EP4367443A1 - Verfahren zum starten einer brennervorrichtung sowie heizvorrichtung mit brennervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum starten einer brennervorrichtung sowie heizvorrichtung mit brennervorrichtung

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Publication number
EP4367443A1
EP4367443A1 EP22716850.7A EP22716850A EP4367443A1 EP 4367443 A1 EP4367443 A1 EP 4367443A1 EP 22716850 A EP22716850 A EP 22716850A EP 4367443 A1 EP4367443 A1 EP 4367443A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner device
glow plug
combustion air
target value
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22716850.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Bauer
Jörgen van KOPPEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG filed Critical Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Publication of EP4367443A1 publication Critical patent/EP4367443A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F23N5/022—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/08—Measuring temperature
    • F23N2225/20—Measuring temperature entrant temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/02—Starting or ignition cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/04—Prepurge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/42—Ceramic glow ignition

Definitions

  • the present invention relates to a method for starting a burner device.
  • Wei terhin the invention relates to a heating device with a burner device that is started with the method.
  • thermal energy is introduced by an electrically controlled ignition element - the so-called glow plug.
  • a glow plug converts electrical energy into thermal energy through its ohmic internal resistance. Temperatures of over 1000 °C occur on the surface of the usually ceramic components. DE 10 2004 062 831 A1 or DE 19924 329 A1, for example, deal with starting burner devices in heaters.
  • the object underlying the invention is to propose a method for starting a burner device that is as ecological as possible. Furthermore, the invention relates to a heating device with a burner device which is started accordingly.
  • the invention solves the problem by a method for starting a burner device, wherein a mixture of combustion air and a fuel is burned in the burner device, wherein a combustion process of the burner device is started by a glow plug, and the method has at least the following steps: that a Temperature of the combustion air is measured, and that a target value of the heating energy of the glow plug is specified as a function of the measured temperature.
  • the goal that the combustion process can be started at any outside temperature is achieved by setting the electrical energy that is fed to the glow plug to the lowest temperature values.
  • the invention is based on the knowledge that at higher temperatures ge can work with less heating energy. This means that electrical energy can be saved in cases where the outside temperatures are higher.
  • the glow plug is less stressed as a result.
  • the starting process is less stressed at warmer starting temperatures.
  • CONFIRMATION COPY shortened.
  • the setpoint values for the heating energy, which are dependent on the temperature, are determined, for example, based on measurements on the burner device or on the respective type of burner device.
  • the electrical output of the glow plug is set in addition to the heating energy according to a specified target value.
  • the method also includes the following step: the heating energy of the glow element is increased until the setpoint value of the heating energy is exceeded. Alternatively, only the target value is reached and no further increase is made.
  • One embodiment includes that the method further comprises the steps: that a scaled target value of the heating energy is specified as a function of the measured temperature, the scaled target value being smaller than the target value, and that in the event that the scaled target value of the heating energy of the glow plug is reached, the combustion air is conveyed into the burner device.
  • the scaled target value is between 50% and 100% of the target value.
  • the combustion air is conveyed into the combustion device earlier, before the desired value of the glow plug has been reached.
  • the scaled target value depends on the properties of the combustion air fan and in particular on the time that the fan needs to reach a target speed.
  • the method also includes the following step: that in the event that the target value of the heating energy of the glow plug is reached, the fuel is conveyed into the burner device. At the moment when a desired temperature has been generated by the glow plug, the fuel is promoted in this embodiment in order to evaporate with the help of the glow plug. If this embodiment is combined with the previous one, combustion air is supplied first and then fuel. This ensures that combustion air is available for combustion.
  • An embodiment includes that the method further comprises steps: that is monitored in the burner device, whether a flame is present, that a delay time is specified, and that after a point in time at which the presence of a flame has been determined, the glow plug during the delay time is operated.
  • the glow plug remains active for a certain time even after the flame has been detected, so that reliable combustion is established and not, e.g. B. the flame goes out again because sufficiently stable combustion conditions have not yet developed.
  • the delay time is specified as a function of the measured temperature. The delay time is longer at lower temperatures and shorter at higher temperatures. This has the advantage that the flame is prevented from going out at lower temperatures. At higher temperatures, it is avoided that thermoacoustic effects are caused by the glow plug.
  • the method also includes the following steps: that at the start of the start-up, the glow plug is switched on and operated at a rated output, and that at the start of the start-up a path through which the combustion air passes in the burner device is flushed with combustion air.
  • the area in which the combustion takes place ie z. B. flushed a combustion chamber with combustion air, so that any remaining residues of flue gas or unburned fuel-air mixture are safely carried out.
  • a temperature sensor which measures the temperature of the supplied air, is also completely surrounded by this fresh air and not by air from the system of the burner device (thus, for example, a heating device).
  • An embodiment of the method as an extension of the previous embodiment includes that the temperature of the combustion air is measured after the path has been flushed.
  • the combustion air must be measured in order to determine the target value for the heating output.
  • the measurement takes place after flushing, i.e. after the generation of a well-defined basic state for the burner device.
  • the method also includes the following steps: that a stabilization time is specified, and that regulation of the burner device is only started after the stabilization time has elapsed after the glow plug has been switched off.
  • the burner device is controlled, for example, as a function of a predetermined temperature of the water to be heated or of the space to be heated. In this embodiment, this regulation takes place only after a certain time has elapsed, within which the combustion process has stabilized.
  • the invention relates to a heating device for heating air and/or for heating a liquid, with a burner device that generates thermal energy by burning a fuel-air mixture, with a heat exchanger that uses the thermal energy generated by the burner device transfers air and/or the liquid, and with a control device, wherein the burner device has a glow plug, a combustion air fan, a fuel pump and a temperature sensor for measuring the temperature of the combustion air, and wherein the control device is designed in such a way that it uses the method according to one of the performs the aforementioned or the following configurations.
  • One embodiment of the heating device provides that the burner device also has a sensor for detecting a flame in the burner device.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the burner device
  • Fig. 3 is a schematic representation of the sequence of the starting process of the burner device.
  • a heating device is shown very schematically.
  • a fuel-air mixture is burned and the thermal energy released in the process is converted to air or a medium, e.g. B. service water transfer.
  • the flue gas generated in the burner device 1 is fed to the heat exchanger 2 .
  • the starting process of the burner device 1 described below is controlled by the control device 3 .
  • the burner device shown schematically in Fig. 2 has a combustion chamber in which the fuel-air mixture is burned and the resulting flue gas (see the arrow on the right-hand side) is discharged to the right here to be converted to room air or air via the heat exchanger e.g. B. to be transferred to domestic water.
  • the combustion process is started by the glow plug 100 . It is indicated here that glow plug 100 is subjected to a pulse-modulated electrical voltage. The temperature that then occurs when glow plug 100 leads to the evaporation of a fuel, e.g. B. diesel fuel, and thereby to generate a fuel-air mixture.
  • the required combustion air (indicated by the left arrow) is supplied by the combustion air fan 101 .
  • the fuel is introduced into the combustion chamber by a fuel pump 102 . This is done here in particular in the immediate vicinity of the glow plug 100, so that the liquid fuel in the temperature environment generated by the glow plug 100 evaporates. After a certain period of time, a self-sustaining flame (symbolically indicated here) has formed and glow plug 100 can be switched off.
  • the sensor 104 in the combustion chamber is used to detect the flame.
  • a temperature sensor 103 which measures the temperature of the combustion air supplied, is present for the starting process described below.
  • the control device 3 shown in FIG. 1 is supplied with the signals from the sensors for the flame 104 and for the temperature of the combustion air 103 .
  • the control device 3 controls the glow plug 100 - or more precisely: the activation of the glow plug 100 -, the fuel pump 102 and the combustion air fan 101.
  • FIG. 3 schematically shows an example of a sequence for starting the burner device.
  • the start phase takes place between times 1 and 7.
  • the top line a) shows the rated output of the glow plug over time t.
  • the glow plug is switched on at point in time 1 and with its rated power, which is determined by measuring the current and voltage and setting a PWM voltage (an electrical voltage regulated by pulse width modulation). is regulated.
  • a PWM voltage an electrical voltage regulated by pulse width modulation
  • Line b) shows the progression of the heating energy of the glow plug as a function of time t.
  • the energy is calculated, for example, by numerical integration of the power.
  • the ramp-shaped profile that sets in up to a maximum at point in time 6 can be seen.
  • the output of the glow plug is regulated to be constant between points in time 3 and 4, it can be assumed that the increase in energy is linear.
  • a scaled setpoint and a setpoint for the heating energy are also entered.
  • Line c) shows the activation of the combustion air fan in relation to the target speed.
  • the blower is first operated between times 1 and 2 and then switched off. Only at point in time 3 is the blower switched on again, in order then to be operated continuously. It is indicated that the speed and thus the Ge speed of the fan between times 1 and 2 is higher than after time point 3, ie during normal operation of the burner device.
  • a setpoint speed is specified for normal operation. In one embodiment, the setpoint speed is specified as a function of the measured temperature of the combustion air.
  • Line d shows the activation of the fuel supply.
  • the fuel is from the date
  • Line e refers to the flame detection sensor.
  • the point in time at which the flame and thus the start of the combustion phase is recognized is the point in time
  • Combustion thus takes place continuously from point in time 5 or a flame is permanently present.
  • the combustion air fan is started and operated until the combustion path, ie in particular the combustion chamber, has been flushed with fresh air. Therefore, at time 2, the blower switched off.
  • the duration between times 1 and 2 can be set in such a way that it is ensured that fresh air reaches the temperature sensor.
  • the predetermined time therefore depends on how long it takes to convey the fresh air. Therefore, the duration based on the circumstances of z. B. be measured in the heater built-in burner device.
  • the duration is specified as a function of a maximum exhaust gas or fresh air path, depending on the respective line cross-sections and the properties of the fresh air blower, e.g. B. the fan speed and / or the prod ble volume flow.
  • the temperature of the combustion air is determined based on the measurement of the temperature sensor. This happens at time 2.
  • three target values for controlling the glow plug are determined, ie z. B. calculated by interpolation: On the one hand, this is a target value for the heating energy and on the other hand a scaled target value, which is preferably between 50% and 100% of the target value. Finally, it is the setpoint for the delay time, which decreases as the measured temperature increases (see further explanations).
  • the target value of the heating energy or the energy target value is dependent on the temperature of the combustion air, insofar as a higher temperature is associated with a lower target value and a lower temperature with a higher target value.
  • the relationships between the setpoint and the temperature of the combustion air are z. B. determined from comparative measurements.
  • the scaled target value is determined, for example, based on a scaling value between 0.5 and 1 and the target value.
  • the time required for the combustion air fan to reach the target speed required for operation is relevant for the scaling value. Thus, when the blower accelerates quickly, the time can be shorter. If the blower increases its number of revolutions only slowly, the delay time should be set longer.
  • the glow plug is controlled in such a way that its heating energy increases continuously.
  • the power and energy are continuously monitored by measuring voltage and current.
  • the blower for the combustion air is switched on. If the target value is then reached at point in time 4, the pump device is started, so that there is combustion air and fuel in the combustion chamber.
  • the fan has preferably reached its target number of revolutions at time 4 .
  • the heating energy of the glow plug is no longer determined after this point in time 4 . So e.g. For example, the calculation of the energy from the measured values for current and voltage is set. The heating energy of the glow plug increases as a result of the further activation, starting from the nominal or target output, beyond the target value.
  • a stabilization time extends up to point in time 7, after which it is assumed that a combustion state has been established which allows controlled operation of the burner device or the heating device.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Starten einer Brennervorrichtung (1). Dabei wird die Temperatur der Verbrennungsluft gemessen und ein von der Temperatur abhängiger Sollwert der Heizenergie eines Glühstifts (100) vorgegeben. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Heizvorrichtung mit einer Brennervorrichtung (1).

Description

Verfahren zum Starten einer Brennervorrichtung sowie Heizvorrichtung mit Brennervorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennervorrichtung. Wei terhin bezieht sich die Erfindung auf eine Heizvorrichtung mit einer Brennervorrichtung, die mit dem Verfahren gestartet wird.
Zum Starten eines Verdampferbrenners für Flüssigkraftstoffe ist es zunächst nötig, von außen Wärmeenergie zuzuführen. In der Regel wird die Wärmeenergie durch ein elektrisch angesteuertes Zündorgan - der sogenannte Glühstift - eingebracht. Solch ein Glühstift wandelt durch seinen ohmschen Innenwiderstand elektrische Energie in Wärmeenergie um. An der Oberfläche der in der Regel keramischen Bauteile entstehen dabei Temperatu ren von über 1000 °C. Mit dem Starten von Brennervorrichtungen in Heizungen befassen sich beispielsweise die DE 10 2004 062 831 A1 oder die DE 19924 329 A1.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Starten einer Brennervorrichtung vorzuschlagen, das möglichst ökologisch ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Heizvorrichtung mit einer Brennervorrichtung, die entsprechend ge startet wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Starten einer Brennervorrichtung, wobei in der Brennervorrichtung ein Gemisch aus Verbrennungsluft und einem Brennstoff verbrannt wird, wobei ein Brennvorgang der Brennervorrichtung von einem Glühstift gestartet wird, und wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: dass eine Temperatur der Verbrennungsluft gemessen wird, und dass ein Sollwert der Heizenergie des Glühstifts in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur vorgegeben wird.
Im Stand der Technik wird das Ziel, dass der Brennvorgang bei jeder Außentemperatur gestartet werden kann, erreicht, indem diejenige elektrische Energie, die dem Glühstift zu geführt wird, auf die tiefsten Temperaturwerte eingestellt ist. Die Erfindung geht jedoch von der Erkenntnis aus, dass bei höheren Temperaturen mit einer geringeren Heizenergie ge arbeitet werden kann. Damit kann also bei den Fällen, dass höhere Außentemperaturen vorliegen, elektrische Energie eingespart werden. Weiterhin wird dadurch der Glühstift weniger beansprucht. Zudem wird bei wärmeren Ausgangstemperaturen der Startvorgang
BESTATIGUNGSKOPIE verkürzt. Die von der Temperatur abhängigen Sollwerte der Heizenergie werden beispiels weise anhand von Messungen an der Brennervorrichtung bzw. an dem jeweiligen Typ der Brennervorrichtung ermittelt. Die elektrische Leistung des Glühstifts wird in einer Ausge staltung ergänzend zur Heizenergie ebenfalls nach einem vorgegebenen Sollwert eingestellt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren weiterhin als Schritt umfasst: dass die Heizenergie des Glühstifts erhöht wird, bis der Sollwert der Heizenergie überschritten ist. Alternativ wird nur der Sollwert erreicht und es wird keine weitere Steigerung vorgenommen.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass ein skalierter Sollwert der Heizenergie in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur vor gegeben wird, wobei der skalierte Sollwert kleiner als der Sollwert ist, und dass in dem Fall, dass der skalierte Sollwert der Heizenergie des Glühstifts erreicht ist, die Verbrennungsluft in die Brennervorrichtung gefördert wird. Der skalierte Sollwert liegt in einer Ausgestaltung zwischen 50% und 100% des Sollwerts. Die Verbrennungsluft wird in dieser Ausgestaltung schon früher in die Verbrennungsvorrichtung befördert, bevor der Sollwert des Glühstifts erreicht worden ist. In einer Ausgestaltung ist der skalierte Sollwert abhängig von den Ei genschaften des Verbrennungsluftgebläses und insbesondere von der Zeit, die das Ge bläse zum Erreichen einer Solldrehzahl benötigt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren weiterhin als Schritt umfasst: dass in dem Fall, dass der Sollwert der Heizenergie des Glühstifts erreicht ist, der Brennstoff in die Bren nervorrichtung gefördert wird. In dem Augenblick, an welchem durch den Glühstift eine ge wünschte Temperatur erzeugt worden ist, wird in dieser Ausgestaltung der Brennstoff gefördert, um durch Mithilfe des Glühstifts zu verdampfen. Wird diese Ausgestaltung mit der vorangehenden kombiniert, so wird zunächst Verbrennungsluft und dann Brennstoff zugeführt. Damit ist sichergestellt, dass Verbrennungsluft für die Verbrennung vorhanden ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass in der Brennervorrichtung überwacht wird, ob eine Flamme vorhanden ist, dass eine Verzögerungszeit vorgegeben wird, und dass nach einem Zeitpunkt, an welchem das Vorhandensein einer Flamme festgestellt worden ist, der Glühstift während der Verzögerungszeit betrieben wird. In dieser Ausgestaltung verbleibt der Glühstift auch nach dem Erkennen der Flamme noch über eine gewisse Zeit aktiv, damit sich eine sichere Verbrennung einstellt und nicht z. B. die Flamme wieder erlöscht, weil sich noch keine hinreichend stabilen Brennverhältnisse ausgebildet haben. Die Verzögerungszeit wird dabei in einer Ausgestaltung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur vorgegeben. Dabei gilt, dass bei niedrigeren Temperaturen die Verzögerungszeit länger und bei höheren Temperaturen kürzer ist. Damit stellt sich der Vorteil ein, dass bei tieferen Temperaturen verhindert wird, dass die Flamme erlischt. Bei höheren Temperaturen wird vermieden, dass sich durch den Glühstift thermoakustische Effekte einstellen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass zum Beginn des Startens der Glühstift eingeschaltet und mit einer Nennleistung betrieben wird, und dass zum Beginn des Startens ein Weg, welcher die Verbrennungsluft in der Brennervorrichtung passiert, mit Verbrennungsluft gespült wird. In dieser Ausgestaltung wird mit dem Starten des Brennvorgangs zunächst der Bereich, in dem die Verbrennung stattfindet, also z. B. eine Brennkammer mit Verbrennungsluft gespült, sodass also ggf. verbliebene Reste von Rauchgas oder unverbranntem Brennstoffluft-Gemisch sicher ausgeführt werden. Weiterhin soll sichergestellt werden, dass ein Temperatursensor, welcher die Temperatur der zugeführten Luft misst, auch vollständig von dieser Frischluft und nicht von Luft aus dem System der Brennervorrichtung (also z. B. einer Heizvorrichtung) umgeben ist.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens als Erweiterung der vorangegangenen Ausgestaltung beinhaltet, dass die Temperatur der Verbrennungsluft nach dem Spülen des Wegs gemessen wird. Die Messung der Verbrennungsluft ist erforderlich, um den Sollwert der Heizleis tung zu ermitteln. Die Messung geschieht hier nach dem Spülen, also nach dem Erzeugen eines wohldefinierten Grundzustands für die Brennervorrichtung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass eine Stabilisierungszeit vorgegeben wird, und dass eine Regelung der Brennervorrichtung erst nach einem Verstreichen der Stabilisierungszeit nach einem Ausschalten des Glühstifts be gonnen wird. Die Regelung der Brennervorrichtung geschieht beispielsweise in Abhängig keit von einer vorgegebenen Temperatur des zu erhitzenden Wassers oder des zu erwärmenden Raums. Diese Regelung erfolgt in dieser Ausgestaltung erst nach dem Verstreichen einer gewissen Zeit, innerhalb welcher sich der Brennvorgang stabilisiert. Gemäß einer weiteren Lehre bezieht sich die Erfindung auf eine Heizvorrichtung zum Er wärmen von Luft und/oder zum Erhitzen einer Flüssigkeit, mit einer Brennervorrichtung, die durch Verbrennung eines Brennstoffluftgemischs thermische Energie erzeugt, mit einem Wärmetauscher, der die von der Brennervorrichtung erzeugte thermische Energie auf Luft und/oder die Flüssigkeit überträgt, und mit einer Steuervorrichtung, wobei die Brennervorrichtung einen Glühstift, ein Verbrennungsluftgebläse, eine Brennstoffpumpe und einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Verbrennungsluft aufweist, und wobei die Steuervorrichtung derartig ausgestaltet ist, dass sie das Verfahren nach einer der vorgenannten oder folgenden Ausgestaltungen ausführt.
Eine Ausgestaltung der Heizvorrichtung sieht vor, dass die Brennervorrichtung weiterhin einen Sensor zum Erkennen einer Flamme in der Brennervorrichtung aufweist.
Die vorgenannten und folgenden Ausgestaltungen und Ausführungen zum Verfahren gelten entsprechend auch auf für die Heizvorrichtung, welches das Verfahren umsetzt. Um Wie derholungen zu vermeiden, wird daher auf die restliche Beschreibung verwiesen.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Heizvorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einer seits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Heizvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Brennervorrichtung und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Ablaufs des Startvorgangs der Brennervorrich tung.
In der Fig. 1 ist sehr schematisch eine Heizvorrichtung dargestellt. In einer Brennervorrichtung 1 wird ein Brennstoffluftgemisch verbrannt und die dabei freiwerdende thermische Energie wird in einem Wärmetauscher 2 auf Luft oder ein Medium, z. B. Brauchwasser übertragen. Insbesondere wird dabei das in der Brennervorrichtung 1 erzeugte Rauchgas dem Wärmetauscher 2 zugeführt. Der im Folgenden beschriebene Startvorgang der Brennervorrichtung 1 wird von der Steuervorrichtung 3 gesteuert.
Die in der Fig. 2 schematisch dargestellte Brennervorrichtung verfügt über einen Brenn raum, in dem das Brennstoffluft-Gemisch verbrannt und das sich dabei ergebende Rauchgas (siehe den Pfeil auf der rechten Seite) hier nach rechts abgeführt wird, um über den Wärmetauscher auf Raumluft oder z. B. auf Brauchwasser übertragen zu werden. Der Ver brennungsprozess wird durch den Glühstift 100 gestartet. Hier ist angedeutet, dass der Glühstift 100 mit einer pulsmodulierten elektrischen Spannung beaufschlagt wird. Die sich daraufhin beim Glühstift 100 einstellende Temperatur führt zum Verdampfen eines Brenn stoffs, z. B. Diesel-Kraftstoff, und dadurch zum Erzeugen eines Brennstoffluftgemischs. Die erforderliche Verbrennungsluft (angedeutet durch den linken Pfeil) wird durch das Verbrennungsluftgebläse 101 zugeführt. Der Brennstoff wird durch eine Brennstoffpumpe 102 in den Brennraum eingebracht. Dies geschieht hier insbesondere in unmittelbarer Nähe zum Glühstift 100, sodass der flüssige Brennstoff im - durch den Glühstift 100 - erzeugten Tem peraturmilieu verdampft. Nach einer gewissen Zeitdauer hat sich eine selbsterhaltende Flamme (hier symbolisch angedeutet) ausgebildet und der Glühstift 100 kann ausgeschaltet werden. Dem Erkennen der Flamme dient der Sensor 104 im Brennraum.
Für den im Folgenden beschriebenen Startverlauf ist ein Temperatursensor 103 vorhanden, der die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft misst. Der in der Fig. 1 dargestellten Steuervorrichtung 3 werden die Signale der Sensoren für die Flamme 104 und für die Temperatur der Verbrennungsluft 103 zugeführt. Zudem steuert die Steuervorrichtung 3 den Glühstift 100 - oder genauer: die Ansteuerung des Glühstifts 100 -, die Brennstoffpumpe 102 sowie das Verbrennungsluftgebläse 101.
Die Fig. 3 zeigt schematisch ein Beispiel für einen Ablauf des Startens der Brennervorrichtung. Die Startphase findet dabei zwischen den Zeitpunkten 1 und 7 statt.
In der obersten Zeile a) ist die Nennleistung des Glühstifts über der Zeit t dargestellt. Zu Beginn des Verfahrens wird zum Zeitpunkt 1 der Glühstift eingeschaltet und mit seiner Nennleistung, welche durch Messen von Strom und Spannung sowie dem Stellen einer PWM-Spannung (einer durch Pulsweitenmodulation geregelten elektrischen Spannung) geregelt wird, betrieben. Zum Zeitpunkt 6, also bereits vor Ende der Startphase wird der Glühstift ausgeschaltet.
In der Zeile b) ist der Verlauf der Heizenergie des Glühstifts in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Die Energieberechnung erfolgt beispielsweise durch numerische Integration der Leistung. Zu erkennen ist der rampenförmige Verlauf, der sich bis zu einem Maximum am Zeitpunkt 6 einstellt. Insofern die Leistung des Glühstifts zwischen den Zeitpunkten 3 und 4 konstant eingeregelt wird, kann davon ausgegangen werden, dass der Energiezuwachs linear ist. Eingetragen sind weiterhin ein skalierter Sollwert und ein Sollwert der Heizenergie.
Die Zeile c) zeigt die Ansteuerung des Verbrennungsluftgebläses in Bezug auf die Solldrehzahl. Das Gebläse wird zunächst zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 betrieben und dann ausgeschaltet. Erst zum Zeitpunkt 3 wird das Gebläse wieder eingeschaltet, um dann dauerhaft betrieben zu werden. Dabei ist angedeutet, dass die Drehzahl und damit die Ge schwindigkeit des Gebläses zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 höher als nach dem Zeit punkt 3, also im normalen Betrieb der Brennervorrichtung ist. Für den normalen Betrieb ist dabei eine Solldrehzahl vorgegeben. Die Solldrehzahl wird dabei in einer Ausgestaltung in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur der Verbrennungsluft vorgegeben.
Die Zeile d) zeigt das Aktivieren der Brennstoffzufuhr. Der Brennstoff wird ab dem Zeitpunkt
4 und auch über das Ende der Startphase hinaus in die Brennkammer eingebracht.
Die Zeile e) bezieht sich auf den Sensor zum Erkennen der Flamme. Dabei ist der Zeitpunkt, an welchem die Flamme und damit der Beginn der Brennphase erkannt wird, als Zeitpunkt
5 bezeichnet. Ab dem Zeitpunkt 5 findet somit dauerhaft die Verbrennung statt bzw. ist dauerhaft eine Flamme vorhanden.
Im Folgenden wird das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten bzw. Ereignisse beim Starten des Brennvorgangs beschrieben.
Zeitgleich mit dem Einschalten des Glühstifts zum Zeitpunkt 1 wird das Verbrennungsluftgebläse gestartet und solange betrieben, bis der Verbrennungsweg, also insbesondere der Brennraum, mit Frischluft gespült wurde. Daher wird zum Zeitpunkt 2 das Gebläse ausgeschaltet. Die Dauer zwischen Zeitpunkt 1 und 2 ist derartig einstellbar, dass sicher gestellt ist, dass an den Temperatursensor Frischluft gelangt. Die vorgegebene Zeit hängt also davon ab, wie lange es dauert, die Frischluft zu fördern. Daher kann die Dauer anhand der Gegebenheiten der z. B. in der Heizvorrichtung verbauten Brennervorrichtung vermessen werden. Alternativ wird die Dauer vorgegeben in Abhängigkeit von einem maximalen Abgas- oder Frischluftweg, in Abhängigkeit von den jeweiligen Leitungsquerschnitten und den Eigenschaften des Frischluftgebläses, z. B. der Gebläsedrehzahl und/oder des erzeug baren Volumenstroms.
Nach dem Ausschalten des Gebläses wird die Temperatur der Verbrennungsluft ausgehend von der Messung des Temperatursensors ermittelt. Dies geschieht zum Zeitpunkt 2. Ausgehend von der Temperatur werden - vorzugsweise unter Verwendung einer Datenta belle und/oder beispielsweise eines durch mathematische Formeln beschriebenen Zusam menhangs - drei Sollwerte für die Ansteuerung des Glühstifts ermittelt, also z. B. durch Interpolation berechnet: Dies ist zum einen ein Sollwert für die Heizenergie und zum anderen ein skalierter Sollwert, der vorzugsweise zwischen 50% und 100% des Sollwerts liegt. Schließlich handelt es sich um den Sollwert für die Verzögerungszeit, die mit zunehmender gemessener Temperatur kürzer ist (siehe die weiteren Ausführungen). Der Sollwert der Heizenergie oder der Energiesollwert ist dabei von der Temperatur der Verbrennungsluft abhängig, insofern eine höhere Temperatur mit einem niedrigeren Sollwert und eine niedrigere Temperatur mit einem höheren Sollwert verbunden ist. Je wärmer also die Verbren nungsluft ist, umso weniger Wärmeenergie muss von dem Glühstift erbracht werden. Die Zusammenhänge zwischen dem Sollwert und der Temperatur der Verbrennungsluft werden z. B. aus Vergleichsmessungen ermittelt. Der skalierte Sollwert wird beispielsweise ausgehend von einem Skalierungswert zwischen 0,5 und 1 und dem Sollwert ermittelt. Relevant für den Skalierungswert ist dabei die Zeitdauer, die das Verbrennungsluftgebläse benötigt, um die für den Betrieb erforderliche Solldrehzahl zu erreichen. Beschleunigt das Gebläse somit schnell, so kann die Zeit kürzer sein. Erhöht das Gebläse nur langsam seine Umdre hungszahl, so ist die Verzögerungszeit länger anzusetzen. Wie in der Zeile b) zu erkennen ist, wird also der Glühstift so angesteuert, dass seine Heizenergie kontinuierlich ansteigt. Dabei werden laufend die Leistung und Energie anhand der Messung von Spannung und Strom überwacht. Zu dem Zeitpunkt, an welchem der skalierte Sollwert der Heizenergie erreicht worden ist, also hier zum Zeitpunkt 3, wird das Gebläse für die Verbrennungsluft eingeschaltet. Wird anschließend der Sollwert zum Zeitpunkt 4 erreicht, so wird die Pumpenvorrichtung gestartet, sodass sich also in der Brennkammer Verbrennungsluft und Brennstoff befinden. Wei- terhin hat vorzugsweise das Gebläse zum Zeitpunkt 4 seine Sollumdrehungszahl erreicht. Dabei findet in einer Ausgestaltung nach diesem Zeitpunkt 4 keine Ermittlung der Heizenergie des Glühstifts mehr statt. So wird z. B. die Berechnung der Energie aus den gemessenen Werten für Strom und Spannung eingestellt. Die Heizenergie des Glühstifts erhöht sich durch die weitere Ansteuerung, ausgehend von der Nenn- oder Sollleistung über den Soll- wert hinaus.
Zu dem Zeitpunkt 5 wird erkannt, dass es eine Flamme gibt, dass also die Mischung aus Verbrennungsluft und Brennstoff gezündet hat. Der immer noch aktive Glühstift unterstützt während dem Ablauf einer Verzögerungszeit vom Zeitpunkt 5 bis zum Zeitpunkt 6 die Ent- Wicklung der Flamme. Zu dem Zeitpunkt 6 wird der Glühstift abgeschaltet.
Bis zum Zeitpunkt 7 erstreckt sich eine Stabilisierungszeit, nach der davon ausgegangen wird, dass sich ein Verbrennungszustand eingestellt hat, der einen Regelbetrieb der Brennervorrichtung bzw. des Heizgeräts erlaubt.
Bezugszeichenliste
1 Brennervorrichtung
2 Wärmetauscher
3 Steuervorrichtung
100 Glühstift
101 Verbrennungsluftgebläse
102 Brennstoffpumpe
103 Temperatursensor
104 Sensor zum Erkennen einer Flamme

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Starten einer Brennervorrichtung (1), wobei in der Brennervorrichtung (1) ein Gemisch aus Verbrennungsluft und einem Brennstoff verbrannt wird, wobei ein Brennvorgang der Brennervorrichtung (1) von einem Glühstift (100) gestartet wird, und wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte aufweist: dass eine Temperatur der Verbrennungsluft gemessen wird, und dass ein Sollwert der Heizenergie des Glühstifts (100) in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass ein skalierter Sollwert der Heizenergie in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur vorgegeben wird, wobei der skalierte Sollwert kleiner als der Sollwert ist, dass in dem Fall, dass der skalierte Sollwert der Heizenergie des Glühstifts (100) erreicht ist, die Verbrennungsluft in die Brennervorrichtung (1) gefördert wird, und dass in dem Fall, dass der Sollwert der Heizenergie des Glühstifts (100) erreicht ist, der Brennstoff in die Brennervorrichtung (1) gefördert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass in der Brennervorrichtung (1) überwacht wird, ob eine Flamme vorhanden ist, dass eine Verzögerungszeit vorgegeben wird, und dass nach einem Zeitpunkt, an welchem das Vorhandensein einer Flamme festge stellt worden ist, der Glühstift (100) während der Verzögerungszeit betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass zum Beginn des Startens der Glühstift (100) eingeschaltet und mit einer Nenn leistung betrieben wird, dass zum Beginn des Startens ein Weg, welcher die Verbrennungsluft in der Brennervorrichtung (1) passiert, mit Verbrennungsluft gespült wird, und dass die Temperatur der Verbrennungsluft nach dem Spülen des Wegs gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren weiterhin als Schritte umfasst: dass eine Stabilisierungszeit vorgegeben wird, und dass eine Regelung der Brennervorrichtung (1) erst nach einem Verstreichen der Stabilisierungszeit nach einem Ausschalten des Glühstifts (100) begonnen wird.
6. Heizvorrichtung zum Erwärmen von Luft und/oder zum Erhitzen einer Flüssigkeit, mit einer Brennervorrichtung (1), die durch Verbrennung eines Brennstoffluftge- mischs thermische Energie erzeugt, mit einem Wärmetauscher (2), der die von der Brennervorrichtung (1 ) erzeugte ther mische Energie auf Luft und/oder die Flüssigkeit überträgt, und mit einer Steuervorrichtung (3), wobei die Brennervorrichtung (1) einen Glühstift (100), ein Verbrennungsluftgebläse (101), eine Brennstoffpumpe (102) und einen Temperatursensor (103) zum Messen der Temperatur der Verbrennungsluft aufweist, und wobei die Steuervorrichtung (3) derartig ausgestaltet ist, dass sie das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt.
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