DE3639172A1 - Verfahren zum betreiben eines brennstoffbetriebenen heizgeraets und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum betreiben eines brennstoffbetriebenen heizgeraets und anordnung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Betreiben
eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts, insbesondere eines
Fahrzeugzusatzheizgeräts und einer Anordnung zur Durchfüh
rung desselben.
Bei Heizgeräten, die als Wärmeträger Luft haben, bestimmt
die Temperatur am Wärmeübertrager die Größe der Heizlei
stung, die man maximal mit dem Heizgerät ohne Beschädigung
von Bauteilen erreichen kann. Hierbei ist die Temperatur am
Wärmeübertrager abhängig von der Temperatur und der Menge
der angesaugten Luft, die mit Hilfe des Wärmeübertragers zur
Erzeugung von Heizluft erwärmt wird. Da beim Betreiben solcher
Heizgeräte unterschiedliche Luftdurchsätze sowie Lufttempera
turen aber auch unterschiedliche Brennstoffmengen auftreten
können, muß aus Gründen der Bauteilsicherheit bei der üblichen
Steuerung und Regelung des Heizgeräts die Nennheizleistung ei
nes solchen Heizgeräts im Vergleich zu jener Heizleistung ge
senkt werden, die man bei maximal zulässiger Wärmeübertragertem
peratur liefern könnte.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren zum Be
treiben eines Heizgeräts der gattungsgemäßen Art sowie eine
Anordnung hierfür bereitzustellen, die eine bessere Ausnutzung
der lieferbaren Heizleistung gestatten.
Hierzu zeichnet sich einerseits ein Verfahren zum Betreiben
eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts der gattungsgemäßen
Art dadurch aus, daß die momentan maximal erzeugbare Heiz
leistung nach Maßgabe des momentanen Betriebszustandes des
Heizgeräts geregelt wird. Bei diesem Betriebsverfahren wird
demnach der momentane Betriebszustand des Heizgeräts, wie z. B.
der Belastungszustand oder die Temperatur an den höchst be
lastetsten Stellen des Heizgeräts als Regelgröße für die
momentane maximal erzeugbare Heizleistung genommen. Somit er
möglicht das Verfahren nach der Erfindung ein Betreiben ei
nes solchen Heizgeräts immer im Grenzleistungsbereich, ohne
daß die Bauteile beispielsweise durch Überlastung gefährdet
sind. Hierdurch läßt sich die mit dem Heizgerät erzeugbare
Heizleistung optimieren und erhöhen, ohne daß das Grundbau
prinzip eines solchen Heizgeräts verändert zu werden braucht.
Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens nach der Er
findung wird für die Bestimmung des momentanen Betriebszu
stands des Heizgeräts eine charakteristische Bauteiltemperatur
herangezogen, wobei hierbei insbesondere die Temperatur des
Wärmeübertragers in Betracht kommt. Da meist der Boden des
Wärmeübertragers, an dem die aus der Brennkammer austretenden
heissen Verbrennungsgase in Gegenrichtung umgelenkt werden,
am kritischsten ist, wird die Temperatur am Boden des Wärme
übertragers als maßgebende Größe für den momentanen Betriebszu
stand des Heizgeräts berücksichtigt.
Alternativ kann der momentane Betriebszustand des Heizgeräts
auch aus der Temperatur der Heizluft ermittelt werden, da die
se Temperatur in einem relativ gleichbleibenden Verhältnis
zu den temperaturkritischen Bereichen des Heizgeräts steht.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Regelung der Heizleistung mit
Hilfe der Regelung der Brennstoffmenge, die dem Brenner zu
geführt wird. Dabei kann es zweckmäßig sein, auch zusätzlich
die dem Brenner zugeführte Brennluftmenge zu regeln.
Gemäß einem zweiten wesentlichen Gesichtspunkt nach der
Erfindung wird auch eine Anordnung zur Durchführung des Ver
fahrens angegeben, die eine Erfassungseinrichtung für den
momentanen Betriebszustand des Heizgeräts sowie eine Re
geleinrichtung für die momentane maximal erzeugbare Heiz
leistung hat, die mit der Erfassungseinrichtung zusammenar
beitet.
Wenn bei einer solchen Anordnung eine charakteristische Bau
teiltemperatur als maßgebende Größe für den momentanen Be
triebszustand erfaßt wird, ist vorzugsweise ein Temperatursen
sor am Wärmeübertrager, und zwar am Boden desselben, ange
ordnet.
Alternativ kann die Erfassungseinrichtung auch die Tem
peratur der Heizluft beispielsweise mit Hilfe eines Tempera
tursensors im austretenden Heizluftstrom erfassen, um dann
in entsprechender Weise die Regeleinrichtung für die momen
tane maximal erzeugbare Heizleistung zu beeinflussen.
Für die Regelung der maximal erzeugbaren Heizleistung ist
vorzugsweise eine Mengenregeleinrichtung vorhanden, die die
dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von
dem erfaßten Betriebszustand in entsprechender Weise steuert.
Zusätzlich wird gegebenenfalls auch die Brennluftmenge geregelt.
Ferner kann die Regeleinrichtung für die maximal erzeugbare
Heizleistung auch noch mit einem Sensor für die Heizluft
austrittstemperatur und/oder für die Umgebungstemperatur ver
bunden sein, so daß auch diese Einflußgrößen als Führungs
größen bei der Regeleinrichtung berücksichtigt werden kön
nen, um die vom Heizgerät lieferbare Heizleistung dem aktuellen
Heizleistungsbedarf anzupassen.
Zusammenfassend ermöglichen somit das erfindungsgemäße Ver
fahrensprinzip und die Anordnung nach der Erfindung, daß bei
Heizgeräten mit vorbestimmter Baugröße die maximal erzeugbare
Heizleistung ohne eine Gefährdung der Bauteile erhöht werden
kann. Auch ändert sich die Heizlufttemperatur wesentlich we
niger in Abhängigkeit von der Temperatur der angesaugten Luft.
Ferner erreicht man diese gesteigerte Heizleistung in einer
solchen Weise, daß man zum Betreiben nur geringfügig mehr
elektrische Leistung aufnehmen muß. Zugleich wird die Aufheiz
zeit verkürzt, da das Heizgerät mit maximaler und gemäß der
Erfindung erhöhter maximaler Heizleistung in Betrieb genommen
werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezug
nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin
zeigt:
Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des Betriebs
verfahrens, und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durch
führung des Betriebsverfahrens mit schematisch
dargestelltem Heizgerät und den Regel- und Er
fassungseinrichtungen sowie den Sensoren und deren
Anordnungsmöglichkeiten.
Im Flußdiagramm nach Fig. 1 ist schematisch der Ablauf des
Betriebsverfahrens nach der Erfindung dargestellt. Als Bei
spiel wird hierbei der momentane Betriebszustand des Heizgeräts
unter Berücksichtigung einer charakteristischen Bauteiltempera
tur, nämlich der Temperatur T W des Wärmeübertragers des Heiz
geräts ermittelt. Wenn diese Temperatur T W des Wärmeübertragers
kleiner der Temperatur T Wgrenz , d. h. der zulässigen Maximaltemperatur
des Wärmeübertragers, ist, so wird ermittelt, ob
die gewünschte Raumtemperatur T R kleiner als ein Sollwert T Rsoll
ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Brennstoffmenge B
ausgehend von einer Grundbrennstoffmenge B 0 um Δ B vergrößert.
Wenn dann das Heizgerät unter diesen Bedingungen betrieben
wird, so beginnt der Regelzyklus wieder von vorne, indem
die Temperatur des Wärmeübertragers T W mit der Grenztemperatur
T Wgrenz verglichen wird.
Wenn die Temperatur T W des Wärmeübertragers größer als die
Grenztemperatur T Wgrenz ist, oder die gewünschte Raumtemperatur
T R größer als der Sollwert ist, so wird die Brennstoffmenge
B verringert und beläuft sich auf B 0-Δ B .
Beim Betreiben des Heizgeräts in diesem Zustand wird dann
der Regelzyklus wieder ausgehend von dem Vergleich mit der
Grenztemperatur durchlaufen, um nach Maßgabe des momentanen
Betriebszustands des Heizgeräts jeweils die maximal erzeug
bare Heizleistung bedarfsabhängig einzuregeln.
Anstelle der Temperatur T W des Wärmeübertragers kann der momentane
Betriebszustand des Heizgeräts auch aus der Temperatur
T HL der Heizluft ermittelt werden. Der Verfahrensablauf
entspricht jedem in Fig. 1 dargestellten. Zusätzlich kann zu
der Raumtemperatur T R beim Verfahren nach der Erfindung die
über einen Raumthermostaten erfaßte Temperatur T T bei der Regelung
berücksichtigt werden.
Ferner kann entsprechend der Änderung der dem Brenner zugeführten
Brennstoffmenge B auch zusätzlich die zugeführte
Brennluftmenge geändert werden. In diesem Fall, der in Fig. 1
aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingetragen ist, wird
dann im Anschluß an die Änderung der zugeführten Brennstoffmenge
B auch die dem Brenner zugeführte
Brennluftmenge BL in entsprechender Weise, d. h. entweder
größer werdend oder kleiner werdend, verändert.
In Fig. 2 ist schematisch ein Heizgerät mit einem Blockschalt
bild zur Verdeutlichung der Regelanordnung nach der Erfindung
dargestellt. Das brennstoffbetriebene Luftheizgerät ist ins
gesamt mit 1 bezeichnet und weist einen Brenner 2 auf, dem
Brennluft 3 über ein Brennluftgebläse 3 a und Brennstoff über
eine Brennstoffzufuhreinrichtung 4 zugeführt wird. Das so am
Brenner 2 erzeugte brennbare Gemisch wird in einer Brennkammer
14 des Heizgeräts 1 verbrannt und die heißen Verbrennungsgase
treten an einem Wärmeübertrager 5 in Wärmeaustausch zu der
als Heizmedium beginnenden Heizluft, die über einen Heizluft
einlaß 12 am Heizgerät 1 eintritt und über einen Heizluftaus
laß 13 nach dem Überstreichen des Wärmeübertragers 5 aus dem
Heizgerät 1 austritt, wie dies mit Pfeilen in Fig. 2 dar
gestellt ist. Das Brennluftgebläse 3 a saugt aus der Umgebung
Luft über einen Einlaß 15 an. Nach Durchgang durch den Wärme
übertrager 5 treten die Abgase über einen Abgasauslaß 11 aus
dem Heizgerät 1 aus. Bei dem vorstehend betriebenen Heiz
gerät handelt es sich um eine übliche Bauform.
Eine Anordnung zum Betreiben des Heizgeräts 1 nach der Erfin
dung umfaßt zur Erfassung des momentanen Betriebszustands des
Heizgeräts 1 einen Temperatursensor 6, der als charakteristi
sche Bauteiltemperatur die Temperatur T W des Wärmeübertragers
5 erfaßt. Vorzugsweise ist dieser Sensor 6 am Boden des Wärme
übertragers 5 angeordnet und angebracht.
Wie in gebrochenen Linien in Fig. 2 eingetragen ist, kann an
stelle des Temperatursensors 6, der am Wärmeübertrager 5 vor
gesehen ist, ein Sensor 6′ im Heizluftstrom, und zwar vorzugs
weise in der Nähe der Austrittsseite des Heizluftstroms aus
dem Heizgerät 1, d. h. in der Nähe des Heizluftauslasses 13 an
geordnet sein.
Der Temperatursensor 6 oder der Sensor 6′ für die Heizluft
temperatur ist mit einer Regeleinrichtung 7 verbunden, mittels
der die maximal erzeugbare Heizleistung unter Berücksichtigung
der für den momentanen Betriebszustand des Heizgeräts charak
teristischen Größe regelbar ist. Diese Regeleinrichtung 7
für die maximal erzeugbare Heizleistung des Heizgeräts 1 ist
mit einer Mengenregeleinrichtung 8 für die dem Brenner 2 zu
geführte Brennstoffmenge B verbunden, die als Stellglied
dient. Der Regeleinrichtung 7 wird entweder eine gewünschte
Raumtemperatur T R vorgegeben, die in der Regeleinrichtung 7
mit einem Sollwert verglichen wird oder der Regeleinrichtung
7 ist ein Sensor 10 für die Umgebungstemperatur, wie ein Raum
thermostat vorgeschaltet, dessen Ausgang als Eingang an der
Regeleinrichtung 7 anliegt, wie dies mit gebrochenen Linien
in Fig. 2 dargestellt ist. Die vom Sensor 10 erfaßte Umgebungs
temperatur T T wird in der Regeleinrichtung 7 mit einem Sollwert
verglichen, und entsprechend diesem Vergleich wird auf die
als Stellglied dienende Mengenregeleinrichtung 8 für Brenn
stoff eingewirkt.
Wie ferner in gebrochenen Linien in Fig. 2 eingetragen ist,
kann über einen weiteren Ausgang der Regeleinrichtung 7 für
die maximal erzeugbare Heizleistung zusätzlich auf eine Mengen
regeleinrichtung 9 für Brennluft eingewirkt werden, um dem
Brenner entsprechend der mittels der Mengenregeleinrichtung
8 für Brennstoff zugeführten geänderten Brennstoffmenge B
auch eine geänderte Brennluftmenge BL zuzuführen, so daß
der Verbrennungsprozeß im Heizgerät 1 mit dem gewünschten Ge
mischverhältnis von Brennstoff und Brennluft ablaufen kann.
Die nach der Erfindung vorgesehene Anordnung mit ihren ein
zelnen Bauteilen kann natürlich in einem Steuergerät für
ein Heizgerät integriert sein oder es kann eine gesonderte
zusätzliche Anordnung in Form einer Schaltungsplatte o. dgl.
vorgesehen sein. Alternativ kann die Anordnung bei der Ver
wendung eines Mikroprozessors zur Steuerung des Heizgeräts 1
einheitlich in Form eines geänderten Programmablaufs des Mikro
prozessors verwirklicht werden.
Selbstverständlich kann auch eine andere charakteristische
Bauteiltemperatur als jene erfaßt und als maßgebende Größe
berücksichtigt werden, als die in den bevorzugten Beispielen
erfaßte Wärmeträgertemperatur T W oder Heizluftemperatur T HL.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zur
Durchführung desselben bestimmten Anordnung ist der Gedanke,
daß das Heizgerät im Bedarfsfall im Grenzheizleistungsbereich
betrieben wird, um bei möglichst geringem Bauvolumen eine
optimale Heizleistung zu erzielen.
- Bezugszeichenliste
1 Heizgerät insgesamt
2 Brenner
3 Brennluft
3 a Brennluftgebläse
4 Brennstoffzufuhreinrichtung
5 Wärmeübertrager
6 Temperatursensor an Wärmeübertrager
6′ Sensor für Heizlufttemperatur
7 Regeleinrichtung für maximale erzeugbare Heizleistung
8 Mengenregeleinrichtung für Brennstoff
9 Mengenregeleinrichtung für Brennluft
10 Sensor für die Umgebungstemperatur (Raumthermostat)
11 Abgasauslaß
12 Heizlufteinlaß
13 Heizluftauslaß
14 Brennkammer
15 Brennlufteinlaß
T W Temperatur des Wärmeübertragers 5
T R Gewünschte Raumtemperatur
T HL Temperatur der Heizluft
B Brennstoffmenge
BL Brennluftmenge
T T Umgebungstemperatur
Claims (16)
1. Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen
Heizgeräts, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgeräts, bei
dem einem Brenner des Heizgeräts Brennstoff und Brennluft
zugeführt werden und über einen Wärmeübertrager Luft als
Heizmedium unter Lieferung einer Heizleistung aufgewärmt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Maß
gabe des momentanen Betriebszustandes des Heizgeräts die
maximal erzeugbare Heizleistung geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der momentane Betriebszustand des Heizgeräts aus einer
charakteristischen Bauteiltemperatur ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die charakteristische Bauteiltemperatur die Temperatur
des Wärmeübertragers, insbesondere des Bodens desselben, ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der momentane Betriebszustand des Heizgeräts aus der
Temperatur der Heizluft ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Regelung der Heizleistung die dem
Brenner zugeführte Brennstoffmenge geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich die dem Brenner zugeführte Brennluftmenge geregelt
wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei der Heizleistungsregelung
auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An
spruch 1, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung
(6, 6′) für den momentanen Betriebszustand des Heizgeräts,
die mit einer Regeleinrichtung (7) für die maximal erzeug
bare Heizleistung zusammenarbeitet.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassungseinrichtung (6) für den momentanen Betriebs
zustand des Heizgeräts eine charakteristische Bauteiltempera
tur ermittelt.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung der charakteristischen Bauteiltemperatur
ein Temperatursensor (6) am Wärmeübertrager (5) angeordnet
ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Temperatursensor (6) am Boden des Wärmeübertragers
(5) angeordnet ist.
12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassungseinrichtung (6′) für den momentanen Be
triebszustand des Heizgeräts die Temperatur der Heizluft er
mittelt.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung der Temperatur der Heizluft ein Tempera
tursensor (6′) im austretenden Heizluftstrom angeordnet ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) für die maximal
erzeugbare Heizleistung eine Mengenregeleinrichtung (8) für
die dem Brenner (2) zugeführte Brennstoffmenge ist.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mengenregeleinrichtung (9) für die dem Brenner (2)
zugeführte Brennluft zusätzlich vorgesehen ist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) für die maxi
mal erzeugbare Heizleistung mit einem Sensor (10) für die
Umgebungstemperatur (Raumthermostat) verbunden ist.
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