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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines gasbetriebenen Dampfgenerators, wie er beispielsweise bei Gargeräten eingesetzt wird, mit denen Nahrungsmittel zubereitet werden können.
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Es ist allgemein bekannt, dass während des Betriebs eines solchen Dampfgenerators, wie er beispielsweise in der
DE 10 2010 054 607 B3 oder der
EP 1 166 694 A1 gezeigt ist, in regelmäßigen Abständen Wasser nachgefüllt werden muss, um die Füllstandsverluste auszugleichen, die aus der Umsetzung von Wasser in Dampf resultieren. Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch, unterschiedliche Arten von Füllstandssensoren zu verwenden, mit denen erfasst werden soll, wie viel Wasser tatsächlich noch im Dampfgenerator vorhanden ist. Beispiele solcher Dampfgarer sind in der
EP 1 943 902 A1 und der
EP 1 793 172 A1 gezeigt. Solche Füllstandssensoren können allerdings den Füllstand nicht zuverlässig bestimmen, wenn der Dampfgenerator mit maximaler Leistung betrieben wird, da aufgrund der dann im Wasser erzeugten Dampfblasen kein konstanter Wasserpegel erfasst werden kann. Daher hat es sich als notwendig herausgestellt, in vorbestimmten Abständen die Heizung des Dampfgenerators abzuschalten, also bei einem gasbetrieben Dampfgenerator den Gasbrenner, um kurzzeitig das Sieden des Wassers zu unterbrechen, so dass der Füllstand korrekt gemessen werden kann. Diese Unterbrechung führt jedoch zu einer Verringerung der im Schnitt vom Dampfgenerator über der Zeit gelieferten Dampfmenge. Bei einem gasbetriebenen Dampfgenerator fällt diese Verringerung größer aus als bei einem elektrisch betriebenen Dampfgenerator, da der Gasbrenner vor dem Wiedereinschalten gespült werden muss.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines gasbetriebenen Dampfgenerators zu schaffen, das sich durch einen insgesamt höheren Dampfausstoß auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Steuerung eines gasbetriebenen Dampfgenerators vorgesehen, welches die folgenden Schritte enthält: Zunächst wird während einer Startphase des Dampfgenerators die Leistung des Gasbrenners gemessen. Dann wird in einer Betriebsphase mit Dauerbetrieb auf der Basis der anfangs gemessenen Leistung berechnet, wann wie viel Wasser nachgefüllt werden muss. Anschließend wird Wasser nachgefüllt. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, auf der Basis der Leistung, die der Gasbrenner erzeugt, zu errechnen, wie viel Wasser je Zeiteinheit beim Betrieb des Dampfgenerators in Dampf umgesetzt wird, und dementsprechend Wasser nachzufüllen. Auf diese Weise kann insbesondere in Betriebsphasen mit hoher Leistungsanforderung, die einen kontinuierlichen Betrieb des Dampfgenerators erfordern, darauf verzichtet werden, den Gasbrenner zum Zwecke der Füllstandsmessung abzuschalten. Hieraus resultiert, dass der Dampfgenerator im Schnitt eine größere Dampfmenge erzeugen kann. Der sich daraus ergebende Gewinn an Dampfleistung kann ermittelt werden durch Vergleich mit einem Dampfgenerator nach dem Stand der Technik, bei dem es beim Betrieb mit maximaler Leistung erforderlich ist, den Gasbrenner alle 120 Sekunden abzuschalten, um eine Füllstandsmessung vorzunehmen. Der Gasbrenner kann erst rund sieben Sekunden nach dem Abschalten wieder gezündet werden, und bis die volle Leistung zur Verfügung steht, vergehen weitere zehn Sekunden. Indem diese Phasen vermieden werden, in denen gar keine bzw. eine verminderte Brennerleistung zur Verfügung steht, kann die Leistung des Dampfgenerators insgesamt um rund 10% gesteigert werden. Außerdem wirkt sich eine Verringerung der Anzahl der Startphasen des Gasbrenners vorteilhaft auf die Emission von Abgasen aus, da diesbezüglich die Startphasen ungünstiger als eine Dauerbetrieb ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Leistung des Gasbrenners gemessen wird anhand der im Dampfgenerator vorhandenen Wassermenge und der Änderung der Wassertemperatur über der Zeit. Dies ermöglicht, die tatsächliche Leistung des Gasbrenners sehr präzise zu ermitteln, da Einflüsse wie Schwankungen des Energiegehalts des zugeführten Gases, Luftdruck, Verschmutzungsgrad des Brenners, etc. automatisch berücksichtigt werden.
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Die im Dampfgenerator vorhandene Wassermenge kann vorzugsweise mittels eines Füllstandssensors oder eines Durchflussmessers gemessen werden. Dieser ist im Dampfgenerator üblicherweise sowieso vorhanden, so dass kein zusätzliches Bauteil notwendig ist.
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Wenn Wasser nachgefüllt wird, wird vorzugsweise nur ein vorbestimmter Bruchteil der errechneten Wassermenge nachgefüllt. Beispielsweise kann 95% der errechneten Wassermenge nachgefüllt werden. Diese Vorgehensweise gewährleistet, dass der Dampfgenerator nicht, beispielsweise aufgrund von Messtoleranzen, überfüllt wird. Gleichzeitig ist gewährleistet, dass aufgrund der recht geringen „Unterfüllung” für sehr lange Betriebsphasen ausreichend Wasser vorhanden ist.
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Vorzugsweise wird in bestimmten Abständen eine Kontrollmessung vorgenommen. Mit der Kontrollmessung kann zu geeigneten Zeitpunkten überprüft werden, ob die aktuell errechnete Wassermenge im Dampfgenerator mit der tatsächlich vorhandenen übereinstimmt.
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Um die Genauigkeit der Kontrollmessung zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass in diesen Phasen die Leistung des Gasbrenners für die Kontrollmessung so weit verringert wird, bis das Wasser im Dampfgenerator nicht mehr siedet, insbesondere auf etwa 25% bis etwa 40% der Maximalleistung verringert wird. Es hat sich herausgestellt, dass der Gasbrenner nicht vollständig abgeschaltet werden muss, um eine recht zuverlässige Füllstandsmessung durchzuführen, sondern weiterhin betrieben werden kann, wenn auch mit verringerter Leistung. Auf diese Weise sinkt der Ausstoß des Dampfgenerators nur etwas ab, und ein vollständiger Neustart des Gasbrenners wird verhindert. Die für die Kontrollmessung notwendige Verringerung der Leistung des Gasbrenners kann über den Füllstandssensor erkannt werden; die Leistung des Gasbrenners wird so lange verringert, bis der Füllstandssensor einen konstanten Wasserstand erfasst.
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Falls allerdings eine besonders hohe Genauigkeit der Kontrollmessung gewünscht wird, kann auch vorgesehen sein, dass der Gasbrenner für die Kontrollmessung abgeschaltet wird. Dies gewährleistet, dass keine Dampfblasen im Wasservorrat vorhanden sind und der Füllstandssensor sehr präzise den richtigen Wasserstand erfassen kann.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass während längeren Betriebsphasen eine gewisse Anzahl an Kontrollmessungen vorgenommen wird, während denen die Leistung des Gasbrenners lediglich verringert wird, und nach einer vorbestimmten Anzahl dieser Kontrollmessungen eine Sicherheits-Kontrollmessung durchgeführt wird, für die dann der Gasbrenner vollständig abgeschaltet wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass während des Betriebs des Dampfgenerators eine Sicherheitsmessung vorgenommen wird, indem ein Füllstandssensor abgefragt wird. Diese Sicherheitsmessung kann kontinuierlich im Hintergrund ablaufen und zum Abschalten und/oder automatischen Nachfüllen von Wasser verwendet werden, wenn über einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise drei Sekunden, gar kein Wasserstand gemessen wird. Bei dieser Sicherheitsmessung ist der genaue Füllstand ohne Bedeutung; es soll lediglich verhindert werden, dass der Dampfgenerator ohne Wasser betrieben wird.
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die gemessene Leistung des Gasbrenners mit einer hinterlegten Soll-Leistung verglichen wird und eine Servicemeldung erzeugt wird, wenn die Abweichung eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Dabei ist es auch möglich, aus dem Verlauf des Leistungsabfalls des Gasbrenners auf eine mögliche Ursache zu schließen. Falls die Leistung des Gasbrenners sehr langsam abfällt, deutet dies auf eine übliche Verschmutzung hin, die in regelmäßigen Abständen beseitigt werden sollte. Falls die Leistung des Gasbrenners dagegen schlagartig abfällt, muss davon ausgegangen werden, dass ein Defekt vorliegt, so dass eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigt die einzige Figur schematisch einen Dampfgenerator mit Gasbrenner und Steuerung.
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In der einzigen Figur ist ein Dampfgenerator 10 gezeigt, der in einer Verdampfungskammer 12 einen Vorrat an Wasser 14 enthält, dessen Oberfläche einen Füllstand 16 darstellt. Im Inneren der Verdampfungskammer sind ein Füllstandssensor 18 und ein Temperatursensor 20 angeordnet. Weiterhin befindet sich dort ein Wärmetauscher 22, mit dem dem Wasser 14, das in der Verdampfungskammer 12 enthalten ist, Wärme zugeführt werden kann. Diese stammt von einem Gasbrenner 24. Weiterhin ist eine Steuerung 26 vorgesehen, die u. a. die Signale des Füllstandssensors 18 und des Temperatursensors 20 empfängt und einen Wasserzulauf 28 sowie den Gasbrenner 24 steuert. Der Dampfgenerator kann dazu verwendet werden, Dampf zu erzeugen, der in einem Garraum eines (nicht dargestellten) Gargeräts eingebracht wird, um dort Nahrungsmittel zu garen.
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Die Steuerung 26 kann während einer Startphase des Dampfgenerators die Leistung des Gasbrenners 24 messen. „Startphase” bedeutet in diesem Zusammenhang einen Betriebszustand, während dem noch kein Dampf erzeugt wird, sondern die Wassertemperatur von einem vergleichsweise niedrigen Wert, beispielsweise Umgebungstemperatur, bei maximaler Leistung des Gasbrenners auf einen deutlich höheren Wert gebracht wird, beispielsweise knapp unterhalb der Siedetemperatur, und gleichzeitig bekannt ist, wie viel Wasser sich im Dampfgenerator befindet. Die Startphase kann stattfinden, nachdem der Dampfgenerator entleert und wieder frisch aufgefüllt wurde, so dass mittels eines Durchflusszählers exakt die Wassermenge bestimmt werden konnte, die in den Dampfgenerator eingefüllt wurde. Die Startphase kann auch stattfinden, nachdem mittels eines Füllstandssensors die Absolutmenge an Wasser bestimmt wurde, die sich im Dampfgenerator befindet. Dies setzt voraus, dass das Gargerät über einen Füllstandssensor verfügt, mit dem die sich im Dampfgenerator befindende Wassermenge gemessen werden kann und nicht lediglich erfasst wird, ob der Wasserstand oberhalb oder unterhalb bestimmter Schwellen liegt.
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Unabhängig davon, wie die Wassermenge im Dampfgenerator bestimm wurde, lassen sich während der Startphase die Temperatur und der Füllstand in der Verdampfungskammer 12 des Dampfgenerators 10 recht präzise ermitteln, da keinerlei Dampfblasen im Wasser 14 vorhanden sind. Auf der Basis der Menge des in der Verdampfungskammer 12 enthaltenen Wassers 14 sowie der Zeit, die nötig ist, um diese Wasser von einer bestimmten Anfangstemperatur auf eine bestimmte Zieltemperatur zu bringen, lässt sich sehr exakt bestimmen, wie viel Energie der in der Verdampfungskammer 12 enthaltenen Wassermenge zugeführt wurde. In Kombination mit dem bekannten und als konstant anzusehenden Wirkungsgrad des Wärmetauschers 22 lässt sich recht präzise errechnen, welche Leistung der Gasbrenner 24 liefert.
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Dieser Leistungswert wird in der Steuerung 26 gespeichert. Somit kann die Steuerung 26 beim späteren Betrieb des Dampfgenerators mit voller Leistung errechnen, welche Wassermenge je Zeiteinheit in Dampf umgesetzt wird. Hieraus lässt sich ermitteln, wann der Füllstand im Dampfgenerator so weit abgesunken ist, dass Wasser nachgefüllt werden muss.
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Wenn Wasser nachgefüllt wird, kann die Wassermenge nachgefüllt werden, die vorher errechnet wurde. Um zu verhindern, dass aufgrund von Messtoleranzen die Verdampfungskammer 12 zu weit gefüllt wird, wird vorzugsweise lediglich ein vorbestimmter Bruchteil der errechneten Wassermenge nachgefüllt, beispielsweise 95%. Dies führt zwar dazu, dass nach und nach der Füllstand absinkt. Allerdings gibt es erfahrungsgemäß keine Betriebsphasen des Dampfgenerators, bei denen dieser so lange mit maximaler Leistung betrieben wird, dass ein kritisch niedriger Füllstand erreicht werden könnte. Jede planmäßige Abschaltung des Dampfgenerators kann ja dazu genutzt werden, über den Füllstandssensor 18 den tatsächlichen Wasserstand zu ermitteln.
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Wenn von der Steuerung erkannt wird, dass über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg der tatsächliche Füllstand nicht bestimmt wurde, sondern lediglich mit errechneten Füllstandswerten gearbeitet wird, kann eine Kontrollmessung vorgenommen werden. Zu diesem Zweck wird die Leistung des Gasbrenners 24 so weit verringert, dass das Wasser kurzzeitig nicht mehr siedet, was eine präzise Füllstandsmessung mittels des Füllstandssensors 18 ermöglicht. Es hat sich herausgestellt, dass es in vielen Fällen ausreicht, die Leistung des Gasbrenners auf 25% bis 40% der maximalen Leistung zu verringern. Indem der Gasbrenner 24 für diese Kontrollmessungen nicht vollständig abgeschaltet wird, werden die Zeit- und Leistungsverluste vermieden, die sich aufgrund des Vorspülens des Gasbrenners 24 zwangsweise ergeben, nachdem dieser ausgeschaltet wurde.
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Um die Präzision der Kontrollmessung zu erhöhen, kann auch vorgesehen sein, dass der Gasbrenner 24 tatsächlich vollständig abgeschaltet wird. In diesem Fall lässt sich über den Füllstandssensor 18 sehr präzise die Wassermenge bestimmen. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich Kontrollmessungen während des Betriebs des Gasbrenners 24 mit verringerter Leistung und Kontrollmessungen mit abgeschaltetem Gasbrenner abwechseln, beispielsweise nach jeweils fünf Kontrollmessungen bei verringerter Leistung des Gasbrenners eine Kontrollmessung mit abgeschaltetem Gasbrenner durchgeführt wird. Auf diese Weise ergibt sich ein Kompromiss zwischen dem unvermeidlichen Leistungsverlust während der Kontrollmessungen und der Messgenauigkeit.
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Während des Betriebs des Dampfgenerators kann die Steuerung 26 kontinuierlich den Füllstandssensor 18 abfragen, um festzustellen, ob dieser überhaupt einen Füllstand erfasst. Wenn über einen längeren Zeitraum, beispielsweise drei Sekunden, überhaupt kein Wasser erfasst wird, kann sicherheitshalber Wasser nachgefüllt werden und/oder eine präzise Kontrollmessung veranlasst werden.
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Die während der Startphase des Dampfgenerators bestimmte Leistung des Gasbrenners kann auch zu Diagnosezwecken verwendet werden. Die Soll-Leistung des Gasbrenners ist grundsätzlich bekannt. Wenn die Differenz zwischen der tatsächlich gemessenen Leistung und der Soll-Leistung eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, kann dies eine Wartung oder auch eine Reparatur veranlassen. Dabei lässt sich aus der Art und Weise, wie die Leistung des Gasbrenners über der Zeit nachlässt, erkennen, ab es sich um die übliche Verschmutzung des Gasbrenners handelt, sodass dieser lediglich gereinigt werden muss, oder ob ein Defekt vorliegt, der ein Reparatur erfordert. Eine entsprechende Servicemeldung kann entweder auf einem Display des entsprechenden Gargeräts angezeigt oder über einen Fernwartungsanschluss direkt an ein Kundendienstcenter weitergeleitet werden.
