EP2163821A2 - Anordnung und Verfahren zur Überwachung einer Feuerungsanlage - Google Patents

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EP2163821A2
EP2163821A2 EP20090168825 EP09168825A EP2163821A2 EP 2163821 A2 EP2163821 A2 EP 2163821A2 EP 20090168825 EP20090168825 EP 20090168825 EP 09168825 A EP09168825 A EP 09168825A EP 2163821 A2 EP2163821 A2 EP 2163821A2
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exhaust gas
detecting
mass flow
oxygen content
heater
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Robert Bosch GmbH
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    • F23N5/184—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using electronic means
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/10—High or low fire

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for monitoring a furnace according to the preamble of claim 1 and a method for monitoring a furnace and for operating this arrangement according to the preamble of claim 2.
  • Generic combustion systems and heaters consist essentially of a burned with solid, liquid or gaseous fuels burner, an air and / or exhaust fan, a control device for controlling and monitoring the combustion.
  • separate sensors are known for the combustion control, which serve on the one hand to detect the oxygen content in the exhaust gas and on the other hand to detect the exhaust gas mass flow.
  • the oxygen content in the exhaust gas and the combustion air mass flow which corresponds to the exhaust gas mass flow, are important for the combustion control. In particular, this ensures the quality of combustion as well as low emissions.
  • the performance of heating appliances is monitored and regulated.
  • these conventional sensors are each provided with electric heaters to perform a measurement can.
  • the function of the sensor for detecting the exhaust gas mass flow corresponds to that of a hot wire anemometer, as known from the prior art.
  • a heating wire is exposed to the flow of a gaseous medium and then electronically monitors the resistance and / or voltage change on the heating wire.
  • a proportionately larger heating power requires the proper operation of a sensor for the oxygen content in the exhaust gas.
  • Both the mass flow sensor and the oxygen sensor have hitherto been operated separately and largely independently of one another.
  • an oxygen sensor for engine exhaust from the DE 103 12 240 B4 which comprises a sensor heater with monitoring of the heating current.
  • a control system for a heater for an oxygen sensor known. This includes a passive module for controlling a heater, which generates a signal to control a heater at a first duty cycle and measures a resistance of the heater for an oxygen sensor, an exhaust gas temperature assignment module that assigns the resistance to an exhaust gas temperature, and an active module for controlling a heater that provides a signal to control a heater generated at a second duty cycle based on the exhaust gas temperature.
  • the invention has for its object to optimize the operation of a furnace, in particular a heater, in view of a good quality of combustion and low power consumption.
  • the arrangement for monitoring a furnace is characterized in that a single unit is provided as a sensor for detecting the oxygen content in the exhaust gas and for detecting the exhaust gas mass flow, which has a single heater for both functions.
  • the method for monitoring a furnace and for operating the arrangement described above is characterized in that the heater is switchable to a standby mode with a lower heating power, in which only the exhaust gas mass flow is detected. This may be sufficient, for example, in standby and also in certain operating phases of the heater.
  • the heating device switches to the normal operating state, which also permits detection of the oxygen content in the exhaust gas, with a higher heating power.
  • sufficient time remains until the required temperature is reached at the sensor.
  • the pre-venting time of the fan can be used for the corresponding high heating of the sensor, because in this phase of operation, the detection of the oxygen content is not yet operationally necessary. Nevertheless, it is generally switched as quickly as possible to the detection of the oxygen content in the exhaust gas and recorded parallel to the air flow. This is very important because usually for an electronically controlled gas-air mixture first sufficient airflow is achieved must become. Before the gas valve may be opened, the detection of this air flow can take place with the combination sensor according to the invention.
  • the heating device can be switched in a further embodiment in the normal, also detecting the oxygen content in the exhaust gas enabling operating state, if by one of the control device in the standby mode, the connection was determined by authoritative for burner operation components.
  • the fan belongs to these components.
  • the heating device is switched to a standby operating state as soon as these burner components are switched off, and / or as soon as they fall below predefinable threshold values.
  • These thresholds include, for example, a predetermined fan speed.
  • a calibration of the firing plant and / or the burner can be realized more reliably than hitherto.
  • the exhaust gas mass flow and the purge time are evaluated with fresh air, in particular to promote residues of exhaust gas and possibly polluted air from the firing system out.
  • a calibration is then carried out to the maximum oxygen content in the air.
  • the safe and good quality combustion is ensured at each operating point, although on the other hand power for the heater in the standby mode is saved.
  • the standby losses are reduced, but nevertheless the sensor or the function for detecting the oxygen content in the exhaust gas is available again relatively quickly.
  • only a single sensor is needed. This also means only one installation position and only one fastener on or in the exhaust path.
  • only one, preferably multi-core electrical connection line between control device and sensor is sufficient.
  • a component with two functions, such as the sensor according to the invention continues to bring advantages already in production and assembly as well as in the spare parts stocking.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Heizgerätes, mit einem mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen befeuerten Brenner, einem Luft- und/oder Abgasgebläse, einer Regeleinrichtung sowie Sensoren zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstromes, welche jeweils mit Heizvorrichtungen versehen sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Feuerungsanlage und zum Betreiben dieser Anordnung. Es ist Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Heizgerätes, im Hinblick auf eine gute Verbrennungsqualität und einen geringen Stromverbrauch zu optimieren. Gekennzeichnet ist die Anordnung dadurch, dass eine einzige Baueinheit als Sensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstromes vorgesehen ist, welche eine einzige Heizvorrichtung für beide Funktionen aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung einer Feuerungsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Feuerungsanlage und zum Betreiben dieser Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.
  • Gattungsgemäße Feuerungsanlagen und Heizgeräte bestehen im Wesentlichen aus einem mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen befeuerten Brenner, einem Luft- und/oder Abgasgebläse, einer Regeleinrichtung zur Regelung und Überwachung der Verbrennung. Außerdem sind für die Verbrennungsregelung separate Sensoren bekannt, welche einerseits zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und anderseits zur Erfassung des Abgasmassenstromes dienen. Generell sind nämlich der Sauerstoffgehalt im Abgas und der Verbrennungsluft-Massenstrom, welcher dem Abgasmassenstrom entspricht, für die Verbrennungsregelung wichtig. Insbesondere werden damit die Verbrennungsgüte sowie niedrige Emissionen sichergestellt. Außerdem wird die Leistung von Heizgeräten damit überwacht und auch geregelt.
  • Diese üblichen Sensoren sind jeweils mit elektrischen Heizvorrichtungen versehen, um eine Messung durchführen zu können. Beispielsweise entspricht die Funktion des Sensors zur Erfassung des Abgasmassenstromes der eines Hitzdraht-Anemometers, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dabei wird ein Heizdraht der Strömung eines gasförmigen Mediums ausgesetzt und dann elektronisch die Widerstands- und/oder Spannungsänderung am Heizdraht überwacht. Eine im Verhältnis dazu noch größere Heizleistung erfordert der ordnungsgemäße Betrieb eines Sensors für den Sauerstoffgehalt im Abgas. Sowohl der Massenstrom- als auch der Sauerstoffsensor werden bisher separat und weitgehend unabhängig voneinander betrieben.
  • Bekannt ist beispielsweise ein Sauerstoffsensor für Motorenabgas aus der DE 103 12 240 B4 , welcher eine Sensorheizung mit Überwachung des Heizungsstromes umfasst.
  • Weiterhin ist aus der DE 10 2008 006 580 A1 ein Steuersystem für einen Erhitzer für einen Sauerstoffsensor bekannt. Dieser umfasst ein passives Modul zur Steuerung eines Erhitzers, das ein Signal zur Steuerung eines Erhitzers bei einer ersten Einschaltdauer erzeugt und einen Widerstand des Erhitzers für einen Sauerstoffsensor misst, ein Abgastemperatur-Zuordnungsmodul, welches den Widerstand einer Abgastemperatur zuordnet, sowie ein aktives Modul zur Steuerung eines Erhitzers, welches ein Signal zur Steuerung eines Erhitzers bei einer zweiten Einschaltdauer auf der Grundlage der Abgastemperatur erzeugt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Heizgerätes, im Hinblick auf eine gute Verbrennungsqualität und einen geringen Stromverbrauch zu optimieren.
  • Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Anordnung zur Überwachung einer Feuerungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Baueinheit als Sensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstromes vorgesehen ist, welche eine einzige Heizvorrichtung für beide Funktionen aufweist.
  • Das Verfahren zur Überwachung einer Feuerungsanlage und zum Betreiben der vorstehend beschriebenen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung in einen Standby-Betriebszustand mit einer geringeren Heizleistung schaltbar ist, in dem nur der Abgasmassenstrom erfasst wird. Dies kann zum Beispiel in Bereitschafts- und auch in gewissen Betriebsphasen des Heizgerätes ausreichen.
  • Wird von der Regeleinrichtung im Standby-Betriebszustand ein steigender Abgasmassenstrom detektiert, schaltet die Heizvorrichtung in den normalen, auch eine Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas ermöglichenden Betriebszustand mit einer höheren Heizleistung. Im Betrieb bleibt dann bis zum Erreichen der erforderlichen Temperatur am Sensor ausreichend Zeit. Beispielsweise kann die Vorbelüftungszeit des Gebläses für das entsprechende Hochheizen des Sensors genutzt werden, denn in dieser Betriebsphase ist die Erfassung des Sauerstoffgehaltes noch nicht betriebsnotwendig. Trotzdem wird dabei generell möglichst schnell auf die Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas umgeschaltet und parallel dazu die Luftströmung erfasst. Dies ist sehr wichtig, da üblicherweise für eine elektronisch geregelte Gas-Luft-Mischung zuerst eine ausreichende Luftströmung erreicht werden muss. Bevor das Gasventil geöffnet werden darf, kann das Detektieren dieser Luftströmung mit dem erfindungsgemäßen Kombinationssensor erfolgen. Ansonsten wäre, wie bisher üblich, ein separater Sensor zum Erfassen der Luftströmung bzw. des Abgasmassenstromes parallel zu einem Sauerstoffsensor notwendig.
    Alternativ oder ergänzend kann die Heizvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform in den normalen, auch eine Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas ermöglichenden Betriebszustand geschaltet werden, wenn durch eine von der Regeleinrichtung im Standby-Betriebszustand die Zuschaltung von für den Brennerbetrieb maßgebenden Komponenten detektiert wurde. Zu diesen Komponenten gehört insbesondere das Gebläse.
  • Im Umkehrfall wird die Heizvorrichtung in einen Standby-Betriebszustand geschaltet, sobald diese für den Brennerbetrieb maßgebenden Komponenten abgeschaltet werden, und/oder sobald diese vorgebbare Schwellwerte unterschreiten. Zu diesen Schwellwerten gehört zum Beispiel eine vorgebbare Gebläsedrehzahl.
  • Außerdem ist mit dem erfindungsgemäßen kombinierten Sensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstromes eine Kalibrierung der Feuerungsanlage und/oder des Brenners sicherer als bisher zu realisieren. In einem ersten Schritt werden dabei der Abgasmassenstrom und die Spülzeit mit Frischluft ausgewertet, insbesondere um Reste von Abgas und eventuell verschmutzte Luft aus der Feuerungsanlage heraus zu fördern. In einem zweiten Schritt wird danach dann eine Kalibrierung auf den maximalen Sauerstoffgehalt in der Luft durchgeführt.
  • Mit der Erfindung wird der Betrieb einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Heizgerätes, im Hinblick auf eine gute Verbrennungsqualität und einen geringen Stromverbrauch, optimiert. Die sichere und qualitativ gute Verbrennung wird in jedem Betriebspunkt gewährleistet, obwohl andererseits Strom für die Heizvorrichtung im Standby-Betriebszustand eingespart wird. Die Bereitschaftsverluste werden verringert, aber trotzdem steht der Sensor bzw. die Funktion zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas relativ schnell wieder zur Verfügung. Erfindungsgemäß wird nur noch ein einziger Sensor benötigt. Dies bedeutet auch nur eine Einbauposition und nur ein Befestigungsmittel am bzw. im Abgasweg. Außerdem reicht nur eine, vorzugsweise mehradrige elektrische Anschlussleitung zwischen Regeleinrichtung und Sensor aus. Eine Komponente mit zwei Funktionen, wie der erfindungsgemäße Sensor, bringt weiterhin schon in Herstellung und Montage sowie in der Ersatzteilbevorratung Vorteile.

Claims (6)

  1. Anordnung zur Überwachung einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Heizgerätes, mit einem mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen befeuerten Brenner, einem Luft- und/oder Abgasgebläse, einer Regeleinrichtung sowie Sensoren zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstroms, welche jeweils mit Heizvorrichtungen versehen sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Baueinheit als Sensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstromes vorgesehen ist, welche eine einzige Heizvorrichtung für beide Funktionen aufweist.
  2. Verfahren zur Überwachung einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Heizgerätes, mit einem mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen befeuerten Brenner, einem Luft- und/oder Abgasgebläse, einer Regeleinrichtung sowie Sensoren zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstromes, welche jeweils mit Heizvorrichtungen versehen sind, und zum Betreiben der Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung in einen Standby-Betriebszustand mit einer geringeren Heizleistung schaltbar ist, in dem nur der Abgasmassenstrom erfasst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem von der Regeleinrichtung im Standby-Betriebszustand detektierten steigenden Abgasmassenstrom die Heizvorrichtung in den normalen, auch eine Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas ermöglichenden Betriebszustand schaltbar ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung durch eine von der Regeleinrichtung im Standby-Betriebszustand detektierte Zuschaltung von für den Brennerbetrieb maßgebenden Komponenten, insbesondere eines Gebläses, in den normalen, auch eine Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas ermöglichenden Betriebszustand schaltbar ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung bei Abschaltung von für den Brennerbetrieb maßgebenden Komponenten, insbesondere eines Gebläses, und/oder bei Unterschreitung eines vorgebbaren Schwellwertes für die Gebläsedrehzahl, in einen Standby-Betriebszustand schaltbar ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung der Feuerungsanlage und/oder des Brenners mit dem Sensor zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Abgas und zur Erfassung des Abgasmassenstromes erfolgt, indem in einem ersten Schritt der Abgasmassenstrom und die Spülzeit mit Frischluft ausgewertet wird, um in einem zweiten Schritt eine Kalibrierung auf den maximalen Sauerstoffgehalt in der Luft durchzuführen.
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