DE3639172C2

DE3639172C2 -

Info

Publication number: DE3639172C2
Application number: DE3639172A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. 8080 Emmering De Goerlich
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1986-11-15
Filing date: 1986-11-15
Publication date: 1990-02-08
Also published as: CA1280489C; JPS63130424A; US4852797A; SE8703789L; SE8703789D0; DE3639172A1; SE501871C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts, insbesondere Fahrzeug zusatzheizgeräts, gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In DE-OS 36 09 349 ist ein Wärmetauscher für Heizgeräte, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgeräte angegeben, der baulich derart ausgelegt ist, daß in verstärkter Weise eine Wärmeab leitung vom Rauchgasumkehrbereich zur Rauchgasaustritts seite bewirkt wird, um die Gefahr einer kritischen Grenzbe lastung am Rauchgasumkehrbereich des Wärmetauschers ohne die Vorgabe von Materialsicherheitsgrößen zu vermeiden.

Bei Heizgeräten, die als Wärmeträger Luft haben, bestimmt die Temperatur am Wärmeübertrager die Größe der Heizleistung, die man maximal mit dem Heizgerät ohne Beschädigung von Bau teilen erreichen kann. Hierbei ist die Temperatur am Wärme übertrager abhängig von der Temperatur und der Menge der ange saugten Luft, die mit Hilfe des Wärmeübertragers zur Erzeu gung 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 eines solchen Heizgeräts im Vergleich zu jener Heizleistung ge senkt werden, die man bei maximal zulässiger Wärmeübertrager temperatur liefern könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts der gattungsgemäßen Art sowie eine Anordnung hierfür bereitzustellen, die eine bessere Aus nutzung der lieferbaren Heizleistung gestatten.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. 7 gelöst.

Bei diesem Betriebsverfahren wird demnach der momentane Be triebszustand des Heizgeräts, wie z. B. der Belastungszustand und die Temperatur an den höchstbelasteten Stellen des Heiz gerätes, als Regelgröße für die momentane maximal erzeugbare Heizleistung genommen. Somit ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung ein Betreiben eines 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 Grundbauprinzip eines solchen Heizgeräts ver ändert zu werden braucht.

Für die Bestimmung des momentanen Betriebszustandes des Heiz geräts wird als charakteristische Bauteiltemperatur beispielsweise die Temperatur des Wärmeübertragers, insbesondere die Temperatur am Boden desselben genommen, da meist der Boden des Wärmeübertragers, an dem die aus der Brennkammer austretenden heißen Verbrennungsgase in Gegen richtung umgelenkt werden, am kritischsten ist.

Alternativ kann der momentane Betriebszustand des Heizgeräts aus der Temperatur der Heizluft ermittelt werden, da diese 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 zugeführt wird. Dabei kann es zweckmäßig sein, auch zusätz lich die dem Brenner zugeführte Brennluftmenge zu regeln.

Ferner gibt die Erfindung auch eine Anordnung zur Durchfüh rung des Verfahrens wieder, die Gegenstand des Anspruches 7 ist. Hierbei ist vorzugsweise dem Wärmeübertrager ein Temperatursensor zugeordnet, der insbesondere an dessen Boden angeordnet ist, da dieser den kritischen Bereich darstellt.

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 ge regelt.

Ferner kann die Regeleinrichtung für die maximal erzeugbare Heizleistung auch noch mit einem Sensor für die Heizluftaus trittstemperatur und/oder für die Umgebungstemperatur ver bunden sein, so daß auch diese Einflußgrößen als Führungs größen bei der Regeleinrichtung berücksichtigt werden können, um die vom Heizgerät lieferbare Heizleistung dem aktuellen Heizleistungsbedarf anzupassen.

Das Verfahren und die Anordnung nach der Erfindung ermöglichen, daß bei Heizgeräten mit vorbestimmter Baugröße die maximal erzeugbare Heizleistung ohne eine Gefährdung der Bauteile er höht werden kann. Auch ändert sich die Heizlufttemperatur wesentlich weniger in Abhängigkeit von der Temperatur der angesaugten Luft. Ferner erreicht man diese gesteigerte Heiz leistung in einer solchen Weise, daß man zum Betreiben nur geringfügig mehr elektrische Leistung aufnehmen muß. Zugleich wird die Aufheizzeit 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 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 als die Temperatur T _Wgrenz, d. h. der zulässigen Maximal temperatur 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 ′ _Bo um Δ ′ _B ver größert. Wenn dann das Heizgerät unter diesen Bedingungen be trieben wird, so beginnt der Regelzyklus wieder von vorne, in dem die Temperatur des Wärmeübertragers T _W mit der Grenztempe ratur T _Wgrenz verglichen wird.

Wenn die Temperatur T _W des Wärmeübertragers größer als die Grenztemperatur T _Wgrenz ist, oder die gewünschte Raumtempera tur T _R größer als der Sollwert ist, so wird die Brennstoff menge ′ _B verringert und beläuft sich auf ′ _Bo - 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 mo mentane Betriebszustand des Heizgeräts auch aus der Tempera tur T _HL der Heizluft ermittelt werden. Der Verfahrensablauf entspricht jenem in Fig. 1 dargestellten. Zusätzlich kann zu der Raumtemperatur T _R beim Betriebsverfahren die über einen Raumthermostaten erfaßte Temperatur T _T bei der Re gelung berücksichtigt werden.

Ferner kann entsprechend der Änderung der dem Brenner zuge führten 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 Brennstoff menge ′ _B auch die dem Brenner zuge führte Brennluftmenge ′ _BL in entsprechender Weise, d. h. ent weder größer werdend oder kleiner werdend, verändert.

In Fig. 2 ist schematisch ein Heizgerät mit einem Blockschalt bild zur Verdeutlichung der Anordnung zur Durchführung des Betriebsverfahrens 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 dienenden 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 zur Durchführung des Betriebsverfahrens beim Heizgerät 1 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. Zweckmäßigerweise 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 zweckmäßiger 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 Bauteiltemperatur 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 Heizlufttemperatur T _HL. Wesentlich beim Betriebsverfahren 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.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgeräts, bei dem einem Brenner des Heizgeräts Brennstoff und Brennluft zuge führt werden und über einen Wärmeübertrager Luft als Heiz medium unter Lieferung einer Heizleistung aufgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Betriebszustand des Heizgeräts aus einer charakteristischen Bauteiltemperatur ermittelt wird, und daß nach Maßgabe des so ermittelten mo mentanen Betriebszustandes des Heizgeräts die maximal erzeug bare Heizleistung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Bauteiltemperatur die Temperatur des Wärmeübertragers, insbesondere dessen Bodens ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Betriebszustand des Heizgeräts aus der Temperatur der Heizluft ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Heizleistung die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge geregelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die dem Brenner zugeführte Brennluftmenge geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Heizleistungsregelung auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt wird.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (6, 6′) für den momentanen Betriebszustand des Heizgeräts durch eine charakteristische Bauteiltemperatur, mit einem Temperatursensor (6) und eine mit der Erfassungseinrichtung (6, 6′) zusammenarbeitende Regel einrichtung (7) für die maximal erzeugbare Heizleistung.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (6) am Wärmeübertrager (5), insbesondere dessen Boden angeordnet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Temperatur der Heizluft ein Temperatur sensor (6′) im austretenden Heizluftstrom angeordnet ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) für die maximal erzeugbare Heizleistung eine Mengenregeleinrichtung (8) für die dem Brenner (2) zugeführte Brennstoffmenge ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Mengenregeleinrichtung (9) für die dem Brenner (2) zugeführte Brennluft vorgesehen ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) für die maxi mal erzeugbare Heizleistung mit einem Sensor (10) für die Umgebungstemperatur (Raumthermostat) verbunden ist.