DE102004013971B4

DE102004013971B4 - Brennereinrichtung für ein Gargerät und Gargerät mit solch einer Brennereinrichtung

Info

Publication number: DE102004013971B4
Application number: DE200410013971
Authority: DE
Inventors: Reiner Otminghaus; Stefan Dr. Rusche; Manfred Bucher; Manfred Lichtenstern; Paul G.M. Kuipers
Original assignee: Rational AG
Current assignee: Rational AG
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2024-03-20
Also published as: FR2867841B1; DE102004013971A1; ITMI20050406A1; FR2867841A1

Abstract

Brennereinrichtung (1) mit zumindest einem Brenner, dem unter Zwischenschaltung zumindest eines Gebläses (30) und zumindest eines Absperrglieds (40) ein brennbares Fluid zuführbar ist, welches über zumindest eine Zündelektrode (20) zündbar ist, die über zumindest einen Feuerungsautomaten (10) betreibbar ist, der mit dem Gebläse (30), dem Absperrglied (40), zumindest einem Sensor (20) und einer Steuer- oder Regeleinrichtung (2) in Wirkverbindung (12, 12', 13, 14, 15) steht, wobei die Abgase des Brenners zumindest einer Wärmeübertragungseinrichtung zumindest zum Teil zuführbar sind und der Feuerungsautomat (10) digital arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennereinrichtung (1) für ein Gargerät bereitgestellt ist, die Steuer- oder Regeleinrichtung (2) Bestandteil des Gargeräts ist, und der Feuerungsautomat (10) anlernfähig ist, indem dem Feuerungsautomaten (10) charakteristische Größen des Gargeräts und des brennbaren Fluids anlernbar sind und auf Grundlage der angelernten Informationen sowie gespeicherten oder ebenfalls angelernten Rechenalgorithmen Sollwerte für charakteristische Größen des Gebläses (30), des Absperrglieds (40) sowie des Sensors...

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Gargerät mit zumindest einer solchen Brennereinrichtung.
Eine Brennereinrichtung für ein Gargerät ist beispielsweise aus der EP 1 330 953 A1 bekannt. Dabei kommt ein Feuerungsautomat zur Funktion- und Ablaufsteuerung zumindest eines Brenners zum Einsatz. Dieser Feuerungsautomat ist jedoch auf das Brennersystem abgestimmt, insbesondere da er rein analog arbeitet. Ohne Bauteiländerung, insbesondere ohne Austausch des Feuerungsautomaten durch einen anderen Feuerungsautomaten, ist eine Veränderung von Parametern des bekannten Brennersystems, wie beispielsweise der Vorspülzeit, Nachspülzeit oder Spülzeit mit dem brennbaren Fluid, der Zündzeit, Zündfrequenz oder An zahl der Wiederanläufe der Zündelektrode oder dergleichen, nicht veränderbar, während jedoch gerade diese Parameter einen großen Einfluß auf die Temperatur im Gargerät haben. Eine Überwachung der Flamme des Brenners über den bekannten Feuerungsautomaten ist zudem nur über fixe Schwellenwerte möglich, während eine Ansteuerung des Gebläses oder der Absperreinrichtung nur im Ein/Aus-Betrieb möglich ist, was eine tatsächliche Regelung verhindert. Auch eine tatsächliche Kommunikation zwischen den verschiedenen Bestandteilen des bekannten Brennersystems ist bislang nicht möglich, da Informationen, wenn überhaupt, nur in einer Richtung weitergeleitet werden.
In der EP 0 614 047 A1 ist eine gattungsgemäße Brennereinrichtung beschrieben, wobei auf eine elektronische, digital arbeitende Steuer- und Regeleinrichtung für Gasbrenner von Heizungsanlagen abgestellt ist. Die Steuer- und Regeleinrichtung besteht aus einem Temperaturregler und einem Feuerungsautomaten, der zusätzlich mit einem Mikrocomputer ausgestattet ist. Der Mikrocomputer ist mit einem Signalgenerator, einem Vergleicher, einem Regler und einem Temperaturwächter versehen. Eine Einstellvorrichtung ermöglicht hierbei die Programmierung des Mikrocomputers durch Eingabe von Daten in den Speicher. Die über die Sensoren aufgenommenen Ist-Werte werden mit im Speicher hinterlegten Soll-Werten verglichen. Bei eventueller Abweichung werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet. Für die Regelung und Steuerung des Gasbrenners werden an den dafür vorgesehenen Stellen die entsprechenden Informationen ermittelt.
In der EP 0 209 771 sind ein Verfahren und eine Anordnung zur Feinregulierung des Brennerstoffmengenstromes an brennerbetriebenen Feuerungsanlagen beschrieben. Hierzu werden Messungen des Restsauerstoffs und des Kohlenmonoxidgehalt durchgeführt, die in einer digital arbeitenden Mikroprozessoreinheit ausgewertet werden. Während eines Anfahrvorganges, die auch als Lernphase bezeichnet ist, wird eine Kennlinie erstellt und diese mit einem rechnerisch ermittelten Sicherheitszuschlag versehen. Die Aufgabe der Mikroprozessoreinheit besteht darin, daß ein bidirektionales Bussystem ankommende Daten so weiter verarbeitet, daß eine definierte Führungsgröße als Stellwert für den Mengeneinstromregler entsteht.
Die EP 0 751 350 A2 offenbart ein Verfahren zum Regeln, Steuern und/oder Überwachen einer Feuerungsanlage (1 bis 3 Megawatt), wobei elektronische Signale von Komponenten der Feuerungsanlage innerhalb von beliebig aus den einzelnen Komponenten zusammenstellbaren Systemgruppen im wesentlichen konventionell und zwischen den Systemgruppen über ein Bussystem ausgetauscht werden. Eine Steuer- und Regeleinrichtung, bestehend aus einem Feuerungsautomaten 7, einem Leistungsregler 6 und einem elektronischen Verbund, kann über Schnittstele in bidirektionaler Verbindung mit einem Brennermodul und einem Gasmodul stehen. In einer weiteren Ausführungsform können zum Beispiel ein PC/Modem und ein Bedien-Anzeigemodul an das Bussystem angeschlossen sein. Über die bidirektionalen Verbindungen werden einerseits Informationen, Ist-Werte zur Steuer- und Regelungseinheit und andererseits Steuerbefehle zu den jeweiligen Modulen weitergeleitet.
Schließlich offenbart die DE 91 00 806 U1 ein Regel- und Steuerungssystem für ein vorzugsweise gasbeheiztes Wassererhitzergerät. Um eine verbesserte Bedienbarkeit des Regel- und Steuerungssystems zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß das Regel- und Steuerungssystem eine Eingabe-/Abfragesteuereinheit umfaßt, die mit einer Tastatur, die drei Tasten umfaßt, und mit einer mindestens dreistelligen Anzeigevorrichtung versehen ist. Eine erste Taste dient als Wahltaste für eine Umschaltung von einer Betriebsdatenanzeige in einen Eingabe- bzw. Servicebetrieb während die beiden anderen Tasten zur Einstellung von Betriebsdaten in dem Eingabebetrieb dienen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die gattungsgemäße Brennereinrichtung derart weiterzuentwickeln, daß sie die Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere mit größerer Flexibilität vielfältiger in Gargeräten einsetzbar und gleichzeitig autonom sowie optimal arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Die Unteransprüche 2 bis 5 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennereinrichtung.
Ferner wird mit der Erfindung auch ein Gargerät mit zumindest einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung gemäß dem Patentanspruch 6 geliefert und Patentanspruch 7 betrifft eine bevorzugte Ausführungsform des Gargeräts.
Der Erfindung liegt somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß ein Feuerungsautomat in einer Brennereinrichtung zur Vergrößerung des Einsatzgebietes sowie der Funktionsfähigkeit der Brennereinrichtung digital arbeiten und anlernfähig sein muss. Durch diese Digitalität sowie Anlernfähigkeit ist es nämlich möglich, Parameter der Brennereinrichtung, oder besser der Bestandteile der Brennereinrichtung, sowie auch des Gargeräts, in dem das Brennersystem eingebaut ist, in den Feuerungsautomaten einzugeben, so daß auf der Grundlage dieser Parameter die Möglichkeit einer Ansteuerung oder gar Regelung besagter Bestandteile der Brennereinrichtung oder möglicherweise selbst des Gargeräts eröffnet wird. Eine bidirektionale Kommunikation des Feuerungsautomaten vorzugsweise mit sämtlichen anderen Bestandteilen der Brennereinrichtung sowie des Gargeräts, beispielsweise über eine RS 485-Schnittstelle, ist zu diesem Zwecke erfindungsgemäß bevorzugt. Die Fähigkeit des Feuerungsautomaten, digital zu arbeiten, Parameter anzulernen und eine bidirektionale Kommunikation durchzuführen, ermöglicht des Weiteren eine auswählbare Adressierungen, durch die wiederum jede beliebige Kombination der Bestandteile der Brennereinrichtung, wie beispielsweise der Einsatz einer Brennereinrichtung mit zwei Feuerungsautomaten auf einer Platte oder eines Feuerungsautomaten in Wirkverbindung mit zwei Brennern, realisierbar ist.
Parameter der erfindungsgemäßen Brennereinrichtung, wie Spülzeiten, Nachspülzeiten, Zündzeiten, Zündfrequenzen, Anzahl von Wiederanläufen der Zündelektrode oder dergleichen, sind nicht nur dem Feuerungsautomaten anlernbar, sondern über denselben auch veränderbar, und zwar selbst in Abhängigkeit von charakteristischen Größen der Brennereinrichtung, des zugeführten Gases, der Installationsbedingungen der Brennereinrichtung in dem Gargerät und dergleichen programmierbar. Die Parameter sind zudem regelbar durch Auswertung von erfaßten charakteristischen Größen, wie beispielsweise der Ionisationsstromstärke. Beispielsweise kann über den Feuerungsautomaten in einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung bei einem Abgaswegeverschluß dann das Gargerät abgeschaltet werden, wenn Korrekturmaßnahmen, wie Drehzahlerhöhung des Gebläses, nicht erfolgreich sind. Die Auswertung beispielsweise der Ionisationsstromstärke in einer des Gebläses erfindungsgemäßen Brennereinrichtung ermöglicht aber auch, daß die Verbrennungsgüte einstellbar oder gar selbsttätig optimiert werden kann, ggf. unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie beispielsweise dem Kohlenmonoxid- oder Sauerstoffgehalt des brennbaren Fluids. Eine selbsttätige Optimierung bedeutet aber auch, daß mit der Erfindung erstmals eine universelle Brennereinrichtung geliefert werden kann, bei der die Komponenten austauschbar und vielfältig nutzbar sind, da über den Feuerungsautomaten stets eine Anpaßbarkeit gewährleistet ist. Selbst der Einbau einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung in unterschiedlichen Gargeräten ist somit möglich.
Der Regelung über den Feuerungsautomaten in einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung können unterschiedliche Algorithmen zugrunde gelegt werden. Beispielsweise modulierende Brennerleistungen sind mit einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung möglich, da vorzugsweise eine Regelung des Gebläses auf der Grundlage einer Pulsweitenmodulation insbesondere in Abhängigkeit vom Wärmebedarf im Gargerät durchführbar ist.
Zur Verbesserung von Garergebnissen sowie der Wartung kompletter Gargeräte ist zudem eine Ausgabe unterschiedlicher charakteristischen Größen möglich, wobei eine entsprechende Ausgabe nicht vor Ort zu sein hat, sondern auch an einer zentralen Wartungsstelle stattfinden kann, beispielsweise über eine Internetverbindung des Feuerungsautomaten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer aus einer einzigen Figur bestehenden schematischen Zeichnung erläutert ist.
Gemäß der Figur umfaßt eine erfindungsgemäße Brennereinrichtung 1 in Wirkverbindung mit einer Gargeräteregeleinrichtung 2, beispielsweise in Form einer CPU, einen Feuerungsautomaten 10, der einen Zündtrafo 11 umfaßt und über Leitungen 12, 12' mit einer Zünd- und Überwachungselektrode 20 in Wirkverbindung steht. Der Feuerungsautomat 10 ist über eine Leitung 13 mit einem Gebläse 30 und über eine Leitung 14 mit einer Armatur 40 verbunden. Über die Armatur 40 kann beispielsweise die Zuführung eines Brenngases, von über das Gebläse 30 angesaugter Luft und/oder eines Luft/Brenngas-Gemisches, das teil- oder vollvorgemischt sein kann, zu der Zünd- und Überwachungselektrode 20 regelbar sein. Eine weitere Armatur kommt zudem für die Regelung der Zufuhr von Abgas der Brennereinrichtung 1, also dem Verbrennungsgas, zu einer nicht gezeigten Wärmetauschereinrichtung eines nicht gezeigten Gargerätes zum Einsatz. Eine Leitung 15 ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Feuerungsautomaten 10 und der Gargeräteregeleinrichtung 2.
Die soeben beschriebene Brennereinrichtung 1 kann, eingebaut in dem Gargerät unter Zwischenschaltung der über Abgase der Brennereinrichtung aufheizbaren Wärmetauschereinrichtung, wie folgt arbeiten:
Vor Aufheizung des Garraumes des Gargerätes, sei es mit Heißluft und/oder Dampf, findet eine Abstimmung der verschiedenen Komponenten der Brennereinrichtung 1, vorzugsweise seitens des Herstellers des Gargerätes, statt, indem über eine nicht dargestellte Eingabeeinrichtung dem Feuerungsautomaten 10 charakteristische Größen insbesondere des Gargerätes, beispielsweise in Form der Dimensionierung des Garraums und von Installationsbedingungen des Brennersystems 1, sowie des brennbaren Fluides, insbesondere in Form der verwendeten Gasart und deren über das Gebläse 30 und die Armatur 40 einstellbaren Mischung mit Luft, angelernt.
Auf der Grundlage dieser angelernten Informationen sowie gespeicherten oder ebenfalls anlernbaren Rechenalgorithmen werden im Feuerungsautomaten 10 erste Soll-Werte für charak teristische Größen des Gebläses 30, der Armatur 40 sowie der Zünd- und Überwachungselektrode 20 berechnet.
Im Anschluß kann ein Garvorgang gestartet werden, wobei während des Garvorgangs in Abhängigkeit von dem im Garraum benötigten Wärmebedarf eine Regelung der verschiedenen Bestandteile der erfindungsgemäßen Brennereinrichtung 1 über den Feuerungsautomat 10 stattfindet. Hierfür sind die bidirektionale Kommunikation über die Leitung 15 zwischen dem Feuerungsautomaten 10 und der Gargeräteregeleinrichtung 2 sowie die Ausgabewerte der Zünd- und Überwachungselektrode 20 über die Leitung 12' essentiell. Über die Gargeräteregeleinrichtung 2 erhält der Feuerungsautomat 10 nämlich Angaben zum Wärmebedarf, während über die Zünd- und Überwachungselektrode 20 Informationen zur Ionisationsstromstärke zu dem Feuerungsautomaten 10 gelangen. Diese Informationen werden im Feuerungsautomaten 10 ausgewertet, insbesondere durch einen Vergleich mit hinterlegten und/oder berechneten Soll-Werten, um dann, bei Bedarf, das Gebläse 30, die Armatur 40 und/oder den Zündtrafo 11 anzusteuern oder nachzuregeln. Dabei kann das Gebläse 30 beispielsweise über pulsweiten modulierte Signale vom Feuerungsautomaten 10 in Abhängigkeit vom Wärmebedarf im Garraum moduliert werden. Spülzeiten und Nachspülzeiten der Brennereinrichtung 1 lassen sich über die Armatur 40 sowie das Gebläse 30 und Zündzeiten, Zündfrequenzen und Anzahl von Wiederanläufe zur Zündung lassen sich über den Zündtrafo 11 einstellen.
Die komplette Regelung des Feuerungsautomaten 10 in einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung 1, insbesondere in Form der einstellbaren charakteristischen Größen, ist über eine nicht dargestellte und mit dem Feuerungsautomaten 10 in Wirkverbindung stehende Ausgabeeinrichtung überprüfbar. Die Ausgabeeinrichtung kann dabei über das Internet auch getrennt vom Aufstellungsort des Gargerätes in einer Wartungsstation angeordnet sein, um eine Ferndiagnose und -wartung zu ermöglichen. Über die Fernwartung und Ferndiagnose ist auch eine Umlernung oder Umprogrammierung des Feuerungsautomaten 10 möglich.
Die in der voranstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1: Brennereinrichtung
2: Gargeräteregeleinrichtung
10: Feuerungsautomat
11: Zündtrafo
12: Leitung
12': Leitung
13: Leitung
14: Leitung
15: Leitung
20: Zünd- und Überwachungselektrode
30: Gebläse
40: Armatur

Claims

Brennereinrichtung (1) mit zumindest einem Brenner, dem unter Zwischenschaltung zumindest eines Gebläses (30) und zumindest eines Absperrglieds (40) ein brennbares Fluid zuführbar ist, welches über zumindest eine Zündelektrode (20) zündbar ist, die über zumindest einen Feuerungsautomaten (10) betreibbar ist, der mit dem Gebläse (30), dem Absperrglied (40), zumindest einem Sensor (20) und einer Steuer- oder Regeleinrichtung (2) in Wirkverbindung (12, 12', 13, 14, 15) steht, wobei die Abgase des Brenners zumindest einer Wärmeübertragungseinrichtung zumindest zum Teil zuführbar sind und der Feuerungsautomat (10) digital arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennereinrichtung (1) für ein Gargerät bereitgestellt ist, die Steuer- oder Regeleinrichtung (2) Bestandteil des Gargeräts ist, und der Feuerungsautomat (10) anlernfähig ist, indem dem Feuerungsautomaten (10) charakteristische Größen des Gargeräts und des brennbaren Fluids anlernbar sind und auf Grundlage der angelernten Informationen sowie gespeicherten oder ebenfalls angelernten Rechenalgorithmen Sollwerte für charakteristische Größen des Gebläses (30), des Absperrglieds (40) sowie des Sensors (20) berechnet werden, wobei zumindest ein erster Parameter der Brennereinrichtung (1) und/oder des Gargeräts über den Feuerungsautomaten (10) durch Vergleich mit den hinterlegten und/oder berechneten Soll-Werten veränderbar und zumindest ein zweiter Parameter der Brennereinrichtung (1) und/oder des Gargeräts in den Feuerungsautomaten (10) eingebbar ist, so daß auf der Grundlage des zweiten Parameters die Möglichkeit einer Ansteuerung oder gar Regelung der Brennereinrichtung (1) und/oder des Gargeräts eröffnet ist.
Brennereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eine Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtung in Wirkverbindung mit zumindest dem Feuerungsautomaten (10), insbesondere über die Steuer- oder Regeleinrichtung (2) des Gargerätes, ein Modem und/oder das Internet, wobei vorzugsweise über die Eingabeeinrichtung der zweite Parameter eingebbar und/oder über die Ausgabeeinrichtung zumindest ein dritter Parameter der Brennereinrichtung (1) und/oder des Gargeräts aus dem Feuerungsautomaten (10) auslesbar ist bzw. sind.
Brennereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Wirkverbindung (12, 12', 13, 14, 15), vorzugsweise sämtliche Wirkverbindungen, für eine bidirektionale Kommunikation und/oder eine festlegbare Adressierung, insbesondere unter Einsatz zumindest einer Bus-Schnittstelle, ausgestattet ist bzw. sind.
Brennereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine charakteristische Größe des Gebläses (30), wie die Drehzahl, die Entnahmeleistung, die Einschaltzeit oder die Taktung des Gebläses, zumindest eine charakteristische Größe des Absperrgliedes (40), wie die Vorspülzeit, Spülzeit oder Nachspülzeit des Brenners, der Öffnungszustand des Absperrglieds oder das Mischungsverhältnis bei einem Luft/Brenngas-Gemisch als brennbares Fluid, zumindest eine charakteristische Größe der Zündelektrode (20), wie die Zündzeit, die Zündfrequenz oder die Anzahl an Wiederanläufe zur Zündung bei fehlgeschlagener Zündung, zumindest eine charakteristische Größe des brennbaren Fluids, wie die Zündfähigkeit, die Gasart, die Menge an Kohlenmonoxid, die Menge an Sauerstoff oder der Ionisationsstrom, zumindest eine charakteristische Größe des Brenners, wie die Brennergüte oder Brennerleistung, und/oder zumindest eine charakteristische Größe des Gargerätes, wie der Wärmebedarf, der Anfang einer Garphase oder die Dauer einer Garphase, als erster, zweiter und/oder dritter Parameter auswählbar ist bzw. sind, wobei insbesondere der erste Parameter, vorzugsweise in Abhängigkeit von Ausgabedaten des Sensors (20), regelbar ist.
Brennereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer Regelung ein Algorithmus zu Grunde legbar ist, wie eine Pulsweitenmodulation, deren charakteristische(n) Größen(n) vorzugsweise einen ersten, zweiten, und/oder dritten Parameter darstellt bzw. darstellen.
Gargerät mit zumindest einer Brennereinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche in Wirkverbindung mit zumindest einer Wärmeübertragungseinrichtung, nämlich in Form zumindest eines Wärmetauschers zur Erzeugung von Heißluft und/oder Dampf, zur Durchführung eines Garprozesses.
Gargerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei Brenner in Wirkverbindung mit einem Feuerungsautomaten.