DE102020203383A1

DE102020203383A1 - Verfahren zur Überwachung einer Verbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020203383A1
Application number: DE102020203383.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Busser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung einer Verbrennungsvorrichtung, insbesondere einer Heizungsvorrichtung, welche zumindest eine Brennereinheit (14) zu einem Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere eines Brenngases, einen zu der Brennereinheit (14) führenden Luftzufuhrkanal (16) und einen von der Brennereinheit (14) wegführenden Auslasskanal (18) aufweist.Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses eines Fluids, insbesondere eines Abgases, von dem Auslasskanal (18) in Richtung des Luftzufuhrkanals (16) zumindest ein Fluidparameter in dem Luftzufuhrkanal (16) ermittelt wird.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits ein Verfahren zur Überwachung einer Verbrennungsvorrichtung, insbesondere einer Heizungsvorrichtung, welche zumindest eine Brennereinheit zu einem Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere eines Brenngases, einen zu der Brennereinheit führenden Luftzufuhrkanal und einen von der Brennereinheit wegführenden Auslasskanal aufweist, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung einer Verbrennungsvorrichtung, insbesondere einer Heizungsvorrichtung, welche zumindest eine Brennereinheit zu einem Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere eines Brenngases, einen zu der Brennereinheit führenden Luftzufuhrkanal und einen von der Brennereinheit wegführenden Auslasskanal aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses eines Fluids, insbesondere eines Abgases, von dem Auslasskanal in Richtung des Luftzufuhrkanals zumindest ein Fluidparameter in dem Luftzufuhrkanal ermittelt wird. Insbesondere ist die Verbrennungsvorrichtung zu einer Umwandlung einer in dem Brennstoff gespeicherten Energie in Wärme, Bewegung und/oder elektrischen Strom vorgesehen. Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung einen Wärmeübertrager, zu einer Übertragung einer bei dem Verbrennen des Brennstoffs erzeugten Wärme auf ein Arbeitsmedium. Insbesondere ist der Luftzufuhrkanal zu einer Zufuhr von Sauerstoff oder eines Sauerstoffgemischs, insbesondere von Umgebungsluft, zu der Brennereinheit vorgesehen. Vorzugsweise ist der Auslasskanal zu einem Auslass eines bei dem Verbrennen des Brennstoffs entstehenden Verbrennungsprodukts, insbesondere eines Abgases, aus der Brennereinheit vorgesehen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell eingerichtet, speziell programmiert, speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Vorzugsweise umfasst die Überwachung eine Datenerfassung und/oder eine Datenauswertung über einen internen Zustand der Verbrennungsvorrichtung. Vorzugsweise ist das Verfahren zur Überwachung der Verbrennungsvorrichtung unabhängig von, insbesondere parallel zu, einem Steuerverfahren für die Verbrennungsvorrichtung durchführbar. Es ist denkbar, dass das Verfahren in ein Steuerverfahren für die Verbrennungsvorrichtung integriert ist. Insbesondere ist das Verfahren in einem inaktiven Betriebszustand der Verbrennungsvorrichtung durchführbar. Unter einem „inaktiven Betriebszustand“ soll insbesondere ein Betriebszustand verstanden werden, bei dem das Verbrennen des Brennstoffs, insbesondere eine Brennstoffzufuhr der Verbrennungsvorrichtung, abgestellt ist, beispielsweise ein Standby-Betrieb oder dergleichen.
Insbesondere wird in zumindest einem Verfahrensschritt eines Rückflusses eines Fluids entgegen einer zumindest während eines Betriebs der Verbrennungsvorrichtung vorgesehen Strömungsrichtung detektiert. Insbesondere bezeichnet die vorgesehene Strömungsrichtung eine Richtung von dem Luftzufuhrkanal und/oder von einem Brennstoffzufuhrkanal der Verbrennungsvorrichtung, insbesondere durch die Brennereinheit hindurch, zu dem Auslasskanal. Insbesondere bezeichnet ein Rückfluss eine Strömung zumindest eines Fluids entlang einer Richtung von dem Auslasskanal, insbesondere durch die Brennereinheit hindurch, zu dem Luftzufuhrkanal. Beispielsweise ergibt sich ein Rückfluss durch die, insbesondere inaktive, Verbrennungsvorrichtung aufgrund eines Überdrucks durch ein Abgas einer, insbesondere aktiven, weiteren Verbrennungsvorrichtung, die insbesondere mit der Verbrennungsvorrichtung an einem gemeinsamen Auslasskanalsystem angeschlossen ist. Vorzugsweise wird zu der Detektion eines Rückflusses der Fluidparameter eines Fluids ermittelt, das sich in dem Luftzufuhrkanal befindet und/oder durch den Luftzufuhrkanal strömt. Vorzugsweise wird der Fluidparameter mittels eines Sensorelements der Verbrennungsvorrichtung in dem Luftzufuhrkanal und/oder an einer Außenwand des Luftzufuhrkanals gemessen. Alternativ oder zusätzlich wird der Fluidparameter mittels weiterer Sensorelemente, die insbesondere an von dem Luftzufuhrkanal unterschiedlichen Stellen der Verbrennungsvorrichtung angeordnet sind, und/oder einem mathematischen Modell der Verbrennungsvorrichtung berechnet. Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung zumindest ein Mischelement zu einer Vermengung des Brennstoffs und des Sauerstoffs, beispielsweise eine Mischkammer und/oder eine Brennstoffeinspritzung in den Luftzufuhrkanal. Vorzugsweise wird der Fluidparameter an einer Stelle des Luftzufuhrkanals ermittelt, welche in der vorgesehenen Strömungsrichtung vor dem Mischelement der Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist.
Unter einem „Fluidparameter“ soll insbesondere eine Größe oder Kennzahl verstanden werden, die einen, insbesondere veränderlichen, Zustand eines Fluids beschreibt und/oder charakterisiert. Beispielsweise ist der Fluidparameter als Druck, Temperatur, Volumen, Strömungsgeschwindigkeit oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise wird der Fluidparameter in regelmäßigen zeitlichen Abständen ermittelt. Insbesondere werden/wird alle fünf Minuten, vorzugsweise alle drei Minuten, besonders bevorzugt jede Minute, zumindest ein Wert und/oder mehrere Werte für den Fluidparameter ermittelt. Es ist auch denkbar, dass ein Verlauf des Fluidparameters quasi-kontinuierlich ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich wird eine Ermittlung des Fluidparameters abhängig von einem Betriebsparameter der Verbrennungsvorrichtung, beispielsweise aufgrund einer Messung mit einem weiteren Sensorelement, insbesondere in unregelmäßigen zeitlichen Abständen, ausgelöst. Vorzugsweise wird der ermittelte Fluidparameter in zumindest einem Verfahrensschritt von einer Steuereinheit der Verbrennungsvorrichtung verarbeitet. Insbesondere wird der ermittelte Fluidparameter in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses von der Steuereinheit ausgewertet. Vorzugsweise schließt die Steuereinheit aufgrund einer Änderung des Fluidparameters auf einen Rückfluss.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann vorteilhaft eindeutig auf einen Rückfluss geschlossen werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft präzise Fehlerdiagnose durchgeführt werden. Insbesondere können andere Fehlerquellen vorteilhaft ausgeschlossen werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt als Fluidparameter eine Temperatur in dem Luftzufuhrkanal erfasst wird. Vorzugsweise wird die Temperatur eines sich in dem Luftzufuhrkanal befindlichen Fluids ermittelt. Vorzugsweise wird die Temperatur mit einem Sensorelement der Verbrennungsvorrichtung erfasst, welches insbesondere in und/oder an dem Luftzufuhrkanal angeordnet ist. Vorzugsweise wird die Temperatur mittels eines Thermoelements, mittels eines Kaltleiter-Thermistors (PTC) und/oder besonders bevorzugt mit einem Heißleiter-Thermistor (NTC) erfasst. Insbesondere schließt die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt bei einer Temperaturänderung auf einen Rückfluss. Es ist denkbar, dass die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Auswertung der Temperatur die Temperatur mit einer Referenztemperatur vergleicht. Beispielsweise schließt die Steuereinheit auf einen Rückfluss, wenn sich ein Unterschied zwischen der Temperatur und einer Umgebungstemperatur außerhalb der Verbrennungsvorrichtung vergrößert. Beispielsweise schließt die Steuereinheit auf einen Rückfluss, wenn sich ein Unterschied zwischen der Temperatur in dem Luftzufuhrkanal und einer Temperatur in der Brennereinheit und/oder in dem Auslasskanal verringert. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Detektion eines Rückflusses mit einem vorteilhaft kostengünstigen Bauteil durchgeführt werden. Insbesondere kann eine Detektion eines Rückflusses mit einem vorteilhaft verschleißarmen Bauteil durchgeführt werden. Darüber hinaus kann eine Detektion eines Rückflusses mit einem vorteilhaft hohen Auflösungsvermögen durchgeführt werden. Insbesondere kann ein vorteilhaft schwacher Rückfluss, bezogen auf einen den Rückfluss verursachenden Überdruck, detektiert werden. Insbesondere können Rückflüsse aufgrund eines Überdrucks von weniger als 5 Pa detektiert werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine zeitliche Änderung des Fluidparameters ermittelt wird, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal in Richtung des Luftzufuhrkanals zu detektieren. Vorzugsweise wird in einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses eine Änderungsrate des Fluidparameters ausgewertet. Beispielsweise wird als Änderungsrate eine Ableitung eines Verlaufs des Fluidparameters, ein Differenzenquotient zweier Messwerte des Fluidparameters, eine Differenz zwischen zwei Messwerten des Fluidparameters nach einer zuvor festgelegten Zeitspanne oder dergleichen verwendet. Vorzugsweise vergleicht die Steuereinheit die Änderungsrate mit zumindest einem, insbesondere verbrennungsvorrichtungsspezifischen, Schwellenwert. Insbesondere charakterisiert zumindest ein Schwellenwert eine maximale Wärmeaustauschrate zwischen der Brennereinheit und dem Luftzufuhrkanal in einem regulären Betrieb der Verbrennungsvorrichtung. Insbesondere schließt die Steuereinheit auf einen Rückfluss, wenn die Änderungsrate größer ist als der Schwellenwert. Insbesondere schließt die Steuereinheit auf einen Rückfluss, wenn der Fluidparameter in dem Luftzufuhrkanal sich schneller ändert als dies durch einen regulären Betrieb der Verbrennungsvorrichtung geschieht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft zwischen Prozessen unterschieden werden, welche den Fluidparameter auf unterschiedlichen Zeitskalen beeinflussen. Insbesondere kann ein Rückfluss vorteilhaft eindeutig detektiert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der ermittelte Fluidparameter mit einem Betriebszustand der Brennereinheit verknüpft wird, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal in Richtung des Luftzufuhrkanals zu detektieren. Vorzugsweise wertet die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt den Betriebszustand der Brennereinheit aus. Insbesondere überprüft die Steuereinheit, ob die Brennereinheit ausgeschaltet ist. Vorzugsweise schließt die Steuereinheit insbesondere dann auf einen Rückfluss, wenn die Brennereinheit inaktiv ist. Um den Betriebszustand der Brennereinheit zu ermitteln, ist es denkbar, dass die Steuereinheit einen Sollzustand der Brennereinheit, eine Einstellung einer Brennstoffzufuhr, ein Ergebnis einer Flammendetektion oder dergleichen von einem Steuersystem, einem Stellglied und/oder einem weiteren Sensorelement der Verbrennungsvorrichtung abfragt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Risiko einer falsch-positiven Detektion eines Rückflusses gering gehalten werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses von dem Auslasskanal in Richtung des Luftzufuhrkanals der ermittelte Fluidparameter mit Betriebsparametern der Verbrennungsvorrichtung verglichen wird. Vorzugsweise wertet die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt einen, insbesondere von dem Fluidparameter unterschiedlich ausgebildeten, Betriebsparameter der Verbrennungsvorrichtung zu einer Detektion eines Rückflusses aus. Insbesondere schließt die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt abhängig von dem Betriebsparameter und insbesondere unabhängig von dem Fluidparameter auf einen Rückfluss. Insbesondere schließt die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt abhängig vom dem Fluidparameter und insbesondere unabhängig von dem Betriebsparameter auf einen Rückfluss. Es ist denkbar, dass die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt einen detektierten Rückfluss aufgrund eines Vergleichs mit dem Fluidparameter und/oder mit dem Betriebsparameter bestätigt und/oder verwirft. Beispielsweise ist der Betriebsparameter als Temperatur in dem Auslasskanal, als Temperatur des Wärmeübertragers, als Rücklauftemperatur und/oder als Vorlauftemperatur des Arbeitsmediums für den Wärmeübertrager oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise vergleicht die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt den Fluidparameter mit dem Betriebsparameter, um eine Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Detektion eines Rückflusses zu ermitteln. Insbesondere vergleicht die Steuereinheit den Fluidparameter mit einer Temperatur des Wärmeübertragers, insbesondere zu einer Ermittlung der Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Detektion eines Rückflusses. Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest ein Verfahrensschritt zur Detektion nur dann durchgeführt wird, wenn ein Unterschied zwischen dem als Temperatur ausgebildeten Fluidparameter und der Temperatur des Wärmeübertragers größer als ein Detektionsschwellenwert ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann ein Risiko einer falsch-negativen Detektion eines Rückflusses gering gehalten werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Temperatur eines Wärmeübertragers der Verbrennungsvorrichtung abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt ein Unterschied zwischen der Temperatur des Wärmeübertragers und des als Temperatur ausgebildeten Fluidparameters erhöht und/oder zumindest im zeitlichen Mittel auf einem, insbesondere für eine Detektion eines Rückflusses notwendigen, Minimalwert gehalten. Vorzugsweise wird die Temperatur des Wärmeübertragers erhöht. Vorzugsweise wird die Temperatur des Wärmeübertragers für eine zuvor bestimmte Zeitspanne nach einer ersten Detektion eines Rückflusses geregelt, insbesondere auf dem Minimalwert gehalten. Insbesondere ist es denkbar, dass eine Regelung der Temperatur des Wärmeübertragers nach einer zuvor bestimmten Zeitspanne ohne weitere Detektion eines Rückflusses angehalten wird. Alternativ wird die Regelung dauerhaft aufrechterhalten und/oder insbesondere von einem verständigten Wartungsdienst beendet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft ein zu einer Detektion notwendiger Minimalwert für einen Temperaturunterschied zwischen dem Wärmeübertrager und dem Lufteinlasskanal aufrechterhalten werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft zuverlässige Detektion eines Rückflusses erreicht werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Betriebsweise eines Wärmeträgerkreislaufs der Verbrennungsvorrichtung abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert wird. Insbesondere ist der Wärmeübertrager zu einem Austausch von Wärme zwischen der Brennereinheit und dem Wärmeträgerkreislauf vorgesehen. Insbesondere wird während eines regulären Betriebs der Verbrennungsvorrichtung das Arbeitsmedium in dem Wärmeträgerkreislauf mittels einer Fluidfördereinheit der Verbrennungsvorrichtung umgewälzt. Vorzugsweise steuert die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses die Fluidfördereinheit des Wärmeträgerkreislaufs an, um diese einzuschalten, auszuschalten und/oder zu modulieren und insbesondere eine Temperatur des Wärmeübertragers zu ändern. Vorzugsweise ist an dem Wärmeträgerkreislauf zumindest eine weitere Verbrennungsvorrichtung angeschlossen. Insbesondere wird die Fluidfördereinheit eingeschaltet, ausgeschaltet und/oder moduliert, um Wärme zwischen der, insbesondere aktiven, weiteren Verbrennungsvorrichtung und dem Wärmeübertrager über den Wärmeträgerkreislauf auszutauschen. Alternativ und/oder zusätzlich wird ein Wärmeträgerkreislauf-Rückschlagventil zu einer Entkopplung des Wärmeübertragers von der weiteren Verbrennungsvorrichtung ausgeschaltet, insbesondere in eine dauerhaft offene Position geschaltet. Es ist auch denkbar, dass eine Benachrichtigung an einen Benutzer und/oder Wartungsdienst mit dem Vorschlag, das Wärmeträgerkreislauf-Rückschlagventil auszubauen, ausgegeben wird. Es ist auch denkbar, dass eine Temperatur des Wärmeübertragers mittels eines Heizelements, insbesondere eines elektrischen Heizelements, an und/oder in dem Wärmeübertrager geregelt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft auf bereits vorhandene Wärmequellen zurückgegriffen werden. Insbesondere kann vorteilhaft auf zusätzliche Bauteile zu einer Sicherstellung eines minimalen Temperaturunterschieds verzichtet werden. Insbesondere kann ein bestehendes System vorteilhaft einfach nachgerüstet werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Betriebsweise eines Fluidförderelements der Verbrennungsvorrichtung abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert wird. Vorzugsweise ist das Fluidförderelement zumindest während eines regulären Betriebs der Verbrennungsvorrichtung zu einer Förderung des Sauerstoffs und/oder des Sauerstoffgemischs durch den Luftzufuhrkanal zu der Brennereinheit hin vorgesehen. Insbesondere ist das Fluidförderelement als Gebläse oder Kompressor ausgebildet. Vorzugsweise steuert die Steuereinheit in zumindest einem Verfahrensschritt nach einer Detektion eines Rückflusses das Fluidförderelement an, um dieses anzuschalten und/oder zu modulieren. Insbesondere erzeugt das Fluidförderelement in zumindest einem Verfahrensschritt eine dem Rückfluss entgegenwirkende Strömung, insbesondere des Sauerstoffs und/oder des Sauerstoffgemischs, durch die Verbrennungsvorrichtung hindurch. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft einem Rückfluss entgegengewirkt werden. Insbesondere können negative Auswirkungen eines Rückflusses vorteilhaft klein gehalten werden. Insbesondere kann die Verbrennungsvorrichtung vorteilhaft verschleißarm betrieben werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt abhängig von dem ermittelten Fluidparameter ein Fehlersignal erzeugt wird. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt nach einer Detektion zumindest eines Rückflusses ein Fehlersignal erzeugt. Insbesondere wird das Fehlersignal an einen Benutzer und/oder Wartungsdienst visuell, auditiv und/oder haptisch ausgegeben. Vorzugsweise wird eine Kopie des Fehlersignals und/oder der Fluidparameter in einem Speicherelement der Steuereinheit, insbesondere zu einer späteren Auswertung, hinterlegt. Vorzugsweise wertet die Steuereinheit das Fehlersignal in zumindest einem Verfahrensschritt aus. Beispielsweise zählt die Steuereinheit die Anzahl der detektierten Rückflüsse innerhalb eines vorgegeben Zeitintervalls, beispielsweise innerhalb von 24h. Vorzugsweise ist das Fehlersignal zu einer Fehlerdiagnose vorgesehen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann vorteilhaft auf einen Fehler in der Verbrennungsvorrichtung geschlossen werden. Insbesondere kann durch das Fehlersignal eine Ursachenfindung vorteilhaft unterstützt werden.
Darüber hinaus wird eine Verbrennungsvorrichtung, insbesondere eine Heizungsvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit zu einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit eine Recheneinheit und insbesondere zusätzlich zur Recheneinheit ein Speicherelement mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung zumindest ein Sensorelement, insbesondere ein Temperatursensorelement, zu einer Erfassung des Fluidparameters. Vorzugsweise ist das Temperatursensorelement in und/oder an dem Einlasskanal angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Verbrennungsvorrichtung bereitgestellt werden, die vorteilhaft kostengünstig, vorteilhaft präzise und/oder vorteilhaft zuverlässig einen Rückfluss detektieren kann. Insbesondere kann eine vorteilhaft verschleißarme Verbrennungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Heizungssystems mit zumindest einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung und
3 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Heizungssystem 26. Vorzugsweise weist das Heizungssystem 26 zumindest eine Verbrennungsvorrichtung 12 auf. Vorzugsweise weist das Heizungssystem 26 zumindest eine weitere Verbrennungsvorrichtung 28 auf. Vorzugsweise weist das Heizungssystem 26 mehrere weitere Verbrennungsvorrichtungen auf, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die weitere Verbrennungsvorrichtung 28 kann im Wesentlichen baugleich zu der Verbrennungsvorrichtung 12 ausgebildet sein oder eine unterschiedliche Bauart aufweisen. Insbesondere umfasst das Heizungssystem 26 ein Auslasskanalsystem 30, insbesondere zu einem Auslass eines Verbrennungsprodukts, insbesondere eines Abgases, aus dem Heizungssystem 26. Vorzugsweise ist die Verbrennungsvorrichtung 12 an dem Auslasskanalsystem 30 angeschlossen. Vorzugsweise ist die weitere Verbrennungsvorrichtung 28 an dem Auslasskanalsystem 30 angeschlossen. Insbesondere ist ein Auslasskanal 18 der Verbrennungsvorrichtung 12 fluidtechnisch mit einem weiteren Auslasskanal 32 der weiteren Verbrennungsvorrichtung 28 verbunden. Beispielsweise ist es möglich, insbesondere in einem inaktiven Betriebszustand 46 der Verbrennungsvorrichtung 12, dass ein Abgas der weiteren Verbrennungsvorrichtung 28 über den Auslasskanal 18 in die Verbrennungsvorrichtung 12 strömt.
2 zeigt die Verbrennungsvorrichtung 12. Insbesondere ist die Verbrennungsvorrichtung 12 als Heizungsvorrichtung ausgebildet. Die Verbrennungsvorrichtung 12 umfasst zumindest eine Brennereinheit 14. Die Brennereinheit 14 ist zu einem Verbrennen eines Brennstoffs ausgebildet. Vorzugsweise ist der Brennstoff als Brenngas ausgebildet. Die Verbrennungsvorrichtung 12 umfasst zumindest einen Luftzufuhrkanal 16. Der Luftzufuhrkanal 16 führt zu der Brennereinheit 14. Die Verbrennungsvorrichtung 12 umfasst zumindest den Auslasskanal 18. Der Auslasskanal 18 führt von der Brennereinheit 14 weg. Die Verbrennungsvorrichtung 12 umfasst zumindest eine Steuereinheit 24. Die Steuereinheit 24 ist zu einer Durchführung eines Verfahrens 10 vorgesehen. Das Verfahren 10 ist zu einer Überwachung der Verbrennungsvorrichtung 12 vorgesehen und ist insbesondere in 3 näher dargestellt. In dem Verfahren 10 wird in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses eines Fluids, insbesondere eines Abgases, von dem Auslasskanal 18 in Richtung des Luftzufuhrkanals 16 zumindest ein Fluidparameter in dem Luftzufuhrkanal 16 ermittelt.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung 12 zumindest einen Brennstoffzufuhrkanal 34. Insbesondere führt der Brennstoffzufuhrkanal 34 zu der Brennereinheit 14 hin. Vorzugsweise ist der Brennstoffzufuhrkanal 34 zu einer Zufuhr des Brennstoffs vorgesehen. Vorzugsweise ist der Luftzufuhrkanal 16 zu einer Zufuhr von Sauerstoff, insbesondere von Umgebungsluft, vorgesehen. Vorzugsweise umfasst der Luftzufuhrkanal 16 einen Ansaugstutzen 36 zu einem Ansaugen von Umgebungsluft. Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung 12 zumindest ein Mischelement 38. Insbesondere ist das Mischelement 38 zu einer Mischung des Brennstoffs mit dem Sauerstoff, insbesondere der Umgebungsluft, vorgesehen. Vorzugsweise ist das Mischelement 38 als Mündung, insbesondere als Düse, des Brennstoffzufuhrkanals 34 in den Luftzufuhrkanal 16 ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung 12 zumindest ein Sensorelement 40. Insbesondere ist das Sensorelement 40 zu einer Erfassung des Fluidparameters vorgesehen. Vorzugsweise ist das Sensorelement 40 als Temperaturfühler, insbesondere als Heißleiter-Thermistor, ausgebildet. Vorzugsweise ist das Sensorelement 40 in dem Luftzufuhrkanal 16 angeordnet. Vorzugsweise ist das Sensorelement 40 zwischen dem Ansaugstutzen 36 und dem Mischelement 38 angeordnet.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung 12 zumindest ein Fluidförderelement 22. Insbesondere ist das Fluidförderelement 22 zu einem Ansaugen von Umgebungsluft vorgesehen. Insbesondere ist das Fluidförderelement 22 zur Vorgabe einer vorgesehen Strömungsrichtung vorgesehen. Insbesondere ist das Fluidförderelement 22 dazu vorgesehen, Sauerstoff, insbesondere Umgebungsluft, Brennstoff und/oder ein Sauerstoff-Brennstoff-Gemisch zu der Brennereinheit 14 hin zu fördern. Vorzugsweise ist das Fluidförderelement 22 in dem Luftzufuhrkanal 16, insbesondere zwischen dem Mischelement 38 und der Brennereinheit 14, angeordnet.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung 12 ein Rückschlagventil 42. Vorzugsweise ist das Rückschlagventil 42 in dem Luftzufuhrkanal 16 vor einem Einlass in die Brennereinheit 14, insbesondere zwischen der Brennereinheit 14 und dem Fluidförderelement 22, angeordnet. Insbesondere ist das Rückschlagventil 42 zu einer Verhinderung eines Rückflusses eines Fluids von der Brennereinheit 14 zu dem Luftzufuhrkanal 16, insbesondere entgegen der vorgesehen Strömungsrichtung, vorgesehen.
Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung 12 einen Wärmeübertrager 20. Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsvorrichtung 12 einen Wärmeträgerkreislauf (hier nicht dargestellt). Vorzugsweise ist der Wärmeübertrager 20 zu einem Wärmeaustausch zwischen einem Abgas der Brennereinheit 14 und dem Wärmeträgerkreislauf vorgesehen. Vorzugsweise ist der Auslasskanal 18 an dem Wärmeübertrager 20 angeschlossen.
3 zeigt das Verfahren 10. Insbesondere ist das Verfahren 10 zu einer Detektion eines Rückflusses eines Fluids, insbesondere eines Abgases, von dem Auslasskanal 18 in Richtung des Luftzufuhrkanals 16 vorgesehen.
Beispielhaft kann folgende Ausgangssituation 45 zu einem Rückfluss in die Verbrennungsvorrichtung 12 führen. Beispielsweise wird die Verbrennungsvorrichtung 12, insbesondere nach einem Erreichen einer Heizleistung mit dem Heizungssystem 26, in dem inaktiven Betriebszustand 46 gehalten. Insbesondere wird zur Bereitstellung der Heizleistung mit dem Heizungssystem 26 ein regulärer Betrieb 44 der weiteren Verbrennungsvorrichtung 28 durchgeführt. Insbesondere wird in einem Auslassschritt 48 ein Abgas der weiteren Verbrennungsvorrichtung 28 über das Auslasskanalsystem 30 ausgelassen. Insbesondere entsteht aufgrund des regulären Betriebs 44 der weiteren Verbrennungsvorrichtung 28 ein Überdruck 50 in dem Auslasskanalsystem 30, insbesondere gegenüber der Verbrennungsvorrichtung 12. Beispielsweise ist der Überdruck 50 kleiner als 200 Pa. Es ist aber auch denkbar, dass der Überdruck 50 kleiner als 10 Pa, insbesondere kleiner als 5 Pa ist. Insbesondere entsteht aufgrund des Überdrucks 50 eine rückfließende Abgasströmung 52 des Abgases der weiteren Verbrennungsvorrichtung 28 über das Auslasskanalsystem 30 in den Auslasskanal 18 der Verbrennungsvorrichtung 12.
Insbesondere kommt es bei einem Rückfluss zu einem Einströmen 54 eines Fluids, insbesondere des Abgases, über den Auslasskanal 18 in die Verbrennungsvorrichtung 12. Insbesondere strömt das rückfließende Fluid entgegen der vorgesehen Strömungsrichtung von dem Auslasskanal 18 in den Wärmeübertrager 20. Insbesondere kommt es aufgrund des rückfließenden Fluids zu einem Austritt 56 eines zumindest teilweise temperierten Fluidgemischs aus dem Wärmeübertrager 20 in Richtung des Luftzufuhrkanals 16. Vorzugsweise verhindert das Rückschlagventil 42 ein weiteres Vordringen des Fluidgemischs. Insbesondere staut das Rückschlagventil 42 das Fluidgemisch auf. Insbesondere sorgt das Rückschlagventil 42 für einen Druckausgleich der Verbrennungsvorrichtung 12 mit dem Auslasskanalsystem 30. Insbesondere bringt das Rückschlagventil 42 das Einströmen 54 des Fluids zum Erliegen.
Ist das Rückschlagventil 42 beispielsweise nicht vorhanden oder defekt, erfolgt insbesondere kein vollständiger Druckausgleich und das Einströmen 54 kommt nicht zum Erliegen. Insbesondere besteht das Risiko einer Kondensatbildung 68 in dem Wärmeübertrager 20 und/oder einer weiteren Kondensatbildung 70 in dem Luftzufuhrkanal 16. Insbesondere strömt das Fluidgemisch aus dem Wärmeübertrager 20 in den Luftzufuhrkanal 16. In zumindest einem Erfassungsschritt 58 zu einer Detektion eines Rückflusses des Fluids, insbesondere des Abgases, von dem Auslasskanal 18 in Richtung des Luftzufuhrkanals 16 wird zumindest ein Fluidparameter in dem Luftzufuhrkanal 16 ermittelt. Insbesondere wird in dem Erfassungsschritt 58 der Fluidparameter mittels des Sensorelements 40 erfasst. In zumindest dem Erfassungsschritt 58 wird eine Temperatur in dem Luftzufuhrkanal 16 als Fluidparameter erfasst. Insbesondere erfasst das Sensorelement 40 die Temperatur des aus dem Wärmeübertrager 20 austretenden Fluidgemischs.
In zumindest einem Auswertungsschritt 60 wird eine zeitliche Änderung des Fluidparameters ermittelt, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal 18 in Richtung des Luftzufuhrkanals 16 zu detektieren. Vorzugsweise liest die Steuereinheit 24 in einem Vergleichsschritt 62 einen Schwellenwert für eine zeitliche Änderung des Fluidparameters aus einem Speicherelement der Steuereinheit 24 aus. Vorzugsweise charakterisiert der Schwellenwert eine verbrennungsvorrichtungsspezifische Änderungsrate für den Fluidparameter bei einem regulären Betrieb der Verbrennungsvorrichtung 12. Vorzugsweise überprüft die Steuereinheit 24, ob die zeitliche Änderung schneller ist als der Schwellenwert für die Änderungsrate. Vorzugsweise schließt die Steuereinheit 24 bei einer über dem Schwellenwert liegenden Änderungsrate auf einen Rückfluss.
In zumindest dem Auswertungsschritt 60 wird der ermittelte Fluidparameter mit einem Betriebszustand der Brennereinheit 14 verknüpft, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal 18 in Richtung des Luftzufuhrkanals 16 zu detektieren. Vorzugsweise überprüft die Steuereinheit 24, ob die Brennereinheit 14 inaktiv ist. Vorzugsweise wird nur dann auf einen Rückfluss geschlossen, wenn die Brennereinheit 14 inaktiv ist. In zumindest dem Auswertungsschritt 60 wird zu einer Detektion eines Rückflusses von dem Auslasskanal 18 in Richtung des Luftzufuhrkanals 16 der ermittelte Fluidparameter mit Betriebsparametern der Verbrennungsvorrichtung 12 verglichen. Es ist denkbar, dass die Steuereinheit 24 in einer Referenztemperaturermittlung 64 eine Referenztemperatur, insbesondere eine Umgebungstemperatur, von einem weiteren Sensorelement der Verbrennungsvorrichtung 12 und/oder des Heizungssystems 26 abfragt. Es ist denkbar, dass die Steuereinheit 24 in einer Überdruckermittlung 66 den Überdruck 50 von einem weiteren Sensorelement der Verbrennungsvorrichtung 12 und/oder des Heizungssystems 26 abfragt.
In zumindest einem Temperierungsschritt 72 wird eine Temperatur des Wärmeübertragers 20 der Verbrennungsvorrichtung 12 abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert. Insbesondere wird in dem Temperierungsschritt 72 ein Temperaturunterschied zwischen dem Wärmeübertrager 20 und dem Luftzufuhrkanal 16 erhöht. Insbesondere wird in dem Temperierungsschritt 72 eine Temperatur des Wärmeübertragers 20 erhöht. Vorzugsweise wird in zumindest einem Anpassungsschritt 74 eine Betriebsweise des Wärmeträgerkreislaufs der Verbrennungsvorrichtung 12 abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert. Insbesondere wird in einem Modulationsschritt 76 eine Fluidfördereinheit der Verbrennungsvorrichtung 12 moduliert, insbesondere eingeschaltet. Insbesondere wälzt die Fluidfördereinheit in dem Anpassungsschritt 74 ein Arbeitsmedium in dem Wärmeträgerkreislauf um. Insbesondere tauscht das Arbeitsmedium in dem Temperierungsschritt 72 Wärme zwischen dem Wärmträgerkreislauf und der weiteren Verbrennungsvorrichtung 28 aus. Alternativ oder zusätzlich stellt die Steuereinheit 24 in einem Sperrschritt 78 ein Wärmeträgerkreislauf-Rückschlagventil auf eine dauerhaft offene Stellung. Insbesondere wird der Wärmeträgerkreislauf in dem Sperrschritt 78 an weitere Wärmeträgerkreisläufe und/oder weitere Fluidfördereinheiten des Heizungssystems 26 gekoppelt und insbesondere von diesen und/oder durch Konvektion angetrieben.
In zumindest einem Reaktionsschritt 80 wird eine Betriebsweise des Fluidförderelements 22 der Verbrennungsvorrichtung 12 abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert. Insbesondere wird nach einer Detektion eines Rückflusses das Fluidförderelement 22 moduliert, insbesondere eingeschaltet. Insbesondere wirkt das Fluidförderelement 22 dem Überdruck 50 entgegen. Insbesondere reduziert das Fluidförderelement 22 das Einströmen 54 des Fluids.
In zumindest einem Ausgabeschritt 82 wird abhängig von dem ermittelten Fluidparameter ein Fehlersignal erzeugt. Insbesondere erzeugt die Steuereinheit 24 das Fehlersignal. Vorzugsweise wird das Fehlersignal an einen Benutzer und/oder einen Wartungsdienst ausgegeben. Beispielsweise enthält das Fehlersignal einen Hinweis darauf, dass das Rückschlagventil 42 defekt sein könnte.

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Verbrennungsvorrichtung, insbesondere einer Heizungsvorrichtung, welche zumindest eine Brennereinheit (14) zu einem Verbrennen eines Brennstoffs, insbesondere eines Brenngases, einen zu der Brennereinheit (14) führenden Luftzufuhrkanal (16) und einen von der Brennereinheit (14) wegführenden Auslasskanal (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses eines Fluids, insbesondere eines Abgases, von dem Auslasskanal (18) in Richtung des Luftzufuhrkanals (16) zumindest ein Fluidparameter in dem Luftzufuhrkanal (16) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt als Fluidparameter eine Temperatur in dem Luftzufuhrkanal (16) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine zeitliche Änderung des Fluidparameters ermittelt wird, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal (18) in Richtung des Luftzufuhrkanals (16) zu detektieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der ermittelte Fluidparameter mit einem Betriebszustand der Brennereinheit (14) verknüpft wird, um einen Rückfluss von dem Auslasskanal (18) in Richtung des Luftzufuhrkanals (16) zu detektieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt zu einer Detektion eines Rückflusses von dem Auslasskanal (18) in Richtung des Luftzufuhrkanals (16) der ermittelte Fluidparameter mit Betriebsparametern der Verbrennungsvorrichtung verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Temperatur eines Wärmeübertragers (20) der Verbrennungsvorrichtung abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Betriebsweise eines Wärmeträgerkreislaufs der Verbrennungsvorrichtung abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt eine Betriebsweise eines Fluidförderelements (22) der Verbrennungsvorrichtung abhängig von dem ermittelten Fluidparameter geändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt abhängig von dem ermittelten Fluidparameter ein Fehlersignal erzeugt wird.
Verbrennungsvorrichtung, insbesondere Heizungsvorrichtung, mit zumindest einer Steuereinheit (24) zu einer Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.