EP4367443B1 - Verfahren zum starten einer brennervorrichtung sowie heizvorrichtung mit brennervorrichtung - Google Patents

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EP4367443B1
EP4367443B1 EP22716850.7A EP22716850A EP4367443B1 EP 4367443 B1 EP4367443 B1 EP 4367443B1 EP 22716850 A EP22716850 A EP 22716850A EP 4367443 B1 EP4367443 B1 EP 4367443B1
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EP
European Patent Office
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burner device
combustion air
temperature
heating
time
Prior art date
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Active
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EP22716850.7A
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English (en)
French (fr)
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EP4367443A1 (de
Inventor
Christian Bauer
Jörgen van KOPPEN
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Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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    • 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
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    • 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
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    • F23N2225/08—Measuring temperature
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • 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. Furthermore, the invention relates to a heating device with a burner device that is started using the method.
  • the object underlying the invention is to propose a method for starting a burner device that is as environmentally friendly as possible. Furthermore, the invention relates to a heating device with a burner device that 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 wherein the method comprises 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 of starting the combustion process at any outside temperature is achieved by adjusting the electrical energy supplied to the glow plug to the lowest temperature values.
  • the invention is based on the realization that at higher temperatures, less heating energy can be used. This allows electrical energy to be saved in cases where outside temperatures are higher.
  • the glow plug is subjected to less stress.
  • the starting process is accelerated at warmer initial temperatures. shortened.
  • the temperature-dependent setpoints for the heating energy are determined, for example, based on measurements on the burner device or on the respective type of burner device.
  • the electrical power of the glow plug is also adjusted according to a predetermined setpoint in addition to the heating energy.
  • the method further comprises the step of increasing the heating energy of the glow plug until the target heating energy value is exceeded. Alternatively, only the target value is reached and no further increase is made.
  • One embodiment includes the method further comprising the steps of: specifying a scaled setpoint for the heating energy as a function of the measured temperature, wherein the scaled setpoint is smaller than the setpoint, and supplying combustion air to the burner device when the scaled setpoint for the heating energy of the glow plug is reached.
  • the scaled setpoint lies between 50% and 100% of the setpoint.
  • the combustion air is supplied to the combustion device earlier, before the setpoint for the glow plug has been reached.
  • the scaled setpoint depends on the properties of the combustion air blower and, in particular, on the time the blower requires to reach a setpoint speed.
  • the method further comprises the step of: if the desired heating energy value of the glow plug is reached, the fuel is pumped into the burner device. At the moment the glow plug has generated a desired temperature, the fuel is pumped in this embodiment to evaporate with the aid of the glow plug. If this embodiment is combined with the previous one, combustion air is supplied first, followed by fuel. This ensures that combustion air is available for combustion.
  • One embodiment includes the method further comprising the steps of: monitoring in the burner device whether a flame is present, specifying a delay time, and after a point in time at which the presence of a flame has been determined, the glow plug is switched on during the delay time is operated.
  • the glow plug remains active for a certain period of time even after the flame has been detected, so that reliable combustion occurs and the flame does not, for example, go 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, the glow plug prevents thermoacoustic effects from occurring.
  • the method further comprises the following steps: that at the beginning of the start-up, the glow plug is switched on and operated at a nominal power, and that at the beginning of the start-up, a path through which the combustion air passes in the burner device is purged with combustion air.
  • the area in which combustion takes place e.g., a combustion chamber
  • a temperature sensor which measures the temperature of the supplied air, is completely surrounded by this fresh air and not by air from the system of the burner device (e.g., a heating device).
  • One embodiment of the method involves measuring the temperature of the combustion air after purging the path.
  • the combustion air measurement is necessary to determine the setpoint heating output.
  • the measurement takes place here after purging, i.e., after a well-defined baseline state for the burner device has been established.
  • the method further comprises the following steps: specifying a stabilization time, and starting control of the burner device only after the stabilization time has elapsed after the glow plug has been switched off.
  • the burner device is controlled, for example, depending on a predetermined temperature of the water or the room to be heated. In this embodiment, this control only takes place after a certain time has elapsed, within which the combustion process stabilizes.
  • the invention relates to a heating device for heating air and/or for heating a liquid, comprising a burner device which generates thermal energy by combustion of a fuel-air mixture, comprising a heat exchanger which transfers the thermal energy generated by the burner device to air and/or the liquid, and comprising a control device, wherein the burner device has a glow plug, a combustion air blower, a fuel pump and a temperature sensor for measuring the temperature of the combustion air, and wherein the control device is designed such that it carries out the method according to one of the aforementioned or following embodiments.
  • the heating device provides that the burner device further comprises a sensor for detecting a flame in the burner device.
  • FIG. 1 A heating device is shown very schematically.
  • a burner device 1 a fuel-air mixture is burned and the thermal energy released is converted into air or a medium, e.g., process water, in a heat exchanger 2.
  • 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 schematically illustrated burner device has a combustion chamber in which the fuel-air mixture is burned and the resulting flue gas (see the arrow on the right) is discharged to the right here to be transferred to the room air or, for example, to domestic water via the heat exchanger.
  • the combustion process is started by the glow plug 100. It is indicated here that the glow plug 100 is subjected to a pulse-modulated electrical voltage. The temperature then established at the glow plug 100 leads to the evaporation of a fuel, e.g., diesel fuel, and thereby to the generation of a fuel-air mixture.
  • the required combustion air (indicated by the left arrow) is supplied by the combustion air blower 101.
  • the fuel is introduced into the combustion chamber by a fuel pump 102.
  • a temperature sensor 103 is provided which measures the temperature of the supplied combustion air.
  • Fig. 1 The signals from the sensors for the flame 104 and for the combustion air temperature 103 are fed to the control device 3 shown. Furthermore, the control device 3 controls the glow plug 100—or more precisely, the control of the glow plug 100—the fuel pump 102, and the combustion air blower 101.
  • the Fig. 3 shows a schematic example of a burner start-up sequence.
  • the start-up phase takes place between times 1 and 7.
  • the top line a) shows the nominal power of the glow plug over time t.
  • the glow plug is switched on at time 1 and its nominal power, which is determined by measuring current and voltage and setting a PWM voltage (an electrical voltage controlled by pulse width modulation), At time 6, i.e. before the end of the starting phase, the glow plug is switched off.
  • PWM voltage an electrical voltage controlled by pulse width modulation
  • Line b) shows the heating energy curve of the glow plug as a function of time t.
  • the energy calculation is performed, for example, by numerical integration of the power.
  • the ramp-like curve can be seen, which peaks at time 6.
  • a scaled setpoint and a setpoint for the heating energy are also plotted.
  • Line c) shows the control of the combustion air fan in relation to the target speed.
  • the fan is initially operated between times 1 and 2 and then switched off. Only at time 3 is the fan switched on again, after which it is operated continuously. It is indicated that the speed and thus the speed of the fan is higher between times 1 and 2 than after time 3, i.e., during normal operation of the burner device.
  • a target speed is specified for normal operation. In one embodiment, the target speed is specified as a function of the measured combustion air temperature.
  • Line d shows the activation of the fuel supply. Fuel is introduced into the combustion chamber starting at time 4 and continuing beyond the end of the start-up phase.
  • Line e refers to the sensor for detecting the flame.
  • the point in time at which the flame is detected, and thus the beginning of the combustion phase, is designated as point in time 5. From point in time 5 onward, combustion occurs continuously, or a flame is continuously present.
  • the combustion air fan is started and operated until the combustion path, in particular the combustion chamber, has been flushed with fresh air. Therefore, at time 2, the fan switched off.
  • the duration between times 1 and 2 can be adjusted to ensure that fresh air reaches the temperature sensor.
  • the specified time therefore depends on how long it takes to supply the fresh air. Therefore, the duration can be measured based on the conditions of the burner device installed in the heater, for example. Alternatively, the duration is specified depending on a maximum exhaust gas or fresh air path, the respective line cross-sections, and the properties of the fresh air blower, e.g., the blower speed and/or the achievable volume flow.
  • the combustion air temperature is determined based on the temperature sensor measurement. This occurs at time 2.
  • three setpoints for controlling the glow plug are determined, e.g., calculated by interpolation – preferably using a data table and/or, for example, a relationship described by mathematical formulas. These are, for example, a setpoint for the heating energy and a scaled setpoint, which preferably lies between 50% and 100% of the setpoint.
  • the setpoint for the delay time which shortens with increasing measured temperature (see further explanations).
  • the setpoint for the heating energy or the energy setpoint depends on the combustion air temperature, in that a higher temperature is associated with a lower setpoint, and a lower temperature with a higher setpoint.
  • the relationships between the setpoint and the temperature of the combustion air are determined, for example, from comparative measurements.
  • the scaled setpoint is determined, for example, based on a scaling value between 0.5 and 1 and the setpoint. Relevant for the scaling value is the time required by the combustion air fan to reach the setpoint speed required for operation. If the fan accelerates quickly, the time can be shorter. If the fan only slowly increases its speed, the delay time must be longer.
  • the glow plug is controlled in such a way that its heating energy increases continuously. The power and energy are continuously monitored based on voltage and current measurements.
  • the fan for the combustion air is switched on. If the target value is subsequently reached at time 4, the pump device is started, so that combustion air and fuel are present in the combustion chamber. Furthermore, the fan has preferably reached its target speed at time 4.
  • the heating energy of the glow plug is no longer determined after this time 4. For example, the calculation of the energy is set from the measured values for current and voltage. The heating energy of the glow plug increases through further control, starting from the nominal or target power above the target value.
  • a stabilization period extends up to time 7, after which it is assumed that a combustion condition has been established that allows controlled operation of the burner device or heater.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennervorrichtung. Weiterhin 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 Temperaturen von über 1000 °C. Mit dem Starten von Brennervorrichtungen in Heizungen befassen sich beispielsweise die DE 10 2004 062 831 A1 oder die DE 199 24 329 A1 . EP 0 271 999 A1 offenbart eine Brennervorrichtung mit einer Regelvorrichtung die ein Temperatursignal der Umgebungsluft zur Steuerung eines Gebläses und eines Brennstoffventils verwendet.
  • 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 gestartet 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 zugeführt wird, auf die tiefsten Temperaturwerte eingestellt ist. Die Erfindung geht jedoch von der Erkenntnis aus, dass bei höheren Temperaturen mit einer geringeren Heizenergie gearbeitet 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 verkürzt. Die von der Temperatur abhängigen Sollwerte der Heizenergie werden beispielsweise anhand von Messungen an der Brennervorrichtung bzw. an dem jeweiligen Typ der Brennervorrichtung ermittelt. Die elektrische Leistung des Glühstifts wird in einer Ausgestaltung 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 vorgegeben 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 Eigenschaften des Verbrennungsluftgebläses und insbesondere von der Zeit, die das Gebläse 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 Brennervorrichtung gefördert wird. In dem Augenblick, an welchem durch den Glühstift eine gewünschte 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 Heizleistung 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 begonnen wird. Die Regelung der Brennervorrichtung geschieht beispielsweise in Abhängigkeit 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 Erwärmen 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 Wiederholungen 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 einerseits 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 Brennervorrichtung.
  • 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 Brennraum, 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 Verbrennungsprozess 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 Brennstoffs, 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 Temperaturmilieu 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 Geschwindigkeit des Gebläses zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 höher als nach dem Zeitpunkt 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 sichergestellt 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 erzeugbaren 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 Datentabelle und/oder beispielsweise eines durch mathematische Formeln beschriebenen Zusammenhangs - 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 Verbrennungsluft 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 Umdrehungszahl, 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. Weiterhin 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 Sollwert 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 Entwicklung 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 (6)

  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 festgestellt 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 Nennleistung 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 Brennstoffluftgemischs thermische Energie erzeugt,
    mit einem Wärmetauscher (2), der die von der Brennervorrichtung (1) erzeugte thermische 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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