DE102011009750A1

DE102011009750A1 - Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes

Info

Publication number: DE102011009750A1
Application number: DE102011009750A
Authority: DE
Inventors: Werner John
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes, wobei bei Bedarf ein fluides Medium mit einem Brenner (1) erwärmt wird, wobei mit einem Temperatursensor (2) die Temperatur des fluiden Mediums erfasst wird, wobei aus einer zeitlichen Änderung der Temperatur ein Temperaturgradient gebildet und dieser mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei der Brenner (1) wahlweise leistungsreduziert weiterbetrieben oder ausgeschaltet wird, sobald der Temperaturgradient größer als der Grenzwert ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass der sich bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners (1) ergebende Temperaturgradient mit unterschiedlichen, leistungsabhängigen Grenzwerten verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes der eingangs genannten Art ist nach der DE 195 12 025 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird bei Bedarf ein fluides Medium mit einem Brenner erwärmt, wobei mit einem Temperatursensor die Temperatur des fluiden Mediums erfasst wird, wobei aus einer zeitlichen Änderung der Temperatur ein Temperaturgradient gebildet und dieser mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei der Brenner wahlweise leistungsreduziert weiterbetrieben oder ausgeschaltet wird, sobald der Temperaturgradient größer als der Grenzwert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass der sich bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners ergebende Temperaturgradient mit unterschiedlichen, leistungsabhängigen Grenzwerten verglichen wird.
Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass nicht alle Gradienten mit ein und dem selben Grenzwert, sondern mit leistungsabhängigen Grenzwerten verglichen werden. Je nach dem, ob die Leistung des Brenners in Stufen oder kontinuierlich veränderbar ist, können dabei die Grenzwerte in Stufen oder entsprechend kontinuierlich in der Regelung des Heizgerätes hinterlegt sein. Im Ergebnis hat die Erfindung dabei den großen Vorteil, dass die Abschaltung des Brenners in allen Leistungsbereichen zum optimalen Zeitpunkt erfolgt (um eine Überhitzung des Kessels zu vermeiden). Beim vorgenannten Stand der Technik ist dies nur bei einer ganz bestimmten Leistung des Brenners gewährleistet.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Heizgerätes ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf die DE 197 05 486 A1 hingewiesen. Bei dieser Lösung ist der Temperaturgradient, bei dem der Brenner abschaltet, abhängig von der so genannten Vorlauftemperatur. Dies ist aber nicht zu vergleichen oder gleichzusetzen mit der beanspruchten Leistungsabhängigkeit, da eine höhere Vorlauftempertur nicht zwingend mit einer höheren Leistungsabgabe verbunden ist, denn auch bei kleinen Leistungen sind hohe Vorlauftemperturen bzw. bei großen Leistungen niedrige Vorlauftemperturen möglich. Im Ergebnis führt somit auch diese Lösung nicht dazu, dass der Brenner jeweils im optimalen Zeitpunkt ausgeschaltet bzw. leistungsreduziert wird, d. h. es besteht nach wie vor die Gefahr einer Kesselüberhitzung (und einer Abschaltung über einen Sicherheitstemperaturbegrenzer [siehe auch weiter unten], was die Verfügbarkeit des Gerätes entsprechend herabsetzt).
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 schematisch ein Heizgerät mit Brenner und Temperatursensor;
2 ein Diagramm mit einem vom Temperatursensor erfassten Temperaturverlauf in einem bestimmten Zeitraum.
In 1 ist zunächst schematisch ein Heizgerät mit einem Brenner 1, einem Temperatursensor 2 und einem Wärmetauscher 3 dargestellt. Der Brenner 1 wird typischer Weise, aber nicht zwingend, mit Gas oder Öl betrieben. Dem Brenner 1 ist ein Wärmetauscher 3 zugeordnet, in dem ein fluides Medium, typischer Weise Heizkreiswasser, geführt ist. Dieses fluide Medium wird mit einer (nicht dargestellten) Pumpe innerhalb eines Heizkreises 5 (teilweise dargestellt) gefördert, und zwar um die vom Brenner 1 aufgenommene Wärme zum Beispiel über einen Heizkörper an einen zu beheizenden Raum abzugeben.
Es ist direkt einsichtig, dass bei laufendem Brenner 1 die dabei anfallende Wärme mittels des fluiden Mediums abtransportiert werden muss, damit der Wärmetauscher nicht beschädigt wird. Vorgeschrieben ist in diesem Zusammenhang ein so genannter Sicherheitstemperaturbegrenzer STB, der bei Überschreiten eines vorbestimmten Temperaturwertes das Heizgerät abschaltet, und zwar derart, dass es regelmäßig nur noch mit einem Spezialwerkzeug oder dergleichen wieder eingeschaltet werden kann.
Weiterhin ist bei manchen Heizgeräten auch ein Volumenstrommesser vorgesehen, der überwacht, dass sich das fluide Medium im Wärmetauscher 3 bewegt bzw. durch den Heizkreis 5 strömt. Ein solcher soll bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise aber nicht erforderlich sein.
Wie eingangs erläutert, ist außerdem bereits ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes bekannt, bei dem bei Bedarf ein fluides Medium mit einem Brenner 1 erwärmt wird, wobei mit einem Temperatursensor 2 (nicht der STB) die Temperatur des fluiden Mediums erfasst und in der Regelung gespeichert wird, wobei aus einer zeitlichen Änderung der Temperatur (mit Hilfe der Heizungsregelung 4) ein Temperaturgradient gebildet und dieser mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei der Brenner 1 wahlweise leistungsreduziert weiterbetrieben oder ausgeschaltet wird, sobald der Temperaturgradient größer als der Grenzwert ist.
Wie eingangs erläutert, ist sowohl diese Lösung als auch die Lösung, bei der Temperaturgradient, bei dem der Brenner abschaltet, vorlauftemperturabhängig ist, nicht zufriedenstellend, da die Leistungsreduzierung bzw. Abschaltung nicht genau genug erfolgt, um ein Auslösen des Sicherheitstemperaturbegrenzers zu verhindern.
Nach der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der sich bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners 1 ergebende Temperaturgradient mit unterschiedlichen, leistungsabhängigen Grenzwerten verglichen wird.
Zum besseren Verständnis dieser Maßgabe wird auf 2 verwiesen. Dort ist die mit einem Temperatursensor 2 erfasste Temperatur nach einem Start des Brenners 1 über einen Zeitraum von 140 Sekunden aufgetragen. Der Temperatursensor 2 ist dabei, wie aus 1 ersichtlich, bevorzugt am auslassseitigen Ende des Wärmetauschers 3, mithin am so genannten Vorlaufanschluss des Heizgerätes, angeordnet. Die ungleichmäßige Linie (in 2) zeigt dabei die tatsächlich gemessene Temperatur, die gerade Linie den entsprechenden mittleren Wert des Temperaturanstiegs.
Im Zeitraum der genannte 140 Sekunden wird der Brenner 1 mit einer bestimmten Leistung betrieben. Diese Leistung ist der Regelung 4 des Heizgerätes wahlweise als Prozentualangabe oder als Absolutwert bekannt. Außerdem ist vorgesehen, dass zu jeder einstellbaren Leistung des Brenners ein eigener Grenzwert in der Regelung 4 hinterlegt ist. Da sich der Gradient der Temperatur über den Zeitraum von 140 s dauernd verändert (siehe 2) ist weiterhin vorgesehen, dass der maßgebende Temperaturgradient als Mittelwert aus einer Reihe von Einzeltemperaturgradienten in einem bestimmten Zeitraum (hier 140 Sekunden) ermittelt wird. Bezogen auf 2 stellt die Steigung der geraden Linie diesen Temperaturgradienten dar. Ist dieser größer als ein für diese Leistung in der Regelung 4 hinterlegter Grenzwert, wird die Leistung des Brenners 1 mindestens reduziert bzw. wird der Brenner 1 gegebenenfalls sogar direkt ausgeschaltet. Um dabei bei allen Leistungsstufen des Brenners 1 einen optimalen Reaktionszeitpunkt (zur Leistungsreduktion oder Abschaltung) zu finden, ist, wie erläutert, wesentlich, dass für alle anfahrbaren Leistungsstufen des Brenners 1 ein entsprechender Grenzwert definiert ist.
Eine weitere vorteilhafte Verfahrensweise, die auf Basis der erfindungsgemäßen Verfahrensweise möglich ist, besteht darin, dass die in einem bestimmten Zeitraum ermittelten Einzeltemperaturgradient mit dem gemittelten Temperaturgradienten verglichen werden, wobei vom Vorhandensein von (unerwünschten, weil das Material des Wärmetauschers 3 insbesondere durch Kavitation schädigenden) Dampfblasen ausgegangen wird, wenn eine Abweichung zwischen dem gemittelten Temperaturgradienten und mindestens einem Einzeltemperaturgradienten größer als ein voreingestellter Wert ist, wobei darüber hinaus zur Ermittlung der Dampfblasen festlegbar ist, wieviele Einzeltemperaturgradienten mit dem gemittelten Temperaturgradienten verglichen werden (als Beispiel sind in 2 in einem Zusatzdiagramm neun Einzeltemperaturgradienten markiert – wobei genau an dieser Stelle nicht von der Entstehung von Dampfblasen auszugehen ist).
Mit anderen Worten ermöglicht die weitere Verfahrensweise sogar, die Entstehung von Dampfblasen im Wärmetauscher zu detektieren. Betrachtet man hierzu den Temperaturverlauf zwischen etwa 80 und 120 Sekunden (in 2 mit einem Kreis entsprechend gekennzeichnet), so wird verständlich, dass große positive oder negative Werte bei den Einzeltemperaturgradienten jeweils auf eine sprunghafte Temperaturveränderung hinweisen. Eine solche tritt dabei dann im Wärmetauscher 3 auf, wenn sich die Wärmeübertragung auf das fluide Medium durch Blasenbildung massiv verändert. Dank des präzisen, an der jeweiligen Leistungsstufe des Brenners 1 orientierten Gradientenvergleichs ermöglicht die erfindungsgemäße Verfahrensweise somit sogar die Detektion von unerwünschten Dampfblasen und damit die Option, entsprechend in die Ansteuerung des Brenners 1 einzugreifen, um Schaden vom Heizgerät abzuwenden.
Bezugszeichenliste

1: Brenner
2: Temperatursensor
3: Wärmetauscher
4: Regelung
5: Heizkreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19512025 A1 [0002]
DE 19705486 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes, wobei bei Bedarf ein fluides Medium mit einem Brenner (1) erwärmt wird, wobei mit einem Temperatursensor (2) die Temperatur des fluiden Mediums erfasst wird, wobei aus einer zeitlichen Änderung der Temperatur ein Temperaturgradient gebildet und dieser mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei der Brenner (1) wahlweise leistungsreduziert weiterbetrieben oder ausgeschaltet wird, sobald der Temperaturgradient größer als der Grenzwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners (1) ergebende Temperaturgradient mit unterschiedlichen, leistungsabhängigen Grenzwerten verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturgradient als Mittelwert aus einer Reihe von Einzeltemperaturgradienten in einem bestimmten Zeitraum ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder einstellbaren Leistung des Brenners (1) ein eigener Grenzwert hinterlegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem bestimmten Zeitraum ermittelten Einzeltemperaturgradient mit dem gemittelten Temperaturgradienten verglichen werden, wobei vom Vorhandensein von Dampfblasen ausgegangen wird, wenn eine Abweichung zwischen dem gemittelten Temperaturgradienten und mindestens einem Einzeltemperaturgradienten größer als ein voreingestellter Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Dampfblasen festlegbar ist, wieviele Einzeltemperaturgradienten mit dem gemittelten Temperaturgradienten verglichen werden.