Steuergerät, Brenner sowie Verfahren zum Betrieb solch eines Steuergeräts

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (15) und einen Brenner, wobei der Brenner ein Brennerrohr (25) und einen Sensor (230) umfasst, wobei das Brennerrohr einen Zuführbereich (80) und einen mit dem Zuführbereich (80) verbundenen Flammbereich (85) aufweist, wobei über eine Eingangsseite (90) des Zuführbereichs (80) zumindest ein Gas in den Flammbereich (85) führbar ist, wobei der Sensor (230) angrenzend an den Flammbereich angeordnet und ausgebildet ist, eine Verbrennung des Gases im Flammbereich (85) zu erfassen, wobei wenigstens ein Ventil (130) vorgesehen ist und der Zuführbereich (80) eine erste Zuleitung (105) und eine zweite Zuleitung (110) umfasst, wobei der Flammbereich einen ersten mit der ersten Zuleitung (105) fluidisch verbunden Flammbereich (115) und einen zweiten mit der zweiten Zuleitung (110) fluidisch verbunden Flammbereich umfasst, wobei das Ventil (130) zwischen einer Offenposition und einer Schließposition verstellbar und ausgebildet ist, einen Gasstrom des Gases über die zweite Zuleitung (110) zum zweiten Flammbereich (120) selektiv zu steuern, wobei der Sensor (130) an oder angrenzend dem ersten Flammbereich (115) angeordnet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Steuergerät nach Anspruch 1, einen Brenner gemäß Anspruch 8 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11.

Stand der Technik

[0002] Es sind Brenner mit Brennerrohren bekannt, in die ein Brennstoff-Luft-Gemisch mittels eines Gebläses gefördert wird. Um das Gebläse entsprechend ansteuern zu können, ist ein Sensor vorgesehen, der eine Ionisierung eines Gases zwischen dem Brennerrohr und dem Sensor erfasst.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Steuergerät für einen Brenner, einen verbesserten Brenner und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb solch eines Brenners bereitzustellen.

[0004] Diese Aufgabe wird mittels eines Steuergeräts gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0005] Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbessertes Steuergerät für einen Brenner dadurch bereitgestellt werden kann, dass das Steuergerät einen Eingang, eine Steuereinrichtung, einen Speicher und einen Ausgang aufweist. Die Steuereinrichtung ist mit dem Eingang, dem Speicher und mit dem Ausgang verbunden. Der Eingang ist mit einer Vorrichtung verbindbar und ausgebildet, eine Steuergröße der Vorrichtung zu erfassen und der Steuereinrichtung bereitzustellen. Der Ausgang ist mit einem Ventil des Brenners verbindbar. In dem Speicher ist ein vordefinierter Schwellenwert abgelegt, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Steuergröße zu erfassen und mit dem Schwellenwert in einem Vergleich zu vergleichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs am Ausgang ein Steuersignal zur Steuerung des Ventils bereitzustellen.

[0006] Dadurch kann das Steuergerät ein Brennerrohr mit unterschiedlichen Ventilen ansteuern, um an dem Brenner unterschiedliche Flammbereiche zu aktivieren und zu deaktivieren.

[0007] Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn der Ausgang mit einem Gebläse verbindbar ist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Steuergröße das Gebläse zu steuern.

[0008] Die Aufgabe wird aber auch durch einen Brenner gemäß Patentanspruch 3 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbesserter Brenner mit einem Brennerrohr und einem Sensor dadurch bereitgestellt werden kann, dass das Brennerrohr einen Zuführbereich und einen mit dem Zuführbereich verbundenen Flammbereich aufweist. Über eine Eingangsseite des Zuführbereichs ist zumindest ein Gas in den Flammbereich führbar. Der Sensor ist angrenzend an den Flammbereich angeordnet ausgebildet, eine Verbrennung des Gases im Flammbereich zu erfassen. Ferner ist wenigstens ein Ventil vorgesehen. Der Zuführbereich umfasst eine erste Zuleitung und eine zweite Zuleitung. Der Flammbereich weist einen ersten mit der ersten Zuleitung fluidisch verbundenen Flammbereich und einen zweiten mit der zweiten Zuleitung fluidisch verbundenen zweiten Flammbereich auf. Das Ventil ist zwischen einer Offenposition und einer Schließposition verstellbar und ausgebildet, einen Gasstrom des Gases über die zweite Zuleitung zum Flammbereich selektiv zu steuern. Der Sensor ist an oder angrenzend an den ersten Flammbereich angeordnet.

[0010] Dadurch wird gewährleistet, dass die Flammen am ersten Flammbereich immer eine hinreichende Höhe aufweisen, mit denen der Sensor die Verbrennung der Flammen am ersten Flammbereich erfassen kann. Ferner wird dadurch erreicht, dass eine Modulationsbreite des Brenners insgesamt erhöht werden kann, sodass die minimale Leistung zur maximalen Leistung ein Verhältnis von 1 zu 100 aufweisen kann.

[0011] In einer weiteren Ausführungsform ist ein weiteres Ventil vorgesehen, wobei das weitere Ventil zwischen einer Offenposition und einer Schließposition verstellbar und ausgebildet ist, einen Gasstrom des Gases über die erste Zuleitung zum ersten Flammbereich selektiv zu steuern. Dadurch wird vermieden, dass eine Rückströmung in das Gebläse aus einem Innenraum des Brenners erfolgen kann.

[0012] In einer weiteren Ausführungsform ist angrenzend an die Eingangsseite ein Gebläse vorgesehen, wobei das Gebläse ausgebildet ist, das Gas in die erste Zuleitung und/oder bei geöffnetem Ventil in die zweite Zuleitung zu fördern. Dadurch wird eine zuverlässige Zuführung von Gas in das Brennerrohr gewährleistet.

[0013] In einer weiteren Ausführungsform ist angrenzend an die Eingangsseite das Ventil und/oder das weitere Ventil in dem Zuführbereich des Brennerrohrs angeordnet. Dadurch kann ein besonders kompaktes Brennerrohr ausgebildet werden.

[0014] In einer weiteren Ausführungsform ist ein Steuergerät vorgesehen, das mit dem Sensor und dem Ventil verbunden ist. Der Sensor stellt ein zur Verbrennung korrespondierendes Sensorsignal bereit. Das Steuergerät ist wie oben beschrieben ausgebildet, wobei der Ausgang mit dem Ventil verbunden ist und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs das Ventil öffnet oder schließt. Auf diese Weise wird eine besonders exakte Öffnung und Schließung des Ventils gewährleistet.

[0015] In einer weiteren Ausführungsform weist das Ventil eine Ventilklappe und ein Gelenk auf. Die Ventilklappe ist mittels des Gelenks an der zweiten Zuleitung befestigt. Die Ventilklappe ist zwischen der Offenposition und der Schließposition durch das Gelenk bewegbar gelagert. Zwischen der Eingangsseite und der Schließposition der Ventilklappe ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Felds vorgesehen. An der Ventilklappe ist ein Halteelement angeordnet. In zumindest der Schließposition tritt das Halteelement und die Vorrichtung in Wirkverbindung und halten die Ventilklappe in der Schließposition. Dadurch wird gewährleistet, dass die Schließklappe nicht durch die Förderleistung des Gebläses unterhalb eines vordefinierten Schwellenwerts geöffnet werden kann.

[0016] Um das Anstauen von brennbarem Brennstoff in der zweiten Zuleitung bei geschlossenem Ventil zur Vermeidung von möglichen explosiven Rückschlägen ist ein Bypass vorgesehen. Der Bypass ist zwischen der Eingangsseite und dem Ventil auf einer ersten Seite und auf einer zweiten Seite stromabwärtsseitig des Ventils mit der zweiten Zuleitung verbunden und ausgebildet, das Ventil zu überbrücken.

[0017] In einer weiteren Ausführungsform weist das weitere Ventil eine weitere Ventilklappe und ein weiteres Gelenk auf, wobei die weitere Ventilklappe mittels des weiteren Gelenks an der ersten Zuleitung befestigt ist, wobei die weitere Ventilklappe zwischen der Offenposition und der Schließposition durch das weitere Gelenk bewegbar gelagert ist, wobei eine Schwerkraft die weitere Ventilklappe in die Schließposition führt und eine Rückströmung des Gases in Richtung der Eingangsseite blockiert.

[0018] Die Aufgabe wird aber auch durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 11 gelöst.

[0019] Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Brenners dadurch bereitgestellt werden kann, dass ein Gas über eine erste Zuleitung beim ersten Flammbereich geführt wird, wobei eine Steuergröße erfasst wird, wobei die Steuergröße mit einem Schwellenwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit des Schwellenwerts ein Ventil gesteuert wird, um eine zweite Zuleitung zu öffnen oder zu schließen und im geöffneten Zustand des Ventils das Gas über die zweite Zuleitung in einem zweiten Flammbereich des Brenners zu führen.

[0020] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung eines Brenners;

Figur 2

einen Längsschnitt einer konstruktiven Ausgestaltung des in Figur 1 gezeigten Brenners;

Figur 3

den in Figur 1 gezeigten Brenner in einem ersten Betriebszustand;

Figur 4

den in Figur 1 gezeigten Brenner in einem zweiten Betriebszustand;

Figur 5

den in Figur 1 gezeigten Brenner in einem dritten Betriebszustand; und

Figur 6

ein Diagramm eines lonisierungssignals aufgetragen über einer Leistung des in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Brenners.

[0021] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brenners 10 und Figur 2 zeigt eine Schnittansicht durch eine konstruktive Ausgestaltung des in Figur 1 gezeigten Brenners 10. Der Brenner 10 weist ein Steuergerät 15, ein Gebläse 20 und ein Brennerrohr 25 auf.

[0022] Das Steuergerät 15 umfasst eine Steuereinrichtung 30, einen Eingang 35, einen Ausgang 40 und einen Speicher 45. Der Speicher 45 ist mit der Steuereinrichtung 30 über eine erste Verbindung 50 verbunden. Die Steuereinrichtung 30 umfasst einen Regler 31. Ferner ist die Steuereinrichtung 30 über eine zweite Verbindung 55 mit dem Eingang 35 und über eine dritte Verbindung 60 mit dem Ausgang 40 verbunden. Über eine vierte Verbindung 65 ist der Ausgang 40 mit dem Gebläse 20 verbunden. Der Eingang 35 ist über eine fünfte Verbindung 70 mit einer Vorrichtung 75 verbunden, die ausgebildet ist, einen Sollwert über die fünfte Verbindung 70 bereitzustellen. Die Vorrichtung 75 kann dabei als weiteres Steuergerät einer Warmwasseranlage, einer Heizungsanlage oder einer Umluftheizung ausgebildet sein.

[0023] Das Brennerrohr 25 weist einen Zuführbereich 80 und einen Flammbereich 85 auf. Der Zuführbereich 80 ist dabei mit dem Flammbereich 85 fluidisch verbunden. In der Ausführungsform ist der Flammbereich 85 im Wesentlichen senkrecht zu dem Zuführbereich 80 angeordnet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Zuführbereich 80 auch andersartig zu dem Flammbereich 85 angeordnet ist. Das Brennerrohr 25 weist eine Eingangsseite 90 auf, an der das Gebläse 20 angeordnet ist. Zwischen dem Flammbereich 85 und dem Gebläse 20 ist dabei der Zuführbereich 80 vorgesehen. Der Flammbereich 85 ist stirnseitig mit einer Endwand 91 verschlossen.

[0024] Ferner ist eine Ansaugleitung 95 vorgesehen. In die Ansaugleitung 95 mündet ein Brennstoffversorgungssystem 100, das ausgebildet ist, einen Brennstoff aus einem nicht dargestellten Reservoir in die Ansaugleitung 95 zu fördern. Das Gebläse 20 saugt ferner über die Ansaugleitung 95 Sauerstoff bzw. Luft aus einer Umgebung des Brenners 10 an.

[0025] Der Flammbereich 85 weist einen ersten Flammbereich 115 und einen an dem ersten Flammbereich 115 angrenzenden angeordneten zweiten Flammbereich 120 auf. Der zweite Flammbereich 120 ist dabei an einem freien Ende des Brennerrohrs 25 und direkt angrenzend an den ersten Flammbereich 115 angeordnet. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der erste Flammbereich 115 beabstandet zu dem zweiten Flammbereich 120 angeordnet ist, oder dass der erste Flammbereich 115 zwischen dem zweiten Flammbereich 120 und dem Zuführbereich 80 angeordnet ist.

[0026] Der Zuführbereich 80 weist eine erste Zuleitung 105 und eine zweite Zuleitung 110 auf. Die beiden Zuleitungen 105, 110 sind im Zuführbereich 80 im Wesentlichen parallel zueinander zum Flammbereich 85 geführt. Dabei ist die erste Zuleitung 105 mit einem ersten Flammbereich 115 des Flammbereichs 85 und die zweite Zuleitung 110 mit einem zweiten Flammbereich 120 des Flammbereichs 85 verbunden. An der Eingangsseite 90 zwischen dem Zuführbereich 80 und dem Gebläse 20 ist innenseitig des Brennerrohrs 25 in der ersten Zuleitung 105 ein erstes Ventil 125 und in der zweiten Zuleitung 110 ein zweites Ventil 130 vorgesehen. Das erste Ventil 125 und das zweite Ventil 130 sind zwischen einer Offenposition und einer Schließposition verstellbar.

[0027] Dabei weist das erste Ventil 125 (vgl. Figur 2) eine erste Ventilklappe 135 auf, die mittels eines ersten Gelenks 140 mit einer Wandung 145 des Brennerrohrs 25 gelenkig verbunden ist. Ferner weist das erste Ventil 125 ein erstes Halteelement 150 auf, auf der die erste Ventilklappe 135 in der Schließposition des ersten Ventils 125 aufliegt und einen Gasstrom über die erste Zuleitung 105 blockiert. Das erste Ventil 125 ist dabei selbsttätig ausgebildet und wird mittels einer Druckdifferenz zwischen der Eingangsseite 90 des Brennerrohrs 25 und dem ersten Flammbereich 115 gesteuert.

[0028] Das zweite Ventil 130 ist ähnlich zu dem ersten Ventil 125 ausgebildet und weist eine zweite Ventilklappe 155 auf, die beispielhaft in Figur 2 in einer Offenposition gezeigt ist. Ferner weist das zweite Ventil 130 ein zweites Gelenk 160 auf, mit der die zweite Ventilklappe 155 mit einer Zwischenwandung 165 zwischen der ersten Zuleitung 105 und der zweiten Zuleitung 110 verbunden ist. Des Weiteren umfasst das zweite Ventil 130 ein zweites Halteelement 170, das unterseitig der zweiten Ventilklappe 155 angeordnet ist und ausgebildet ist, die zweite Ventilklappe 155 in einer Schließposition zu stützen. Ferner weist das zweite Ventil 130 eine Sicherungsvorrichtung 175 auf. Die Sicherungsvorrichtung 175 weist ein erstes Sicherungselement 180 auf, das scheibenartig ausgebildet ist und an einer Unterseite der zweiten Ventilklappe 155 angeordnet ist. Das erste Sicherungselement 180 weist zumindest teilweise ein ferromagnetisches Material auf. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass das erste Sicherungselement 180 in der zweiten Ventilklappe 155 integriert ist und/oder die zweite Ventilklappe 155 das erste Sicherungselement 180 ausbildet. Ferner weist die Sicherungsvorrichtung 175 ein zweites Sicherungselement 185 auf, das unterseitig unterhalb der Schließposition der zweiten Ventilklappe 155 angeordnet ist. Das zweite Sicherungselement 185 kann beispielsweise ein Permanentmagnet, ein Elektromagnet und/oder eine Spule sein, wobei das zweite Sicherungselement 185 über eine sechste Verbindung 190 mit dem Ausgang 40 des Steuergeräts 15 verbunden ist. Das zweite Sicherungselement 185 ist ausgebildet, ein magnetisches Feld bereitzustellen, um mittels des magnetischen Feldes in Wirkverbindung zu dem ersten Sicherungselement 180 zu treten.

[0029] In Figur 2 ist die zweite Ventilklappe 155 in einer Offenposition dargestellt. Wird die zweite Ventilklappe 155 in die Schließposition überführt, so ist die zweite Ventilklappe 155 ebenso im Wesentlichen waagrecht analog zu der ersten Ventilklappe 135 ausgerichtet. In der Schließposition wirkt das magnetische Feld des zweiten Sicherungselements 185 auf das erste Sicherungselement 180 und fixiert die zweite Ventilklappe 155 in der Schließposition.

[0030] Sowohl das erste Ventil 125 als auch das zweite Ventil 130 verhindern in der Schließposition einen Gasstrom vom Gebläse 20 hin zum Flammbereich 85.

[0031] Das erste Ventil 125 ist in der Ausführungsform ausschließlich schwerkraftbetätigt, das heißt, dass eine Kraft zum Überführen der ersten Ventilklappe 135 von der Offenposition, also wenn in der Ausführungsform die zweite Ventilklappe 155 im Wesentlichen senkrecht und parallel zur Wandung bzw. im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung des Gases in der ersten Zuleitung 105 ausgerichtet ist, in die Schließposition, in welcher ein freies Ende der ersten Ventilklappe 135 auf dem ersten Halteelement 150 aufliegt, durch eine auf die Masse der ersten Ventilklappe 135 wirkende Schwerkraft bereitgestellt wird.

[0032] Der Flammbereich 85 wird durch zwei Rohrabschnitte 195, 200 ausgebildet. Dabei umgreift ein erster Rohrabschnitt 195 umfangsseitig beabstandet einen zweiten Rohrabschnitt 200. Die Rohrabschnitte 195, 200 sind in der Ausführungsform zylinderförmig ausgebildet und weisen eine gemeinsame Längserstreckung in Richtung ihrer gemeinsamen Zylinderachse 205 auf. Im Flammbereich 85 wird die erste Zuleitung 105 durch den Querschnitt radial zwischen den beiden Rohrabschnitten 195, 200 gebildet. Um den ersten Flammbereich 115 in Richtung der Zylinderachse 205 von dem zweiten Flammbereich 120 zu trennen, ist zwischen dem ersten Rohrabschnitt 195 und dem zweiten Rohrabschnitt 200 in radialer Richtung eine Trennwand 210 vorgesehen, die eine Längserstreckung der ersten Zuleitung 105 begrenzt. An einem freien Ende des Flammbereichs 85 verschließt die Endwand 91, die sich in radialer Richtung über beide Rohrabschnitte 195, 200 erstreckt, ein Inneres der Rohrabschnitte 195, 200.

[0033] Im ersten Rohrabschnitt 195 sind im zweiten Flammbereich 120 eine Vielzahl von ersten Öffnungen 215 vorgesehen, die ausgebildet sind, das Gas radial von innen nach außen hin durch die ersten Öffnungen 215 aus dem ersten Rohrabschnitt 195 treten zu lassen. Im ersten Flammbereich 115 sind beispielhaft keine ersten Öffnungen im ersten Rohrabschnitt 195 vorgesehen. Über den gesamten Flammbereich 85 sind umfangsseitig eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 220 im zweiten Rohrabschnitt 200 vorgesehen, die ausgebildet sind, Gas durch den zweiten Rohrabschnitt 200 treten zu lassen. Dadurch wird gewährleistet, dass die erste Zuleitung 105 im ersten Flammbereich 115 fluidisch mit einer Umgebung verbunden ist. Der zweite Flammbereich 120 ist durch die ersten Öffnungen 215 und die zweiten Öffnungen 220 fluidisch mit der zweiten Zuleitung 110 verbunden.

[0034] Zwischen dem Zuführbereich 80 und dem Flammbereich 85 ist ferner ein Halter 225 vorgesehen, an dem ein erster Sensor 230 angeordnet ist. Der erste Sensor 230 ist über eine siebte Verbindung 235 mit dem Eingang 35 des Steuergeräts 15 verbunden. Der Sensor 230 ist dabei beabstandet zu dem zweiten Rohrabschnitt 200 angrenzend an den ersten Flammbereich 115 angeordnet. Der Sensor 230 ist ausgebildet, eine Ionisierung eines zwischen dem zweiten Rohrabschnitt 200 und dem Sensor 230 befindlichen Gases zu ermitteln. Der Sensor 230 stellt in Abhängigkeit der Ionisierung ein korrespondierendes Sensorsignal dem Eingang 35 bereit.

[0035] Zusätzlich kann (strichliert in Figur 1 dargestellt) ein Bypass 241 vorgesehen sein, der das zweite Ventil 130 überbrückt. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn der Bypass 241 an einer ersten Seite stromaufwärtsseitig des zweiten Ventils 130 zwischen der Eingangsseite 90 und dem zweiten Ventil 130 angeschlossen ist. Stromabwärtsseitig des zweiten Ventils 130 ist eine zweite Seite des Bypass 241 mit der zweiten Zuleitung 110 verbunden. Dadurch wird vermieden, dass sich bei einer Gasleckage des zweiten Ventils 130 zündfähiges Brennstoff-Gas-Gemisch in der zweiten Zuleitung 110 ansammelt und sich schlagartig entzünden könnte. Über den Bypass 241 wird ein geringer Brennstoff-Luft-Gemisch über die zweite Zuleitung 130 in den zweiten Flammbereich 120 geführt, wo dieses dann verbrannt wird, so dass, sollte das zweite Ventil 130 eine Leckage aufweisen, diese keine Auswirkungen auf das Brennverhalten hat.

[0036] Figur 3 zeigt ein Diagramm einer normierten Ionisierung, aufgetragen über einer Heizleistung P in Kilowatt des Brenners 10. Die normierte Ionisierung ist im Wesentlichen oberhalb von etwa 15 kW im Wesentlichen in einem Bereich zwischen 95 und 100 % und somit im Wesentlichen konstant. Unterhalb von 10 kW bricht die normierte Ionisierung ein und kann nicht mehr für eine vernünftige Regelung der Brenner bei herkömmlichen Brennern genutzt werden.

[0037] Figur 4 zeigt den in Figur 1 gezeigten Brenner 10 in einem ersten Betriebszustand.

[0038] Im Betrieb des Brenners 10 wird durch die Vorrichtung 75 ein Leistungsanforderungssignal an den Eingang 35 des Steuergeräts 15 bereitgestellt. Der Eingang 35 kann als Schnittstelle ausgebildet sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Eingang 35 eine eigene Logikschaltung aufweist, um beispielsweise als Analog-Digital-Wandler das Leistungsanforderungssignal in ein digitales Signal umzuwandeln. In der Ausführungsform ist der Eingang 35 beispielhaft als Schnittstelle ausgebildet und stellt das Leistungsanforderungssignal der Vorrichtung 75 der Steuereinrichtung 30 bereit.

[0039] Im Speicher 45 ist eine Funktion, ein erster Schwellenwert abgelegt. Die Funktion stellt dabei eine Zuordnung einer Leistung des Brenners 10 zu einer Ionisierung des Gases zwischen dem Sensor 230 und dem Brennerrohr 25 bereit. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass alternativ zur Funktion ein Kennfeld, eine Kennlinie und/oder eine tabellarische Zuordnung im Speicher 45 abgelegt ist. Der erste Schwellenwert korreliert mit einer ersten vordefinierten Drehzahl des Gebläses. Die Drehzahl ist dabei ein Maß für die Wärmeleistung des Brenners 10.

[0040] Die Vorrichtung 75 stellt dem Eingang 35 als Steuergröße ein Leistungsanforderungssignal, das mit einer gewünschten Leistung des Brenners 10 bzw. Drehzahl des Gebläses 20 korreliert, bereit.

[0041] Der Eingang 35 stellt das Leistungsanforderungssignal der Steuereinrichtung 30 bereit. Das Leistungsanfordungssignal enthält dabei eine Information über eine durch den Brenner 10 bereitzustellende Heizleistung. Die bereitzustellende Heizleistung entspricht dabei einer Drehzahl des Gebläses 20.

[0042] Die Steuereinrichtung 30 ordnet mittels der im Speicher 45 abgelegten ersten Funktion dem Leistungsanforderungssignal eine entsprechende Ionisierung des Gases zu.

[0043] Der Regler 31 der Steuereinrichtung 30 verwendet als Sollgröße eine mittels der Funktion zum Leistungsanforderungssignal zugeordnete Ionisierung und als Istgröße die gemessene Ionisierung, die mittels des Sensors 230 dem Regler 31 zugeführt wird.

[0044] Der Regler 31 regelt entsprechend dem Sollwert die Drehzahl des Gebläses 20. Die Drehzahl des Gebläses 20 vergleicht die Steuereinrichtung 30 mit dem ersten Schwellenwert. Unterschreitet die Drehzahl des Gebläses 20 den ersten Schwellenwert, so hält die Steuereinrichtung 30 das zweite Ventil 130 geschlossen (vgl. Figur 4). Da das Gebläse 20 einen Druck vor dem ersten und dem zweiten Ventil 125, 130 aufbaut, öffnet das erste Ventil 125 dahingehend, dass die erste Ventilklappe 135 nach oben in Strömungsrichtung vom Gebläse 20 weg aufschwingt und das Brennstoff-Gas-Gemisch durch das Gebläse 20 in die erste Zuleistung 105 geführt wird. Das Brennstoff-Gas-Gemisch strömt entlang der ersten Zuleitung 105 bis zu den zweiten Öffnungen 220, tritt aus den zweiten Öffnungen 220 aus und wird am Brennerrohr 25 entzündet und bildet dabei eine Flamme 240 im ersten Flammbereich 115 aus. Die Flamme 240 ionisiert das Gas zwischen dem ersten Flammbereich 115 und dem Sensor 230. Je nach Ionisierung regelt der Regler 31 auf Grundlage der zweiten Funktion die Drehzahl des Gebläses 20. Solange die Drehzahl des Gebläses 20 unterhalb des vordefinierten ersten Schwellenwerts liegt, bleibt das zweite Ventil 130 geschlossen, sodass am zweiten Flammbereich 120 keine Flammen 240 sind. Dies gewährleistet, dass bei geringer Leistungsanforderung an den Brenner 10 die Flammen 240 im ersten Flammbereich 115 wenigstens eine vordefinierte Höhe erreichen und somit ein Messergebnis der Ionisierung des Gases zwischen dem Sensor 230 und dem Brennerrohr 25 durch eine zu geringe Höhe der Flamme 240 nicht beeinträchtigt wird. Ferner wird vermieden, dass das Brennerrohr 25 nicht in einen Glühzustand übergeht und somit das Brennerrohr 25 möglicherweise beschädigt wird. Ferner wird vermieden, dass bei Ansaugen von staubhaltiger Umgebungsluft die Messergebnisse der Ionisierung des Gases zwischen dem Brennerrohr 25 und dem Sensor 230 durch die angesaugten Staubpartikel verfälscht werden.

[0045] Überschreitet die Drehzahl des Gebläses 20 den vordefinierten ersten Schwellenwert (vgl. Figur 5), so öffnet die Steuereinrichtung 30 mittels eines über den Ausgang 40 bereitgestelltes Steuersignals das zweite Ventil 130, sodass das Brennstoff-Gas-Gemisch auch in die zweite Zuleitung 110 einströmen kann und somit im ersten Flammbereich 115 und im zweiten Flammbereich 120 eine Verbrennung des Brennstoff-Gas-Gemischs auftritt. Durch die Ausgestaltung des zweiten Ventils 130 mit einer zweiten Ventilklappe 155, die schwerer ist als die erste Ventilklappe 135, wird gewährleistet, dass die zweite Ventilklappe 155 einen geringeren Öffnungswinkel gegenüber der ersten Ventilklappe 135 aufweist, und somit zuverlässig gewährleistet wird, dass im ersten Flammbereich 115 die Flammen 240 größer sind als im zweiten Flammbereich 120. Dadurch wird gewährleistet, dass die Messergebnisse der Ionisierung des Gases zwischen dem Sensor 230 und dem Brennerrohr 25 nach wie vor auch in diesem Betriebszustand hinreichend exakt sind.

[0046] Mit zunehmender Leistungsanforderung (vgl. Figur 6) öffnet sich die zweite Ventilklappe 155 des zweiten Ventils 130 weiter, sodass die Flammhöhe der Flammen 240 im zweiten Flammbereich 120 weiter ansteigen, bis sie über das gesamte Brennerrohr 25 gleich hoch sind.

[0047] Durch Deaktivierung des zweiten Flammbereichs 120 bei einer geringen Leistungsanforderung an den Brenner 10 wird ferner gewährleistet, dass der Brenner 10 über einen weiten Bereich von minimaler Leistung bis maximaler Leistung betrieben werden kann, ohne dass der Brenner 10 aufgrund einer geringeren Leistungsanforderung abgeschaltet werden muss.

[0048] Um eine besonders niedrige Flammhöhe im zweiten Betriebszustand (vgl. Figur 5) zu vermeiden, kann ein zweiter Schwellenwert vorgesehen sein, der in dem Speicher 45 abgelegt ist. Der zweite Schwellenwert korreliert dabei mit einer Heizleistung, die größer ist als die zum ersten Schwellenwert korrelierende Heizleistung.

[0049] Die Steuereinrichtung 30 erfasst, ob die mit dem Leistungsanforderungssignal übermittelte Leistungsanforderung an den Brenner 10 fällt oder steigt. Dabei verwendet die Steuereinrichtung 30 bei einer steigenden Leistungsanforderung den ersten Schwellenwert zum Öffnen bzw. Schließen des zweiten Ventils 130 und bei einer fallenden Leistungsanforderung den zweiten Schwellenwert zur Steuerung des zweiten Ventils 130.

[0050] So kann beispielsweise der erste Schwellenwert einen Wert von 2500 U/min des Gebläses 20 aufweisen, der mit einer Heizleistung von 10 kW des Brenners 10 korreliert, und der zweite Schwellenwert kann beispielsweise einen Wert von 3000 U/min des Gebläses 20 aufweisen, der mit einer Heizleistung von 12 kW des Brenners 10 korreliert. Wird nun mittels der Vorrichtung 75 der Steuereinrichtung 30 mittels des Leistungsanforderungssignals signalisiert, dass die abzugebende Heizleistung des Brenners 10 von 6 kW auf beispielsweise 25 kW erhöht werden soll, so erfasst dies die Steuereinrichtung 30. Mit der Erhöhung wird die Drehzahl des Gebläses 20 mit erhöht, um mehr Brennstoff und Sauerstoff in das Brennerrohr 25 zu fördern. Überschreitet die Drehzahl des Gebläses 20 den für 10 kW zugehörigen ersten Schwellenwert, so öffnet die Steuereinrichtung 30 mittels eines entsprechenden Steuersignals, das über den Ausgang 40 dem zweiten Ventil 130 bereitgestellt wird, das zweite Ventil 130. Durch das Öffnen wird nun das Brennstoff-Luft-Gemisch sowohl in die erste Zuleitung 105 als auch in die zweite Zuleitung 110 gefördert, sodass beide Flammbereiche 115, 120 mit dem Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch versorgt werden und über den gesamten Flammbereich 85 Flammen 240 am Brennerrohr 25 angeordnet sind.

[0051] Wird mittels des Leistungsanforderungssignals der Steuereinrichtung 30 signalisiert, dass die Heizleistung des Brenners 10, beispielsweise wenn 25 kW auf 8 kW reduziert werden soll, so wird die Drehzahl des Gebläses 20 verringert. Unterschreitet die Drehzahl des Gebläses 20 den zweiten Schwellenwert, der nun bei der Leistungsverringerung anstatt dem ersten Schwellenwert verwendet wird, so schließt die Steuereinrichtung 30 das zweite Ventil 130. Das Schließen kann beispielsweise dadurch erfolgen, indem eine Spule des Elektromagnets durch die Steuereinrichtung 30 bestromt wird und somit die zweite Ventilklappe 155 aus einem leicht geöffneten Zustand durch das elektromagnetische Feld angezogen wird und in die Schließposition überführt wird. Dadurch wird der zweite Flammbereich 120 deaktiviert, sodass ausschließlich Flammen 240 auch bei einer Leistung von 11 kW am ersten Flammbereich 115 vorherrschen. Dadurch wird vermieden, dass die Flammhöhe bei Reduzierung der Leistung zu niedrig wird, sodass Messergebnisse des Sensors 230 nicht verfälscht werden.

[0052] Selbstverständlich ist auch denkbar, dass der Brenner 10 andersartig ausgestaltet ist. So ist beispielsweise denkbar, dass das erste und zweite Ventil 125, 130 als ein integriert ausgebildetes Ventil ausgebildet sind. Auch ist denkbar, dass das erste und/oder zweite Ventil 125, 130 V-förmig ausgebildet ist.

[0053] Auch ist denkbar, dass mehr als zwei Flammbereiche 115, 120 vorgesehen sind, die je nach Leistungsanforderung nacheinander mit Brennstoff-Gas-Gemisch versorgt werden. So ist insbesondere ein Verhältnis der Minimalbrennerleistung zur Maximalbrennerleistung von 1:100 möglich.

[0054] Des Weiteren hat die oben beschriebene Ausgestaltung des Brenners 10 den Vorteil, dass der Brenner mit einer Maximalleistung von 50 kW beispielsweise auch unterhalb einer Leistung von 10 kW, in dem herkömmliche Brenner ein Brennerrohrglühen haben, betrieben werden kann, ohne dass das Brennerrohrglühen auftritt.

Ansprüche

1. Steuergerät (15) für einen Brenner (10),

- aufweisend einen Eingang (35), eine Steuereinrichtung (30), einen Speicher (45) und einen Ausgang (40),

- wobei die Steuereinrichtung (30) mit dem Eingang (35), dem Speicher (45) und mit dem Ausgang (40) verbunden ist,

- wobei der Eingang (35) mit einer Vorrichtung (75) verbindbar und ausgebildet ist, eine Steuergröße der Vorrichtung zu erfassen und der Steuereinrichtung (30) bereitzustellen,

- wobei der Ausgang (40) mit einem Ventil (125, 130) des Brenners (10) verbindbar ist,

- wobei in dem Speicher (45) ein vordefinierter Schwellenwert abgelegt ist,

- wobei die Steuereinrichtung (30) ausgebildet ist, die Steuergröße zu erfassen und mit dem Schwellenwert in einem Vergleich zu vergleichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs am Ausgang (40) ein Steuersignal zur Steuerung des Ventils (125, 130) zwischen einer Offenposition und einer Schließposition bereitzustellen.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, wobei der Ausgang (40) mit einem Gebläse (20) verbindbar ist, wobei die Steuereinrichtung (30) ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Steuergröße das Gebläse (20) zu steuern.

3. Brenner (10) mit einem Brennerrohr (25) und einem Sensor (230)

- wobei das Brennerrohr (25) einen Zuführbereich (80) und einen mit dem Zuführbereich (80) verbundenen Flammbereich (85) aufweist,

- wobei über eine Eingangsseite (90) des Zuführbereichs (80) zumindest ein Gas in den Flammbereich (85) führbar ist,

- wobei der Sensor (230) angrenzend an den Flammbereich (85) angeordnet und ausgebildet ist, eine Verbrennung des Gases im Flammbereich (85) zu erfassen,

- wobei wenigstens ein Ventil (130) vorgesehen ist und der Zuführbereich (85) eine erste Zuleitung (105) und eine zweite Zuleitung (110) umfasst,

- wobei der Flammbereich (85) einen ersten mit der ersten Zuleitung (105) fluidisch verbunden Flammbereich (115) und einen zweiten mit der zweiten Zuleitung (110) fluidisch verbunden Flammbereich (120) umfasst,

- wobei das Ventil (130) zwischen einer Offenposition und einer Schließposition verstellbar und ausgebildet ist, einen Gasstrom des Gases über die zweite Zuleitung (110) zum zweiten Flammbereich (120) selektiv zu steuern,

- wobei der Sensor (230) an oder angrenzend dem ersten Flammbereich (115) angeordnet ist.

4. Brenner (10) nach Anspruch 3,

- wobei ein weiteres Ventil (125) vorgesehen ist,

- wobei das weitere Ventil (125) zwischen einer Offenposition und einer Schließposition verstellbar und ausgebildet ist, einen Gasstrom des Gases über die erste Zuleitung (105) zum ersten Flammbereich (115) selektiv zu steuern.

5. Brenner (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend an die Eingangsseite (90) ein Gebläse (20) vorgesehen ist, wobei das Gebläse (20) ausgebildet ist, das Gas in die erste Zuleitung (105) und bei geöffnetem Ventil (130) in die zweite Zuleitung (110) zu fördern.

6. Brenner (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei angrenzend an die Eingangsseite (90) das Ventil (130) und/oder das weitere Ventil (125) in dem Zuführbereich (80) des Brennerrohrs (25) angeordnet sind.

7. Brenner (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei

- ein Steuergerät (15) vorgesehen ist, das mit dem Sensor (230) und dem Ventil (130) verbunden ist,

- wobei der Sensor (230) ein zur Verbrennung korrespondierendes Sensorsignal bereitstellt,

- wobei das Steuergerät (15) nach Anspruch 1 oder 2 ausgebildet ist,

- wobei der Ausgang (40) mit dem Ventil (130) verbunden ist und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs das Ventil (130) öffnet oder schließt.

8. Brenner (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei

- das Ventil (130) eine Ventilklappe (155) und ein Gelenk (160) aufweist,

- wobei die Ventilklappe (155) mittels des Gelenks (160) an der zweiten Zuleitung (110) befestigt ist,

- wobei die Ventilklappe (155) zwischen der Offenposition und der Schließposition durch das Gelenk (160) bewegbar gelagert ist,

- wobei zwischen der Eingangsseite (90) und der Schließposition der Ventilklappe (155) eine Vorrichtung (175) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes vorgesehen ist,

- wobei an der Ventilklappe (155) ein Halteelement (150, 170) angeordnet ist,

- wobei zumindest in der Schließposition das Halteelement (150, 170) und die Vorrichtung mittels des magnetischen Felds in Wirkverbindung treten und die Ventilklappe (155) in der Schließposition halten.

9. Brenner (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei ein Bypass (241)vorgesehen ist, wobei der Bypass (241) zwischen der Eingangsseite (90) und dem Ventil (130) auf einer ersten Seite und dem Ventil (130) auf einer zweiten Seite und dem Flammbereich (85) und der zweiten Zuleitung (110) verbunden und ausgebildet ist, das Ventil (130) zu überbrücken.

10. Brenner (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 9,

- wobei das weitere Ventil (125) eine weitere Ventilklappe (135) und ein weiteres Gelenk (140) aufweist,

- wobei die weitere Ventilklappe (135) mittels des weiteren Gelenks (140) an der ersten Zuleitung (105) befestigt ist,

- wobei die weitere Ventilklappe (135) zwischen der Offenposition und der Schließposition durch das weitere Gelenk (140) bewegbar gelagert ist,

- wobei eine Schwerkraft die weitere Ventilklappe (135) in die Schließposition führt und eine Rückströmung des Gases in Richtung der Eingangsseite (90) blockiert.

11. Verfahren zur Steuerung eines Steuergeräts nach Anspruch 1 oder 2 zum Betrieb eines Brenners nach einem der Ansprüche 3 bis 10,

- wobei ein Gas über eine erste Zuleitung (105) zu einem ersten Flammbereich (115) geführt wird,

- wobei eine Steuergröße erfasst wird,

- wobei die Steuergröße mit einem Schwellenwert verglichen wird,

- wobei in Abhängigkeit des Schwellenwerts ein Ventil (130) gesteuert wird, um eine zweite Zuleitung (110) zu öffnen oder zu schließen und im geöffneten Zustand des Ventils (130) das Gas über die zweite Zuleitung (110) in einem zweiten Flammbereich (120) des Brenners (10) zu führen.

Zeichnung