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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anpassung eines brennerbeheizten Heizgerä- tes gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solches Verfahren wurde z. B. durch die DE 198 47 448 A1 bekannt.
Dieses Verfahren basiert auf der definierten Abhängigkeit des Luftvolumenstromes von der Drehzahl des Gebläses. Diese definierte Abhängigkeit gilt jedoch nur für eine konstante Lufttempe- ratur. Aus diesem Grund muss bei dem bekannten Verfahren der Brenner vor jeder automatischen Rohrlängenanpassung für eine bestimmte Mindestzeit ausser Betrieb gewesen sein, um reprodu- zierbare Lufttemperaturen während der Rohrlängenanpassung sicherzustellen. Diese Forderung ist für ein Druckmesssystem an der Abgasseite von besonderer Bedeutung.
In der Praxis kommen jedoch immer wieder Betriebssituationen vor, die eine solche Mindest- Stillstandszeit des Brenners nicht zulassen, wie beispielsweise bei einer Wiedereinschaltung nach einer Störabschaltung oder einer Schornsteinfeger-Messung nach einer Netzab- bzw. - zuschaltung. In einem solchen warmen Betriebszustand ist das bekannte Verfahren nicht einsetz- bar.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs er- wähnten Art anzugeben, das auch in einem warmen Betriebszustand des Heizgerätes eingesetzt werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Verfahrensschritte kann eine Rohrlängenanpassung auch im war- men Zustand des Heizgerätes durchgeführt werden, da sich durch den Betrieb des Gebläses mit einer bestimmten Vorspüldrehzahl vor der eigentlichen Ermittlung der Drehzahl, bei der der für die Freigabe der Gaszufuhr vorgesehene Druckwert erreicht wird, die Restwärme nach einer Abschal- tung des Brenners vom Primär-Wärmetauscher weg und am Druckmesssystem vorbei abgeführt wird. Dabei gleicht sich die Temperatur des Luftvolumenstromes am Druckmesssystem, der im Gerät gemessenen Vorlauf- oder Rücklauftemperatur des Primär-Wärmetauschers an. Dadurch kann von der gemessenen Vorlauf- oder Rücklauftemperatur auf die Temperatur des Luftvolumen- stromes geschlossen werden.
Mit Hilfe der errechneten Temperatur-Korrekturfunktion lässt sich die im warmen Gerätezustand ermittelte Drehzahl auf einen definierten Wert korrigieren.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen kann die Rohrlängenanpassung praktisch unmittelbar nach der Abschaltung des Brenners vorgenommen werden, wobei die Zeit, während der das Gebläse mit bestimmter Vorspüldrehzahl arbeitet, relativ kurz, z. B. 1 min, gehalten werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 schematisch eine gebläseunterstützte Heizeinrichtung,
Fig. 2a bis 2c schematisch verschiedene Ausführungsformen eines Luft-Abgassystems für eine Heizeinrichtung nach der Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm und
Fig. 4 eine Steuerelektronik.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.
Die Heizeinrichtung 23 nach der Fig. 1 weist einen Brenner 16 auf, der in einer Kammer 25 an- geordnet ist, die über eine Frischluftzufuhr 20, die koaxial eine Abgasführung 11umgibt, mit der Umgebung verbunden ist. Dieser Brenner 16 beaufschlagt einen Wärmetauscher 13, der über eine Rücklaufleitung 17 und eine Vorlaufleitung 15 mit einer Heizkörperanordnung verbunden ist.
Über dem Wärmetauscher 13 ist eine Abgassammelhaube 12 angeordnet, die mit der Abgas- führung 11verbunden ist.
Der Brenner 16 ist über eine Gasleitung 10 und eine Gasregeleinrichtung 18 mit einer Gasver- sorgung 19 verbindbar. Die Gasregeleinrichtung 18 ist mit einem Modulationsmagneten 9 verse- hen, der für den entsprechenden Antrieb sorgt.
Gesteuert ist dieser Modulationsmagnet 9 von einer Steuerelektronik 7, die über eine Steuerlei- tung 8 mit dem Modulationsmagnet 9 verbunden ist.
In der Abgasführung 11 ist ein Gebläse 3 angeordnet, dessen Drehzahl von einem Hallsensor 2 überwacht ist. Dieser Hallsensor 2 ist über eine Signalleitung 5 mit einem Drehzahlregler 22 verbunden.
Die Steuerelektronik 7 ist über eine Steuerleitung 6 mit dem Drehzahlregler 22 verbunden, der seinerseits über Spannungsversorgungsleitungen 21 mit dem Gebläse 3 verbunden ist.
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In der Abgasführung 11 ist eine Druckmessstelle 14 angeordnet, die mit einem Druckschalter 1 verbunden ist, der bei Erreichen eines bestimmten Druckes schaltet. Dabei wird über die Druck- messstelle 14, die durch ein Pitotrohr gebildet sein kann, der Druck in der Abgasführung 11 erfasst.
Über eine Signalleitung 4 ist der Druckschalter 1 mit der Steuerelektronik 7 verbunden.
Die in Fig. 3 dargestellte Standardkennlinie 30 - Drehzahl als Funktion der Brennerleistung Q - wird aus der Luftzahlanforderung des Gerätes hinsichtlich Kondensationsverhalten, Schadstofffrei- heit und Flammenstabilität unter Standardbedingungen im Laborversuch ermittelt und als Tabelle 41 in der Steuerelektronik 7 abgelegt (Fig. 4). In der Fig. 3 ist ein typischer Kennlinienverlauf dar- gestellt. Diese Standardkennlinie 30 stellt dabei den Verlauf dar, bei dem sich optimale Emissions- werte unter Standardinstallationsbedingungen ergeben. Zu ihrer Ermittlung wird der Brenner 16 in Betrieb genommen und die Belastung über den gesamten Modulationsbereich variiert.
In jedem Betriebspunkt wird dann die Drehzahl ermittelt, in dem die CO- und NOx-Emissionen die geforder- ten Werte erreichen, die Überzündung noch gewährleistet ist und zum anderen im Abgasrohr noch kein Kondensat anfällt.
Weichen die Installationsbedingungen hinsichtlich Abgasführung von den Standardinstallati- onsbedingungen ab, so werden durch die veränderten Widerstände andere Drehzahlen notwendig, um gleiche Luftzahlverhältnisse zu erhalten. Ein Mass für diese Abweichung ist die Drehzahl, bei der der Druckdosenschaltpunkt erreicht wird. Damit errechnet sich die Betriebskennlinie aus der Standardkennlinie durch Multiplikation mit dem Verhältnis "Drehzahl im Druckdosenschaltpunkt" zur "Drehzahl im Druckdosenschaltpunkt unter Standardbedingungen". Letztere wird wie die Stan- dardkennlinie unter Standardbedingungen ermittelt und im Speicher 40 der Steuerelektronik 7 abgelegt.
Typische Kennlinien zeigt die Fig. 3, wobei die Standardkennlinie 30 mit der Installation gemäss Fig. 2a korreliert, die Betriebskennlinie 31 mit Fig. 2b und die Betriebskennlinie 32 mit Fig. 2c.
Wie aus den Fig. 2a bis 2c zu ersehen ist, kann eine Heizeinrichtung 23 mit unterschiedlich gestalteten Luft-Abgassystemen 24 versehen sein, die durch eine Frischluftzufuhr 20 und eine von dieser umschlossenen Abgasführung 11, sowie einem Gebläse 3 gebildet sind. So kann das Luft- Abgassystem 24 abgewinkelt (Fig. 2a, 2b) oder geradlinig verlaufen (Fig. 2c). Ausserdem kann die Länge des Luft-Abgassystems 24 erheblich variieren (Fig. 2a, 2b), wodurch sich erhebliche Unter- schiede im Hinblick auf den Strömungswiderstand des Luft-Abgassystems 24 ergeben.
Zur Anpassung der Heizeinrichtung 23 an deren Luft-Abgassystem 24 wird bei der ersten Inbe- triebnahme des Gerätes und in der Folge die Drehzahl des Gebläses 3 ausgehend von einer Startdrehzahl, bei der auch bei kürzester Länge und daher geringstem Widerstand des Luft- Abgassystems 24 der Schaltpunkt des Druckschalters nicht erreicht wird, langsam erhöht, bis der Druckschalter 1 schaltet. Um Temperatureinflüsse weitgehend auszuschliessen und Komforteinbu- #en zu vermeiden werden neue Messungen nur im Heizbetrieb nach einer definierten Mindestaus- zeit des Brenners durchgeführt.
Aus der Drehzahl im Schaltpunkt des Druckschalters 1 wird ein Korrekturfaktor ermittelt, mit dem aus den in der Steuerelektronik 7 abgespeicherten Standardkennlinien 30 Betriebskennlinien ermittelt werden. Die Steuerung des Modulationsmagneten 9 und damit die Gaszufuhr zum Bren- ner 16 und die Drehzahl des Gebläses 3 wird nach diesen Betriebskennlinien von der Steuerelekt- ronik 7 gesteuert.
Auf diese Weise ist ein optimaler Betrieb der Heizeinrichtung 23 unter den jeweiligen, durch das Luft-Abgassystem 24 bestimmten Bedingungen möglich.
Der Aufbau der Steuerung 7 ist aus der Fig. 4 zu ersehen. So ist in dieser Steuerung 7 eine erste Tabelle i=f (Q) vorgesehen,in die die Abhängigkeit der Leistung des Brenners 13 in kW vom Stromfluss durch den Modulationsmagneten 9 dargestellt ist. Das heisst, jedem Stromwert in Ampe- re durch den Modulationsmagneten 9 ist eine bestimmte Brennerleistung in kW zugeordnet. Wei- terhin existiert eine zweite Tabelle n=f(Q) 41, in der die Zuordnung der Gebläsedrehzahlen in 1/min als Funktion derselben Brennerleistung zugeordnet ist. Das bedeutet, dass eine bestimmte Dreh- zahl des Gebläses 3 vorhanden sein muss, um eine bestimmte Brennerleistung zu garantieren.
Wird diese Drehzahl bei einer bestimmten Brennerleistung unterschritten, ist die Verbrennung unvollständig, wird sie überschritten, sinkt der Wirkungsgrad.
Eine dritte Tabelle 42 mit der Funktion Q=f (T) weiters vorgesehen und in ihr ist die Zuord- nung abgelegt, die sich für die Brennerleistung ergibt, wenn nach Massgabe der Regelabweichung
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angefahren werden soll.
Die Regelabweichung ist definiert zur Abweichung der Ist-Vorlauftemperatur, gemessen durch den Temperaturfühler 34 zum eingestellten Sollwert, der der Steuerung 7 über den Einsteller 43 vorgegeben wird. Dieser Einsteller 43 kann ein Aussentemperaturfühler sein, der über eine Leitung 44 mit einem Mikroprozessor P der Steuerung 7 verbunden ist, oder ein Festwert. Der Mikropro- zessor uP hat über Datenleitungen 45.46 und 47 Zugriff zu allen Tabellen. Ferner ist der Mikropro- zessor P mit allen Ist-Werten und dem Soll-Wertgeber über Signalleitungen 33 verbunden.
Weiters weist die Steuerung 7 eine Flammenüberwachungs- und Zündeinrichtung 28 auf, die über Leitungen 27 und 29 mit einem nicht dargestellten Sensor und einer ebenfalls nicht dargestell- ten Elektrode verbunden ist.
Aus dem Diagramm der Fig. 3 geht die Abhängigkeit der Luftzahl (proportional zur Drehzahl n), das ist die Abweichung des Ist-Luftdurchsatzes vom Soll-Luftdurchsatz für die Stöchiometrie der Verbrennung in Relation zur Brennerleistung Q hervor. Es ergeben sich hier drei Kurven 30.31, 32, die angenähert Gerade bilden. Bei der Erstinbetriebnahme des Gerätes mit einer unbekannten langen Luft-/Abgasführung 24 beziehungsweise einem unbekannten pneumatischen Widerstand dieser Leistung geschieht nun folgendes :
Die Steuerung 7 gibt zunächst einen Startbefehl zum Anlaufen des Ventilators des Gebläses 3.
Hierzu wird über die Leitung 6 der Drehzahlregler 22 aktiviert, der über die Leitung 21 den nicht dargestellten Motor des Gebläses 3 mit Strom versorgt. Das Gebläse 3 läuft an und die Drehzahl wird über den Hallsensor 2 erfasst und der Regler über die Leitung 5 als Ist-Wert rückgemeldet. Bei weiter fortlaufender Drehzahlerhöhung wird bei einem bestimmten Luftdurchsatz in der Abgasfüh- rung 11der Staudruck erreicht, so dass die Druckdose 1 durchschaltet. Dies wird über die Leitung 4 der Steuerung 7 rückgemeldet. Gleichzeitig wird der zugehörige Drehzahlwert über den Hallsensor 2 in die Leitung 5 dem Regler 22 mitgeteilt. Aus der Fig. 3 geht die Zuordnung der Gebläsedreh- zahl und den durch sie erzeugten Luftdurchsatz bei einem bekannten Strömungswiderstand im Luft-/Abgasweg hervor.
Dieser Luftdurchsatz ist über die Tabelle 41 der Brennerleistung zugeord- net. Das Diagramm gemäss Fig. 3 setzt allerdings einen bestimmten pneumatischen Widerstand im Luft-/Abgasweg des Heizgerätes voraus. Dieser kann beliebig gewählt werden. Für diesen Wider- stand ergibt sich zunächst die mittlere Kurve 30. Aus dieser Kurve 30 kann man ablesen, wie hoch der Luftdurchsatz bei einer bestimmten Drehzahl des Gebläses 3 bei dem festgelegten gewählten pneumatischen Widerstand ist.
Die Randkennlinien 31 und 32 legen die höchste beziehungsweise niedrigste Drehzahl fest, so dass innerhalb des Feldes zwischen diesen Grenzkennlinien ein sicherer Brennerbetrieb möglich ist. Ein zu hoher Luftüberschuss würde zu einem Abheben der Flammen und damit zu einer unvoll- kommenen Verbrennung führen und ein zu kleiner Luftdurchsatz gleichermassen zu einer unvoll- ständigen Verbrennung mit Kohlenmonoxid-Anteilen.
Zur Anpassung der Heizeinrichtung 23 an deren Luft-Abgassystem 24 wird bei der ersten Inbe- triebnahme des Gerätes und in der Folge die Drehzahl des Gebläses 3, ausgehend von einer Startdrehzahl, bei der auch bei kürzester Länge und daher geringstem Widerstand des Luft- Abgassystems 24 der Schaltpunkt des Druckschalters 1 nicht erreicht wird, langsam erhöht, bis der Druckschalter 1 schaltet. Um Temperatureinflüsse weitgehend auszuschliessen, wurden neue Messungen bisher im Heizbetrieb nur nach einer definierten Mindestauszeit des Brenners durchge- führt. Dabei kommt es jedoch zu einem gewissen Komfortverlust aufgrund der relativ langen Still- standszeit des Brenners 13.
Aus der Drehzahl im Schaltpunkt des Druckschalters 1 wird ein Korrekturfaktor ermittelt, mit dem aus den in der Steuerung 7 abgespeicherten Standardkennlinien Betriebskennlinien errechnet werden.
Die Steuerung des Modulationsmagneten 9 und damit die Gaszufuhr zum Brenner 16 und die Drehzahl des Gebläses 3 wird nach diesen Betriebskennlinien von der Steuerung 7 gesteuert.
Nach der Erfindung werden während des Heizbetriebes Messungen zur Anpassung der Heiz- einrichtung in der Weise durchgeführt, dass nach der Abschaltung des Brenners 16 das Gebläse 3 für eine bestimmte Mindestzeit, die z. B. eine Minute betragen kann, mit seiner maximalen Drehzahl bzw. Leistung betrieben wird, wodurch sich die Temperatur des Luftvolumenstromes am Druck- messsystem, der im Gerät gemessenen Vorlauftemperatur des Primär-Wärmetauschers angleicht, so dass abhängig von der gemessenen Vorlauf- und bzw. oder Rücklauftemperatur des Primär-
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Wärmetauschers auf die Temperatur des Luftvolumenstromes geschlossen werden kann. Danach wird die Drehzahl des Gebläses 3 auf die Startdrehzahl abgesenkt und anschliessend langsam bis zur Erreichung des vorgesehenen Druckwertes gesteigert.
Dabei wird aus dem Ergebnis einer Messung der Vorauf- und bzw. oder Rücklauftemperatur des Primär-Wärmetauschers 13 eine Temperatur-Korrekturfunktion errechnet, mit der aus der ermittelten Drehzahl eine korrigierte Drehzahl errechnet wird, die zur Ermittlung der Betriebskennlinien eingesetzt wird.