Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anpassung eines brennerbeheizten Heizgerätes gemäss dem Oberbegriff des Anspruches.
Bei brennerbeheizten Heizgeräten mit gebläseunterstützter Abgasführung hat die Länge des angeschlossenen Luft-Abgassystems einen erheblichen Einfluss auf die Blockluftzahl und damit auf das Kondensations- und Zündverhalten des Heizgerätes. Daher muss das Heizgerät bei der Installation an das Luft-Abgassystem angepasst werden. Bisher erfolgte die Anpassung durch das Einsetzen von Blenden in das Luft-Abgassystem, oder es wurde ein Schieber in diesem System entsprechend eingestellt.
Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass dadurch zwar die für einen sicheren Betrieb nötigen Kriterien erfüllt werden können, durch die Blenden selbst aber der Betrieb selbst nicht optimal geführt werden kann, da eben zusätzliche Widerstände in das Abgas-Luftsystem eingebaut werden. Ausserdem stellt der Einstellvorgang einen Installationsaufwand dar, der erhebliche Fehlermöglichkeiten birgt.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem auf den Einbau von zusätzlichen Widerständen im Luft-Abgassystem verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Verfahrensschritte ist eine Anpassung der Betriebskennlinien an die jeweiligen Widerstandsverhältnisse des Luft-Abgassystems des Heizgerätes möglich. Dadurch ist ein optimaler Betrieb einer jeden Heizeinrichtung unabhängig von der Ausbildung des Luft-Abgassystems möglich. Dabei ist auch sichergestellt, dass die Gaszufuhr zum Brenner des Heizgerätes erst möglich wird, wenn der vorgesehene Durchzug durch die Heizeinrichtung auf Grund des Gebläses sichergestellt ist.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 schematisch eine gebläseunterstützte Heizeinrichtung und
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 angeordnet ist, die über eine Frischluftzufuhr 20, die koaxial eine Abgasführung 11 umgibt, die mit der Umgebung verbunden ist. Dieser Brenner 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 Abgasführung 11 verbunden ist.
Der Brenner 16 ist über eine Gasleitung 10 und eine Gasregeleinrichtung 18 mit einer Gasversorgung 19 verbindbar. Die Gasregeleinrichtung 18 ist mit einem Modulationsmagneten 9 versehen, der für den entsprechenden Antrieb sorgt.
Gesteuert ist dieser Modulationsmagnet 9 von einer Steuerelektronik 7, die über eine Steuerleitung 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.
In der Frischluftzufuhr 20 ist eine Druckmessstelle 14 angeordnet, die mit einem Druckschalter 1 verbunden ist, der bei Erreichen eines bestimmten Druckes schaltet. Dabei wird über die Druckmessstelle 14, die durch ein Pitotrohr gebildet sein kann, der Staudruck in der Frischluftzufuhr 20 erfasst. Über eine Signalleitung 4 ist der Druckschalter 1 mit der Steuerelektronik 7 verbunden.
Die Standardkennlinie 30 - Drehzahl als Funktion der Brennerleistung Q wird aus den Luftzahlanforderungen des Gerätes hinsichtlich Kondensationsverhalten, Schadstofffreiheit und Flammstabilität unter Standardbedingungen im Laborversuch ermittelt und als Tabelle 41 in der Steuerelektronik 7 abgelegt. In Fig. 3 ist ein typischer Kennlinienverlauf dargestellt. Diese Standardkennlinie 30 stellt dabei den Verlauf dar, bei dem sich optimale Emissionswerte unter Standardinstallationsbedingungen ergeben. Zu ihrer Ermittlung wird der Brenner 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 geforderten Werte erreichen, die Überzündung noch gewährleistet ist und zum anderen im Abgasrohr noch kein Kondensat anfällt.
Weichen die Installationsbedingungen hinsichtlich Abgasführung von den Standardbedingungen 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 Standardkennlinie 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 die Heizeinrichtung 23 mit unterschiedlich gestalteten Luft-Abgassystemen 24 versehen sein, die durch die Frischluftzufuhr 20 und ein von dieser umschlossenen Abgasführung 11, sowie dem 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 Unterschiede im Hinblick auf den Strömungswiderstand des Luft-Abgassystems 24 ergeben.
Der Aufbau der Elektronik 7 geht im Einzelnen aus der Fig. 4 hervor. So ist in dieser Steuerelektronik eine erste Tabelle i = f (Q) vorgesehen, in die die Abhängigkeit der Leistung des Brenners in kW in Abhängigkeit vom Stromfluss durch den Modulationsmagneten 9 darstellt. Das heisst, jedem Stromwert in Ampere durch den Modulationsmagneten 9 ist eine bestimmte Brennerleistung in kW zugeordnet. Weiterhin 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 Drehzahl des Gebläses 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) ist weiterhin vorgesehen und in ihr ist die Zuordnung abgelegt, die sich für die Brennerleistung ergibt, wenn sie nach Massgabe der Regelabweichung angefahren werden soll.
Die Regelabweichung ist definiert zur Abweichung der Ist-Vorlauftemperatur, gemessen durch den Temperaturfühler 34 zum eingestellten Soll-Wert, der der Auswerteelektronik 7 über den Einsteller 43 vorgegeben wird. Dieser Einsteller kann ein Aussentemperaturfühler sein oder ein Festwert. Die Steuerelektronik 7 enthält weiterhin einen Mikroprozessor, der über Datenleitungen 45, 46 und 47 Zugriff zu allen Tabellen hat. Ferner ist der Mikroprozessor mit allen Ist-Werten mit dem Soll-Wert-Geber verbunden.
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 und 32, die etwa Geraden bilden. Bei der Erstinbetriebnahme des Gerätes mit einer unbekannt langen Luft-/Abgasführung 24 beziehungsweise einem unbekannten pneumatischen Widerstand dieser Leitung geschieht nun Folgendes: Die Steuerelektronik 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 eine 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 Zuluftleitung 20 der Staudruck erreicht, sodass die Druckdose 1 durchschaltet. Dies wird über die Leitung 4 der Steuerelektronik 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 Gebläsedrehzahl und den durch sie erzeugten Luftdurchsatz bei einem bekannten Strömungswiderstand im Luft-/Abgasweg hervor. Dieser Luftdurchsatz ist über die Tabelle 41 dann der Brennerleistung zugeordnet. Das Diagramm gemäss Fig. 3 setzt allerdings einen bestimmten pneumatischen Widerstand im Luft-/Abgasweg des Heizgerätes voraus.
Dieser kann beliebig gewählt werden. Für diesen Widerstand ergibt sich zunächst die mittlere Kurve 30. Aus dieser Kurve 30 kann man ablesen, wie hoch der Luftdurchsatz bei einer bestimmten Drehzahl des Gebläses bei dem festgelegten gewählten pneumatischen Widerstand ist.
Die Randkennlinien 31 und 32 legen die höchste beziehungsweise niedrigste Drehzahl fest, sodass 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 unvollständigen Verbrennung führen und ein zu kleiner Luftdurchsatz gleichermassen zu einer unvollständigen Verbrennung mit Kohlenmonoxyd-Anteilen.
Zur Anpassung der Heizeinrichtung 23 an deren Luft-Abgassystem 24 wird bei der ersten Inbetriebnahme 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 weit gehend auszuschliessen und Komforteinbussen zu vermeiden, werden neue Messungen nur im Heizbetrieb nach einer definierten Mindestauszeit 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 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 Steuerelektronik gesteuert.
Auf diese Weise ist ein optimaler Betrieb der Heizeinrichtung 23 unter den jeweiligen, durch das Luft-Abgassystem 24 bestimmten Bedingungen möglich.
The invention relates to a method for adapting a burner-heated heater according to the preamble of the claim.
In the case of burner-heated heaters with fan-assisted exhaust gas routing, the length of the connected air exhaust system has a significant influence on the block air ratio and thus on the condensation and ignition behavior of the heater. Therefore, the heater must be adapted to the air exhaust system during installation. Previously, the adjustment was made by inserting panels in the air exhaust system, or a slide was set accordingly in this system.
However, this has the disadvantage that the criteria necessary for safe operation can be met, but the operation itself cannot be optimally managed through the panels, since additional resistances are built into the exhaust gas air system. In addition, the setting process represents an installation effort that harbors considerable potential for errors.
The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a method of the type mentioned in the introduction in which the installation of additional resistors in the air exhaust system can be dispensed with.
According to the invention, this is achieved in a method of the type mentioned at the outset by the characterizing features of the claim.
The proposed method steps make it possible to adapt the operating characteristics to the respective resistance conditions of the air exhaust system of the heater. This enables optimal operation of each heating device regardless of the design of the air exhaust system. It is also ensured that the gas supply to the burner of the heater is only possible if the intended passage through the heating device is ensured due to the fan.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show
Fig. 1 shows schematically a fan-assisted heating device and
2a to 2c schematically different embodiments of an air exhaust system for a heating device according to FIG. 1.
Fig. 3 is a diagram and
Fig. 4 control electronics.
The same reference numerals mean the same details in all figures.
The heating device 23 according to FIG. 1 has a burner 16, which is arranged in a chamber 25, which via a fresh air supply 20, which coaxially surrounds an exhaust gas duct 11, which is connected to the environment. This burner acts on a heat exchanger 13, which is connected to a radiator arrangement via a return line 17 and a flow line 15.
An exhaust gas collection hood 12 is arranged above the heat exchanger 13 and is connected to the exhaust gas guide 11.
The burner 16 can be connected to a gas supply 19 via a gas line 10 and a gas control device 18. The gas control device 18 is provided with a modulation magnet 9, which ensures the corresponding drive.
This modulation magnet 9 is controlled by control electronics 7, which is connected to the modulation magnet 9 via a control line 8.
A fan 3 is arranged in the exhaust gas guide 11, the speed of which is monitored by a Hall sensor 2. This Hall sensor 2 is connected to a speed controller 22 via a signal line 5.
The control electronics 7 is connected via a control line 6 to the speed controller 22, which in turn is connected to the blower 3 via voltage supply lines 21.
In the fresh air supply 20 there is a pressure measuring point 14 which is connected to a pressure switch 1 which switches when a certain pressure is reached. The dynamic pressure in the fresh air supply 20 is detected via the pressure measuring point 14, which can be formed by a pitot tube. The pressure switch 1 is connected to the control electronics 7 via a signal line 4.
The standard characteristic curve 30 - speed as a function of the burner output Q is determined from the air ratio requirements of the device with regard to condensation behavior, freedom from pollutants and flame stability under standard conditions in laboratory tests and stored as table 41 in the control electronics 7. A typical characteristic curve is shown in FIG. 3. This standard characteristic curve 30 represents the course in which optimum emission values result under standard installation conditions. To determine this, the burner is put into operation and the load is varied over the entire modulation range. The speed is then determined at each operating point, at which the CO and NOx emissions reach the required values, over-ignition is still guaranteed and, on the other hand, no condensate is yet generated in the exhaust pipe.
If the installation conditions with regard to exhaust gas routing deviate from the standard conditions, the modified resistances make other speeds necessary in order to maintain the same air ratio. A measure of this deviation is the speed at which the pressure switch point is reached. The operating characteristic curve is thus calculated from the standard characteristic curve by multiplying by the ratio "speed at the pressure switch point" to "speed at the pressure switch point under standard conditions". The latter, like the standard characteristic curve, is determined under standard conditions and stored in the memory 40 of the control electronics 7.
FIG. 3 shows typical characteristic curves, the standard characteristic curve 30 correlating with the installation according to FIG. 2a, the operating characteristic curve 31 with FIG. 2b and the operating characteristic curve 32 with FIG. 2c.
As can be seen from FIGS. 2a to 2c, the heating device 23 can be provided with differently designed air exhaust gas systems 24, which are formed by the fresh air supply 20 and an exhaust gas duct 11 enclosed by this, as well as the blower 3. Thus, the air exhaust system 24 can be angled (Fig. 2a, 2b) or straight (Fig. 2c). In addition, the length of the air exhaust system 24 can vary considerably (FIGS. 2a, 2b), which results in considerable differences with regard to the flow resistance of the air exhaust system 24.
The structure of the electronics 7 is shown in detail in FIG. 4. Thus, a first table i = f (Q) is provided in this control electronics, in which the dependence of the output of the burner in kW as a function of the current flow through the modulation magnet 9 is shown. This means that a certain burner output in kW is assigned to each current value in amperes through the modulation magnet 9. There is also a second table n = f (Q) 41, in which the assignment of the fan speeds in 1 / min is assigned as a function of the same burner output. This means that a certain fan speed must be available to guarantee a certain burner output. If the speed falls below a certain burner output, the combustion is incomplete; if it is exceeded, the efficiency drops.
A third table 42 with the function Q = f (T) is also provided and in it the assignment is stored which results for the burner output if it is to be started up according to the control deviation.
The control deviation is defined for the deviation of the actual flow temperature, measured by the temperature sensor 34 to the set target value, which is given to the evaluation electronics 7 via the adjuster 43. This adjuster can be an outside temperature sensor or a fixed value. The control electronics 7 also contains a microprocessor which has access to all tables via data lines 45, 46 and 47. Furthermore, the microprocessor is connected to the setpoint value transmitter with all actual values.
The diagram of FIG. 3 shows the dependence of the air ratio (proportional to the speed n), that is the deviation of the actual air throughput from the target air throughput for the stoichiometry of the combustion in relation to the burner output Q. There are three curves 30, 31 and 32, which form approximately straight lines. When the device is started up for the first time with an unknown long air / exhaust gas duct 24 or an unknown pneumatic resistance of this line, the following happens: The control electronics 7 first give a start command to start the fan of the fan 3. For this purpose, the speed controller 22 is activated via line 6 which supplies the motor of the blower 3, not shown, with current via the line 21.
The fan 3 starts up and a speed is detected via the Hall sensor 2 and the controller is reported back via line 5 as the actual value. If the speed continues to increase, the dynamic pressure is reached at a certain air throughput in the supply air line 20, so that the pressure cell 1 switches through. This is reported back via line 4 to the control electronics 7. At the same time, the associated speed value is communicated to controller 22 via Hall sensor 2 in line 5. 3 shows the assignment of the fan speed and the air throughput generated by it with a known flow resistance in the air / exhaust gas path. This air flow rate is then assigned to the burner output via table 41. However, the diagram according to FIG. 3 presupposes a certain pneumatic resistance in the air / exhaust gas path of the heater.
This can be chosen arbitrarily. The middle curve 30 results first for this resistance. From this curve 30 one can read how high the air throughput is at a certain speed of the fan with the chosen pneumatic resistance.
The boundary characteristics 31 and 32 determine the highest or lowest speed, so that safe burner operation is possible within the field between these boundary characteristics. Too much excess air would result in the flames rising and thus incomplete combustion, and too little air flow would also result in incomplete combustion with carbon monoxide components.
To adapt the heating device 23 to its air exhaust system 24, the speed of the blower 3, starting from a starting speed at which the air exhaust system 24 is of the shortest length and therefore has the lowest resistance, is the switching point when the device is started for the first time and subsequently pressure switch is not reached, slowly increase until pressure switch 1 switches. In order to largely rule out temperature influences and avoid sacrificing comfort, new measurements are only carried out in heating mode after a defined minimum burner downtime.
A correction factor is determined from the speed at the switching point of the pressure switch 1, with which operating characteristic curves are calculated from the standard characteristic curves stored in the control electronics 7.
The control of the modulation magnet 9 and thus the gas supply to the burner 16 and the speed of the fan 3 is controlled by the control electronics according to these operating characteristics.
In this way, optimal operation of the heating device 23 is possible under the respective conditions determined by the air exhaust system 24.