СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО НАПОЛНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА
HEATING SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATIC PIPELINE FILLING

Изобретение касается системы отопления и способа автоматического наполнения трубопровода, а также применения обнаружения пламени.
Родственные системы отопления описаны, например, в DE 19901708 A1 и EP 1752708 A2. Они применяются в различных вариантах, преимущественно в качестве автономного отопления или дополнительного отопления, при этом для подачи топлива предусмотрены жидкостные трубопроводы. Многообразие возможностей применения систем отопления приводит к возможности варьируемой адаптации длин трубопроводов и диаметров трубопроводов, а также к выбору различных размеров остальных компонентов системы отопления, таких как устройство отопления или дозировочный насос, так что в основном в жидкостных трубопроводах, а также в дозировочном насосе и устройстве отопления имеются варьируемые внутренние объемы. Это приводит к проблемам при обеспечении качества в конце конвейера при процессе изготовления систем отопления и при переходе с летнего режима на зимний режим в уже смонтированном состоянии системы отопления.
Для обеспечения качества в конце конвейера проводятся функциональные испытания устройства отопления. При этом устройству управления в ручном режиме дается задание запустить так называемую рутинную диагностику, вследствие чего жидкостные трубопроводы перед собственной диагностикой системы отопления наполняются топливом с помощью дозировочного насоса. Вследствие множества вариантов систем отопления индивидуальное программирование каждого варианта в устройстве управления для точного управления дозировочным насосом, наполняющим жидкостные трубопроводы, было бы очень трудоемким. В отличие от этого, сенсоры для контроля степени наполнения жидкостных трубопроводов являются фактором высокой стоимости системы отопления. Во избежание индивидуального программирования или монтажа сенсоров в настоящее время степень наполнения жидкостных трубопроводов контролируется перед диагностикой системы отопления в ручном режиме, что считается удовлетворительным решением.
Задачей изобретения является надежное распознавание степени наполнения жидкостных трубопроводов системы отопления без необходимости наличия дополнительных сенсоров или отдельного программирования различных вариантов системы отопления в устройстве управления.
Эта задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения.
Другие предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Система отопления, снабженная обнаружением пламени, включает в себя устройство отопления и находящийся в гидравлическом соединении с устройством отопления дозировочный насос, так что топливо может подаваться к устройству отопления по меньшей мере в одном процессе наполнения. Система отопления имеет также устройство управления для управления устройством отопления и дозировочным насосом, при этом устройство управления управляет дозировочным насосом в зависимости от обнаружения пламени во время процесса наполнения трубопровода. Это имеет то преимущество, что независимо от дополнительных сенсоров для измерения степени наполнения или от контроля в ручном режиме степени наполнения может делаться заключение о наполнении трубопровода. После обнаружения пламени устройство управления путем управления дозировочным насосом заканчивает процесс наполнения трубопровода, так что предпочтительно не возникает переполнение трубопровода и вместе с тем неправильная концентрация топлива в устройстве отопления. Таким образом предпочтительно предотвращается попадание в устройство отопления чрезмерного количества топлива. Наполнение трубопровода с обнаружением пламени включает в себя предпочтительно подачу воздуха для горения, в частности с использованием нагнетателя воздуха для горения. Воздух для горения предпочтительно смешивается с топливом, при этом смесь воздуха для горения и топлива воспламеняется путем нагрева. Предпочтительно обнаружение пламени осуществляется с помощью сенсора устройства отопления. Этот сенсор может представлять собой, например, сенсор температуры, давления, скорости течения, расхода, количества частиц или плотности частиц. Разумеется, что также может быть предусмотрено несколько сенсоров. Например, может быть предусмотрено несколько сенсоров температуры. Но возможны также комбинации сенсоров. Так, могут быть предусмотрены один сенсор температуры и один сенсор давления. Сенсор при этом предпочтительно соединен с устройством управления посредством электронного подключения или электрического провода. Для создания гидравлического соединения между дозировочным насосом и устройством отопления предпочтительно предусмотрен жидкостный трубопровод. Дозировочный насос может, например, представлять собой поршневой насос, шестеренный насос или мембранный насос, при этом устройство управления может управлять дозировочным насосом через электронный провод, например, через CAN или LIN-шину (Controller Area Network, сеть контроллеров; Local Interconnect Network, коммутируемая локальная сеть). Дозировочный насос может иметь электрический привод, например катушку, включающую в себя якорь и поршень, или электродвигатель. Может быть предусмотрено, чтобы устройство управления непосредственно управляло приводом. Одновременно дозировочный насос может передавать устройству управления собственные мощностные данные, такие как развиваемая мощность, скорость вращения или частота, или, соответственно, эти данные могут считываться устройством управления. Устройство управления может одновременно управлять устройством отопления и дозировочным насосом. Благодаря этому предпочтительно может осуществляться согласование устройства отопления и дозировочного насоса. Устройство управления может быть интегрировано в устройство отопления. Благодаря этому устройство отопления и устройство управления предпочтительно образуют один узел. Но может быть также предусмотрено, чтобы устройство управления было выполнено вне устройства отопления, предпочтительно в виде отдельного узла или части системы управления.
Предпочтительно устройству управления задано значение минимального объема наполнения, при этом процесс наполнения трубопровода после достижения минимального объема наполнения осуществляется в зависимости от обнаружения пламени. Минимальный объем наполнения предпочтительно представляет собой наименьший объем наполнения всех вариантов, в которых применяется система отопления. При этом объем наполнения и минимальный объем наполнения предпочтительно представляет собой подлежащий наполнению топливом внутренний объем жидкостных трубопроводов между компонентами системы отопления, например, между устройством отопления и дозировочным насосом или дозировочным насосом и баком. Но объем жидкости может также включать в себя внутренний объем дозировочного насоса и по меньшей мере части внутреннего объема устройства отопления. Благодаря тому, что процесс наполнения трубопровода сначала осуществляется в зависимости от жестко заданного значения, производительность дозировочного насоса может быстро увеличиваться, так что процесс наполнения трубопровода может заканчиваться быстрее.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления посредством хронометра может запоминаться время простоя между предыдущим процессом отопления и запуском процесса наполнения трубопровода системы отопления, при этом устройство управления управляет дозировочным насосом в зависимости от времени простоя. В частности, системы автономного отопления вследствие погодных условий используются в основном в зимние месяцы. В летние месяцы, напротив, дополнительные системы отопления применяются скорее редко. При этом часто в течение летних месяцев топливо дозировочным насосом не нагнетается. Вследствие воздействий окружающей среды, таких как температура и колебания давления, часть топлива в жидкостных трубопроводах улетучивается, т.е. жидкостные трубопроводы «высыхают». Тогда при первом пуске зимой может наступить тот случай, что система отопления потребует нескольких попыток пуска, прежде чем сможет произойти воспламенение и собственный процесс отопления. При этом водитель транспортного средства может сделать вывод о неисправности и обратиться в мастерскую. У систем отопления, снабженных автоматическим обнаружением пламени, это может иногда приводить к тому, что применяемые в соответствии с философией Fail-Safe (отказоустойчивости) программы защиты устройства управления вследствие высокого числа попыток пуска переводят систему отопления в аварийный режим для минимизации предполагаемого повреждения, но при этом неисправность отсутствует. Следствием являются соответственно ненужные выполняемые на системе отопления проверки и работы по техническому обслуживанию. Благодаря упомянутому запоминанию времени простоя и зависящему от него управлению дозировочным насосом создается возможность регистрировать время, в которое жидкостные трубопроводы теряют топливо, без осуществления нагнетания дозировочным насосом, и учитывать в управлении устройством отопления и дозировочным насосом. Иногда может быть предусмотрено, чтобы обнаружение пламени учитывалось устройством управления только при превышении заданного времени простоя.
В одном из предпочтительных усовершенствований для уменьшения повреждения устройством управления может запускаться аварийный режим, так что при частых попытках пуска или при критических, измеренных сенсором значениях система отопления, в частности дозировочный насос и устройство отопления, могут отключаться устройством управления. Но аварийный режим может также включать в себя ограниченную эксплуатацию в отношении мощности, частоты или скорости вращения активных компонентов системы отопления. Активными компонентами системы отопления являются устройство отопления и дозировочный насос. Аварийный режим может быть задан устройством управления при превышении заданного минимального значения времени простоя. Может быть также предусмотрено включение аварийного режима устройством управления при превышении заданного минимального значения времени простоя при более высоком числе попыток пуска или измененных критических значениях. Измененные критические значения могут представлять собой более высокое или более низкое давление, более высокую или более низкую температуру, более высокую или более низкую скорость течения, более высокую или более низкую интенсивность расхода и/или более высокое или более низкое число и/или плотность частиц.
Может быть предусмотрено, чтобы устройство управления запускало процесс отопления устройства отопления по окончании процесса наполнения трубопровода. Это может осуществляться уже при обнаружении пламени. Благодаря этому можно избежать запуска устройства отопления в эксплуатацию в ручном режиме.
Предпочтительно устройство отопления включает в себя горелку и штифт накаливания, причем управление этой горелкой и этим штифтом накаливания может осуществляться устройством управления. При этом устройство управления во время процесса наполнения трубопровода одновременно управляет горелкой, штифтом накаливания и дозировочным насосом. Предпочтительно устройство управления управляет также нагнетателем воздуха для горения, при этом нагнетатель воздуха для горения предпочтительно расположен в устройстве отопления или возле него. Предпочтительно нагнетатель воздуха для горения соединен с устройством управления посредством электронного или электрического провода, но может быть также соединен и управляться через систему шины, такую как система CAN- или LIN-шины. Благодаря этому предпочтительно обеспечено, что во время процесса наполнения трубопровода устройство управления может взаимно согласованно управлять дозировочным насосом и устройством отопления, без возникновения при обнаружении пламени потери времени и вместе с тем вероятно нежелательных ошибок, так что предпочтительно срок службы системы отопления увеличивается. Например, благодаря этому не возникает слишком высокая концентрация топлива в горелке или, соответственно, на штифте накаливания, так что предпочтительно предотвращается нечистое сгорание. Может быть предусмотрено, чтобы устройство управления при одновременном управлении осуществляло адаптацию по меньшей мере одного из группы, включающей в себя мощность, скорость вращения и частоту горелки и/или нагнетателя воздуха для горения, по меньшей мере к одному из группы, включающей в себя мощность, скорость вращения и частоту дозировочного насоса. Может быть предусмотрено, чтобы устройство управления при одновременном управлении осуществляло адаптацию мощности штифта накаливания по меньшей мере к одному из группы, включающей в себя мощность, скорость вращения и частоту дозировочного насоса.
Способ автоматического наполнения трубопровода в работающей на топливе системе отопления, включающей в себя устройство отопления, снабженное обнаружением пламени, включает в себя этапы: запуск процесса наполнения трубопровода, управление устройством отопления, так чтобы воспламенения устройства отопления происходили во время процесса наполнения трубопровода, и окончание процесса наполнения трубопровода при обнаружении пламени. Предпочтительно так процесс наполнения трубопровода может надежно заканчиваться без дополнительных сенсоров или контроля трубопроводов в ручном режиме, при этом максимальная степень наполнения распознается, когда происходит обнаружение пламени.
Может быть предпочтительно предусмотрено, чтобы между запуском процесса наполнения трубопровода и управлением устройством отопления имелся промежуток времени. Система отопления включает в себя также жидкостные трубопроводы, при этом предпочтительно указанный промежуток времени представляет собой тот период, который необходим для наполнения минимального внутреннего объема жидкостных трубопроводов. Так целесообразным образом процесс наполнения может запускаться независимо от обнаружения пламени, так что, например, дозировочный насос может приводиться в состояние более высокой мощности, чтобы быстрее наполнять жидкостные трубопроводы.
Может быть также предусмотрено, чтобы после периода управления устройством отопления, превышающего некоторое пороговое значение, управление заканчивалось, и запускался аварийный режим, так чтобы предотвращалось повреждение системы отопления. При этом запуск аварийного режима предпочтительно запрограммирован в устройстве управления, при этом устройство управления управляет дозировочным насосом и устройством отопления, так что устройство отопления регулирует сгорание, а дозировочный насос - нагнетание топлива. Разумеется, что устройство отопления и дозировочный насос, вместо установки полного режима, могут также эксплуатироваться пониженной мощностью во избежание повреждения системы отопления.
В одном из предпочтительных усовершенствований время простоя между предыдущим процессом отопления и запуском процесса наполнения трубопровода используется для определения порогового значения, так чтобы аварийный режим запускался в более ранний или более поздний момент времени. При этом время простоя представляет собой период времени, в течение которого система отопления не запускалась в эксплуатацию, при этом по времени простоя можно судить о потере топлива в системе отопления. Например, при долгом времени простоя процесс наполнения трубопровода может продолжаться дольше, так как в жидкостные трубопроводы должно нагнетаться большее количество топлива, так что устройством управления повышается пороговое значение периода управления.
Может быть также предпочтительно предусмотрено, чтобы управление устройством отопления осуществлялось только после заданного минимального времени простоя. Такое заданное время простоя может, например, представлять собой результат осуществленного ранее ряда тестов, при этом минимальное время простоя определяется как время, в которое достоверно осуществляется улетучивание топлива, и поэтому при процессе наполнения трубопровода необходимо определение с помощью обнаружения пламени.
Обнаружение пламени системы отопления используется для определения степени наполнения жидкостных трубопроводов.
Ниже изобретение описывается на примерах осуществления. Показано:
фиг. 1: схематичное изображение одного из вариантов осуществления предлагаемой изобретением системы отопления; и
фиг. 2: примерная блок-схема предлагаемого изобретением способа.
На фиг. 1 показана система 10 отопления, которая может применяться, например, во внутреннем помещении транспортного средства. Система 10 отопления включает в себя устройство 20 отопления, дозировочный насос 30 и бак 40, причем этот бак 40 может представлять собой тот же бак, который снабжает двигатель внутреннего сгорания автомобиля. Устройство 20 отопления через выполненный в виде напорного трубопровода 41 жидкостный трубопровод с помощью дозировочного насоса 30 снабжается топливом, при этом дозировочный насос 30 нагнетает топливо по жидкостному трубопроводу, определенному как всасывающий трубопровод 42, из бака 40. Периферийные приборы 61, 62, такие как по меньшей мере один сенсор 61 и датчик 62 времени, предоставляют данные о системе отопления, при этом система 10 отопления включает в себя также устройство 50 управления, которое посредством электрических проводов 51-55 соединено с устройством 20 отопления, дозировочным насосом 30 и периферийными приборами 61, 62.
Устройство 29 отопления имеет горелку 21, штифт 22 накаливания и нагнетатель 23 воздуха для горения, каждый из которых обладает возможностью электрического управления, и которые соединены с устройством 50 управления электрическими проводами 51, 52, 57. При этом горелка 21 сжигает смесь воздуха и топлива, причем штифт 22 накаливания вырабатывает тепло, необходимое для воспламенения смеси воздуха и топлива. Посредством теплообменника на газоотводном канале устройства отопления может получаться тепло для осуществления процесса отопления.
Дозировочный насос 30 предпочтительно выполнен в виде электромагнитного поршневого насоса, снабженного управляемым приводом, для нагнетания топлива из бака. Привод может быть выполнен, например, в виде электромагнита, имеющего катушку, при этом катушка при снабжении током, управляемом устройством 50 управления, по электромагнитному принципу двигает поршень для нагнетания топлива. Дозировочный насос 30 имеет при этом управляемую частоту нагнетания, с которой поршень в катушке движется вперед-назад. Но речь может идти и о других видах дозировочных насосов, например, мембранных или шестеренных насосах, которые имеют управляемый, предпочтительно электрический или электромагнитный привод, и управление которыми возможно аналогичным образом.
Устройство 50 управления может принимать сигналы данных от сенсора 61 и датчика 62 времени и использовать эти сигналы для управления устройством 20 отопления, его компонентами (горелкой 21, штифтом 22 накаливания и нагнетателем 23 воздуха для горения) и дозировочным насосом 30. При этом в процессорном блоке 56 устройства 50 управления выполняются стандартные программы расчета команд управления для управления устройством 20 отопления, его компонентами 21, 22 и дозировочным насосом 30, при этом устройство 50 управления через электрические провода 51-53, 57 посылает устройству 20 отопления, его компонентам 21, 22, 23 и дозировочному насосу 30 управляющие сигналы для управления. Разумеется, что устройство 50 управления может подавать команду снабжения током привода дозировочного насоса 30, например, катушки или электродвигателя. Возможно также, чтобы устройство 20 отопления и дозировочный насос 30 имели каждый собственный блок управления, при этом блоки управления интерпретировали управляющие сигналы, посланные устройством 50 управления, и в свою очередь управляли дозировочным насосом и устройством отопления и его компонентами. Устройство 50 управления может также принимать опосредованные сигналы данных от центральной системы управления через систему CAN- или LIN-шины. Разумеется, что устройство 50 управления может быть выполнено в виде интегральной составной части устройства 20 отопления или в виде самостоятельного конструктивного элемента.
Сенсор 61 является сенсором температуры, при этом сенсором 61 измеряется температура в устройстве 20 отопления, и ее значение в виде сигнала данных отправляется в устройство 50 управления. По этому значению устройством 50 управления может осуществляться обнаружение пламени: если значение температуры лежит выше определенного значения, устройством 50 управления предполагается наличие пламени. Разумеется, что сигналы данных могут представлять собой сигналы, посланные сенсорами, при этом может быть предусмотрено, чтобы эти сигналы данных представляли собой значения температуры, давления, скорости течения, расхода, количества частиц и/или плотности. Опосредованные сигналы данных включают в себя также сенсорные сигналы и/или сигнал времени, которые передаются сенсорами и/или датчиками времени в центральную систему управления, а от нее устройству управления.
Управление системой 10 отопления осуществляется при этом, как схематично изображено на фиг. 2. В считываемой устройством 50 управления памяти (не показана) сохранены стандартные программы. Стандартная программа «наполнение трубопровода» 71 выполняется в этом способе на первом этапе, при этом запускается процесс наполнения трубопровода. При этом устройство 50 управления управляет дозировочным насосом 30, так что топливо нагнетается из бака 40 по жидкостным трубопроводам 41, 42 к устройству отопления. Стандартная программа «наполнение трубопровода» 71 выполняется независимо от обнаружения пламени.
Посредством сохраненного в устройстве управления значения установлена возможная максимальная продолжительность промежутка времени между запуском процесса наполнения трубопровода и управлением системой 10 отопления. Этот промежуток времени представляет собой тот период, который необходим для наполнения минимального внутреннего объема жидкостных трубопроводов 41, 42. Разумеется, что управление нагревом или управление попытками воспламенения топлива или смеси воздуха и топлива может также осуществляться на основании других значений, например, при имеющемся сенсоре давления на основании измерения давления на конце трубопровода или на основании развиваемой дозировочным насосом мощности нагнетания топлива.
Как только управление системы 10 отопления включается, вызывается стандартная программа «наполнение трубопровода с автоматическим обнаружением пламени» 72. Теперь уже данные сенсора 61 используются для обнаружения 73 пламени. Если происходит обнаружение 71 пламени, вызывается стандартная программа «пуск отопления», вследствие чего осуществляется процесс отопления системы 10 отопления или, соответственно, устройства 20 отопления. Если обнаружение пламени в течение заданного времени не происходит, стандартная программа «наполнение трубопровода с автоматическим обнаружением пламени» 72 прерывается, и выдается сообщение 75 об ошибке.
Перед запуском стандартной программы «наполнение трубопровода» 71 может вызываться стандартная программа «определение времени высыхания» 76, причем эта стандартная программа «определение времени высыхания» использует посылаемый датчиком 62 времени сигнал времени, который передает значение времени, представляющее собой определенное датчиком 62 времени, прошедшее с предыдущего процесса отопления время простоя системы отопления по датчику 62 времени. Этот сигнал времени используется для расчета промежутка времени между запуском процесса наполнения трубопровода и управлением системой 10 отопления.
Раскрытые в приведенном выше описании, на чертежах, а также в пунктах формулы изобретения признаки изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации могут быть существенными для осуществления изобретения.
Список ссылочных обозначений
10
Система отопления
20
Устройство отопления
21
Горелка
22
Штифт накаливания
23
Нагнетатель воздуха для горения
30
Дозировочный насос
40
Бак
41
Сегмент трубопровода, напорный трубопровод
42
Сегмент трубопровода, всасывающий трубопровод
50
Устройство управления
51
Электрический провод
52
Электрический провод
53
Электрический провод
54
Электрический провод
55
Электрический провод
56
Процессорный блок
57
Электрический провод
61
Сенсор обнаружения пламени
62
Датчик времени
71
Стандартная программа «наполнение трубопровода»
72
Стандартная программа «наполнение трубопровода с автоматическим обнаружением пламени»
73
Запрос «обнаружение пламени»
74
Стандартная программа «пуск отопления»
75
Стандартная программа «обнаружение ошибки»
76
Стандартная программа «определение времени высыхания»