[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regelung und/oder
Überwachung einer Zerstäubungsvorrichtung für die Zerstäubung flüssiger Brennstoffe,
insbesondere Öl, in einem modulierenden Brenner nach den Ansprüchen 1 bzw. 10.
[0002] Im Stand der Technik sind sogenannte Druckölzerstäubungsbrenner bekannt. Derartige
Druckölzerstäubungsbrenner umfassen eine Zerstäubungsvorrichtung, die flüssigen Brennstoff
(beispielsweise Öl) zerstäubt, um den Brennstoff als feine Tröpfchen mit Luft zu vermischen.
Durch die Zerstäubung kann eine vergleichsweise große reaktive Flüssigkeitsoberfläche
erzeugt werden, wobei eine möglichst gleichmäßige und feine Verteilung der Tröpfchen
im Verbrennungsgemisch vorliegen sollte. Die Zerstäubungsvorrichtungen umfassen üblicherweise
eine Zerstäubungsdüse, durch die der Brennstoff unter Beaufschlagung von hohem Druck
geleitet wird.
[0003] Die bekannten Zerstäubungsvorrichtungen sollen eine (möglichst) stöchiometrische
Verbrennung des flüssigen Brennstoffs ermöglichen und abgasseitig die Anteile von
Kohlenmonoxid und Stickoxiden minimieren.
[0004] Bei einem modulierenden Brenner kann die Brennerleistung variiert werden. Ein wesentlicher
Faktor neben der Einspritzung des Brennstoffes ist dabei die Verbrennungsluftzufuhr.
Wichtig für einen energiesparenden Umgang mit dem Brennstoff ist, dass die Brennerleistung
bei Bedarf auf geringe Werte zurückgefahren werden kann. Im Stand der Technik erfolgt
eine Regelung bzw. Einstellung eines Brennstoff-Luftgemisches zur Regelung der Leistung
des Brenners. Insgesamt wird die Zuverlässigkeit der Regelung von Druckölzerstäubungsbrennern
als unbefriedigend empfunden.
[0005] Im Allgemeinen besteht ein Trend im Stand der Technik dahingehend, dass Ölbrenner
als Verdampfungsbrenner ausgebildet sind. Diese sind jedoch hinsichtlich der Herstellung
und des Betriebs vergleichsweise aufwendig, benötigen einen großen Bauraum, sind vergleichsweise
störanfällig. Der Energiebedarf, der zum Betrieb benötigt wird (Hilfsenergie bzw.
zusätzliche Energie für eine Ölvorwärmung) ist vergleichsweise hoch.
[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur
Regelung und/oder Überwachung einer Zerstäubungsvorrichtung vorzuschlagen, die eine
zuverlässige Regelung der Zerstäubung flüssiger Brennstoffe ermöglicht. Diese Aufgabe
wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
[0007] Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Regelung
und/oder Überwachung einer Zerstäubungsvorrichtung für die Zerstäubung flüssiger Brennstoffe,
insbesondere Öl, in einem modulierenden Brenner, mit den Schritten:
- Bestimmung mindestens eines Luftzufuhr-Parameters (z.B. Gebläsedrehzahl) sowie eines
ersten und mindestens eines zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters,
- Einstellung des ersten Brennstoffzufuhr-Parameters (z.B. Pumpendruck) in Abhängigkeit
vom Luftzufuhr-Parameter zur Regelung eines Brennstoff-Luft-Gemisches zur Regelung
der Leistung des Brenners,
- Bestimmung einer ersten Abweichung des zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters (z.B. Pumpendrehzahl)
von einem Sollwert einer ersten Kennlinie einer Abhängigkeit zwischen erstem Brennstoffzufuhr-Parameter
und zweitem Brennstoffzufuhr-Parameter, und/oder
- Bestimmung einer zweiten Abweichung des zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters von einem
Sollwert einer zweiten Kennlinie einer Abhängigkeit zwischen zweitem Brennstoffzufuhr-Parameter
und Luftzufuhr-Parameter.
[0008] Ein Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass eine Sollwertabweichung des ersten
Brennstoffzufuhr-Parameters (beispielsweise des Pumpendrucks) bzw. des zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters
(beispielsweise der Pumpendrehzahl) von einer (ggf. vorher bestimmten, beispielsweise
in der Regelung hinterlegten bzw. abgespeicherten) Sollwert-Kennlinie festgestellt
wird, um die Regelung der Zerstäubungsvorrichtung bzw. der Leistung des Brenners auf
ihre Plausibilität zu überprüfen. Durch die Bestimmung der ersten bzw. zweiten Abweichung
wird eine Information bereitgestellt, die eine Aussage über die Plausibilität insbesondere
des ersten Brennstoffzufuhr-Parameters erlaubt. Je geringer die Abweichung, desto
mehr wird - im Allgemeinen - das zerstäubte Brennstoff-Luft-Gemisch einer gewünschten
Zusammensetzung und Menge entsprechen. Dadurch wird die Regelung bzw. Überwachung
der Zerstäubung auf einfache Weise verbessert.
[0009] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Brennstoffzufuhr-Parameter
ein Brennstoffdruck, insbesondere zwischen einem Pumpenausgang (24) und einer Brennstoffdüse
(12), vorzugsweise an einem Pumpenausgang (24), ist und/oder der zweite Brennstoffzufuhrparameter
eine Pumpendrehzahl einer Förderpumpe (15) ist. Im allgemeinen kann der erste oder
zweite Brennstoffzufuhr-Parameter eine Pumpendrehzahl einer Förderpumpe oder eine
Brennstoffzufuhr-Fördermenge oder ein Brennstoffdruck, insbesondere zwischen einem
Pumpenausgang und einer Brennstoffdüse, vorzugsweise an einem Pumpenausgang, sein.
In einer konkreten Ausführungsform ist der erste Brennstoffzufuhr-Parameter der Brennstoffdruck
(am Pumpenausgang) und der zweite Brennstoffzufuhr-Parameter die Pumpendrehzahl. Diese
Parameter können auf einfache Weise bestimmt werden und erlauben eine besonders einfache
Überprüfung der Plausibilität der Regelung.
[0010] Im Allgemeinen wird darauf hingewiesen, dass unter einem Luftzufuhr-Parameter ein
Parameter verstanden werden soll, der die Luftzufuhr entweder direkt oder zumindest
indirekt angibt, derart, dass sich die Luftzufuhr (zumindest näherungsweise) bestimmen
lässt (bei einer bekannten Geometrie bzw. Struktur der Zerstäubungsvorrichtung).
[0011] Entsprechend soll unter einem Brennstoffzufuhr-Parameter ein Parameter verstanden
sein, der entweder direkt oder zumindest indirekt die Bestimmung der Brennstoffzufuhr
erlaubt (bei bekannter Geometrie bzw. Struktur der Zerstäubungsvorrichtung).
[0012] Ist beispielsweise der Pumpendruck vergleichsweise hoch (ggf. oberhalb eines Toleranzbereiches
um die Kennlinie), kann beispielsweise auf eine Verstopfung der Düse rückgeschlossen
werden. Ist der Pumpendruck vergleichsweise niedrig, kann beispielsweise auf eine
undichte Ansaugleitung bzw. hohe Druckverluste in einer Ölzuleitung geschlossen werden.
Im Allgemeinen können somit Schäden oder Fehler innerhalb der Zerstäubungsvorrichtung
auf einfache Weise erkannt werden.
[0013] Die Zerstäubungsvorrichtung kann grundsätzlich - abgesehen von den zusätzlichen regelungstechnischen
Aspekten der vorliegenden Erfindung -, wie in der noch nicht veröffentlichten deutschen
Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 10 2011 075 409.1 beschrieben, ausgebildet sein.
[0014] In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bestimmt, ob die erste
und/oder zweite Abweichung außerhalb oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz liegt.
Die Toleranz beträgt vorzugsweise mindestens +/- 1 %, weiter vorzugsweise +/- 5 %,
und/oder vorzugsweise höchstens +/- 20, weiter vorzugsweise +/- 12 %, noch weiter
vorzugsweise +/-2 %. Dies verbessert die Überwachung der Regelung.
[0015] Eine festgestellte Abweichung von der Toleranz kann beispielsweise genutzt werden,
um eine Warnmeldung auszugeben.
[0016] In bevorzugten Ausführungsformen kann eine Abweichung von der Kennlinie, insbesondere
ein Überschreiten der Toleranz, beispielsweise auf einem Display oder einem Bildschirm
angezeigt werden und/oder bei Überschreiten der Toleranz ein Signal und/oder eine
Abschaltung der Zerstäubungsvorrichtung erfolgen. Dadurch wird die Sicherheit beim
Betreiben der Zerstäubungsvorrichtung bzw. des Brenners weiter erhöht.
[0017] Der Luftzufuhr-Parameter kann eine Luftzufuhrmenge sein oder eine Gebläsedrehzahl
(die wiederum die Luftzufuhrmenge bestimmt oder zumindest mitbestimmt). Auch dadurch
wird die Regelung vereinfacht.
[0018] Die Pumpendrehzahl kann über ein Steuersignal, insbesondere ein Pulsweitenmodulations-Signal
bestimmt werden. Wird die Drehzahl der Pumpe beispielsweise über ein Pulsweitenmodulations-Signal
gesteuert, kann das entsprechende Steuersignal über eine Drehzahl-Rückmeldung des
Pumpenmotors auf einfache Weise ermittelt werden. Über eine gegebenenfalls (beispielsweise
in einem ggf. elektronischen Speichermittel) hinterlegte, gegenseitige Abhängigkeit
von Motordrehzahl und Pumpendruck kann eine Sollwertabweichung im negativen und positiven
Bereich erkannt werden.
[0019] In einer bevorzugten Weiterbildung wird (unmittelbar) vor einer Erhöhung der Leistung
des Brenners die Luftzufuhr um einen vorbestimmten Offset-Betrag erhöht, wobei dazu
vorzugsweise eine Gebläsedrehzahl um einen vorbestimmten Offset-Betrag erhöht wird,
beispielsweise um mindestens 50, weiter vorzugsweise mindestens 90 Umdrehungen pro
Minute und/oder vorzugsweise höchstens 200, weiter vorzugsweise höchstens 110 Umdrehungen
pro Minute. Diese Weiterbildung wird auch als unabhängiger Gedanke beansprucht. Durch
die Definition eines derartigen Offset-Betrages kann auf einfache Weise eine Verbrennung
mit Brennstoff-Überschuss vermieden werden.
[0020] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung (die jedoch auch unabhängig beansprucht wird)
wird vor Inbetriebnahme einer Förderpumpe der Brennstoffdruck überprüft, wobei vorzugsweise
ein Warnsignal oder eine Abschaltung erfolgt, wenn der Brennstoffdruck größer ist
als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise 1 bar), vorzugsweise größer als 0 bar ist.
An dieser Stelle sei klargestellt, dass die Druckangaben als Differenzdruck gegenüber
einem umgebenden Normaldruck zu verstehen sind. Alternativ oder zusätzlich kann auch
vorgesehen sein, dass ein Warnsignal oder eine Abschaltung erfolgen, wenn überhaupt
kein Signal vorhanden ist. Dies könnte beispielsweise auf eine Fehlfunktion eines
Drucksensors zurückführbar sein.
[0021] In einer weiteren Alternative kann nach Inbetriebnahme einer Förderpumpe der Brennstoffdruck
überprüft werden, wobei vorzugsweise ein Warnsignal oder eine Abschaltung erfolgt,
wenn der Brennstoffdruck kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, insbesondere 0 bar
beträgt. Auch hier kommt es wieder auf einen Differenzdruck zu einem umgebenden Normaldruck
an. Ein Warnsignal oder eine Abschaltung kann alternativ oder zusätzlich erfolgen,
wenn kein Drucksignal vorhanden ist. In jedem Fall wird die Regelung des Zerstäubers
in sicherheitstechnischer Hinsicht weiter verbessert.
[0022] Die obige Aufgabe wird unabhängig gelöst durch eine Vorrichtung zur Regelung und/oder
Überwachung einer Zerstäubungsvorrichtung für die Zerstäubung flüssiger Brennstoffe
in einem modulierenden Brenner, umfassend eine Luftzufuhrleitung, um dem Brenner Luft
zuführen zu können, eine Brennstoffzufuhrleitung, um dem Brenner flüssigen Brennstoff
zuführen zu können, eine Luftzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung
eines Luftzufuhr-Parameters (z.B. Gebläsedrehzahl), eine erste Brennstoffzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung
zur Bestimmung eines ersten Brennstoffzufuhr-Parameters (z.B. Pumpendruck), eine zweite
Brennstoffzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters
(z.B. Pumpendrehzahl), eine Regelungseinrichtung zur Einstellung des ersten Brennstoffzufuhr-Parameters
in Abhängigkeit vom Luftzufuhr-Parameter zur Regelung eines Brennstoffgemisches zur
Regelung des Brenners, ein Speichermittel, auf dem Parameter-Kennlinien hinterlegt
werden können bzw. hinterlegt sind, eine Abweichungsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung
einer Abweichung des zweiten Brennstoff-zufuhr-Parameters von einem ersten Sollwert
einer ersten Kennlinie einer Abhängigkeit zwischen erstem Brennstoffzufuhr-Parameter
und zweitem Brennstoffzufuhr-Parameter und/oder zur Bestimmung einer Abweichung des
zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters von einem zweiten Sollwert einer zweiten Kennlinie
einer Abhängigkeit zwischen erstem zweitem Brennstoffzufuhr-Parameter und Luftzufuhr-Parameter.
[0023] Bezüglich der Vorteile wird auf das obige Verfahren verwiesen. In vorrichtungsmäßiger
Hinsicht ist ein wesentlicher Gedanke darin zu sehen, dass in der Regelung eine Kennlinie
hinterlegt ist (beispielsweise für den Pumpendruck in Abhängigkeit einer Motordrehzahl
bzw. Pumpendrehzahl).
[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Gebläse zur Bereitstellung des Luftstroms
und/oder eine, insbesondere drehzahlgeregelte, Pumpe, gegebenenfalls umfassend eine
Brennstoff-Zufuhr, vorgesehen, wobei die Luftzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung
vorzugsweise eine Gebläsedrehzahl-Bestimmungseinrichtung umfasst und/oder die erste
Brennstoffzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung vorzugsweise eine Pumpendruck-Bestimmungseinrichtung
umfasst. Durch diese Maßnahmen kann auf einfache Weise eine zuverlässige Regelung
erfolgen.
[0025] In einer konkreten Ausführungsform ist ein Drucksensor vorgesehen zur Bestimmung
eines Brennstoffdruckes in der Brennstoffzufuhrleitung als ersten oder zweiten Brennstoffzufuhr-Parameter,
insbesondere zwischen Pumpenausgang und einer Brennstoffdüse, vorzugsweise am Pumpenausgang.
Durch das Vorsehen des Drucksensors kann auf einfache Weise ein Brennstoffzufuhr-Parameter
bestimmt werden, was die Regelung vereinfacht. Ein weiterer Brennstoffzufuhr-Parameter
kann dann beispielsweise durch eine Einrichtung bereitgestellt werden, die ausgebildet
ist, um die Pumpendrehzahl einer Pumpe auszuwerten, beispielsweise über ein PWM-Signal
(Pulsweitenmodulations-Signal). Insgesamt wird die Regelung auf zuverlässige Weise
vereinfacht.
[0026] In einer konkreten Ausführungsform ist der Pumpenantrieb, insbesondere elektronisch,
drehzahlgeregelt bzw. drehzahlregelbar. Weiterhin kann der Pumpenantrieb einen EC-Motor
umfassen (EC-Motor = Electronically Commuted Motor = elektronisch kommutierter Motor
bzw. kollektorloser Gleichstrommotor oder Elektronikmotor). In Kombination mit den
übrigen Merkmalen kann dadurch bei zuverlässiger Regelung ein sparsamer Betrieb der
Pumpe ermöglicht werden, was die Effizienz der Zerstäubungsvorrichtung verbessert.
[0027] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise ein Display bzw. einen Bildschirm
und/oder eine Warnsignaleinrichtung, beispielsweise eine Leuchte oder eine Schallerzeugungseinrichtung,
umfassen. Dadurch wird die Regelung ebenfalls in sicherheitstechnischer Hinsicht weiter
verbessert.
[0028] Allgemein kann die Vorrichtung zur Regelung und/oder Überwachung Einrichtungen bzw.
Mittel umfassen, die bereits genannte Verfahrensschritte in struktureller Hinsicht
ermöglichen.
[0029] Es wird im Allgemeinen ein Brennstoffkessel (beispielsweise Öl-Brennwertkessel) vorgeschlagen,
bei dem ein Brennstoff-Luft-Verbund (oder Öl-Luft-Verbund; ÖLV) umgesetzt wird, wobei
innerhalb eines festgelegten Leistungsbereichs ein modulierender Betrieb eines Brenners
ermöglicht wird. Das Verbrennungsverhältnis λ ist im Modulationsbereich vorzugsweise
konstant. Die Zerstäubungsvorrichtung kann wie beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 10 2011 075 409.1 ausgeführt sein. Mit einer derartigen Zerstäubungsvorrichtung bzw. einem derartigen
Mischsystem mit einer Brennstoffdüse (Öldüse) kann eine (möglichst) stöchiometrische,
schadstoffarme Verbrennung mit sehr niedrigen Anteilen an Kohlenmonoxid und Stickoxiden
realisiert werden. Als Modulationsbereich wird ein Bereich von etwa 30 bis 100 % einer
Maximalleistung vorgeschlagen. Dadurch kann auch bei vergleichsweise großen jahreszeitlichen
Schwankungen der Heizwärmebedarf in beheizten Gebäuden auf effiziente Weise bereit
gestellt werden. Im Allgemeinen wird eine bedarfsgerechte Regelung und damit energiesparende
Betriebsweise ermöglicht. Dabei sollte auch an einer unteren Leistungsgrenze eine
sichere und stabile Verbrennung gewährleistet sein.
[0030] Ein grundlegender Gedanke der Erfindung besteht darin, dass für eine sichere Regelung
im vorgegebenen Betriebsbereich des Brennstoff-Luft-Verbundes (Öl-Luft-Verbund; ÖLV)
die Relation eines ersten Brennstoffzufuhr-Parameters (insbesondere Pumpendruck) zu
einem zweiten Brennstoffzufuhr-Parameter (insbesondere eine Drehzahl der Ölförder-Pumpe)
genutzt wird.
[0031] Eine drehzahlregelbare Brennstoffpumpe (Ölpumpe) ist bevorzugt. Erforderliche Hilfsenergie
für einen Pumpenantrieb kann durch den Einsatz eines (hocheffizienten) EC-Motors gering
gehalten werden. Insbesondere in einem Teillastbereich kann eine Stromaufnahme (stark)
reduziert werden. Insbesondere durch die Drehzahlregelung der Pumpe kann der Pumpenantrieb
mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad arbeiten.
[0032] Insgesamt wird eine effiziente Verbrennung durch den Vergleich mit einer vorbestimmten
Kennlinie innerhalb einstellbarer Toleranzgrenzen erreicht. Zur (kontinuierlichen)
Überwachung wird ein Plausibilitätskriterium eingeführt, um eine mangelhafte Verbrennung
ausschließen zu können bzw. zumindest die Wahrscheinlichkeit für eine solche verringern
zu können, oder um Fehlerbilder für den gesamten Betriebsbereich zu erkennen und entsprechende
Maßnahmen treffen zu können.
[0033] Die obige Aufgabe wird unabhängig gelöst durch eine Zerstäubungsvorrichtung oder
einen Brenner oder Heizkessel mit der obengenannten Vorrichtung zur Steuerung und/oder
Überwachung bzw. ausgebildet zur Durchführung des obigen Verfahrens zur Steuerung
und/oder Überwachung.
[0034] Weitere Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0035] Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand
von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert
werden. Hierbei zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Ansicht einer Zerstäubungsvorrichtung 10 mit einem Brenner 11; und
- Fig. 2
- ein Diagramm.
[0036] In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden für gleiche bzw. gleich wirkende
Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
[0037] Die Zerstäubungsvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffdüse 12 zur Einspritzung von
Brennstoff in einen Verbrennungsraum 13. Der Brennstoff wird über eine Brennstoffzufuhrleitung
14 von einer (drehzahlgeregelten) Pumpe bzw. Ölpumpe 15 zugeführt. Die Pumpe 15 wird
über einen Pumpenantrieb 16 angetrieben. Die Drehzahl des Pumpenantriebs 16 wird über
eine Drehzahl-Bestimmungseinrichtung 17 bestimmt.
[0038] Durch ein Gebläse 18 mit einem Gebläseantrieb 19 wird Luft 20 über eine Luftzufuhrleitung
21 dem Verbrennungsraum 13 zugeführt, wobei an einem Luftzufuhrleitungsende 22, das
benachbart zum Verbrennungsraum 13 vorgesehen ist, die Luftzufuhrleitung 21 derart
ausgebildet ist, dass diese die Brennstoffdüse 12 umgibt. Bezüglich weiterer vorteilhafter
Ausgestaltungen der Brennstoffdüse bzw. der Zerstäubungsvorrichtung wird auf die nicht
veröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 10 2011 075 409.1 verwiesen.
[0039] Der Pumpe 15 angeschlossen ist eine Brennstoff-Zufuhr 23 (ggf. mit einem Brennstoff-Reservoir
bzw. einem Öl-Reservoir). Ein Druck an einem Ausgang 24 der Pumpe 15 wird durch einen
Drucksensor 25 gemessen. Eine Drehzahl des Antriebes 19 des Gebläses 18 wird durch
eine Drehzahl-Bestimmungseinrichtung (Hall-Sensor) 26 bestimmt.
[0040] Im folgenden Ausführungsbeispiel wird somit der Brennstoffdruck am Ausgang 24 (=
erster Brennstoffzufuhr-Parameter) der Pumpe 15 gemessen sowie die Drehzahl des Pumpenantriebs
16 (= zweiter Brennstoffzufuhr-Parameter) und die Drehzahl des Gebläseantriebs 19
(= Luftzufuhr-Parameter).
[0041] Für die Verbrennungsluftüberwachung kann eine Drehzahlrückmeldung des Gebläseantriebs
19 ausgenutzt werden. Das Drehzahlsignal kann durch einen Hall-Sensor generiert werden.
[0042] Die Regelung des Brennstoff-Luft-Gemisches erfolgt über einen vorbestimmten Zusammenhang
(feste Kennlinie) zwischen Gebläsedrehzahl als Maß für die Luftmenge und dem Pumpendruck.
Der Pumpendruck (der dem Düsendruck entsprechen kann) ist dabei ein Maß für die Brennstoffmenge
(Ölmenge). Bei vorgegebener Geometrie und Struktur der Zerstäubungsvorrichtung 10
steht der Pumpendruck wiederum im festen Zusammenhang mit der Pumpendrehzahl bzw.
der Drehzahl des (elektrischen) Pumpenantriebs 16 der Pumpe 15. Insofern ist es möglich,
für eine vorgegebene Geometrie und Struktur der Zerstäubungsvorrichtung 10 eine Kennlinie
zu ermitteln (entweder experimentell oder theoretisch bzw. kalkulatorisch). Diese
Kennlinie kann beispielsweise in einem Speicher 27 einer Steuerungseinrichtung 28
abgespeichert werden. Die Steuerungseinrichtung 28 kann mit den übrigen Komponenten
der Zerstäubungsvorrichtung 10 (oder auch des Brenners 11), insbesondere mit der Drehzahl-Bestimmungseinrichtung
26, dem Drucksensor 25 sowie der Drehzahl-Bestimmungseinrichtung 17 (drahtgebunden
oder drahtlos, beispielsweise über Funk oder Infrarot) kommunizieren. Weiterhin kann
beispielsweise im Speicher 27 ein oberes und ein unteres Toleranzband festgelegt werden,
so dass insgesamt ein Toleranzbereich 29 (vgl. Fig. 2) um die Kennlinie 30 herum definiert
ist. Der Toleranzbereich 29 gemäß Fig. 2 trennt dabei einen oberen Bereich 31 von
einem unteren Bereich 32, in dem die Abweichung von der Kennlinie nicht länger akzeptiert
wird, so dass eine Warnung und im Extremfall sogar eine Störabschaltung erfolgt. Die
Plausibilitätsprüfung erfolgt hier insbesondere zwischen Pumpendrehzahl und Pumpendruck,
kann jedoch auch indirekt zwischen Gebläsedrehzahl und Pumpendrehzahl erfolgen.
[0043] Über den Zusammenhang zwischen Pumpendrehzahl (die über eine Rückmeldung über ein
PWM-Signal, also Pulsweitenmodulations-Signal, erfolgen kann) und dem Druck, der durch
den Drucksensor 25 bestimmt wird, kann auf Fehlerbilder rückgeschlossen werden, welche
den Betrieb des Brenners beeinträchtigen. Beispielsweise kann eine Abweichung außerhalb
des (vorbestimmten) Toleranzbereiches 29 auf die Verwendung einer nicht korrekten
Düse, die Beschädigung an einer Düse, einen unzulässigen Druckverlust in einer Ölversorgung,
einen unzulässigen Vordruck in einer Versorgungsleitung und/oder einen Pumpenverschleiß
zurückgeführt werden. Mögliche Fehler und das Resultat des Verbrennungsgemischs sind
in nachfolgender Tabelle nochmals illustriert:
|
möglicher Fehler |
Resultat |
Druck zu hech un Drehzahl i.O. |
Düse verstopft |
Verbrennung zu dünn |
unzulässig hoher Vordruck |
Verbrennung zu fett |
Druck zu gering und Drezhahl i.O. |
Düse zu groß/falsch |
erbrennung zu fett |
Ansaugleitung undicht |
Verbrennung zu dünn |
zu hohe Druckverluste in Ölzuleitung |
Verbrennung zu dünn |
[0044] In Fig. 2 sind die Bereiche 31 und 32 auch als n.i.O.-Bereiche beschrieben (wobei
n.i.O. für "nicht in Ordnung" steht). Entsprechend bedeutet i.O. "in Ordnung".
[0045] Außerhalb des Toleranzbandes 33 ist die Verbrennung zunehmend unvollständig und es
ist mit einer höheren CO-Bildung und einer instabilen Flamme zu rechnen. Außerhalb
des (in Fig. 2 rechten) Toleranzbandes 34 findet eine Verbrennung unter Luftmangel
statt (fettes Gemisch).
[0046] Um bei einer Regelung die Verbrennung mit Brennstoff-Überschuß zu vermeiden, kann
beim Regelvorgang von einer kleineren Leistung auf eine größere Leistung ein Gebläse-Offset,
beispielsweise um (etwa bzw. mindestens) 100 U/min, erfolgen.
[0047] Der Drucksensor 25 (Öldrucksensor) kann über einen externen Drucksensor mit einem
Ausgangssignal von beispielsweise 4 bis 20 mA realisiert werden. Ein Kurzschluss und
eine Unterbrechung können erkannt werden. Eine Überprüfung des Drucks kann bei Anlauf
des Gerätes (und nicht eingeschaltetem Motor) erfolgen. Ist ein Drucksignal vorhanden,
kann eine Störabschaltung erfolgen. In einem weiteren (regelgerechten) Anlauf kann
eine Freigabe des Pumpenantriebs 16 erfolgen. Ist zu diesem Zeitpunkt kein Drucksignal
vorhanden, erfolgt eine Störabschaltung. Über eine gegebenenfalls errechnete (beispielsweise
über das Pulsweitenmodulations-Signal) Drehzahl-Rückmeldung des Pumpenantriebs 16
wird durch eine gegebenenfalls hinterlegte Abhängigkeit von Motordrehzahl zu Pumpendruck
eine Sollwert-Abweichung im negativen und positiven Bereich erkannt (Plausibilitätsprüfung;
siehe oben).
[0048] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich
alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten
Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Änderungen hiervon sind dem
Fachmann geläufig.
Bezugszeichen:
[0049]
- 10
- Zerstäubungsvorrichtung
- 11
- Brenner
- 12
- Brennstoffdüse
- 13
- Verbrennungsraum
- 14
- Brennstoffzufuhrleitung
- 15
- Pumpe (Ölpumpe)
- 16
- Pumpenantrieb
- 17
- Drehzahl-Bestimmungseinrichtung
- 18
- Gebläse
- 19
- Gebläseantrieb
- 20
- Luft
- 21
- Luftzufuhrleitung
- 22
- Luftzufuhrleitungsende
- 23
- Brennstoff-Zufuhr
- 24
- Ausgang
- 25
- Drucksensor
- 26
- Drehzahl-Bestimmungseinrichtung
- 27
- Speicher
- 28
- Steuerungseinrichtung
- 29
- Toleranzbereich
- 30
- Kennlinie
- 31
- oberer Bereich
- 32
- unterer Bereich
- 33
- Toleranzband
- 34
- Toleranzband
1. Verfahren zur Regelung und/oder Überwachung einer Zerstäubungsvorrichtung (10) für
die Zerstäubung flüssiger Brennstoffe, insbesondere Öl, in einem modulierenden Brenner
(11), mit den Schritten:
- Bestimmung mindestens eines Luftzufuhr-Parameters sowie eines ersten und mindestens
eines zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters,
- Einstellung des ersten Brennstoffzufuhr-Parameters in Abhängigkeit vom Luftzufuhr-Parameter
zur Regelung eines Brennstoff-Luft-Gemisches zur Regelung der Leistung des Brenners,
- Bestimmung einer ersten Abweichung des zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters von einem
Sollwert einer ersten Kennlinie einer Abhängigkeit zwischen erstem Brennstoffzufuhr-Parameter
und zweitem Brennstoffzufuhr-Parameter, und/oder
- Bestimmung einer zweiten Abweichung des zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters von
einem Sollwert einer zweiten Kennlinie einer Abhängigkeit zwischen zweitem Brennstoffzufuhr-Parameter
und Luftzufuhr-Parameter.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Brennstoffzufuhr-Parameter ein Brennstoffdruck, insbesondere zwischen einem
Pumpenausgang (24) und einer Brennstoffdüse (12), vorzugsweise an einem Pumpenausgang
(24), ist und/oder der zweite Brennstoffzufuhrparameter eine Pumpendrehzahl einer
Förderpumpe (15) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
bestimmt wird, ob die erste und/oder zweite Abweichung außerhalb oder innerhalb einer
vorbestimmten Toleranz liegt, wobei die Toleranz vorzugsweise mindestens +/- 1 %,
weiter vorzugsweise +/- 5 % und/oder vorzugsweise höchstens +/- 20 %, weiter vorzugsweise
+/- 12 %, noch weiter vorzugsweise +/- 2 % vom Soll-Wert beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Abweichung von der Kennlinie, insbesondere ein Überschreiten der Toleranz, beispielsweise
auf einem Display oder Bildschirm, angezeigt wird und/oder bei Überschreiten der Toleranz
ein, beispielsweise akustisches oder optisches, Signal und/oder eine Abschaltung der
Zerstäubungsvorrichtung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Luftzufuhr-Parameter eine Gebläsedrehzahl oder eine Luftzufuhrmenge ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Pumpendrehzahl über ein Steuersignal, insbesondere ein Pulsweitenmodulations-Signal
bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Erhöhung der Leistung des Brenners die Luftzufuhr um einen vorbestimmten
Offset-Betrag erhöht wird, wobei dazu vorzugsweise eine Gebläsedrehzahl um einen vorbestimmten
Offset-Betrag erhöht wird, beispielsweise um mindestens 50, vorzugsweise mindestens
90 U/min und/oder höchstens 200, vorzugsweise höchstens 110 U/min.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass vor Inbetriebnahme einer Förderpumpe (15) der Brennstoffdruck überprüft wird, wobei
vorzugsweise ein Warnsignal oder eine Abschaltung erfolgt, wenn der Brennstoffdruck
größer als ein vorbestimmter Wert, beispielsweise 1 bar, vorzugsweise größer als 0
bar, ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass nach Inbetriebnahme einer Förderpumpe (15) der Brennstoffdruck überprüft wird, wobei
vorzugsweise ein Warnsignal oder eine Abschaltung erfolgt, wenn der Brennstoffdruck
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, insbesondere 0 bar beträgt.
10. Vorrichtung zur Regelung und/oder Überwachung einer Zerstäubungsvorrichtung (10) für
die Zerstäubung flüssiger Brennstoffe in einem modulierenden Brenner (11), umfassend
- eine Luftzufuhrleitung (21), um den Brenner (11) Luft zuführen zu können,
- eine Brennstoffzufuhrleitung, um dem Brenner (11) flüssigen Brennstoff zuführen
zu können,
- eine Luftzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Luftzufuhrparameters,
- eine erste Brennstoffzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines
ersten Brennstoffzufuhr-Parameters,
- eine zweite Brennstoffzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines
zweiten Brennstoffzufuhr-Parameters,
- eine Regelungseinrichtung zur Einstellung des ersten Brennstoffzufuhr-Parameters
in Abhängigkeit vom Luftzufuhr-Parameter zur Regelung eines Brennstoff-Gemisches zur
Regelung des Brenners (11),
- ein Speichermittel, auf dem Parameter-Kennlinien hinterlegt werden können bzw. hinterlegt
sind,
- eine Abweichungs-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Abweichung des zweiten
Brennstoffzufuhr-Parameters von einem ersten Sollwert einer ersten Kennlinie einer
Abhängigkeit zwischen erstem Brennstoffzufuhr-Parameter und zweitem BrennstoffzufuhrParameter
und/oder
- eine Abweichungs-Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer Abweichung des zweiten
Brennstoffzufuhr-Parameters von einem zweiten Sollwert einer zweiten Kennlinie einer
Abhängigkeit zwischen erstem Brennstoffzufuhr-Parameter und Luftzufuhr-Parameter.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
gekennzeichnet durch
ein Gebläse (18) zur Bereitstellung des Luftstroms und/oder eine, insbesondere drehzahlgeregelte,
Pumpe (15), gegebenenfalls umfassend ein Brennstoff-Zufuhr (23), wobei die Luftzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung
vorzugsweise eine Gebläsedrehzahl-Bestimmungseinrichtung umfasst und/oder die erste
Brennstoffzufuhrparameter-Bestimmungseinrichtung vorzugsweise eine Pumpendruck-Bestimmungseinrichtung
umfasst.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
gekennzeichnet durch
einen Drucksensor (25) zur Bestimmung eines Brennstoffdruckes in der Brennstoffzufuhrleitung
als ersten oder zweiten Brennstoffzufuhr-Parameter, insbesondere zwischen Pumpenausgang
und Brennstoffdüse (12), vorzugsweise am Pumpenausgang (24).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, insbesondere nach einem der Ansprüche
11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Pumpenantrieb, insbesondere elektronisch, drehzahlgeregelt ist oder einen EC-Motor
umfasst.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
gekennzeichnet durch
ein Display bzw. einen Bildschirm und/oder eine Warnsignal-Einrichtung, beispielsweise
Leuchte oder Schallsignal-Einrichtung.