DE102022100488A1

DE102022100488A1 - Verfahren zum Betreiben eines flammenbildenden Heizgerätes einer Heizungsanlage, Computerprogramm, Speichermedium, Regel- und Steuergerät, Heizgerät und Verwendung einer Durchflussrate einer Heizungsanlage und eines Ionisationssignals eines Heizgerätes

Info

Publication number: DE102022100488A1
Application number: DE102022100488.0A
Authority: DE
Inventors: Jean-François Rouxel
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2022-01-11
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-07-13
Also published as: EP4215815A1

Abstract

Ein hier vorgeschlagenes Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (2) einer Heizungsanlage (1) umfassend zumindest die folgenden Schritte:
a) Ermitteln einer ersten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes (2) basierend auf der Durchflussrate eines Heizkreislaufes (3) der Heizungsanlage (1),
b) Ermitteln einer zweiten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes (2) basierend auf einem lonisationssignal der Flamme des Heizgerätes (2),
c) Betreiben des Heizgerätes (2) in einem Leistungsbereich über dem größeren Wert von erster oder zweiter Leistungsschranke.
Die Erfindung dient zum Betreiben eines Heizgerätes (2) mit einem zumindest teilweise blockierten Abgasweg, in dem das Heizgerät (2) mit Betriebsparametern betrieben wird, die trotz teilweise blockiertem Abgasweg einen sicheren Betrieb ermöglichen. Gleichfalls dient das vorgeschlagene Verfahren zum Erkennen einer Blockade des Abgasweges, bei der ein sicheres Betreiben des Heizgerätes nicht mehr möglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines flammenbildenden Heizgerätes einer Heizungsanlage, insbesondere bei Erkennen einer blockierten Abgasanlage des Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung einer Durchflussrate und eines lonisationssignals.
Eine Blockade in der Abgasanlage eines Heizgerätes kann zu unsicheren Betriebszuständen des Heizgerätes führen. Insbesondere bei Heizgeräten mit einem pneumatischen Gas-Luftverbund kann bei einer zumindest teilweise blockierten Abgasanlage die Gemischzusammensetzung von Verbrennungsluft und Brenngas in einen gefährlichen Bereich driften.
Hierzu wird in der GB 210 5888 A vorgeschlagen, einen Sensor in einer Abgasanlage anzuordnen und einen Druck zu erfassen, der mit einem Referenzwert verglichen wird. Ein erhöhter Druck kann ein Hinweis auf eine blockierte Abgasanlage sein.
In der WO 2012/53681 A1 wird ein System vorgeschlagen, bei dem neben einem Druck in der Abgasanlage eine Drehzahl eines Gebläses des Heizgerätes erfasst wird. Eine Veränderung in dem Zusammenhang der beiden erfassten Werte kann auf eine zumindest teilweise blockierte Abgasanlage hindeuten.
Nachteilig an den Lösungen nach dem Stand der Technik ist die Notwendigkeit zusätzlicher Sensorik, die zusätzlich zu dem Kosten- und Montageaufwand auch die Komplexität der Heizungsanlage erhöht.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erkennen einer blockierten Abgasanlage bzw. zum Betrieb eines Heizgerätes vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll das Verfahren eine sichere Detektion einer blockierten Abgasanlage ermöglichen, ohne jedoch die Komplexität der Heizungsanlage zu erhöhen. Weiter soll gegebenenfalls auch ausgehend vom Erkennen einer (teilweise) blockierten Abgasanlage eine (automatisch) angepasste Betriebsweise des Heizgerätes erfolgen.
Zudem soll die Erfindung einfach durchführbar und umsetzbar und möglichst problemlos an bestehenden Heizungsanlagen nachrüstbar sein.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Hierzu trägt ein Verfahren zum Betreiben eines flammenbildenden Heizgerätes einer Heizungsanlage mit einem Heizkreislauf bei, umfassend zumindest die folgenden Schritte:

a) Ermitteln einer ersten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes basierend auf der Durchflussrate des Heizkreislaufes,
b) Ermitteln einer zweiten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes basierend auf einem lonisationssignal der Flamme des Heizgerätes,
c) Betreiben des Heizgerätes in einem Leistungsbereich über dem größeren Wert von erster Leistungsschranke oder zweiter Leistungsschranke.

Die Schritte a), b) und c) werden bei einem regulären Verfahrensablauf in der Regel zumindest einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Insbesondere ist es möglich die Schritte a) bis c) permanent oder in regelmäßigen (bedarfsgerechten) zeitlichen Abständen durchzuführen.
Die Erfindung dient dem Betreiben eines Heizgerätes mit einem zumindest teilweise blockierten Abgasweg, wobei das Heizgerät mit (vorbestimmten) Betriebsparametern betrieben wird, die trotz teilweise blockiertem Abgasweg einen sicheren Betrieb ermöglichen. Gleichfalls bzw. inzident umfasst das vorgeschlagene Verfahren das Erkennen einer (unerwünscht großen) Blockade des Abgasweges, bei der ein sicheres Betreiben des Heizgerätes nicht mehr möglich ist.
Ein teilweise blockierter Abgasweg ist gekennzeichnet durch eine (unerwünschte) Behinderung der Abgasströmung und damit einer Erhöhung des Strömungswiderstandes des Abgasweges, beispielsweise durch dessen Einengung aufgrund von Ablagerungen an einer Wandung des Abgasweges.
Grundsätzlich kann das Verfahren bei jedem Heizgerät eingesetzt werden, insbesondere sinnvoll erscheint jedoch der Einsatz bei einem gasbetriebenen Heizgerät. Insbesondere vorteilhaft kann die Erfindung bei einem Heizgerät mit einem pneumatischen Gas-Luftverbund eingesetzt werden.
Das flammenbildende Heizgerät kann insbesondere dazu eingerichtet sein, einen oder mehrere fossile Brennstoffe, wie etwa Erdgas oder Wasserstoff, unter Zufuhr von Verbrennungsluft zu verbrennen, und so Wärmeenergie, beispielsweise zum Beheizen eines Gebäudes oder zur Versorgung mit Warmwasser, bereitzustellen. Das Heizgerät weist in der Regel zumindest einen Brenner und eine Einrichtung auf, die ein Gemisch von Brennstoff (Gas) und Verbrennungsluft durch einen Gemischkanal des Heizgerätes zum Brenner fördert. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas kann durch ein Abgasrohr des Heizgerätes geführt werden, das Teil einer (übergeordneten) Abgasanlage, beispielsweise der eines Gebäudes, sein kann.
Insbesondere kann das Heizgerät einen pneumatischen Gas-Luftverbund aufweisen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Massestrom Verbrennungsluft durch eine Venturieinrichtung (Venturidüse) geleitet und entsprechend dem entstehenden Unterdruck Verbrennungsgas zugesetzt werden kann.
Der Heizkreislauf umfasst insbesondere ein Heizfluid, das mittels des Heizgerätes erhitzt werden kann. Das Heizfluid kann mittels einer Umwälzpumpe einem oder mehreren Verbrauchern (z.B. Wärmeübertragern wie Radiatoren, etc. und/oder Warmwasserabgabeeinrichtungen wie Duschen, etc.) zugeführt werden. Es ist möglich, dass das Heizfluid nach einer Wärmeabgabe wieder von dem Heizgerät erhitzt wird.
In Schritt a) erfolgt das Ermitteln einer ersten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes, basierend auf der Durchflussrate eines Heizkreislaufes der Heizungsanlage. Dies bedeutet insbesondere, dass eine (aktuelle und/oder maximale) Durchflussrate des Heizfluides in dem Heizkreislauf gemessen wird. Die Durchflussrate kann dann z. B. rechnerisch in eine Bewertung einbezogen werden, die zu einem Wert einer ersten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes führt. Die erste untere Leistungsgrenze ist insbesondere ein Maß dafür, welcher Mindestleistungsbedarf seitens des Heizkreislaufes an das Heizgerät besteht.
In Schritt b) erfolgt das Ermitteln einer zweiten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes basierend auf einem lonisationssignal der Flamme des Heizgerätes. Dies bedeutet insbesondere, dass mittels eines gemessenen lonisationssignals in der Umgebung der Flamme eine (aktuelle) Qualität der Flamme des Heizfluides bestimmt wird. Dieses lonisationssignal kann dann z. B. rechnerisch in eine Bewertung einbezogen werden, die zu einem Wert einer zweiten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes führt. Die zweite untere Leistungsgrenze ist insbesondere ein Maß dafür, ob eine kontrollierbare bzw. stabile Flammenbildung im Heizgerät vorliegt.
In Schritt c) erfolgt das (kontrollierte bzw. angepasste) Betreiben des Heizgerätes in einem Leistungsbereich über dem größeren Wert von erster Leistungsschranke oder zweiter Leistungsschranke. Schritt c) kann somit umfassen, dass die gemäß Schritt a) ermittelte erste untere Leistungsschranke mit der gemäß Schritt b) ermittelten zweiten unteren Leistungsschranke verglichen wird und der Betrieb des Heizgeräts so geregelt und/oder angepasst wird, dass dieses in einem Leistungsbereich über der größeren der beiden Leistungsschranke betrieben werden.
Die erste untere Leistungsschranke gemäß Schritt a) kann anhand einer aktuellen Durchflussrate des Heizkreislaufs bestimmt werden. Die Durchflussrate des Heizkreislaufs wird im Wesentlichen durch den aktuellen Betrieb und/oder den Maximalbetrieb der Umwälzpumpe des Heizkreislaufs bestimmt.
Eine erste Durchflussrate D_P kann mit einem Wert angegeben werden, der von der Umwälzpumpe durch interne Routinen berechnet und bereitgestellt wird. Der von der Umwälzpumpe bereitgestellte (aktuelle) Wert für die Durchflussrate D_P kann beispielsweise durch ein Regel- und Steuergerät abgerufen werden, welches bevorzugt auch das hier vorgeschlagene Verfahren durchführen lässt. Die Umwälzpumpe ist insbesondere eine, deren Leistung mittels eines (aktuellen) Differenzdrucks und/oder eines (aktuellen) Temperaturunterschieds im Heizkreislauf (automatisch) geregelt wird. Als Differenzdruck wird der Druckunterschied zwischen dem in die Umwälzpumpe eintretenden und dem aus ihr austretenden Heizfluid bezeichnet. So kann der Druck in dem Heizkreislauf sinken, wenn viele Verbraucher aktiv sind, was dann eine Leistungserhöhung bei der Umwälzpumpe zur Folge hat. Im anderen Fall reagiert die Umwälzpumpe insbesondere auf Temperaturunterschiede zwischen einer Temperatur im (heißen, dem Heizgerät nachgelagerten) Vorlauf und einer Temperatur im (kälteren, dem Heizgerät vorgelagerten) Rücklauf. Ist beispielsweise der Temperaturunterschied gering, ist das ein Anzeichen dafür, dass die Pumpenleistung aktuell zu hoch ist, was zum Senken der Leistung der Umwälzpumpe führt. Die aus einer solchen Pumpenregelung ermittelte Leistung kann zur Bestimmung der aktuellen Durchflussrate herangezogen werden.
Weiter kann eine (zweite) maximal von der Umwälzpumpe erreichbare Durchflussrate D_max, die einer maximalen Leistungsaufnahme bzw. einem Maximalbetrieb entspricht, herangezogen werden. Die maximale Durchflussrate kann eine heizkreislaufspezifische und/oder pumpenspezifische Kenngröße sein und kann sich insbesondere bei einem minimalen Strömungswiderstand des Heizkreislaufes einstellen. Bei Umwälzpumpen, die die aktuelle Durchflussrate D_P nicht durch interne Routinen berechnen und/oder bei von der Umwälzpumpe bereitgestellten unplausiblen Werten D_P, kann die maximale Durchflussrate D_max herangezogen werden und anhand eines (bekannten) proportionalen Zusammenhanges zwischen der (vorliegenden) Drehzahl der Umwälzpumpe und deren Durchflussrate die aktuelle Durchflussrate bestimmt werden.
Eine (dritte) Durchflussrate D_T der Umwälzpumpe kann unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur sowie der vom Brenner bereitgestellten Wärmeenergie ermittelt werden. Grundlage für die Ermittlung kann die folgende Formel der Thermodynamik sein: $P = η \times Q = D_{T} \times c_{p} \times (T_{V o r} - T_{R \ddot{u} c k})$
Dabei sind:

D_T die Durchflussrate des Heizkreislaufes
T_vor die Vorlauftemperatur des Heizkreislaufes
T_Rück die Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes
c_p die Wärmekapazität des Wärmeträgers (beispielsweise Wasser)
P die abgegebene Wärme des Heizgerätes
Q die aufgenommene Leistung des Heizgerätes
η der Wirkungsgrad des Heizgerätes (bekannte Funktion von T_Vor, T_Rück und Q

Unter Einbeziehung von Schwankungen und Trägheit des Systems kann die folgende äquivalente Formel herangezogen werden, insbesondere wenn die Vorlauf- und Rücklauftemperatur sowie die aufgenommene Leistung nicht stabilisiert sind. $\begin{array}{l} P (t) = η \times \bar{Q (t)} = D_{T} (t) \times c_{p} \times (T_{V o r} (t) - T_{R \ddot{u} c k} (t - Δ t)) - K \times \frac{d}{d t} \times (T_{V o r} (t) + T_{R \ddot{u} c k} (t)) \\ m i t Δ t = \frac{V_{W}}{\bar{D_{T} (t)}} \end{array}$
Dabei sind:

V_W die im Heizkreislauf enthaltene Menge Wärmeträger
Δt der Zeitraum, in dem der Wärmeträger den Wärmetauscher durchströmt
K die Wärmekapazität des Wärmetauschermaterials
X(t) zeitabhängige Variablen
X(t) Durchschnittswerte für den Zeitraum, in dem der Wärmeträger durch den Wärmetauscher strömt.

Somit können drei Durchflussraten D_P, D_max und D_T bestimmt werden. Diese können auch in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden und damit eine „übergeordneten“ Durchflussrate-Kenngröße ergeben, die hier betrachtet werden kann. Insbesondere im Fall einer wenigstens teilweise blockierten Abgasanlage kann der Wärmeeintrag in das Heizfluid über das Heizgerät nicht mehr in einer erwarteten (konstanten) Weise aufrechterhalten werden, was in einem solchen Verhältnis der Durchflussraten erkennbar ist und dazu führt, dass auf diese Weise bzw. damit eine teilweise blockierten Abgasanlage festgestellt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die eine erste untere Leistungsschranke anhand einer minimalen Leistung des Heizgerätes bestimmt werden. Die minimale Leistung des Heizgerätes kann als die geringste Leistung des Heizgerätes angesehen werden, mit der dieses mit stabiler Flamme betreibbar ist. Beispielsweise kann die erste untere Leistungsschranke sich aus der minimalen Leistung des Heizgerätes mit einem Faktor D_T/D_Use ergeben. D_Use kann hierbei eine Berechnungsgröße darstellen, die zur Bestimmung der ersten unteren Leistungsschranke herangezogen wird. Insbesondere kann die Bestimmung der ersten unteren Leistungsschranke eine (unten beschriebene) Verifikation der von der Umwälzpumpe bestimmten Parameters D_P einbeziehen und von dieser abhängig sein. In Abhängigkeit des Ergebnisses der Verifikation des von der Umwälzpumpe bestimmten Parameters D_P kann die Berechnungsgröße D_Use definiert werden.
Beispielhaft kann eine untere Leistungsschranke anhand der Durchflussraten D_P, D_max und D_T unter Einbeziehung einer Verifikation der von der Umwälzpumpe bestimmten Parameters D_P wie folgt bestimmt werden:

1.1 Wenn keine Verifikation der von der Umwälzpumpe bestimmten Durchflussrate D_P durchgeführt wurde, kann die Durchflussrate D_Use zur Bestimmung der (ersten) unteren Leistungsschranke als Minimum von D_max oder D_P (+ Toleranz) definiert werden.
1.2 Wenn eine Verifikation der von der Umwälzpumpe bestimmten Durchflussrate D_P durchgeführt wurde und diese Verifikation erfolgreich war, kann die Durchflussrate D_Use zur Bestimmung der (ersten) unteren Leistungsschranke als D_P (+ Toleranz) definiert werden.
1.3 Wenn eine Verifikation der von der Umwälzpumpe bestimmten Durchflussrate D_P durchgeführt wurde und diese Verifikation nicht erfolgreich war, kann die Durchflussrate D_Use zur Bestimmung der (ersten) unteren Leistungsschranke als D_max definiert werden.
2. Nachdem die Durchflussraten entsprechend bestimmt oder festgelegt wurden, kann die Durchflussrate D_T, ermittelt anhand der Vor- und Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes, mit D_Use verglichen werden.
3. Wenn D_T>D_Use das Ergebnis des Vergleichs gemäß 2. ist, kann die (erste) untere Leistungsschranke aus der minimalen Leistung des Heizgerätes mit einem Faktor D_T/D_Use bestimmt werden.
4. Wenn das Ergebnis des Vergleichs gemäß 2. nicht D_T>D_Use ist, kann die minimale Leistung des Heizgerätes als die (erste) untere Leistungsschranke definiert werden.

Das Ermitteln der zweiten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes gemäß Schritt b) erfolgt basierend auf dem lonisationssignal der Flamme. Ein zumindest teilweise blockierter Abgasweg der Abgasanlage kann am lonisationssignal der Flamme des Heizgerätes insbesondere erkannt werden durch:

- eine Abschwächung des lonisationssignals, aufgrund einer Verkleinerung der Flamme, und/oder
- einem Rauschen des lonisationssignals, weil die Regelung mittels des lonisationssignals in einen instabilen Bereich kommt.

Die genannten Charakteristika des lonisationssignals der Flamme bei zumindest teilweise blockiertem Abgasweg können jedoch auch aus anderen Gründen auftreten, beispielsweise einer korrodierten lonisationselektrode oder auch einer instabilen Verbrennung. Für eine eindeutige Identifikation eines zumindest teilweise blockierten Abgaswegs kann gegebenenfalls z. B. eine gleichzeitige Überprüfung anderer Zusatzparameter und/oder des Durchsatzes im Heizkreislauf erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein hybrides lonisationssignal ermittelt werden, dass die beiden Effekte (Abschwächung und Rauschen) des lonisationssignals bei einem zumindest teilweise blockierten Abgasweg berücksichtigt bzw. voraussetzt. Hierzu kann eine Abschwächung des lonisationssignals erkannt und mit einem gefilterten Rauschanteil des lonisationssignals kumuliert werden. In vorteilhafter Weise kann durch das hybride lonisationssignal eine zumindest teilweise Blockade des Abgasweges sicher detektiert werden und beispielsweise von einer korrodierten Elektrode unterschieden werden. Da eine instabile Verbrennung regelmäßig bei einer sich verschlechternden Blockade des Abgasweges auftreten kann, kann es vorteilhaft sein, die Filterung des Rauschanteiles des lonisationssignals dahingehend anzupassen, dass eine instabile Verbrennung noch erkennbar ist.
Ein hybrides lonisationssignal kann beispielsweise wie folge ermittelt werden. Das lonisationssignal wird in der Regel periodisch erfasst, beispielsweise mit einem zeitlichen Abstand von 100 ms [Millisekunden]. Bei dem lonisationssignal kann es sich insbesondere um ein Rohdaten-Signal handeln, also einem weitestgehende unverändertem Signal der lonisationselektrode. Um ein Rauschen des (Rohdaten-)lonisationssignales zu eliminieren, können beispielsweise ein aktuelles Signal (Ionsignal_neu) und mindestens ein aus einer vorherigen Erfassung stammendes (altes) Signal (Ionsignal_alt) verknüpft werden: $I o n s i g n a l_{H y b r i d} = I o n s i g n a l_{n e u} + R a u s c h e n_{n e u}$
mit $R a u c h e n_{n e u} = \frac{F i l t e r \times R a u s c h e n_{a l t} + S k a l a r \times [I o n s i g n a l_{n e u} - I o n s i g n a l_{a l t}]}{F i l t e r + 1}$
Die Parameter Filter und Skalar der dargestellten Gleichung dienen einer Verstärkung des lonisationssignales und einer Mittelung des Rauschanteils des lonisationssignals.
Anhand des lonisationssignals und/ oder des hybriden lonisationssignals kann eine zweite untere Leistungsschranke ermittelt werden.
Charakteristisch für eine Detektion eines (teilweise) blockierten Abgasweges anhand der Durchflussrate des Heizkreislaufes gemäß Schritt a) ist eine weitestgehend proportionale Änderung des Signals bezogen auf die Rate bzw. das Maß der Blockade des Abgasweges. Mit anderen Worten kann proportional zu einem sich weiter zusetzenden Abgasweg ein dazu kontinuierlich sich veränderndes Signal basierend auf der Durchflussrate ermittelt werden. Demgegenüber kann an dem (hybriden) lonisationssignal ein sprunghafter Anstieg festgestellt werden, sobald ein Schwellenwert der Blockierung des Abgasweges erreicht ist.
Somit können nunmehr eine erste untere Leistungsschranke basierend auf der Betrachtung der Durchflussrate der Umwälzpumpe und eine zweite Leistungsschranke basierend auf der Betrachtung des lonisationssignales der Flamme vorliegen. Von diesen beiden unteren Leistungsschranken kann die größere als untere Leistungsschranke für den Betrieb des Heizgerätes ausgewählt werden.
Durch das Betreiben des Heizgerätes gemäß Schritt c) mit der höheren der beiden unteren Leistungsschranken, ermittelt gemäß der Schritte a) und b), wird sichergestellt, dass das Heizgerät nicht in einem Leistungsbereich betrieben wird, der aufgrund der Blockade des Abgasweges zu unsicheren Betriebszuständen führen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann gemäß einem Schritt d) das Heizgerät eine Information über einen zumindest teilweise blockierten Abgasweg bereitstellen oder versenden. Insbesondere kann das Heizgerät eine Information über einen zumindest teilweise blockierten Abgasweg bereitstellen oder versenden, wenn einer der beiden ermittelten unteren Leistungsschranken einen Grenzwert erreicht. Der Grenzwert kann ein voreingestellter Wert sein, der beispielsweise auf dem Speicher eines Regel- und Steuergerätes des Heizgerätes hinterlegt sein kann und einen Schwellwert repräsentiert, über dem eine sicherer Betrieb des Heizgerätes nicht mehr gewährleistet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann sich das Heizgerät bei Durchführung des Schrittes d) alternativ oder kumulativ bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes hinsichtlich einer der beiden unteren Leistungsschranken abschalten. In vorteilhafter Weise können so Schäden am Heizgerät oder Unfälle aufgrund unsicherer Betriebszustände verhindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann in regelmäßigen (zeitlichen) Abständen und/oder nach Bedarf eine Verifikation der Signale der für die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens notwendigen Sensoren erfolgen. Dies sind insbesondere ein Temperatursensor für eine Vorlauftemperatur, ein Temperatursensor für die Rücklauftemperatur und/oder eine lonisationselektrode.
Beispielsweise kann eine Verifikation der Temperatursensoren in einem Rücklauf und Vorlauf eines Heizkreislaufes erfolgen, indem ein Drei-Wege-Ventil Vorlauf und Rücklauf des Heizkreislaufes über einen Wärmetauscher zur Warmwasserbereitstellung verbindet und so die Signale der Temperatursensoren, angeordnet beispielsweise vor und/oder nach einem (Haupt)Wärmetauscher, verglichen werden können. Eine ermittelte Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperatursensoren kann für eine Kalibrierung derer Signale genutzt werden, da für ein hier vorgeschlagenes Verfahren lediglich die Temperaturdifferenz herangezogen wird. Eine Verifikation der Durchflussrate D_P, die durch interne Routinen der Umwälzpumpe berechnet wird, kann erfolgen, indem das Signal der intern ermittelten Durchflussrate D_P bei verschiedenen Geschwindigkeiten (Drehzahlen) der Umwälzpumpe überprüft wird. Eine derartige Verifikation kann insbesondere durchgeführt werden, wenn sich das Heizgerät in einem Standby-Modus befindet oder während eines Kesselnachlaufes.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen bzw. über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät. Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät mit einem Brenner und einer Fördereinrichtung, die ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft zu dem Brenner fördern kann. Das Heizgerät kann insbesondere einen pneumatischen Gas-Luftverbund aufweisen.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer Durchflussrate eines Heizkreislaufes einer Heizungsanlage und eines lonisationssignal einer Flamme eines Heizgerätes der Heizungsanlage zur Anpassung der Betriebsparameter des Heizgerätes bei einer zumindest teilweise blockierten Abgasanlage des Heizgerätes bzw. eines Abgasweges vorgeschlagen.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Speichermedium, dem Regel- und Steuergerät, dem Heizgerät und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Hier werden somit ein Verfahren zum Erkennen einer blockierten Abgasanlage einer Heizungsanlage, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Speichermedium, das Regel- und Steuergerät, das Heizgerät sowie die Verwendung zumindest dazu bei, einen sicheren Betrieb eines Heizgerätes auch bei einem zumindest teilweise blockierten Abgasweg zu ermöglichen. Insbesondere kann mit einem hier vorgeschlagenen Verfahren ein Leistungsbereich erkannt werden, in dem trotz der teilweisen Blockierung des Abgasweges ein sicherer Betrieb möglich ist.
Zudem kann die Erfindung besonders einfach umgesetzt werden. So ist für die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens keine zusätzliche Sensorik eines Heizgerätes notwendig. Somit ist auch eine Durchführung auf bestehenden Heizgeräten problemlos möglich. Hierfür ist es lediglich notwendig, beispielsweise ein hier vorgeschlagenes Computerprogramm auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes des Heizgerätes zu hinterlegen.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

1: einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens,
2: eine Heizungsanlage, aufweisend ein hier beschriebenes Heizgerät,
3: eine Darstellung von Parameterverläufen, die sich bei der Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens einstellen können,
4: eine Darstellung eines Rohdaten-Ionisationssignals und eines hybriden lonisationssignals, und
5: eine Darstellung des hybriden lonisationssignals und der Leistung des Heizgerätes.

1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient zum sicheren Betreiben eines Heizgerätes 2 bei einem zumindest teilweise blockierten Abgasweg bzw. einer zumindest teilweise blockierten Abgasanlage des Heizgerätes 2. Die mit den Blöcken 110,120 und 130 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b) und c) kann sich bei einem regulären Betriebsablauf einstellen. Insbesondere können jedoch die Schritte a), b) und c) permanent oder in regelmäßigen (bedarfsgerechten) Abständen durchgeführt werden.
In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Ermitteln einer ersten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes 2 basierend auf der Durchflussrate eines Heizkreislaufes 3 der Heizungsanlage 1.
In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Ermitteln einer zweiten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes 2 basierend auf einem lonisationssignal der Flamme des Heizgerätes 1.
In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Betreiben des Heizgerätes 1 in einem Leistungsbereich oberhalb des größeren Wertes von erster und zweiter unterer Leistungsschranke.
2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Heizungsanlage 1, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 2. Die Heizungsanlage 1 hat einen Heizkreislauf 3, umfassend einen Vorlauf 4, in dem eine Umwälzpumpe 18 angeordnet sein kann, und einen Rücklauf 5. Bei in Betrieb befindlicher Umwälzpumpe 18 kann ein Wärmeträger bzw. Heizfluid den Heizkreislauf 3 in einer Strömungsrichtung 7 durchströmen. Zur Messung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Heizkreislaufes 3 kann im Vorlauf 4 und im Rücklauf 5 ein Temperatursensor angeordnet sein, die elektrisch mit einem Regel- und Steuergerät 8 des Heizgerätes 2 verbunden sein können.
Das Heizgerät 2 kann einen Luftansaugkanal 12 umfassen, durch den Verbrennungsluft strömen kann. Im Luftansaugkanal 12 kann eine Venturieinrichtung (Venturidüse) angeordnet sein, in der ein Unterdruck entstehen kann, der einen, über eine Gaszuführung 13 zuzuführenden, Massestrom Brenngas steuern kann. Im sich anschließenden Gemischkanal 14 kann eine Fördereinrichtung 6 angeordnet sein, die das Gemisch aus Verbrennungsluft und Brenngas einem Brenner 9 zuführen kann. Der Brenner 9 kann in einer Brennkammer 15 angeordnet sein, die einen Wärmetauscher 16 umfassen kann, der derart mit dem Heizkreislauf 3 verbunden ist, dass er vom Wärmeträger durchströmt werden kann. Am Brenner 9 kann zudem eine lonisationselektrode 17 angeordnet sein, die ein lonisationssignal einer Flamme des Brenners 9 erfassen kann. Die lonisationselektrode 17 kann mit dem Regel- und Steuergerät 8 elektrisch verbunden sein.
Die bei der Verbrennung des Gemisches aus Verbrennungsluft und Brenngas durch den Brenner 9 in der Brennkammer 15 entstehenden Verbrennungsprodukte können einem Abgasweg, hier als Abgaskanal 10 ausgebildet, zugeführt werden, der von der Brennkammer 15 aus dem Heizgerät 1 herausführt. An den Abgaskanal 10 schließt sich eine Abgasanlage 11 an, die die Verbrennungsprodukte beispielsweise zu einem Schornstein eines Gebäudes führen kann. Abgaskanal 10 und Abgasanlage 11 bilden dabei den Abgasweg.
Im Vorlauf 4 kann ein Temperatursensor Vorlauf 36 und im Rücklauf 5 ein Temperatursensor Rücklauf 37 angeordnet sein. Ein Drei-Wege-Ventil 34 kann in einer Schaltposition dazu eingerichtet sein, den Vorlauf 4 und Rücklauf 5 über einen Wärmetauscher Warmwasserbereitung 35 zu verbinden. Dabei kann der Wärmeträger im Heizkreislauf 3 über den Wärmetauscher Warmwasserbereitung 35 Wärme auf einen Volumenstrom Brauch- oder Trinkwasser übertragen und so Warmwasser bereitstellen. Diese Schaltposition des Drei-Wege-Ventils ermöglicht auch eine Überprüfung der Temperatursensoren Vorlauf 36 und Rücklauf 37, da insbesondere ohne einen Volumenstrom zu erwärmendes Brauch- oder Trinkwasser und eine damit verbundene Abkühlung des Wärmeträgermediums im Wärmetauscher Warmwasserbereitung 35 im Wesentlichen die gleiche Temperatur aufweisen müssen.
3 zeigt beispielhaft und schematisch Parameterverläufe in einem Diagramm, die sich bei der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können. Die Abszisse des dargestellten Diagramms repräsentiert die Leistung Q des Heizgerätes 2 und die Ordinatenachse das Verhältnis von Verbrennungsluft / Verbrennungsgas η. Der Einfluss von verschiedenen Blockierungen des Abgasweges (Abgaskanal 10 oder Abgasanlage 11) ist durch Kurven 33 dargestellt.
Es sind die Verläufe einer unteren Leistungsschranke basierend auf der Durchflussrate der Umwälzpumpe 21, einer unteren Leistungsschranke basierend auf dem Ionisationssignal der Flamme 23 und einer unteren Leistungsschranke basierend auf der maximalen Durchflussrate der Umwälzpumpe 22 dargestellt. In einem kritischen Bereich 19 kann eine unsaubere Verbrennung auftreten, einhergehend mit einer Verunreinigung von Abgaskanal 10 und Abgasanlage 11 und der Umwelt.
4 zeigt beispielhaft und schematisch ein Diagramm mit einem Rohdaten- Ionisationssignal 25 und einem daraus abgeleiteten hybriden lonisationssignal 26 in Abhängigkeit der Zeit t. Gut erkennbar gelingt es dem hybriden lonisationssignal 26 das Rauschen des Rohdaten-Ionisationssignales 25 auszumitteln und dieses zu verstärken. In einem kritischen Bereich 19 kann es zu einer unsauberen Verbrennung kommen. Ein Flammenverlust 27 kann insbesondere in einem Bereich zwischen dem kritischen Bereich 20 und der unteren Leistungsschranke basierend auf dem lonisationssignal der Flamme 23 auftreten.
5 zeigt beispielhaft und schematisch ein hybrides lonisationssignal 26 und eine Leistung des Heizgerätes 2 über eine Zeit t. Das Betreiben des Heizgerätes 2 erfolgt mit einer unteren Leistungsschranke 30. Für das hybride lonisationssignal 26 wurde eine erste Grenze 28 und eine zweite Grenze 29 festgelegt. Ein Erreichen der ersten Grenze 28 durch das hybride lonisationssignal 26 zeigt eine Destabilisierung der Flamme 16 an, wobei bei einem Überschreiten der ersten Grenze 28 durch das hybride lonisationssignal 26 die Leistung des Heizgerätes temporär für die Zeit des Überschreitens angehoben werden kann. Ein Erreichen der zweiten Grenze 29 durch das hybride lonisationssignal 26 kann einen kritischen Zustand der Flamme 16 anzeigen. Um einen Flammenverlust nachhaltig, also auch im weiteren Betrieb, zu vermeiden, kann beispielsweise dauerhaft die untere Leistungsschranke 30 um einen Offset 32 erhöht werden.
Bezugszeichenliste

1: Heizungsanlage
2: Heizgerät
3: Heizkreislauf
4: Vorlauf
5: Rücklauf
6: Fördereinrichtung
7: Strömungsrichtung Heizkreislauf
8: Regel- und Steuergerät
9: Brenner
10: Abgaskanal
11: Abgasanlage
12: Luftansaugkanal
13: Gaszuführung
14: Gemischkanal
15: Brennkammer
16: Wärmetauscher
17: lonisationselektrode
18: Umwälzpumpe
19: kritischer Bereich
20: Flammenverlust
21: untere Leistungsschranke basierend auf Durchflussrate der Umwälzpumpe
22: untere Leistungsschranke basierend auf der maximalen Durchflussrate der Umwälzpumpe
23: untere Leistungsschranke basierend auf dem lonisationssignal der Flamme
24: Arbeitsbereich
25: Rohdaten-Ionisationssignal
26: hybrides lonisationssignal
27: Flammenverlust
28: erste Grenze
29: zweite Grenze
30: untere Leistungsschranke
31: Leistung des Heizgerätes
32: Offset
33: Einfluss von verschiedenen Blockierungen des Abgasweges
34: Drei-Wege-Ventil
35: Wärmetauscher Warmwasserbereitung
36: Temperatursensor Vorlauf
37: Temperatursensor Rücklauf

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

GB 2105888 A [0003]
WO 201253681 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines flammenbildenden Heizgerätes (2) einer Heizungsanlage (1) mit einem Heizkreislauf (3), umfassend zumindest die folgenden Schritte: a) Ermitteln einer ersten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes (2) basierend auf der Durchflussrate des Heizkreislaufes (3), b) Ermitteln einer zweiten unteren Leistungsschranke des Heizgerätes (2) basierend auf einem lonisationssignal der Flamme des Heizgerätes (2), c) Betreiben des Heizgerätes (2) in einem Leistungsbereich über dem größeren Wert von erster Leistungsschranke oder zweiter Leistungsschranke.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem Schritt d) das Heizgerät (2) eine Fehlermeldung bereitstellt oder versendet, wenn zumindest eine der beiden unteren Leistungsschranken einen vorgegebenen Grenzwert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Schritt d) das Heizgerät (2) sich zusätzlich abschaltet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt e) eine Verifikation der Signale einer lonisationselektrode (17) des Heizgerätes (2) und/ oder mindestens eines Temperatursensors eines Vorlaufs (4) oder eines Rücklaufs (5) des Heizkreislaufes (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Durchflussrate des Heizkreislaufes (3) durch - eine Umwälzpumpe (18) des Heizkreislaufes (3) bereitgestellt wird, oder - zumindest anhand einer Temperatur des Vorlaufs (4) und Rücklaufs (5) des Heizkreislaufes (3), einem Trägheitsfaktor eines Wärmetauschers (16) des Heizgerätes (2) und einer Leistung des Heizgerätes (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) ein hybrides lonisationssignal der Flamme des Heizgerätes (2) herangezogen wird, wobei das hybride Signal ein Rauschen des lonisationssignals und eine Signalabschwächung berücksichtigt.
Computerprogramm, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
Regel- und Steuergerät (8) für ein Heizgerät (2), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Heizgerät (2), aufweisend ein Regel- und Steuergerät (8) nach Anspruch 9.
Heizgerät (2) nach Anspruch 10, aufweisend eine pneumatische Gemischregelung.
Verwendung einer Durchflussrate eines Heizkreislaufes (3) und eines lonisationssignals eines flammenbildenden Heizgerätes (2) zur Anpassung der Betriebsparameter des Heizgerätes (2) bei einer zumindest teilweise blockierten Abgasanlage (11) des Heizgerätes (2).