DE10111073C2

DE10111073C2 - Heizgerät und Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts

Info

Publication number: DE10111073C2
Application number: DE10111073A
Authority: DE
Inventors: Rolf Krentz; Uwe Lindemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: DE10111073A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Brennwert-Heizgerät, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Heizgeräts entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11.

Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 199 23 546.5 vom 21.05.1999 sind ein solches Heizgerät sowie ein zugehöriges Betriebsverfahren bekannt, bei dem das Heizgerät mit einem Brenner, einer Brennkammer und mit einer Wärmeübertragereinheit ausgestattet ist, in welcher Verbrennungsabgas zumindest in einem unteren Leistungsbereich des Heizgerätes unter den Taupunkt von Wasserdampf abkühlt, so daß in den Verbrennungsabgasen enthaltener Wasserdampf kondensiert. Heizgeräte, bei denen auch die Kondensationswärme des im Verbrennungsabgas enthaltenen Wasserdampf genutzt wird, werden auch als "Brennwert-Heizgeräte" bezeichnet und benötigen eine Kondensat-Ableitvorrichtung, um das anfallende Kondensat abzuführen. Damit durch diese Kondensat-Ableitvorrichtung keine Verbrennungsabgase in die Umgebung austreten können, ist in der Kondensat-Ableitvorrichtung ein Siphon angeordnet, der eine Sperrflüssigkeit enthält, die in der Regel durch das Kondensat gebildet ist.

Nach längeren Stillstandszeiten des Heizgeräts oder wenn das Heizgerät überwiegend bei hohen Temperaturen betrieben wird, bei denen die Abgastemperaturen im Heizgerät vorwiegend oberhalb des Taupunkts liegen, besteht die Gefahr, daß der Siphon austrocknet und so Abgase in die Umgebung, z. B. in den Aufstellungsraum, des Heizgeräts gelangen. Um dies zu verhindern, verfügt ein gattungsgemäßes Heizgerät über eine Steuerung, die bei Vorliegen vorbestimmter Randbedingungen ein Siphon-Füllprogramm aktiviert bzw. durchführt, bei dem das Heizgerät für eine vorbestimmte Zeitspanne in einem Betriebszustand betrieben wird, bei dem Kondensat anfällt. Die Randbedingungen, bei denen beim bekannten Heizgerät das Siphon-Füllprogramm durchgeführt wird, sind beispielsweise dann erfüllt, wenn ein Hauptschalter des Heizgeräts betätigt wird oder wenn innerhalb einer vorbestimmten Zeit, z. B. innerhalb von 48 Stunden, keine Wärmeanforderung erfolgte, obwohl das Heizgerät betriebsbereit war. Eine weitere Randbedingung kann im Umschalten zwischen einem Sommer- Betrieb und einem Winter-Betrieb gesehen werden.

Vorzugsweise wird das Siphon-Füllprogramm für wenigstens 10 Minuten oder mindestens 15 Minuten aktiviert. Es hat sich gezeigt, daß die genannten Randbedingungen nicht in jedem Fall ein Austrocknen des Siphons verhindern können und außerdem dazu führen können, daß das Heizgerät zur Erzeugung von Kondensat betrieben wird, obwohl noch hinreichend Kondensat im Siphon enthalten ist.

Aus der DE 41 34 230 C2 ist eine Heizeinrichtung mit einem Siphon versehenen Kon densatablauf und einen Entlüftungsventil, das mit einem Wärmetauscher verbunden ist, bekannt. An dem Entlüftungsventil ist eine in den Siphon des Kondensatablaufs münden de Leitung angeschlossen. Weiterhin ist innerhalb des Siphons ein Temperatursensor an geordnet, der die Temperatur des Rauchgases detektiert, sobald der Siphon nicht mit Wasser gefüllt ist. Dadurch wird vom Temperatursensor ein Störfall erkannt und durch Sperren der Brennstoffzufuhr der Brenner stillgesetzt oder ein Nachfüllen des Siphons durchgeführt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Heizgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das erfin dungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 haben demgegenüber den Vorteil, daß durch die Berücksichtigung der im Bereich des Siphons herrschenden Temperaturen die Notwendigkeit zur Durchführung des Siphon-Füllprogramms besser erkennbar ist, so daß verspätete und/oder verfrühte, also unnötige Füllvorgänge besser vermieden werden können. Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, daß der Siphon bei höheren Temperaturen schneller austrocknet als bei niedrigeren Temperaturen. Ein herkömmliches Heizgerät, bei dem das Siphon-Füllprogramm ohne Berücksichtigung der Siphontemperatur z. B. dann durchgeführt wird, wenn das Heizgerät eine vorbestimmte Zeitspanne betriebsbereit ist, ohne daß in dieser Zeit eine Wärmeanforderung erfolgte, kann so ausgelegt sein, daß für mittlere Siphontemperaturen ein Austrocknen des Siphons sicher verhindert werden kann. Bei höheren Temperaturen kann es jedoch zu einem Austrocknen des Siphons kommen, zumindest soweit, daß das darin gespeicherte Kondensat seine Abgas- Sperrwirkung nicht mehr in ausreichender Weise erfüllen kann. Bei niedrigeren Temperaturen kommt es dann zu unnötigen Betätigungen des Heizgerätes. Um einen Gasaustritt mit Sicherheit auszuschließen, müßte ein herkömmliches Heizgerät auf die höchsten auftretenden Siphontemperaturen ausgelegt sein, wobei dann bei den üblicherweise auftretenden, niedrigeren Siphontemperaturen das Heizgerät regelmäßig zu oft betrieben wird.

Im Unterschied dazu wird bei der Erfindung die Siphontemperatur dahingehend berücksichtigt, daß bei höheren Siphontemperaturen das Siphon-Füllprogramm früher aktiviert wird als bei niedrigeren Siphontemperaturen. Durch die Erfindung können somit einerseits ein unnötiger verfrühter Betrieb und andererseits ein gefährlicher verspäteter Betrieb des Heizgerätes besser vermieden werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 einen Längschnitt durch ein Heizgerät nach der Erfindung,

Fig. 2A ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennerleistung bei einem Startvorgang, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist,

Fig. 2B ein Diagramm wie in Fig. 2A, jedoch bei einem erfindungsgemäßen Heizgerät.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Entsprechend Fig. 1 weist ein Heizgerät 1 nach der Erfindung einen Brenner 10 auf, dem ein Brenngas-Luftgemisch durch ein nicht dargestelltes Gebläse zugeführt wird. Der Brenner 10 sitzt am oberen Ende einer Brennkammer 12, die durch eine Wärmeübertragereinheit 14 nach unten und seitlich abgeschlossen ist. Stromab der Wärmeübertragereinheit 14 ist ein Abgasraum 16 angeordnet, an dessen tiefster Stelle eine Kondensat-Ableitvorrichtung 17 vorgesehen ist. Der Abgasraum 16 ist stromab als Abgasableitung in Form eines Abgasrohres 18 ausgebildet, das nach oben zu einem nicht dargestellten Kamin- bzw. Außenwandanschluß geführt ist. Die Wärmeübertragereinheit 14 weist wasserführende Kanäle 22,24 auf, so daß das darin strömende Wasser durch die heißen Verbrennungsabgase, die entlang von Rippen 26 in Richtung des Abgasraumes 16 strömen, erhitzt wird. Die durch die Wärmeübertragereinheit 14 abgekühlten Abgase strömen über den Abgasraum 16 in das Abgasrohr 18, das die Abgase vom Heizgerät 1 wegführt.

Die Kondensat-Ableitvorrichtung 17 weist einen Stutzen 30 auf, der an der tiefsten Stelle des Abgasraums 16 an diesen angeschlossen ist. Die Kondensat-Ableitvorrichtung 17 enthält einen Siphon 28, der im Normalzustand mit Kondensat 29 gefüllt ist, das als Sperrflüssigkeit dient und einen Austritt von Abgasen, z. B. in den Aufstellungsraum des Heizgerätes 1, verhindert. Stromab des Siphons 28 ist ein Anschlußstutzen 32 vorgesehen, über den das Kondensat 29 in eine nicht dargestellte Abwasserleitung abgeführt wird. Vom Siphon 28 zweigt weiterhin ein Stutzen 34 ab, mit dem der Siphon 28 manuell von außen mit Wasser gefüllt werden kann. Diese zusätzliche Befüllungsmöglichkeit ist beispielsweise für die Erstbefüllung des Siphons 28 erforderlich, die im Rahmen das Installation des Heizgerätes 1 durchgeführt wird. Ebenso kann der Siphon 28 nach einer Inspektion des Heizgerätes 1 oder nach einem Reinigungsvorgang wieder aufgefüllt werden.

Das Heizgerät 1 weist außerdem eine Steuerung 2 auf, die über eine angedeutete Steuerleitung 3 das Heizgerät 1 bzw. den Brenner 10 betätigen kann. Die Steuerung 2 ist außerdem mit einem Temperatursensor 4 verbunden, der hier in der speziellen Ausführungsform am Siphon 28 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Steuerung 2 somit die Temperatur im Bereich des Siphons 28 direkt ermitteln. Bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die Steuerung 2 mit einem anderen, hier nicht gezeigten Temperatursensor verbunden, den das Heizgerät 1 oder ein Peripheriegerät des Heizgeräts 1, z. B. ein Brauchwassertank, ohnehin aufweist. Da sich der Siphon 28 zwangsläufig in räumlicher Nähe zum Heizgerät 1 und üblicherweise auch in räumlicher Nähe zu den Peripheriegeräten des Heizgerätes 1 befindet, kann die Steuerung 2 aus der mit dem ohnehin vorhandenen Temperatursensor gemessenen Temperatur die im Bereich des Siphons 28 anliegende Temperatur ermitteln. Hierzu kann die Steuerung 2 beispielsweise geeignete Korrekturfaktoren berücksichtigen. Die Ermittlung der Temperatur im Bereich des Siphons 28 erfolgt hierbei indirekt.

In Fig. 2A ist anhand eines Diagramms ein aus dem Stand der Technik bekannter Startvorgang für ein Brennwert-Heizgerät dargestellt. Dabei ist auf der Ordinate die Brennerleistung P_Br aufgetragen, während die Abzisse die Zeit t darstellt. Beim Vorliegen einer Wärmeanforderung wird zum Zeitpunkt t₀ der Brenner 10 gezündet, der beispielsweise zwischen einer minimalen Leistung Min von etwa 7 kW und einer maximalen Leistung Max von etwa 25 kW einstellbar ist. Nach erfolgreicher Zündung wird die Brennerleistung P_Br ab dem Zeitpunkt t₁ auf die minimale Leistung Min abgesenkt. Innerhalb einer Zeitspanne von t₂ bis t₃ wird der Brenner 10 für beispielsweise 9 Sekunden mit seiner minimalen Leistung Min betrieben, um eine Überhitzungsgefahr des Heizgeräts 1 bei zu geringer Wärmeabfuhr auszuschließen. Anschließend wird bei dem Zeitpunkt t₃ die Brennerleistung P_Br auf die maximale Brennerleistung Max angehoben bzw. entsprechend der anliegenden Wärmeanforderung geregelt.

In Fig. 2B ist der Verlauf der Brennerleistung P_Br über der Zeit t dargestellt, wenn ein Siphon-Füllprogramm aktiviert ist. Nach dem Start des Heizgeräts 1 wird die Leistung P_Br des Brenners 10 ab dem Zeitpunkt t₂ wieder auf die minimale Leistung Min abgesenkt. Im Gegensatz zur Regelung der Brennerleistung P_Br gemäß Fig. 2A wird diese minimale Leistung Min während einer erheblich größeren Zeitspanne von t₂ bis t₃, z. B. für etwa 15 Minuten beibehalten, bevor die Brennerleistung P_Br entsprechend der anliegenden Wärmeanforderung hochgeregelt wird. Somit kann sichergestellt werden, daß nach dem Start des Heizgeräts 1 rasch eine ausreichende Menge Abgaskondensat 29 entsteht, die sich im Siphon 28 ansammelt und die erforderliche Sperrwirkung zur Verhinderung eines unerwünschten Austritts von Abgasen in den Aufstellungsraum erzeugt.

Fig. 2B zeigt somit eine bevorzugte Ausführungsform, bei der das Siphon-Füllprogramm einem Heizbetrieb vorgeschaltet ist, der zur Befriedigung der jeweils herrschenden Wärmeanforderung dient. Ebenso ist eine Ausführungsform denkbar, bei der die Steuerung 2 das Siphon-Füllprogramm auch dann durchführt, wenn keine Wärmeanforderung vorliegt. Mit Bezug auf Fig. 2B würde dies bedeuten, daß der Brenner nach dem Zeitpunkt t₃ wieder abgeschaltet wird.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung aktiviert die Steuerung 2 das Siphon-Füllprogramm in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Siphontemperatur, die - wie oben erläutert - mit Hilfe eines Temperatursensors direkt (z. B. mit Temperatursensor 4) oder indirekt (mit einem anderen, z. B. ohnehin vorhandenen, Temperatursensor) ermittelt wird. Beispielsweise wird die Steuerung 2 das Speicher- Füllprogramm nur dann in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Speichertemperatur aktivieren, wenn für eine vorbestimmte Zeitspanne, z. B. für 48 Stunden, keine Wärmeanforderung vorgelegen hat. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der die Steuerung 2 nur dann den zeitlichen Verlauf der Siphontemperatur als Randbedingung für das Siphon-Füllprogramm berücksichtigt, wenn das Heizgerät 1 ausgeschaltet ist oder in einem Betriebszustand betrieben wird, in dem im wesentlichen kein Kondensat 29 anfällt. Ein Betriebszustand des Heizgeräts 1, bei dem im wesentlichen kein Kondensat anfällt, ist beispielsweise bei sehr hoher Brennerleistung gegeben oder bei ausgeschaltetem Brenner, wenn das Heizgerät 1 in einem Bereitschaftszustand "Stand-by-Modus" betrieben wird. Beispielsweise ist es möglich, daß die Steuerung 2 das Siphon-Füllprogramm dann aktiviert, wenn die Siphontemperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer oberhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt. Zweckmäßig ist hier eine Staffelung, so daß mehrere vorbestimmte Temperaturen vorgesehen sind, denen jeweils eine vorbestimmte Zeitdauer zugeordnet ist.

Die Steuerung 2 kann auch so ausgebildet sein, daß sie der jeweiligen Siphontemperatur eine Kondensatverdunstung pro Zeiteinheit zuordnet und das Siphon-Füllprogramm dementsprechend aktiviert, sobald eine vorbestimmte Kondensatmenge verdunstet ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuerung 2 so ausgebildet sein, daß sie der jeweiligen Siphontemperatur wieder eine Kondensatverdunstung pro Zeiteinheit zuordnet und zusätzlich dem jeweiligen Betriebszustand des Heizgerätes (AN, AUS, Höhe der Brennerleistung) einen Kondensatanfall pro Zeiteinheit zuordnet, wobei die Steuerung 2 dann das Siphon-Füllprogramm aktiviert, sobald die verdunstete Kondensatmenge um eine vorbestimmte Kondensatmenge größer ist als die angefallene Kondensatmenge. Die genannten Zuordnungen können beispielsweise über Kennfelder oder Berechnungen erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Heizgerät

2

Steuerung

3

Steuerleitung

4

Temperatursensor

10

Brenner

12

Brennraum

14

Wärmeübertragereinrichtung

16

Abgasraum

17

Kondensat-Ableitvorrichtung

18

Abgasrohr

22

Kanal

24

Kanal

26

Rippe

28

Siphon

29

Kondensat

30

Stutzen

32

Anschlußstutzen

34

Stutzen

Claims

1. Heizgerät, insbesondere Brennwert-Heizgerät, mit einem Brenner (10), mit einer Brennerkammer (12), mit einer Wärmeübertragereinheit (14), in der Verbrennungsabgas zu mindest in einem unteren Leistungsbereich des Heizgerätes (1) unter den Taupunkt von Wasserdampf abkühlt, mit einer Kondensat-Ableitvorrichtung (17), die einen Siphon (28) aufweist, der zur Sicherung gegen einen unerwünschten Ab gasaustritt eine Sperrflüssigkeit, insbesondere Kondensat (29), enthält, und mit einer Steuerung (2), die bei Vor liegen vorbestimmter Randbedingungen ein Siphon- Füllprogramm aktiviert, bei dem das Heizgerät (1) für ei ne vorbestimmte Zeitspanne in einem Betriebszustand be trieben wird, bei dem Kondensat (29) anfällt, wobei die Steuerung (2) mit mindestens einem Temperatursensor (4) verbunden ist und damit direkt oder indirekt eine im Be reich des Siphons (28) vorliegende Temperatur ermittelt, und wobei die Steuerung (2) das Siphon-Füllprogramm in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Siphontemperatur aktiviert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) der jeweiligen Siphontemperatur eine Kondensatverdunstung pro Zeiteinheit zuordnet und das Siphon-Füllprogramm ak tiviert, sobald eine vorbestimmte Kondensatmenge verdun stet ist.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) der jeweiligen Siphontemperatur eine Kondensatverdunstung pro Zeiteinheit zuordnet, dass die Steuerung (2) dem jeweiligen Betriebszustand des Heizge rätes (1) einen Kondensatanfall pro Zeiteinheit zuordnet und dass die Steuerung (2) das Siphon-Füllprogramm akti viert, sobald die verdunstete Kondensatmenge um eine vor bestimmte Kondensatmenge größer ist als die angefallene Kondensatmenge.

3. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) das Siphon-Füllprogramm erst dann durchführt, wenn eine Wärmeanforderung vorliegt, wobei die Steuerung (2) das Siphon-Füllprogramm dann dem zur Befriedigung der Wärmeanforderung dienenden Heizbetrieb vorschaltet.

4. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) das Siphon-Füllprogramm unabhängig da von durchführt, ob eine Wärmeanforderung vorliegt oder nicht.

5. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (4) im Bereich des Siphons (28) angeordnet ist.

6. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (2) mit mindestens einem Temperatursensor verbunden ist, der bereits für einen anderen Zweck am oder im Heizgerät (1) angeordnet ist.

7. Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes (1), insbesondere Brennwert-Heizgerät, mit einem Brenner (10), mit einer Brennkammer (12), mit einer Wärmeübertrageeinheit (14), in welcher Verbrennungsabgas zumindest in einem unteren Leistungsbereich des Heizgerätes (1) unter den Taupunkt von Wasserdampf abkühlt, und mit einer Kondensat- Ableitvorrichtung (17), die einen Siphon (18) aufweist, der zur Sicherung gegen einen unerwünschten Abgasaustritt eine Sperrflüssigkeit, insbesondere Kondensat (29), ent hält, bei dem bei Vorliegen vorbestimmter Randbedingungen ein Siphon-Füllprogramm aktiviert wird und bei dem das Heizgerät (1) für eine vorbestimmte Zeitspanne in einem Betriebszustand betrieben wird, bei dem Kondensat (29) anfällt, wobei eine im Bereich des Siphons (28) vorliegende Temperatur ermittelt wird und wobei das Siphon- Füllprogramm in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Siphontemperatur aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweiligen Siphontemperatur eine Kondensatver dunstung pro Zeiteinheit zugeordnet wird und dass das Si phon-Füllprogramm aktiviert wird, sobald eine vorbestimm te Kondensatmenge verdunstet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Siphontemperatur eine Kondensatverdunstung pro Zeiteinheit zugeordnet wird, dass dem jeweiligen Be triebszustand des Heizgerätes (1) ein Kondensatanfall pro Zeiteinheit zugeordnet wird und dass das Siphon- Füllprogramm aktiviert wird, sobald die verdunstete Kon densatmenge um eine vorbestimmte Kondensatmenge größer ist als die angefallene Kondensatmenge.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Siphon-Füllprogramm erst dann durchgeführt wird, wenn eine Wärmeanforderung vorliegt, wobei das Siphon- Füllprogramm dann dem zur Befriedigung der Wärmeanforde rung dienenden Heizbetrieb vorgeschaltet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Siphon-Füllprogramm unabhängig davon durchgeführt wird, ob eine Wärmeanforderung vorliegt oder nicht.