EP2716973A2 - Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme aus zumindest einem Energieträgermedium unter Hinzufügen von Luft - Google Patents

Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme aus zumindest einem Energieträgermedium unter Hinzufügen von Luft Download PDF

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EP2716973A2
EP2716973A2 EP13186575.0A EP13186575A EP2716973A2 EP 2716973 A2 EP2716973 A2 EP 2716973A2 EP 13186575 A EP13186575 A EP 13186575A EP 2716973 A2 EP2716973 A2 EP 2716973A2
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EP
European Patent Office
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air
energy carrier
mass flow
flow sensor
control
Prior art date
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Withdrawn
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EP13186575.0A
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EP2716973A3 (de
Inventor
Christian Cordes
Uwe Patzke
Jens Kramer
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August Brotje GmbH
Original Assignee
August Brotje GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • 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 device for generating heat from at least one energy carrier medium with the addition of air, with at least one fan for introducing an energy carrier-air mixture into a burner.
  • Devices of the aforementioned type are used as so-called heaters application for heating rooms in private homes as well as in commercial units.
  • An energy carrier medium for example natural gas
  • a heat transfer medium for example water
  • the burning of the energy carrier medium takes place with the addition of air.
  • the presence of air is required to form a flame with the highest possible efficiency.
  • an ionization signal is often obtained in the flame itself, on the basis of which the amount of fuel is adjusted.
  • the problem is that generic devices are also used from one and the same series of manufacturers at different locations.
  • the locations may differ in terms of their altitude as well as in terms of their respective available energy carrier media and / or climatic conditions. Also problematic may be different exhaust systems (eg lengths).
  • a generic device should run stable, for example, with a power less than 2 kW.
  • the invention has for its object, a device for generating heat mentioned above better and more accurate than previously known in the art, so that it can be used for services in the range of less than 2 kW.
  • This object is inventively achieved in that in a guide for the air to be added or for an energy carrier-air mixture at least one mass flow sensor for the air or for the energy carrier air mixture is arranged, which is connected to a fan acting on the control.
  • a mass flow sensor is arranged in the guide path for the air to be supplied or for an energy carrier-air mixture. With this mass flow sensor, the mass flow of tasumblelichen supplied air is also detected in a mixture. By this immediate determination air pressure differences due to different altitude levels and thus due to different air pressures can be compensated. The presence of different temperatures supplied air and different exhaust systems can be considered. These also affect the air mass flow.
  • the mass flow sensor is linked to a control for the blower, so that its determined data flow into the control of the blower. According to a development of the invention, it is provided that the mass flow sensor is connected directly to the blower. The mass flow sensor can thus be used to control the fan. It is no longer specified only the speed of the fan, but actually supplied by the fan z.
  • Air quantity is detected and assumed as a value for the speed. The knowledge of the amount of air supplied then also allows a targeted supply of energy carrier medium. There can also be differences in the energy carrier medium, with all types of gas (eg the II and III gas families) differing from each other.
  • the mass flow sensor is connected to the control for the fan via a converter to speed.
  • a speed can be read directly from the measured mass flow signal, which is fed to the control for the blower.
  • the mass flow sensor suggests characteristics of the fan, this can be controlled very accurately.
  • the guide path is formed by at least one connection.
  • the connection forms a receiving area for the mass flow sensor.
  • a second signal on the quality of the flame in the burner is measured.
  • This second signal can be fed to a control for the combustion.
  • the signal helps detect torch characteristics to enable stable operation even at low power.
  • This second signal may be, for example, an ionization current value.
  • the device according to the invention has a combustion chamber 1.
  • a burner 2 is arranged, a flame formed by the burner 2 is checked by a Ionisationsflammencer 3.
  • the ionization flame sensor 3 is connected via a line 5 with a combustion control / regulation 15.
  • the gas supply via a gas valve 10, which is linked via a connection 11 with the combustion control / regulation 15.
  • the mixture of added gas and added air is accelerated by a fan 12, this fan 12 is acted upon by a connection 11 of a control / regulation.
  • the control is a mass flow control 18, since this mass flow control 18 is via a Connection 11 is directly linked to a mass flow sensor 14.
  • the mass flow sensor 14 is disposed in a connection 13 for the air.
  • Fig. 1 there is a control / regulation of the blower 12 based on the measured mass flow sensor 14th
  • the mass flow sensor 14 forms a speed signal, which is input via the connection 11 into the control, which here is a speed control 17.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme aus zumindest einem Energieträgermedium unter Hinzufügen von Luft, mit zumindest einem Gebläse zum Einbringen eines Energieträger-Luft-Gemisches in einen Brenner, ist vorgesehen, dass in einem Führungsweg für die hinzuzuführende Luft oder für ein Energieträger-Luft-Gemisch zumindest ein Massestromsensor für die Luft oder für das Energieträger-Luft-Gemisch angeordnet ist, der mit einer das Gebläse beaufschlagenden Reglung verschaltet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme aus zumindest einem Energieträgermedium unter Hinzufügen von Luft, mit zumindest einem Gebläse zum Einbringen eines Energieträger-Luft-Gemisches in einen Brenner.
  • Vorrichtungen der vorbezeichneten Gattung finden als sogenannte Heizgeräte Anwendung zur Erwärmung von Räumen in Privathäusern wie auch in Gewerbeeinheiten. Ein Energieträgermedium, beispielsweise Erdgas, wird zu diesem Zwecke verbrannt, um ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, in einem Heizungskreislauf zu erhitzen.
  • Das Verbrennen des Energieträgermediums erfolgt unter Hinzufügen von Luft. Das Vorhandensein von Luft ist zur Ausbildung einer Flamme mit möglichst hohem Wirkungsgrad erforderlich. Um den Wirkungsgrad einer Flamme in einer gattungsgemäßen Vorrichtung optimal einzustellen, ist bereits vorgeschlagen worden, Luftzahlregelungen vorzunehmen. Hier wird häufig in der Flamme selbst ein lonisationssignal gewonnen, anhand dessen die Brennstoffmenge eingestellt wird.
  • Problematisch ist dabei, dass gattungsgemäße Vorrichtungen auch aus ein und derselben Serie eines Herstellers an verschiedenen Orten eingesetzt werden. Die Orte können sich hinsichtlich ihrer Höhenlage wie auch hinsichtlich ihrer dort jeweils vorhandenen Energieträgermedien und/oder klimatischen Bedingungen unterscheiden. Problematisch können auch unterschiedliche Abgasanlagen (z. B. Längen) sein.
  • Gerade bei verschiedenen Anordnungen von gattungsgemäßen Vorrichtungen und voneinander abweichenden Energieträgermedien besteht darüber hinaus noch die Anforderungen, eine derartige Vorrichtung mit geringer Leistung fahren zu können. So soll eine gattungsgemäße Vorrichtung beispielsweise mit einer Leistung kleiner 2 kW stabil laufen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme besser und genauer als bisher im Stand der Technik bekannt zu regeln, damit sie auch für Leistungen im Bereich kleiner 2 kW benutzbar ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem Führungsweg für die hinzuzuführende Luft oder für ein Energieträger-Luft-Gemisch zumindest ein Massestromsensor für die Luft oder für das Energieträger-Luft-Gemisch angeordnet ist, der mit einer das Gebläse beaufschlagenden Regelung verschaltet ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Führungsweg für die hinzuführende Luft oder für ein Energieträger-Luft-Gemisch ein Massestromsensor angeordnet. Mit diesem Massestromsensor ist der Massenstrom der tasächlichen zugeführten Luft auch in einem Gemisch feststellbar. Durch diese unmittelbare Feststellung können Luftdruckunterschiede aufgrund voneinander verschiedener Höhenlagen und damit aufgrund voneinander verschiedener Luftdrücke ausgeglichen werden. Auch das Vorliegen voneinander verschiedener Temperaturen zugeführter Luft und unterschiedliche Abgasanlagen können berücksichtigt werden. Auch diese wirken sich auf den Luftmassenstrom aus.
  • Der Massestromsensor ist mit einer Regelung für das Gebläse verknüpft, so dass seine festgestellten Daten in die Regelung des Gebläses einfließen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Massestromsensor mit dem Gebläse direkt verschaltet ist. Der Massestromsensor kann also dazu genutzt werden, das Gebläse zu regeln. Es wird nicht mehr lediglich die Drehzahl des Gebläses vorgegeben, sondern die tatsächlich vom Gebläse zugeführte z. B. Luftmenge wird erfasst und als Wert für die Drehzahl angenommen. Die Kenntnis über die zugeführte Luftmenge ermöglicht dann auch eine zielgerichtete Zuführung von Energieträgermedium. Auch beim Energieträgermedium kann es Unterschiede geben, bei allen Gasarten (z. B. der II und III Gasfamilien) sind voneinander verschieden. Bei allen Gasen sowie in jeder Höhenlage einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und bei jeder Temperatur soll jedoch auf eine geringe Leistung von unter 2 kW heruntermoduliert werden, da das Ausschalten einer beispielsweisen 25 kW - Vorrichtung bei wärmeren Temperaturen oder in Übergangszeiten umgangen werden soll. Mehrfaches Ein- und Ausschalten reduzieren die Standzeit einer gattungsgemäßen Vorrichtung, außerdem kann dies zu einer Erhöhung von Emissionen führen.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Massestromsensor mit der Regelung für das Gebläse über einen Konverter zu Drehzahl verschaltet ist. Mit Hilfe dieses Konverters ist aus dem gemessenen Massestromsignal direkt eine Drehzahl ablesbar, die der Regelung für das Gebläse zugeführt wird. In diesem Falle suggeriert der Massestromsensor Eigenschaften des Gebläses, dieses kann dadurch sehr genau geregelt werden.
  • Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Führungsweg durch zumindest eine Verbindung ausgebildet ist. Die Verbindung bildet einen Aufnahmebereich für den Massestromsensor aus.
  • Zur weiteren Ausbildung der Erfindung kann noch vorgesehen sein, dass während der Messung der Luft oder des Energieträger-Luft-Gemisches ein zweites Signal über die Güte der Flamme im Brenner gemessen wird. Dieses zweite Signal kann einer Regelung für die Verbrennung zugeführt werden. Das Signal hilft, Eigenschaften des Brenners zu erfassen, um einen stabilen Betrieb auch bei einer geringen Leistung zu ermöglichen. Dieses zweite Signal kann beispielsweise ein Ionisationsstromwert sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme aus zumindest einem Energieträgermedium unter Hinzufügen von Luft, und
    Fig. 2:
    eine Alternative Ausbildung einer Vorrichtung gemäß Fig. 1.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Brennkammer 1 auf. In der Brennkammer 1 ist ein Brenner 2 angeordnet, eine durch den Brenner 2 ausgebildete Flamme wird durch einen Ionisationsflammenfühler 3 überprüft. Der Ionisationsflammenfühler 3 ist über eine Leitung 5 mit einer Verbrennungs-steuerung/Regelung 15 verschaltet.
  • Im oberen Bereich der Brennkammer 1 befindet sich ein Wärmetauscher 16 z. B. für ein Heizungsmedium, weiter oberhalb treten entlang des Pfeils 4 die Abgase aus der Brennkammer 1 aus.
  • Neben dem Brenner 2 ist ein Mischer 7 für hinzugefügtes Gas entlang Pfeil 8 und für hinzugefügte Luft entlang Pfeil 9 vorhanden. Die Gaszuführung erfolgt über ein Gasventil 10, das über eine Verbindung 11 mit der Verbrennungssteuerung/Regelung 15 verknüpft ist. Das Gemisch aus hinzugeführtem Gas und hinzugeführter Luft wird mit einem Gebläse 12 beschleunigt, dieses Gebläse 12 ist über eine Verbindung 11 von einer Steuerung/Regelung beaufschlagt. Die Steuerung/Regelung ist eine Massestromsteuerung/- regelung 18, da diese Massestromsteuerung/-regelung 18 über eine Verbindung 11 direkt mit einem Massenstromsensor 14 verknüpft ist. Der Massestromsensor 14 ist in einer Verbindung 13 für die Luft angeordnet.
  • In Fig. 1 erfolgt eine Steuerung/Regelung des Gebläses 12 anhand des gemessenen Massestromsensors 14.
  • In Fig. 2 bildet dagegen der Massestromsensor 14 ein Drehzahlsignal aus, das über die Verbindung 11 in die Regelung gegeben wird, die hier eine Drehzahlsteuerung/Steuerung 17 ist.
  • In der Datenverbindung 11 zwischen Massestromsensor 14 und Drehzahlsteuerung/Regelung 17 ist ein Konverter zu Drehzahl 19 angeordnet.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen von Wärme aus zumindest einem Energieträgermedium unter Hinzufügen von Luft, mit zumindest einem Gebläse zum Einbringen eines Energieträger-Luft-Gemisches in einen Brenner,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Führungsweg für die hinzuzuführende Luft oder für ein Energieträger-Luft-Gemisch zumindest ein Massestromsensor (14) für die Luft oder für das Energieträger-Luft-Gemisch angeordnet ist, der mit einer das Gebläse (12) beaufschlagenden Regelung (17/18) verschaltet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsweg durch zumindest eine Verbindung (13) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestromsensor (14) mit der Regelung (18) direkt verschaltet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Massestromsensor (14) mit der Regelung (17) über einen Konverter zu Drehzahl (19) verschaltet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung der Luft oder des Energieträger-Luft-Gemisches ein zweites Signal über die Güte der Flamme im Brenner (2) gemessen wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal ein Ionisationsstromwert ist.
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