DE102012024348A1 - Control device with a vibration sensor, method for their operation and heating device with such a control device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung wenigstens eines Verbrennungsparameters einer Verbrennung in einer brennstoffgefeuerten Heizeinrichtung, wobei an oder in der Regeleinrichtung ein Schwingungssensor angeordnet ist, der zur Übermittlung eines Signals kommunizierend mit der Regeleinrichtung verbunden ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Heizeinrichtung mit einer solchen Regeleinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb der Regeleinrichtung.The invention relates to a control device for controlling at least one combustion parameter of a combustion in a fuel-fired heating device, a vibration sensor being arranged on or in the control device and communicating with the control device for transmitting a signal. The invention also relates to a heating device with such a control device and a method for operating the control device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung nach Anspruch 1, eine Heizeinrichtung mit einer solchen Regeleinrichtung nach Anspruch 12 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Regeleinrichtung nach Anspruch 13.The invention relates to a control device according to claim 1, a heating device with such a control device according to claim 12 and a method for operating such a control device according to
Heizeinrichtungen dienen vor allem der Erwärmung von Wasser oder Luft. Sie sind als Verbrennungssysteme zu verstehen, die typischerweise eine Brennkammer mit einem einmündenden Luftzuführkanal und einem ausmündenden Abgaskanal umfassen. Im Luftzuführkanal und/oder im Abgaskanal ist ein Strömungserzeuger (beispielsweise ein Gebläse) angeordnet, um der Brennkammer Verbrennungsluft zuzuführen. Außerdem wird in die Brennkammer ein Brennstoff eingebracht. Bei fluiden Brennstoffen wie Gas oder Öl dient eine Dosiervorrichtung, z. B. ein Brennstoffventil, der Freigabe des Brennstoffs. Eine exotherme Redoxreaktion (Verbrennung) in der Brennkammer führt zur Entstehung von Wärme, die anschließend mittels eines Wärmeübertragers auf einen Wärmeträger wie Wasser oder Luft übertragbar ist.Heating devices are used primarily for heating water or air. They are to be understood as combustion systems, which typically comprise a combustion chamber with an opening air supply duct and an outflowing exhaust duct. In the air supply duct and / or in the exhaust duct, a flow generator (for example a blower) is arranged to supply combustion air to the combustion chamber. In addition, a fuel is introduced into the combustion chamber. For fluid fuels such as gas or oil is a metering device, eg. As a fuel valve, the release of the fuel. An exothermic redox reaction (combustion) in the combustion chamber leads to the formation of heat, which can then be transferred by means of a heat exchanger to a heat transfer medium such as water or air.
Zur Überwachung der Verbrennung und zur Leistungsmodulation ist meist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die durch Verändern wenigstens eines Verbrennungsparameters die Heizleistung der Heizeinrichtung an eine angeforderte Wärmemenge anpasst. Meist wird hierbei auf eine konstante Luftzahl (Lambda) geregelt, welche das Verhältnis zwischen der tatsächlich für eine Verbrennung zur Verfügung stehenden Luftmasse und der für eine vollständige, stöchiometrische Verbrennung mindestens notwendigen Luftmasse angibt. Typische Werte sind hier Luftzahlen zwischen 1,2 und 2,0. Verbrennungsparameter sind solche Parameter, die die Verbrennung beschreiben und/oder beeinflussen und können unter anderem sein Luftzahl, Luftmenge, Lufttemperatur, Luftzusammensetzung, Luftdruck, Luftfeuchte, ebenso Brennstoffmenge, -temperatur, -zusammensetzung, -druck, -feuchte, Flammenform, Flammengröße und -temperatur, aber auch Einflüsse seitens der Brennkammer sowie der zuführenden und abführenden Leitungen wie Temperaturen von Brennkammer, Wandung, Wärmetauscher und Abgas, ferner Strömungswiderstände, Leitungsquerschnitte und Längen und vieles mehr. Nicht alle Verbrennungsparameter sind durch die Regeleinrichtung veränderbar.For monitoring the combustion and for power modulation, a control device is usually provided which adapts the heating power of the heating device to a requested heat quantity by changing at least one combustion parameter. Usually this is controlled to a constant air ratio (lambda), which indicates the ratio between the actual air mass available for combustion and the minimum required air mass for a complete, stoichiometric combustion. Typical values here are air numbers between 1.2 and 2.0. Combustion parameters are those parameters which describe and / or influence the combustion and may include, but are not limited to, air ratio, air temperature, air composition, air pressure, humidity, fuel quantity, temperature, composition, pressure, humidity, flame shape, flame size, and Temperature, but also influences from the combustion chamber and the supplying and discharging lines such as temperatures of the combustion chamber, wall, heat exchanger and exhaust gas, also flow resistance, pipe cross-sections and lengths and much more. Not all combustion parameters can be changed by the control device.
Bei der Installation einer Heizeinrichtung an einem Bestimmungsort liegen sehr unterschiedliche Bedingungen vor. Insbesondere unterscheiden sich beispielsweise in Gebäuden regelmäßig die Verläufe und Gestaltung des Luftzuführ- und des Abgaskanals. Weiterhin variieren die Dichte und Zusammensetzung der Luft, beispielsweise in Abhängigkeit der geographischen Höhe über dem Meeresspiegel oder einer Abgasrückführung, die Temperatur der Luft und die Eigenschaften des Brennstoffs. All dies führt zu unterschiedlichen Abläufen der Redoxreaktion/Verbrennung in der Brennkammer.There are very different conditions when installing a heater at a destination. In particular, for example, in buildings, the gradients and design of the air supply and the exhaust duct regularly differ. Furthermore, the density and composition of the air, for example, depending on the geographic altitude above sea level or exhaust gas recirculation, the temperature of the air and the properties of the fuel vary. All this leads to different processes of the redox reaction / combustion in the combustion chamber.
Problematisch ist insbesondere eine Resonanzschwingung der an der Verbrennung beteiligten Fluidströme (Luft, Brennstoff, Reaktions- bzw. Verbrennungsgas, Abgas) und/oder der von den Fluidströmen berührten Komponenten (zuführende und abführende Leitungen, Brennkammer, Brennkammerwandung, Wärmetauscher), die bei dem Betrieb der Heizeinrichtung bei bestimmten Konstellationen der Verbrennungsparameter entsteht, störende Betriebsgeräusche erzeugt und die Komponenten bzw. deren Verbindungen untereinander mechanisch belastet und sogar zerstören kann. Die Resonanzschwingungen sind dabei unter anderem abhängig von der vorgenannten Installation und den weiteren Einflussgrößen und damit kaum vorherbestimmbar. Sie verursachen in der Praxis neben erheblichen Betriebsgeräuschen (sogenannte thermoakustische Resonanzen) auch erhöhte Emissionen durch Flammenabheben, Flammenflackern und Flammenrückschlag. Zusätzlich entsteht durch die Resonanzschwingung auch mechanischer Verschleiß an der Heizeinrichtung, die hierdurch eine geringe Lebensdauer hat.In particular, a resonance oscillation of the fluid streams (air, fuel, reaction or combustion gas, exhaust gas) involved in the combustion and / or the components in contact with the fluid flows (feeding and discharging lines, combustion chamber, combustion chamber wall, heat exchanger), which occur during operation, is problematic The heater is formed in certain constellations of the combustion parameters, generates disturbing operating noise and the components or their compounds can mechanically stress and even destroy each other. Among other things, the resonant vibrations are dependent on the above-mentioned installation and the further influencing variables and thus hardly predictable. In practice, in addition to considerable operating noise (so-called thermoacoustic resonances), they also cause increased emissions due to flame lift-off, flame flare and flashback. In addition, the resonant vibration also causes mechanical wear on the heating device, which thus has a short service life.
Im Stand der Technik bestehen daher Anleitungen zur Installation der Heizeinrichtung, um Resonanzschwingungen zu vermeiden. Dies schränkt die Auswahl an möglichen Leitungsverläufen und Leitungstypen jedoch erheblich ein. Außerdem ist die Installation kompliziert und aufwändig. Daher gelingt selbst versierten Fachleuten nicht immer eine Vermeidung von Resonanzschwingungen in allen Leistungsbereichen der Heizeinrichtung. Gleichzeitig wird erheblicher Entwicklungsaufwand betrieben, um überhaupt resonanzarme Heizeinrichtungen bereitzustellen und diese Anleitungen erstellen zu können und Resonanzschwingungen zu reduzieren.In the prior art, therefore, there are instructions for installing the heater in order to avoid resonance vibrations. However, this severely restricts the selection of possible line runs and line types. In addition, the installation is complicated and expensive. Therefore, self-versed professionals are not always able to avoid resonance vibrations in all power ranges of the heating device. At the same time, considerable development effort is required to provide low-resonance heaters and to be able to create these instructions and to reduce resonance oscillations.
Von
Nachteilhaft an der Ausgestaltung nach
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und eine Regeleinrichtung, ein Regelverfahren sowie eine Heizeinrichtung bereitzustellen, mit der Resonanzschwingungen beim Betrieb der Heizeinrichtung vermieden werden, sodass weniger Verbrennungsemissionen und Lärmemissionen entstehen und die Lebensdauer der Heizeinrichtung hoch ist. Zu beachten ist außerdem eine flexible Leistungsmodulation der Heizeinrichtung sowie eine kostengünstige, konstruktiv einfache und zuverlässige Umsetzung.The invention is therefore based on the object to overcome these and other disadvantages of the prior art and to provide a control device, a control method and a heater, are avoided with the resonant vibrations in the operation of the heater so that less combustion emissions and noise emissions and the life of the heater is high. Note also a flexible power modulation of the heater as well as a cost-effective, structurally simple and reliable implementation.
Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 12 und 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This is achieved with the features of
Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung wenigstens eines Verbrennungsparameters einer Verbrennung in einer brennstoffgefeuerten Heizeinrichtung, wobei an oder in der Regeleinrichtung ein Schwingungssensor angeordnet ist, der zur Übermittlung eines Signals kommunizierend mit der Regeleinrichtung verbunden ist.The invention relates to a control device for controlling at least one combustion parameter of combustion in a fuel-fired heating device, wherein a vibration sensor is arranged on or in the control device, which is connected communicating with the control device for communicating a signal.
Damit kann eine mit einer solchen Regeleinrichtung ausgestattete Heizeinrichtung stets ohne Resonanzschwingungen betrieben werden, indem die Schwingungen der Regeleinrichtung erfasst und bei Bedarf durch Anpassung eines Verbrennungsparameters Einfluss auf die Schwingungen genommen wird. Bevorzugt regelt das Regelprogramm eine Luftzahl möglichst dicht an eine vorgegebene Luftzahl heran, ohne jedoch Verbrennungsparameterkombinationen zuzulassen, welche Resonanzschwingungen verursachen. Die verschiedenen Einbausituationen der Heizeinrichtung und die weiteren Einflussparameter müssen bei der Installation der Heizeinrichtung nur in geringerem Umfang berücksichtigt werden, wodurch deren Installation sehr einfach und sicher durchführbar ist. Mithin werden Verbrennungs- und Lärmemissionen vermieden und die Lebensdauer der Heizeinrichtung ist hoch. Dennoch kann eine sehr flexible Leistungsmodulation der Heizeinrichtung durchgeführt werden. Hierfür sollte der Schwingungssensor kinematisch fest zumindest mit Teilen der Regeleinrichtung und somit auch mit der Brennkammer und/oder dem Luftzuführkanal und/oder dem Abgaskanal verbunden sein.Thus, a heating device equipped with such a control device can always be operated without resonance vibrations by detecting the vibrations of the control device and, if necessary, influencing the vibrations by adjusting a combustion parameter. Preferably, the control program regulates an air ratio as close as possible to a predetermined air ratio, but without allowing combustion parameter combinations, which cause resonance vibrations. The various installation situations of the heater and the other influencing parameters must be taken into account in the installation of the heater only to a lesser extent, whereby their installation is very simple and safe to carry out. Thus, combustion and noise emissions are avoided and the life of the heater is high. Nevertheless, a very flexible power modulation of the heater can be performed. For this purpose, the vibration sensor should be kinematically fixed at least to parts of the control device and thus also to the combustion chamber and / or the air supply duct and / or the exhaust duct.
Indem der Schwingungssensor an oder in der Regeleinrichtung angeordnet ist, ist die Heizeinrichtung wenig komplex und besonders kostengünstig. Geeignet ist eine solche Heizeinrichtung vor allem zur Erwärmung von Wasser, wie es in Gebäuden erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil ist eine einfache Nachrüstbarkeit bestehender Heizeinrichtungen mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.By arranging the vibration sensor on or in the control device, the heating device is less complex and particularly cost-effective. Such a heater is particularly suitable for heating water, as is required in buildings. Another advantage is a simple retrofitting of existing heating devices with a control device according to the invention.
Von einer näheren Ausgestaltung der Regeleinrichtung ist vorgesehen, dass in ihr eine Korrelation zwischen wenigstens einem Verbrennungsparameter und einer Schwingung hinterlegt ist. Durch eine solche Korrelation ist bekannt, ob der vorliegende Verbrennungsparameter zumindest geeignet ist, in der vorliegenden Betriebssituation eine Resonanz zu verursachen oder zu begünstigen. Eine entsprechende Anpassung des Verbrennungsparameters verhindert das Auftreten von Resonanzschwingungen. Die Korrelation ist vorab bei der technischen Entwicklung bzw. im Herstellwerk ermittelbar. Zusätzlich oder alternativ kann eine Erstellung der Korrelation durch eine z. B. selbstlernende Einrichtungsroutine in der vorgesehenen Einbausituation erfolgen. Hierdurch werden die Einbausituation und die anderen Einflussgrößen bestmöglich berücksichtigt.From a more detailed embodiment of the control device is provided that in her a correlation between at least one combustion parameter and a vibration is stored. By means of such a correlation it is known whether the present combustion parameter is at least suitable for causing or favoring a resonance in the present operating situation. A corresponding adaptation of the combustion parameter prevents the occurrence of resonance vibrations. The correlation can be determined in advance in the technical development or in the manufacturing plant. Additionally or alternatively, a creation of the correlation by a z. B. self-learning Einrichtungsroutine in the intended installation situation. As a result, the installation situation and the other influencing factors are taken into account in the best possible way.
Besonders vorteilhafterweise ist das Verfahren dadurch ergänzt, dass die Korrelation mit Hilfe von Vergangenheitsdaten der gemessenen Schwingungen und des Verbrennungsparameters optimiert wird. Eine solche laufende Überwachung berücksichtigt auch auftretende Veränderungen wie die Zusammensetzung des Brennstoffs, die Zusammensetzung der Verbrennungsluft, ein Verstopfen eines Luftfilters, einen Leistungsverlust des Strömungserzeugers oder eine Verschmutzung der Brennstoffdüse, der Brennkammer und des Abgaskanals. Die Resonanzfreiheit wird so dauerhaft sichergestellt.Particularly advantageously, the method is supplemented by optimizing the correlation with the aid of past data of the measured vibrations and of the combustion parameter. Such ongoing monitoring also takes into account changes that occur, such as the composition of the fuel, the composition of the combustion air, clogging of an air filter, loss of flow from the flow generator, or fouling of the fuel nozzle, combustor, and exhaust passage. The freedom from resonance is thus ensured permanently.
Die Korrelation ist bevorzugt in Form eines Algorithmus in der Regeleinrichtung hinterlegt. Alternativ bieten sich graphische oder tabellarische Korrelationen an.The correlation is preferably stored in the form of an algorithm in the control device. Alternatively, graphic or tabular correlations can be used.
Als Verbrennungsparameter umfasst die Korrelation bevorzugt die Menge an zugeführter Luft. Durch Anpassen der zugeführten Luftmenge pro Zeit lässt sich die Redoxreaktion in der Brennkammer verändern und die Heizeinrichtung resonanzfrei betreiben. Die Anpassung der Luftmenge kann näherungsweise durch Anpassung der Leistung des Strömungserzeugers erfolgen. In einer Variante der Erfindung weist die Regeleinrichtung daher eine Regelschnittstelle zur Regelung eines Strömungserzeugers auf. Über diese Regelschnittstelle wird die Regeleinheit in der Einbausituation regelnd mit einem Strömungserzeuger verbunden.As a combustion parameter, the correlation preferably includes the amount of air supplied. By adjusting the amount of air supplied per time can change the redox reaction in the combustion chamber and operate the heater resonance-free. The adjustment of the amount of air can be made approximately by adjusting the power of the flow generator. In a variant of the invention, the control device therefore has a control interface for controlling a flow generator. In the installation situation, the control unit is connected in a regulating manner to a flow generator via this control interface.
Gemäß einer weiteren Variante weist die Regeleinrichtung eine Regelschnittstelle zur Regelung einer Dosiervorrichtung für Brennstoff auf. In der Einbausituation ist die Regeleinrichtung dann über diese Schnittstelle regelnd mit einer in die Brennkammer mündenden Dosiervorrichtung für Brennstoff verbunden. Mithin kann zur Resonanzvermeidung die zugeführte Brennstoffmenge angepasst werden. Als Dosiervorrichtung ist bevorzugt ein Brennstoffventil für fluiden Brennstoff vorgesehen. Gerade mit fluiden Brennstoffen, insbesondere mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betriebene Heizeinrichtungen neigen im Stand der Technik verstärkt zu Resonanzschwingungen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden können. Seltener treten Resonanzschwingungen auch bei einer Feststoffverbrennung auf, beispielsweise bei der Verbrennung von Biomasse wie Holzpellets und Holz. Grundsätzlich ist die Heizeinrichtung daher auch für die Verfeuerung solcher Brennstoffe einsetzbar.According to a further variant, the control device has a control interface for controlling a metering device for fuel. In the Installation situation, the control device is then connected via this interface regulating with an opening into the combustion chamber metering device for fuel. Thus, the amount of fuel supplied can be adjusted to avoid resonance. As a metering device, a fuel valve for fluid fuel is preferably provided. Especially with fluid fuels, especially with gaseous or liquid fuels operated heaters tend increasingly in the art to resonant vibrations that can be avoided by the method according to the invention. Less often, resonant vibrations also occur during solid combustion, for example in the combustion of biomass such as wood pellets and wood. In principle, the heating device can therefore also be used for the combustion of such fuels.
Weiterhin bietet sich eine Entwicklungsstufe der Regeleinrichtung besonders an, bei welcher der Schwingungssensor auf einer Leiterplatine der Regeleinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall kann auf drahtförmige Leiter zwischen dem Schwingungssensor und der Regeleinrichtung verzichtet werden, wodurch die Regeleinrichtung sehr kompakt und die Lebensdauer besonders hoch ist. Bevorzugt ist ein Prozessor der Regeleinrichtung auf derselben Leiterplatine angeordnet. Dies ist eine kompakte, kostengünstige und platzsparende Lösung. Als Prozessor der Regeleinrichtung bietet sich ein Microcontroller an. Microcontroller sind hinreichend leistungsstark, kompakt und preiswert.Furthermore, a development stage of the control device is particularly suitable, in which the vibration sensor is arranged on a printed circuit board of the control device. In this case, can be dispensed with wire-shaped conductor between the vibration sensor and the control device, whereby the control device is very compact and the life is particularly high. Preferably, a processor of the control device is arranged on the same printed circuit board. This is a compact, cost-effective and space-saving solution. As a processor of the control device offers a microcontroller. Microcontrollers are sufficiently powerful, compact and inexpensive.
Um verschiedene Resonanzen sicher erfassen zu können und eine hohe Einbauflexibilität des Schwingungssensors zu erreichen, ist eine Weiterentwicklung günstig, bei welcher der Schwingungssensor ein Drei-Achsen-Schwingungssensor ist.To be able to reliably detect various resonances and to achieve a high degree of installation flexibility of the vibration sensor, a further development is expedient in which the vibration sensor is a three-axis vibration sensor.
Besonders gute Messergebnisse werden erzielt, wenn wenigstens ein Teil des Schwingungssensors an oder auf einem Schwingungsbalken angeordnet ist. Ein solcher Schwingungsbalken hat eine hohe Schwingungsamplitude, sodass genauere Messergebnisse auch bei kleinen Schwingungsamplituden der Luftzuführleitung, dem Abgaskanal oder der Brennkammer erreicht werden. Der Schwingungsbalken sollte in der Einbausituation kinematisch mit der Regeleinrichtung und/oder der Platine und/oder der Brennkammer und/oder dem Luftzuführkanal und/oder dem Abgaskanal verbunden sein. Die Verbindung kann direkt oder auch indirekt über andere Bauteile der Regeleinrichtung ausgebildet sein. Sie sollte jedoch möglichst ungedämpft sein.Particularly good measurement results are achieved if at least part of the vibration sensor is arranged on or on a vibration bar. Such a vibration bar has a high oscillation amplitude, so that more accurate measurement results are achieved even with small oscillation amplitudes of the air supply line, the exhaust duct or the combustion chamber. In the installation situation, the vibration bar should be kinematically connected to the control device and / or the circuit board and / or the combustion chamber and / or the air supply duct and / or the exhaust duct. The connection can be formed directly or indirectly via other components of the control device. It should, however, be as undamped as possible.
Gemäß einer näheren Ausgestaltung der Regeleinrichtung ist der Schwingungsbalken kinematisch mit der Brennkammer und/oder dem Luftzuführkanal und/oder dem Abgaskanal verbunden. Damit kann eine Schwingung des kinematisch verbundenen Bauteils schon bei sehr geringen Amplituden ermittelt werden.According to a further embodiment of the control device, the vibration bar is kinematically connected to the combustion chamber and / or the air supply duct and / or the exhaust duct. Thus, a vibration of the kinematically connected component can be determined even at very low amplitudes.
Besonders bevorzugt ist der Schwingungsbalken Teil einer Leiterplatine, insbesondere der Leiterplatine auf welcher der Prozessor angeordnet ist. Damit können der Schwingungssensor und die Leiterplatine besonders günstig hergestellt werden. Der Schwingungsbalken ist dann bevorzugt ein auskragender Arm an oder in der Leiterplatte. Durch Auslegung der Armgeometrie (Länge, Breite, Dicke, Material) sind deren Schwingungseigenschaften definierbar. Gleichzeitig können auf diese Weise der Prozessor und der Schwingungssensor inklusive eines Schwingungsbalkens auf einer einzigen Leiterplatine angeordnet sein. Selbstverständlich können in einer Regeleinrichtung und/oder auf einer Leiterplatine auch zwei oder mehrere Schwingungsbalken mit je einem Schwingungssensor angeordnet sein, wodurch die messtechnische Auflösung der zu detektierenden Schwingung präziser ist.Particularly preferably, the vibration bar is part of a printed circuit board, in particular the printed circuit board on which the processor is arranged. Thus, the vibration sensor and the printed circuit board can be made particularly favorable. The vibration bar is then preferably a cantilever arm on or in the circuit board. By designing the arm geometry (length, width, thickness, material) their vibration properties can be defined. At the same time can be arranged in this way the processor and the vibration sensor including a vibration bar on a single printed circuit board. Of course, in a control device and / or on a printed circuit board and two or more vibration bars may be arranged, each with a vibration sensor, whereby the metrological resolution of the vibration to be detected is more precise.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Schwingungssensor ein Beschleunigungssensor (Accelerometer) oder eine Piezoelektronik oder ein Akustiksensor. Mit diesen Schwingungssensoren lassen sich die auftretenden Schwingungen erfassen. Beschleunigungssensor und Piezoelektronik zeichnen sich insbesondere durch ihre Messgenauigkeit und die Möglichkeit der Kombination mit einem Schwingungsbalken aus. Ein Akustiksensor ist jedoch auch ausreichend, um eine sich nähernde Resonanz zu erkennen und hat den Vorteil geringerer Kosten.According to one embodiment of the invention, the vibration sensor is an acceleration sensor (accelerometer) or a piezoelectronics or an acoustic sensor. These vibration sensors can detect the vibrations occurring. Acceleration sensor and piezoelectronics are characterized in particular by their measuring accuracy and the possibility of combining with a vibration bar. However, an acoustic sensor is also sufficient to detect an approaching resonance and has the advantage of lower cost.
Bei einer anderen Version der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist der Schwingungssensor ein optischer Schwingungssensor. Ein solcher ist kostengünstig, liefert gute Messergebnisse und kann sehr gut mit einem Schwingungsbalken kombiniert werden.In another version of the control device according to the invention, the vibration sensor is an optical vibration sensor. Such is inexpensive, provides good measurement results and can be very well combined with a vibration bar.
Eine Fortentwicklung des optischen Schwingungssensors sieht vor, dass dieser einen Strahlungsemittenten und einen Strahlungsdetektor aufweist, die jeweils auf einem Trägerelement angeordnet sind. Damit sind der Strahlungsemittent und der Strahlungsdetektor getrennt gelagert und können sich angeregt durch Schwingungen asynchron bewegen. Der Strahlungsemittent sendet hierbei eine Strahlung aus. Die ausgesendete Strahlung wird bei einem Unterschreiten eines Grenzwertes der vorliegenden Schwingungen vom Strahlungsdetektor empfangen, insbesondere vollständig. Der Strahlungsdetektor sendet dann ein kontinuierliches Signal an den Prozessor, der ein Unterschreiten des Grenzwertes detektiert. Überschreitet die vorliegende Schwingung hingegen den Grenzwert, empfängt der Strahlungsdetektor die ausgesendete Strahlung nur bruchteilhaft. Er sendet dann ein diskontinuierliches Signal an den Prozessor, welcher dann ein Überschreiten des Grenzwertes detektiert. Ein auf dem Prozessor hinterlegtes Regelprogramm löst dann eine dem Signal entsprechende Veränderung wenigstens eines Verbrennungsparameters aus.A further development of the optical vibration sensor provides that it has a radiation emitter and a radiation detector, which are each arranged on a carrier element. Thus, the radiation emitter and the radiation detector are stored separately and can excitedly move by vibrations asynchronously. The radiation emitter in this case emits radiation. The radiation emitted is received by the radiation detector when the threshold value of the present vibrations is undershot, in particular completely. The radiation detector then sends a continuous signal to the processor, which detects a falling below the limit. On the other hand, if the present oscillation exceeds the limit value, the radiation detector receives the emitted radiation only fractionally. It then sends a discontinuous signal the processor, which then detects exceeding the limit. A control program stored on the processor then triggers a change in at least one combustion parameter corresponding to the signal.
Zur Erzielung einer asynchronen Schwingung des Strahlungsemittenten und des Strahlungsdetektors, hat das Trägerelement des Strahlungsemittenten gemäß einer besonderen Weiterentwicklung eine andere Eigenfrequenz als das Trägerelement des Strahlungsdetektors.To achieve an asynchronous oscillation of the radiation emitter and of the radiation detector, the carrier element of the radiation emitter has, according to a particular further development, a different natural frequency than the carrier element of the radiation detector.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine brennstoffgefeuerte Heizeinrichtung mit einer Brennkammer sowie einem Abgaskanal und einem Luftzuführkanal, die jeweils mit der Brennkammer strömungsverbunden sind, wobei im Abgaskanal und/oder im Luftzuführkanal ein Strömungserzeuger angeordnet ist, und eine Dosiervorrichtung für Brennstoff in die Brennkammer oder, zum Beispiel zusammen mit dem Luftzuführkanal, in eine Vormischkammer mündet, und mit einer zuvor beschriebenen Regeleinrichtung zur Regelung wenigstens eines Verbrennungsparameters einer Verbrennung in der Heizeinrichtung, wobei an oder in der Regeleinrichtung ein Schwingungssensor angeordnet ist, der zur Übermittlung eines Signals kommunizierend mit der Regeleinrichtung verbunden ist, und wobei die Regeleinrichtung mechanisch mit der Brennkammer und/oder dem Abgaskanal und/oder dem Luftzuführkanal und/oder einer die vorgenannten Komponenten aufnehmenden Stützstruktur der Heizeinrichtung verbunden ist.The invention further relates to a fuel-fired heating device having a combustion chamber and an exhaust passage and an air supply channel, each of which is flow-connected to the combustion chamber, wherein in the exhaust passage and / or in the air supply duct, a flow generator is arranged, and a metering device for fuel in the combustion chamber or, for example together with the air supply channel, opens into a premixing chamber, and with a previously described control device for controlling at least one combustion parameter of a combustion in the heating device, wherein a vibration sensor is arranged on or in the control device and communicates with the control device for the purpose of transmitting a signal, and wherein the control device is mechanically connected to the combustion chamber and / or the exhaust duct and / or the air supply duct and / or one of the aforementioned components receiving support structure of the heater.
Mit einer solchen Regeleinrichtung ausgestattet, kann die brennstoffgefeuerte Heizeinrichtung dauerhaft zuverlässig ohne Resonanzen betrieben werden. Auch die weiteren zuvor beschriebenen Vorteile der Regeleinrichtung sind erzielbar.Equipped with such a control device, the fuel-fired heater can be permanently operated reliably without resonance. The other advantages of the control device described above can be achieved.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer zuvor beschriebenen Regeleinrichtung, bei dem ein Verbrennungsparameter bestimmt, eine mit dem Schwingungssensor bestimmte Schwingung überwacht und der Verbrennungsparameter angepasst wird, wenn die bestimmte Schwingung einen Grenzwert überschreitet. Zur Durchführung des Verfahrens, zum Beispiel zum Bestimmen und Anpassen des Verbrennungsparameters, kann ein Regelprogramm verwendet werden, das in der Regeleinrichtung abläuft. Dabei kann das Regelprogramm in einem Prozessor oder Mikrocontroller hinterlegt sein.Furthermore, the invention relates to a method for operating a control device described above, in which a combustion parameter is determined, a vibration determined by the vibration sensor is monitored and the combustion parameter is adjusted when the determined vibration exceeds a limit value. For carrying out the method, for example for determining and adjusting the combustion parameter, a control program that runs in the control device can be used. In this case, the control program can be stored in a processor or microcontroller.
Damit ist die Regeleinrichtung verfahrensgemäß geeignet Resonanzen im Betrieb einer Heizeinrichtung zu vermeiden und die weiteren zuvor beschriebenen Vorteile der Regeleinrichtung zu realisieren. Dabei detektiert der in der Regeleinrichtung angeordnete Schwingungssensor eventuelle thermoakustische Resonanzschwingungen des Verbrennungssystems, kommuniziert dies an die Regeleinrichtung, die daraufhin einen oder mehrere Verbrennungsparameter so verstellt, dass die Bedingungen zur Entstehung von Resonanzschwingungen abgeschwächt oder abgestellt werden, wodurch die Resonanzschwingungen abklingen und aufhören.Thus, the control device according to the method is suitable to avoid resonances in the operation of a heater and to realize the other advantages of the control device described above. In this case, the vibration sensor arranged in the control device detects any thermoacoustic resonance oscillations of the combustion system, communicates this to the control device, which then adjusts one or more combustion parameters so that the conditions for the formation of resonant vibrations are mitigated or eliminated, whereby the resonant vibrations decay and stop.
In der Einbausituation in einer Heizeinrichtung werden dann verfahrensgemäß mit dem Verbrennungsparameter entweder eine über den Zuführkanal zugeführte Verbrennungsluft und/oder ein über die Dosiervorrichtung zugeführter Brennstoff dosiert. Vorzugsweise erfolgt die Dosierung möglichst auf eine vorgegebene Luftzahl, von der jedoch zur Vermeidung von Resonanzschwingungen abgewichen wird, insbesondere mit möglichst geringer Abweichung von der vorgegebenen Luftzahl.In the installation situation in a heating device, according to the method, either a combustion air supplied via the feed channel and / or a fuel supplied via the metering device are metered with the combustion parameter. Preferably, the dosage is carried out as possible to a predetermined air ratio, of which, however, deviated to avoid resonant vibrations, in particular with the least possible deviation from the predetermined air ratio.
Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und zeigen inThe drawings illustrate embodiments of the invention and show in FIG
In
Weiterhin ist eine Regeleinrichtung
In der Regeleinrichtung
Zudem ist die Regeleinrichtung
Mit einer solchen Heizvorrichtung ist es nunmehr möglich, durch Aktivieren des Strömungserzeugers
Die Dosiereinheit kann als Ventil oder als Pumpe ausgestaltet sein. Das Verändern des wenigstens einen Verbrennungsparameters erfolgt insbesondere mit Hilfe der Korrelation K, die ein Verhaltensmodell der Schwingungen in Abhängigkeit der Verbrennungsparameter beschreibt. Die Korrelation K kann mit Hilfe von Vergangenheitsdaten der gemessenen Schwingungen und Vergangenheitsdaten des Verbrennungsparameters fortlaufend optimiert und an sich ändernde Rahmenbedingungen angepasst werden. Bevorzugt regelt die Regeleinrichtung die Luftzahl möglichst dicht an eine vorgegebene Luftzahl heran, ohne jedoch Verbrennungsparameterkombinationen zuzulassen, welche Resonanzschwingungen verursachen.The metering unit can be configured as a valve or as a pump. The changing of the at least one combustion parameter takes place, in particular, with the aid of the correlation K, which describes a behavioral model of the oscillations as a function of the combustion parameters. The correlation K can be continuously optimized with the aid of past data of the measured oscillations and historical data of the combustion parameter and adapted to changing conditions. Preferably, the control device regulates the air ratio as close as possible to a predetermined air ratio, but without allowing combustion parameter combinations, which cause resonant vibrations.
Bei dem Schwingungssensor
Mit einer solchen Anordnung ist nunmehr ein Verfahren durchführbar, bei dem der Strahlungsemittent
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann als Position der Regeleinrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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