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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät.
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Es sind eine Vielzahl von Heizgeräten bekannt, die in einer Brennkammer ein Gemisch aus Brennstoff, insbesondere Gas oder Wasserstoff und Umgebungsluft verbrennen, um Wärme zur Versorgung eines Gebäudes oder für eine Bereitstellung von Warmwasser zu gewinnen.
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Bei vormischenden Heizgeräten, die einem vorgegebenen Massestrom Verbrennungsluft einen Massestrom Brennstoff entsprechend einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet) zusetzen, erfolgt die Einstellung einer Leistung des Heizgerätes in der Regel über die Leistung der Fördereinrichtung, beispielsweise der Drehzahl eines Gebläses, oder über Luftdifferenzdruck- bzw. Massenstromsensor.
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Unter anderem in der
DE 43 03 579 A1 wird ein Heizgerät vorgestellt, bei dem die Belastungsregelung über die Drehzahl des Gebläses geführt wird.
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Nachteilig ist die Gebläsedrehzahl abhängig von Umgebungsbedingungen, beispielsweise eine Temperatur der angesaugten Luft, die direkt deren Dichte beeinflusst. Somit kann eine Belastungsregelung über die Drehzahl des Gebläses des Heizgerätes Schwankungen unterliegen.
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Eine Belastungsregelung über einen Luftdifferenzdruck bzw. einen Massenstromsensor, wie beispielsweise in der
DE 101 59 033 A1 und in der
WO 2006/000 367 A1 vorgestellt, hat den Nachteil, dass der abzudeckende Leistungsbereich (Modulationsbereich) erheblich größer als der Messbereich bekannter Sensoren ist und somit eine Belastungsregelung nur in einem begrenzten Bereich erfolgen kann.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere sollen eine sichere und präzise Belastungsregelung des Heizgerätes ermöglicht werden.
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Nicht zuletzt soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen und keine oder nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern und/oder eine einfache Integration in einen bestehenden Produktionsprozess ermöglichen.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Hierzu trägt ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes bei, insbesondere zur Belastungsregelung des Heizgerätes. Das Heizgerät umfasst dabei mindestens einen Sensor, dessen Signal einen direkten Rückschluss auf den zugeführten Massestrom Verbrennungsluft ermöglicht, mit dem folglich der zugeführte Massestrom Verbrennungsluft gemessen werden kann. Weiter ist eine als Gebläse ausgeführte Fördereinrichtung vorgesehen, wobei im Rahmen des Verfahrens ein Parameter erfasst werden kann, der einen Rückschluss auf eine Drehzahl D des Gebläses zulässt. Eine Einstellung der Leistung des Heizgerätes bzw. ein Feststellen der aktuellen Leistung des Heizgerätes für die Verbrennungsregelung erfolgt anhand des Signals des Sensors und des erfassten Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt.
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Das Verfahren kann insbesondere permanent und dauerhaft während des Betriebes eines Heizgerätes bzw. des Brenners durchgeführt werden und dient insbesondere einem sicheren Betrieb des Heizgerätes.
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Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät, das dazu eingerichtete ist, ein Brenngas, beispielsweise fossiles Brenngas wie Erdgas oder auch Wasserstoff unter Zufuhr von Umgebungsluft (Verbrennungsluft) zu verbrennen und Wärmeenergie, beispielsweis zur Erwärmung eines Wärmeträgers eines Heizkreislaufes oder auch zur Bereitstellung einer Warmwasserversorgung, zu erzeugen. Insbesondere kann es sich bei dem Heizgerät um ein Brennwertgerät handeln, dazu eingerichtet, die Verbrennungsprodukte auf eine Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur von Wasser abzukühlen und so die Kondensationswärme, des in den Verbrennungsprodukten enthaltenen Wassers zur Nutzung bereitzustellen. Das Heizgerät weist eine als Gebläse ausgebildete Fördereinrichtung auf, die bevorzugt ein Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal in eine Brennkammer, in der ein Brenner angeordnet ist, fördern kann. Die Verbrennungsprodukte können anschließend durch einen Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden.
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Das Heizgerät kann insbesondere die Brennerleistung an den Bedarf anpassen (modulieren). Hierzu kann bei einem Erkennen eines geänderten Wärmebedarfs, beispielsweise unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreises, ein Regel- und Steuergerät des Heizgerätes eine Leistung des Gebläses des Heizgerätes und damit den Massestrom Verbrennungsluft an den Wärmebedarf anpassen. Gleichzeitig kann eine Regelung den zuzusetzenden Brennstoffmassestrom entsprechend einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis an den sich ändernden Massestrom Verbrennungsluft anpassen.
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Das Heizgerät kann insbesondere einen elektronischen Gas-Luftverbund bilden, bei dem ein zugeführter Massestrom Verbrennungsluft ermittelt wird und ein, dem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis entsprechender, Massestrom Brenngas bestimmt und zugesetzt wird. Der zuzusetzende Massestrom Brenngas kann hierzu mittels eines (separaten) Regelkreises geregelt werden. Eine Führungsgröße des Regelkreises kann beispielsweise das Signal einer lonisationselektrode, die einen lonisationsstrom der Flamme ermittelt, oder einer Lambdasonde, angeordnet im Abgasweg, sein.
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Das Heizgerät umfasst mindestens einen Sensor, dessen Signal einen direkten Rückschluss auf den, dem Heizgerät zugeführten, Massestrom Verbrennungsluft ermöglicht. Ein direkter Rückschluss bedeutet hier, dass das Signal des Sensors direkt in einen Massestrom Verbrennungsluft umgesetzt bzw. umgerechnet werden kann. Mit anderen Worten kann der Sensor insbesondere einen Massestrom Verbrennungsluft messen. Der Sensor kann an einer geeigneten Position im Strömungsweg des Heizgerätes, insbesondere in einer Zuführung der Verbrennungsluft, angeordnet sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann der Sensor ein Massestromsensor oder ein Differenzdrucksensor sein. Ein Signal dieser Sensoren kann direkt in einen Massestrom Verbrennungsluft umgesetzt werden. Das Signal des Sensors ist weitestgehend unabhängig von Umgebungsbedingungen wie der Höhe über dem Meeresspiegel bzw. dem aktuellen Luftdruck und der Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft, die direkten Einfluss auf die Dichte der Verbrennungsluft haben.
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Derartige Sensoren weisen einen Messbereich auf, der nicht den gesamten Bereich von im Modulationsbereich des Heizgerätes auftretenden Masseströmen Verbrennungsluft erfassen kann und somit einen oberen und/ oder unteren Grenzwert innerhalb des Modulationsbereiches aufweisen kann. Häufig wird ein Sensor mit einem Messbereich gewählt, dessen Messbereich einen oberen Grenzwert aufweist, der unterhalb des mit der Nennleistung (maximalen Leistung) des Heizgerätes verbundenen Massestromes Verbrennungsluft liegt und dessen Messbereich die minimale Leistung des Heizgerätes einschließt. Mit anderen Worten kann der Sensor somit Masseströme Verbrennungsluft oberhalb des Grenzwertes nicht erfassen und damit für eine Regelung des Verbrennungsluftgemisches in Leistungsbereichen mit einem Massestrom Verbrennungsluft oberhalb des Grenzwertes nicht genutzt werden. Der obere Grenzwert kann als Übergabepunkt verstanden werden, ab dem die Ermittlung des Massestromes Verbrennungsluft mittels einer Alternative erfolgen muss.
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Das Heizgerät kann ein Regel- und Steuergerät umfassen, das dazu eingerichtet sein kann, den Betrieb desselben zu regeln bzw. zu steuern. Insbesondere kann das Regel- und Steuergerät ein vorgegebenes Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda bezeichnet) des Heizgerätes einstellen. Hierzu kann das Regel- und Steuergerät das Signal des Sensors sowie den Parameter, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt, erfassen. Ein hier vorgeschlagenes Verfahren ist insbesondere dazu geeignet auf dem Regel- und Steuergerät durchgeführt zu werden.
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Bei dem Parameter, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt, kann es sich um ein elektrisches Signal (proportional) der Drehzahl handeln, das häufig von einem Regel- und Steuergerät des Heizgerätes ohnehin erfasst wird.
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Dabei wird innerhalb des Messbereichs des Sensors das Signal des Sensors zur Einstellung der Leistung des Heizgerätes genutzt und außerhalb des Messbereichs des Sensors der Parameter, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses, ermöglicht, genutzt. Dabei wird in mindestens einem Endbereich des Messbereichs des Sensors, also einem Bereich, der den oberen oder unteren Grenzwert einschließt, eine Übergangsfunktion ermittelt, die einen sprungfreien Übergang vom Signal des Sensors zu einem anhand des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl D des Gebläses ermöglicht, ermittelten Massestrom Verbrennungsluft angibt.
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Im Rahmen der Modulation des Heizgerätes wird einer vorgegebenen (angeforderten) Leistung des Heizgerätes ein entsprechender Massestrom Verbrennungsluft zugeordnet. Wie bereits erwähnt kann der Sensor einen Massestrom Verbrennungsluft unabhängig von Umgebungseinflüssen messen. Somit wird auch eine sich ändernde Dichte der Verbrennungsluft aufgrund von Temperaturänderungen erfasst. Dem Parameter, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses ermöglicht, kann eine sich ändernde Dichte der Verbrennungsluft nicht ohne weiteres entnommen werden. Dies resultiert in möglichen Sprüngen des ermittelten Massestromes Verbrennungsluft beim Übergang der Nutzung des Sensors zur Nutzung des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses, ermöglicht.
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Die Übergangsfunktion ermöglicht somit einen sprungfreien Übergang des ermittelten Massestromes Verbrennungsluft beim Wechsel der Ermittlung desselben vom Signal des Sensors zu dem Parameter, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt. Dabei kann der vom Sensor direkt ermittelte Massestrom Verbrennungsluft als auch der anhand des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses ermöglicht, ermittelte bzw. prognostizierte Massestrom Verbrennungsluft als Funktion in Abhängigkeit der Modulation (der Leistung) des Heizgerätes verstanden werden. Dabei verbindet die Übergansfunktion mindestens einen ersten Punkt des Verlaufs des mittels des Sensors gemessenen Massestromes Verbrennungsluft innerhalb des Messbereiches und mindestens einen zweiten Punkt des Verlaufs des Massestromes Verbrennungsluft, der anhand des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses ermöglicht, prognostiziert wurde. Der mindestens eine erste Punkt kann dabei innerhalb des Massenstrom-Messbereiches des Sensors liegen und der zweite Punkt außerhalb des Massenstrom-Messbereiches. Häufig wird der erste Punkt unterhalb eines oberen Grenzwertes des Messbereiches des Sensors liegen und der zweiten Punkt oberhalb des Grenzwertes außerhalb des Messbereichs des Sensors. Die ersten und zweiten Punkte, die zur Ermittlung der Übergangsfunktion genutzt werden, können insbesondere innerhalb eines Übergangsbereiches liegen. Der Übergangsbereich kann als der Bereich verstanden werden, in dem die Übergangsfunktion zur Einstellung der Leistung des Heizgerätes genutzt wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Anstieg der Leistung eine Korrekturfunktion ermittelt werden, die den Verlauf des Massestromes Verbrennungsluft, der mittels des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses ermöglicht, ermittelt wurde dahingehend korrigiert, dass ein sprungfreier Übergang des Massestromes Verbrennungsluft beim Übergang von dessen Ermittlung vom Signal des Sensors zum Parameter, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses ermöglicht, gegeben ist. Hierzu können beispielsweise in einer sehr einfachen Ausgestaltung zwei Punkte des Verlaufs des Signals des Sensors genutzt werden, um den Verlauf des Sensorsignals über den Messbereich des Sensors hinaus zu extrapolieren. Der extrapolierte Verlauf sollte dabei mit dem anhand des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt, ermittelten Massestrom Verbrennungsluft abgeglichen werden.
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Nach einem längeren Betrieb des Heizgerätes in einem oberen Leistungsbereich, in dem der Massestrom Verbrennungsluft mittels des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt, ermittelt wird, kann sich allein aufgrund der Erwärmung des Heizgerätes, die eine Vorerwärmung der zugeführten Verbrennungsluft bewirkt, die Dichte der zugeführten Verbrennungsluft ändern/ mindern. Beispielsweise kann ein derartiger längerer Betrieb in einem hohen Leistungsbereich bei einer Speicherbeladung auftreten. Bei einem anschließenden Absenken der Leistung des Heizgerätes und einem damit verbundenen Übergang der Ermittlung des Massestromes Verbrennungsluft vom Parameter, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt, zum Signal des Sensors kann somit ein Sprung auftreten, beispielsweise bedingt durch die Erwärmung des Heizgerätes während des Betriebs mit hoher Leistung. Ein Auftreten des Sprunges kann dazu führen, dass die Regelung des Heizgerätes am Übergangspunkt zwei abweichende Werte für den Massestrom Verbrennungsluft einbezieht, wodurch ein Überschwingen der Regelung auftreten kann. Dem kann durch Ermittlung einer Übergangsfunktion des Massestromes Verbrennungsluft für den Übergangsbereich begegnet werden.
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Die Größe des Übergangsbereiches kann dabei derart gewählt werden, dass eine einwandfreie Modulation des Heizgerätes über den Übergangsbereich sichergestellt ist. Insofern bedeutet die Formulierung "sprungfreier Übergang" einen sicheren Betrieb des Heizgeräts beim Übergang. Dabei kann der maximale Anstieg der Übergangsfunktion unterhalb eines Grenzwertes der Leistungsänderungsgeschwindigkeit des Heizgerätes liegen, wodurch ein sicherer Betrieb gewährleistet werden kann.
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Dabei sollte der obere Grenzwert des Messbereichs des Sensors innerhalb des Übergangsbereichs liegen. Insbesondere kann ein, für die Ermittlung der Übergangsfunktion, ausreichender Teil des Messbereichs im Übergangsbereich liegen, um sicherzustellen, dass für die Ermittlung der Übergangsfunktion mindestens ein Punkt des Verlaufs des Signals des Sensors zur Verfügung steht.
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Beispielhaft kann der Übergangsbereich einen Bereich 5 Prozent der Modulation oberhalb und unterhalb des oberen Grenzwertes des Messbereichs bezeichnen. Dieser Bereich kann sicherstellen, dass immer eine Ermittlung einer Übergangsfunktion mit einem Anstieg unterhalb des Grenzwertes der Leistungsänderungsgeschwindigkeit des Heizgerätes möglich ist. Dies wird begünstigt, da in der Regel die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft bei einem längeren Betrieb in einem höheren Leistungsbereich ansteigt und damit die Dichte der Verbrennungsluft abnimmt. Insofern verschiebt sich der Modulationspunkt, der dem oberen Grenzwert des Messbereichs des Sensors zuzuordnen ist nach unten. Mit anderen Worten bewirkt die Erwärmung der Verbrennungsluft beim Betrieb des Heizgerätes in einem hohen Leistungsbereich, dass bei gleicher Drehzahl des Gebläses ein geringerer Massestrom Verbrennungsluft gefördert wird und ein Massestrom Verbrennungsluft, der mittels des Parameters, der einen Rückschluss auf die Drehzahl des Gebläses zulässt, ermittelt wurde, somit sinkt. Dies bedeutet, dass der Übergabepunkt in den Messbereich des Sensors verschoben wird.
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Die Übergangsfunktion kann dabei insbesondere eine lineare Funktion sein.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet Verbrennungsluft mittels eines Gebläses anzusaugen, diesem Brenngas zuzusetzen und zu verbrennen. Das Heizgerät umfasst ein Sensor, der es ermöglicht den zugeführten Massestrom Verbrennungsluft zu messen, sowie ein Regel- und Steuergerät. Zudem umfasst das Heizgerät Mittel, die es ertüchtigen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bewirken, dass ein hier vorgeschlagenes Heizgerät ein hier vorgeschlagenes Verfahren ausführt. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen.
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Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch zur Durchführung des Verfahrens notwendige Daten hinterlegt sein oder werden, beispielsweise eine Übergansfunktion.
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Um die Belastungsregelung über den Messbereich eines Massenstrom- oder Differenzdrucksensors hinaus zu erweitern, wird gemäß der vorliegenden Lösung ein weiteres Signal verwendet. In diesem Fall wird die bisher übliche Regelung der Belastung mittels Gebläsedrehzahl als weiteres Signal genutzt. Die (Belastungs-)Regelung mittels Luftmassenstromsensor ist unabhängig von der Luftdichte, d.h. Umgebungsdruck, -temperatur und Erwärmungseffekten (die sich auf die Luftdichte auswirken). Die (Belastungs-)Regelung Gebläsedrehzahl ist abhängig von der Luftdichte, d.h. Umgebungsdruck, -temperatur und Erwärmungseffekten (die sich auf die Luftdichte auswirken). Mischt man nun diese beiden Arten der Belastungsregelung, so ergibt sich hier ein Problem mit der tatsächlichen Belastung bei sich ändernden Umgebungsbedingungen. Dies äußert sich dann in Belastungssprüngen beim Übergang von Massenstromregelung auf Drehzahlregelung. Befindet sich die Belastungsregelung im Bereich der Drehzahlregelung und die Luftdichte ändert sich während dieser Betriebszeit, kommt es zu Unstetigkeiten in der prognostizierten Luftmasse und damit zu der erwartetet Belastung. Um die beschriebenen Unstetigkeiten zu vermeiden, wurde ein Übergangsbereich eingefügt, der dazu dient, Sprünge in dem prognostizierten und realen Luftmassenstrom zu vermeiden.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Regel- und Steuergerät, dem Computerprogramm und/ oder dem Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
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Hier werden somit ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät und das Heizgerät zumindest dazu bei, eine robuste und präzise Verbrennungsregelung im gesamten Modulationsbereich zu ermöglichen.
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Besonders vorteilhaft erfordert die Durchführung eines hier angegebenen Verfahrens keine baulichen Änderungen an einem Heizgerät, sondern es kann vielmehr durch eine Implementation einer Software zum Einsatz gebracht werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- Fig. 1: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
- Fig. 2 und 3: Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
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Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1 mit einer Durchströmungsrichtung 16. Dieses kann eine Luftzufuhr 4 für Verbrennungsluft aufweisen, in der ein Gebläse 2 zur Förderung eines Massestromes Ṁ Verbrennungsluft angeordnet ist. Ein Gasventil 5 kann dem von dem Gebläse 2 geförderten Massestrom Ṁ Verbrennungsluft einen Massestrom Brenngas aus einer Gaszuführung 8 zusetzen. Das Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 12 einem Brenner 3 zugeführt und verbrannt werden. Am Brenner 3 kann ein Wärmetauscher 13 angeordnet sein, der bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen Heizkreislauf 14 mit einem Vorlauf 6 und einem Rücklauf 9 übertragen kann.
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In der Luftzufuhr 4 kann ein Sensor 17 angeordnet sein, dessen Signal einen direkten Rückschluss auf den zugeführten Massestrom Ṁ Verbrennungsluft zulässt. Bei dem Sensor 17 kann es sich insbesondere um einen Massestromsensor handeln.
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Zudem kann am Brenner 3 eine Flammenüberwachung 15 angeordnet sein. Diese kann einen Flammensensor umfassen, beispielsweise einen UV-Sensor oder einen Temperatursensor.
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Dem Brenner 3 nachgeordnet kann ein Abgasrohr 10 entstehende Verbrennungsprodukte einer Abgasanlage 11 zuführen. Ein Regel- und Steuergerät 7 des Heizgerätes 1 kann zumindest mit dem Gasventil 5, dem Sensor 17, der Flammenüberwachung 15 und dem Gebläse 2 elektrisch verbunden sein.
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Fig. 2 zeigt Parameterverläufe, die sich bei der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens auf einem hier vorgeschlagenen Heizgerät 1 einstellen können, in einem Diagramm, dass einen Massestrom Ṁ, angegeben in Gramm pro Sekunde über der Drehzahl D des Gebläses 2, angegeben in Umdrehungen pro Minute und der Modulation des Heizgerätes 1, angegeben in Prozent der Nennleistung des Heizgerätes 1.
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Ein Signal 24 des Sensors 17 kann eine weitestgehend lineare Funktion darstellen, dessen Verlauf bei einem Grenzwert 21, der einen oberen Grenzwert des Messbereichs des Sensors 17 angeben kann, enden kann. Insbesondere kann der Grenzwert 21, innerhalb des Messbereichs des Sensors 17 liegen, beispielsweise fünf Prozent der Modulation unterhalb des oberen Grenzwertes des Messbereichs des Sensors 17. Ein erster prognostizierter Verlauf 19 zeigt den Verlauf des Massestromes Ṁ der anhand der Drehzahl D des Gebläses 2 prognostiziert wurde, wobei bei dem ersten prognostizierten Verlauf 19 die zugeführte Verbrennungsluft eine erste Dichte hat. Ein zweiter prognostizierter Verlauf 20 zeigt den Verlauf des Massestromes Ṁ der anhand der Drehzahl D des Gebläses 2 prognostiziert wurde, wobei bei dem zweiten prognostizierten Verlauf 20 die zugeführte Verbrennungsluft eine zweite Dichte hat, die von der ersten Dichte abweicht. Erster prognostizierter Verlauf 19 und zweiter prognostizierter Verlauf 20 können dabei als Grenzen der Dichte der Verbrennungsluft angesehen werden, die bei einem regulären Betrieb des Heizgerätes 1 auftreten können.
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Ein dritter prognostizierter Verlauf 18 kann bei Modulationspunkten unterhalb des Grenzwertes 21 weitestgehend deckend mit dem Signal 24 des Sensors 17 verlaufen. Der dritte prognostizierte Verlauf kann 18 kann beispielsweise durch Extrapolation des Signals 24 ermittelt werden und einen sprungfreien Übergang über den Grenzwert 21 bei steigender Modulation ermöglichen. Insofern gibt gibt der dritte prognostizierte Verlauf 18 den, anhand der Drehzahl D prognostizierten Massestrom 2, bei einer dritten Dichte der Verbrennungsluft an, wobei die dritte Dichte weitestgehend der real vorliegenden, bzw. dem Signal 24 entsprechenden, Dichte entspricht. Erkennbar können beim Grenzwert 21 in Abhängigkeit der Dichte mehrere mögliche Werte für den Massestrom Ṁ vorliegen, in der Fig. 2 beispielhaft ein erster Wert Massestrom Ṁ 25 des ersten prognostizierten Verlaufs 19, ein zweiter Wert Massestrom Ṁ 26 des zweiten prognostizierten Verlaufs 20 oder auch ein gemessener Massestrom Ṁ 27. Dies kann zu Sprüngen in der Modulation des Heizgerätes 1 führen, die kritische Betriebszustände zur Folge haben können.
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Fig. 3 zeigt eine nähere Darstellung der in Fig. 2 dargestellte Parameterverläufe im Bereich des Grenzwertes 21. So kann zur Verbrennungsregelung des Heizgerätes 1 in einem ersten Übergangsbereich 28, der vom Grenzwert 21 bis zum Ende 22 des ersten Übergangsbereichs 28 besteht, einer erste Übergangsfunktion 30 nutzen. Das Ende 22 des ersten Übergangsbereiches 28 kann durch einen Schnittpunkt der ersten Übergangsfunktion 30 mit dem ersten prognostizierten Verlauf 19 gekennzeichnet sein. Sollte der zweite prognostizierte Verlauf 20 anhand der Drehzahl D des Heizgerätes 1 prognostiziert werden, kann zur Verbrennungsregelung des Heizgerätes 1 in einem zweiten Übergangsbereich 29, der vom Grenzwert 21 bis zum Ende 23 des zweiten Übergangsbereichs 29 besteht, eine zweite Übergangsfunktion 31 genutzt werden. Das Ende 23 des zweiten Übergangsbereiches 29 kann analog durch einen Schnittpunkt der zweiten Übergangsfunktion 31 mit dem zweiten prognostizierten Verlauf 20 gekennzeichnet sein.
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Die Nutzung der ersten oder zweiten Übergangsfunktion 30, 31 ermöglicht eine sprungfreie Modulation des Heizgerätes 1 im Bereich des Grenzwertes 21 und damit einen sicheren Betrieb des Heizgerätes 1 im gesamten Modulationsbereich.
Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizgerät
- 2
- Gebläse
- 3
- Brenner
- 4
- Luftzufuhr
- 5
- Gasventil
- 6
- Vorlauf
- 7
- Regel- und Steuergerät
- 8
- Gaszuführung
- 9
- Rücklauf
- 10
- Abgasrohr
- 11
- Abgasanlage
- 12
- Gemischkanal
- 13
- Wärmetauscher
- 14
- Heizkreislauf
- 15
- Flammenüberwachung
- 16
- Durchströmungsrichtung
- 17
- Sensor
- 18
- dritter prognostizierter Verlauf
- 19
- erster prognostizierter Verlauf
- 20
- zweiter prognostizierter Verlauf
- 21
- Grenzwert
- 22
- Ende erster Übergangsbereich
- 23
- Ende zweiter Übergangsbereich
- 24
- Signal Sensor
- 25
- erster Wert Massestrom
- 26
- zweiter Wert Massestrom
- 27
- gemessener Massestrom
- 28
- erster Übergangsbereich
- 29
- zweiter Übergangsbereich
- 30
- erste Übergangsfunktion
- 31
- zweite Übergangsfunktion