DE4445191C2 - Verfahren zur Steuerung eines Heizgeräts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Heizgeräts insbesondere zur Innenraumbeheizung von Fahrzeugen, mit einem als Wärme­ quelle dienenden, ein- und ausschaltbaren Brenner sowie mit einer selbsttätigen Brennersteuerung, welche mit einem Temperaturfühler zusammenwirkt und den Brenner bei Unterschreitung eines unteren Temperaturschwellwertes (Einschalttemperatur) einschaltet bzw. bei Überschreitung eines oberen Temperaturschwellwertes (Abschalttemperatur) ausschaltet.

Insbesondere betrifft die Erfindung solche Heizgeräte, bei denen der Brenner über einen steuerbaren Flüssig­ keits- bzw. Wasserkreislauf mit einem nach Art eines Heizkörpers wirkenden Wärmetauscher thermisch gekoppelt ist und der Temperaturfühler direkt oder indirekt auf die Flüssigkeits- bzw. Wassertemperatur am Brenner reagiert.

Ein Heizgerät der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus DE 35 17 953 A1 bekannt.

Derartige Heizgeräte sind typischerweise in Omnibussen u. dgl. angeordnet, wobei der Brenner in der Regel über mindestens einen Wasserkreislauf mehrere Wärmetauscher bzw. Heizkörper mit Wärme versorgt. Der Wasserkreislauf bzw. die Wasserkreisläufe sind steuerbar, d. h. der Vorlauf des vom Brenner erhitzten Heißwassers zu einem Wärme­ tauscher kann steuerbar gedrosselt bzw. abgeschaltet werden, mit der Folge, daß die Wasserströmung am Brenner stark wechseln kann. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die jeweiligen Brennbetriebszeiten, welche benötigt werden, um das am Brenner vorhandene Wasser bzw. die dort auf­ tretende Wasserströmung von der Einschalttemperatur auf die Abschalttemperatur aufzuheizen, stark wechseln. Im Extremfall können dabei unerwünscht kurze Brennbetriebs­ zeiten auftreten, etwa wenn der Fahrer durch Betätigung entsprechender, den Wasserkreislauf steuernder Ventile die Wasserströmung zu mehreren oder allen Wärmetauschern unterbricht. In solchen Fällen kann der Brenner nur ganz geringe Wassermengen aufheizen, wofür eine ent­ sprechend geringe Zeitspanne benötigt wird.

Sehr kurze Brennbetriebszeiten sind prinzipiell uner­ wünscht, weil der Brenner dann versotten kann.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Steue­ rung eines Heizgerätes der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, bei welchem das Heizgerät auf einfache Weise mit einer Mindestbrennbetriebszeit betrieben werden kann.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel.

Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 6.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Ein­ schalttemperatur automatisch abgesenkt, wenn die zuletzt zur Erreichung der Abschalttemperatur benötigte Brennbetriebs­ zeit kürzer als ein vorgegebenens Zeitintervall war.

Zusätzlich oder alternativ zur Absenkung der Einschalttempe­ ratur kann auch - im Prinzip - eine Erhöhung der Abschalttem­ peratur erfolgen. In der Regel ist jedoch lediglich eine Ab­ senkung der Einschalttemperatur vorgesehen, weil in diesem Zusammenhang keinerlei Sicherheitsprobleme auftreten können.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Gewährleistung einer Mindestbrennbetriebszeit eine Adaption der Differenz zwischen Abschalt- und Ein­ schalttemperatur vorzunehmen.

Dabei ist bevorzugt vorgesehen, die Einschalttemperatur wiederum zu erhöhen (bzw. die Abschalttemperatur wiederum abzusenken), wenn die jeweils letzte Brennbetriebszeit größer als ein vorgegebenes größeres Zeitintervall war.

Auf diese Weise können die Regelhystere des Heizgerätes sowie die Brennbetriebszeiten des Brenners gleichzeitig optimiert werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung besonders bevorzugter Ausführungsformen verwiesen, die anhand der Zeichnung beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung des Heizgerätes und

Fig. 2 verschiedene Temperatur-Zeit-Diagramme für unter­ schiedliche Betriebsphasen, wobei jeweils die Wassertemperatur (T) am Brenner in Abhängigkeit von der Zeit (t) dargestellt ist.

Das in Fig. 1 nur schematisch dargestellte Heizgerät 1 besitzt einen Brennerkopf 1' sowie einen Wassererhitzer­ teil 1", der ähnlich einem Heizkessel ausgebildet ist. Der Wassererhitzerteil 1" ist über eine Vor- und eine Rücklaufleitung 2 und 3 mindestens eines Wasserkreis­ laufes mit einem Wärmetauscher 4 verbunden, an dem das im Wassererhitzerteil 1" erhitzte Wasser seine Wärme zur Beheizung eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraumes abgibt, wobei gegebenenfalls dem Wärmetauscher 4 ein nicht dargestelltes Gebläse zugeordnet sein kann, mit dem vom Wärmetauscher 4 erwärmte Luft in den Fahrzeug­ innenraum eingeblasen wird.

Die Wasserströmung durch den Wärmetauscher 4 kann mittels eines Ventiles 5 geregelt werden, welches seinerseits durch einen auf die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes reagierenden Thermostaten (nicht dargestellt) gesteuert wird, welcher gegebenenfalls auch dazu herangezogen werden kann, das dem Wärmetauscher 4 zugeordnete Gebläse zu steuern.

Bei großem Wärmebedarf für den Fahrzeuginnenraum, d. h. insbesondere bei geringer Innenraumtemperatur, wird dementsprechend das Ventil 5 vollständig geöffnet. Bei geringem oder verschwindendem Wärmebedarf wird das Ventil 5 mehr oder weniger weit gedrosselt oder ge­ schlossen.

Dem Wassererhitzerteil 1" ist ein Regelfühler 6 zuge­ ordnet, der die Temperatur des Wassers im Wassererhitzer­ teil 1" erfaßt, wobei die Signale des Regelfühlers 6 in grundsätzlich bekannter Weise so verarbeitet werden, daß die Feuerung des Brennerkopfes 1' gezündet wird, wenn die Wassertemperatur im Wassererhitzerteil 1" eine Einschalt­ temperatur T_E1 von beispielsweise 73°C unterschreitet; sobald die Wassertemperatur im Wassererhitzerteil 1" eine Abschalttemperatur T_A1 von beispielsweise 78°C erreicht, wird die Feuerung des Brennerkopfes 1' abge­ schaltet, so daß der Brennerkopf 1' seinen Heizbetrieb vorübergehend beendet.

Die jeweiligen Brennbetriebszeiten des Brennerkopfes 1' hängen stark von der Stellung des Ventiles 5 ab. Wenn das Ventil 5 vollständig geöffnet wird, tritt im Wasser­ kreislauf zwischen Wassererhitzerteil 1" und Wärme­ tauscher 4 eine verstärkte Wasserströmung auf, gleich­ zeitig werden 'am Wärmetauscher 4 relativ große Wärme­ mengen abgegeben. Dies hat zur Folge, daß im Wasser­ erhitzerteil 1" große Wassermengen erwärmt werden müssen und die jeweiligen Brennbetriebszeiten des Brennerkopfes 1' entsprechend lang sind.

Dies wird im Teilbild A der Fig. 2 dargestellt. Nach Ein­ schalten des Heizgerätes wird bei geöffnetem Wasserventil 5 eine relativ große Zeitspanne t_B0 benötigt, bis das zunächst noch kalte Wasser im Wassererhitzerteil 1" die Abschalttemperatur T_A1 erreicht hat. Sodann wird die Feuerung des Brennerkopfes 1' ausgeschaltet, und das Wasser kühlt mehr oder weniger schnell ab. Sobald nunmehr die Wassertemperatur auf die Einschalttemperatur T_E1 abfällt, wird die Feuerung des Brennerkopfes 1' erneut eingeschaltet, mit der Folge, daß nach einer Brenn­ betriebszeit t_B1 wiederum die Abschalttemperatur T_A1 erreicht und die Feuerung des Brennerkopfes 1' abge­ schaltet wird. Im Ergebnis arbeitet also das Heizgerät 1 intermittierend.

Wenn nun das Wasserventil 5 stark gedrosselt oder geschlos­ sen wird, wird das Wasser im Wassererhitzerteil 1" nach Abfall der Wassertemperatur auf die Einschalttemperatur T_E1 in einer außerordentlich kurzen Brennbetriebszeit t_B2 auf die Abschalttemperatur T_A1 erhitzt. Insbesondere bei geschlossenem Wasserventil 5 kann diese Brennbetriebs­ zeit t_B2 so kurz sein, daß die Gefahr einer Versottung des Heizgerätes 1 besteht, falls die Feuerung des Brenner­ kopfes 1' mehrfach nur für derart kurze Brennbetriebs­ zeiten eingeschaltet wird.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die jeweiligen Brennbetriebszeiten erfaßt bzw. daraufhin überwacht werden, ob eine Mindestbrennbetriebszeit t_BSoll unter schritten wird. Im Beispiel des Bildteiles B der Fig. 2 ist nun die Brennbetriebszeit t_B2 kürzer als diese Mindestbetriebszeit t_BSoll.

Dies hat zur Folge, daß die Einschalttemperatur für die nachfolgende Brennbetriebsphase um ein vorge­ gebenes Maß auf einen tieferen Wert T_E2 abgesenkt wird. Der Brennerkopf 1' wird also erst wieder gezündet, wenn die Wassertemperatur im Wassererhitzerteil 1" auf diesen tieferen Wert T_E2 abgesunken ist. Da nunmehr eine ver­ größerte Differenz zur Abschalttemperatur T_A1 vorliegt, hat die nachfolgende Brennbetriebsphase eine entsprechend vergrößerte zeitliche Länge t_B3. Sollte diese Zeitspanne immer noch kürzer sein als die Mindestbetriebszeit t_BSoll, so wird die Einschalttemperatur nochmals abgesenkt, bei­ spielsweise auf den Wert T_E3, so daß die nachfolgenden Brennbetriebszeiten länger als t_BSoll sind.

Auf diese Weise wird sicher erreicht, daß Brennbetriebs­ zeiten, die kürzer als der vorgegebene Wert t_BSoll sind, nur sehr selten auftreten können und die Gefahr einer Versottung des Heizgerätes 1 sicher vermieden wird.

Wenn nun nach Absenkung der Einschalttemperatur das Wasserventil 5 erneut geöffnet wird, wird gemäß dem Bildteil C der Fig. 2 aufgrund der großen Wassermengen, die den Wassererhitzerteil 1" durchströmen, eine besonders lange Zeitspanne t_B4 benötigt, um das Wasser von der abgesenkten Einschalttemperatur T_E3 auf die Abschalt­ temperatur T_A1 zu erhitzen. Wenn diese Zeitspanne t_B4 oberhalb einer als Schwellwert vorgegebenen Zeitspanne t_S liegt, die ihrerseits deutlich größer als die Zeit­ spanne t_BSoll ist, so wird die zuletzt eingestellte Einschalttemperatur, hier T_E3, erneut angehoben, bei­ spielsweise zunächst auf T_E2. Falls dann die Dauer der nächsten Brennbetriebsphase wiederum einen Wert, beispielsweise t_B5, oberhalb des vorgegebenen Wertes t_S hat, so wird die Einschalttemperatur nochmals erhöht, bis dann letztendlich wiederum die normale Einschalt­ temperatur T_E1 erreicht ist.

Auf diese Weise kann erreicht werden, daß bei großem Heizbedarf die hierfür optimalen Ein- und Abschalt­ temperaturen T_E1 und T_A1 eingesetzt werden. Anderer­ seits wird gegebenenfalls durch Absenkung der Einschalt­ temperatur auf die Werte T_E2 bzw. T_E3 usw. bei geringem Heizbedarf zwangsläufig erreicht, daß die jeweiligen Brennbetriebszeiten fast immer länger sind als eine vorgegebene Zeitspanne t_BSoll.

Im vorangehend erläuterten Beispiel wurde die Einschalt­ temperatur jeweils stufenweise abgesenkt bzw. abgehoben. Bei dieser Betriebsweise genügt es, bei Erfassung der Brennbetriebszeiten jeweils lediglich zu überprüfen, ob diese kürzer als t_BSoll oder länger t_S sind. Es braucht also lediglich ein Vergleich mit diesen Richtwerten durchgeführt zu werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Länge der jeweils letzten Brennbetriebszeit bzw. Brennbetriebszeiten mehr oder weniger genau zu erfassen und dann die Einschalt­ temperatur bei Bedarf um ein Maß abzusenken bzw. zu erhöhen, welches vom ermittelten Wert der Brennbetriebs­ zeiten abhängt. Wenn beispielsweise die letzte Brennbetriebs­ zeit deutlich kürzer als der Wert t_BSoll war, so wird die Einschalttemperatur um ein deutlich größeres Maß ab­ gesenkt, als es der Fall wäre, wenn die jeweils letzte Brennbetriebszeit nur wenig größer als der Wert t_BSoll gewesen wäre.

In analoger Weise wird dann die Einschalttemperatur von einem unter dem Normalwert t_E1 liegenden Wert, der zuletzt eingestellt worden ist, um ein größeres Maß angehoben, wenn die letzte Brennbetriebszeit deutlich größer als der Wert t_S gewesen ist.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, zusätzlich oder alternativ zu einer Veränderung der Einschalttemperatur auch die Abschalttemperatur zu verändern, wobei bezüglich der Brennbetriebszeiten eine Erhöhung der Abschalttempe­ ratur eine ähnliche Wirkung wie eine Verminderung der Einschalttemperatur hat. In aller Regel ist es jedoch zur Gewährleistung der Betriebssicherheit des Heizgerätes 1 einfacher, die Einschalttemperatur zu verändern und die Abschalttemperatur langfristig unverändert zu lassen.

Abweichend von der Darstellung der Fig. 1 kann der Wasser­ kreislauf zwischen Heizgerät 1 und Wärmetauscher 5 auch komplizierter aufgebaut bzw. parallel zu weiteren Wasser­ kreisläufen angeordnet sein. Am Prinzip der Erfindung, d. h. an der Art und Weise der Veränderung von Einschalt- und/oder Abschalttemperatur, ändert sich dadurch nichts. Vielmehr erhält die Erfindung bei großen Wasserkreis­ läufen eine erhöhte Bedeutung, weil dann bezüglich der Wassermenge bzw. -strömung im Wassererhitzerteil 1" extrem unterschiedliche Größenordnungen auftreten können.

Die Erfindung ist nicht auf sogenannte Wasserheizungen der dargestellten Art beschränkt.

Vielmehr ist die Erfindung auch bei sogenannten Luft­ heizungen anwendbar, bei denen der Brenner direkt die Luft eines zu beheizenden Raumes, z. B. Fahrerhaus eines Fahrzeuges, erwärmt und bei Erreichen einer durch Temperaturfühler ermittelten Abschalttemperatur der Luft stillgesetzt und bei Unterschreiten einer Ein­ schalttemperatur der Luft automatisch gezündet wird.

Da bei derartigen Luftheizungen in der Regel sogenannte atmosphärische Brenner mit mehreren Leistungsstufen eingesetzt werden, muß die erfindungsgemäße automa­ tische Veränderung der Abschalt- bzw. Einschalttempe­ ratur zur Gewährleistung einer Mindestbrennbetriebs­ zeit gegebenenfalls für unterschiedliche Leistungs­ stufen des Brenners unterschiedlich erfolgen, wobei gegebenenfalls zur Veränderung der Brennbetriebszeiten auch automatisch zwischen den Leistungsstufen umge­ schaltet werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung eines Heizgerätes, insbesondere zur Innenraumbeheizung von Fahrzeugen, mit einem als Wärmequelle dienenden, ein- und ausschaltbaren Brenner sowie mit einer selbsttätigen Brennersteuerung, welche mit einem Temperaturfühler zusammenwirkt und den Brenner bei Unterschreitung eines unteren Temperaturschwell­ wertes (Einschalttemperatur) einschaltet bzw. bei Überschreiten eines oberen Temperaturschwellwertes (Abschalttemperatur) ausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalttemperatur (T_E1, T_E2 ...) automatisch abgesenkt wird, wenn die zuletzt zur Erreichung der Abschalttemperatur (T_A1) benötigte Brennbetriebszeit des Brenners (1') kürzer als ein vorgegebenes Zeitintervall (t_BSoll) war.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich oder alternativ zur Absenkung der Einschalttemperatur eine Erhöhung der Abschalttemperatur erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschalttemperatur erhöht und/oder die Abschalttemperatur abgesenkt werden, wenn die letzte Brennbetriebszeit länger als ein vorgegebenes größeres Zeitintervall (t_S) war.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Veränderung von Einschalt- bzw. Abschalttemperatur vom Maß der Abweichung zwischen der jeweils zuletzt benötigten Brennbetriebszeit und dem jeweils vorgegebenen Zeitintervall abhängt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Veränderung der Einschalt- bzw. Abschalttemperatur jeweils mindestens um vorgegebene Festwerte verändert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) über einen steuerbaren Flüssigkeits- bzw. Wasserkreislauf (2, 3) mit einem nach Art eines Heizkörpers wirkenden Wärmetauscher (4) thermisch gekoppelt ist und der Temperaturfühler (6) direkt oder indirekt auf die Flüssigkeits- bzw. Wassertemperatur am Brenner (1) reagiert.