DE102006014633B4 - heating burners - Google Patents
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Abstract
Heizbrenner für ein Heizsystem mit einer Steuereinrichtung (10), mit mindestens einem Primärsensor zur Erfassung einer Heizleistung des Heizbrenners und mit Aktuatoren, die eine Zündeinrichtung (50) zum Zünden von Brennstoff, eine Luftfördereinrichtung zum Fördern von Verbrennungsluft und eine Brennstofffördereinrichtung (20) zum Fördern von Brennstoff zur Zündeinrichtung (50) umfassen, wobei die Fördermenge der Brennstofffördereinrichtung (20) und/oder Luftfördereinrichtung im Wesentlichen frei einstellbar ist und die Steuereinrichtung (10) die Aktuatoren derart einstellt, dass der Brennstoff in Zündintervallen (tZ) entzündet wird und für ein einstellbares Brennintervall (tB) brennt, wobei die Heizleistung durch die Steuereinrichtung (10) über die Länge des Brennintervalls (tB) im jeweiligen Zündintervall (tZ) regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff ein flüssiger Brennstoff ist und die Zündeinrichtung (50) eine Vorheizung (40) umfasst, die den Brennstoff auf Zündtemperatur aufheizt, wobei die Steuereinrichtung (10) die Aktuatoren derart einstellt, dass der Brennstoff in konstanten voreingestellten Zündintervallen (tZ)...A heating burner for a heating system with a control device (10), with at least one primary sensor for detecting heating power of the heating burner and with actuators having an igniter (50) for igniting fuel, an air conveyor for conveying combustion air and a fuel conveyor (20) for conveying from fuel to the ignition device (50), wherein the delivery rate of the fuel delivery device (20) and / or air conveying device is substantially freely adjustable and the control device (10) adjusts the actuators such that the fuel is ignited in ignition intervals (tZ) and for a adjustable combustion interval (tB) burns, wherein the heating power by the control device (10) over the length of the combustion interval (tB) in the respective ignition interval (tZ) is controllable, characterized in that the fuel is a liquid fuel and the ignition device (50) a Preheating (40) comprising the Bre fuel heats up to ignition temperature, wherein the control device (10) adjusts the actuators such that the fuel in constant preset ignition intervals (tZ) ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizbrenner für ein Heizsystem.The present invention relates to a heating burner for a heating system.
Heizbrenner werden für eine Vielzahl von Anwendungen herangezogen. Sie dienen zur Beheizung von Gebäuden, Flächen und Flüssigkeiten, sei es für den alltäglichen Gebrauch oder beispielsweise für ein Schwimmbad. Auch wenn die Anforderungen, die in den einzelnen Anwendungsgebieten entstehen, sich teilweise stark unterscheiden, so ist eine Anforderung an den Brenner allen Anwendungsszenarien gemein. Es gilt, zu jedem Zeitpunkt in dem zu beheizenden System eine gewisse geforderte Temperatur einzustellen, wobei die Temperatur über die Zeit stark variieren kann, die Reaktionszeit des Heizbrenners jedoch kurz sein sollte. Erschwerend kommt hinzu, dass das System häufig träge auf das Beheizen des Brenners reagiert.Heating burners are used for a variety of applications. They are used to heat buildings, surfaces and liquids, whether for everyday use or, for example, for a swimming pool. Even though the requirements that arise in the individual application areas sometimes differ greatly, a requirement for the burner is common to all application scenarios. It is necessary to set a certain required temperature at any time in the system to be heated, wherein the temperature can vary greatly over time, but the reaction time of the heating burner should be short. To make matters worse, the system often reacts lazily to the heating of the burner.
Um dieser Anforderung zu begegnen, verfügen die meisten Heizbrenner über einen Eingang, der die gewünschte Solltemperatur festlegt, sowie über mindestens einen Sensor, der Isttemperatur im Systems bestimmt. Interne Regelverfahren versuchen den Heizbrenner bzw. dessen Verbrennungsflamme so zu steuern, dass die Isttemperatur möglichst genau der Solltemperatur entspricht. Bei dieser Regelung gilt es, wie gesagt, zu beachten, dass die Reaktionszeit des gesamten Heizsystems relativ träge ist, die Sollwertanforderungen ständig variieren und ein effizientes und wartungsfreies Heizen gefordert wird. Ein hoher Wirkungsgrad des Heizbrenners sowie ein abgasarmes und russfreies Verbrennen des jeweilig verwendeten Brennstoffes wird bei den handelsüblichen Heizbrennern vorausgesetzt.To meet this requirement, most of the heating burners have an input that determines the desired setpoint temperature and at least one sensor that determines the actual temperature in the system. Internal control methods try to control the heating burner or its combustion flame so that the actual temperature corresponds as closely as possible to the setpoint temperature. As already mentioned, it should be noted in this regulation that the reaction time of the entire heating system is relatively sluggish, the setpoint requirements constantly vary and an efficient and maintenance-free heating is required. A high efficiency of the heating burner and a low-emission and soot-free burning of the fuel used in each case is required in the commercial heating burners.
Im Wesentlichen unterscheidet man bei der Regelung der Heizbrenner zwischen zwei Verfahren, die entweder einzeln oder in Kombination verwendet werden:
- – das intermittierende Verfahren
- – das modulierende Verfahren
- - the intermittent procedure
- - the modulating procedure
Bei der intermittierenden Regelung wird ein Bereich um die gewünschte Sollwerttemperatur festgelegt. Bei der Verbrennung kennt der Heizbrenner lediglich zwei Status. In einem brennenden Status wird ungeregelt Brennstoff verbrannt und Wärmeenergie produziert. In einem abgeschalteten Status wird kein Brennstoff verbrannt, zusätzliche Wärmeenergie wird nicht an das Heizsystem weitergegeben. Unterschreitet der Istwert die untere Intervallgrenze des Sollwerts, wird der Heizbrenner gezündet und brennt so lange, bis der Istwert die Obergrenze des Intervalls überschreitet. Danach wird der Brenner wieder abgeschaltet und verharrt in diesem Zustand, bis der Istwert festlegt, dass ein erneutes Zünden notwendig ist. Eine Istwert-Temperaturkurve, wie sie üblicherweise bei einem Heizbrenner mit einem intermittierenden Verfahren entsteht kann der
Das modulierende Verfahren regelt die Heizleistung analog zu dem Istwert der Temperatur im System. Beispielsweise kann die Brennstoffzufuhr im Rahmen eines Regelbereichs reguliert werden. Eine modulierende Heizungsanlage wird in der Einleitung der
Auch ist es bei diesem Verfahren schwierig, die Regelgrößen (zum Beispiel Luftzufuhr und Brennstoffzufuhr) so zu regeln, dass es über dem gesamten Regelbereich zu einer effizienten, schadstoffarmen Verbrennung kommt.Also, it is difficult in this method, the control variables (for example, air supply and fuel supply) to regulate so that over the entire control range comes to an efficient, low-emission combustion.
Die
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizbrenner bereitzustellen, der auf effiziente und schadstoffarme Weise eine gewünschte Brennleistung bereitstellt.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a heating burner, which provides a desired burning performance in an efficient and low-emission manner.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Heizbrenner gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 löst.The object is achieved by a heating burner according to the features of
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Heizbrenner für ein Heizsystem mit einer Steuereinrichtung, mit mindestens einem Primärsensor zur Erfassung einer Heizleistung des Heizbrenners und mit Aktuatoren gelöst, die eine Zündeinrichtung zum Zünden von Brennstoff, eine Luftförderungseinrichtung zum Fördern von Verbrennungsluft und eine Brennstofffördereinrichtung zum Fördern von Brennstoff zur Zündeinrichtung umfassen, wobei die Fördermenge der Brennstofffördereinrichtung im Wesentlichen frei einstellbar ist und die Steuereinrichtung die Aktuatoren derart einstellt, dass der Brennstoff in periodisch wiederkehrenden Zündintervallen entzündet wird und für ein einstellbares Brennintervall brennt, wobei die Heizleistung durch die Steuereinrichtung über die Länge des Brennintervalls im jeweiligen Zündintervall regelbar ist.According to the invention the object is achieved by a heating burner for a heating system with a control device, with at least one primary sensor for detecting a heating power of the heating burner and with actuators having an ignition device for igniting fuel, an air conveying device for conveying combustion air and a Fuel delivery device for conveying fuel to the ignition device, wherein the delivery rate of the fuel delivery device is substantially freely adjustable and the control device adjusts the actuators such that the fuel is ignited in periodically recurring ignition intervals and burns for an adjustable combustion interval, wherein the heating power through the control over the length of the firing interval can be regulated in the respective firing interval.
Eine zentrale Idee der Erfindung besteht also darin, dass die Steuereinrichtung den Brennstoff in regelmäßigen Abständen entzündet und bei vordefinierter Leistung eine Brennflamme betreibt. Die Heizleistung, die der Heizbrenner produziert wird lediglich durch die jeweilige Brenndauer also dem einstellbaren Brennintervall reguliert. Im Wesentlichen muss die Steuereinrichtung nur drei Phasen innerhalb eines Brennintervalls unterscheiden, eine Initialisierungsphase, in der die Brennleistung bis auf einen vordefinierten Wert hochgefahren wird, eine konstante Brennphase, in der die Brennleistung auf einem konstanten Wert gehalten wird, und eine Stoppphase, in der die Brennleistung wieder auf fast Null zurückgefahren wird.A central idea of the invention is thus that the control device ignites the fuel at regular intervals and operates a combustion flame at a predefined power. The heating power produced by the heating burner is only regulated by the respective burning time, ie the adjustable burning interval. In essence, the controller need only distinguish three phases within a firing interval, an initialization phase in which the firing power is ramped up to a predefined value, a constant firing phase in which the firing power is maintained at a constant value, and a stop phase in which the firing Burning power is reduced back to almost zero.
Die Steuereinrichtung kann also so ausgebildet sein, dass sie für diese drei Phasen die Aktuatoren so optimal betreibt, dass ein effizientes Verbrennen des Brennstoffs gewährleistet wird. Bei der Steuereinrichtung der Aktuatoren ist besonders die Regelung des Brennstoff-Luftverhältnisses entscheiden, daher ist erfindungsgemäß zumindest die Fördermenge der Brennstofffördereinrichtung frei einstellbar. Durch das genaue Regeln der Heizleistung kommt es zu geringeren Wärmeverlusten im gesamten Heizsystem, insbesondere in den Leitungen.The control device can thus be designed so that it optimally operates the actuators for these three phases in such a way that an efficient combustion of the fuel is ensured. In the control device of the actuators is particularly the regulation of the fuel-air ratio decide, therefore, according to the invention, at least the flow rate of the fuel conveyor freely adjustable. By precisely controlling the heating power, there is less heat loss in the entire heating system, especially in the pipes.
Vorzugsweise sind die Zündintervalle kleiner gleich 60 Sekunden. Eine schnelle Reaktion des Heizbrenners wird so gewährleistet und die Istleistung des Heizbrenners passt sich optimal an die Sollleistung an. Ein Über- und Unterschwingen der Heizleistung kann vermieden werden.Preferably, the ignition intervals are less than or equal to 60 seconds. A fast response of the heating burner is thus ensured and the actual output of the heating burner adapts optimally to the setpoint output. An overshoot and undershoot the heating power can be avoided.
Erfindungsgemäß ist der Brennstoff ein flüssiger Brennstoff, insbesondere Rapsöl oder andere natürliche Öle.According to the invention, the fuel is a liquid fuel, in particular rapeseed oil or other natural oils.
Es ist vorteilhaft, wenn die Aktuatoren einen Motor umfassen, der einen Kegelstumpf so in Rotationsbewegungen um dessen Längsachse versetzt, dass über eine Eintrittsöffnung in den Kegelstumpf eingebrachter Brennstoff aufgrund der Zentrifugalkraft an einer Austrittsöffnung austritt und zerstäubt wird. Der Kegelstumpf ist also eine zylindrisch geformte Röhre durch die an der Eintrittsöffnung, dort wo die Röhre den geringeren Durchmesser hat, Brennstoff eingebracht wird, der auf Grund der Rotation in Richtung der Austrittsöffnung getrieben wird. Wird der Kegelstumpf schnell genug angetrieben so wird der an der Austrittsöffnung austretende Brennstoff aufgrund der wirkenden Zentrifugalkräfte zerstäubt. Bei langkettigen flüssigen Brennstoffen kommt es zu einem Cracken der Molekülketten.It is advantageous for the actuators to comprise a motor which sets a truncated cone in rotational movements about its longitudinal axis such that fuel introduced into the truncated cone via an inlet opening escapes at an outlet opening due to the centrifugal force and is atomized. The truncated cone is thus a cylindrically shaped tube through which at the inlet, where the tube has the smaller diameter, fuel is introduced, which is driven due to the rotation in the direction of the outlet opening. If the truncated cone is driven fast enough, the fuel emerging at the outlet opening will be atomized due to the centrifugal forces acting on it. Long-chain liquid fuels crack the molecular chains.
Vorzugsweise umfasst die Zündeinrichtung eine Wärmerückführung, die aus wärmeleitfähigem Material gefertigt ist und bei einer Verbrennung des Brennstoffs auftretende Wärme an nachströmenden Brennstoff abgibt. Die Wärmerückführung kann beispielsweise ein Stab, ein Rohr mit innen liegendem, motorisch betriebenem Flügelrad oder eine andere Konstruktion sein, die dazu geeignet ist, einen Teil der bei der Verbrennung des Brennstoffs auftretenden Wärme abzuleiten. Dieses Ableiten erfolgt in Richtung einer Brennstoffzuführleitung. Somit kann der nachströmende Brennstoff bis knapp unterhalb der Zündtemperatur erwärmt werden.Preferably, the ignition device comprises a heat return, which is made of thermally conductive material and emits heat occurring in a combustion of the fuel to nachströmenden fuel. The heat recovery may be, for example, a rod, an internally-powered, motor-driven impeller, or other construction suitable for dissipating some of the heat generated during the combustion of the fuel. This derivation takes place in the direction of a fuel supply line. Thus, the inflowing fuel can be heated to just below the ignition temperature.
Es ist es auch denkbar den nachströmenden Brennstoff bis auf eine Temperatur oberhalb der jeweiligen Zündtemperatur vorzuheizen, so dass es bei der Zuführung von Luft unmittelbar zum Entzünden des Brennstoffs kommt.It is also conceivable to preheat the inflowing fuel to a temperature above the respective ignition temperature, so that it comes directly to the ignition of the fuel in the supply of air.
Vorzugsweise wird diese Wärmerückführung mindestens abschnittsweise im Inneren des oben beschriebenen Hohlzylinders die Austrittsöffnung überragend angeordnet. Somit wird die an der Austrittsöffnung des Kegelstumpfs entstehende Wärme in Richtung der Eintrittsöffnung des Kegelstumpfs abtransportiert. Da im Inneren des Kegelstumpfs Sauerstoffmangel vorliegt, kann der Brennstoff bis auf Temperaturen oberhalb des Zündpunktes vorgeheizt werden. Erst beim Austritt aus dem Kegelstumpf durch die Austrittsöffnung kommt es zur Entzündung.Preferably, this heat recovery is at least partially arranged in the interior of the above-described hollow cylinder, the outlet opening towering. Thus, the heat generated at the outlet opening of the truncated cone is transported away in the direction of the inlet opening of the truncated cone. Since there is a lack of oxygen inside the truncated cone, the fuel can be preheated to temperatures above the ignition point. Only at the exit from the truncated cone through the outlet opening it comes to the inflammation.
Insbesondere zum Entzünden des Brennstoffs im Initialisierungsintervall bzw. der Initialisierungsphase, umfasst die Zündeinrichtung erfindungsgemäß eine Vorheizung, die den Brennstoff auf Zündtemperatur aufheizt. Da außerhalb des Brennintervalls nicht genügend Brennleistung vorliegt, um den nachströmenden Brennstoff in dem Initialisierungsintervall ausreichend vorzuheizen, ist eine externe Vorheizung vorzusehen. Die Vorheizung kann ohmsch oder induktiv erfolgen. Entscheidend ist, dass die Vorheizung von der Steuereinrichtung steuerbar ist und gemäß den Phasen geregelt wird.In particular, for igniting the fuel in the initialization interval or the initialization phase, the ignition device according to the invention comprises a preheating, which heats the fuel to ignition temperature. Since there is not enough burning power outside the firing interval to sufficiently preheat the inflowing fuel in the initialization interval, external preheating should be provided. Preheating can be ohmic or inductive. It is crucial that the preheating is controllable by the control device and is regulated according to the phases.
Vorzugsweise umfasst die Vorheizung eine Heizwendel, die den Kegelstumpf umgibt. Somit wird der Brennstoff indirekt über den Kegelstumpf erhitzt.Preferably, the preheating comprises a heating coil which surrounds the truncated cone. Thus, the fuel is heated indirectly via the truncated cone.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass sie die Brennstofffördereinrichtung und die Luftfördereinrichtung derart steuert, dass während des Brennintervalls, vorzugsweise in einem Initialisierungsintervall bzw. Initialisierungsphase und einem Stoppintervall bzw. Stoppphase, ein im Wesentlichen konstantes Luft-Brennstoffverhältnis an der Zündeinrichtung vorliegt. Das Luft-Brennstoff Verhältnis kann so gewählt werden, dass eine möglichst effiziente insbesondere russfreie Verbrennung des Brennstoffs gewährleistet wird. Aufgrund dieser Art von intelligenter Steuereinrichtung muss der Heizbrenner selten gewartet werden und gewährleistet trotz des häufigen Neuentzündens eine effiziente Nutzung des Brennstoffs.Preferably, the control device is designed such that it controls the fuel delivery device and the air conveyor such that is present during the firing interval, preferably in an initialization and initialization phase and a stop interval or stop phase, a substantially constant air-fuel ratio at the ignition device. The air-fuel ratio can be chosen so that the most efficient, especially soot-free combustion of the fuel is ensured. Because of this type of intelligent control device, the heating burner rarely needs servicing and ensures efficient fuel utilization despite the frequent relight.
Vorteilhaft ist es, wenn der Heizbrenner einen Luftflusssensor zur Bestimmung der Fördermenge der Luftfördereinrichtung aufweist. Die Steuereinrichtung kann so die für das Entzünden und Brennen des Brennstoffs nötige Luft nicht nur nach einem voreingestellten Modus steuern, sondern je nach Bedarf regeln. Außer Luftflusssensoren können auch diverse Temperaturfühler sowohl für Brennstoff als auch für Luft sowie Flusssensoren für die Fördermenge des Brennstoffs vorgesehen sein.It is advantageous if the heating burner has an air flow sensor for determining the delivery rate of the air delivery device. The control device can thus not only control the air required for igniting and burning the fuel according to a preset mode, but also regulate it as needed. Apart from air flow sensors, various temperature sensors for both fuel and air as well as flow sensors for the flow rate of the fuel can be provided.
Vorzugsweise stellt die Steuereinrichtung die Aktuatoren, insbesondere die Brennstoffpumpe bzw. -fördereinrichtung und die Luftfördereinrichtung, derart ein, dass außerhalb des Brennintervalls eine Pilotflamme vorhanden ist. Ein Neuentzünden des Brennstoffs ist somit nicht notwendig und eine hinreichend leistungsstarke Vorrichtung dafür muss nicht vorgesehen werden. Durch das Halten einer Pilotflamme kann desweiteren eine explosionsartige Entzündung des Brennstoffs in der Initialisierungsphase vermieden werden. Die Pilotflamme kann auch dazu dienen, Wärme für das Vorheizen von Brennstoff bereitzustellen und somit ein effizientes Verbrennen des Brennstoffs über das gesamte Zündintervall hinweg zu sichern.The control device preferably adjusts the actuators, in particular the fuel pump or conveying device, and the air conveying device in such a way that a pilot flame is present outside the combustion interval. A reignition of the fuel is thus not necessary and a sufficiently powerful device for this need not be provided. By holding a pilot flame can further be avoided an explosive ignition of the fuel in the initialization phase. The pilot flame may also serve to provide heat for preheating fuel and thus ensure efficient burning of the fuel throughout the ignition interval.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass sie zur Versorgung der Pilotflamme die Brennstoffpumpe außerhalb des Brennintervalls so steuert, dass weniger als ein Prozent, vorzugsweise weniger als ein Promill, der maximalen Förderleistung der Brennstoffpumpe gefördert wird.Preferably, the control device is designed such that, in order to supply the pilot flame, it controls the fuel pump outside the firing interval so that less than one percent, preferably less than one per thousand, of the maximum delivery rate of the fuel pump is conveyed.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Abbildungen näher erläutert. Hierbei zeigenHereinafter, preferred embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to figures. Show here
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile die selben Bezugsziffern verwendet.In the following description, the same reference numerals are used for the same and the same parts acting.
Ein erfindungsgemäßer Heizbrenner kann die in der
In dem vorliegenden Heizbrenner ist dieser Primärsensor ein Heizwassertemperaturfühler
Da der erfindungsgemäße Heizbrenner eine sehr geringe Anzahl an Zuständen nämlich das Entzünden von Brennstoff, das Verbrennen von Brennstoff, das Löschen der Brennflamme bzw. das Reduzieren der Brennflamme sowie einen Leerlauf ohne Brennflamme oder mit reduzierter Brennflamme hat, ist eine Vorkonfiguration der Steuereinrichtung
Eine erfindungsgemäße Brennkammer
Es kann auf eine gesonderte Zündeinrichtung
Die
Eine erste Öffnung der Brennstoffleitung
Der vorgeheizte Brennstoff entzündet sich sobald er mit der Luft vermischt wird. Die hier entstehende Wärmeleistung wird nicht nur als Heizleistung des Heizbrenners abgegeben sondern zu einem geringen Teil über eine Wärmerückführung
Eine Brennstofffördereinrichtung
Die Aktuatoren sind, wie in
Stoppintervall tS bezeichnet. Für eine effiziente und schadstoffarme Verbrennung des erfindungsgemäßen Heizbrenners ist ein konstantes Brennstoff-Sauerstoffverhältnis in diesen Phasen besonders entscheidend. Die Steuereinrichtung
Eine Detaillansicht des zweiten Zündintervalls tZ aus
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Brennkammercombustion chamber
- 1010
- Steuereinrichtungcontrol device
- 2020
- BrennstofffördereinrichtungFuel feeding
- 2121
- Brennstoffleitungfuel line
- 2424
- Brennstofftankfuel tank
- 3030
- CrackervorrichtungCracker device
- 3232
- Kegelstumpftruncated cone
- 3535
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 3636
- Austrittsöffnungoutlet opening
- 3737
- Motorengine
- 4040
- Vorheizungpreheating
- 4242
- WärmerückführungHeat recovery
- 4444
- Heizwendelheating coil
- 5050
- Zündeinrichtungignition device
- 6060
- Sensorensensors
- 6161
- LufttemperaturfühlerAir temperature sensor
- 6262
- LuftflusssensorAir flow sensor
- 6363
- BrennstofftemperaturfühlerFuel temperature sensor
- 6464
- BrennstoffflusssensorFuel flow sensor
- 6565
- HeizwassertemperaturfühlerHeizwassertemperaturfühler
- 7070
- Zerstäuberatomizer
- 8080
- LuftfördereinrichtungAir conveyor
- 8181
- Luftleitungair line
- tB t B
- Brennintervallburning interval
- tZ t Z
- Zündintervallignition interval
- tI t i
- Initialisierungsintervallinitialization interval
- tS t s
- Stoppintervallstop interval
- LL
- Brennleistungburning power
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