EP2918923B1 - Verfahren zum Entlüften des Wärmeträgermediums von Heizgeräten - Google Patents

Verfahren zum Entlüften des Wärmeträgermediums von Heizgeräten Download PDF

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EP2918923B1
EP2918923B1 EP15157316.9A EP15157316A EP2918923B1 EP 2918923 B1 EP2918923 B1 EP 2918923B1 EP 15157316 A EP15157316 A EP 15157316A EP 2918923 B1 EP2918923 B1 EP 2918923B1
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pump
sensor
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Vaillant GmbH
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    • F24D19/08—Arrangements for drainage, venting or aerating
    • F24D19/082—Arrangements for drainage, venting or aerating for water heating systems
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    • F24D19/087—Arrangement of venting valves for central heating radiators automatic
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    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/18—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for removing contaminants, e.g. for degassing

Definitions

  • the invention relates to a method for venting the heat transfer medium of heaters, in particular of heaters with helically coiled heat exchangers.
  • the heat transfer medium usually water
  • a deaerator is provided in the closed heat transfer medium circulation usually at the locally or absolutely geodetically highest point at which collect the gas bubbles.
  • this quick exhaust is either below the heat exchanger near the heating water pump or above the heat exchanger at the highest point of the hydraulic circuit.
  • venting programs include a timed operation of the heating pump, in which the pump is operated at fixed intervals at a certain speed, in order to flush any air bubbles from the heat exchanger to the quick exhaust, where they are deposited. Depending on the amount and location of the existing air bubbles this process of deposition takes different lengths. Furthermore, the venting program is usually composed of temporally phases of different flow rate and cyclic repetition of these phases over a set total duration implemented. The total duration depends on the ventilation time required for the most unfavorable ventilation case of an assumed installation. It follows that in a vast number of installations a much shorter venting time would be sufficient and thus the time required for the commissioning of the heater is unnecessarily high.
  • a method for controlling the venting of a heating system is known. It is proposed to select and activate different degassing processes during venting as a function of the determined pressure variation over time. For this purpose, a control device detects the temporal pressure profile in a pressure build-up phase or pressure reduction phase and controls valves and pressure pump.
  • the DE 10 2009 022 765 A1 discloses a solar system in which for venting during operation periodically or after emptying or refilling over a longer period, an overpressure is built up.
  • the pressure drop across a spring-loaded valve degasses dissolved gas.
  • a characteristic value such as the pressure or the volume flow of the heat transfer medium is cyclically measured in a venting program, which is carried out after installation or as needed, and compared with a previously measured characteristic value.
  • the difference of the characteristic values is formed and divided by the time interval of the measurements, so that a quotient is formed. This quotient provides a statement as to how far the process of the deaerator has progressed.
  • the characteristic value with which the respective measured characteristic value is compared can be either the characteristic value measured at the beginning of bleeding or a characteristic value which was previously measured at a fixed time interval. Since there are no old characteristic values at the beginning of the procedure, the quotient can not be determined at the beginning. Once the quotient is determined, it is compared to a threshold. If the quotient, which is usually negative, is greater than a threshold, the cyclic steps of the deaeration process are completed.
  • the threshold depends on the heater and can be determined and determined by a person skilled in the art.
  • the invention makes use of the knowledge that in the course of venting the pressure or the volume flow decrease. This is the case in particular when the sensor is provided behind the air separator in the conveying direction of the heat transfer medium. If, however, the sensor is arranged in front of the air separator, a momentary increase in the volume flow is observed.
  • closure can be precluded before the expiration of a minimum venting time.
  • the individual steps of the method according to the invention are repeated with different pump speed within the venting program.
  • This development is particularly advantageous because the degree of air dispersion in the heat transfer medium has an influence on the effectiveness of the deposition. Large bubbles can be well separated at medium to high volume flows, while finely dispersed bubbles are no longer effectively separated from the liquid phase due to the short residence times. Therefore, it is advantageous to repeat the inventive method with different pump speeds.
  • FIG. 1 shows an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • a heater 1 comprises a heat source 4, which cooperates with the helically coiled heat exchanger 2, that the heat is transferred to a heat transfer medium.
  • This heat transfer medium is circulated by a pump 5 in a heating circuit 6 in the form of a pipe system so that the heat is transferred from the heat source 4 to a heat sink 9.
  • the heat sink 9 can be, for example, one or more radiators or hot water to be heated.
  • As the heat transfer medium usually a liquid, preferably water is used.
  • a vent valve 3 is provided in order to deposit air or gas bubbles contained in the heat transfer medium. This vent valve is arranged so that the bubbles can collect in the area of the vent valve 3, which then escape via the vent valve 3.
  • vent valve 3 should be arranged at the highest point of the heating circuit 6. Because of the helically wound structure of the heat exchanger 2, the upper halves of the coils each form regions which are geodetically higher than the adjacent regions, so that air bubbles can collect here, too, which are difficult to convey out of the heat exchanger 2 during normal operation.
  • the device has a pressure sensor 7 or volume flow sensor 8 connected to the heating circuit 6.
  • FIG. 2 For explaining the method according to the invention, the time profile of the characteristic value measured by the pressure sensor 7 or volume flow sensor 8 is shown.
  • the in FIG. 2 illustrated course of the characteristic before switching on the pump corresponds to a pressure curve.
  • the characteristic value 16 measured for the first time is the static pressure, which increases by a known offset 15 when the pump is switched on.
  • the volumetric flow is used as a parameter, a different course would be available quantitatively before switching on the pump. Due to the stationary pump 5, the volume flow before switching on the pump would be 0.
  • the pressure measured by the pressure sensor 7 or the characteristic value measured by the volume flow sensor 8 initially decreases rapidly and progressively more slowly as the vent progresses.
  • the gradient 13 between the currently measured characteristic value 12 and the first measured characteristic value 10, which was either measured directly or was determined by adding the characteristic value 16 to the offset 15, is formed in a variant.
  • the gradient 14 between the currently measured characteristic value 12 and a previously measured characteristic value 11 is determined. As the characteristic decreases continuously, the gradients are negative. They are determined continuously in the method according to the invention and compared with a predetermined threshold value. As soon as the gradients 13 or 14 exceed the threshold value, this is an indication that no further venting progress has been recorded and thus the heat transfer medium has been successfully vented.
  • the steps of the deaeration process can be repeated with a changed pump speed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften des Wärmeträgermediums von Heizgeräten, insbesondere von Heizgeräten mit schraubenförmig gewendelten Wärmetauschern.
  • Für einen störungsfreien Betrieb von Heizgeräten ist es erforderlich, dass das Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser, frei von Luft- bzw. Gasblasen ist. Dazu ist in dem geschlossenen Wärmeträgerkreislauf in der Regel an der lokal oder absolut geodätisch höchsten Stelle, an der sich die Gasblasen sammeln, ein Entlüfter vorgesehen.
  • In den Fällen, in denen im Heizgerät ein schraubenförmig gewendelter Wärmetauscher mit horizontal ausgerichteter Achse eingesetzt wird, stellen die jeweils oberen Hälften der Rohrbögen, aus denen die Wände gebildet wird, eine lokale geodätisch höchste Stelle dar, in denen sich Luftblasen sammeln können. Dies kann im Betrieb zu einer lokalen Überhitzung führen. Ein Heizgerät mit einem derart ausgebildet Wärmetauscher mit einem Entlüfter am Ende des Wärmetauschers ist aus der Patentschrift EP 2 306 112 B1 bekannt.
  • Bei Heizgeräten mit derartigen Wärmetauschern ist es erforderlich, bei der Geräteinstallation ein Entlüftungsprogramm zu aktivieren, das die Luftblasen aus den oberen Hälften der Rohrbögen austreibt und zu einem zentralen Schnellentlüftungsventil transportiert, um dort abgeschieden zu werden. Üblicherweise befindet sich dieser Schnellentlüfter entweder unterhalb des Wärmeübertragers in der Nähe der Heizungswasserpumpe oder oberhalb des Wärmeübertragers am höchsten Punkt des hydraulischen Kreislaufs.
  • Bekannte Entlüftungsprogramme weisen einen zeitgesteuerten Betrieb der Heizungspumpe auf, bei dem die Pumpe in festen Abständen mit einer bestimmten Drehzahl betrieben wird, um auf diese Weise etwaige Luftblasen aus dem Wärmetauscher zum Schnellentlüfter zu spülen, wo sie abgeschieden werden. Je nach Menge und Ansammlungsort der vorhandenen Luftblasen dauert dieser Prozess des Abscheidens unterschiedlich lang. Weiterhin wird das Entlüftungsprogramm in der Regel zeitlich aus Phasen mit unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit zusammengesetzt und eine zyklische Wiederholung dieser Phasen über eine festgesetzte Gesamtdauer implementiert. Die Gesamtdauer richtet sich hierbei an der erfahrungsgemäß nötigen Entlüftungszeit für den ungünstigsten Entlüftungsfall einer anzunehmenden Installation. Hieraus folgt, dass bei einer überwiegenden Anzahl an Installationen eine deutlich kürzere Entlüftungszeit ausreichend wäre und damit der Zeitaufwand für die Inbetriebnahme des Heizgeräts unnötig hoch ist.
  • Aus der EP 0 924 472 A2 ist ein Verfahren zur Steuerung der Entlüftung einer Heizungsanlage bekannt. Es wird vorgeschlagen, beim Entlüften in Abhängigkeit vom festgestellten Druckverlauf über die Zeit unterschiedliche Entgasungvorgänge auszuwählen und zu aktivieren. Dazu erfasst eine Steuereinrichtung den zeitlichen Druckverlauf in einer Druckaufbauphase bzw. Druckabbauphase und steuert Ventile und Druckpumpe.
  • Die DE 10 2009 022 765 A1 offenbart eine Solaranlage, bei der zum Entlüften im Betrieb periodisch oder nach Entleerung oder Wiederbefüllung über einen längeren Zeitraum ein Überdruck aufgebaut wird. Durch den Druckabfall an einem federbelasteten Ventil wird gelöstes Gas entgast.
  • Es ist aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das die erforderliche Dauer des Entlüftungsprogramms dadurch verkürzt, dass es die Lüftungsdauer nicht an den ungünstigsten Fall, sondern an den tatsächlichen Fall anpasst.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Dazu wird erfindungsgemäß in einem Entlüftungsprogramm, welches nach der Installation oder bei Bedarf durchgeführt wird, zyklisch ein Kennwert wie der Druck oder der Volumenstrom des Wärmeträgermediums gemessen und mit einem zuvor gemessenen Kennwert verglichen. Dazu wird die Differenz der Kennwerte gebildet und durch den zeitlichen Abstand der Messungen dividiert, so dass ein Quotient gebildet wird. Dieser Quotient liefert eine Aussage darüber, wieweit der Prozess des Entlüfters fortgeschritten ist.
  • Der Kennwert, mit dem der jeweils gemessene Kennwert verglichen wird, kann entweder der zu Beginn des Entlüftens gemessene Kennwert oder ein Kennwert, der zu einem festen Zeitabstand vorher gemessen wurde, sein. Da zu Beginn des Verfahrens noch keine alten Kennwerte vorliegen, kann die Ermittlung des Quotienten zu Beginn noch nicht erfolgen. Sobald der Quotient ermittelt ist, wird diese mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn der Quotient, der in der Regel negativ ist, größer als ein Schwellenwert ist, werden die zyklisch ablaufenden Schritte des Entlüftungsverfahrens abgeschlossen. Der Schwellenwert richtet sich nach dem Heizgerät und kann von einem Fachmann ermittelt und festgelegt werden.
  • Die Erfindung macht sich die Kenntnis zunutze, dass im Verlauf des Entlüftens der Druck oder der Volumenstrom abnehmen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Sensor in Förderrichtung des Wärmeträgermediums hinter dem Luftabscheider vorgesehen ist. Ist hingegen der Sensor vor dem Luftabscheider angeordnet, ist eine momentane Zunahme des Volumenstroms festzustellen.
  • Um ein zu frühes Beenden aufgrund zufällig schwankender Messwerte auszuschließen, kann in einer Weiterbildung der Erfindung ein Abschließen vor Ablauf einer Mindestentlüftungszeit ausgeschlossen werden.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung werden innerhalb des Entlüftungsprogramms die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens mit unterschiedlicher Pumpendrehzahl wiederholt. Diese Weiterbildung ist besonders vorteilhaft, weil der Grad der Luftdispersion im Wärmeträgermedium einen Einfluss auf die Effektivität der Abscheidung hat. Große Blasen können bei mittleren bis hohen Volumenströmen gut abgeschieden werden, während fein dispergierte Blasen aufgrund der kurzen Verweilzeiten nicht mehr effektiv aus der flüssigen Phase abgetrennt werden. Daher ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren mit unterschiedlichen Pumpendrehzahlen zu wiederholen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert.
  • Es stellen dar:
    • Figur 1:
    Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Figur 2:
    Den zeitlichen Verlauf des gemessenen Kennwertes während des Entlüftens.
  • Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Heizgerät 1 umfasst eine Wärmequelle 4, die so mit dem schraubenförmig gewendelten Wärmetauscher 2 zusammenwirkt, dass die Wärme auf ein Wärmeträgermedium übertragen wird. Dieses Wärmeträgermedium wird von einer Pumpe 5 in einem Heizkreis 6 in Form eines Rohrsystems so umgewälzt, dass die Wärme von der Wärmequelle 4 zu einer Wärmesenke 9 übertragen wird. Bei der Wärmesenke 9 kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere Heizkörper oder um zu erwärmendes Brauchwasser handeln. Als Wärmeträgermedium wird in der Regel eine Flüssigkeit, bevorzugt Wasser verwendet. Um im Wärmeträgermedium enthaltene Luft- bzw. Gasblasen abzuscheiden, ist ein Entlüftungsventil 3 vorgesehen. Dieses Entlüftungsventil ist so angeordnet, dass sich die Blasen in dem Bereich des Entlüftungsventils 3 sammeln können, die dann über das Entlüftungsventil 3 entweichen. Vorteilhafterweise sollte das Entlüftungsventil 3 an der höchsten Stelle des Heizkreises 6 angeordnet sein. Aufgrund des schraubenförmig gewendelten Aufbau des Wärmetauschers 2 bilden die oberen Hälften der Wendeln jeweils Bereiche, die geodätisch höher als die benachbarten Bereiche sind, so dass sich auch hier Luftblasen sammeln können, die im Normalbetrieb nur schwer aus dem Wärmetauscher 2 herausgefördert werden können.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Vorrichtung einen mit dem Heizkreis 6 verbundenen Drucksensor 7 oder Volumenstromsensor 8 auf.
  • In Figur 2 ist zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens der zeitliche Verlauf des durch den Drucksensor 7 oder Volumenstromsensor 8 gemessenen Kennwerts dargestellt. Bei dem hier gezeigten Verlauf startet das Verfahren mit stehender Pumpe 5. Der in Figur 2 dargestellte Verlauf des Kennwertes vor dem Einschalten der Pumpe entspricht einem Druckverlauf. Der erstmalig gemessene Kennwert 16 ist der Ruhedruck, der durch das Einschalten der Pumpe um einen bekannten Offset 15 ansteigt. Für die Variante, dass als Kennwert der Volumenstrom verwendet wird, würde vor dem Einschalten der Pumpe quantitativ ein anderer Verlauf vorliegen. Aufgrund der stehenden Pumpe 5 wäre der Volumenstrom vor dem Einschalten der Pumpe 0.
  • Nach dem Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entlüften sinkt der vom Drucksensor 7 gemessene Druck bzw. der vom Volumenstromsensor 8 gemessenen Kennwert zunächst schnell und mit fortschreitendem Entlüftungsfortschritt immer langsamer ab. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer Variante der Gradient 13 zwischen dem aktuell gemessenen Kennwert 12 und dem erstmalig gemessenen Kennwert 10, welcher entweder direkt gemessen wurde oder durch Addition des Kennwert 16 mit dem Offset 15 ermittelt wurde, gebildet. In einer anderen Variante des Verfahrens wird der Gradient 14 zwischen dem aktuell gemessenen Kennwert 12 und einem zuvor gemessenen Kennwert 11 ermittelt. Da der Kennwert kontinuierlich abnimmt, sind die Gradienten negativ. Sie werden im erfindungsgemäßen Verfahren kontinuierlich ermittelt und mit einem zu vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Sobald die Gradienten 13 oder 14 den Schwellenwert überschreiten, ist dies ein Indiz dafür, dass kein weiterer Entlüftungsfortschritt zu verzeichnen ist und somit das Wärmeträgermedium erfolgreich entlüftet wurde.
  • Erfindungsgemäß können die Schritte des Entlüftungsverfahrens mit einer veränderten Pumpendrehzahl wiederholt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Wärmetauscher
    3
    Entlüftungsventil
    4
    Wärmequelle
    5
    Pumpe
    6
    Heizkreis
    7
    Drucksensor
    8
    Volumenstromsensor
    9
    Wärmesenke
    10
    erstmalig gemessener Kennwert bei laufender Pumpe
    11
    zuvor gemessener Kennwert
    12
    aktueller gemessener Kennwert
    13
    Gradient
    14
    Gradient
    15
    Offset
    16
    erstmalig gemessener Kennwert bei stehender Pumpe

Claims (10)

  1. Verfahren zum Entlüften des Wärmeträgermediums eines Heizgerätes (1), umfassend einen Wärmetauscher (2), eine Pumpe (5) zum Fördern des Wärmeträgermediums und einen Sensor (7, 8) zum Erfassen eines Kennwertes des Wärmeträgermediums, gekennzeichnet durch die zyklisch durchgeführten Verfahrensschritte bei eingeschalteter Pumpe:
    (a) Messen des mit dem Sensor (7, 8) gemessenen Momentan-Kennwertes (12)
    (b) Bildung der Differenz zwischen dem Momentan-Kennwert (12) und einem zuvor gemessenen Kennwert (10, 11, 16), sofern dieser bereits vorliegt
    (c) Bildung des Quotienten aus der Differenz und dem Zeitabstand der der Differenz zugrundeliegenden Messungen.
    (d) Beenden des Verfahrens zum Entlüften, sobald der Quotient einen Schwellenwert überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (b) der zuvor gemessene Kennwert der Kennwert ist, der zu einem festen zeitlichen Abstand vorher gemessen wurde.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (b) der zuvor gemessene Kennwert der Kennwert (10, 16) ist, der beim erstmaligen zyklischen Durchführen der Verfahrensschritte gemessen wurde.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erstmalige zyklische Durchführen der Verfahrensschritte bei abgeschalteter Pumpe (5) erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei dem beim erstmaligen zyklischen Durchführen der Verfahrensschritte gemessenen Kennwert (16) ein Offset (15) hinzugefügt wird, der die bekannte Änderung des Kennwerts durch die laufende Pumpe berücksichtigt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Verfahrensschritt (d) das Verfahren nicht beendet wird, bevor nicht eine Mindestzeit seit dem ersten zyklischen Durchführten der Verfahrensschritte verstrichen ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kennwert der Druck des Wärmeträgermediums ist und der Sensor ein Drucksensor (7) ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kennwert der Volumenstrom des Wärmeträgermediums ist und der Sensor ein Volumenstromsensor (8) ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei nach Beendigung der Schritte (a) bis (d) nach einer Wartezeit zyklisch die Schritte (a') bis (d') durchgeführt werden, wobei die Schritte (a') bis (d') den Schritten (a) bis (d) mit geänderter Pumpendrehzahl entsprechen.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (2) ein schraubenförmig gewendelter Wärmetauscher mit horizontal angeordneter Achse ist.
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