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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung für flüssigen Brennstoff, umfassend einen Brennerkopf, an dem im Betriebszustand Brennstoff verbrennt, eine wenigstens zeitweise mit dem Brennerkopf verbundene Brennstoffzuleitung zur Zuleitung von Brennstoff aus einem Vorratstank zum Brennerkopf, eine mit der Brennstoffzuleitung verbundene Brennstoffpumpe zur Förderung von Brennstoff aus dem Vorratstank zum Brennerkopf und eine Brennstoffrückleitung zur Rückleitung überschüssigen Brennstoffs zum Vorratstank, die über ein steuerbares Ventil wahlweise mit der Brennstoffzuleitung verbindbar oder von dieser trennbar ist.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Betrieb einer Heizvorrichtung für flüssigen Brennstoff, bei dem Brennstoff mittels einer Brennstoffpumpe über eine Brennstoffzuleitung von einem Vorratstank zu einem Brennerkopf gefördert wird, um dort verbrannt zu werden, und bei dem der Zustand eines Ventils, welches in einer ersten Stellung die Brennstoffzuleitung mit einer überschüssigen Brennstoff zum Vorratstank rückführenden Brennstoffrückleitung verbindet und in einer zweiten Stellung die Brennstoffzuleitung von der Brennstoffrückleitung trennt, verändert wird.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung sowie ein gattungsgemäßes Verfahren sind bekannt aus
DE 33 08 208 A1 . In dieser Druckschrift ist eine Heizvorrichtung offenbart, bei der einem als Druckzerstäubungsbrenner ausgebildeten Brennerkopf flüssiger Brennstoff von einem Vorratstank mittels einer Brennstoffpumpe über eine Brennstoffzuleitung zugeführt wird. Um zu verhindern, dass nach Erlöschen der Brennerflamme durch Nachlauf der Ölpumpe der Brennerkopf mit tropfendem Öl verschmutzt wird, ist ein steuerbares Ventil vorgesehen, mit welchem ein Abzweig der Brennstoffzuleitung, der sich in Förderrichtung hinter der Ölpumpe befindet, mit einem Abzweig der Brennstoffrückleitung, der sich zwischen Ölpumpe und Vorratstank befindet, verbindbar ist. Beim Abschalten des Brenners wird das Ventil, das im unbestromten Normal-Zustand die vorgenannte Verbindung trennt, vor dem Stop der Pumpe geöffnet, so dass der hinter der Pumpe gelegene Abschnitt der Brennstoffzuleitung mit der Brennstoffrückleitung, in welcher ein Unterdruck herrscht, kurzgeschlossen wird. Dies hat zur Folge, dass die am Brennerkopf anstehende Brennstoffsäule beim Abschaltvorgang reduziert wird, so dass sich vor dem Brennerkopf ein Fehlvolumen in der Brennstoffzuleitung ausbildet. Auf diese Weise soll ein Nachtropfen des Brenners verhindert werden.
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Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist es, dass ungünstige Voraussetzungen für einen Neustart des Brenners geschaffen werden. Bei üblichen Brennern ist der Startablauf für eine anstehende Brennstoffsäule optimiert. Ein Fehlvolumen verschlechtert bzw. verzögert die Ausbildung einer stabilen Pilotflamme, was eine Verschlechterung des Folgestarts verursacht. Dieser Nachteil lässt sich auch nicht mit einer einfachen Abwandlung des Startablaufes beheben, da die Größe des Fehlvolumens nicht sicher vorhergesagt werden kann. Zwar lässt sich das durch die Kurzschlussschaltung erzeugte Fehlvolumen ermitteln; in Folge thermisch bedingter Volumenänderung des Brennstoffes ändert sich dieses Fehlvolumen jedoch während der Stillstandzeit. Insbesondere bei hohen Temperaturschwankungen, denen beispielsweise in Kraftfahrzeugen installierte, mobile Heizvorrichtungen ausgesetzt sind, kann es zu erheblichen Änderungen des Fehlvolumens kommen. Diese fehlende Vorhersagbarkeit des Fehlvolumens wird zusätzlich verschärft durch die Gefahr des Ausgasens leichtflüchtiger Brennstoffkomponenten, was zur Bildung von Gasblasen in der Brennstoffzuleitung führt. Dies tritt vor allem während einer Stillstandzeit im Sommer auf. Schließlich ist die bekannte Vorrichtung nicht geeignet, Fehlvolumina zu kompensieren, die dadurch entstehen, dass eine Dämpferkammer, die bei üblichen Dosierpumpen vorgesehen ist, um pumpenbedingte Pulsationen in der Brennstoffzuleitung zu dämpfen, beim Startablauf zunächst vollständig befüllt werden muss, bevor ein stabiler Druck an der Brennstoffzuleitung anliegt. Der anfängliche Füllstand der Druckkammer ist jedoch, insbesondere nach langen Stillstandzeiten nicht vorhersagbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Brenner und ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden und insbesondere definierte Voraussetzungen beim Brennerstart geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Heizvorrichtung dadurch auf, dass das Ventil geeignet ist, in einer ersten Stellung, in der es die Brennstoffzuleitung mit der Brennstoffrückleitung verbindet, zusätzlich die Verbindung der Brennstoffzuleitung zum Brennerkopf zu trennen und in einer zweiten Stellung, in der es die Brennstoffzuleitung von der Brennstoffrückleitung trennt, zusätzlich die Verbindung der Brennstoffzuleitung zum Brennerkopf herzustellen. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Ventil so auszulegen, dass nicht nur die Verbindung zwischen Brennstoffzuleitung und Brennstoffrückleitung sondern gleichzeitig auch die Zufuhr von Brennstoff zum Brennerkopf gesteuert wird. Auf diese Weise kann ein Kurzschlusskreislauf, der vom Vorratstank über die Brennstoffzuleitung und die Brennstoffrückleitung zurück in den Vorratstank führt, gebildet werden, von dem die am Brennerkopf anstehende Brennstoffsäule vollkommen unabhängig ist.
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Hierauf basierend betrifft die Erfindung im Rahmen des Startvorgangs einer erfindungsgemaßen Heizvorrichtung ein Verfahren mit den Schritten:
- – Betätigen der Brennstoffpumpe, wobei sich das Ventil in der ersten Stellung befindet, in der es zusätzlich die Verbindung der Brennstoffzuleitung mit dem Brennerkopf trennt, so dass Brennstoff aus dem Vorratstank über die Brennstoffzuleitung und die Brennstoffrückleitung zurück in den Vorratstank gepumpt wird, und
- – Überführen des Ventils in die zweite Stellung, in der es zusätzlich die Verbindung der Brennstoffzuleitung mit dem Brennerkopf herstellt, so dass Brennstoff aus dem Vorratstank über die Brennstoffzuleitung zu dem Brennerkopf gefördert wird.
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Beim Brennerstart gemäß der Erfindung befindet sich das Ventil anfänglich in seiner ersten Betriebsstellung, in welcher eine Verbindung zwischen Brennstoffzuleitung und Brennstoffrückleitung besteht und gleichzeitig die Brennstoffzufuhr zum Brennerkopf abgeschnitten ist. Bei diesem Ventilzustand wird die Brennstoffpumpe gestartet, so dass Brennstoff über den oben geschilderten Kurzschlusskreislauf aus dem Vorratstank zurück in den Vorratstank gefördert wird. Mit dem Brennstoff werden auch sämtliche evtl. in der Leitung vorhandene Fehlvolumina verschoben und im Vorratstank entlüftet. Die Folge dieses Vorlaufes ist eine vollständig, d. h. definiert gefüllte Brennstoffzuleitung ohne jegliche Fehlvolumina. Auch evtl. Dämpferkammern sind nach Abschluss des Vorlaufes vollständig mit Brennstoff gefüllt. Wird dann in einem nachfolgenden Verfahrensschritt das Ventil in seine zweite Betriebsstellung überführt, in der die Verbindung zwischen Brennstoffzuleitung und Brennstoffrückleitung getrennt und die Brennstoffzufuhr zum Brennerkopf geöffnet wird, steht am Brennerkopf eine wohldefinierte Brennstoffsäule an, so dass für den eigentlichen Brennerstart bekannte Anfangsbedingungen vorliegen, auf die der Startablauf optimiert sein kann.
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Weiterhin betrifft die Erfindung im Rahmen des Abschaltvorgangs einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ein Verfahren mit den Schritten:
- – Betätigen der Brennstoffpumpe (16), wobei sich das Ventil (20) in der zweiten Stellung befindet, in der es zusätzlich die Verbindung der Brennstoffzuleitung (14) mit dem Brennerkopf herstellt, so dass Brennstoff aus dem Vorratstank (12) über die Brennstoffzuleitung (14) zu dem Brennerkopf gefördert wird, und
- – Überführen des Ventils (20) in die erste Stellung, in der es zusätzlich die Verbindung der Brennstoffzuleitung (14) mit dem Brennerkopf trennt.
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Ohne Verwendung eines gesteuerten Abschlussorgans gelangt nach dem Anhalten der Förderpumpe weiterhin Brennstoff in das Heizgerät. Hauptursache hierfür ist die Entspannung des vorgeschalteten Druckschwankungsdämpfers, welche von der Elastizität des Dämpfermaterials und damit von der Betriebstemperatur abhängig ist. Auf der Grundlage der Erfindung kann die weitere Brennstoffzufuhr in das Heizgerät zuverlässig unterbunden werden.
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Günstigerweise ist das Ventil nahe dem Brennerkopf in die Brennstoffzuleitung integriert. Da nämlich erfindungsgemäß die Brennstoffzufuhr zum Brennerkopf während des Kurzschluss-Vorlaufes unterbrochen ist, können in dem Abschnitt der Brennstoffzuleitung zwischen Brennerkopf und Ventil keine Fehlvolumina kompensiert werden. Es ist daher günstig, diesen Abschnitt so kurz wie möglich zu gestalten, um bezüglich der Anfangsbedingungen fur den Startablauf möglichst kleine Volumentoleranzen zu realisieren.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Ventil als sogenanntes 3/2-Wege-Magnetventil ausgebildet, d. h. als ein elektrisch steuerbares Ventil mit drei Anschlüssen und zwei Betriebsstellungen. Derartige Ventile sind handelsüblich und bieten sich daher zur kostengünstigen Realisierung der Erfindung an.
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Da sich das Ventil, wie oben erläutert, beim Neustart der Heizvorrichtung nach einer Stillstandzeit in der ersten Betriebsstellung befinden soll, ist es günstig, das Ventil so auszulegen, dass es sich im unbestromten Zustand in der ersten Stellung befindet und sich im bestromten Zustand in der zweiten Stellung befindet. Hierdurch wird auch sichergestellt, dass während langer Stillstandzeiten die Brennstoffzufuhr zum Brennerkopf ohne Energieverbrauch abgeschnitten ist, so dass eine temperaturbedingte Brennstoffausdehnung nicht zur Verschmutzung des Brennerkopfes führen kann.
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Wie bereits erwähnt, sind zur Vermeidung von Pulsationen in der Brennstoffleitung häufig Druckschwankungsdämpfer vorgesehen. Bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass in Fördeerrichtung vor dem Ventil eine als Druckschwankungsdämpfer wirkende, volumenvariable Kammer in die Brennstoffleitung integriert ist. Die Volumenvariabilität kann beispielsweise durch Schaffung wenigstens einer elastischen Kammerwand realisiert werden.
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Vorteilhafterweise ist der Druckschwankungsdämpfer Teil der als Dosierpumpe ausgestalteten Brennstoffpumpe. Derartige Dosierpumpen sind bekannt und finden auch bei gattungsgemäßen Heizvorrichtungen vielfach Anwendung. Ohne die erfindungsgemäße Weiterbildung führt ihr Einsatz jedoch zu dem oben geschilderten Nachteil der Vergrößerung des unkalkulierbaren Fehlvolumens. Ein Vorteil der Erfindung ist es daher, die bekannten und kostengünstigen Dosierpumpen unter Vermeidung des genannten Nachteiles ohne grundlegende Modifikationen einsetzen zu können.
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Um eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung auch unter unterschiedlichsten Bedingungen in verschiedensten Betriebsumgebungen optimiert einsetzen zu können, ist bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zur Ansteuerung des Ventils ein programmierbares Steuergerät vorgesehen. Durch die Programmierbarkeit des Steuergerätes können verschiedene Parameter des Betriebsverfahrens, insbesondere einer Startroutine, beispielsweise den klimatischen und/oder räumlichen Gegebenheiten angepasst werden.
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Beispielsweise kann die Zeitspanne des Kurzschluss-Vorlaufes angepasst werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es als generell günstig anzusehen ist, wenn das Ventil nach einer Zeitspanne von 1 bis 10 Sekunden, insbesondere nach 4 bis 6 Sekunden ab dem Start des Kurzschluss-Vorlaufs von der ersten Stellung in die zweite Stellung überführt wird.
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Im Hinblick auf den Abschaltvorgang erweist es sich als Vorteilhaft, dass das Ventil nach einer Zeitspanne von I bis 20 Sekunden, bevorzugt von 2 bis 15 Sekunden und weiter bevorzugt von 5 bis 10 Sekunden nach Anhalten der Brennstoffpumpe von der zweiten Stellung in die erste Stellung überführt wird. Hierdurch lässt sich die Zeit für den Ausbrand der Flamme deutlich verkürzen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die spontane Brennstoffunterbrechung eine sofortige Flammenverlöschung mit deutlich geringeren Qualmemissionen herbeiführt. Hierdurch wird die Ausbrandqualität verbessert.
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Zusätzlich zu den beschriebenen und den sich für den Fachmann erschließenden Vorteilen der vorliegenden Erfindung ist zu erwähnen, dass sich die Freisetzung leichtflüchtiger Brennstoffkomponenten verhindern lässt. Das Ventil wirkt als sogenanntes Shed-Ventil. Diese Anforderung besteht vor allem in zunehmendem Maße in den USA.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10. Dargestellt sind ein Brennstofftank 12, der beispielsweise der Benzin- oder Dieseltank eines Kraftfahrzeuges sein kann. Von dem Brennstofftank 12 geht eine Brennstoffzuleitung 14 ab. Über die Brennstoffleitung 14 wird Brennstoff aus dem Tank 12 mittels einer Brennstoffpumpe 16 in Richtung eines nicht dargestellten Brennerkopfes gepumpt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der dem Brennerkopf zugeführte Volumenstrom zusätzlich von einer Zuführung 18 gesteuert. In der Nähe des Brennerkopfes ist ein 3/2-Wegeventil 20 in die Brennstoffzuleitung 14 integriert. In einer Betriebsstellung, die oben als ”zweite Stellung” bezeichnet wurde, ist das Ventil 20 durchgeschaltet, so dass Brennstoff von dem Tank 12 zum Brennerkopf gefördert wird.
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In einer oben als ”erste Stellung” bezeichneten Betriebsstellung des Ventils 12 sind hingegen die Brennstoffzuleitung 14 und die Brennstoffrückleitung 22, die ausgehend von dem Ventil 20 zum Brennstofftank 12 zurückführt, verbunden. Das Ventil 20 ist vorzugsweise als Magnetventil ausgeführt, welches über ein nicht dargestelltes Steuergerät ansteuerbar ist.
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2 zeigt ein Flussdiagramm des bevorzugten Ablaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das verfahren beginnt in Schritt 30, in dem sich das Ventil in der ersten Stellung befindet, d. h. Zuleitung 14 und Rückleitung 22 sind verbunden und die Zufuhr zum Brennerkopf ist gesperrt.
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In diesem Ventilzustand wird in Schritt 32 die Pumpe 16 gestartet, so dass ein Kurzschluss-Vorlauf erfolgt (Schritt 34), während dessen Brennstoff aus dem Tank 12 über die Zuleitung 14, das Ventil 20 und die Rückleitung 22 zurück in den Tank 12 gepumpt wird. Während dieses Kurzschluss-Vorlaufes werden sämtliche Fehlvolumina in den Leitungen 14/22 und der Pumpe 16 beseitigt.
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In einem nächsten Schritt 36, der nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit oder nach Erkennung des Eintritts eines vorbestimmten Ereignisses, beispielsweise Fehlvolumina-freier Fluss in der Ruckleitung 22, einsetzen kann, wird das Ventil in die zweite Stellung umgeschaltet. D. h. die Zuleitung 14 wird von der Rückleitung 22 getrennt und die Zufuhr zum Brennerkopf geöffnet.
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Im Anschluss an, gleichzeitig mit oder kurze Zeit vor Schritt 36 beginnt mit Schritt 38 der eigentliche Startlauf des Brennerkopfes, der zum Ausbilden der gewünschten Brennerflamme führt. Die konkrete Ausgestaltung des Schrittes 38 hängt von den Gegebenheiten des Brennerkopfes ab, der beispielsweise ein Verdampfungsbrenner, ein Zerstäubungsbrenner o. ä. sein kann.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Heizvorrichtung
- 12
- Vorratstank
- 14
- Brennstoffzuleitung
- 16
- Brennstoffpumpe
- 18
- Brennstoffzufuhr
- 20
- 3/2-Wege-Ventil
- 22
- Brennstoffrückleitung
- 30–38
- Verfahrensschritte
