EP3763997A1 - Verfahren zum betrieb eines gebläsebrenners - Google Patents

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EP3763997A1
EP3763997A1 EP20184944.5A EP20184944A EP3763997A1 EP 3763997 A1 EP3763997 A1 EP 3763997A1 EP 20184944 A EP20184944 A EP 20184944A EP 3763997 A1 EP3763997 A1 EP 3763997A1
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flow
fan
flow sensor
burner
forced draft
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Sebastian Hack
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Viessmann Climate Solutions SE
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L3/00—Arrangements of valves or dampers before the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/02—Air or combustion gas valves or dampers
    • F23N2235/06—Air or combustion gas valves or dampers at the air intake

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a forced draft burner according to the preamble of claim 1.
  • a method of operating a forced draft burner is from the patent document DE 10 2017 110 314 A1 known.
  • a fluid medium is fed to the forced-air burner through a flow guide using a fan.
  • a flow in the flow guide is recorded quantitatively with a flow sensor.
  • a backflow protection device which is not explicitly disclosed in this document, but from the patent document DE 10 2016 203 628 A1 is known per se, prevents a backflow in the flow guide against the conveying direction of the fan.
  • the invention is based on the object of improving a method for operating a forced draft burner of the type mentioned at the beginning.
  • a method for operating a forced draft burner is to be created with which a defective backflow protection device can be reliably identified.
  • the flow sensor determines a flow above a predetermined value, in order to determine a defect the blower is started at the backflow protection device, and that a signal is generated when the flow detected by the flow sensor decreases at least initially in terms of amount when the blower is started.
  • the method according to the invention is characterized in that in a phase when the burner is switched off when the fan starts up, it is observed whether there is a flow reversal in the flow guidance, which can be recognized by the measurement technology from the fact that the measured value of the flow, more typically In the same way, the resistance of a heating wire (a more detailed explanation of this follows below) initially decreases in amount. If this is the case, this means that the flow through the backflow protection device is in an undesired direction and is therefore obviously not in order.
  • a fluid medium is fed to the forced draft burner through a flow guide 2 with a fan 1. Furthermore, a flow in the flow guide 2 is recorded quantitatively with a flow sensor 3, and a backflow protection device 4 also prevents a backflow in the flow guide 2 against the conveying direction of the fan 1. With the fan 1 running in a stationary manner, a flow flowing in the direction of the fan 1 can or is also measured with the flow sensor 3.
  • the said signal is generated if the flow decreases in amount by more than 30% of the specified amount within the first ten seconds from the start of the fan 1 (see characterizing part of claim 1).
  • the speed of the fan 1 is continuously increased during the test.
  • a speed range of around 1000 rpm to 4000 rpm is passed through ( Figure 2 ultimately only shows the setpoint signal for fan 1, namely "on” or "off”).
  • the fan 1 thus builds up an increasing pressure when slowly running up, which at some point builds up the pressure equilibrium in the event of a backflow; at this moment the mass flow sinks to the minimum. In the case of a train, the mass flow rises continuously as the fan speed increases.
  • the fan burner is preferably switched off after a predefined number of signals reporting a defect in the non-return device 4, preferably three signals generated one after the other. It is also particularly preferably provided that the fan burner is switched on again in the event of a signal-related switch-off Must be unlocked by a specialist via the control of the device.
  • the method according to the invention is particularly advantageous when - as in the case of a so-called cascade or multiple occupancy - several heating devices connected to one another via their exhaust ducts, each with a fan burner, are operated as required.
  • each heater is monitored with its own flow sensor 3 in order to ensure that no exhaust gas from a running heater gets into the room where the heater is switched off via a defective backflow protection device 4 of a heater that is currently in standby Causing problems.
  • the flow successively flows through an inlet section 2.1 belonging to the flow guide 2, the fan 1, the backflow protection device 4 and an end section 2.2 leading to the fan burner and also belonging to the flow guide 2.
  • the flow sensor 3 is preferably located, as shown, at the end of the inlet section 2.1 shortly before the fan 1.
  • the flow sensor 3 optionally Mixture of air and combustion gas or just air is monitored.
  • a heating wire provided on the flow sensor 3 is used for flow measurement.
  • the measuring principle of the flow sensor 3, more precisely the mass flow sensor is based on the change in the electrical Resistance of a piece of wire a few millimeters long due to the heat dissipation of the passing air stream. It corresponds to that of a hot wire probe.
  • a defined current is sent through the wire and the resistance is determined by evaluating the voltage drop.
  • the volume flow sensor assigns a mass flow to the voltage drop using a characteristic curve. Since the heat dissipation is evaluated to measure the mass flow, the measured value is independent of the direction of the air flow.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners, wobei mit einem Gebläse (1) ein fluides Medium durch eine Strömungsführung (2) dem Gebläsebrenner zugeführt wird, wobei mit einem Strömungssensor (3) eine Strömung in der Strömungsführung (2) quantitativ erfasst wird, wobei mit einer Rückströmsicherungseinrichtung (4) eine Rückströmung in der Strömungsführung (2) entgegen der Förderrichtung des Gebläses (1) verhindert wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer Phase bei ausgeschaltetem Gebläse (1), in der aber dennoch vom Strömungssensor (3) eine oberhalb eines vorgegebenen Betragswertes liegende Strömung ermittelt wird, zur Ermittlung eines Defekts an der Rückströmsicherungseinrichtung (4) das Gebläse (1) gestartet wird, und dass dann ein Signal erzeugt wird, wenn bei diesem Starten des Gebläses (1) die mit dem Strömungssensor (3) erfasste Strömung zumindest anfänglich beträgsmäßig abnimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners ist aus dem Patentdokument DE 10 2017 110 314 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird mit einem Gebläse ein fluides Medium durch eine Strömungsführung dem Gebläsebrenner zugeführt. Weiterhin wird mit einem Strömungssensor eine Strömung in der Strömungsführung quantitativ erfasst. Außerdem wird mit einer Rückströmsicherungseinrichtung, die in diesem Dokument nicht explizit offenbart, aber aus dem Patentdokument DE 10 2016 203 628 A1 an sich bekannt ist, eine Rückströmung in der Strömungsführung entgegen der Förderrichtung des Gebläses verhindert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners geschaffen werden, mit dem eine defekte Rückströmsicherungseinrichtung sicher erkannt werden kann.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass in einer Phase bei ausgeschaltetem Gebläse, in der aber dennoch vom Strömungssensor eine oberhalb eines vorgegebenen Betragswertes liegende Strömung ermittelt wird, zur Ermittlung eines Defekts an der Rückströmsicherungseinrichtung das Gebläse gestartet wird, und dass dann ein Signal erzeugt wird, wenn bei diesem Starten des Gebläses die mit dem Strömungssensor erfasste Strömung zumindest anfänglich betragsmäßig abnimmt.
  • Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren somit dadurch aus, dass in einer Phase bei ausgeschaltetem Brenner beim Anlaufen des Gebläses beobachtet wird, ob es zu einer Strömungsumkehr in der Strömungsführung kommt, die messtechnisch daran erkennbar ist, dass der gemessene Wert der Strömung, typischer Weise der Widerstand eines Heizdrahtes (eine genauere Erläuterung hierzu folgt weiter unten), betragsmäßig zunächst abnimmt. Sollte dies der Fall sein, so bedeutet dies, dass die Rückströmsicherungseinrichtung in unerwünschter Richtung durchströmt wird und mithin offensichtlich nicht in Ordnung ist.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Gebläsebrenners ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Der Vollständigkeit halber wird noch auf die Dokumente EP 2 623 865 B1 und US 2016/0123585 A1 hingewiesen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    perspektivisch und teilweise als Explosionsdarstellung einen Gebläsebrenner; und
    Figur 2
    als Diagramm den zeitlichen Verlauf der mit dem Strömungssensor gemessenen Strömung (genauer ṁ [kg/s]) und den Betriebsstatus des Gebläses (genauer P [W].
  • Bei dem in den Figuren dargestellten Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners wird mit einem Gebläse 1 ein fluides Medium durch eine Strömungsführung 2 dem Gebläsebrenner zugeführt. Ferner wird mit einem Strömungssensor 3 eine Strömung in der Strömungsführung 2 quantitativ erfasst, wobei außerdem mit einer Rückströmsicherungseinrichtung 4 eine Rückströmung in der Strömungsführung 2 entgegen der Förderrichtung des Gebläses 1 verhindert wird. Bei stationär laufendem Gebläse 1 kann bzw. wird dabei außerdem mit dem Strömungssensor 3 eine in Richtung Gebläse 1 strömende Strömung gemessen (werden).
  • Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass in einer Phase bei ausgeschaltetem Gebläse 1, in der aber dennoch vom Strömungssensor 3 eine oberhalb eines vorgegebenen Betragswertes liegende Strömung (siehe A in Figur 2) ermittelt wird, zur Ermittlung eines Defekts an der Rückströmsicherungseinrichtung 4 das Gebläse 1 gestartet wird (siehe B in Figur 2), und dass dann ein Signal erzeugt wird, wenn bei diesem Starten des Gebläses 1 die mit dem Strömungssensor 3 erfasste Strömung zumindest anfänglich betragsmäßig abnimmt. Eine defekte Rückströmsicherungseinrichtung 4 liegt dabei offensichtlich dann vor, wenn die Strömung vom Gebläsebrenner zum Gebläse 1 strömt bzw. strömen kann.
  • Noch etwas genauer betrachtet (siehe hierzu Figur 2), ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das besagte Signal erzeugt wird, wenn die Strömung innerhalb der ersten zehn Sekunden ab Start des Gebläses 1 betragsmäßig um mehr als 30% des vorgegebenen Betragswertes (siehe Kennzeichen des Patentanspruchs 1) abnimmt.
  • Ganz genau betrachtet, geschieht erfindungsgemäß bevorzugt Folgendes: Das Gebläse 1 wird in seiner Drehzahl während der Prüfung kontinuierlich hochgefahren. Es wird ein Drehzahlband von etwa 1000 1/min bis 4000 1/min durchlaufen (Figur 2 zeigt dabei letztlich nur das Sollsignal für das Gebläse 1, nämlich "an" oder "aus"). Dies entspricht dem Durchlaufen der möglichen Gegendrucksituation (0 Pa bis 150 Pa) und damit der Bandbreite des Maßes an Rückströmung. Somit baut das Gebläse 1 beim langsamen Hochlaufen einen steigenden Druck auf, der im Falle einer Rückströmung irgendwann das Druckgleichgewicht aufbaut; in diesem Moment sinkt der Massenstrom auf das Minimum ab. Im Falle des Zuges steigt der Massenstrom mit der Erhöhung der Gebläsedrehzahl kontinuierlich an.
  • Darüber hinaus ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass in regelmäßigen Abständen ermittelt wird, ob ein Defekt der Rückströmsicherungseinrichtung 4 vorliegt oder nicht.
  • Weiterhin wird vorzugsweise nach einer vordefinierten Anzahl von einen Defekt an der Rückströmsicherungseinrichtung 4 meldenden Signalen, vorzugsweise drei nacheinander erzeugte Signale, der Gebläsebrenner ausgeschaltet. Dabei ist ferner besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Gebläsebrenner bei einer signalbedingten Ausschaltung zum Wiedereinschalten von einer Fachperson über die Regelung des Gerätes entriegelt werden muss.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei dann besonders vorteilhaft, wenn - wie bei einer sogenannten Kaskade bzw. Mehrfachbelegung - mehrere, über ihre Abgaskanäle miteinander verbundene Heizgeräte mit jeweils einem Gebläsebrenner nach Bedarf betrieben werden. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass jedes Heizgerät mit einem eigenen Strömungssensor 3 überwacht wird, um zu gewährleisten, dass kein Abgas eines laufenden Heizgerätes über eine defekte Rückströmsicherungseinrichtung 4 eines in diesem Moment im Standby befindlichen Heizgerätes in den Aufstellungsraum des abgeschalteten Heizgerätes gelangt und dort Probleme verursacht.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strömung nacheinander einen zur Strömungsführung 2 gehörenden Einlaufabschnitt 2.1, das Gebläse 1, die Rückströmsicherungseinrichtung 4 und einen zum Gebläsebrenner führenden und ebenfalls zur Strömungsführung 2 gehörenden Endabschnitt 2.2 durchströmt. Vorzugsweise befindet sich der Strömungssensor 3, wie dargestellt, am Ende des Einlaufabschnitts 2.1 kurz vor dem Gebläse 1. Je nach dem, ob der Luft an dieser Stelle bereits Brennstoff zugegeben wurde, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass mit dem Strömungssensor 3 die Strömung wahlweise eines Gemisches aus Luft und Verbrennungsgas oder nur von Luft überwacht wird.
  • Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass zur Strömungsmessung ein am Strömungssensor 3 vorgesehener Heizdraht verwendet wird. Das Messprinzip des Strömungssensors 3, genauer des Massenstromsensors, beruht dabei auf der Änderung des elektrischen Widerstands eines wenige Millimeter langen Drahtstückes durch die Wärmeabfuhr des vorbeiziehenden Luftstromes. Es entspricht dem einer Hitzdrahtsonde. Durch den Draht wird ein definierter Strom geschickt, über die Auswertung des Spannungsabfalls wird der Widerstand ermittelt. Über eine Kennlinie ordnet der Volumenstromsensor dem Spannungsabfall einen Massenstrom zu. Da also zum Messen des Massenstroms die Wärmeabfuhr ausgewertet wird, ist der Messwert unabhängig von der Richtung des Luftstroms.
    • (22535-EP) Bezugszeichenliste
    • 1
    Gebläse
    2
    Strömungsführung
    2.1
    Einlaufabschnitt
    2.2
    Endabschnitt
    3
    Strömungssensor
    4
    Rückströmsicherungseinrichtung
    A
    Signal des Strömungssensors
    B
    Signal des Gebläses

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Gebläsebrenners, wobei mit einem Gebläse (1) ein fluides Medium durch eine Strömungsführung (2) dem Gebläsebrenner zugeführt wird, wobei mit einem Strömungssensor (3) eine Strömung in der Strömungsführung (2) quantitativ erfasst wird, wobei mit einer Rückströmsicherungseinrichtung (4) eine Rückströmung in der Strömungsführung (2) entgegen der Förderrichtung des Gebläses (1) verhindert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einer Phase bei ausgeschaltetem Gebläse (1), in der aber dennoch vom Strömungssensor (3) eine oberhalb eines vorgegebenen Betragswertes liegende Strömung ermittelt wird, zur Ermittlung eines Defekts an der Rückströmsicherungseinrichtung (4) das Gebläse (1) gestartet wird, und dass dann ein Signal erzeugt wird, wenn bei diesem Starten des Gebläses (1) die mit dem Strömungssensor (3) erfasste Strömung zumindest anfänglich betragsmäßig abnimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Signal erzeugt wird, wenn die Strömung innerhalb der ersten zehn Sekunden ab Start des Gebläses (1) betragsmäßig um mehr als 30% des vorgegebenen Betragswertes abnimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in regelmäßigen Abständen ermittelt wird, ob ein Defekt der Rückströmsicherungseinrichtung (4) vorliegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach einer vordefinierten Anzahl von Signalen der Gebläsebrenner ausgeschaltet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gebläsebrenner bei einer signalbedingten Ausschaltung zum Wiedereinschalten von einer Fachperson entriegelt werden muss.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mehrere, über ihre Abgaskanäle miteinander verbundene Heizgeräte mit jeweils einem Gebläsebrenner nach Bedarf betrieben werden und dass jedes Heizgerät mit einem eigenen Strömungssensor (3) überwacht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei stationär laufendem Gebläse (1) mit dem Strömungssensor (3) eine in Richtung Gebläse (1) strömende Strömung gemessen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Strömung nacheinander einen zur Strömungsführung (2) gehörenden Einlaufabschnitt (2.1), das Gebläse (1), die Rückströmsicherungseinrichtung (4) und einen zum Gebläsebrenner führenden und ebenfalls zur Strömungsführung (2) gehörenden Endabschnitt (2.2) durchströmt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Strömungsmessung ein am Strömungssensor (3) vorgesehener Heizdraht verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mit dem Strömungssensor (3) die Strömung wahlweise eines Gemisches aus Luft und Verbrennungsgas oder nur von Luft überwacht wird.
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