EP1717514B1 - Gas burner and methods for starting and operating the same - Google Patents
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- EP1717514B1 EP1717514B1 EP05009492.9A EP05009492A EP1717514B1 EP 1717514 B1 EP1717514 B1 EP 1717514B1 EP 05009492 A EP05009492 A EP 05009492A EP 1717514 B1 EP1717514 B1 EP 1717514B1
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N1/00—Regulating fuel supply
- F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
- F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
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- F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
- F23N3/082—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
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- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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- F23N2225/20—Measuring temperature entrant temperature
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- F23N2227/00—Ignition or checking
- F23N2227/02—Starting or ignition cycles
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- F23N2233/00—Ventilators
- F23N2233/06—Ventilators at the air intake
- F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed
Definitions
- the invention relates to a gas burner device according to the preamble of patent claim 1 and to a method for switching between two operating states in a gas burner device according to the preamble of claim 17.
- Gas burner devices are often used in gas heaters of mobile devices, eg. As caravans, motorhomes or boats to heat comfortably via heat exchanger air or water.
- As a fuel gas in particular in mobile devices, LPG, such. As butane or propane used.
- Burner controls for such gas heaters must meet some of the safety requirements set out in relevant standards (EN 624 - “Gas heaters for recreational equipment and boats”; EN 298 - “Safety requirements for burner controls of gas heaters”).
- the right stoichiometric ratio of the fuel gas (butane, propane, or mixtures of both) with the combustion air must be established from the beginning to minimize exhaust emissions at startup.
- the stoichiometric ratio also depends on the combustion air temperature, which may be between -30 ° C and + 70 ° C or more, especially for mobile devices. Due to these large differences, in principle, the correct stoichiometric ratio between fuel gas and combustion air can never be achieved from the start.
- combustion takes place in the gas burner at an air ratio ⁇ of about 1.1 to 1.3.
- the air ratio ⁇ corresponds to the ratio of an actual amount of air supplied to a combustion process (reaction) to a minimum amount of air theoretically required in the case of complete (ideal stoichiometric) combustion.
- an air ratio ⁇ of 1.0 therefore, exactly as much combustion air is supplied as is necessary in order to completely burn the fuel gas.
- such an ideal combustion will never be achieved due to incomplete mixing of the reactants at an air ratio ⁇ of 1.0, so that the air ratio ⁇ is set to the above-mentioned range of 1.1 to 1.3, by one To achieve combustion air surplus.
- the air ratio ⁇ is also dependent on the combustion air temperature. If z. B. the temperature of the combustion air is low, the air ratio ⁇ increases, so that although the content of CO in the exhaust gas decreases, but the proportion of nitrogen oxides increases and the exhaust gas loss increases. On the other hand, if combustion air with a higher temperature is available, the air ratio ⁇ drops below the ideal value, so that the exhaust gas loss also increases (poor energy yield) and the CO content increases. In both cases, the combustion is no longer in the optimal working range.
- Fig. 1 shows a diagram with the dependence of the concentration of flue gas components and the exhaust gas loss of the air ratio ⁇ . From the curves, the above representation results.
- the marked area corresponds to an air ratio ⁇ between 1.1 and 1.3 and represents an optimal working area.
- EP 0 890 791A a control device for a burner is shown, which controls the amount of fuel supplied to a combustion chamber by means of a motor-driven actuator and the combustion chamber supplied air flow by means of a driven by a variable speed motor fan.
- means for detecting the instantaneous speed of the fan are provided, so that the position of the actuator can be tracked due to the signal supplied by the means.
- EP 0 614 046 A is to simplify the construction of a gas-burner control of heating systems, which are to have a high efficiency and low-emission operation even in partial load ranges, a control and regulating device shown in which an adjusting device for the air has a variable speed fan.
- the fan can be driven by a DC motor, which can be controlled by, in particular, digital pulse-width-modulated control signals of a control unit.
- the controller acts on the Steueragregat.
- the gas valve is readjusted as a function of the air pressure in the line leading from the fan to the burner.
- the EP 0 615 095 A shows an automatic burner control for controlling a blower with a fan drive and a fuel pump with a fuel pump drive.
- the automatic burner control unit has a programmer which controls and monitors a commissioning operation and a continuous operation, wherein the blower and the fuel pump are controlled for each operating point in accordance with the data stored in a desired data memory.
- the setpoint value for the blower drive is corrected according to a predetermined algorithm by the current supply air temperature measured with a supply air temperature sensor. This makes it possible to reduce pollutant emissions.
- a gas burner device according to claim 1 is specified.
- a method for changing the operating state of a gas burner device is set forth in claim 17.
- Advantageous developments of the invention are defined in the dependent claims.
- a gas burner device comprises a gas burner for burning a combustion gas combustion air mixture and a combustion air blower having a combustion air engine for supplying the combustion air to the gas burner.
- the combustion air blower With the help of the combustion air blower, the combustion air is sucked from the environment and fed to the gas burner, where it mixes with the fuel gas.
- the sequencer effects an adjustment of the speed of the combustion air motor over a certain, longer period of time.
- the speed is not suddenly adjusted from the output speed to the target speed. Rather, a continuous, z. B. linear, relatively slow (over several seconds) change in speed.
- the output speed and the target speed each depend on the desired output or target operating state.
- the smooth change between the operating states on the one hand opens up the possibility of always achieving a stable state with regard to the air ratio ⁇ , in which certain compromises can be made with regard to exhaust emission and energy yield. As a result, it can be avoided that suddenly produces a high pollutant emissions.
- the change in the operating state in the manner according to the invention the noise occurring in the prior art can be significantly reduced or completely avoided.
- a temperature detection device provided for detecting the temperature of the combustion air.
- the speed setting device is coupled to the temperature detecting device such that the rotational speed is adjustable as a function of the combustion air temperature.
- the amount of combustion air is supplied to the gas burner, which is required for the desired air ratio ⁇ (ratio of combustion air and fuel gas). It does not matter with what temperature the combustion air is supplied.
- the differences in density resulting from different combustion air temperatures are compensated by the speed controllability of the combustion air motor. At low temperatures, the combustion air has a higher density, so that a lower volume flow of combustion air is sufficient to achieve the same air ratio ⁇ . Accordingly, the combustion air motor can be operated at a lower speed. If, on the other hand, the combustion air temperature rises, the density of the combustion air decreases correspondingly, so that the speed of the combustion air engine must be increased in order to supply the same amount of combustion air to the gas burner.
- an increased speed of the combustion air engine (start speed) is initially set using the start-flow control. Thereafter, the start sequencer reduces the speed slowly during the time period TS, ie continuously and substantially linearly from the starting speed to the lower operating speed.
- the time period TS can be a few seconds, z. B. 7.5 seconds, take.
- the start-up control controls the fuel gas valve in order to open the fuel gas supply and mix the combustion air fuel gas. The opening of the fuel gas valve thus takes place during the lowering of the speed of the combustion air engine and thus in the decreasing combustion air volume flow into it.
- the ignition device After opening the fuel gas valve, the ignition device, for. As a spark plug, driven to ignite the fuel gas during the period TS, so even before reaching the operating speed.
- the starting device is able to repeat this starting process several times if no flame is detected at the gas burner after the start of a boot process. This will be explained later.
- the starting device has a rotational speed detection device in order to detect the rotational speed of the combustion air engine.
- the function of the combustion air engine can always be monitored.
- the start-up sequence control is designed such that the achievement of a predetermined, between the starting speed and the operating speed lying opening speed is determined, and that upon reaching the opening speed during the period TS, the fuel gas valve is opened.
- the speed detection device makes it possible to determine very precisely the right moment for the opening of the fuel gas valve, namely the reaching of the opening speed.
- the opening speed may be determined in advance so that the fuel gas valve is not opened at any time within the period TS, but at a time at which a combustion air volume flow is achieved, which is optimal for the starting process. In this way, the noise at start can be further reduced significantly.
- the start-flow control can also be designed such that the speed detection device during the period TS, the achievement of a predetermined, lying between the opening speed and the operating speed ignition speed is determined, and that upon reaching the ignition speed, the ignition device is driven to the Ignite fuel gas.
- the ignition speed can be determined in advance in such a way that it causes an optimum volume flow for the combustion air, with which the fuel gas combustion air mixture can be reliably ignited.
- a time period TW is preceded before the above-mentioned time period TS and the measures taken during this period TS, which over a certain time, for. B. a few seconds, expires, and during which the starting speed of the combustion air motor is to stabilize. It is possible that the starting speed has already been reached before the start of the time period TW and then only has to be kept constant during this time period. Alternatively, it is also possible that the starting speed is set only at the beginning of the period TW.
- the operator or the start-up sequence control initiates the setting of the starting rotational speed of the combustion air engine, which is stabilized over the first time period TW. Only then does the second time period TS follow, in which the rotational speed is lowered from the starting rotational speed to the operating rotational speed, the fuel gas supply is opened and the fuel gas combustion air mixture is ignited.
- the sequence controller comprises a changing device for switching between an output gas level corresponding to the initial operating state and a target gas level corresponding to the target operating state, wherein the output gas level and the target gas level respectively correspond to first and second gas levels and vice versa.
- the first gas stage corresponds to a fuel gas supply with a first, lower volume flow
- the second gas stage corresponds to a fuel gas supply with a second higher volume flow. Accordingly, a lower, first operating speed is provided for the first gas stage and a higher, second operating speed of the combustion air engine for the second gas stage.
- the change of the rotational speed takes place over a longer period of time, namely the changeover time interval TC.
- the switching of the fuel gas valve ie increasing or decreasing the fuel gas supply (depending on the desired Target gas level), likewise takes place during the changeover time interval TC, that is to say into the change of the speed of the combustion air engine.
- the switching of the fuel gas valve takes place during a transitional period (time period TS, changeover time period TC) in which the number of revolutions of the combustion air engine including a fan operates in the combustion air blower changes.
- the change sequence control is preferably designed such that a triggering of the fuel gas valve for changing the fuel gas supply at the earliest after expiration of a portion of the change period TC, in particular after expiration of 20% of the change period TC occurs.
- the driving of the fuel gas valve may be performed at about the middle of the changeover period TC.
- a compromise between a too low and a high air ratio ⁇ must be found.
- the opening of the fuel gas valve may occur at another time within the changeover time period TC than the closing.
- the speed of the combustion air motor detected by the speed detection device can also be evaluated again, similar to the above when starting.
- a Zündüberwachungs beautiful is provided with a detector for monitoring a firing of a flame at the gas burner. In this way it can be ensured that, if necessary, a fault of the gas burner device is detected, which would otherwise cause an uncontrolled outflow of the unburned fuel gas.
- the ignition monitoring device is preferably coupled to the start-up sequence control in such a way that the starting process can be repeated by the start-up sequence if, after the end of a starting operation by the ignition monitoring device, it is determined that no flame is burning on the gas burner.
- a security timer can be used to determine a total time period be provided from the beginning of the first start operation, wherein the start-up sequence control does not allow any further starting operation when the total period has exceeded a predetermined period of time, without being detected by the Zündüberwachungs Rhein a flame on the gas burner. Accordingly, during the predetermined time period, the starting process can be repeated several times. On the other hand, after the expiration of the period of time, it is assumed that there is a malfunction of the device which requires intervention by the operator. Thus, in this case, no fuel gas exits uncontrolled, the start-flow control closes the fuel gas supply reliable and goes to trouble operation.
- a security counter may be provided for determining a total number of startup operations. The start sequencer then refuses to start again if the total number has exceeded a predetermined value without the ignition monitoring device detecting the presence of a flame on the gas burner.
- start-up sequence control initiates no further starting operation if the total number of start operations reaches a predetermined value within a predetermined period without the ignition monitoring device detecting a flame on the gas burner.
- An inventive method for changing an operating state of a gas burner device from an initial operating state to a target operating state is characterized by the steps of: setting the combustion air motor to an output speed corresponding to the initial operating state; during a predetermined period of time, substantially continuously changing the rotational speed of the combustion air engine from the output rotational speed to a target rotational speed corresponding to the target operating state; during the predetermined period of time, changing the fuel gas supply to a target fuel gas supply corresponding to the target operation state.
- the method ensures the above-described smooth change between operating conditions of the gas burner device.
- a preferred embodiment of the method is suitable for starting a gas burner device and is characterized by the steps: setting the Combustion air engine to a starting speed (output speed); substantially continuously decreasing the speed of the combustion air motor from the starting speed to an operating speed (target speed) during a period of time TS; during the lowering of the speed of opening a fuel gas supply and after the opening of the fuel gas supply and before the end of the period TS ignition of the fuel gas.
- the ignition of the fuel gas takes place in this way in the lowering of the speed, which supports a soft ignition, so that the often perceived as disturbing "wupp" noise is reduced or completely prevented.
- a particular embodiment of the method is characterized by the steps: measuring the temperature of the combustion air and setting the target speed or operating speed as a function of the temperature of the combustion air.
- Fig. 2 shows a block diagram of the schematic structure of a first embodiment of the gas burner device according to the invention.
- the gas burner device may be part of a gas heater, which is used in particular in boats or recreational vehicles. Accordingly, the hot flue gases are passed to a heat exchanger to deliver the heat to a heat transfer medium in a known manner.
- a gas burner 1 serves to burn a mixture of fuel gas and combustion air.
- the fuel gas is supplied via a fuel gas line 2 from a fuel gas supply 3.
- a fuel gas valve 4 is installed, which opens or closes the fuel gas line 2.
- the fuel gas valve 4 is preferably designed as a solenoid valve and accordingly electrically switchable.
- the fuel gas supply 3 is preferably a gas storage bottle, the liquefied gas, eg. As propane or butane or a mixture thereof contains.
- a control device known per se for reducing the pressure in the fuel gas supply 3 (gas storage bottle) advancing high pressure to a suitable for the gas burner 1, significantly lower pressure is provided.
- the combustion air is drawn in via a combustion air line through a combustion air blower 6 from the environment and fed to the gas burner 1.
- the combustion air mixes with the fuel gas in a certain ratio, so that a gas mixture is generated, which achieves optimum efficiency while simultaneously achieving the best possible exhaust gas quality during combustion.
- the air ratio ⁇ which represents the ratio between a quantity of combustion air actually supplied and a minimum amount of combustion air theoretically required for complete combustion, serves as a yardstick.
- Fig. 1 shows the concentration of flue gas components in relation to the air ratio ⁇ . from that It can be seen that with an air ratio ⁇ between 1.1 and 1.3 and thus a slight excess of combustion air, optimum combustion can be achieved in which little carbon monoxide is expelled and there is a minimal loss of exhaust gas.
- the supply of the fuel gas is substantially constant, because the pressure at which the fuel gas is supplied from the fuel gas supply 3 practically does not change due to the pressure regulator disposed downstream of the fuel gas supply 3 and the pressure reduction operations performed thereby. Accordingly, the air ratio ⁇ can be adjusted mainly by changing the combustion air supply.
- a speed detection device 9 can additionally be provided which monitors the speed of the combustion air engine 7 and, if necessary, adjusts it with the aid of the speed setting device 8.
- a combustion air motor 7 is particularly suitable a PWM motor (PWM: Pulse Width Modulation), since its speed can be controlled equally simple and reliable.
- PWM Pulse Width Modulation
- start-up flow control 10 is coupled to the fuel gas valve 4, the speed setting device 8 and, if present, the speed detection device 9. Accordingly, it is able to control both the fuel gas supply and the combustion air supply in response to operator requests entered by the operator via an unillustrated control element and / or control programs stored in the startup flow control 10.
- the start-up sequence control is connected to an ignition device 11, with which the combustible fuel gas combustion air mixture exiting the gas burner 1 can be ignited in a known manner.
- ignition device 11 is z.
- spark plug that generates a high voltage spark.
- an ignition monitoring device 12 may be provided which detects the presence of a flame on the gas burner 1 and supplies a corresponding signal to the start-up sequence control 10.
- the ignition monitoring device 12 is therefore particularly necessary in order to avoid an uncontrolled leakage of unburned fuel gas. Namely, when an ignition has failed, there is a fear that fuel gas will leak at the gas burner 1 without being burned. This immediately requires a repetition of the ignition process by the ignition device 11 or a shut-off of the fuel gas supply by the fuel gas valve 4.
- the Zündüberwachungs Rhein 12 provides the necessary information to the start-flow control 10, which then initiates the preprogrammed measures.
- a temperature detection device 13 is provided, with which the temperature of the gas burner 1 supplied combustion air can be measured. The measurement result is provided to the start-up flow control 10, which accordingly can set the desired operating speed for the combustion air blower 6.
- a temperature detecting means 13 a thermocouple or a thermocouple, which measures either the temperature in the environment or in the combustion air line 5 is suitable.
- the start-up flow control 10 enables a start-up operation of the gas burner device, as described below with reference to FIG Fig. 3 is explained.
- Fig. 3 schematically shows the curve of the rotational speed of the combustion air engine over time when starting the gas burner device.
- the start-flow control 10 controls the Drehiereeinstell Surprise 8 such that the combustion air engine 7 rotates at a starting speed nS.
- the starting speed nS is above an operating speed nB and z. In a range between 1400 and 4500 rpm.
- the starting speed nS may be set as a fixed speed of about 3200 Be set rpm.
- the starting rotational speed nS is maintained and stabilized over a first period TW.
- the rotational speed can be controlled via the rotational speed detecting device 9. If it is determined that the preselected starting speed nS (within a certain tolerance range) is not reached, e.g. B. because the combustion air motor 7 is blocked, recognizes the start-flow control 10 an error and aborts the starting process. Depending on the configuration, it can transmit an optical or acoustic error signal to the operator.
- the fuel gas valve 4 remains closed, so that only combustion air flows through the gas burner 1.
- a second time period TS connects.
- the actual ignition takes place.
- the rotational speed of the combustion air engine 7 is continuously reduced substantially linearly from the starting rotational speed nS to the predetermined operating rotational speed nB, as in FIG Fig. 3 recognizable.
- the second period TS can be several seconds, z. B. 7.5 seconds.
- the speed is lowered over a period c within the second period TS until an opening speed n ⁇ is reached.
- the start-flow control 10 opens via the fuel gas valve 4, the fuel gas supply to the gas burner 1. Accordingly, fuel gas mixes with the already existing combustion air flow.
- the ignition triggered by the start-flow control 10 takes place via the ignition device 11.
- the ignition speed nZ is present at the combustion air engine 7. Since the speed is still above the operating speed nB at this time, the combustion air blower 6 generates a combustion air flow that is too large for the desired combustion, so that there is an excess of air in the gas burner 1.
- Ignition then takes place in the air surplus (air ratio ⁇ eg greater than 1.3), so that the CO emission is minimal (cf. Fig. 1 ). That at this time the exhaust gas loss is high does not bother, because subsequently the speed is further reduced until the speed reaches the predetermined, ideal value of the operating speed nB. Then the combustion takes place in the gas burner 1 at an air ratio ⁇ of about 1.1 to 1.3.
- the reduction of the rotational speed during the second time interval TS may be at different speeds, ie in different sections, as in FIG Fig. 3 shown.
- the operating speed nB may depend on the combustion air temperature. For this purpose, it is possible that the operating speed nB changes continuously as a function of the combustion air temperature. Alternatively, several temperature levels can be defined, each corresponding to a suitable operating speed and thus a corresponding combustion air flow. Basically, it is such that higher combustion air temperatures require a larger combustion air flow and thus a higher operating speed nB of the combustion air engine 7.
- the start-up control 10 attempts to repeat the starting process TS after a waiting time TWI. For this purpose, the speed of the combustion air engine 7 is first increased again to the starting rotational speed nS, whereupon the speed reduction can take place in the time interval TS.
- a maximum number of starts (for example, three starts) is made for 2 minutes. If no flame is still detected at the gas burner 1 after that, the gas burner device enters a fault state and stops starting.
- z. B. are also in an empty fuel gas supply 3.
- a gas burner device can be operated not only with a single power level, but with multiple power levels.
- a first gas stage may be provided with a fuel gas supply with a low volume flow and, accordingly, a first, low operating speed of the internal combustion engine 7.
- a second gas stage the fuel gas is supplied with a higher volume flow, and the operating speed of the combustion air engine 7 is at a higher level.
- a changing device which has an alternating sequence control with which the changing process can be controlled.
- the change sequence control can be used with the above in connection with the Fig. 2 described start sequence control can be combined.
- Fig. 4 shows similar to Fig. 3 the speed curve of the combustion air motor 7 when switching between the first and the second throttle stage or when switching between the second and the first throttle stage.
- the gas burner is initially in the first gas stage, in which the combustion air engine 7 rotates at the first operating speed n (T, stage 1).
- the operating speed is - as stated above - dependent on the combustion air temperature T.
- a corresponding operation command is executed by the change schedule and the speed of the combustion air motor 7 is continuously transmitted through the speed setter 8 during a changeover time period TC (eg, 2.5 seconds) elevated.
- TC changeover time period
- the fuel gas valve 4 After reaching an opening speed (2600 U / min in the present example), the fuel gas valve 4 is opened, ie adjusted from its first stage to the second stage, so that more fuel gas can reach the gas burner 1.
- the opening or closing of the fuel gas valve 4 during the changeover time period TC can take place as a function of the respectively applied switching speed. Likewise, it is also possible to effect the switching after a certain period of time within the changeover period TC.
Description
Die Erfindung betrifft eine Gasbrennervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Wechseln zwischen zwei Betriebszuständen bei einer Gasbrenner-vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17.The invention relates to a gas burner device according to the preamble of
Gasbrennervorrichtungen werden häufig in Gasheizungen von mobilen Einrichtungen eingesetzt, z. B. Wohnwagen, Wohnmobilen oder Booten, um über Wärmetauscher Luft bzw. Wasser komfortabel zu erwärmen. Als Brenngas wird insbesondere bei mobilen Einrichtungen Flüssiggas, wie z. B. Butan oder Propan, verwendet.Gas burner devices are often used in gas heaters of mobile devices, eg. As caravans, motorhomes or boats to heat comfortably via heat exchanger air or water. As a fuel gas, in particular in mobile devices, LPG, such. As butane or propane used.
Brennersteuerungen für derartige Gasheizgeräte müssen einigen Sicherheitsanforderungen genügen, die in einschlägigen Normen (EN 624 - "Gasheizgeräte für Freizeitgeräte und Boote"; EN 298 - "Sicherheitsanforderungen an Brennersteuerungen von Gasheizgeräten") niedergelegt sind.Burner controls for such gas heaters must meet some of the safety requirements set out in relevant standards (EN 624 - "Gas heaters for recreational equipment and boats"; EN 298 - "Safety requirements for burner controls of gas heaters").
Beim Starten eines Gasheizgeräts bereitet oft das Zünden einer Gasflamme am Gasbrenner Schwierigkeiten. Der Grund dafür liegt darin, dass das richtige stöchiometrische Verhältnis des Brenngases (Butan, Propan oder Gemische von beiden) mit der Verbrennungsluft von Beginn an hergestellt werden muss, um die Abgasemissionen beim Start möglichst gering zu halten. Das stöchiometrische Verhältnis hängt unter anderem auch von der Verbrennungslufttemperatur ab, die insbesondere bei mobilen Einrichtungen zwischen -30 °C und +70 °C oder mehr liegen kann. Aufgrund dieser großen Unterschiede kann im Prinzip nie das richtige stöchiometrische Verhältnis zwischen Brenngas und Verbrennungsluft vom Start weg erreicht werden.When starting a gas heater often causes the ignition of a gas flame at the gas burner difficulties. The reason for this is that the right stoichiometric ratio of the fuel gas (butane, propane, or mixtures of both) with the combustion air must be established from the beginning to minimize exhaust emissions at startup. Among other things, the stoichiometric ratio also depends on the combustion air temperature, which may be between -30 ° C and + 70 ° C or more, especially for mobile devices. Due to these large differences, in principle, the correct stoichiometric ratio between fuel gas and combustion air can never be achieved from the start.
Ein anderes Problem beim Starten des Gasbrenners besteht in der Geräuschentwicklung beim Zünden. Wenn das Brenngas gezündet wird, entsteht am Gasbrenner ein in der Regel deutlich hörbares und daher für den Benutzer unter Umständen als störend empfundenes "Wupp".Another problem with starting the gas burner is the noise during ignition. When the fuel gas is ignited, the gas burner generally produces a clearly audible "wupp" that may be distracting to the user.
Es ist bekannt, den Brennraum, in dem sich die Flamme ausbilden soll, vor dem Start des Gasbrenners mit Verbrennungsluft vorzuspülen, dann ein Verbrennungsluftgebläse auf eine feste Drehzahl einzustellen, ein Magnetventil für die Brenngaszufuhr zu öffnen und schließlich in die zündfähige Atmosphäre (Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft) mit einer Zündkerze hineinzuzünden. Wenn die Flamme brennt, nimmt der Gasbrenner den geregelten Betrieb auf. Erlischt hingegen die Flamme wieder, so erkennt eine Flammüberwachung dies und versucht ca. 10 Sekunden lang durch Abgabe von Zündfunken nachzuzünden. Gelingt dies nicht, wird das Magnetventil geschlossen und die Heizung begibt sich in den Störungszustand.It is known to pre-rinse the combustion chamber in which the flame should form, before starting the gas burner with combustion air, then set a combustion air blower to a fixed speed, a solenoid valve for the Open fuel gas supply and finally ignite in the flammable atmosphere (mixture of fuel gas and combustion air) with a spark plug. When the flame burns, the gas burner will start the regulated operation. On the other hand, if the flame goes out again, a flame detector detects this and tries to ignite for about 10 seconds by releasing the ignition spark. If this fails, the solenoid valve is closed and the heater goes into the fault state.
Üblicherweise erfolgt eine Verbrennung im Gasbrenner bei einer Luftzahl λ von ca. 1,1 bis 1,3. Die Luftzahl λ entspricht dem Verhältnis einer tatsächlich einem Verbrennungsvorgang (Reaktion) zugeführten Luftmenge zu einer theoretisch bei vollständiger (ideal-stöchiometrischer) Verbrennung erforderlichen Mindestluftmenge. Bei einer Luftzahl λ von 1,0 wird dementsprechend genau soviel Verbrennungsluft zugeführt, wie erforderlich ist, um das Brenngas vollständig zu verbrennen. In der Praxis wird eine derartige ideale Verbrennung aufgrund einer unvollständigen Durchmischung der Reaktionspartner jedoch bei einer Luftzahl λ von 1,0 nie erreicht werden können, sodass die Luftzahl λ auf den oben genannten Bereich von 1,1 bis 1,3 eingestellt wird, um einen Verbrennungsluftüberschuss zu erreichen.Usually, combustion takes place in the gas burner at an air ratio λ of about 1.1 to 1.3. The air ratio λ corresponds to the ratio of an actual amount of air supplied to a combustion process (reaction) to a minimum amount of air theoretically required in the case of complete (ideal stoichiometric) combustion. With an air ratio λ of 1.0, therefore, exactly as much combustion air is supplied as is necessary in order to completely burn the fuel gas. In practice, however, such an ideal combustion will never be achieved due to incomplete mixing of the reactants at an air ratio λ of 1.0, so that the air ratio λ is set to the above-mentioned range of 1.1 to 1.3, by one To achieve combustion air surplus.
Da die Dichte der Verbrennungsluft von der Temperatur abhängt, ist auch die Luftzahl λ von der Verbrennungslufttemperatur abhängig. Wenn z. B. die Temperatur der Verbrennungsluft niedrig ist, steigt die Luftzahl λ an, so dass der Gehalt an CO im Abgas zwar abnimmt, der Anteil der Stickoxide jedoch zunimmt und der Abgasverlust steigt. Steht hingegen Verbrennungsluft mit höherer Temperatur zur Verfügung, sinkt die Luftzahl λ unter den Idealwert, so dass der Abgasverlust ebenfalls zunimmt (schlechte Energieausbeute) und der CO-Gehalt steigt. In beiden Fällen erfolgt die Verbrennung nicht mehr im optimalen Arbeitsbereich.Since the density of the combustion air depends on the temperature, the air ratio λ is also dependent on the combustion air temperature. If z. B. the temperature of the combustion air is low, the air ratio λ increases, so that although the content of CO in the exhaust gas decreases, but the proportion of nitrogen oxides increases and the exhaust gas loss increases. On the other hand, if combustion air with a higher temperature is available, the air ratio λ drops below the ideal value, so that the exhaust gas loss also increases (poor energy yield) and the CO content increases. In both cases, the combustion is no longer in the optimal working range.
Die Zusammenhänge sind in
Beim Starten ist aufgrund der noch kalten Brennkammer, der instationären Strömungsverhältnisse und dem ungenauen, in einem gewissen Bereich zufallsabhängigen Zündzeitpunkt die CO-Bildung höher als gewünscht. Zudem entsteht immer das bereits oben genannte "Wupp"-Geräusch.When starting is due to the still cold combustion chamber, the unsteady Flow conditions and the inaccurate, in a certain range random ignition point the CO formation higher than desired. In addition, always the above-mentioned "Wupp" sound.
In
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasbrennervorrichtung anzugeben, die sich bei unterschiedlichen Umgebungslufttemperaturen (= Verbrennungslufttemperatur) starten und betreiben lässt.The invention has for its object to provide a gas burner device that can be started and operated at different ambient air temperatures (= combustion air temperature).
Erfindungsgemäß wird eine Gasbrennervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 angegeben. Ein Verfahren zum Ändern des Betriebszustands einer Gasbrennervorrichtung ist in Anspruch 17 aufgeführt. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.According to the invention, a gas burner device according to
Eine erfindungsgemäße Gasbrennervorrichtung weist einen Gasbrenner zum Verbrennen eines Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisches sowie ein einen Verbrennungsluftmotor aufweisendes Verbrennungsluftgebläse zum Zuführen der Verbrennungsluft zu dem Gasbrenner auf. Mit Hilfe des Verbrennungsluftgebläses wird die Verbrennungsluft aus der Umgebung angesaugt und zu dem Gasbrenner geführt, wo sie sich mit dem Brenngas vermischt.A gas burner device according to the invention comprises a gas burner for burning a combustion gas combustion air mixture and a combustion air blower having a combustion air engine for supplying the combustion air to the gas burner. With the help of the combustion air blower, the combustion air is sucked from the environment and fed to the gas burner, where it mixes with the fuel gas.
Der Verbrennungsluftmotor ist durch eine Drehzahleinstelleinrichtung auf wenigstens zwei verschiedene Drehzahlen, insbesondere jedoch auf beliebige Drehzahlen innerhalb eines Arbeitsbereichs einstellbar. Erfindungsgemäß ist eine Ablaufsteuerung vorgesehen, die eine Änderung eines Betriebszustands der Gasbrennervorrichtung von einem Ausgangsbetriebszustand in einen Zielbetriebszustand mit folgenden Abschnitten steuert:
- Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung zum Einstellen der Drehzahl des Verbrennungsluftmotors auf eine dem Ausgangsbetriebszustand entsprechende Ausgangsdrehzahl;
- Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung zum im Wesentlichen kontinuierlichen Ändern der Drehzahl von der Ausgangsdrehzahl auf eine dem Zielbetriebszustand entsprechende Zieldrehzahl während eines vorbestimmten Zeitabschnitts;
- während des vorbestimmten Zeitabschnitts Ansteuern des Brenngasventils zum Ändern der Brenngaszufuhr auf eine dem Zielbetriebszustand entsprechende Ziel-Brenngaszufuhr.
- Driving the speed setting means for setting the rotational speed of the combustion air motor to an output speed corresponding to the output operating state;
- Driving the speed setter to substantially continuously change the speed from the output speed to a target speed corresponding to the target operating condition during a predetermined period of time;
- during the predetermined period of time driving the fuel gas valve for changing the fuel gas supply to a target fuel gas supply corresponding to the target operation state.
Mit Hilfe der Ablaufsteuerung ist es dementsprechend möglich, zunächst die Gasbrennervorrichtung in einem Ausgangsbetriebszustand zu betreiben, so dass sich dieser Zustand stabilisieren kann. Wenn durch den Bediener oder ein Arbeitsprogramm eine Änderung des Betriebszustands verlangt wird, bewirkt die Ablaufsteuerung eine Anpassung der Drehzahl des Verbrennungsluftmotors über einen bestimmten, längeren Zeitraum. Somit wird die Drehzahl nicht schlagartig von der Ausgangsdrehzahl auf die Zieldrehzahl eingestellt. Vielmehr erfolgt eine kontinuierliche, z. B. lineare, verhältnismäßig langsame (über mehrere Sekunden erfolgende) Änderung der Drehzahl. Die Ausgangsdrehzahl und die Zieldrehzahl hängen jeweils von dem gewollten Ausgangs- bzw. Zielbetriebszustand ab.Accordingly, with the aid of the sequence control, it is possible to first operate the gas burner device in an initial operating state, so that this state can stabilize. If a change in operating condition is required by the operator or a work program, the sequencer effects an adjustment of the speed of the combustion air motor over a certain, longer period of time. Thus, the speed is not suddenly adjusted from the output speed to the target speed. Rather, a continuous, z. B. linear, relatively slow (over several seconds) change in speed. The output speed and the target speed each depend on the desired output or target operating state.
Während dieser Änderung der Drehzahl erfolgt die von der Ablaufsteuerung bewirkte Änderung der Brenngaszufuhr durch das Ansteuern des Brenngasventils. Die Schaffung von verhältnismäßig langen Zeiträumen für den Übergang zwischen Ausgangs- und Zielbetriebszustand ermöglicht einen sanften Wechsel zwischen den Betriebszuständen. Da mit der Änderung der Betriebszustände üblicherweise auch die Menge an zugeführtem Brenngas geändert werden muss, erfolgt daher erfindungsgemäß diese Brenngasänderung nicht mit einer schlagartigen Änderung des Verbrennungsluftstroms, sondern ebenfalls in dem Zeitabschnitt, während sich die Drehzahl ändert. Zum Beispiel ist es möglich, wie später noch erläutert wird, beim Starten des Gasbrenners in einen aufgrund einer sinkenden Drehzahl nachlassenden Volumenstrom der Verbrennungsluft Brenngas zuzuführen und kurz darauf hineinzuzünden.During this change in the speed, the change in the fuel gas supply caused by the sequence control takes place by the activation of the fuel gas valve. The creation of relatively long time periods for the transition between the initial and the target operating states enables a smooth change between the operating states. Since with the change of operating conditions usually also the amount of supplied fuel gas must be changed, therefore, this fuel gas change is not according to the invention with a sudden change in the combustion air flow, but also in the period while the speed changes. For example, it is possible, as will be explained later, to supply fuel gas to the combustion air when the gas burner is started in a volumetric flow which decreases due to a falling speed, and to ignite it shortly thereafter.
Der sanfte Wechsel zwischen den Betriebszuständen eröffnet zum einen die Möglichkeit, hinsichtlich der Luftzahl λ stets einen stabilen Zustand zu erreichen, bei dem bezüglich Abgasemission und Energieausbeute gewisse Kompromisse eingegangen werden können. Dadurch lässt es sich vermeiden, dass schlagartig ein hoher Schadstoffausstoß entsteht. Außerdem hat sich herausgestellt, dass durch die Änderung des Betriebszustands in der erfindungsgemäßen Weise die beim Stand der Technik auftretende Geräuschentwicklung deutlich vermindert bzw. völlig vermieden werden kann.The smooth change between the operating states on the one hand opens up the possibility of always achieving a stable state with regard to the air ratio λ, in which certain compromises can be made with regard to exhaust emission and energy yield. As a result, it can be avoided that suddenly produces a high pollutant emissions. In addition, it has been found that the change in the operating state in the manner according to the invention, the noise occurring in the prior art can be significantly reduced or completely avoided.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Temperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur der Verbrennungsluft vorgesehen. Die Drehzahleinstelleinrichtung ist mit der Temperatur-Erfassungseinrichtung derart gekoppelt, dass die Drehzahl in Abhängigkeit von der Verbrennungslufttemperatur einstellbar ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention is a temperature detection device provided for detecting the temperature of the combustion air. The speed setting device is coupled to the temperature detecting device such that the rotational speed is adjustable as a function of the combustion air temperature.
Auf diese Weise ist es sehr einfach möglich, dass stets die Menge an Verbrennungsluft dem Gasbrenner zugeführt wird, die für die gewünschte Luftzahl λ (Verhältnis von Verbrennungsluft und Brenngas) erforderlich ist. Dabei spielt es keine Rolle, mit welcher Temperatur die Verbrennungsluft zugeführt wird. Die sich aus unterschiedlichen Verbrennungsluft-Temperaturen ergebenden Dichteunterschiede werden durch die Drehzahlregulierbarkeit des Verbrennungsluftmotors kompensiert. Bei niedrigen Temperaturen hat die Verbrennungsluft eine höhere Dichte, so dass ein geringerer Volumenstrom an Verbrennungsluft ausreicht, um die gleiche Luftzahl λ zu erreichen. Dementsprechend kann der Verbrennungsluftmotor mit einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden. Steigt hingegen die Verbrennungsluft-Temperatur, so sinkt entsprechend die Dichte der Verbrennungsluft, so dass die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors erhöht werden muss, um die gleiche Menge an Verbrennungsluft dem Gasbrenner zuzuführen.In this way, it is very easily possible that always the amount of combustion air is supplied to the gas burner, which is required for the desired air ratio λ (ratio of combustion air and fuel gas). It does not matter with what temperature the combustion air is supplied. The differences in density resulting from different combustion air temperatures are compensated by the speed controllability of the combustion air motor. At low temperatures, the combustion air has a higher density, so that a lower volume flow of combustion air is sufficient to achieve the same air ratio λ. Accordingly, the combustion air motor can be operated at a lower speed. If, on the other hand, the combustion air temperature rises, the density of the combustion air decreases correspondingly, so that the speed of the combustion air engine must be increased in order to supply the same amount of combustion air to the gas burner.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Startvorrichtung vorgesehen, die eine Zündeinrichtung zum Zünden des Brenngases und einen Timer zum Erzeugen von wenigstens einem vorbestimmten Zeitabschnitt TS aufweist. Weiterhin weist die Ablaufsteuerung eine Start-Ablaufsteuerung auf, die einen Startvorgang der Gasbrennervorrichtung mit folgenden Abschnitten steuert:
- Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung zum Einstellen der Drehzahl des Verbrennungsluftmotors auf eine der Ausgangsdrehzahl entsprechende Startdrehzahl;
- Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung zum im Wesentlichen linearen, kontinuierlichen Absenken der Drehzahl von der Startdrehzahl auf eine niedrigere, der Zieldrehzahl entsprechende Betriebsdrehzahl während eines Verstreichens des Zeitabschnitts TS, wobei die Drehzahl zu Beginn des Zeitabschnitts TS der Startdrehzahl und zum Ende des Zeitabschnitts TS der Betriebsdrehzahl entspricht;
- Ansteuern eines Brenngasventils zum Öffnen einer Brenngaszufuhr zu der Verbrennungsluft während des Zeitabschnitts TS; und
- nach dem Öffnen der Brenngaszufuhr Ansteuern der Zündeinrichtung zum Zünden des Brenngases während des Zeitabschnitts TS.
- Driving the speed setting means for setting the speed of the combustion air motor to a starting speed corresponding to the output speed;
- Driving the speed setting means for substantially linearly, continuously decreasing the speed from the starting speed to a lower operating speed corresponding to the target speed during a lapse of the period TS, the speed corresponding to the start speed at the beginning of the period TS and the operating speed at the end of the period TS;
- Driving a fuel gas valve to open a fuel gas supply to the combustion air during the period TS; and
- after opening the fuel gas supply driving the ignition device for igniting the fuel gas during the period TS.
Somit wird mit Hilfe der Start-Ablaufsteuerung zunächst eine erhöhte Drehzahl des Verbrennungsluftmotors (Startdrehzahl) eingestellt. Danach reduziert die Start-Ablaufsteuerung die Drehzahl während des Zeitabschnitts TS langsam, also kontinuierlich und im Wesentlichen linear von der Startdrehzahl auf die niedrigere Betriebsdrehzahl. Der Zeitabschnitt TS kann einige Sekunden, z. B. 7,5 Sekunden, dauern. Während des Reduzierens der Drehzahl, insbesondere kurz vor Erreichen der Betriebsdrehzahl, steuert die Start-Ablaufsteuerung das Brenngasventil an, um die Brenngaszufuhr zu öffnen und der Verbrennungsluft Brenngas beizumischen. Das Öffnen des Brenngasventils erfolgt somit während des Absenkens der Drehzahl des Verbrennungsluftmotors und damit in den nachlassenden Verbrennungsluft-Volumenstrom hinein.Thus, an increased speed of the combustion air engine (start speed) is initially set using the start-flow control. Thereafter, the start sequencer reduces the speed slowly during the time period TS, ie continuously and substantially linearly from the starting speed to the lower operating speed. The time period TS can be a few seconds, z. B. 7.5 seconds, take. During the reduction of the rotational speed, in particular shortly before reaching the operating speed, the start-up control controls the fuel gas valve in order to open the fuel gas supply and mix the combustion air fuel gas. The opening of the fuel gas valve thus takes place during the lowering of the speed of the combustion air engine and thus in the decreasing combustion air volume flow into it.
Nach dem Öffnen des Brenngasventils wird durch die Start-Ablaufsteuerung die Zündeinrichtung, z. B. eine Zündkerze, angesteuert, um das Brenngas noch während des Zeitabschnitts TS, also noch vor Erreichen der Betriebsdrehzahl, zu zünden.After opening the fuel gas valve, the ignition device, for. As a spark plug, driven to ignite the fuel gas during the period TS, so even before reaching the operating speed.
Die Startvorrichtung ist in der Lage, diesen Startvorgang mehrmals zu wiederholen, wenn nach Ablauf eines Startvorgangs keine Flamme am Gasbrenner festgestellt wird. Dies wird später noch erläutert.The starting device is able to repeat this starting process several times if no flame is detected at the gas burner after the start of a boot process. This will be explained later.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Startvorrichtung eine Drehzahl-Erfassungseinrichtung auf, um die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors zu erfassen. Dadurch kann stets die Funktion des Verbrennungsluftmotors überwacht werden. Insbesondere ist es möglich zu überprüfen, ob der Verbrennungsluftmotor die vorgegebene Drehzahl, also die Startdrehzahl, und die temperaturabhängige Betriebsdrehzahl, einhält. Bei Abweichung der Istdrehzahl von der Solldrehzahl kann die Drehzahleinstelleinrichtung korrigierend eingreifen und die tatsächliche Motordrehzahl entsprechend anpassen.In a particularly preferred embodiment of the invention, the starting device has a rotational speed detection device in order to detect the rotational speed of the combustion air engine. As a result, the function of the combustion air engine can always be monitored. In particular, it is possible to check whether the combustion air engine, the predetermined speed, ie the starting speed, and the temperature-dependent operating speed complies. If the actual speed deviates from the setpoint speed, the speed setting device can correctively intervene and adjust the actual engine speed accordingly.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Start-Ablaufsteuerung derart ausgebildet, dass durch die Drehzahl-Erfassungseinrichtung während des Zeitabschnitts TS das Erreichen einer vorbestimmten, zwischen der Startdrehzahl und der Betriebsdrehzahl liegenden Öffnungsdrehzahl feststellbar ist, und dass bei Erreichen der Öffnungsdrehzahl während des Zeitabschnitts TS das Brenngasventil geöffnet wird. Die Drehzahl-Erfassungseinrichtung ermöglicht es, sehr präzise den richtigen Moment für das Öffnen des Brenngasventils, nämlich das Erreichen der Öffnungsdrehzahl, zu bestimmen. Die Öffnungsdrehzahl kann im Vorhinein derart bestimmt werden, dass das Brenngasventil nicht zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb des Zeitabschnitts TS geöffnet wird, sondern zu einem Zeitpunkt, bei dem ein Verbrennungsluft-Volumenstrom erreicht wird, der für den Startvorgang optimal ist. Auf diese Weise lässt sich die Geräuschentwicklung beim Starten weiter deutlich reduzieren.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the start-up sequence control is designed such that the achievement of a predetermined, between the starting speed and the operating speed lying opening speed is determined, and that upon reaching the opening speed during the period TS, the fuel gas valve is opened. The speed detection device makes it possible to determine very precisely the right moment for the opening of the fuel gas valve, namely the reaching of the opening speed. The opening speed may be determined in advance so that the fuel gas valve is not opened at any time within the period TS, but at a time at which a combustion air volume flow is achieved, which is optimal for the starting process. In this way, the noise at start can be further reduced significantly.
Vorzugsweise kann die Start-Ablaufsteuerung auch derart ausgebildet sein, dass durch die Drehzahl-Erfassungseinrichtung während des Zeitabschnitts TS das Erreichen einer vorbestimmten, zwischen der Öffnungsdrehzahl und der Betriebsdrehzahl liegenden Zünddrehzahl feststellbar ist, und dass bei Erreichen der Zünddrehzahl die Zündeinrichtung angesteuert wird, um das Brenngas zu zünden. Auch die Zünddrehzahl lässt sich im Vorhinein derart bestimmen, dass sie einen optimalen Volumenstrom für die Verbrennungsluft bewirkt, mit dem das Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch zuverlässig gezündet werden kann.Preferably, the start-flow control can also be designed such that the speed detection device during the period TS, the achievement of a predetermined, lying between the opening speed and the operating speed ignition speed is determined, and that upon reaching the ignition speed, the ignition device is driven to the Ignite fuel gas. The ignition speed can be determined in advance in such a way that it causes an optimum volume flow for the combustion air, with which the fuel gas combustion air mixture can be reliably ignited.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung repräsentiert der Zeitabschnitt TS einen zweiten Zeitabschnitt, dem ein erster Zeitabschnitt TW vorgelagert ist. Die Start-Ablaufsteuerung steuert den Startvorgang dann mit folgenden Abschnitten:
- Überwachen eines Verstreichens des ersten Zeitabschnitts TW nach dem Eingeben eines Startbefehls durch einen Bediener über ein mit der Start-Ablaufsteuerung verbundenes Bedienelement und/oder Überwachen eines Verstreichens des ersten Zeitabschnitts TW nach dem Erreichen der Startdrehzahl durch den Verbrennungsluftmotor; und
- nach Ablauf des ersten Zeitabschnitts TW Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung zum Absenken der Drehzahl während des zweiten Zeitabschitts TS.
- Monitoring a lapse of the first time period TW after inputting a start command by an operator via an operation element connected to the startup flow control and / or monitoring a lapse of the first time period TW after reaching the startup speed by the combustion air motor; and
- after expiration of the first time interval TW, driving the speed setting device to lower the speed during the second time interval TS.
Somit wird vor dem oben bereits erläuterten Zeitabschnitt TS und den während dieses Zeitabschnitts TS vorgenommenen Maßnahmen ein Zeitabschnitt TW vorgeschaltet, der über eine gewisse Zeit, z. B. einige Sekunden, abläuft, und während dem sich die Startdrehzahl des Verbrennungsluftmotors stabilisieren soll. Es ist möglich, dass die Startdrehzahl bereits vor Beginn des Zeitabschnitts TW erreicht wurde und dann während dieses Zeitabschnitts nur noch konstant gehalten werden muss. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass die Startdrehzahl erst zu Beginn des Zeitabschnitts TW eingestellt wird.Thus, a time period TW is preceded before the above-mentioned time period TS and the measures taken during this period TS, which over a certain time, for. B. a few seconds, expires, and during which the starting speed of the combustion air motor is to stabilize. It is possible that the starting speed has already been reached before the start of the time period TW and then only has to be kept constant during this time period. Alternatively, it is also possible that the starting speed is set only at the beginning of the period TW.
Der Bediener bzw. die Start-Ablaufsteuerung initiieren das Einstellen der Startdrehzahl am Verbrennungsluftmotor, die über den ersten Zeitabschnitt TW stabilisiert wird. Erst danach schließt sich der zweite Zeitabschnitt TS an, in dem die Drehzahl von der Startdrehzahl auf die Betriebsdrehzahl abgesenkt, die Brenngaszufuhr geöffnet und das Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch gezündet wird.The operator or the start-up sequence control initiates the setting of the starting rotational speed of the combustion air engine, which is stabilized over the first time period TW. Only then does the second time period TS follow, in which the rotational speed is lowered from the starting rotational speed to the operating rotational speed, the fuel gas supply is opened and the fuel gas combustion air mixture is ignited.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Ablaufsteuerung eine Wechselvorrichtung auf, zum Wechseln zwischen einer dem Ausgangsbetriebszustand entsprechenden Ausgangsgasstufe und einer dem Zielbetriebszustand entsprechenden Zielgasstufe, wobei die Ausgangsgasstufe und die Zielgasstufe jeweils einer ersten und einer zweiten Gasstufe bzw. umgekehrt entsprechen. Die erste Gasstufe entspricht einer Brenngaszufuhr mit einem ersten, niedrigeren Volumenstrom, während die zweite Gasstufe einer Brenngaszufuhr mit einem zweiten höheren Volumenstrom entspricht. Demgemäß ist für die erste Gasstufe eine niedrigere, erste Betriebsdrehzahl und für die zweite Gasstufe eine höhere, zweite Betriebsdrehzahl des Verbrennungsluftmotors vorgesehen.In another embodiment of the invention, the sequence controller comprises a changing device for switching between an output gas level corresponding to the initial operating state and a target gas level corresponding to the target operating state, wherein the output gas level and the target gas level respectively correspond to first and second gas levels and vice versa. The first gas stage corresponds to a fuel gas supply with a first, lower volume flow, while the second gas stage corresponds to a fuel gas supply with a second higher volume flow. Accordingly, a lower, first operating speed is provided for the first gas stage and a higher, second operating speed of the combustion air engine for the second gas stage.
Die Wechselvorrichtung ermöglicht nun einen besonders komfortablen Wechsel zwischen den Gasstufen. Dazu weist die Wechselvorrichtung eine Wechsel-Ablaufsteuerung auf, die den Wechselvorgang mit folgenden Abschnitten steuert:
- Ansteuern der Drehzahleinstelleinrichtung zum im Wesentlichen linearen Ändern der Drehzahl von der der Ausgangsgasstufe entsprechenden Drehzahl auf die der Zielgasstufe entsprechenden Drehzahl während eines Verstreichens eines Wechsel-Zeitabschnitts TC; und
- Ansteuern des Brenngasventils zum Ändern einer Brenngaszufuhr zu der Verbrennungsluft während des Wechsel-Zeitabschnitts TC auf einen der Zielgasstufe entsprechenden Zustand.
- Driving the speed setting means for substantially linearly changing the speed from the speed corresponding to the output gas level to the speed corresponding to the target gas level during elapse of a changeover time period TC; and
- Driving the fuel gas valve to change a fuel gas supply to the combustion air during the changeover time period TC to a state corresponding to the target gas level.
Demgemäß erfolgt auch hier das Ändern der Drehzahl über einen längeren Zeitraum, nämlich den Wechsel-Zeitabschnitt TC. Das Schalten des Brenngasventils, also das Vergrößern oder Verringern der Brenngaszufuhr (je nach gewünschter Zielgasstufe), erfolgt ebenfalls während des Wechsel-Zeitabschnitts TC, also in das Ändern der Drehzahl des Verbrennungsluftmotors hinein. Wie beim oben beschriebenen Startvorgang erfolgt also das Schalten des Brenngasventils (Öffnen und Schließen beim Starten; Verändern des Brenngasvolumenstroms beim Umschalten der Gasstufen) während eines Übergangszeitraums (Zeitabschnitt TS; Wechsel-Zeitabschnitt TC), in dem sich die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors, der einen Lüfter in dem Verbrennungsluftgebläse betreibt, ändert.Accordingly, here too the change of the rotational speed takes place over a longer period of time, namely the changeover time interval TC. The switching of the fuel gas valve, ie increasing or decreasing the fuel gas supply (depending on the desired Target gas level), likewise takes place during the changeover time interval TC, that is to say into the change of the speed of the combustion air engine. Thus, as with the starting operation described above, the switching of the fuel gas valve (opening and closing at the time of starting, changing the fuel gas volume flow when the gas levels are switched) takes place during a transitional period (time period TS, changeover time period TC) in which the number of revolutions of the combustion air engine including a fan operates in the combustion air blower changes.
Die Wechsel-Ablaufsteuerung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Ansteuern des Brenngasventils zum Ändern der Brenngaszufuhr frühestens nach Ablauf eines Teils des Wechsel-Zeitabschnitts TC, insbesondere nach Ablauf von 20 % des Wechsel-Zeitabschnitts TC, erfolgt. Zum Beispiel kann das Ansteuern des Brenngasventils etwa in der Mitte des Wechsel-Zeitabschnitts TC durchgeführt werden. Hierbei muss ein Kompromiss zwischen einer zu niedrigen und einer zu hohen Luftzahl λ gefunden werden. Jedoch kann das Öffnen des Brenngasventils zu einem anderen Zeitpunkt innerhalb des Wechsel-Zeitabschnitts TC erfolgen als das Schließen.The change sequence control is preferably designed such that a triggering of the fuel gas valve for changing the fuel gas supply at the earliest after expiration of a portion of the change period TC, in particular after expiration of 20% of the change period TC occurs. For example, the driving of the fuel gas valve may be performed at about the middle of the changeover period TC. Here, a compromise between a too low and a high air ratio λ must be found. However, the opening of the fuel gas valve may occur at another time within the changeover time period TC than the closing.
Als Kriterium für den richtigen Öffnungszeitpunkt kann - ähnlich wie oben beim Starten - auch wieder die von der Drehzahl-Erfassungseinrichtung erfasste Drehzahl des Verbrennungsluftmotors ausgewertet werden.As a criterion for the correct opening time, the speed of the combustion air motor detected by the speed detection device can also be evaluated again, similar to the above when starting.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Zündüberwachungseinrichtung vorgesehen, mit einem Detektor zum Überwachen eines Zündens einer Flamme an dem Gasbrenner. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass gegebenenfalls eine Störung der Gasbrennervorrichtung erkannt wird, die sonst ein unkontrolliertes Ausströmen des unverbrannten Brenngases bewirken würde.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a Zündüberwachungseinrichtung is provided with a detector for monitoring a firing of a flame at the gas burner. In this way it can be ensured that, if necessary, a fault of the gas burner device is detected, which would otherwise cause an uncontrolled outflow of the unburned fuel gas.
Die Zündüberwachungseinrichtung ist vorzugsweise derart mit der Start-Ablaufsteuerung gekoppelt, dass der Startvorgang durch die Start-Ablaufsteuerung wiederholbar ist, wenn nach Ablauf eines Startvorgangs durch die Zündüberwachungseinrichtung festgestellt wird, dass keine Flamme an dem Gasbrenner brennt.The ignition monitoring device is preferably coupled to the start-up sequence control in such a way that the starting process can be repeated by the start-up sequence if, after the end of a starting operation by the ignition monitoring device, it is determined that no flame is burning on the gas burner.
Darüber hinaus kann ein Sicherheitstimer zum Bestimmen eines Gesamtzeitraums vom Beginn des ersten Startvorgangs vorgesehen sein, wobei die Start-Ablaufsteuerung keinen weiteren Startvorgang zulässt, wenn der Gesamtzeitraum eine vorgegebene Zeitspanne überschritten hat, ohne dass durch die Zündüberwachungseinrichtung eine Flamme an dem Gasbrenner festgestellt wird. Während der vorgegebenen Zeitspanne kann dementsprechend mehrfach der Startvorgang wiederholt werden. Nach Ablauf der Zeitspanne hingegen wird davon ausgegangen, dass eine Störung des Geräts vorliegt, die Eingriffe des Bedieners erforderlich macht. Damit in diesem Fall kein Brenngas unkontrolliert austritt, schließt die Start-Ablaufsteuerung die Brenngaszufuhr zuverlässig und geht auf Störungsbetrieb.In addition, a security timer can be used to determine a total time period be provided from the beginning of the first start operation, wherein the start-up sequence control does not allow any further starting operation when the total period has exceeded a predetermined period of time, without being detected by the Zündüberwachungseinrichtung a flame on the gas burner. Accordingly, during the predetermined time period, the starting process can be repeated several times. On the other hand, after the expiration of the period of time, it is assumed that there is a malfunction of the device which requires intervention by the operator. Thus, in this case, no fuel gas exits uncontrolled, the start-flow control closes the fuel gas supply reliable and goes to trouble operation.
Alternativ oder ergänzend dazu kann ein Sicherheitszähler vorgesehen sein, zum Bestimmen einer Gesamtzahl von Startvorgängen. Die Start-Ablaufsteuerung verweigert dann einen weiteren Startvorgang, wenn die Gesamtzahl einen vorgegebenen Wert überschritten hat, ohne dass die Zündüberwachungseinrichtung das Vorhandensein einer Flamme am Gasbrenner erkennt.Alternatively or additionally, a security counter may be provided for determining a total number of startup operations. The start sequencer then refuses to start again if the total number has exceeded a predetermined value without the ignition monitoring device detecting the presence of a flame on the gas burner.
Darüber hinaus ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich, dass durch die Start-Ablaufsteuerung kein weiterer Startvorgang initiiert wird, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne die Gesamtzahl von Startvorgängen einen vorgegebenen Wert erreicht, ohne dass die Zündüberwachungseinrichtung eine Flamme an dem Gasbrenner feststellt.Moreover, in a preferred embodiment of the invention, it is possible that the start-up sequence control initiates no further starting operation if the total number of start operations reaches a predetermined value within a predetermined period without the ignition monitoring device detecting a flame on the gas burner.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ändern eines Betriebszustands einer Gasbrennervorrichtung von einem Ausgangsbetriebszustand in einen Zielbetriebszustand ist gekennzeichnet durch die Schritte: Einstellen des Verbrennungsluftmotors auf eine dem Ausgangsbetriebszustand entsprechende Ausgangsdrehzahl; während eines vorbestimmten Zeitabschnitts im Wesentlichen kontinuierliches Ändern der Drehzahl des Verbrennungsluftmotors von der Ausgangsdrehzahl auf eine dem Zielbetriebszustand entsprechende Zieldrehzahl; während des vorbestimmten Zeitabschnitts Ändern der Brenngaszufuhr auf eine dem Zielbetriebszustand entsprechende Ziel-Brenngaszufuhr. Das Verfahren gewährleistet den oben beschriebenen sanften Wechsel zwischen Betriebszuständen der Gasbrennervorrichtung.An inventive method for changing an operating state of a gas burner device from an initial operating state to a target operating state is characterized by the steps of: setting the combustion air motor to an output speed corresponding to the initial operating state; during a predetermined period of time, substantially continuously changing the rotational speed of the combustion air engine from the output rotational speed to a target rotational speed corresponding to the target operating state; during the predetermined period of time, changing the fuel gas supply to a target fuel gas supply corresponding to the target operation state. The method ensures the above-described smooth change between operating conditions of the gas burner device.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens eignet sich zum Starten einer Gasbrennervorrichtung und ist gekennzeichnet durch die Schritte: Einstellen des Verbrennungsluftmotors auf eine Startdrehzahl (Ausgangsdrehzahl); im Verlauf eines Zeitabschnitts TS im Wesentlichen kontinuierliches Absenken der Drehzahl des Verbrennungsluftmotors von der Startdrehzahl auf eine Betriebsdrehzahl (Zieldrehzahl); während des Absenkens der Drehzahl Öffnen einer Brenngaszufuhr sowie nach dem Öffnen der Brenngaszufuhr und vor dem Ende des Zeitabschnitts TS Zünden des Brenngases. Das Zünden des Brenngases erfolgt auf diese Weise in das Absenken der Drehzahl hinein, was einen weichen Zündvorgang unterstützt, so dass das oftmals als störend empfundene "Wupp"-Geräusch vermindert oder völlig unterbunden wird.A preferred embodiment of the method is suitable for starting a gas burner device and is characterized by the steps: setting the Combustion air engine to a starting speed (output speed); substantially continuously decreasing the speed of the combustion air motor from the starting speed to an operating speed (target speed) during a period of time TS; during the lowering of the speed of opening a fuel gas supply and after the opening of the fuel gas supply and before the end of the period TS ignition of the fuel gas. The ignition of the fuel gas takes place in this way in the lowering of the speed, which supports a soft ignition, so that the often perceived as disturbing "wupp" noise is reduced or completely prevented.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Absenken der Drehzahl geprüft, ob der Verbrennungsluftmotor mit der Startdrehzahl dreht. Nur dann, wenn der Verbrennungsluftmotor tatsächlich die gegenüber der Betriebsdrehzahl höhere Startdrehzahl erreicht, ist das erfindungsgemäß vorgesehene Absenken der Drehzahl möglich.In a preferred embodiment of the invention, it is checked before lowering the speed, whether the combustion air engine rotates at the starting speed. Only when the combustion air engine actually reaches the higher than the operating speed starting speed, the inventively provided lowering the speed is possible.
Eine besondere Ausgestaltung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch die Schritte: Messen der Temperatur der Verbrennungsluft und Einstellen der Zieldrehzahl bzw. Betriebsdrehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur der Verbrennungsluft.A particular embodiment of the method is characterized by the steps: measuring the temperature of the combustion air and setting the target speed or operating speed as a function of the temperature of the combustion air.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- in schematischer Darstellung die Konzentration von Rauchgasbestandteilen in Abhängigkeit von der Luftzahl λ;
- Fig. 2
- ein schematisches Blockschaltbild von einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasbrennervorrichtung;
- Fig. 3
- den Drehzahlverlauf eines Verbrennungsluftmotors beim Starten einer erfindungsgemäßen Gasbrennervorrichtung; und
- Fig. 4
- den Drehzahlverlauf des Verbrennungsluftmotors beim Wechseln zwischen zwei Gasleistungsstufen.
- Fig. 1
- a schematic representation of the concentration of flue gas components as a function of the air ratio λ;
- Fig. 2
- a schematic block diagram of a first embodiment of the gas burner device according to the invention;
- Fig. 3
- the speed curve of a combustion air engine when starting a gas burner device according to the invention; and
- Fig. 4
- the speed curve of the combustion air engine when switching between two gas power levels.
Die Gasbrennervorrichtung kann Bestandteil eines Gasheizgeräts sein, das insbesondere in Booten oder Freizeitfahrzeugen eingesetzt wird. Dementsprechend werden die heißen Rauchgase an einem Wärmetauscher vorbeigeführt, um die Wärme an ein Wärmeübertragungsmedium in bekannter Weise abzugeben.The gas burner device may be part of a gas heater, which is used in particular in boats or recreational vehicles. Accordingly, the hot flue gases are passed to a heat exchanger to deliver the heat to a heat transfer medium in a known manner.
Ein Gasbrenner 1 dient zum Verbrennen eines Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft. Das Brenngas wird über eine Brenngasleitung 2 von einem Brenngasvorrat 3 zugeführt. In die Brenngasleitung 2 ist ein Brenngasventil 4 eingebaut, das die Brenngasleitung 2 öffnet bzw. schließt. Das Brenngasventil 4 ist vorzugsweise als Magnetventil ausgeführt und dementsprechend elektrisch schaltbar. Bei dem Brenngasvorrat 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Gasvorratsflasche, die Flüssiggas, z. B. Propan oder Butan oder ein Gemisch davon, enthält.A
Zwischen dem Brenngasvorrat 3 und dem Brenngasventil 4 ist darüberhinaus eine an sich bekannte Regelvorrichtung zur Druckminderung des in dem Brenngasvorrat 3 (Gasvorratsflasche) herschenden hohen Drucks auf einen für den Gasbrenner 1 geeigneten, deutlich geringeren Druck vorgesehen.Between the
Die Verbrennungsluft wird über eine Verbrennungsluftleitung durch ein Verbrennungsluftgebläse 6 aus der Umgebung angesaugt und dem Gasbrenner 1 zugeführt.The combustion air is drawn in via a combustion air line through a
In dem Gasbrenner 1 mischt sich die Verbrennungsluft mit dem Brenngas in einem bestimmten Verhältnis, so dass ein Gasgemisch erzeugt wird, das bei der Verbrennung einen optimalen Wirkungsgrad bei gleichzeitig bestmöglicher Abgasgüte erreicht.In the
Zu diesem Zweck muss in dem Gasbrenner 1 das richtige stöchiometrische Verhältnis von Brenngas und Verbrennungsluft hergestellt werden. Als Maßstab dafür dient die Luftzahl λ, die das Verhältnis zwischen einer tatsächlich zugeführten Verbrennungsluftmenge zu einer theoretisch bei vollständiger Verbrennung erforderlichen Mindest-Verbrennungsluftmenge wiedergibt.
Die Zufuhr des Brenngases ist im Wesentlichen konstant, weil sich der Druck, mit dem das Brenngas aus dem Brenngasvorrat 3 zugeführt wird, aufgrund der stromab von dem Brenngasvorrat 3 angeordneten Druckregler und der von diesen durchgeführten Druckminderungsvorgänge praktisch nicht ändert. Dementsprechend kann die Luftzahl λ vor allem durch das Verändern der Verbrennungsluftzufuhr eingestellt werden.The supply of the fuel gas is substantially constant, because the pressure at which the fuel gas is supplied from the
Zu diesem Zweck ist es möglich, die Drehzahl eines das Verbrennungsluftgebläse 6 antreibenden Verbrennungsluftmotors 7 über eine Drehzahleinstelleinrichtung 8 zu variieren. Sofern eine besondere Regelungsgüte erreicht werden soll, kann darüber hinaus eine Drehzahl-Erfassungseinrichtung 9 vorgesehen sein, die die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors 7 überwacht und gegebenenfalls mit Hilfe der Drehzahleinstelleinrichtung 8 nachregelt. Als Verbrennungsluftmotor 7 eignet sich besonders ein PWM-Motor (PWM: Pulse-Width-Modulation), da dessen Drehzahl gleichermaßen einfach und zuverlässig angesteuert werden kann. Die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors 7 lässt sich durch die Drehzahleinstelleinrichtung 8 auf beliebige Werte innerhalb eines Arbeitsbereichs einstellen.For this purpose, it is possible to vary the rotational speed of a combustion air engine 7 driving the
Für die vorliegende Erfindung ist der Vorgang des Startens bzw. Zündens der Gasbrennervorrichtung von Bedeutung. Daher wird im Folgenden auf eine Start-Ablaufsteuerung 10 eingegangen, die allerdings Bestandteil einer allgemeinen, allumfassenden Steuerung der Gasbrennervorrichtung sein kann. Die Start-Ablaufsteuerung 10 ist mit dem Brenngasventil 4, der Drehzahleinstelleinrichtung 8 und - sofern vorhanden - der Drehzahl-Erfassungseinrichtung 9 gekoppelt. Sie ist dementsprechend in der Lage, sowohl die Brenngaszufuhr als auch die Verbrennungsluftzufuhr in Abhängigkeit von Bedienerwünschen, die der Bediener über ein nicht dargestelltes Bedienelement eingegeben hat, und/oder von in der Start-Ablaufsteuerung 10 hinterlegten Steuerprogrammen zu steuern bzw. zu regeln.For the present invention, the operation of starting the gas burner device is important. Therefore, a start-up
Weiterhin ist die Start-Ablaufsteuerung mit einer Zündeinrichtung 11 verbunden, mit der das brennfähige Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch, das am Gasbrenner 1 austritt, in bekannter Weise gezündet werden kann. Als Zündeinrichtung 11 eignet sich z. B. eine Zündkerze, die einen Hochspannungsfunken erzeugt.Furthermore, the start-up sequence control is connected to an
Zusätzlich kann eine Zündüberwachungseinrichtung 12 vorgesehen sein, die das Vorhandensein einer Flamme am Gasbrenner 1 detektiert und ein entsprechendes Signal an die Start-Ablaufsteuerung 10 liefert. Die Zündüberwachungseinrichtung 12 ist insbesondere deshalb erforderlich, um ein unkontrolliertes Austreten von unverbranntem Brenngas zu vermeiden. Nämlich dann, wenn ein Zündvorgang fehlgeschlagen ist, besteht die Gefahr, dass Brenngas am Gasbrenner 1 austritt, ohne dass es verbrannt wird. Dies erfordert umgehend eine Wiederholung des Zündvorgangs durch die Zündeinrichtung 11 bzw. ein Absperren der Brenngaszufuhr durch das Brenngasventil 4. Die Zündüberwachungseinrichtung 12 liefert die erforderliche Information an die Start-Ablaufsteuerung 10, die dann die vorprogrammierten Maßnahmen einleitet.In addition, an
Weiterhin ist eine Temperatur-Erfassungseinrichtung 13 vorgesehen, mit der die Temperatur der dem Gasbrenner 1 zugeführten Verbrennungsluft gemessen werden kann. Das Messergebnis wird der Start-Ablaufsteuerung 10 zur Verfügung gestellt, die dementsprechend die gewünschte Betriebsdrehzahl für das Verbrennungsluftgebläse 6 einstellen kann. Als Temperatur-Erfassungseinrichtung 13 eignet sich ein Thermofühler oder ein Thermoelement, das entweder die Temperatur in der Umgebung oder in der Verbrennungsluftleitung 5 misst.Furthermore, a
Die Start-Ablaufsteuerung 10 ermöglicht einen Startvorgang der Gasbrennervorrichtung, wie nachfolgend anhand von
Beim Einschalten des Gerätes bzw. beim Eingeben eines Zünd- oder Startkommandos durch den Bediener steuert die Start-Ablaufsteuerung 10 die Drehzahleinstelleinrichtung 8 derart an, dass der Verbrennungsluftmotor 7 mit einer Startdrehzahl nS dreht. Die Startdrehzahl nS liegt oberhalb von einer Betriebsdrehzahl nB und z. B. in einem Bereich zwischen 1400 und 4500 U/min. Zum Beispiel kann die Startdrehzahl nS als fest eingestellte Drehzahl von ca. 3200 U/min eingestellt sein.When switching on the device or when entering an ignition or start command by the operator, the start-
Die Startdrehzahl nS wird über einen ersten Zeitabschnitt TW gehalten und stabilisiert. Dabei kann die Drehzahl über die Drehzahl-Erfassungseinrichtung 9 kontrolliert werden. Wenn festgestellt wird, dass die vorgewählte Startdrehzahl nS (innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs) nicht erreicht wird, z. B. weil der Verbrennungsluftmotor 7 blockiert ist, erkennt die Start-Ablaufsteuerung 10 einen Fehler und bricht den Startvorgang ab. Je nach Ausgestaltung kann sie dem Bediener ein optisches oder akustisches Fehlersignal übermitteln.The starting rotational speed nS is maintained and stabilized over a first period TW. In this case, the rotational speed can be controlled via the rotational
Während des ersten Zeitabschnitts TW bleibt das Brenngasventil 4 geschlossen, so dass ausschließlich Verbrennungsluft durch den Gasbrenner 1 strömt.During the first time interval TW, the fuel gas valve 4 remains closed, so that only combustion air flows through the
An den ersten Zeitabschnitt TW, der mehrere Sekunden, z. B. 3 Sekunden, dauern kann, schließt sich ein zweiter Zeitabschnitt TS an. Im zweiten Zeitabschnitt TS erfolgt die eigentliche Zündung. Dazu wird die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors 7 kontinuierlich im Wesentlichen linear von der Startdrehzahl nS auf die vorgegebene Betriebsdrehzahl nB abgesenkt, wie in
Zunächst wird die Drehzahl über einen Zeitabschnitt c innerhalb des zweiten Zeitabschnitts TS abgesenkt, bis eine Öffnungsdrehzahl nÖ erreicht wird. Mit dem Erreichen der Öffnungsdrehzahl nÖ öffnet die Start-Ablaufsteuerung 10 über das Brenngasventil 4 die Brenngaszufuhr zum Gasbrenner 1. Dementsprechend mischt sich Brenngas mit dem bereits bestehenden Verbrennungsluftstrom. Kurze Zeit später, innerhalb eines Zeitabschnitts d, erfolgt die von der Start-Ablaufsteuerung 10 angesteuerte Zündung über die Zündeinrichtung 11. Zu diesem Zeitpunkt liegt am Verbrennungsluftmotor 7 die Zünddrehzahl nZ an. Da zu diesem Zeitpunkt die Drehzahl immer noch über der Betriebsdrehzahl nB liegt, wird von dem Verbrennungsluftgebläse 6 ein für die angestrebte Verbrennung zu großer Verbrennungsluftstrom erzeugt, so dass ein Luftüberschuss im Gasbrenner 1 besteht. Die Zündung erfolgt dann in den Luftüberschuss (Luftzahl λ z. B. größer 1,3) hinein, so dass der CO-Ausstoß minimal ist (vergleiche
Die Absenkung der Drehzahl während des zweiten Zeitabschnitts TS kann mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, also in unterschiedlichen Abschnitten verlaufen, wie in
Die Betriebsdrehzahl nB kann von der Verbrennungslufttemperatur abhängen. Dazu ist es möglich, dass sich die Betriebsdrehzahl nB in Abhängigkeit von der Verbrennungslufttemperatur kontinuierlich ändert. Alternativ dazu können auch mehrere Temperaturstufen definiert werden, die jeweils einer geeigneten Betriebsdrehzahl und damit einem entsprechenden Verbrennungsluftstrom entsprechen. Grundsätzlich ist es so, dass höhere Verbrennungslufttemperaturen einen größeren Verbrennungsluftstrom und damit eine höhere Betriebsdrehzahl nB des Verbrennungsluftmotors 7 erfordern.The operating speed nB may depend on the combustion air temperature. For this purpose, it is possible that the operating speed nB changes continuously as a function of the combustion air temperature. Alternatively, several temperature levels can be defined, each corresponding to a suitable operating speed and thus a corresponding combustion air flow. Basically, it is such that higher combustion air temperatures require a larger combustion air flow and thus a higher operating speed nB of the combustion air engine 7.
Wenn die Zündüberwachungseinrichtung 12 nach dem Zünden keine Flamme am Gasbrenner 1 detektiert, versucht die Start-Ablaufsteuerung 10 nach einer Wartezeit TWI den Startvorgang TS zu wiederholen. Dazu wird zunächst erneut die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors 7 auf die Startdrehzahl nS erhöht, woraufhin die Drehzahlabsenkung in dem Zeitabschnitt TS erfolgen kann.If the
Innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums von z. B. 2 Minuten wird eine maximale Anzahl von Startvorgängen (z. B. drei Startvorgänge) durchgeführt. Wird danach immer noch keine Flamme am Gasbrenner 1 erkannt, begibt sich die Gasbrennervorrichtung in einen Störzustand und bricht das Starten ab. Ein Grund dafür kann z. B. auch in einem leeren Brenngasvorrat 3 liegen.Within a given period of z. For example, a maximum number of starts (for example, three starts) is made for 2 minutes. If no flame is still detected at the
Das Zünden in den Luftüberschuss hinein ermöglicht es nicht nur, dass die CO-Anteile im Rauchgas beim Startvorgang verringert werden. Vielmehr wird auch das übliche Störgeräusch beim Zünden ("Wupp") wesentlich reduziert.The ignition into the excess air not only makes it possible to reduce the CO contents in the flue gas during the starting process. Rather, the usual noise during ignition ("Wupp") is significantly reduced.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die jedoch auch ergänzend zu der oben stehenden Ausführungsform genutzt werden kann, wird ein Wechsel zwischen zwei Gasstufen unterstützt.In another embodiment of the invention, but which can also be used in addition to the above embodiment, a change between two gas levels is supported.
So ist es bekannt, dass eine Gasbrennervorrichtung nicht nur mit einer einzigen Leistungsstufe, sondern mit mehreren Leistungsstufen betrieben werden kann.Thus, it is known that a gas burner device can be operated not only with a single power level, but with multiple power levels.
Zum Beispiel kann eine erste Gasstufe mit einer Brenngaszufuhr mit niedrigem Volumenstrom und dementsprechend einer ersten, niedrigen Betriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors 7 vorgesehen sein. Bei einer zweiten Gasstufe erfolgt die Brenngaszufuhr mit einem höheren Volumenstrom, und die Betriebsdrehzahl des Verbrennungsluftmotors 7 liegt auf einem höheren Niveau.For example, a first gas stage may be provided with a fuel gas supply with a low volume flow and, accordingly, a first, low operating speed of the internal combustion engine 7. In a second gas stage, the fuel gas is supplied with a higher volume flow, and the operating speed of the combustion air engine 7 is at a higher level.
Auch beim Umschalten zwischen den Gasstufen kann es bei bekannten Gasbrennern aufgrund der schlagartig geänderten Luftzahl λ zu einem unerwünscht hohen Schadstoffausstoß oder zu einer störenden Geräuschentwicklung kommen.Even when switching between the gas levels may occur in known gas burners due to the sudden change in air ratio λ to an undesirably high pollutant emissions or disturbing noise.
Zur Lösung erfolgt das Umschalten in einer in
Dafür ist eine Wechselvorrichtung vorgesehen, die eine Wechsel-Ablaufsteuerung aufweist, mit der der Wechselvorgang gesteuert werden kann. Die Wechsel-Ablaufsteuerung kann mit der oben in Zusammenhang mit der
Die Gasbrennvorrichtung befindet sich zunächst in der ersten Gasstufe, bei der der Verbrennungsluftmotor 7 mit der ersten Betriebsdrehzahl n(T, Stufe 1) dreht. Die Betriebsdrehzahl ist - wie oben dargelegt - von der Verbrennungsluft-temperatur T abhängig.The gas burner is initially in the first gas stage, in which the combustion air engine 7 rotates at the first operating speed n (T, stage 1). The operating speed is - as stated above - dependent on the combustion air temperature T.
Wenn der Bediener von der ersten Gasstufe auf die zweite Gasstufe umschaltet, wird ein entsprechender Bedienbefehl von der Wechsel-Ablaufsteuerung umgesetzt und die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors 7 über die Drehzahleinstelleinrichtung 8 während eines Wechsel-Zeitabschnitts TC (z. B. 2,5 s) kontinuierlich erhöht. Wie
Nach Erreichen einer Öffnungsdrehzahl (im vorliegenden Beispiel 2600 U/min) wird das Brenngasventil 4 geöffnet, d. h. von seiner ersten Stufe in die zweite Stufe verstellt, so dass mehr Brenngas zu dem Gasbrenner 1 gelangen kann.After reaching an opening speed (2600 U / min in the present example), the fuel gas valve 4 is opened, ie adjusted from its first stage to the second stage, so that more fuel gas can reach the
Anschließend wird die zweite Gasstufe mit der Betriebsdrehzahl n(T, Stufe 2) stabilisiert.Subsequently, the second gas stage with the operating speed n (T, level 2) is stabilized.
Bei einem umgekehrten Umschaltvorgang, nämlich dem Zurückschalten von der Gasstufe 2 in die Gasstufe 1 wird von der Wechsel-Ablaufsteuerung während des Wechsel-Zeitabschnitts TC die Drehzahl des Verbrennungsluftmotors 7 von der hohen Betriebsdrehzahl n(T, Stufe 2) kontinuierlich auf die niedrige Betriebsdrehzahl n(T, Stufe 1) reduziert. Bei Erreichen einer vorgegebenen Schließdrehzahl (im gezeigten Beispiel 2700 U/min) wird das Brenngasventil 4 angesteuert, um die Brenngaszufuhr auf die erste Gasstufe zu reduzieren.In a reverse switching operation, namely the switching back from the
Das Öffnen bzw. Schließen des Brenngasventils 4 während des Wechsel-Zeitabschnitts TC kann in Abhängigkeit von der jeweils anliegenden Schalt-Drehzahl erfolgen. Ebenso ist es aber auch möglich, nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne innerhalb des Wechsel-Zeitabschnitts TC die Umschaltung zu bewirken.The opening or closing of the fuel gas valve 4 during the changeover time period TC can take place as a function of the respectively applied switching speed. Likewise, it is also possible to effect the switching after a certain period of time within the changeover period TC.
Claims (22)
- Gas burner device, with- a gas burner (1) for combustion of fuel gas and combustion air;- a combustion air fan (6) having a combustion air motor (7) for supplying the combustion air to the gas burner (1); and with- a controllable fuel gas valve (4) regulating a fuel gas supply from a fuel reservoir (9) to the gas burner (1);
characterised in that- the combustion air motor (7) can be adjusted to at least two different speeds by a speed regulating device (8), in particular to any desired speed; and that- a sequence controller (10) is provided, which controls a change of an operating state of the gas burner device from an initial operating state to a target operating state with the following stages:+ actuation of the speed regulating device (8) to adjust the speed of the combustion air motor (7) to an initial speed corresponding to the initial operating state;+ actuation of the speed regulating device (8) to vary the speed substantially continuously from the initial speed to a target speed corresponding to the target operating state for a predetermined period of time (TS; TC);+ actuation of the fuel gas valve (4) during the predetermined period of time (TS; TC) to alter the fuel gas supply to a target fuel gas supply corresponding to the target operating state. - Gas burner device in accordance with claim 1, characterised in that- a temperature recording device(13) is provided to record the temperature of the combustion air; and that- the speed regulating device (8) is coupled with the temperature recording device (13) so that the speed can be varied as a function of the combustion air temperature.
- Gas burner device in accordance with claim 1 or 2, characterised in that a starting device is provided, with- an ignition device (11) to ignite the fuel gas;- a timer to produce the predetermined period of time TS; and with- a start sequence controller forming part of the sequence controller (10), which controls a start procedure with the following stages, wherein the start procedure is regarded as a change to the operating state:+ actuation of the speed regulating device (8) to adjust the speed of the combustion air motor (7) to a start speed (initial speed):+ actuation of the speed regulating device (8) to reduce the speed substantially linearly from the starting speed to a lower operating speed (target speed) while the time period TS elapses, wherein the speed corresponds to the starting speed at the beginning of the time period TS and to the operating speed at the end of the time period TS;+ actuation of a fuel gas valve (4) to open a fuel gas supply to the combustion air during the time period TS;+ after the opening, actuation of the ignition device to ignite the fuel gas during the time period TS.
- Gas burner device in accordance with claim 3, characterised in that the start sequence controller (10) is configured so that the actuation of the fuel gas valve (4) to open the fuel gas supply takes place at an opening time after a predetermined period of time has elapsed after the start of the time period TS.
- Gas burner device in accordance with claim 3 or 4, characterised in that the start sequence controller (10) is configured so that the actuation of the ignition device (11) to ignite the fuel gas takes place between the opening time and the end of the time period TS.
- Gas burner device in accordance with one of the claims 3 to 5, characterised in that the starting device has a speed recording device (9), for recording the speed of the combustion air motor (7).
- Gas burner device in accordance with one of the claims 3 to 6, characterised in that the start sequence controller (10) is configured so that- during the time period TS, the speed recording device (9) can detect when a predetermined opening speed, lying between the starting speed and the operating speed, is reached; and that- when the opening speed is reached during the time period TS, the fuel gas valve (4) can be actuated to open the fuel gas supply.
- Gas burner device in accordance with one of the claims 3 to 7, characterised in that the start sequence controller (10) is configured so that- during the time period TS, the speed recording device (9) can detect when a predetermined ignition speed, lying between the opening speed and the operating speed, is reached; and that- when the ignition speed is reached during the time period TS, the ignition device (11) can be actuated to ignite the fuel gas.
- Gas burner device in accordance with one of the claims 3 to 8, characterised in that- the time period TS is a second time period;- the timer is additionally configured to generate a predetermined first time period TW elapsing before the second time period TS; and that- the start sequence controller (10) controls the start procedure with the following stages:+ monitoring of the passage of the first time period TW, following the input of the start command by the user, by means of an operating element connected to the start sequence controller (10) and/or expiry of the first time period TW after the start speed has been reached by the combustion air motor (7);+ after the first time period TW has elapsed, actuation of the speed regulating device (8) to reduce the speed during the second time period TS.
- Gas burner device in accordance with one of the claims 1 to 9, characterised in that- the sequence controller has a change-over device for alternating between an initial gas stage (initial operating state) and a target gas stage (target operating state), wherein the initial gas stage is a first gas stage and the target gas stage is a second gas stage or the initial gas stage is the second gas stage and the target gas stage is the first gas stage;- the first gas stage corresponds to a fuel gas supply with a first, lower volumetric flow rate and the second gas stage corresponds to a fuel gas supply with a second, higher volumetric flow rate; and that- a lower, first operating speed of the combustion air motor (7) is provided for the first stage and a higher, second operating speed for the second gas stage.
- Gas burner device in accordance with claim 10, characterised in that the change-over device has a change-over sequence controller, which controls the change-over procedure with the following stages:- actuation of the speed regulating device (8) to vary the speed substantially linearly from the speed corresponding to the initial gas stage to the speed corresponding to the target gas stage while a change-over time period TC generated by the timer elapses;- actuation of a fuel gas valve (4) to alter a fuel gas supply to the combustion air during the change-over time period TC to a state corresponding to the target gas stage.
- Gas burner device in accordance with claim 11, characterised in that the change-over sequence is configured so that an actuation of the fuel gas valve (4) for altering the fuel gas supply takes place at the earliest after part of the change-over time period TC has elapsed, in particular after of 20% of the change-over time period TC has elapsed.
- Gas burner device in accordance with one of the claims 1 to 12, characterised in that- an ignition monitoring device (12) is provided, with a detector for monitoring an ignition of a flame on the gas burner (1); and that- the ignition monitoring device (12) is coupled with the start sequence controller (10), so that the starting procedure can be repeated by the start sequence controller if, after completion of the start procedure, the ignition monitoring device (12) detects that there is no flame on the gas burner (1).
- Gas burner device in accordance with one of the claims 3 to 13, characterised in that- a safety timer is provided for determining an overall time period from the beginning of the first starting procedure; and that- no further starting procedure can be actuated by the start sequence controller, if the overall time period has exceeded a predetermined time span and the ignition monitoring device (12) detects that there is no flame on the gas burner (1).
- Gas burner device in accordance with one of the claims 3 to 14, characterised in that- a safety counter is provided for determining a total number of starting procedures; and that- no further starting procedure can be actuated by the start sequence controller if the total number has exceeded a predetermined value and the ignition monitoring device (12) detects that there is no flame on the gas burner (1).
- Gas burner device in accordance with one of the claims 3 to 15, characterised in that no further starting procedure can be actuated by the start sequence controller (10) if, within a predetermined time span, the total number of starting procedures has exceeded a predetermined value and the ignition monitoring device (12) detects that there is no flame on the gas burner (1).
- Method for changing an operating state of a gas burner device from an initial operating state to a target operating state, whereby the gas burner device has:- a gas burner (1) for combustion of fuel gas and combustion air;
and- a combustion air fan (6) having a combustion air motor (7) for supplying the combustion air to the gas burner (1), wherein the speed of the combustion air motor (7) is controllable;
characterised by the steps:- adjustment of the combustion air motor (7) to an initial speed corresponding to the initial operating state;- substantially continuous variation of the speed of the combustion air motor (7) from the initial speed to a target speed corresponding to the target operating state for a predetermined period of time (TS; TC);- change of the fuel gas supply to a target fuel gas supply corresponding to the target operating state for the predetermined period of time (TS; TC). - Method in accordance with claim 17, wherein- the initial speed corresponds to a starting speed;- the target speed corresponds to an operating speed;- the substantially continuous variation of the speed of the combustion air motor (7) corresponds to a substantially continuous decrease of the speed of the combustion air motor (7) from the start speed to the operating speed; and- the change of the fuel gas supply to the target fuel gas supply corresponds to an opening of the fuel gas supply (4):characterised by the step:- after the fuel gas supply (4) has been opened, and before the end of the predetermined time period, ignition of the fuel gas to achieve the target operating state.
- Method in accordance with claim 18, characterised in that a check is made of whether the combustion air motor (7) is rotating at the starting speed before the speed is decreased.
- Method in accordance with claim 18 or 19, characterised in that the speed of the combustion air motor (7) is maintained at the starting speed at least over a time period TW before the time period TS begins.
- Method in accordance with claim 17, wherein- a change-over take place between an initial gas stage, corresponding to a specific fuel gas volumetric flow rate, existing in the initial operating state and a target gas stage, corresponding to another fuel gas volumetric flow rate corresponding to the target fuel gas supply, existing in the target operating state; and- the change of the speed of the combustion air motor (7) from the initial speed to the target speed corresponds substantially to a linear variation of speed during the passage of a change-over time period TC corresponding to the predetermined time period.
- Method in accordance with one of the claims 17 to 21, characterised by the steps:- measurement of the temperature of the combustion air; and- adjustment of the target speed or the operating speed depending on the temperature of the combustion air.
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