DE102020109102A1

DE102020109102A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines Regelsollwertes für das Brennstoff-Luft-Verhältnis beim Betrieb eines Brenners

Info

Publication number: DE102020109102A1
Application number: DE102020109102.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Fischer; Richard Fischbusch
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-07
Also published as: EP3889505A1; EP3889505B1; EP3889505C0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda-Wert) bei einem mit einem Brenngas und/oder einem flüssigen Brennstoff befeuerten Brenner (1), wobei an einem Gehäuse (6) des Brenners (1) oder seiner elektronischen Regelung (7) ein Interface (8) vorhanden ist, welches mit der elektronischen Regelung über eine Datenverbindung (11) verbunden ist und eine Änderung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff innerhalb eines durch die elektronische Regelung (7) vorgegebenen Korrekturbereiches (K) erlaubt. Dabei weist das Interface (8) mindestens eine Eingabemöglichkeit (10) für Änderungen auf und vorzugsweis eine Anzeige (9) des aktuellen Verhältnisses von Luft zu Brennstoff oder eine davon abgeleitete Größe. Das Interface (8) ist zur Änderung von Daten und deren Speicherung in der elektronischen Regelung (7) eingerichtet, insbesondere zur Änderung und Speicherung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners (1). In der elektronischen Regelung (7) sind ein Toleranzbereich für das Verhältnis von Luft zu Brennstoff und ein Korrekturbereich (K) für mögliche Änderungen so begrenzt, dass selbst maximal falsche Änderungen innerhalb des Korrekturbereiches (K) bei allen Betriebsbedingungen nicht dazu führen, dass das Verhältnis von Luft zu Brennstoff den Toleranzbereich verlässt. Das Interface (8) erlaubt es dem Wartungspersonal, eine Feinjustierung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff angepasst an besondere Gegebenheiten vor Ort beim Betrieb ohne ein Risiko der Überschreitung von Toleranzgrenzen vorzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Regelsollwertes für das Verhältnis von Brennstoff zu Luft (in Bezug zu einem stöchiometrischen Verhältnis auch Luftzahl oder Lambda-Wert genannt).
Nach dem Stand der Technik sind moderne Anlagen zum Heizen und/oder Erzeugen von warmem Heizungswasser oder Brauchwasser durch Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen mit einer komplexen Regelung ausgestattet. Diese erlaubt es, beim Zünden und im Betrieb bei verschiedenen Lastzuständen den Lambda-Wert in einem gewünschten (betriebssicheren und umweltschonenden) Bereich, dem sogenannten Toleranzbereich, zu halten. Es kommt dabei darauf an, den Toleranzbereich möglichst breit aber so festzulegen, dass auch bei etwas veränderlichen Umgebungsbedingungen, Temperaturen und Brennstoffqualitäten eine stabile Verbrennung und die Einhaltung von Grenzwerten für den Ausstoß von Schadstoffen, insbesondere für Kohlenmonoxid und Stickoxide, gewährleistet ist. Anlagen, die dies leisten können, werden nach bestimmten (nach Ländern möglicherweise verschiedenen) Standards genehmigt oder zertifiziert. Aus gutem Grund ist es daher für den Betreiber einer solchen Anlage nicht ohne weiteres möglich, die Regelung zu verändern. Dies ist besonderen Fachleuten mit entsprechender Ausrüstung vorbehalten und kann z. B. mit Hilfe eines Updates der Regelungssoftware oder durch Veränderung von Kalibrierdaten erfolgen.
Andererseits werden solche Anlagen oft vor Ort von Personal gewartet, welches sehr wohl messen und erkennen kann, ob die Anlage für die jeweiligen örtlichen Bedingungen optimal oder wunschgemäß eingestellt ist. Bei älteren Anlagen gab es meistens mindestens eine Einstellmöglichkeit („Einstellschraube“, wie z. B. eine Justierschraube an einer Gasarmatur) zur Veränderung des Lambda-Wertes, die dem Wartungspersonal eine Optimierung für örtliche Besonderheiten erlaubte. Dies ist bei neueren elektronisch geregelten Anlagen oft nicht der Fall, so dass das Wartungspersonal vor Ort feststellen kann, dass eine Anlage zwar Grenzwerte einhält, aber noch besser eingestellt werden könnte, es jedoch keine Möglichkeit gibt, dies vor Ort ohne Spezialausrüstung durchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Probleme wenigstens teilweise zu lösen, und insbesondere eine einfache Möglichkeit zur Veränderung des Lambda-Wertes vorzusehen, die jedoch nicht zu Eingriffen führen kann, dass die genehmigten Toleranzbereiche verlassen werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
Für das Verfahren zur Einstellung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff bei einem mit einem Brenngas und/oder einem flüssigem Brennstoff befeuerten Brenner, wird an einem Gehäuse des Brenners oder seiner elektronischen Regelung ein mit der elektronischen Regelung über eine Datenverbindung verbundenes Interface (Gerät zur Interaktion von Mensch und Maschine) eingesetzt, wobei über eine Eingabemöglichkeit am Interface eine Änderung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff innerhalb eines durch die elektronische Regelung vorgebbaren Korrekturbereiches in der elektronischen Regelung bewirkt wird.
Das „Einsetzen“ des Interfaces umfasst insbesondere, dass mittels des Interfaces in die elektronische Regelung (zeitweise und/oder teilweise) eingegriffen werden kann. Es ist möglich, dass das Interface an dem Gehäuse oder der Regelung (bzw. Regeleinheit) angeschlossen wird, beispielsweise über eine geeignete Halterung oder einen geeigneten Datenstecker. Es ist möglich, dass die Datenverbindung auch per Funk, Telefon, einer Cloud oder dergleichen auf die Regelung einwirkt, wobei hierfür geeignete, ggf. wenigstens eine mobile, Funkeinheiten vorgesehen sind. Die „Eingabemöglichkeit“ kann z. B. über eine Tastatur, einen Regler, einen Sensor und/oder eine Rechnereinheit eingerichtet sein. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die elektronische Regelung und/oder das Interface eine Beschränkung umfasst, die die Einstellung des Lambda-Wertes beschränkt, nämlich in einen vorgegebenen Korrekturbereich, der üblicherweise von einer vordefinierten oder berechneten Obergrenze und einer vordefinierten oder berechneten Untergrenze begrenzt ist. Der vorgegebene Korrekturbereich kann in einem Speicher abgelegt sein und für die Einstellung verfügbar gemacht werden. Es ist möglich, dass die elektronische Regelung Einstellungen außerhalb des Korrekturbereichs blockiert oder verweigert. Das „Einstellen“ des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff umfasst folglich insbesondere eine Feinjustierung, eine Kalibrierung, ein Nachregeln oder dergleichen.
Einem Techniker vor Ort steht daher eine Möglichkeit zur Verfügung, innerhalb des Korrekturbereiches Änderungen vorzunehmen, die eine Anpassung an aktuelle Gegebenheiten ermöglichen. Dies erlaubt beispielsweise eine Optimierung eines Abgasparameters oder von Geräuschen eines Gebläses oder dergleichen.
In einer besonderen Ausführungsform wird das Verhältnis von Luft zu Brennstoff bei einer oder mehreren unterschiedlichen Leistungen des Brenners geändert, wobei für verschiedene Leistungen unterschiedliche Korrekturfaktoren verwendet werden können.
Bevorzugt speichert die Regelung die vorgenommenen Änderungen und nutzt die gespeicherten Werte bei einem zukünftigen Betrieb zur Regelung, bis die Anlage auf ihre ursprünglichen Werte zurückgesetzt oder neue Korrekturfaktoren eingegeben werden.
In einer speziellen Ausführungsform werden ein Toleranzbereich für das Verhältnis von Luft zu Brennstoff und der Korrekturbereich für mögliche Änderungen in der elektronischen Regelung so vorgegeben und begrenzt, dass selbst maximal falsche Änderungen innerhalb des Korrekturbereiches bei allen Betriebsbedingungen nicht dazu führen, dass das Verhältnis von Luft zu Brennstoff den Toleranzbereich verlässt. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Genehmigung oder Zertifizierung, die für den ganzen Toleranzbereich gilt, bei Änderungen innerhalb des Korrekturbereiches erhalten bleibt und die Anlage unter allen Korrekturen immer noch alle Grenzwerte bei Sicherheit und Umweltverträglichkeit einhält.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Einstellung bzw. Feinjustierung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda) bei einem mit einem Brenngas und/oder einem flüssigen Brennstoff befeuerten Brenner vorgeschlagen, welche an einem Gehäuse des Brenners oder seiner elektronischen Regelung ein Interface aufweist, welches mit der elektronischen Regelung über eine Datenverbindung verbunden ist und eine Änderung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff innerhalb eines durch die Regelung vorgegebenen Korrekturbereiches erlaubt. So wird für einen Techniker vor Ort eine Eingriffsmöglichkeit geschaffen, die in gewissen Grenzen einer „Einstellschraube“ an älteren Geräten entspricht und eine Feinjustierung erlaubt.
Dazu weist das Interface mindestens eine Eingabemöglichkeit für Änderungen auf. Dies lässt sich auf viele Weisen verwirklichen, beispielsweise durch einzelne Knöpfe für Plus und Minus oder einen Drehknopf.
Bevorzugt hat das Interface eine Anzeige des aktuellen Verhältnisses von Luft zu Brennstoff oder eine davon abgeleitete Größe. Auch eine Darstellung in Form eines Diagramms ist möglich. Besonders bevorzugt kann eine sogenannte „Touchscreen“ (berührempfindliche Anzeige) gleichzeitig als Anzeige und zum Einstellen einer Korrektur verwendet werden.
Das Interface ist im Allgemeinen zur Änderung von Daten und deren Speicherung in der elektronischen Regelung eingerichtet, damit vorgenommene Änderungen für die Zukunft wirksam bleiben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Interface zur Änderung und Speicherung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners eingerichtet, wobei insbesondere bei unterschiedlichen Leistungen auch unterschiedliche Korrekturfaktoren eingegeben und gespeichert werden können. Es kann durchaus sein, dass in einem niedrigen Leistungsbereich eine andere Korrektur sinnvoll oder gewünscht ist als in einem höheren Leistungsbereich. Die Regelelektronik kann dabei so eingerichtet sein, dass in Leistungsbereichen zwischen den einzelnen Korrekturfaktoren eine Interpolation erfolgt.
Die hier vorgeschlagene Vorgehensweise kann zumindest teilweise mit spezifischen Mitteln zur Datenverarbeitung ausgeführt oder kontrolliert werden. Daher wird insbesondere eine Regeleinheit bzw. elektronische Regelung zur Einstellung des Lambda-Wertes bei einem Brenner vorgeschlagen, welche mit einem Interface ausgestattet ist und mit Mitteln, die dazu geeignet und/oder eingerichtet sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Weiter wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bewirken, dass die vorgeschlagene Vorrichtung die Verfahrensschritte ausführt. Dies erfasst auch ein computerlesbares Medium, auf dem dieses Computerprogramm gespeichert ist.
Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

1: eine Vorrichtung zur Feinjustierung des Lambda-Wertes, und
2: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkung der Feinjustierung.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung, die geeignet und eingerichtet ist, die hier vorgeschlagene Vorgehensweise umzusetzen. Ein Brenner 1 mit einem Brennergehäuse 6 wird von einem Lufteinlass 2 über ein Gebläse 3 mit Verbrennungsluft versorgt. An einem Brennstoffeinlass 4 wird flüssiger oder gasförmiger Brennstoff der Verbrennungsluft zugefügt, wobei dieser Vorgang durch ein Brennstoffventil 5 gesteuert oder geregelt wird. Eine elektronische Regelung 7 regelt den gesamten Betrieb des Brenners 1, weshalb sie über Signalleitungen 12 mit dem Gebläse 3, dem Brennstoffventil 5 und anderen nicht dargestellten Sensoren und Aktoren verbunden ist.
Zudem gibt es ein Interface 8 mit einer Anzeige 9 und einer Eingabemöglichkeit 10, welches an geeigneter Stelle zugänglich außen an einem Brennergehäuse 6 oder der Außenseite der elektronischen Regelung 7 angeordnet ist. Es ist mittels einer Datenverbindung 11 (die grundsätzlich auch über Funk erfolgen kann), mit der elektronischen Regelung 7 verbunden und eingerichtet, bei verschiedenen Laststufen (Leistungen des Brenners 1) einen Korrekturfaktor einzugeben und in der elektronischen Regelung 7 zu speichern. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Eingabe eines Korrekturfaktors mittels eines Drehknopfes, dessen Drücken zu einer Speicherung des eingestellten Wertes führt.
2 veranschaulicht in schematischer und nicht maßstabsgerechter Darstellung die Funktion der hier vorgeschlagenen Vorgehensweise anhand eines Diagramms. Auf der X-Achse ist beispielhaft die Leistung L des Brenners 1 aufgetragen, wobei es in dem Beispiel um einen Brenner 1 mit Leistungen zwischen 5 und 20 kW [Kilowatt] geht. Auf der Y-Achte ist ein Sollwert S aufgetragen, der in einem physikalischen Zusammenhang mit dem dadurch jeweils eingestellten Verhältnis von Verbrennungsluft zu Brennstoff steht. Die Kurve A zeigt den Verlauf des Sollwertes S in Abhängigkeit von der Leistung L bei Werkseinstellung. Typischerweise befindet sich die Kurve A etwa in der Mitte eines nicht dargestellten Toleranzbereiches, von dem man nachgewiesen hat, dass Sollwerte innerhalb dieses Toleranzbereiches betriebssichere Zustände herbeiführen und alle Vorschriften einhalten. Der Abstand der Kurve A von den Grenzen des Toleranzbereiches ist so groß, dass auch eine Änderung der Sollwerte innerhalb eines Korrekturbereiches K zwischen einer oberen Korrekturgrenze O und einer unteren Korrekturgrenze U unabhängig von den Betriebsbedingungen noch nicht zu einer Überschreitung von Grenzwerten führen können. Die erfindungsgemäße Feinjustierung nutzt dies aus und erlaubt eine Änderung des Sollwertes S in dem Korrekturbereich K. Die Kurve B zeigt, wie ein korrigierter Verlauf des Sollwertes S in Abhängigkeit von der Leistung L des Brenners 1 aussehen kann.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, bei modernen Brenneranlagen mit elektronischer Regelung dennoch einen Eingriff von Wartungspersonal vor Ort zu ermöglichen, so dass eine Anpassung an örtliche Besonderheiten (z. B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Geräuschentwicklung des Gebläses etc.) in gewissem Umfang möglich ist, ohne eine Betriebsgenehmigung oder Zertifizierung zu gefährden.
Bezugszeichenliste

1: Brenner
2: Lufteinlass
3: Gebläse
4: Brennstoffeinlass
5: Brennstoffventil
6: Brennergehäuse
7: Elektronische Regelung
8: Interface
9: Anzeige
10: Eingabemöglichkeit
11: Datenverbindung
12: Signalleitungen
L: Leistung des Brenners
S: Sollwert für Lambda-Wert
K: Korrekturbereich
O: Obere Korrekturgrenze
U: Untere Korrekturgrenze
A: unkorrigierte Sollwerte
B: korrigierte Sollwerte

Claims

Verfahren zur Einstellung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda) bei einem mit einem Brenngas und/oder einem flüssigem Brennstoff befeuerten Brenner (1), wobei an einem Gehäuse (6) des Brenners (1) oder seiner elektronischen Regelung (7) ein mit der elektronischen Regelung (7) über eine Datenverbindung (11) verbundenes Interface (8) angebracht wird, und wobei über eine Eingabemöglichkeit (10) am Interface (8) eine Änderung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda) innerhalb eines durch die elektronische Regelung (7) vorgebbaren Korrekturbereiches (K) in der elektronischen Regelung (7) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Luft zu Brennstoff bei einer oder mehreren unterschiedlichen Leistungen des Brenners (1) geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regelung die vorgenommenen Änderungen speichert und die gespeicherten Werte bei einem zukünftigen Betrieb zur Regelung nutzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Toleranzbereich für das Verhältnis von Luft zu Brennstoff (Lambda) und der Korrekturbereich (K) für mögliche Änderungen so begrenzt werden, dass selbst maximal falsche Änderungen innerhalb des Korrekturbereiches (K) bei allen Betriebsbedingungen nicht dazu führen, dass das Verhältnis von Luft zu Brennstoff (Lambda) den Toleranzbereich verlässt.
Vorrichtung zur Einstellung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda) bei einem mit einem Brenngas und/oder einem flüssigen Brennstoff befeuerten Brenner (1), wobei an einem Gehäuse (6) des Brenners (1) oder seiner elektronischen Regelung (7) ein Interface (8) vorhanden ist, welches mit der elektronischen Regelung (7) über eine Datenverbindung (11) verbunden ist und eine Änderung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda) innerhalb eines durch die elektronische Regelung (7) vorgegebenen Korrekturbereiches (K) erlaubt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Interface (8) mindestens eine Eingabemöglichkeit (10) für Änderungen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Interface (8) eine Anzeige (9) des aktuellen Verhältnisses von Luft zu Brennstoff oder eine davon abgeleitete Größe aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Interface (8) zur Änderung von Daten und deren Speicherung in der elektronischen Regelung (7) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Interface (8) zur Änderung und Speicherung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners (1) eingerichtet ist.
Regeleinheit zur Einstellung des Lambda-Wertes bei einem Brenner (1) mit einem Interface (8) und Mitteln, die dazu geeignet und/oder eingerichtet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt.