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EP1236957B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung eines brennerbetriebenen Heizgerätes an ein Luft-Abgas-System - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung eines brennerbetriebenen Heizgerätes an ein Luft-Abgas-System Download PDF

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EP1236957B1
EP1236957B1 EP01123490A EP01123490A EP1236957B1 EP 1236957 B1 EP1236957 B1 EP 1236957B1 EP 01123490 A EP01123490 A EP 01123490A EP 01123490 A EP01123490 A EP 01123490A EP 1236957 B1 EP1236957 B1 EP 1236957B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
volume flow
air volume
burner
waste gas
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01123490A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1236957A2 (de
EP1236957A3 (de
Inventor
Marc Rosenland
Markus Rotert
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1236957A2 publication Critical patent/EP1236957A2/de
Publication of EP1236957A3 publication Critical patent/EP1236957A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1236957B1 publication Critical patent/EP1236957B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING 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
    • F23L17/00Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues
    • F23L17/005Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues using fans
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00Regulating fuel supply
    • F23N1/06Regulating fuel supply conjointly with draught
    • F23N1/062Regulating fuel supply conjointly with draught using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
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    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12Fuel valves
    • F23N2235/16Fuel valves variable flow or proportional valves

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for adapting a burner-operated heater to an air-exhaust system according to the preamble of the independent claims.
  • Object of the present invention is that regardless of the site-specific flow resistance of the air-exhaust piping system same air conditions for complete combustion are present, the adjustment of the heater to the site-specific air and exhaust pipe system should be done with a simple control device.
  • the inventive method and the device according to the invention have the advantage that a simple control device can be used.
  • the air volume flow as a controlled variable and as Function parameter of the operating characteristic is a constant adaptation of the instantaneous air volume flow to the required air volume flow possible without having to perform a correction of the operating characteristic during the installation of the heater. Consequently, no speed sensor for the fan is necessary.
  • the operation of the heater in changing conditions e.g. at wind incidence in the exhaust system can occur, improved because the pressure conditions are detected continuously. This ensures a nearly constant air ratio of the exhaust gas.
  • the use of a sensor for detecting the air volume flow also allows the detection of combustion-related disturbances and thus the implementation of countermeasures, such. the change of the primary air number.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements of the method and apparatus are possible.
  • the control behavior with large temperature differences in the combustion air can be further improved if the air flow measurement is additionally combined with a temperature compensation.
  • it can expediently be provided to store the last recorded values and, in the event of failure of the pressure sensor, to resort to them, as a result of which the emergency running properties are also guaranteed. This requires a Failure of the pressure sensor does not necessarily stop the heater.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a heater and Figure 2 is a representation of an operating characteristic for controlling the heater.
  • the heating device in FIG. 1 has a burner 10, which is arranged in a combustion chamber 12.
  • the burner 10 is connected to a gas line 18 in connection, in which a gas control device 19 is installed. Via the gas line 18, the burner 10, the fuel gas is supplied.
  • To the combustion chamber 12 performs an air supply 14, is supplied via the combustion air to the burner 10.
  • the air supply 14, for example, coaxially surrounds an exhaust gas outlet 16, which is connected to an exhaust pipe, not shown, for. B. chimney, is connected to discharge the exhaust gas into the atmosphere.
  • the air supply 14 with air pipe and the exhaust discharge 16 with exhaust pipe form an air-exhaust pipe system.
  • a heat exchanger 20 is acted upon, which is connected via a feed line 21 and a return line 22 with a radiator assembly, not shown in connection.
  • a radiator assembly not shown in connection.
  • an exhaust gas collecting hood 24 is arranged, which merges with the exhaust gas discharge 16.
  • a fan 26 is arranged, which sucks the exhaust gas from the combustion chamber 12 and by the suction a corresponding volume flow combustion air the Burner 10 feeds.
  • the blower 26 may also be arranged in the air supply 14.
  • a pressure sensor 28 is arranged, which steadily receives the pressure built up by the supplied combustion air pressure.
  • the recorded pressure provides information on a current air volume flow, which is supplied to the burner 10.
  • the pressure sensor 28 it is equally possible to arrange the pressure sensor 28 within the exhaust discharge 16.
  • the heating device furthermore has a control device 30, which is connected via a first signal line 31 to the gas control device 19, via a second signal line 32 to the blower 26 and via a third signal line 32 to the pressure sensor 28. Finally, a fourth signal line 34 is provided which leads to a temperature sensor 35.
  • the required heating power requires a corresponding burner output Q of the burner 10 and this a corresponding fuel gas supply and a corresponding air flow rate of the combustion air.
  • An operating characteristic 40 for the required burner output Q is calculated from the requirements of the air ratio in the exhaust gas of the heater, taking into account the flame stability and condensing appliances also taking into account the condensation behavior as a function of the required Heating power, which is necessary to cover the heat demand determined.
  • the operating characteristic 40 shown in FIG. 2 represents the required air volume flow as a function of the pressure p over the burner power Q.
  • the operating characteristic 40 is stored in the control device 30.
  • the instantaneous air volume flow which correlates with a corresponding pressure value, is determined continuously by means of the pressure sensor 28.
  • the measured pressure value is supplied via the signal line 33 of the control device 30 and compared in the control device 30 with the required pressure value p of the operating characteristic 40 and adjusted to the required air volume flow, wherein the required pressure value represents the required air flow rate for optimal combustion.
  • the adjustment of the measured instantaneous pressure value to the required pressure value p of the operating characteristic 40 takes place via a corresponding tracking of the power of the blower 26 so that the instantaneous air volume flow is constantly tracked to the required air volume flow.
  • the number of combustion air is maintained independently of the air-exhaust piping system. Also changes in the flow conditions in the air-exhaust pipe system during the operation of the heater are thereby taken into account and compensated. In this way, an optimal operation of the heater under the site-specific conditions of the air-exhaust system is possible.
  • the pressure measurement performed with the pressure sensor 28 may also include a temperature compensation, with the control behavior at high temperatures in the Combustion air is further improved.
  • a temperature sensor is integrated into the pressure sensor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung eines brennerbetriebenen Heizgerätes an ein Luft-Abgas-System nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
  • Stand der Technik
  • Bei brennerbetriebenen Heizgeräten mit unterstützter Luft-Abgas-Führung hat die Länge des angeschlossenen Luft-Abgas-Systems einen erheblichen Einfluß auf die Verbrennung sowie auf das Kondensations- und Zündverhalten des Heizgerätes, da die spezifischen Strömungswiderstände der Luftzuführung und der Abgasabführung standortbedingt durch die Rohrlängen, die Anzahl der Rohrbögen und anderer baulicher Maßnahmen des Luft-Abgas-Rohrleitungssystems verschieden sind. Daher ist eine Anpassung der Heizgeräte an das standortspezifische Luft-Abgas-System erforderlich.
  • Bekannt ist z.B. durch den Einbau von zusätzlichen Blenden in das Luft-Abgas-System, den Strömungswiderstand auf einen entsprechenden Wert zu heben, auf den die Betriebskennlinie des Heizgerätes eingestellt ist, wobei die Betriebskennlinie eine optimale Verbrennung bei verschieden Heizleistungen gewährleistet.
  • Um auf den Einbau von zusätzlichen Strömungswiderständen im Luft- Abgas-System zu verzichten, ist aus der DE 198 47 448 A1 bekannt, bei einer ersten Inbetriebnahme des Heizgerätes die Drehzahl des Gebläses, ausgehend von einer Start-Drehzahl, bei der der für die Freigabe der Gaszufuhr vorgesehene Druckwert auch bei kürzester Länge des Luft-Abgas-Systems nicht erreicht wird, langsam zu steigern, bis der vorgesehene Druckwert erreicht ist, und aus der Drehzahl des Gebläses, bei der dieser Wert erreicht wurde, ein Korrekturfaktor zu ermitteln, mit dem aus Standardkennlinien Betriebskennlinien berechnet werden, nach denen die Gasregeleinrichtung geführt wird. Zur Aufnahme der Drehzahl des Gebläses ist dabei ein Drehzahlgeber für das Gebläse notwendig. Bei diesem Verfahren erfolgt bei der Inbetriebnahme des Heizgerätes somit eine Anpassung der Betriebskennlinie an die standortspezifischen Strömungsbedingungen des Luft-Abgas-Rohrleitungssystems.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass unabhängig von den standortspezifischen Strömungswiderständen des Luft-Abgas-Rohrleitungssystems gleiche Luftverhältnisse für eine vollständige Verbrennung vorliegen, wobei die Anpassung der Heizeinrichtung an das standortspezifische Luft- und Abgas-Rohrleitungssystem mit einer einfachen Regeleinrichtung erfolgen soll.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil, dass eine einfache Regeleinrichtung verwendet werden kann. Durch die Nutzung des Luftvolumenstromes als Regelgröße und als Funktionsparameter der Betriebskennlinie ist eine ständige Anpassung des momentanen Luftvolumenstromes an den erforderlichen Luftvolumenstrom möglich, ohne eine Korrektur der Betriebskennlinie bei der Installation des Heizgerätes durchführen zu müssen. Folglich ist auch kein Drehzahlgeber für das Gebläse notwendig.
  • Darüber hinaus wird der Betrieb des Heizgerätes bei wechselnden Verhältnissen, welche z.B. bei Windeinfall in das Abgassystem auftretenden können, verbessert, da die Druckverhältnisse kontinuierlich erfaßt werden. Dadurch wird eine nahezu konstante Luftzahl des Abgases gewährleistet. Der Einsatz eines Sensors zur Erfassung des Luftvolumenstromes ermöglicht zudem das Erkennen von verbrennungsbedingten Störungen und somit das Durchführen von Gegenmaßnahmen, wie z.B. die Änderung der Primärluftzahl.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung möglich. Das Regelverhalten bei großen Temperaturunterschieden in der Verbrennungsluft kann dadurch weiter verbessert werden, wenn die Luftvolumenstrommessung zusätzlich mit einer Temperaturkompensation kombiniert wird. Darüber hinaus kann zweckmäßigerweise vorgesehen werden, die zuletzt erfassten Werte zu speichern und bei Ausfall des Drucksensors auf diese zurückzugreifen, wodurch auch die Notlaufeigenschaften gewährleistet sind. Dadurch bedingt ein Ausfall des Drucksensors nicht zwangsläufig die Stillsetzung des Heizgerätes.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Heizgerätes und Figur 2 eine Darstellung einer Betriebskennlinie zur Regelung des Heizgerätes.
  • Ausführungsbeispiel
  • Die Heizeinrichtung in Figur 1 weist einen Brenner 10 auf, der in einer Brennkammer 12 angeordnet ist. Der Brenner 10 steht mit einer Gasleitung 18 in Verbindung, in die eine Gasregeleinrichtung 19 eingebaut ist. Über die Gasleitung 18 wird dem Brenner 10 das Brenngas zugeführt. Zur Brennkammer 12 führt eine Luftzuführung 14, über die Verbrennungsluft dem Brenner 10 zugeführt wird. Die Luftzuführung 14 umgibt beispielsweise koaxial eine Abgasabführung 16, die mit einem nicht dargestellten Abgasrohr, z. B. Schornstein, verbunden ist, um das Abgas in die Atmosphäre abzuleiten. Die Luftzuführung 14 mit Luftrohr und die Abgasabführung 16 mit Abgasrohr bilden ein Luft-Abgas-Rohrleitungssystem.
  • Von den Abgasen wird ein Wärmetauscher 20 beaufschlagt, der über eine Vorlaufleitung 21 und eine Rücklaufleitung 22 mit einer nicht dargestellten Heizkörperanordnung in Verbindung steht. Über dem Wärmetauscher 20 ist eine Abgassammelhaube 24 angeordnet, die zur Abgasabführung 16 übergeht.
  • In der Abgasabführung 16 ist ein Gebläse 26 angeordnet, das das Abgas aus der Brennkammer 12 absaugt und durch den Sog einen entsprechenden Volumenstrom Verbrennungsluft dem Brenner 10 zuführt. Das Gebläse 26 kann aber auch in der Luftzuführung 14 angeordnet sein.
  • In der Luftzuführung 14 ist beispielsweise ein Drucksensors 28 angeordnet, der den von der zugeführten Verbrennungsluft aufgebauten Druck stetig aufnimmt. Der aufgenommene Druck gibt Aufschluss auf einen momentanen Luftvolumenstrom, der dem Brenner 10 zugeführt wird. Es ist aber genauso möglich den Drucksensor 28 innerhalb der Abgasabführung 16 anzuordnen. Außerdem ist es denkbar, anstelle des Drucksensors einen Luftmassensensor einzusetzen, mit dem der momentane Luftvolumenstrom direkt bestimmbar ist.
  • Die Heizeinrichtung verfügt ferner über eine Regeleinrichtung 30, die über eine erste Signalleitung 31 mit der Gasregeleinrichtung 19, über eine zweite Signalleitung 32 mit dem Gebläse 26 und über eine dritte Signalleitung 32 mit dem Drucksensors 28 verbunden ist. Schließlich ist eine vierte Signalleitung 34 vorgesehen, die zu einem Temperaturfühler 35 führt.
  • Zum Erreichen der optimalen Verbrennungswerte bzw. Luftzahl im Abgas benötigt die in Abhängigkeit vom Modulationsgrad bzw. der Heizleistung erforderliche Gaszufuhr einen entsprechenden Luftvolumenstrom der Verbrennungsluft, d.h. die geforderte Heizleistung erfordert eine entsprechende Brennerleistung Q des Brenners 10 und diese eine entsprechende Brenngaszufuhr und einen entsprechenden Luftvolumenstrom der Verbrennungsluft.
  • Eine Betriebskennlinie 40 für die geforderte Brennerleistung Q wird aus den Anforderungen an die Luftzahl im Abgas des Heizgerätes unter Berücksichtigung der Flammenstabilität und bei Brennwertgeräten ferner unter Berücksichtigung des Kondensationsverhaltens in Abhängigkeit von der geforderten Heizleistung, die zur Deckung des Wärmebedarfs notwendig ist, ermittelt.
  • Die in Figur 2 dargestellte Betriebskennlinie 40 stellt den erforderlichen Luftvolumenstrom als Funktion des Drucks p über der Brennerleistung Q dar. Die Betriebskennlinie 40 ist in der Regeleinrichtung 30 abgelegt.
  • Der momentane Luftvolumenstrom, der mit einem entsprechenden Druckwert korreliert, wird mittels des Drucksensors 28 stetig ermittelt. Der gemessene Druckwert wird über die Signalleitung 33 der Regeleinrichtung 30 zugeführt und in der Regeleinrichtung 30 mit dem erforderlichen Druckwert p der Betriebskennlinie 40 verglichen und auf den erforderlichen Luftvolumenstrom abgeglichen, wobei der erforderliche Druckwert den erforderlichen Luftvolumenstrom für die optimale Verbrennung repräsentiert.
  • Der Abgleich des gemessenen momentanen Druckwertes auf den erforderlichen Druckwert p der Betriebskennlinie 40 erfolgt über eine entsprechende Nachführung der Leistung des Gebläses 26, so dass ständig der momentane Luftvolumenstrom dem erforderlichen Luftvolumenstrom nachgeführt wird. Dadurch wird die Luftzahl der Verbrennung unabhängig vom Luft-Abgas-Rohrleitungssystem eingehalten. Auch Änderungen der Strömungsbedingungen im Luft-Abgas-Rohrleitungssystem währende des Betriebes der Heizeinrichtung werden dadurch berücksichtigt und kompensiert. Auf diese Weise ist ein optimaler Betrieb der Heizeinrichtung unter den standortspezifischen Bedingungen des Luft-Abgas-Systems möglich.
  • Die mit dem Drucksensors 28 durchgeführte Druckmessung kann zudem eine Temperaturkompensation enthalten, mit der das Regelverhalten bei großen Temperaturen in der Verbrennungsluft weiter verbessert wird. Dazu ist beispielsweise ein Temperatursensor in den Drucksensor integriert.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Anpassung eines brennerbetriebenen Heizgerätes an ein Luft-Abgas-System, das einen Brenner, ein Luftzuführung für Verbrennungsluft, eine Abgasabführung für das Abgas, ein Gebläse im Luft-Abgas-System und eine Regeleinrichtung aufweist, wobei die Regeleinrichtung das Gebläse derart regelt, dass ein für eine geforderte Brennerleistung erforderlicher Luftvolumenstrom bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein momentaner Luftvolumenstrom im Luft-Abgas-System gemessen wird wobei ein
    Abgleich des momentanen Luftvolumenstroms auf den erforderlichen Luftvolumenstrom anhand einer in der Regeleinrichtung abgelegten Betriebskennlinie erfolgt wobei
    zum Abgleich des momentanen Luftvolumenstroms auf den erforderlichen Luftvolumenstrom der Betriebskennlinie die Leistung des Gebläses entsprechend nachgeführt wird wobei
    die Betriebskennlinie den erforderlichen Luftvolumenstrom als Funktion des Drucks in Abhängigkeit von der Brennerleistung angibt und wobei
    der momentane Luftvolumenstrom als Druck aufgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des momentanen Luftvolumenstroms mit einer Temperaturkompensation versehen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zuletzt erfassten Werte des momentanen Luftvolumenstroms gespeichert werden und bei Ausfall des Sensors auf diese zurückgegriffen wird.
  4. Vorrichtung zur Anpassung eines brennerbeheizten Heizgerätes an ein Luft-Abgas-System, mit einem Brenner, der mit Brenngas und mit Verbrennungsluft versorgt wird, einer Luftzuführung für die Verbrennungsluft, einer Abgasabführung für das Abgas, und einem Gebläse im Luft-Abgas-System sowie mit einer Regeleinrichtung, wobei die Regeleinrichtung das Gebläse derart regelt, dass ein für eine geforderte Brennerleistung erforderlicher Luftvolumenstrom bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regeleinrichtung eine Betriebskennlinie abgelegt ist, die den erforderlichen Luftvolumenstrom für eine optimale Verbrennung bei verschiedenen Brennerleistungen angibt, und dass ein im Luft-Abgas-System positionierter Sensor einen momentanen Luftvolumenstrom aufnimmt und dass die Regeleinrichtung (30) den momentanen Luftvolumenstrom auf den erforderlichen Luftvolumenstrom der Betriebskennlinie (40) über eine Nachführung der Leistung des Gebläses (26) abgleicht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor zur Bestimmung des momentanen Luftvolumenstroms ein Drucksensor oder ein Luftmassensensor vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (28) in der Luftzuführung (14) und/oder in der Abgasabführung (16) angeordnet ist.
EP01123490A 2001-03-01 2001-09-28 Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung eines brennerbetriebenen Heizgerätes an ein Luft-Abgas-System Expired - Lifetime EP1236957B1 (de)

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EP1236957A2 EP1236957A2 (de) 2002-09-04
EP1236957A3 EP1236957A3 (de) 2002-12-04
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