterbrechenden, von einem Zeitglied (13) gesteuerten Schaltkontakt (12), (Fig. 1).

8. Brenneranordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen die Umgebungsleitung (10) nach Ablauf der Startphase mit dem Gebläsemotor (1) verbindenden und nur in der Startphase unterbrechenden, von einem temperaturempfindlichen Schaltglied, zum Beispiel einem Thermoelement (15), gesteuerten Schaltkontakt (12), (Fig. 2).

9. Brenneranordnung nach Anspruch 5, deren Schaltkreis (2) einen temperaturempfindlichen Vorwiderstand, zum Beispiel einen Heissleiter (18), enthält, der bei zunehmender Temperatur die Grösse seines Widerstandes verringert, (Fig. 3, 4).

10. Brenneranordnung nach Anspruch 9, deren

Vorwiderstand (18) an einer Stelle angeordnet ist, an der er sich bei Inbetriebnahme der Brenneranordnung erwärmt, (Fig. 3, 4).

11. Brenneranordnung nach Anspruch 10, deren Vorwiderstand (18) an einem sich bei Inbetriebnahme erwärmenden Bestandteil der Brenneranordnung, zum Beispiel an einer Abgassammeihaube (8) des Brennraumes (6), angeordnet ist, (Fig. 4).

12. Brenneranordnung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, wobei der Brennraum (6) über ein Gasventil (22) und über das Gebläse mit einem Brennstoff-Luft-Ge-misch versorgbar ist und innerhalb des Brennraumes (6) mindestens eine mit Hochspannung beaufschlagbare Zündelektrode (20) sowie Überwachungselektrode (21) angeordnet ist und wobei eine Steuerung (23) vorgesehen ist, die mit dem Gasventil (22), dem Gebläse und mit der Zündelektrode (20) sowie der Überwachungselektrode (21 ) verbunden ist, um bei Unterschreiten eines bestimmten Wertes des von der Überwachungselektrode (21) erfassten lonisationsstromes die Drehzahl des Gebläses abzusenken.

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