EP1450102A1 - Heizgerät und zugehöriges Betriebsverfahren - Google Patents

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EP1450102A1
EP1450102A1 EP03027442A EP03027442A EP1450102A1 EP 1450102 A1 EP1450102 A1 EP 1450102A1 EP 03027442 A EP03027442 A EP 03027442A EP 03027442 A EP03027442 A EP 03027442A EP 1450102 A1 EP1450102 A1 EP 1450102A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
operating characteristic
speed
control parameter
control
heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03027442A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Rosenland
Bernd Baasner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1450102A1 publication Critical patent/EP1450102A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/48—Learning / Adaptive control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/12—Flame sensors with flame rectification current detecting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/02—Ventilators in stacks
    • F23N2233/04—Ventilators in stacks with variable speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/04—Heating water

Definitions

  • the present invention relates to a heater, in particular a heating device of a central building heating system and / or a building water heating system.
  • a heater in particular a heating device of a central building heating system and / or a building water heating system.
  • Operational Such a heater can be used in certain Operating conditions lead to undesirable vibrations, which is the flame formation of a burner of the heater can adversely affect.
  • undesirable vibrations which is the flame formation of a burner of the heater can adversely affect.
  • the Flames excited to vibrate in a resonance range be what the goodness of combustion, in particular with regard to emission values and efficiency, deteriorated. In extreme cases, the flame can pass through the Natural vibrations.
  • the vibration behavior of such a heater becomes one depending on the operating state of the heater, e.g. Speed of a fan and / or fuel volume flow, determined, on the other hand, the structure of the heater also have a significant impact on the Vibration behavior.
  • the structure includes in particular the Design of the supply air and exhaust air routing e.g. with regard on pipe length, pipe cross sections, number and type of Flow deflections. It can also be important whether the heater is an external wall unit and / or is a condensing boiler. Since the device structure from depends on the respective application, can be in operation possible vibration conditions occurring at the factory are not taken into account. In addition, too Ambient conditions of the heater, e.g. Fresh air temperature and air pressure, the vibration behavior of the heater.
  • the present invention with the features of independent Claims has the advantage that the heater is impermissible Automatically recognizes vibration states and by a Change in fan speed automatically eliminated.
  • the adverse effects of any occurring Vibrations can thus be independent of each Installation situation, regardless of the periphery of the Heater, regardless of environmental conditions and regardless of the operating status of the heater be effectively reduced or avoided. Factory Presettings are therefore unnecessary.
  • a major advantage of the present invention is also seen in that the change in fan speed achieved with the help of a variation of the operating characteristic is so that in the actual control algorithm for No control or regulation of the fan speed must be intervened.
  • the operating characteristic is adjusted accordingly Fan speed using the control algorithm from itself.
  • the invention can thus be based on an existing one Control algorithm, so here no special effort is required.
  • the variation the operating characteristic by the control the operating characteristic within the map parallel to Speed axis shifts.
  • the zero position the speed axis becomes relative to the operating characteristic adjusted.
  • This shift can basically be stepless or in speed steps, which results in correspondingly a stepless or stepped Increased speed of the fan speed results.
  • the map can have several essentially parallel to the operating characteristic Have characteristic curves.
  • the variation of the operating characteristic can then preferably take place in that the control to a characteristic curve adjacent to the operating characteristic switches. Because neighboring characteristics are different distinguish from each other that they are the same Control parameters different fan speeds assign, there is also a result of this procedure Change in fan speed.
  • the Operating characteristic curve have several speed levels that each assigned to a range of values of the control parameter are, the respective within each speed level Fan speed is constant and being adjacent Speed levels have different fan speeds.
  • the variation of Operational characteristic curve expediently take place in that the Control the the current value of the control parameter assigned speed level with an adjacent one Speed level summarizes, so that the on this Value ranges of the control parameter summarized in this way the fan speed of the adjacent speed level assigned.
  • the quasi current value of the control parameter Fan speed assigned to the current value of the Control parameter adjacent value range of Control parameter is assigned. That is, the The speed level of the neighboring value range is set to Range of values of the current value of the control parameter extends.
  • This procedure essentially corresponds a shift in the operating characteristic within the Map parallel to the control parameter axis. As the The aforementioned embodiments can also do this, in particular through appropriate software, relatively simple will be realized.
  • the heater 1 includes a heater 1 according to the Invention a burner 2 in a combustion chamber 3rd is arranged.
  • An air supply leads to the combustion chamber 3 4, via which the combustion air is fed to the burner 2.
  • the Air supply 4 coaxially with an exhaust gas discharge 5 Exhaust pipe, not shown, is connected to To discharge combustion gases into the atmosphere.
  • the Air supply 4 with air pipe and the exhaust gas discharge 5 with Exhaust pipe form an air / exhaust system. If the Air supply 4, the combustion air from the environment Building sucks, in which the heater 1 is arranged, the heater 1 is an external wall unit.
  • the heater 1 usually forms part of a Building central heating and / or one Building water heating system.
  • the heater 1 can be designed as a condensing boiler, at which the combustion gases are below the dew point of water be cooled. It is preferably the Heater 1, however, a conventional heater 1, at which the exhaust gases do not cool below the dew point of water become.
  • the burner 2 acts on its hot Combustion gases a heat exchanger 6, which has a Flow line 7 and a return line 8 for example with a radiator arrangement, not shown Building central heating is connected. About that Heat exchanger 6, an exhaust gas hood 9 is arranged, the passes to exhaust gas discharge 5.
  • the one shown here Embodiment is in the exhaust gas discharge 5 above the Exhaust collector 9, a blower 10 arranged, the exhaust gas sucked out of the combustion chamber 3 and one through the suction corresponding volume flow or air mass flow Combustion air via air supply 4 to burner 2 supplies.
  • the blower can 10 can also be arranged in the air supply 4.
  • the burner 2 is via a fuel line 11 and a fuel control device 12 with a Fuel supply 13 connected.
  • fuel usually used natural gas or heating oil.
  • the Fuel control device 12 can with a Modulation magnet 14 may be equipped for the suitable adjustment of the fuel control device 12 provides.
  • the heater 1 also has a controller 15 that serves to actuate the modulation magnet 14, what the controller 15 via a control line 16 with the Modulation magnet 14 is connected.
  • the modulation magnet 14 and the fuel control device 12 form one Fuel dosing.
  • the controller 15 contains expediently a so-called fuel burner control, with which the operation and monitoring of the burner 2 with fully automatic ignition.
  • the heater 1 is also with a flame control device 35 equipped by means of a corresponding sensor 36, for example is designed as an ionisensor, the presence and / or the absence, preferably the intensity of a flame of the Brenners 2 sensed and a corresponding Communicates signal line 37 to the controller 15.
  • This Flame control device 35 can with a corresponding Design used as a vibration detection device are referred to below as 38.
  • this vibration detection device 38 can Control 15 determine whether a for heater 1 impermissible vibration condition is present or not.
  • the flame of burner 2 oscillates when such a vibration behavior occurs.
  • the flame can oscillate or flicker with the help of Sensor 36 can be detected, making it the controller 15 is possible, an impermissible vibration behavior of the Determine heater 1.
  • a speed n (see FIG. 2) of the fan 10 can be from one Speed sensor 17, for example a Hall sensor, is detected become.
  • the speed sensor 17 stands over a Signal line 18 with a blower control unit 19 in Connection, which in turn via a control line 20 with the controller 15 and via a power supply line 21 is connected to the blower 10.
  • Air supply 4 also has a differential pressure measuring point 22 a differential pressure switch 23 arranged at Gives a switching signal when a certain pressure is reached and this via a signal line 24 of the controller 15 feeds. It is also possible to use the differential pressure measuring point 22 with the differential pressure switch 23 in the exhaust gas discharge 5 to arrange.
  • a temperature sensor 25 is located in the flow line 7 arranged, the signal via a signal line 26th is also supplied to the controller 15.
  • the burner output can be adjusted via a Modulation current i (see also FIG. 2) for controlling the Modulation magnet 14 depending on a predetermined Setpoint are regulated.
  • This setpoint can Controller 15 e.g. via an outside temperature sensor weather-dependent and / or via a fixed setting according to the required room temperature.
  • a further temperature sensor 27 is located in the exhaust gas discharge 5 arranged, the signal via a signal line 28 of the Control 15 is supplied.
  • the controller 15 has access to one shown in FIG Map 29, the several curves 30,31,32 and 33 for one Fan speed n depending on a control parameter contains.
  • One is expediently used as the control parameter Burner output Q or a correlating one Heat request used.
  • the individual characteristics 30,31,32,33 run essentially parallel to each other and are in the direction of the speed axis from each other spaced, i.e. for the same value of the control parameter Q (Burner output / heat requirement) results for each Characteristic 30,31,32,33 another fan speed n.
  • a characteristic curve which is most suitable for the present installation state or for the present air / exhaust gas system 4, 5 is selected in the course of the installation of the heater 1 and is referred to below as the operating characteristic curve K x ,
  • this operating characteristic curve K x is formed by the characteristic curve 32.
  • a method for determining the operating characteristic K x is described, for example, in DE 102 03 798 from January 31, 2002.
  • the characteristics have 30,31,32,33 speed levels, each of which has a range of values of the control parameter Q is assigned. Within the The respective speed level is the corresponding one Range of values assigned fan speed n constant. As well An embodiment is possible in which the characteristic curves 30 to 33 the fan speed n continuously Assign control parameter Q.
  • the heater 1 according to the invention works as follows:
  • the fan 10 In normal operation, the fan 10 is actuated with respect to its fan speed n as a function of the operating characteristic K x , ie a specific normal fan speed n is assigned to the current value of the control parameter Q using the operating characteristic K x .
  • the blower control unit 19 then tries to set or regulate the blower speed n specified in this way on the blower 10.
  • the control 15 is designed such that it varies the operating characteristic K x as soon as it detects the presence of an impermissible vibration behavior by means of the vibration detection device 38.
  • the aforementioned variation of the operating characteristic curve K x takes place in such a way that an alternative fan speed n 'is assigned to the current value of the control parameter Q.
  • the alternative fan speed n 'determined by the variation of the operating characteristic K x is then supplied by the controller 15 to the fan control unit 19, so that it accordingly sets the alternative fan speed n' on the fan 10.
  • control 15 varies the operating characteristic K x such that the alternative fan speed n 'is greater than the normal fan speed n provided for this control parameter. Accordingly, the air volume flow increases, so that there is always a lean combustion with low pollutants. In principle, however, a lowering of the fan speed is also conceivable.
  • the controller 15 can vary the operating characteristic K x, for example, by shifting the operating characteristic K x within the characteristic diagram 29 parallel to the speed axis, that is to say upwards (or downwards) according to FIG. 2.
  • the assigned fan speed n increases (or decreases) for the respective control parameter Q.
  • an impermissible vibration behavior occurs.
  • This operating state is characterized, among other things, by the control parameter Q, which has a value of 15, for example.
  • N the normal fan speed is obtained from the operating characteristic curve K x and amounts to about 1,900 rpm -1.
  • the shift in the operating characteristic K x can then be changed continuously or in predetermined steps until the critical oscillation state is eliminated.
  • a certain speed jump can be specified, in which experience has shown that the impermissible vibration state passes.
  • the controller 15 can also be designed such that it varies the operating characteristic curve K x by switching over to an adjacent characteristic curve 31 or 33 ,
  • the current control parameter Q again has a value of 15; n the corresponding normal fan speed is then about 1,900 rpm -1.
  • the change of the operating characteristic curve K x to the adjacent upward curve 33 then leads to an alternate blower speed n 'of about 2,100 rpm -1.
  • This procedure corresponds to a shift of the operating characteristic K x parallel to the axis of the control parameter Q according to FIG. 2 to the left.
  • the controller 15 is expediently designed such that, after the variation of the operating characteristic K x has been carried out, it further checks whether there is an impermissible oscillation state, adaptation times being taken into account. If the impermissible vibration condition is still present or if a new, impermissible vibration condition has occurred, the controller 15 changes the operating characteristic K x again . However, as soon as the controller 15 can determine that the impermissible oscillation state is no longer present, it can, particularly after a predetermined period of time, undo the previous variation or the previous variations until the blower 10 returns to normal according to its operating characteristic K x is operated.
  • the controller 15 can also be designed in such a way that it gradually adapts the operating characteristic K x to impermissible vibration states, in particular to those that occur repeatedly. This means that the controller 15 remembers a control parameter Q in which the operating characteristic curve K x was varied once or several times. As soon as this noted control parameter Q occurs again later, the controller 15 can carry out the variation of the operating characteristic K x that was carried out earlier, even before the vibration detection device 38 detects the presence of an impermissible vibration state. The heater 1 then shows a particularly stable operating behavior.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizgerät (1), mit einem Gebläse (10) und mit einer Steuerung (15) zur Betätigung des Gebläses (10) in Abhängigkeit wenigstens eines Steuerparameters. Die Steuerung (15) weist zur Drehzahlsteuerung des Gebläses (10) ein Kennfeld mit einer Betriebskennlinie auf, in der die Gebläsedrehzahl in Abhängigkeit des Steuerparameters abgelegt ist. Um das Betriebsverhalten des Heizgeräts (1) zu verbessern, ist die Steuerung (15) mit einer Schwingungserkennungseinrichtung (38) verbunden, die im Betrieb des Heizgeräts (1) unzulässiges Schwingungsverhalten des Heizgeräts (1) erkennt. Die Steuerung (15) führt bei Vorliegen eines unzulässigen Schwingungsverhaltens eine Variation der Betriebskennlinie durch, derart, dass dem aktuellen Wert des Steuerparameters eine Ausweich-Gebläsedrehzahl zugeordnet wird, die von derjenigen Gebläsedrehzahl abweicht, die durch die nicht variierte Betriebskennlinie bestimmt ist. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizgerät, insbesondere ein Heizgerät einer Gebäudezentralheizung und/oder einer Gebäudewarmwasserbereitungsanlage. Im Betrieb eines solchen Heizgeräts kann es bei bestimmten Betriebszuständen zu unerwünschten Schwingungen kommen, welche die Flammenbildung eines Brenners des Heizgeräts nachteilig beeinflussen können. Beispielsweise können die Flammen zu Schwingungen in einem Resonanzbereich angeregt werden, was die Güte der Verbrennung, insbesondere hinsichtlich Emissionswerte und Wirkungsgrad, verschlechtert. Im Extremfall kann die Flamme durch die Eigenschwingungen ausgehen.
Das Schwingungsverhalten eines solchen Heizgeräts wird zum einen vom jeweiligen Betriebszustand des Heizgeräts, z.B. Drehzahl eines Gebläses und/oder Brennstoffvolumenstrom, bestimmt, zum anderen hat der Aufbau des Heizgeräts ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf das Schwingungsverhalten. Zum Aufbau zählt insbesondere die Gestaltung der Zuluft- und Abluftführung z.B. im Hinblick auf Rohrlänge, Rohrquerschnitte, Anzahl und Art der Strömungsumlenkungen. Des Weiteren kann von Bedeutung sein, ob es sich beim Heizgerät um ein Außenwandgerät und/oder um ein Brennwertgerät handelt. Da der Geräteaufbau vom jeweiligen Anwendungsfall abhängt, können die im Betrieb möglicherweise auftretenden Schwingungszustände werksseitig nicht berücksichtigt werden. Darüber hinaus können auch Umgebungsbedingungen des Heizgeräts, wie z.B. Frischlufttemperatur und Luftdruck, das Schwingungsverhalten des Heizgeräts beeinflussen.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass das Heizgerät unzulässige Schwingungszustände selbsttätig erkennt und durch eine Veränderung der Gebläsedrehzahl automatisch beseitigt. Die nachteiligen Wirkungen von gegebenenfalls auftretenden Schwingungen können somit unabhängig von der jeweiligen Einbausituation, unabhängig von der Peripherie des Heizgeräts, unabhängig von den Umgebungsbedingungen und unabhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Heizgeräts wirksam reduziert bzw. vermieden werden. Werksseitige Voreinstellungen sind dadurch überflüssig.
Durch eine Veränderung der Gebläsedrehzahl kann besonders effektiv in das Schwingungssystem bzw. in das Schwingungsverhalten des Heizgeräts eingegriffen werden, so dass ein gegebenenfalls auftretendes Eigenresonanzverhalten durch eine Veränderung der Gebläsedrehzahl wirkungsvoll beseitigt werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung wird auch darin gesehen, dass die Veränderung der Gebläsedrehzahl mit Hilfe einer Variation der Betriebskennlinie erreicht wird, so dass in den eigentlichen Kontrollalgorithmus zur Steuerung oder Regelung der Gebläsedrehzahl nicht eingegriffen werden muss. Durch die Veränderung der Betriebskennlinie erfolgt die entsprechende Anpassung der Gebläsedrehzahl mit Hilfe des Kontrollalgorithmus von selbst. Die Erfindung kann somit auf einen vorhandenen Kontrollalgorithmus zurückgreifen, so dass hier kein besonderer Aufwand erforderlich ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform kann die Variation der Betriebskennlinie dadurch erfolgen, dass die Steuerung die Betriebskennlinie innerhalb des Kennfelds parallel zur Drehzahlachse verschiebt. Mit anderen Worten, die Nulllage der Drehzahlachse wird relativ zur Betriebskennlinie verstellt. Diese Verschiebung kann grundsätzlich stufenlos oder in Drehzahlstufen erfolgen, wodurch sich in entsprechender Weise eine stufenlose oder gestufte Drehzahlerhöhung der Gebläsedrehzahl ergibt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Kennfeld mehrere, im wesentlichen parallel zur Betriebskennlinie verlaufende Kennlinien aufweisen. Die Variation der Betriebskennlinie kann dann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass die Steuerung auf eine zur Betriebskennlinie benachbarte Kennlinie umschaltet. Da benachbarte Kennlinien sich dadurch voneinander unterscheiden, dass sie gleichen Steuerparametern unterschiedliche Gebläsedrehzahlen zuordnen, ergibt sich auch bei dieser Vorgehensweise eine Veränderung der Gebläsedrehzahl.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Betriebskennlinie mehrere Drehzahlstufen aufweisen, die jeweils einem Wertebereich des Steuerparameters zugeordnet sind, wobei innerhalb jeder Drehzahlstufe die jeweilige Gebläsedrehzahl konstant ist und wobei benachbarte Drehzahlstufen verschiedene Gebläsedrehzahlen aufweisen. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Variation der Betriebskennlinie zweckmäßig dadurch erfolgen, dass die Steuerung die dem aktuellen Wert des Steuerparameters zugeordnete Drehzahlstufe mit einer benachbarten Drehzahlstufe zusammenfasst, derart, dass den auf diese Weise zusammengefassten Wertebereichen des Steuerparameters die Gebläsedrehzahl der benachbarten Drehzahlstufe zugeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird quasi dem aktuellen Wert des Steuerparameters diejenige Gebläsedrehzahl zugeordnet, die dem zum aktuellen Wert des Steuerparameters benachbarten Wertebereich des Steuerparameters zugeordnet ist. Das heißt, die Drehzahlstufe des benachbarten Wertebereichs wird auf den Wertebereich des aktuellen Werts des Steuerparameters erstreckt. Im wesentlichen entspricht diese Vorgehensweise einer Verschiebung der Betriebskennlinie innerhalb des Kennfelds parallel zur Steuerparameterachse. Wie die vorgenannten Ausführungsformen kann auch diese, insbesondere durch eine entsprechende Software, relativ einfach realisiert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1
eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung eines Heizgeräts nach der Erfindung,
Fig. 2
eine diagrammartige Darstellung eines Kennfelds.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Entsprechend Fig. 1 umfasst ein Heizgerät 1 nach der Erfindung einen Brenner 2, der in einer Brennkammer 3 angeordnet ist. Zur Brennkammer 3 führt eine Luftzuführung 4, über die Verbrennungsluft dem Brenner 2 zugeführt wird. Bei der hier gezeigten Ausführungsform umgibt die Luftzuführung 4 koaxial eine Abgasabführung 5, die mit einem nicht dargestellten Abgasrohr in Verbindung steht, um Verbrennungsabgase in die Atmosphäre zu leiten. Die Luftzuführung 4 mit Luftrohr und die Abgasabführung 5 mit Abgasrohr bilden ein Luft-/Abgassystem. Sofern die Luftzuführung 4 die Verbrennungsluft aus der Umgebung eines Gebäudes ansaugt, in dem das Heizgerät 1 angeordnet ist, handelt es sich beim Heizgerät 1 um ein Außenwandgerät. Üblicherweise bildet das Heizgerät 1 einen Bestandteil einer Gebäudezentralheizung und/oder einer Gebäudewarmwasserbereitungsanlage.
Das Heizgerät 1 kann als Brennwertgerät ausgebildet sein, bei dem die Verbrennungsabgase unter den Taupunkt von Wasser abgekühlt werden. Vorzugsweise handelt es sich beim Heizgerät 1 jedoch um ein konventionelles Heizgerät 1, bei dem die Abgase nicht unter den Taupunkt von Wasser abgekühlt werden.
Der Brenner 2 beaufschlagt mit seinen heißen Verbrennungsabgasen einen Wärmetauscher 6, der über eine Vorlaufleitung 7 und eine Rücklaufleitung 8 beispielsweise mit einer nicht gezeigten Heizkörperanordnung einer Gebäudezentralheizung in Verbindung steht. Über dem Wärmetauscher 6 ist eine Abgassammelhaube 9 angeordnet, die zur Abgasabführung 5 übergeht. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist in der Abgasabführung 5 oberhalb der Abgassammelhaube 9 eine Gebläse 10 angeordnet, das das Abgas aus der Brennkammer 3 ansaugt und durch den Sog einen entsprechenden Volumenstrom bzw. Luftmassenstrom an Verbrennungsluft über die Luftzuführung 4 dem Brenner 2 zuführt. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gebläse 10 auch in der Luftzuführung 4 angeordnet sein.
Des Weiteren ist der Brenner 2 über eine Brennstoffleitung 11 und eine Brennstoffregeleinrichtung 12 mit einer Brennstoffversorgung 13 verbunden. Als Brennstoff wird üblicherweise Erdgas oder Heizöl verwendet. Die Brennstoffregeleinrichtung 12 kann mit einem Modulationsmagneten 14 ausgestattet sein, der für die geeignete Verstellung der Brennstoffregeleinrichtung 12 sorgt.
Das Heizgerät 1 weist außerdem eine Steuerung 15 auf, die zum einen zur Betätigung des Modulationsmagneten 14 dient, wozu die Steuerung 15 über eine Steuerleitung 16 mit dem Modulationsmagneten 14 verbunden ist. Der Modulationsmagnet 14 und die Brennstoffregeleinrichtung 12 bilden eine Brennstoffdosiereinrichtung. Die Steuerung 15 enthält zweckmäßig einen sogenannten Brennstofffeuerungsautomaten, mit dem die Betätigung und Überwachung des Brenners 2 mit vollautomatischer Zündung erfolgt.
In diesem Zusammenhang ist das Heizgerät 1 außerdem mit einer Flammenkontrolleinrichtung 35 ausgestattet, die mittels eines entsprechenden Sensors 36, der beispielsweise als Ionisensor ausgestaltet ist, das Vorhandensein und/oder das Fehlen, vorzugsweise die Intensität einer Flamme des Brenners 2 sensiert und über eine entsprechende Signalleitung 37 der Steuerung 15 mitteilt. Diese Flammenkontrolleinrichtung 35 kann bei einer entsprechenden Ausgestaltung als Schwingungserkennungseinrichtung verwendet werden, die im folgenden mit 38 bezeichnet wird. Mit Hilfe dieser Schwingungserkennungseinrichtung 38 kann die Steuerung 15 feststellen, ob ein für das Heizgerät 1 unzulässiger Schwingungszustand vorliegt oder nicht. Beispielsweise oszilliert die Flamme des Brenners 2, wenn sich ein solches Schwingungsverhalten einstellt. Das Oszillieren oder Flackern der Flamme kann mit Hilfe des Sensors 36 erkannt werden, wodurch es der Steuerung 15 möglich ist, ein unzulässiges Schwingungsverhalten des Heizgeräts 1 festzustellen.
Eine Drehzahl n (vgl. Fig. 2) des Gebläses 10 kann von einem Drehzahlsensor 17, beispielsweise ein Hall-Sensor, erfaßt werden. Der Drehzahlsensor 17 steht dabei über eine Signalleitung 18 mit einem Gebläsesteuergerät 19 in Verbindung, das seinerseits über eine Steuerleitung 20 mit der Steuerung 15 und über eine Energieversorgungsleitung 21 mit dem Gebläse 10 verbunden ist.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist in der Luftzuführung 4 außerdem eine Differenzdruckmeßstelle 22 mit einem Differenzdruckschalter 23 angeordnet, der bei Erreichen eines bestimmten Drucks ein Schaltsignal abgibt und dieses über eine Signalleitung 24 der Steuerung 15 zuleitet. Ebenso ist es möglich, die Differenzdruckmeßstelle 22 mit dem Differenzdruckschalter 23 in der Abgasabführung 5 anzuordnen.
In der Vorlaufleitung 7 ist ein Temperatursensor 25 angeordnet, dessen Signal über eine Signalleitung 26 ebenfalls der Steuerung 15 zugeführt wird. Mittels der Vorlauftemperatur kann die Brennerleistung über einen Modulationsstrom i (vgl. auch Fig. 2) zur Ansteuerung des Modulationsmagneten 14 in Abhängigkeit eines vorgegebenen Sollwerts geregelt werden. Dieser Sollwert kann der Steuerung 15 z.B. über einen Außentemperaturfühler witterungsgeführt und/oder über einen Festeinstellwert gemäß der geforderten Raumtemperatur vorgegeben werden.
In der Abgasabführung 5 ist ein weiterer Temperaturfühler 27 angeordnet, dessen Signal über eine Signalleitung 28 der Steuerung 15 zugeführt wird. Mit Hilfe dieses Temperaturfühlers 27, der bei einer anderen Ausführung auch in der Luftzuführung 4 angeordnet sein kann, ist es grundsätzlich möglich, eine temperaturbedingte Änderung des Luftmassenstroms durch eine numerische Anpassung auszugleichen, was beispielsweise in der DE 195 10 425 C2 beschrieben ist.
Die Steuerung 15 hat Zugriff auf ein in Fig. 2 dargestelltes Kennfeld 29, das mehrere Kennlinien 30,31,32 und 33 für eine Gebläsedrehzahl n in Abhängigkeit eines Steuerparameters enthält. Als Steuerparameter wird dabei zweckmäßig eine Brennerleistung Q bzw. eine damit korrelierende Wärmeanforderung verwendet. Die einzelnen Kennlinien 30,31,32,33 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und sind in Richtung der Drehzahlachse voneinander beabstandet, d.h., für denselben Wert des Steuerparameters Q (Brennerleistung/Wärmeanforderung) ergibt sich bei jeder Kennlinie 30,31,32,33 eine andere Gebläsedrehzahl n.
Aus den Kennlinien 30,31,32,33 wird im Rahmen der Installation des Heizgerätes 1 eine für den vorliegenden Einbauzustand bzw. für das vorliegende Luft-/Abgassystem 4,5 am besten geeignete Kennlinie ausgewählt, die im folgenden mit Betriebskennlinie Kx bezeichnet wird. Diese Betriebskennlinie Kx wird im vorliegenden Fall durch die Kennlinie 32 gebildet. Ein Verfahren zur Bestimmung der Betriebskennlinie Kx ist beispielsweise in der DE 102 03 798 vom 31.01.2002 beschrieben.
In Fig. 2 ist außerdem eine Kennlinie 34 für den Modulationsstrom i in Abhängigkeit des Steuerparameters Q eingezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzen die Kennlinien 30,31,32,33 Drehzahlstufen, denen jeweils ein Wertebereich des Steuerparameters Q zugeordnet ist. Innerhalb der jeweiligen Drehzahlstufe ist die dem zugehörigen Wertebereich zugeordnete Gebläsedrehzahl n konstant. Ebenso ist eine Ausführungsform möglich, bei welcher die Kennlinien 30 bis 33 die Gebläsedrehzahl n stufenlos dem Steuerparameter Q zuordnen.
Das Heizgerät 1 nach der Erfindung arbeitet wie folgt:
Im Normalbetrieb wird das Gebläse 10 hinsichtlich seiner Gebläsedrehzahl n in Abhängigkeit der Betriebskennlinie Kx betätigt, d.h. dem aktuellen Wert des Steuerparameters Q wird mit Hilfe der Betriebskennlinie Kx eine bestimmte normale Gebläsedrehzahl n zugeordnet. Das Gebläsesteuergerät 19 versucht dann die so vorgegebene Gebläsedrehzahl n am Gebläse 10 einzustellen bzw. einzuregeln.
Im ordnungsgemäßen Betrieb des Heizgeräts 1 kann es bei eingeschaltetem Brenner 2 bei bestimmten Betriebszuständen dazu kommen, dass sich im Heizgerät 1 Schwingungen ausbilden, die im Eigenresonanzfrequenzbereich des Heizgeräts 1 liegen und sich dadurch verstärken. Sobald ein solches unzulässiges Schwingungsverhalten vorliegt, kann dies von der Schwingungserkennungseinrichtung 38 erkannt werden. Die Steuerung 15 leitet dann geeignete Gegenmaßnahmen ein.
Erfindungsgemäß ist die Steuerung 15 so ausgebildet, dass sie die Betriebskennlinie Kx variiert, sobald sie mittels der Schwingungserkennungseinrichtung 38 das Vorliegen eines unzulässigen Schwingungsverhaltens feststellt. Die genannte Variation der Betriebskennlinie Kx erfolgt dabei so, dass dem aktuellen Wert des Steuerparameters Q eine Ausweich-Gebläsedrehzahl n' zugeordnet wird. Die Ausweich-Gebläsedrehzahl n' weicht von der normalen Gebläsedrehzahl n ab, die sich aus der Betriebskennlinie Kx ergibt.
Die durch die Variation der Betriebskennlinie Kx ermittelte Ausweich-Gebläsedrehzahl n' wird dann von der Steuerung 15 dem Gebläsesteuergerät 19 zugeführt, so dass dieses dementsprechend die Ausweich-Gebläsedrehzahl n' am Gebläse 10 einstellt. Durch die Veränderung der Gebläsedrehzahl n in dem Betriebspunkt, in dem die unzulässigen Schwingungen festgestellt worden sind, verändert sich der Volumenstrom durch das Heizgerät 1, wodurch sich das Schwingungsverhalten erheblich ändert. Insbesondere wird das Schwingungssystem aus dem Eigenresonanzfrequenzbereich herausbewegt. Das unzulässige Schwingungsverhalten kann so effektiv unterdrückt werden.
Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Steuerung 15 die Betriebskennlinie Kx so variiert, dass die Ausweich-Gebläsedrehzahl n' größer ist die für diesen Steuerparameter vorgesehene normale Gebläsedrehzahl n. Dementsprechend erhöht sich der Luftvolumenstrom, so dass stets eine schadstoffarme Magerverbrennung vorliegt. Grundsätzlich ist aber auch eine Absenkung der Gebläsedrehzahl denkbar.
Die Steuerung 15 kann die Betriebskennlinie Kx beispielsweise dadurch variieren, dass sie die Betriebskennlinie Kx innerhalb des Kennfelds 29 parallel zur Drehzahlachse, also gemäß Fig. 2 nach oben (bzw. nach unten), verschiebt. Dementsprechend erhöht (bzw. reduziert) sich für den jeweiligen Steuerparameter Q die zugeordnete Gebläsedrehzahl n.
Zur Erläuterung soll ein Zahlenbeispiel dienen: Bei einem bestimmten Betriebszustand tritt ein unzulässiges Schwingungsverhalten auf. Dieser Betriebszustand ist unter anderem charakterisiert durch den Steuerparameter Q, der beispielsweise einen Wert von 15 aufweist. Die normale Gebläsedrehzahl n ergibt sich aus der Betriebskennlinie Kx und beträgt etwa 1.900 Umin-1. Durch eine Verschiebung der Betriebskennlinie Kx entsprechend einem Pfeil 39 nach oben, also in Richtung größerer Drehzahlen, ergibt sich eine Ausweich-Gebläsedrehzahl n' von ca. 2.300 Umin-1. Die Verschiebung der Betriebskennlinie Kx dann dabei stufenlos oder in vorbestimmten Schritten solange geändert werden, bis der kritische Schwingungszustand beseitigt ist. Ebenso kann ein bestimmter Drehzahlsprung vorgegeben sein, bei dem erfahrungsgemäß der unzulässige Schwingungszustand vorübergeht.
Sofern - wie hier - im Kennfeld 29 mehrere Kennlinien 30 bis 33 vorhanden sind, die außerdem im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, kann die Steuerung 15 auch so gestaltet sein, dass sie die Betriebskennlinie Kx durch Umschalten auf eine benachbarte Kennlinie 31 bzw. 33 variiert. Beispielsweise weist der aktuelle Steuerparameter Q wieder einen Wert von 15 auf; die zugehörige, normale Gebläsedrehzahl n beträgt dann wieder etwa 1.900 Umin-1. Das Wechseln von der Betriebskennlinie Kx auf die nach oben benachbarte Kennlinie 33 führt dann zu einer Ausweich-Gebläsedrehzahl n' von etwa 2.100 Umin-1.
Des Weiteren ist es möglich, die Steuerung 15 so auszugestalten, dass sie zur Variation der Betriebskennlinie Kx die dem aktuellen Wert des Steuerparameters Q zugeordnete Drehzahlstufe, das ist hier die Drehzahlstufe mit n = 1.500 Umin-1, mit einer benachbarten Drehzahlstufe zusammenfaßt. Beispielsweise wird die genannte Drehzahlstufe (n = 1.900 Umin-1) mit der in Richtung größerer Steuerparameter Q benachbarten Drehzahlstufe zusammengefasst, also hier mit der Drehzahlstufe mit n = 2.300 Umin-1. Dies hat zur Folge, dass dem aktuellen Wert des Steuerparameters Q (hier Q = 15) die Gebläsedrehzahl n dieser benachbarten Drehzahlstufe als Ausweich-Gebläsedrehzahl n' zugeordnet wird, so dass diese dann den Wert n' = 2.300 Umin-1 aufweist.
Diese Vorgehensweise entspricht dabei einer Verschiebung der Betriebskennlinie Kx parallel zur Achse des Steuerparameters Q gemäß Fig. 2 nach links.
Zweckmäßig wird die Steuerung 15 so ausgebildet, dass sie nach einer durchgeführten Variation der Betriebskennlinie Kx weiter überprüft, ob ein unzulässiger Schwingungszustand vorliegt, wobei Anpasszeiten berücksichtigt werden. Sofern der unzulässige Schwingungszustand nach wie vor vorhanden ist oder wenn ein neuer, unzulässiger Schwingungszustand eingetreten ist, verändert die Steuerung 15 erneut die Betriebskennlinie Kx. Sobald jedoch die Steuerung 15 feststellen kann, dass der unzulässige Schwingungszustand nicht mehr vorliegt, kann sie, insbesondere nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, die vorangegangen Variation bzw. die vorangegangenen Variationen wieder rückgängig machen, solange bis das Gebläse 10 wieder normal nach seiner Betriebskennlinie Kx betrieben wird.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann die Steuerung 15 auch so gestaltet sein, dass sie die Betriebskennlinie Kx allmählich an unzulässige Schwingungszustände anpaßt, insbesondere an solche, die wiederholt auftreten. Das bedeutet, dass sich die Steuerung 15 einen Steuerparameter Q merkt, bei dem eine Variation der Betriebskennlinie Kx einmalig oder mehrmals durchgeführt wurde. Sobald dieser gemerkte Steuerparameter Q später wieder auftritt, kann die Steuerung 15 die schon früher durchgeführte Variation der Betriebskennlinie Kx durchführen, noch bevor die Schwingungserkennungseinrichtung 38 das Vorliegen eines unzulässigen Schwingungszustands detektiert. Das Heizgerät 1 zeigt dann ein besonders stabiles Betriebsverhalten.
Bezugszeichenliste
1
Heizgerät
2
Brenner
3
Brennkammer
4
Luftzuführung
5
Abgasabführung
6
Wärmetauscher
7
Vorlaufleitung
8
Rücklaufleitung
9
Abgassammelhaube
10
Gebläse
11
Brennstoffleitung
12
Brennstoffregeleinrichtung
13
Brennstoffversorgung
14
Modulationsmagnet
15
Steuerung
16
Steuerleitung
17
Drehzahlsensor
18
Signalleitung
19
Gebläsesteuergerät
20
Steuerleitung
21
Energieversorgungsleitung
22
Differenzdruckmeßstelle
23
Differenzdruckschalter
24
Signalleitung
25
Temperatursensor
26
Signalleitung
27
Temperaturfühler
28
Signalleitung
29
Kennfeld
30
Kennlinie
31
Kennlinie
32
Kennlinie
33
Kennlinie
34
Kennlinie
35
Flammenkontrolleinrichtung
36
Sensor
37
Signalleitung
38
Schwingungserkennungseinrichtung
39
Kennlinienverschiebung

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (1), insbesondere einer Gebäudezentralheizung und/oder einer Gebäudewarmwasserbereitungsanlage,
    wobei das Heizgerät (1) ein Gebläse (10) zum Erzeugen eines Verbrennungsluftstroms und eine Steuerung (15) zur Betätigung des Gebläses (10) in Abhängigkeit wenigstens eines Steuerparameters (Q) aufweist,
    wobei die Steuerung (15) zur Drehzahlsteuerung des Gebläses (10) ein Kennfeld (29) mit einer Betriebskennlinie (Kx) aufweist, in der eine Gebläsedrehzahl (n) in Abhängigkeit des Steuerparameters (Q) abgelegt ist, derart, dass jedem Wert des Steuerparameters (Q) eine bestimmte Gebläsedrehzahl (n) zugeordnet ist,
    wobei die Steuerung (15) mit einer Schwingungserkennungseinrichtung (38) verbunden ist, die im Betrieb des Heizgeräts (1) unzulässiges Schwingungsverhalten des Heizgeräts (1) erkennt,
    wobei die Steuerung (15) bei Vorliegen eines unzulässigen Schwingungsverhaltens eine Variation der Betriebskennlinie (Kx) durchführt, derart, dass dem aktuellen Wert des Steuerparameters (Q) eine Ausweich-Gebläsedrehzahl (n') zugeordnet wird, die von derjenigen Gebläsedrehzahl (n) abweicht, die durch die nicht variierte Betriebskennlinie (Kx) bestimmt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Variation der Betriebskennlinie (Kx) dadurch erfolgt, dass die Steuerung (15) die Betriebskennlinie (Kx) innerhalb des Kennfelds (29) parallel zur Drehzahlachse verschiebt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kennfeld (29) mehrere, im wesentlichen parallel zur Betriebskennlinie (Kx) verlaufende Kennlinien (30, 31, 32, 33) aufweist,
    dass die Variation der Betriebskennlinie (Kx) dadurch erfolgt, dass die Steuerung (15) auf eine zur Betriebskennlinie (Kx) benachbarte Kennlinie (30, 31, 32, 22) umschaltet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Betriebskennlinie (Kx) mehrere Drehzahlstufen aufweist, die jeweils einem Wertebereich des Steuerparameters (Q) zugeordnet sind, wobei innerhalb jeder Drehzahlstufe die jeweilige Gebläsedrehzahl (n) konstant ist und wobei benachbarte Drehzahlstufen verschiedene Gebläsedrehzahlen (n) aufweisen,
    dass die Variation der Betriebskennlinie (Kx) dadurch erfolgt, dass die Steuerung (15) die dem aktuellen Wert des Steuerparameters (Q) zugeordnete Drehzahlstufe mit einer benachbarten Drehzahlstufe zusammenfaßt, derart, dass den zugehörigen Wertebereichen der Steuerparameter (Q) die Gebläsedrehzahl (n) der benachbarten Drehzahlstufe zugeordnet ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) adaptiv ausgebildet ist und sich einen Wert des Steuerparameters (Q), bei dem einmalig oder mehrmals eine Variation der Betriebskennlinie (Kx) durchgeführt wurde, merkt und bei einem späteren Vorliegen dieses Werts des Steuerparameters (Q) die selbe Variation der Betriebskennlinie (Kx) durchführt, unabhängig davon, ob die Schwingungserkennungssensorik (38) ein zulässiges Schwingungsverhalten feststellt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) nach einer Variation der Betriebskennlinie (Kx) diese Variation wieder rückgängig macht, sobald das unzulässige Schwingungsverhalten nicht mehr vorliegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) nach einer Variation der Betriebskennlinie (Kx) diese Variation wieder rückgängig macht, sobald das unzulässige Schwingungsverhalten für eine vorbestimmte Zeitspanne nicht mehr vorliegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) die Variation der Betriebskennline (Kx) so durchführt, dass sich für das Gebläse (10) eine erhöhte Gebläsedrehzahl (n) ergibt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerparameter durch eine Brennerleistung Q oder eine Wärmeanforderung gebildet ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserkennungseinrichtung (38) durch eine Flammenkontrolleinrichtung (35) gebildet ist, die das Fehlen und/oder Vorhandensein einer Flamme eines Brenners (2) des Heizgeräts (1) erkennt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Flammenkontrolleinrichtung (35) wenigstens eine Ionisonde (36) aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät (1) als Außenwandgerät ausgebildet ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät (1) so ausgebildet ist, dass seine Verbrennungsabgase im Abgasstrang im Normalbetrieb nicht unter den Taupunkt von Wasser abkühlen.
  14. Heizgerät, insbesondere einer Gebäudezentralheizung und/oder einer Gebäudewarmwasserbereitungsanlage, mit einem Gebläse (10) zum Erzeugen eines Verbrennungsluftstroms und mit einer Steuerung (15) zur Betätigung des Gebläses (10) in Abhängigkeit wenigstens eines Steuerparameters (Q),
    wobei die Steuerung (15) zur Drehzahlsteuerung des Gebläses (10) ein Kennfeld (29) mit einer Betriebskennlinie (Kx) aufweist, in der eine Gebläsedrehzahl (n) in Abhängigkeit des Steuerparameters (Q) abgelegt ist, derart, dass jedem Wert des Steuerparameters (Q) eine bestimmte Gebläsedrehzahl (n) zugeordnet ist,
    wobei die Steuerung (15) mit einer Schwingungserkennungseinrichtung (38) verbunden ist, die im Betrieb des Heizgeräts (1) unzulässiges Schwingungsverhalten des Heizgeräts (1) erkennt,
    wobei die Steuerung (15) bei Vorliegen eines unzulässigen Schwingungsverhaltens eine Variation der Betriebskennline (Kx) durchführt, derart, dass dem aktuellen Wert des Steuerparameters (Q) eine Ausweich-Gebläsedrehzahl (n') zugeordnet wird, die von derjenigen Gebläsedrehzahl (n) abweicht, die durch die nicht variierte Betriebskennline (Kx) bestimmt ist.
  15. Heizgerät nach Anspruch 14 gekennzeichnet durch die kennzeichnenden Merkmal wenigstens eines der Ansprüche 2 bis 13.
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