DE102018132864A1

DE102018132864A1 - Verfahren zum Betreiben einer Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung

Info

Publication number: DE102018132864A1
Application number: DE102018132864.8A
Authority: DE
Inventors: Georg Barton; Martin Matzel
Original assignee: Hammelmann GmbH
Current assignee: Hammelmann GmbH
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung, bei dem ein durch eine Hochdruckpumpe (5) unter hohem Druck stehendes Fluid durch eine Heizeinrichtung geführt und dabei mittels eines Brenners erwärmt wird und unter Druck aus einer Strahldüse (10) austritt, wobei zur Erwärmung des Fluids dem Brenner mittels einer einen Motor (15) aufweisende Brennstoffpumpe (6) Brennstoff, insbesondere Öl, zugeführt und unter Zufuhr von Luft in einem Verbrennungsraum gezündet wird, und wobei die Ist-Temperatur des erhitzten Fluids kontinuierlich gemessen und mit einer vorgegebenen Soll-Temperatur (16) verglichen wird, ausgebildet durch folgende Verfahrensschritte:die Ist-Temperatur des erhitzten Fluids wird kontinuierlich geregelt,bei einer Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur (16) wird die Fördermenge der Brennstoffpumpe (6) unmittelbar bis zum Erreichen der Soll-Temperatur (16) kontinuierlich verändert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtungen finden in unterschiedlichen Bereichen Verwendung und sind als stationäre oder mobile Gerätschaften konzipiert und dienen im Wesentlichen der Oberflächenreinigung von Objekten.
Dabei erfolgt die Erhitzung des unter Hochdruck stehenden Fluids, üblicherweise Wasser, mittels einer Heizeinrichtung, die mindestens einen Durchlauferhitzer aufweist, vorzugsweise zwei parallel betriebene. Weiter weist jeder Durchlauferhitzer ein Gebläse auf, um ausreichend Verbrennungsluft zur Verfügung zu stellen.
Zur Wärmeerzeugung ist den Durchlauferhitzern jeweils ein Ölbrenner zugeordnet, der an einen Heizöltank angeschlossen ist und über eine Brennstoffpumpe gespeist wird.
Zur Erzeugung des Drucks des Fluids ist eine mittels eines Verbrennungsmotors angetriebene Hochdruckpumpe vorgesehen, die in ihrer Leistung variabel ist. D.h., der unter Druck stehende Volumenstrom des Fluids kann, je nach Erfordernis, verändert werden.
Den Durchlauferhitzern ist ein Temperatursensor nachgeordnet, mit dem eine Ist-Temperatur des erhitzten Fluids ermittelt wird. Eine Abweichung von einer vorgegebenen Soll-Temperatur ergibt sich dann, wenn sich der Förderstrom der Hochdruckpumpe durch Beeinflussung des Verbrennungsmotors oder die Zulauftemperatur des Fluids verändert.
Zur Temperaturanpassung ist der Ölpumpe, die mit einer nicht veränderbaren Drehzahl angetrieben wird, ein in Stufen schaltbares Druckventil nachgeordnet, das üblicherweise den Öldruck bei 6 oder 12 bar hält, wobei nach einer entsprechenden Druckreduzierung das nicht in den Verbrennungsraum geführte Heizöl über einen Bypass in den Heizöltank zurückgeführt wird.
Allerdings ist der Betrieb der bekannten Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung mittels der vorbeschriebenen Zwei-Punkt-Regelung äußerst nachteilig und steht einer optimierten Nutzung entgegen. Dies insbesondere aufgrund der schwankenden Temperaturen des austretenden Fluidstrahls, wie sie bei der Zwei-Punkt-Regelung charakteristisch ist.
Daraus ergibt sich ein inakzeptables Arbeitsergebnis, das u.a. durch die Temperatur des austretenden Fluidstrahls bestimmt wird und das insoweit beim Betrieb der bekannten Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung nicht in dem geforderten Maße erzielbar ist.
Zur Verbrennung des Öls wird der Heizeinrichtung über ein Gebläse Luft zugeführt, wobei das Gebläse unmittelbar mit dem Motor der Ölpumpe gekoppelt ist. Da der Motor der Brennstoffpumpe, wie erwähnt, mit einer festen Drehzahl betrieben wird, wird auch das Gebläse mit dieser Drehzahl angetrieben.
Unabhängig davon, welche Menge an Heizöl zur Verbrennung in den Verbrennungsraum eingebracht wird, ist die zur Verbrennung bereitgestellte Luft immer konstant.
Naturgemäß kann eine optimale Verbrennung nicht erreicht werden, so dass vor allem unter dem Aspekt des Umweltschutzes erhöhte Abgasemissionen die Folge sind.
Insgesamt ergeben sich beim Betrieb der bekannten Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung erhebliche Kostennachteile, vor allem durch den systembedingt unangepassten Brennstoffverbrauch, der einer stets angestrebten Betriebskostenoptimierung entgegensteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass es hinsichtlich seines Energieverbrauchs optimiert, Abgasemissionen gesenkt, die Betriebseffizienz gesteigert und die Betriebskosten reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die gemäß der Erfindung geregelte Messung der Ist-Temperatur des erhitzten Fluids und deren ständiger Vergleich mit einer hinterlegten Soll-Temperatur und der abhängig vom Differenzwert angepassten Förderleistung der Ölpumpe ist ein optimaler Betrieb der Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung gewährleistet. D.h., unabhängig von der Veränderung des Volumenstroms des erhitzten Fluids weist dieser die gleiche oder nahezu gleiche Temperatur auf.
Daraus ergibt sich naturgemäß eine deutliche Effizienzsteigerung, da der Fluidstrahl mit gleichbleibender Wirkung genutzt werden kann, also ohne Unterbrechung der Funktionseigenschaft.
Zur Optimierung der Verbrennung des Öls und damit der Abgaswerte ist eine entsprechende Menge Verbrennungsluft erforderlich, die durch das Gebläse dem Verbrennungsraum des Durchlauferhitzers zugeführt wird. Entscheidend ist dabei, dass das Gebläse separat und mit variabler Drehzahl angetrieben wird, d.h., im Gegensatz zum Stand der Technik, unabhängig von der Drehzahl der Ölpumpe.
Denkbar ist auch, die Luftmengeneinstellung über eine hinterlegte statische Kennlinie durchzuführen, die im Vorfeld in Abhängigkeit von der Förderleistung der Ölpumpe erstellt ist, so dass mittels der Regeleinheit auf der Grundlage des sich im Betrieb ergebenden Volumenstroms der Ölpumpe der Antrieb des Gebläses geregelt wird.
Die Anpassung der Gebläsedrehzahl kann mithilfe einer Abgassonde, vorzugsweise einer Lambda-Sonde erfolgen, mittels der die Abgaswerte erkannt werden, so dass bei Abweichungen von Sollwerten die Luftzufuhr verändert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung nochmals beschrieben.
Die einzige Figur zeigt ein R+I-Diagramm einer Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung.
Die in der Figur gezeigte Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung weist einen Wassertank 1 auf, der mit einer Hochdruckpumpe 5 in Verbindung steht, über die ein erhitztes Fluid, insbesondere Wasser, einer Strahldüse 9 unter hohem Druck zuführbar ist.
Die stufenlos regelbare Hochdruckpumpe 5 wird durch einen Verbrennungsmotor 4 angetrieben, der mit einem Brennstofftank 3 verbunden ist.
Um das unter Druck stehende Fluid zu erhitzen, ist eine Heizeinrichtung 7 vorgesehen, mit zwei Durchlauferhitzern 8, durch die das Fluid hin zur Strahldüse 10 geführt wird.
Die Erhitzung des Fluids erfolgt durch Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs, vorzugsweise von in einem Tank 2 bevorrateten Heizöl, das über Brennstoffpumpen 6 zu Düsen 14 hin gefördert wird und im Verbrennungsraum des jeweiligen Durchlauferhitzers 8 nach Zerstäubung verbrannt wird, wobei zur Verbrennung Luft zugeführt wird, mittels jeweils eines Gebläses 9, dessen Drehzahl stufenlos veränderbar ist.
Ein Motor 15 der Brennstoffpumpe 6 ist ebenfalls stufenlos verstellbar, so dass der Förderstrom des Öls entsprechend der geforderten Heizungsleistung verändert werden kann, was zu einer Anpassung des Förderdrucks führt, vorzugsweise im Bereich von 6 - 18 bar..
In einer das erhitzte Fluid zur Strahldüse 10 führenden Druckleitung oder im Bereich der Strahldüse 10 ist ein Sensor 11 angeordnet, mit dem kontinuierlich eine Ist-Temperatur des erhitzten Fluids ständig ermittelt wird. In einer Regeleinheit 12 ist eine Soll-Temperatur 16 hinterlegt, mit der die ermittelte Ist-Temperatur ständig während des Betriebs verglichen wird.
Bei einer Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur 16, wie sie sich ergibt, wenn die Förderleistung der Hochdruckpumpe 5 verändert wird oder sich die Zulauftemperatur verändert, gelangt durch eine entsprechend dem Sollwert angepasste stufenlose Verstellung der Drehzahl des Motors 15 ein entsprechend veränderter Volumenstrom des geförderten Öls zur Verbrennung, bis die Ist-Temperatur des im Durchlauferhitzer 8 erhitzten Fluids weitgehend der Soll-Temperatur 16 entspricht.
Zur Optimierung der Verbrennung des Brennstoffs ist die Drehzahl des Gebläses 9 gleichfalls stufenlos veränderbar.
Die Luftmenge kann dabei anhand einer in der Steuereinheit 12 hinterlegten Kennlinie eingestellt werden, wobei diese Kennlinie im Vorfeld sozusagen im Probebetrieb der Einrichtung erstellt wird.
Im dargestellten Beispiel ist zur Luftmengenregelung ein Abgassensor 13, beispielsweise eine Lambdasonde, vorgesehen, mittels der Abgaswerte ermittelt und mit Soll-Werten verglichen werden. Bei einer Abweichung der ermittelten Abgaswerte von den Soll-Werten wird die Luftzufuhr zur Verbrennung durch eine Drehzahlveränderung des Gebläses 9 verändert.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung, bei dem ein durch eine Hochdruckpumpe (5) unter hohem Druck stehendes Fluid durch eine Heizeinrichtung geführt und dabei mittels eines Brenners erwärmt wird und unter Druck aus einer Strahldüse (10) austritt, wobei zur Erwärmung des Fluids dem Brenner mittels einer einen Motor (15) aufweisende Brennstoffpumpe (6) Brennstoff, insbesondere Öl, zugeführt und unter Zufuhr von Luft in einem Verbrennungsraum gezündet wird, und wobei die Ist-Temperatur des erhitzten Fluids kontinuierlich gemessen und mit einer vorgegebenen Soll-Temperatur (16) verglichen wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: die Ist-Temperatur des erhitzten Fluids wird kontinuierlich geregelt, bei einer Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur (16) wird die Fördermenge der Brennstoffpumpe (6) unmittelbar bis zum Erreichen der Soll-Temperatur (16) kontinuierlich verändert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Luftzufuhr in den Verbrennungsraum unabhängig vom Volumenstrom des zur Verbrennung bereitgestellten Brennstoffs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Luftzufuhr anhand einer im Probebetrieb der Einrichtung erstellten Kennlinie erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Luftzufuhr anhand einer Kennlinie vorermittelter Abgaswerte im Vergleich mit Sollwerten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaswerte mittels eines Abgassensors (13), vorzugsweise einer Lambda-Sonde geregelt werden.
Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer mittels eines Verbrennungsmotors (4) antreibbaren Hochdruckpumpe (5), einer mindestens einen Durchlauferhitzer (8) aufweisenden Heizeinrichtung (7), einer dem Durchlauferhitzer (8) zugeordneten, einen Motor (15) aufweisenden Brennstoffpumpe (6) sowie einem dem Durchlauferhitzer (8) zugeordneten Gebläse (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (9) und der Motor (15) der Brennstoffpumpe (6) jeweils separat antreibbar sind.
Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Brennstoffpumpe (6) und des Gebläses (9) stufenlos veränderbar sind und mit einer Regeleinheit (12) in Wirkverbindung stehen.
Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dem Durchlauferhitzer (8) nachgeordneten Druckleitung oder im Bereich einer Strahldüse (10) ein Temperatursensor (11) angeordnet ist, der mit der Regeleinheit (12) in Wirkverbindung steht, in der eine Kennlinie mit einer Soll-Temperatur hinterlegt ist.
Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Abgasführung des Verbrennungsraums der Heizeinrichtung (7) ein Abgassensor (13) angeordnet ist.
Heißwasser-Hochdruck-Strahleinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassensor (13) als Lambda-Sonde ausgebildet ist.