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Stand der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Heizgerät, das als Brennwertgerät ausgebildet
ist und insbesondere in einer Gehäudeheizanlage und/oder in einer
Warmwasserbereitungsanlage eines Gebäudes zur Anwendung kommt. Ein
Brennwertgerät
charakterisiert sich dadurch, dass im Heizbetrieb die durch die
Verbrennung entstehenden Abgase bei bestimmten Betriebszuständen an
einem Wärmeübertrager soweit
abgekühlt
werden, dass Wasserdampf, der in den Verbrennungsabgasen mitgeführt wird,
am Wärmeübertrager
auskondensiert. Das bedeutet, dass in bestimmten Betriebszuständen des
Brennwertheizgeräts
die Verbrennungsabgase am Wärmeübertrager
unter den Taupunkt von Wasser abgekühlt werden. Ein derartiges
Brennwertgerät
kann dabei eine besonders hohe Energieausnutzung erzielen.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei Brennwertgeräten die mit dem Kondensat beaufschlagten
Oberflächen,
insbesondere der Wärmeübertrager,
einer erhöhten
Korrosionsgefahr ausgesetzt sind. Durch Korrosion kann sich jedoch
die Lebensdauer des Brennwertgeräts
reduzieren.
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Aus
DE 101 1 1 073 A1 ist
bereits ein Brennwertheizgerät
und ein Verfahren zum Betreiben des Brennwertheizgerätes bekannt,
wobei das Brennwertheizgerät
ein Steuergerät
aufweist, das bei vorliegender Wärmeanforderung
das Brennwertheizgerät
in einem Heizmodus zum Beheizen eines Heizkreises betreibt und dass
bei fehlender Wärmeanforderung
ein Siphon-Füllprogramm
zum Füllen
des Siphons mit Kondensat aktiviert, wenn für eine vorbestimmte Zeitspanne
keine Wärmeanforderung
vorgelegen hat.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Heizgerät und das erfindungsgemäße Betriebsverfahren
entsprechend den unabhängigen
Ansprüchen
haben dem gegenüber
den Vorteil, dass der bedarfsabhängig
aktivierbare Korrosionsschutzmodus die Korrosionsgefahr an den von
der Kondensatbildung betroffenen Oberflächen, insbesondere des Wärmeübertragers,
reduziert. In entsprechender Weise kann dadurch die Lebensdauer
der betroffenen Komponenten des Heizgerätes, insbesondere des Wärmeübertragers,
erhöht
werden. Von besonderer Bedeutung ist dabei jedoch, dass der erwünschte Korrosionsschutz
bei der Erfindung besonders preiswert realisierbar ist, da insbesondere
keine teuren, besonders korrosionsfesten Materialien verwendet werden
müssen,
um die verbesserte Korrosionsschutzwirkung zu erzielen. Dementsprechend
ist es grundsätzlich
auch möglich,
die Erfindung bei einem bestehenden, herkömmlichen Heizgerät zu realisieren,
indem ein neues, erfindungsgemäßes Steuergerät verwendet
wird oder indem ein vorhandenes Steuergerät in erfindungsgemäßer Weise
neu programmiert wird.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Steuergerät eine Korrosionsbedingung
z.B. daran erkennen, dass das Heizgerät unmittelbar vor Erreichen
der Wärmeanforderung
in einem Zustand betrieben worden ist, bei dem kein oder nur wenig
Kondensat angefallen ist. Auch bei einem Brennwertheizgerät können Betriebszustände auftreten,
in denen kein Kondensat anfällt.
Beispielsweise dann, wenn das Heizgerät seine maximale Heizleistung
an den Heizkreis abgeben soll. Da einem Betriebszustand mit dieser
Maximalleistung in jedem Fall ein Betriebszustand vorausgeht, der
eine kleinere Heizleistung besitzt und bei dem es zu einer Kondensatbildung
kommt, kann es in den Betriebszuständen mit erhöhter Brennerleistung
dazu kommen, dass das Kondensat, das sich an Oberflächen, insbesondere
des Wärmeübertragers,
ausgebildet hat, zumindest teilweise verdunstet. Da das Kondensat
neben Wasser auch Säurebestandteile
enthalten kann, die erst bei höheren
Temperaturen verdampfen als Wasser, stellt sich beim Verdampfen
der Wasseranteile ein Aufkonzentrieren der Säuren im verbleibenden Kondensat
ein. Ein herkömmliches
Heizgerät würde nach
einem Betriebszustand mit hoher Heizleistung das Heizgerät ausschalten,
sobald die gewünschte
Wärmeanforderung
erreicht ist. Das an den korrosionsgefährdeten Oberflächen anhaftende Kondensat
besitzt dann einen erhöhten
Säuregehalt wodurch
eine erhöhte
Korrosionsgefahr besteht. Die Erfindung nutzt nun diese Erkenntnis,
um nach einem derartigen Betriebszustand das Heizgerät nicht
sofort (vollständig)
auszuschalten, sondern (zunächst)
in dem Korrosionsschutzmodus zu betreiben.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann das Steuergerät
im Korrosionsschutzmodus das Heizgerät so betreiben, dass ein erhöhter Kondensatanfall
vorliegt, und das Heizgerät ausschalten,
sobald eine vorbestimmte Zeit abgelaufen und/oder sobald eine vorbestimmte
Kondensatmenge angefallen ist. Bei dieser Ausführungsform wird zur Absenkung
der Korrosionsgefahr im Korrosionsschutzmodus gezielt Kondensat
erzeugt, um dadurch das säurehaltige
Restkondensat an den korrosionsgefährdeten Oberflächen zu
verdünnen,
wodurch sich die Säurekonzentration
entsprechend reduziert. Bei hinreichender Kondensatbildung können die
gefährdeten
Oberflächen
quasi auch gespült
werden. Von Interesse ist hierbei, dass der Heizbetrieb des Heizgeräts im Korrosionsschutzmodus
primär nicht
zur Wärmeeinspeisung
in den Heizkreis, sondern zur Kondensaterzeugung dient.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
kann das Steuergerät
im Korrosionsschutzmodus einen Brenner des Heizgeräts ausschalten
und ein zur Frischluftversorgung des Brenners vorgesehenes Gebläse erst
später
abschalten, sobald eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist und/oder
sobald wenigstens eine mit Kondensat beschlagene Oberfläche getrocknet
ist. Bei dieser Ausführungsform
wird alternativ oder zusätzlich
zum Spülen
dafür gesorgt,
dass im Heizgerät
die von der Korrosionsgefahr betroffenen Oberflächen, insbesondere des Wärmeübertragers, durch
einen entsprechend dimensionierten Nachlauf des Gebläses getrocknet
bzw. durch Abblasen von Kondensat befreit werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Heizgeräts und des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens
ergeben sich aus den Unteransprüchen,
aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Heizgeräts sowie
ein Beispiel für
das erfindungsgemäße Betriebsverfahren
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine stark vereinfachte
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizgerätes,
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2 ein stark vereinfachtes
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
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Beschreibung
der Ausführungsformen
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Entsprechend 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Heizgerät 1,
das als Brennwertgerät
ausgebildet ist und zum Beheizen eines Heizkreises 2, insbesondere
einer Gebäudeheizungsanlage und/oder
einer Warmwasserbereitungsanlage eines Gebäudes, dient. Der Heizkreis 2 ist
mit Vorlauf 3 und Rücklauf 4 an
einen Wärmeübertrager 5 angeschlossen,
der stromab eines Brennraums 6 im Heizgerät 1 angeordnet
ist und dort beim Betrieb eines Brenners 7 mit heißen Verbrennungsabgasen
beaufschlagt wird. Die abgekühlten
Verbrennungsabgase treten durch einen Abgasaustritt 8 aus
dem Heizgerät 1 aus.
Frischluft wird durch einen Zulufteintritt 9 über ein
Gebläse
10 dem Brenner 7 zugeführt.
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Das
Heizgerät 1 umfasst
außerdem
ein Steuergerät 11,
mit dem insbesondere der Brenner 7 und das Gebläse 10 betätigbar sind.
Das Steuergerät 11 erhält eingangsseitig über eine
Signalleitung 12 eine Wärmeanforderung,
die vom Heizgerät 1 erbracht werden
soll. Zur Realisierung der jeweiligen Wärmeanforderung 12 wird
der Brenner 7 entsprechend betätigt. Die in den Verbrennungsabgasen
enthaltene Wärme
wird soweit wie möglich
mit Hilfe des Wärmeübertragers 5 auf
den Heizkreis 2 bzw. auf die darin zirkulierende Heizflüssigkeit übertragen.
Da das Heizgerät 1 als
Brennwertgerät
ausgebildet ist, werden am Wärmeübertrager 5 die
Verbrennungsabgase zumindest bei bestimmten Betriebszuständen des Heizgeräts 1 unter
den Taupunkt des in den Verbrennungsabgasen mitgeführten Wassers
abgekühlt. Dementsprechend
kommt es vorwiegend an einer Oberfläche 13 des Wärmeübertragers 5 zu
einem Niederschlag von Kondensat. Das sich ansammelnde Kondensat
kann abtropfen und über
eine übliche Kondensatableiteinrichtung
abgeführt
werden.
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Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Heizgeräts 1 sowie
des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens
wird im folgenden unter anderem mit Bezug auf 2 näher
erläutert.
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In 2 ist der ausgeschaltete
Zustand des Heizgeräts 1 jeweils
durch einen kleinen Kreis symbolisiert und mit 14 bezeichnet.
Zwei in der oberen Hälfte
der 2 dargestellte Zweige 15 bzw. 15' und 15'' repräsentieren verschiedene Varianten
eines Heizmodus 15, in dem das Heizgerät 1 zum Beheizen des
Heizkreises 2 betätigt
werden kann. Im Unterschied dazu repräsentieren drei Zweige 16 bzw. 16', 16'' , 16''', die in der
unteren Hälfte
der 2 dargestellt sind,
unterschiedliche Varianten eines Korrosionsschutzmodus 16,
in dem das Heizgerät 1 betrieben
werden kann, wenn ein Beheizen des Heizkreises 2 nicht
mehr erforderlich ist.
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Entsprechend
der linken Variante des Heizmodus 15' erhält das ausgeschaltete Heizgerät 1 entsprechend
einem Block 17 eine relativ hohe Wärmeanforderung, die im folgenden
auch als Maximallast bezeichnet wird und der maximalen Brennerleistung entspricht.
Das Heizgerät 1 kann
jedoch nicht unmittelbar aus dem ausgeschalteten Zustand 14 heraus die
gewünschte
Maximalleistung erreichen. Dementsprechend wird der Brenner 7 gemäß einem
Block 18 zunächst
mit einer relativ kleinen Leistung gestartet, die im folgenden auch
als Minimallast bezeichnet wird. Das Steuergerät 11 arbeitet zunächst eine
Startroutine ab, um für
den Brenner 7 einen stabilen Verbrennungsvorgang zu erreichen.
Erst nach der Startprozedur kann gemäß einem Block 19 allmählich die Leistung
des Brenners 7 auf die Maximallast erhöht werden. Es ist klar, dass
mit dem Einschalten des Brenners 7 auch das Gebläse 10 eingeschaltet
wird. Beim Hochfahren des Brenners 7 durchläuft das Heizgerät 7 innerhalb
des Heizmodus 15 bzw. 15' Betriebszustände, in denen sich an der Oberfläche 13 des
Wärmeübertragers 5 Kondensat
niederschlägt. Bei
höheren
Brennerleistungen, insbesondere bei Maximallast, reicht die Kühlleistung
des Wärmeübertragers 5 nicht
mehr aus, die Verbrennungsabgase bis auf den Taupunkt von Wasser
abzukühlen.
Das bedeutet, dass bei den höheren
Brennerleistungen kein neues Kondensat anfällt. Vielmehr kann es dazu kommen,
dass bei den hohen Brennerleistungen das Kondensat, das an der Oberfläche 13 haftet,
allmählich
verdampft. Sofern das Kondensat höherkondensierende Säurebestandteile
enthält,
kommt es hierbei zu einer Aufkonzentration der Säure.
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Bei
der rechts gezeigten Variante des Heizmodus 15 bzw. 15'' wird das Heizgerät 1 nach
dem Starten zunächst
entsprechend einem Block 20 in einem Zustand betrieben,
in dem der Brenner 7 in einem unteren oder mittleren Leistungsniveau
arbeitet; jedenfalls erfolgt der Betrieb des Heizgeräts 1 so, dass
am Wärmeübertrager 5 Kondensat
anfällt.
Auf diesen Betriebszustand 20 folgt wieder die hohe Wärmeanforderung
bzw. Maximallast 17, die im nachfolgenden Block 19 durch
allmähliche
Leistungssteigerung des Brenners 7 angefahren wird.
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Im
Schaubild 2 ist mittig durch eine Raute 21 der
Zustand symbolisiert, bei dem das Heizgerät 1 die erwünschte Wärmeanforderung
erreicht, also wenn das Heizgerät 1 die
gewünschte
Wärmemenge in
den Heizkreis 2 eingeleitet hat.
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Bei
einem herkömmlichen
Betriebsverfahren bzw. bei einem herkömmlichen Steuergerät 11 würde nach
Erreichen der Wärmeanforderung
das Heizgerät 1 unverzüglich abgeschaltet
werden. Hierdurch kann es aufgrund der vorausgehenden Betriebszustände, hier
die exemplarisch ausgewählten
Heizmodi 15' und 15'' , dazu kommen, dass die Säuren in den
an der Oberfläche 13 verbleibenden
Kondensatrückständen korrosiv
wirken können.
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Das
erfindungsgemäße Heizgerät 1 bzw. sein
Steuergerät 11 überprüft jedoch
vor dem Abschalten des Heizgeräts 1,
ob eine oder mehrere Korrosionsbedingungen vorliegen. Eine solche
Korrosionsbedingung wird beispielsweise darin gesehen, dass das
Heizgerät 1 unmittelbar
vor Erreichen der Wärmeanforderung
(21) so betrieben worden ist, dass sich an der Oberfläche 13 des
Wärmeübertragers 5 kein
oder nur wenig Kondensat niederschlagen kann. Bei den hier gezeigten
Konstellationen (Heizmodi 15' und 15'') wird das Heizgerät 1 bzw. sein
Brenner 7 bis zum Erreichen der Wärmeanforderung (21)
entsprechend den Betriebsphasen 19 mit Maximallast betrieben.
In diesem Betriebszustand erfolgt – wie oben erläutert – in der
Regel keine Kondensatbildung am Wärmeübertrager 5. Dementsprechend
ist die vorstehend genannten Korrosionsbedingung hier erfüllt.
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Eine
andere Korrosionsbedingung kann beispielsweise generell darin gesehen
werden, dass das Heizgerät 1 bei
Erreichen der Wärmeanforderung 21 ausgeschaltet
werden soll. Bei dieser Variante wird das Heizgerät 1 zum
Abschalten bzw. vor dem Abschalten immer zuerst im Korrosionsschutzmodus 16 betrieben,
auch wenn dieser an sich nicht erforderlich sein sollte. Im Unterschied
dazu wird bei der zuvor beschriebenen Variante der Korrosionsschutzmodus 16 nur
dann aktiviert, wenn durch den zuvor abgelaufenen Betrieb eine erhöhte Korrosionsgefahr entstanden
ist.
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Wenn
die jeweilige Korrosionsbedingung nicht vorliegt, wird das Steuergerät 11 das
Heizgerät 1,
also vor allem das Gebläse 10 und
den Brenner 7 ausschalten, sobald die Wärmeanforderung (21)
erreicht ist. Wenn jedoch – wie
in den beiden exemplarisch erläuterten
Varianten (15', 15'') des Heizmodus 15 – eine Korrosionsbedingung
erfüllt
ist, betätigt
das Steuergerät 11 das
Heizgerät 1 in
einem Korrosionsschutzmodus 16, von dem hier drei Varianten
(16', 16'', 16''') exemplarisch
erläutert
werden.
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Entsprechend
dem in 2 links dargestellten
Korrosionsschutzmodus 16' wird
nach Erreichen der Wärmeanforderung
(21) beim Block 22 die Heizleistung des Brenners 7 reduziert,
insbesondere auf die Minimallast des Brenners 7. In diesem
Betriebszustand kann der Wärmeübertrager 5 die
erzeugten Verbrennungsabgase wieder unter den Taupunkt des mitgeführten Wasserdampfs
abkühlen,
wodurch sich wieder Kondensat niederschlägt. Dieser Kondensat erzeugende
Betriebszustand wird solange aufrecht erhalten, bis eine vorbestimmte
Zeit vergangen und/oder eine vorbestimmte Kondensatmenge angefallen
ist. Entsprechend einem Block 23 kann dann das Heizgerät 1,
insbesondere Brenner 7 und Gebläse 10, ausgeschaltet
werden.
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Beim
in 2 mittig dargestellten
Korrosionsschutzmodus 16'' wird nach Erreichen
der Wärmeanforderung
(21) beim Block 24 sofort der Brenner 7 ausgeschaltet,
während
das Gebläse 10 noch
weiter betrieben wird. Der Nachlauf des Gebläses 10 erfolgt zweckmäßig solange,
bis eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist und/oder bis die Oberfläche 13 des
Wärmeübertragers 5,
insbesondere durch Abblasen des an der Oberfläche 13 anhaftenden
Kondensats getrocknet ist. Block 25 symbolisiert hier das
Abschalten des Heizgeräts 1,
also insbesondere des Gebläses 10.
Die vorbestimmte Zeit bis zum Abschalten des Gebläses 10 kann
durch Versuche so ermittelt werden, dass in der Regel ein Trocknen
oder Abblasen der Oberfläche 13 erreicht
werden kann. Ebenso ist denkbar, an der kritischen Oberfläche 13 einen
nicht gezeigten Feuchte-Sensor anzubringen, der dem Steuergerät 11 mitteilt,
wann der erforderliche Trocknungsgrad erreicht ist.
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Entsprechend
dem in 2 rechts dargestellten
dritten Korrosionsschutzmodus 16''' kann das Heizgerät 1 nach
Erreichen der Wärmeanforderung
(21) entsprechend dem Block 22 wieder mit einer
kleinen Leistung, insbesondere mit Minimallast betrieben werden,
um so einen erhöhten
Kondensatanfall zu erzeugen. Nach einer hinreichenden Kondensaterzeugung,
insbesondere nach einer vorbestimmten Zeit und/oder nach einer vorbestimmten Kondensatmenge,
wird gemäß dem Block 24 der Brenner 7 ausgeschaltet,
während
das Gebläse 10 noch
weiter betrieben wird. Auch hier erfolgt der Gebläsebetrieb
zweckmäßig solange
bis eine vorbestimmte Zeitspanne vorüber ist und/oder bis die Oberfläche 13 hinreichend
getrocknet bzw. abgeblasen ist. Das Ausschalten des Heizgeräts 1,
also insbesondere des Gebläses 10,
erfolgt dann wieder bei Block 25.
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Die
Zeit bis zum Abschalten des Brenner 7 und des Gebläses 10 entsprechend
dem linken Korrosionsschutzmodus 16' und/oder die Zeit bis zum Abschalten
des Gebläses 10 entsprechend
dem mittleren Korrosionsschutzmodus 16'' und/oder
die Zeiten bis zum Abschalten des Brenners 7 und/oder des Gebläses 10 entsprechend
dem rechten Korrosionsschutzmodus 16''' können fest
oder variabel sein.
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Insbesondere
ist es möglich,
eine oder mehrere der genannten Zeiten in Abhängigkeit des Verlaufs des Heizbetriebs
vor Erreichen der Wärmeanforderung 21 auszuwählen. Je
länger
das Heizgerät 1 ohne
Kondensatanfall betrieben wird, desto länger sollte der Spülvorgang
durch erhöhten
Kondensatanfall bzw. der Ausblasvorgang oder Trockenvorgang durch
den Nachlauf des Gebläses 10 gewählt werden.
Entsprechendes gilt für
die Kondensatmenge zum Spülen
der kritischen Oberflächen 13 gemäß dem linken
Korrosionsschutzmodus 16' und
gemäß dem rechten
Korrosionsschutz 16'''. Die erzeugte Kondensatmenge kann
beispielsweise durch eine geeignete Sensorik festgestellt werden,
die mit dem Steuergerät 11 kommuniziert.
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- 1
- Heizgerät
- 2
- Heizkreis
- 3
- Vorlauf
von 2
- 4
- Rücklauf von 2
- 5
- Wärmeübertrager
- 6
- Brennraum
- 7
- Brenner
- 8
- Abgasaustritt
- 9
- Zulufteintritt
- 10
- Gebläse
- 11
- Steuergerät
- 12
- Signalleitung
- 13
- Oberfläche von 5
- 14
- ausgeschalteter
Zustand von 1
- 15
- Heizmodus
- 16
- Korrosionsschutzmodus
- 17
bis 25
- verschiedene
Phasen in 15 bzw. in 16