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Vorliegende
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen fossiler Brennstoffe,
insbesondere Heizöl,
mit einer eine Brennstoffdüse
umfassenden Brennstoffzuführeinrichtung
und einer Luftzuführeinrichtung,
und mit einer Einrichtung zum nachspülenden Kühlen der Brennstoffzuführeinrichtung im
Bereich der Düse,
insbesondere nach dem Abschalten des Verbrennungsbetriebes.
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Oben
genannte Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Der
grundlegende Aufbau einer Vorrichtung zum Verbrennen fossiler Brennstoffe
setzt sich im wesentlichen aus folgenden Komponenten zusammen. In
einem Brennergehäuse
ist eine Luftzuführeinrichtung
angeordnet, die beispielsweise mittels eines Luftgebläses Luft
einem Flammrohr zuführt.
In diesem Flammrohr ist zudem eine Düse einer Brennstoffeinrichtung
angeordnet, die über
eine Brennstoffleitung mit Brennstoff versorgt wird. Meist ist dazu eine
Brennstoffpumpe vorgesehen, die für die Zuführung des Brennstoffes den
nötigen
Versorgungsdruck zur Verfügung
stellt. Über
eine im Bereich der Düse
angeordnete Zündeinrichtung
kann bei Bedarf die Verbrennungsvorrichtung gezündet werden. Im Bereich des
Flammrohres vermischt sich die durch die Luftzuführeinrichtung zugeführte Luft
mit dem durch die Düse
zerstäubten
Brennstoff zu einem Luft-Brennstoff-Gemisch, das über die
Zündelektrode
in Brand gesetzt werden kann.
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Aufgrund
dieses Verbrennungsvorganges heizt sich jedoch das Flammrohr und
die zuvor beschriebene Brennstoffzuführeinrichtung im Bereich der
Düse sehr
stark auf. Nach dem Abschalten des Verbrennungsbetriebes führt diese
Erhitzung des Flammrohres und der Brennstoffzuführeinrichtung im Bereich der
Düse bisweilen
zu einem Verstopfen der Düse
durch Brennstoff, aber aufgrund des Nachheizeffektes der oben beschriebenen
Bauteile in der Düse
abgelagert bzw. gecrackt wird.
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Um
dies zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, nach
dem Abschalten des Verbrennungsbetriebes einen Nachspülvorgang
durchzuführen,
bei dem der Düsenbereich
der Brennstoffzuführeinrichtung
gekühlt
wird. Diese Kühlung
erfolgt meist durch den Betrieb des Luftgebläses der Luftzuführeinrichtung über den
Verbrennungsbetrieb hinaus. Die zugeführte Luft streicht dabei, wie
auch im Verbrennungsbetrieb, an der Düse vorbei, wodurch deren Temperatur
abgesenkt wird.
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Während dieses
Nachspülvorganges
wird das Luftgebläse
für eine
fest vorgegebene Dauer und mit einer fest vorgegebenen Drehzahl
betrieben, wobei Dauer und Drehzahl für den Extremfall der Temperaturbelastungen
in der Düse
ausgelegt sind. Dieser Nachspülvorgang
verursacht eine elektrische Leistungsaufnahme des Luftgebläses bzw.
der Luftzuführeinrichtung,
die nicht zur Heizung eines Gebäudes
etc. beiträgt,
also nicht in Heizenergie umgesetzt werden kann. Sie stellt einen
hohen Energieverlust dar.
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Ziel
dieser Erfindung ist es folglich, den durch den Nachspülvorgang
verursachten Energieverlust bei Vorrichtungen zum Verbrennen fossiler Brennstoffe
zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
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Insbesondere
wird diese Aufgabe also durch eine Vorrichtung zum Verbrennen fossiler
Brennstoffe, insbesondere Heizöl,
gelöst,
mit einer eine Brennstoffdüse
umfassenden Brennstoffzuführeinrichtung und
einer Luftzuführeinrichtung,
und mit einer Einrichtung zum nachspülenden Kühlen der Brennstoffzuführeinrichtung
im Bereich der Düse,
insbesondere nach dem Abschalten des Verbrennungsbetriebes, wobei
eine Einrichtung zur Regelung des Betriebes der Nachspüleinrichtung
in Abhängigkeit
wenigstens eines vorbestimmten Betriebsparameters, insbesondere
der Temperatur der Brennstoffzuführeinrichtung im
Bereich der Düse,
der Laufzeit des vorangegangenen Verbrennungsbetriebes, und/oder
in Abhängigkeit
wenigstens eines vorbestimmten Betriebsparameters eines verbundenen
Systems, insbesondere der Vorlauftemperatur eines zugeordneten Heizsystems,
vorgesehen ist.
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Kern
der Erfindung ist es also, den Nachspülvorgang bzw. das Kühlen der
Brennstoffzuführeinrichtung
im Bereich der Düse
so zu regeln, daß der zur
Nachspülung
nötige
Energieaufwand reduziert wird. Da die Temperatur der zu kühlenden
Bereiche, also der Düse,
einer Düsenstange
oder ähnlichen Bereichen,
die mit dem Brennstoff in Berührung
kommen und sich während
des Verbrennungsbetriebes erhitzen, von unterschiedlichen Parametern
abhängt, kann
unter anderem unter Verwendung dieser Parameter auch eine sehr energiesparende
nachspülende
Kühlung
geregelt werden. Betriebsparameter, die hier relevant sind, sind
beispielsweise die Temperatur der Brennstoffzuführeinrichtung, insbesondere
im Bereich der Düse,
die Laufzeit des vorangegangenen Verbrennungsbetriebes, die Intervalle
zwischen den einzelnen Nachspülvorgängen, die
Intensität
des Verbrennungsbetriebes oder aber auch die Temperatur des Flammrohres
etc. Da üblicherweise
die oben genannte Verbrennungsvorrichtung mit anderen Systemen,
wie beispielsweise einem Heizsystem kombiniert wird, können die
zur Regelung der Nachspüleinrichtung
bzw. des Nachspülvorganges
verwendeten Parameter auch aus entsprechenden Betriebsparametern
dieser verbundenen Systeme gewonnen werden. So läßt beispielsweise die Vorlauftemperatur
eines Heizsystemes einen Rückschluß auf die
benötigte
Dauer und die Intensität
des Nachspülvorganges zu.
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Bei
neueren Verbrennungsvorrichtung der oben genannten Art ist es darüber hinaus üblich, den Brennstoff
vor dem Entzünden
durch zusätzliches
Erhitzen vollständig
zu vergasen. Die für
diesen Schritt zusätzlich
benötigte
Energie wird unter anderem durch eine Teilrückführung des Rauchgases gewonnen.
Der Vorteil eines solchen Verfahrens hat eine geringere Stickoxidbildung
und niedrigere CO-Emissionen zur Folge. Soll auch bei solchen Anlagen
eine Nachspülung
vorgenommen werden, ist es hier möglich, die für die Regelung
des Nachspülvorganges
nötigen
Parameter auch aus diesen zuvor genannten Randbedingungen, wie der
Temperatur des rückgeführten Rauchgases
etc. zu gewinnen.
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Der
Nachspülvorgang
wird dabei vorzugsweise über
einen, über
den Verbrennungsbetrieb hinaus gehenden Betrieb der Luftzuführeinrichtung und
insbesondere eines mit dieser Luftzuführeinrichtung verbundenen Lüftungsgebläses vorgenommen. Dabei
ist es möglich,
sowohl die Drehzahl dieses Lüftungsgebläses als
auch die Laufzeit oder aber auch, beispielsweise über die
Ansteuerung vorhandener Stellklappen, die Luftzufuhr zum Lüftungsgebläse zu regeln.
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Grundsätzlich erfolgt
also das Verfahren zum Nachspülen
der Brennstoffzuführeinrichtung
mit folgenden Schritten:
- • Aktivieren des Nachspülvorganges
nach oder während
der Beendigung des Verbrennungsbetriebes,
- • Detektion
von wenigstens einem Betriebsparameter, insbesondere der Temperatur
der Brennstoffzuführeinrichtung
im Bereich der Brennstoffdüse,
der Laufzeit des vorangegangenen Verbrennungsbetriebes, der Vorlauftemperatur
eines verbundenen Heizsystems oder dergleichen, und
- • Regelung
der Dauer und/oder der Intensität
des Nachspülvorganges
in Abhängigkeit
dieses wenigstens einen Betriebsparameters.
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Vorzugsweise
weist die oben genannte Vorrichtung eine Detektionseinrichtung zur
Detektion des wenigstens einen Betriebsparameters auf. Diese Detektionseinrichtung
kann mehrere Komponenten umfassen.
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So
ist es beispielsweise möglich,
daß die
Detektionseinrichtung wenigstens einen Temperatursensor umfaßt, der
der Brennstoffzuführeinrichtung zugeordnet
ist. Dieser Temperatursensor kann also beispielsweise in oder an
der Düse,
einer zugeordneten Düsenstange
oder aber auch im Bereich eines zugeordneten Gehäuse der Verbrennungsvorrichtung
angeordnet sein, so daß er
die jeweilige Temperatur insbesondere nach der Beendigung des Verbrennungsbetriebes
detektiert und an die Regelungseinrichtung der Nachspüleinrichtung
weiterleitet.
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Auch
ist es möglich,
daß die
Detektionseinrichtung wenigstens eine Zeitmeßeinrichtung umfaßt, zur
Detektion der Laufzeit des vorangegangenen Verbrennungsbetriebes,
des Intervalls zwischen einzelnen Nachspülvorgängen oder ähnlichen Zeitintervallen. Auf
diese Weise können
Rückschlüsse auf
die im zu kühlenden
Bereich vorherrschenden Temperaturen geschlossen werden.
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Auch
ist es denkbar, daß die
Detektionseinrichtung einen Knopfthermostaten od. dgl. Thermostaten
umfaßt,
der der Brennstoffzuführeinrichtung
zugeordnet ist und zur Detektion der Temperatur im Bereich der Brennstoffzuführeinrichtung
dient und in Abhängigkeit
einer jeweils festgelegten Schwellwerttemperatur eine Ein- und Ausschaltung
der Nachspüleinrichtung
auslöst
und/oder die Intensität
derselben regelt. Bei dieser Möglichkeit
dient also der Knopfthermostat für
sich alleine als Regeleinrichtung, wobei er dann vorzugsweise mit
entsprechenden Einrichtungen zum Kühlen, wie beispielsweise dem
Luftgebläse
der Luftzuführeinrichtung
verbunden ist. Zudem ist es natürlich
auch möglich,
die benötigten
Betriebsparameter mittels bereits vom System verwendeter, vorhandener
Sensoren zu gewinnen, um so über
die Synergieeffekte die Herstellungskosten obiger Vorrichtungen
zu reduzieren.
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Vorzugsweise
weist die Detektionseinrichtung eine Einrichtung zum Auslesen von
Betriebsparametern der Verbrennungsvorrichtung und/oder eines verbundenen
Systems auf. Mit dieser Ausleseeinrichtung ist es beispielsweise
möglich,
aus einer zentralen Gerätesteuerung
der Verbrennungsvorrichtung Betriebsparameter zur Regelung der Nachspüleinrichtung
zu gewinnen. So kann hier beispielsweise die Vorlauftemperatur eines
verbundenen Heizsystems oder aber auch eine Taktung der Verbrennungsvorrichtung
ausgelesen werden. Weitere Größen bilden
beispielsweise die Menge an zugeführtem Brennstoff, die Arbeitsaufnahme
der Luftzuführeinrichtung
etc.
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Vorzugsweise
ist die Regelungseinrichtung mit einer Geräteregelung der Verbrennungsvorrichtung
und/oder eines verbundenen Systems verbunden, wobei zum einen die
Gewinnung der zur Regelung der Nachspüleinrichtung nötigen Betriebsparameter,
zum anderen aber auch die Ansteuerung beispielsweise der Luftzuführeinrichtung
vereinfacht wird. So kann beispielsweise die Regelungseinrichtung
der Nachspüleinrichtung
unproblematisch auf die Luftzuführeinrichtung
zugreifen, um über
diese die nachspülende
Kühlung
der Brennstoffzuführeinrichtung
im Bereich der Düse
vorzunehmen.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben,
das anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert ist. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung;
und
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2 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung.
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In 1 ist
eine Verbrennungsvorrichtung 1 dargestellt, die ein Gehäuse 3 umfaßt, in das
eine Luftzuführeinrichtung 6 und
eine Brennstoffzuführeinrichtung 2 integriert
ist.
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Die
Luftzuführeinrichtung 6 umfaßt ein Lüftergebläse 7,
das im Inneren des Gehäuses 3 angeordnet
ist. Das Lüftergebläse 7 ist über eine
elektrische Leitungsverbindung 28 mit einer Gerätesteuerung 16 verbunden,
die das Lüftergebläse 7 aktivieren
und deaktivieren und darüber
hinaus in der Drehzahl regulieren kann.
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Am
Gehäuse 3 ist
weiterhin eine Lüfterklappe 30 angeordnet,
die über
einen zugeordneten Aktuator 32, der ebenfalls mit der Gerätesteuerung 16 verbunden
ist, geöffnet
und geschlossen werden kann.
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Wird
die Luftzuführeinrichtung 6 bzw.
das Lüftergebläse 7 aktiviert,
wird innerhalb des Gehäuses 3 ein
Luftstrom zu einem Verbrennungsbereich 5 gefördert.
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Die
Brennstoffzuführeinrichtung 2 umfaßt bei dieser
Ausführungsform
eine Brennstoffpumpe 22, die über eine Brennstoffzuleitung 20 mit
einer Düsenstange 26 und
einer Düse 4 verbunden
ist, so daß über die
Brennstoffpumpe 22 Brennstoff zum Verbrennungsbereich 5 gefördert werden
kann. In der Brennstoffleitung 20 ist zudem ein Brennstoffventil 24 vorgesehen,
das über
eine weitere elektrische Leitungsverbindung 28' mit der Gerätesteuerung 16 verbunden
ist, so daß dieses
Brennstoffventil 24 und damit die Brennstoffzufuhr zum
Verbrennungsbereich 5 von der Gerätesteuerung 16 gesteuert
werden kann.
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Im
Verbrennungsbereich 5 ist schließlich noch eine Zündvorrichtung 34 vorgesehen,
die ebenfalls mit der Gerätesteuerung 16 verbunden
ist und das Entzünden
des von der Luftzuführeinrichtung 6 und
der Brennstoffzuführeinrichtung 2 zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches
ermöglicht.
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Nach
dem Entzünden
dieses Gemisches wird im Verbrennungsbereich 5 und insbesondere über ein
Flammrohr 36 ein zugeordneter Heizkessel 38 befeuert.
Infolge dieser Befeuerung erwärmen sich
die jeweils im Verbrennungsbereich 5 angeordneten Bauteile,
wobei sie auch nach Abschalten des Verbrennungsbetriebes, also beispielsweise
nach dem Schließen
des Brennstoffventils 24 bzw. dem Abschalten der Brennstoffpumpe 22 meist
noch eine hohe Temperatur aufweisen. Aufgrund dieses Nachheizens
kommt es u. a. in der Düsenstange 26 und
in der Düse 4 der
Brennstoffvorrichtung 2 bisweilen zum Cracken des Restbrennstoffes,
der sich in der Brennstoffzuführeinrichtung 2 befindet.
Die Folge ist mitunter eine verstopfte Düse 4, die ein erneutes
Inbetriebnehmen der Verbrennungsvorrichtung 1 verhindern
kann.
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Um
dieses Problem zu beseitigen, weist die Verbrennungsvorrichtung 1 eine
Nachspüleinrichtung 8 auf,
zum nachspülenden
Kühlen
der Brennstoffvorrichtung 2 und insbesondere des Düsenbereiches,
also der Düse 4 und
der Düsenstange 26.
Bei diesem Nachspülvorgang
wird die Luftzuführeinrichtung 6 bzw.
das Lüftergebläse 7 aktiviert,
so daß ein kühlender
Luftstrom die Düsenstange 26 und
die Düse 4 umstreicht,
wodurch diese abgekühlt
werden.
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Um
nun die Energieeffizienz dieses Nachspülvorganges zu verbessern, weist
die Nachspüleinrichtung 8 eine
Regelungseinrichtung 10 auf, die die Laufzeit des Nachspülvorgangs,
also die Laufzeit der Luftzuführeinrichtung 6 und
insbesondere des Lüftergebläses 7 bzw.
dessen Drehzahl und somit dessen Intensität regeln kann.
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Die
Regelung erfolgt hier anhand von Betriebsparametern, die von einer
Detektionseinrichtung 12 gewonnen werden, die bei dieser
Ausführungsform
in die Regelungseinrichtung 10 integriert ist.
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Zur
Gewinnung dieser Betriebsparameter weist die Verbrennungsvorrichtung 1 im
Bereich der Düse 4 bzw.
der Düsenstange 26 unter
anderem einen Temperatursensor 14 auf, der die Detektion
der Temperatur dieser beiden Bauteile insbesondere nach dem Abschalten
des Verbrennungsbetriebes detektiert. Anhand dieses Temperaturwertes
ist es nun möglich,
eine optimale Laufzeit und Intensität des Nachspülvorganges
festzulegen und so beispielsweise das Lüftergebläse 7 über einen
bestimmten Zeitraum und mit einer bestimmten Drehzahl zu aktivieren.
Die Ansteuerung kann hier über
eine kontrollierte ständige
Messung oder aber beispielsweise auch anhand einer Starttemperatur
aufgrund von Erfahrungswerten geregelt werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung 1.
Bei dieser Ausführungsform
sind wieder die Luftzuführeinrichtung 6 und
die Brennstoffzuführeinrichtung 2 im
Inneren des Gehäuses 3 der
Verbrennungsvorrichtung 1 angeordnet. Über die Gerätesteuerung 16 ist auch
hier die jeweilige Ansteuerung der einzelnen Bauteile der Verbrennungsvorrichtung 1 möglich.
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In
die Gerätesteuerung 16 ist
die Regelungseinrichtung 10 der Nachspüleinrichtung 8 integriert. Die
Regelungseinrichtung umfaßt
wieder eine Detektionseinrichtung 12, die der Detektion
von Betriebsparametern dient, um eine gezielte Regelung des Nachspülvorganges
zu ermöglichen.
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Durch
die Ausbildung eines Temperatursensors 14, der über eine
elektrische Leitungsverbindung 28'' mit
der Detektionseinrichtung 12 verbunden ist, kann so beispielsweise
die Temperatur der Düse 4 der
Brennstoffzuführeinrichtung 2 detektiert werden.
Zusätzlich
umfaßt
die Regelungseinrichtung 10 eine Zeitmeßeinrichtung 18, die
beispielsweise zur Detektion der Laufzeit des Verbrennungsbetriebes
ausgelegt ist, und so einen Parameter zur Ansteuerung der Nachspüleinrichtung 8 und
insbesondere des Lüftungsgebläses 7 bei
optimaler Energieausnutzung ermöglicht.
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Weiter
umfaßt
die Regeleinrichtung 10 hier eine Ausleseeinrichtung 13,
die beispielsweise das Auslesen von bestimmten Betriebsparametern
der Gerätesteuerung 16 ermöglicht.
So kann beispielsweise die zur Verfügung gestellte Brennstoffmenge, die
Intensität
des von der Luftzuführeinrichtung
zugeführten
Luftstroms oder aber die Vorlauftemperatur eines angeschlossenen
Heizsystems ermittelt werden, um aus diesen Werten wiederum Rückschlüsse auf
die benötigte
Nachspülintensität zu ermitteln.
Natürlich
ist es auch möglich,
die Parameter solcher zugeordneten Systeme auch direkt vom jeweiligen
System zu beziehen.
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- 1
- Verbrennungsvorrichtung
- 2
- Brennstoffzuführeinrichtung
- 3
- Gehäuse
- 4
- Brennstoffdüse
- 5
- Verbrennungsbereich
- 6
- Luftzuführeinrichtung
- 7
- Lüftergebläse
- 8
- Nachspüleinrichtung
- 10
- Regelungseinrichtung
- 12
- Detektionseinrichtung
- 13
- Ausleseeinrichtung
- 14
- Temperatursensor
- 15
- Zuleitung
zu Heizungssystem
- 16
- Gerätesteuerung
- 18
- Zeitmeßeinrichtung
- 20
- Brennstoffzuleitung
- 20
- Brennstoffpumpe
- 24
- Brennstoffventil
- 26
- Düsenstange
- 28,
28', 28''
- Leitungsverbindung
- 30
- Lüfterklappe
- 32
- Aktuator
- 34
- Zündvorrichtung
- 36
- Flammrohr
- 38
- Heizkessel