EP3359879A1 - Heizgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer heizgerätevorrichtung - Google Patents

Heizgerätevorrichtung und verfahren zum betrieb einer heizgerätevorrichtung

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EP3359879A1
EP3359879A1 EP16774920.9A EP16774920A EP3359879A1 EP 3359879 A1 EP3359879 A1 EP 3359879A1 EP 16774920 A EP16774920 A EP 16774920A EP 3359879 A1 EP3359879 A1 EP 3359879A1
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EP
European Patent Office
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heater device
fluid
control
heater
regulating unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP16774920.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Luis Miguel Pacheco Monteiro
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.)
Bosch Termotechnologia SA
Original Assignee
Bosch Termotechnologia SA
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 Bosch Termotechnologia SA filed Critical Bosch Termotechnologia SA
Publication of EP3359879A1 publication Critical patent/EP3359879A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/08—Household apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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

Definitions

  • the computing and / or evaluation unit is provided to determine the air ratio based on an input power and an ionization current in at least one operating state.
  • heating unit should be understood to mean, in particular, a unit which is intended to convert energy, in particular bioenergy and / or preferably fossil energy, in particular directly into heat and, in particular, to supply it to a fluid, advantageously water Heating unit at least one heating module, which is intended in particular to burn a mixture, in particular a mixture of a combustion air and a fuel, and advantageously at least one heat exchanger , formed and advantageously has a thermal for heating the fluid
  • connection to the heat exchanger should be understood to mean specially programmed, designed and / or equipped.Assuming that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills this specific function in at least one application and / or operating state and / or performs.
  • control and / or regulating unit should also be understood to mean, in particular, an electrical and / or electronic unit having at least one control electronics unit.
  • Control electronics is intended in particular to mean a unit having a computing unit and a memory unit as well as a control unit Memory unit stored operating, control and / or control program are understood, which is in particular intended to be executed by the arithmetic unit.
  • the control and / or regulating unit is provided to provide at least one control signal for setting and / or adjusting a blower, in particular a blower for combustion air and / or the fuel control valve for fuel.
  • the control and / or regulating unit is provided to provide a heating power, in particular a requested heating power and / or a desired heating power, by adjusting and / or adjusting the fan and / or the fuel control valve.
  • air ratio is to be understood in particular as a factor that depends in particular on the combustion air and / or the fuel, which determines a quality of the combustion and / or on the basis of which a quality of the combustion can be concluded from an amount of combustion air actually contained in the mixture, in particular in the mixture of the combustion air and the fuel, to a stoichiometric amount. iometrically required amount of combustion air, which is particularly needed for complete combustion.
  • An air ratio which has the value 1 corresponds in particular to a stoichiometric combustion air ratio.
  • the air ratio corresponds to a, in particular direct and / or indirect, control and / or controlled variable.
  • a desired air ratio is in a slightly lean mixture range, in particular the mixture of the combustion air and the fuel, and in particular between 1, 15 and 1 , 45, preferably between 1, 2 and 1, 4 and more preferably between 1, 25 and 1, 35.
  • control and / or regulating unit is provided to determine the input power on the basis of an output power and a thermal efficiency, in particular the combustion and / or the heating unit, in particular of the heating module, in particular special to determine and / or, advantageously analytically, to calculate, an advantageous precise and / or simple determination of the input power, in particular without affecting a heating operation can be achieved.
  • an "output power" is to be understood as meaning, in particular, instantaneous and / or instantaneous output power.
  • the output power corresponds to a power supplied to the fluid and / or absorbed by the fluid, in particular thermal power, the output power being, in particular, a thermal energy which, in particular during combustion, results from the chemical energy of the fuel.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a heater designed as a water heater with a heater device
  • FIG. 2 is a block diagram for an exemplary operation of the heater apparatus
  • the heating module 26 further includes a main burner 36.
  • the main burner 36 is formed as a gas burner.
  • the main burner 36 is connected via the blower 28 to the first supply line 30 for combustion air.
  • the main burner 36 is connected via the fuel valve 32 to the second supply line 34 for fuel.
  • the main burner 36 is intended to burn a mixture of a combustion air and a fuel in at least one operating state.
  • the main burner 36 is intended to generate a heating flame.
  • a heating module may include a pilot burner, which is particularly intended to provide a pilot flame for a main burner.
  • the heater device 10 has a discharge unit 54.
  • the removal unit 54 is designed to remove the heated fluid from the heat exchanger 38 and / or the heater 22.
  • the removal unit 54 comprises a fluid outlet 56.
  • the fluid outlet 56 is connected to the outlet 42 of the heat exchanger 38 via a further fluid connection.
  • the control and / or regulating unit 12 is provided to determine an air ratio A c of the combustion on the basis of an input power ⁇ , ⁇ and an ionization current /. Furthermore, the control and / or regulating unit 12 is provided to set the air ratio A c of the combustion to a desired air ratio Ad.
  • the control and / or regulating unit 12 is provided to determine the input power P, n on the basis of an output power P ou t and a thermal efficiency ⁇ of the heating module 26. The following applies:
  • control and / or regulating unit 12 is provided to determine the fluid flow q m on the basis of a performance characteristic value of a fluid pump 20.
  • the power characteristic is formed by a pump speed 60 and / or by an electrical power consumption 62 of the fluid pump 20.
  • the individual operating steps for this purpose are illustrated in FIG. 2 on the basis of an exemplary block diagram, wherein an order of the individual operating steps may at least partially vary.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Heizgerätevorrichtung mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit (12), welche dazu vorgesehen ist, eine Luftzahl (λc) einer Verbrennung zu ermitteln. Es wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (12) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand die Luftzahl (λc) anhand einer Eingangsleistung (Pin) und einem Ionisationsstrom (I) zu ermitteln.

Description

Beschreibung Titel:
Heizgerätevorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Heizgerätevorrichtung
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind gasbetriebene Heizgeräte bekannt, welche eine Steuer- und/oder Regeleinheit zur Ermittlung einer Luftzahl umfassen. Die Ermittlung der Luftzahl kann dabei beispielsweise anhand einer Temperatur einer Heizflamme, eines lonisationssignals der Heizflamme und/oder anhand eines Abgassensorsignals erfolgen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Heizgerätevorrichtung mit zumindest einer Rechen- und/oder Auswerteeinheit, welche dazu vorgesehen ist, eine Luftzahl einer Verbrennung zu ermitteln.
Es wird vorgeschlagen, dass die Rechen- und/oder Auswerteeinheit dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand die Luftzahl anhand einer Eingangsleistung und einem lonisationsstrom zu ermitteln.
Unter einer„Heizgerätevorrichtung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Heizgeräts und vorzugsweise eines Durchlauferhitzers verstanden werden. Insbesondere kann die Heizgerätevorrichtung auch das gesamte Heizgerät und vorzugsweise den gesamten Durchlauferhitzer umfassen. Insbesondere kann die Heizgerätevorrichtung zumindest eine Heizeinheit, zumindest ein modulierbares und/oder schaltbares Gebläse zur Zuführung einer Verbrennungsluft und/oder zumindest ein modulierbares und/oder schaltbares Brennstoffregelventil zur Zuführung eines Brennstoffs umfassen. In diesem Zusammenhang soll unter einer„Heizeinheit" insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, Energie, insbesondere Bioenergie und/oder vorzugsweise fossile Energie, insbesondere unmittelbar, in Wärme umzuwandeln und insbesondere einem Fluid, vorteilhaft Wasser, zuzuführen. Insbesondere umfasst die Heizeinheit zumindest ein Heizmodul, welches insbesondere dazu vorgesehen ist, ein Gemisch, insbesondere ein Gemisch aus einer Verbrennungsluft und einem Brennstoff, zu verbrennen, und vorteilhaft zumindest einen Wärmetauscher. Das Heizmodul ist vorteilhaft als Brenner, bevorzugt als leistungsmodulierender, Luftzahl-geregelter Gasgebläse- brenner, ausgebildet und weist vorteilhaft zur Erhitzung des Fluids eine thermische
Verbindung mit dem Wärmetauscher auf. Unter„vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Unter einer„Steuer- und/oder Regeleinheit" soll ferner insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer„Steuerelektronik" soll insbesondere eine Einheit mit einer Rechenein- heit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebs-, Steuer- und/oder Regelprogramm verstanden werden, welches insbesondere dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Insbesondere ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, zumindest ein Steuersignal zu einer Einstellung und/oder Verstellung eines Gebläses, insbesondere eines Ge- bläses für Verbrennungsluft und/oder des Brennstoffregelventils für Brennstoff, bereitzustellen. Ferner ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, durch Einstellen und/oder Verstellen des Gebläses und/oder des Brennstoffregelventils eine Heizleistung, insbesondere eine angeforderte Heizleistung und/oder eine Soll-Heizleistung, bereitzustellen.
Unter einer„Luftzahl" soll insbesondere ein, insbesondere von der Verbrennungsluft und/oder dem Brennstoff abhängiger, Faktor verstanden werden, welcher eine Güte der Verbrennung festlegt und/oder anhand dessen auf eine Güte der Verbrennung geschlossen werden kann. Insbesondere entspricht die Luftzahl einem Verhältnis von einer tatsächlich in dem Gemisch, insbesondere in dem Gemisch aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff, enthaltenen Menge an Verbrennungsluft zu einer stöch- iometrisch erforderlichen Menge an Verbrennungsluft, die insbesondere für eine vollständige Verbrennung benötigt ist. Eine Luftzahl, welche den Wert 1 aufweist, entspricht dabei insbesondere einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis. Vorteilhaft entspricht die Luftzahl einer, insbesondere direkten und/oder indirekten, Steuer- und/oder Regelgröße. Zur Erreichung einer optimierten Verbrennung, insbesondere einer stabilen Heizflamme, einem minimalen Schadstoffausstoß und/oder einem maximalen Wirkungsgrad, liegt eine Soll-Luftzahl in einem leicht mageren Gemischbereich, insbesondere des Gemischs aus der Verbrennungsluft und dem Brennstoff, und insbesondere zwischen 1 ,15 und 1 ,45, vorzugsweise zwischen 1 ,2 und 1 ,4 und besonders bevorzugt zwischen 1 ,25 und 1 ,35.
In diesem Zusammenhang soll unter einer„Eingangsleistung" insbesondere eine der Heizeinheit, insbesondere dem Heizmodul, insbesondere eine momentan und/oder aktuell zugeführte, insbesondere maximal erreichbare, Leistung, insbesondere thermi- sehe Leistung, verstanden werden, welche sich insbesondere bei einer vollständigen und/oder optimalen Verbrennung eines, insbesondere der Heizeinheit, zugeführten Brennstoffs ergeben würde. Die Eingangsleistung ist dabei insbesondere mit einer in dem Brennstoff, insbesondere dem der Heizeinheit zugeführten Brennstoff, enthaltenen und/oder gespeicherten chemischen Energie korreliert. Vorzugsweise weist die Heizgerätevorrichtung zumindest eine lonisationssonde auf, welche dazu vorgesehen ist, einen lonisationsstrom innerhalb einer Verbrennungsflamme zu erfassen. Insbesondere ist der lonisationsstrom mit der Luftzahl korreliert.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann eine gattungsgemäße Heizgerätevorrichtung mit vorteilhaften Betriebseigenschaften bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch
Verwendung der Eingangsleistung und des lonisationsstroms eine vorteilhaft zuverlässige und/oder exakte Ermittlung der Luftzahl über einen gesamten Leistungsbereich eines Heizgeräts, insbesondere eines Heizgeräts mit einem leistungsmodulierenden, Luftzahl-geregelten Gasgebläsebrenner, ermöglicht werden. Des Weiteren kann vor- teilhaft eine optimierte Verbrennung mit einer stabilen Heizflamme, einem minimalen
Schadstoffausstoß und/oder einem maximalen Wirkungsgrad, sichergestellt werden, wodurch insbesondere eine Betriebssicherheit erhöht werden kann.
Ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, die Eingangsleistung anhand einer Ausgangsleistung und eines thermischen Wirkungsgrads, insbesondere der Verbrennung und/oder der Heizeinheit, insbesondere des Heizmoduls, zu ermitteln, insbe- sondere zu bestimmen und/oder, vorteilhaft analytisch, zu berechnen, kann eine vorteilhaft präzise und/oder einfache Bestimmung der Eingangsleistung, insbesondere ohne Beeinflussung eines Heizbetriebs, erreicht werden. In diesem Zusammenhang soll unter einer„Ausgangsleistung" insbesondere eine momentane und/oder aktuelle Ausgangsleistung verstanden werden. Die Ausgangsleistung ist insbesondere eine effektive und/oder eine effektiv erreichbare Leistung, insbesondere thermische Leistung, welche sich bei der Verbrennung des, insbesondere der Heizeinheit zugeführten, Brennstoffs ergibt. Vorteilhaft entspricht die Ausgangsleistung einer dem Fluid zugeführten und/oder von dem Fluid aufgenommenen Leistung, insbesondere thermischen Leistung. Die Ausgangsleistung ist dabei insbesondere mit einer thermischen Energie, welche sich, insbesondere bei der Verbrennung, aus der chemischen Energie des Brennstoffs ergibt, korreliert. Ferner ist die Ausgangsleistung insbesondere über eine Enthalpie, insbesondere Verbrennungsenthalpie, mit der Eingangsleistung korreliert. Der thermische Wirkungsgrad könnte beispielsweise als Referenzwert ausgebildet sein und insbesondere in der Speichereinheit der Steuer- und/oder Regeleinheit hinterlegt sein. Vorteilhaft ist die Steuer- und/oder Regeleinheit jedoch dazu vorgesehen, den thermischen Wirkungsgrad zumindest anhand einer Eingangstemperatur der Verbrennungsluft, insbesondere des Verbrennungsluftstroms, und/oder des Brennstoffs, insbesondere des Brennstoffstroms, und/oder einer Abgastemperatur der Verbrennung zu ermitteln. Vorzugsweise weist die Heizgerätevorrichtung dazu zumindest drei Sensoren, insbesondere zumindest einen Abgastemperatursensor, welcher zu einer Erfassung der Abgastemperatur der Verbrennung vorgesehen ist, und zumindest einen Temperatursensor für die Verbrennungsluft und/oder den Brennstoff, auf. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, die Ausgangsleistung anhand einer Temperatur eines Fluids, vorzugsweise einer Eingangstemperatur und/oder einer Ausgangstemperatur, insbesondere des Wärmetauschers, und/oder eines Fluidstroms, insbesondere durch den Wärmetauscher, zu ermitteln, insbesondere zu bestimmen und/oder, vorteilhaft analytisch, zu berechnen. Vorzugsweise weist die Heizgerätevorrichtung zumindest einen Temperatursensor auf, welcher dazu vorgesehen ist, eine Eingangstemperatur und/oder eine Ausgangstemperatur des Fluids zu erfassen. Durch die Verwendung von einfach aufgebauten Sensoren mit einer hohen Dauerfestigkeit und/oder geringen Alterungsschwankungen kann eine vorteilhaft präzise Messung erreicht werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Heizgerätevorrichtung zumindest einen Durchflussmesser aufweist, welcher dazu vorgesehen ist einen insbesondere momentanen und/oder aktuellen Fluidstrom zu erfassen. Insbesondere kann der Durchflussmesser als ein akustischer, ein gyroskopischer, ein magnetisch-induktiver, mechanisch- volumetrischer, optischer und/oder thermischer Durchflussmesser ausgebildet sein.
Durch die Verwendung von gängigen Durchflussmessern kann eine vorteilhaft präzise Messung bei gleichzeitig vorteilhaft geringen Kosten erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Rechen- und/oder Auswerteeinheit dazu vorgesehen ist, einen Fluidstrom anhand von zumindest einem Leistungskennwert einer Fluidpumpe zu ermitteln. Unter einem„Leistungskennwert" soll insbesondere ein Kennwert verstanden werden, welcher zumindest eine momentane Leistung der Fluidpumpe enthält. Insbesondere umfasst die Heizgerätevorrichtung zumindest einen Sensor, welcher dazu vorgesehen ist, den zumindest ei- nen Leistungskennwert insbesondere kontinuierlich zu erfassen und insbesondere drahtlos und/oder drahtgebunden an die Steuer- und/oder Regeleinheit zu übertragen. Insbesondere kann der zumindest eine Sensor in die Fluidpumpe integriert sein oder als separates Element außerhalb der Fluidpumpe angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Leistungskennwert von einer Pumpendrehzahl und/oder von einer elektrischen Leistungsaufnahme der Fluidpumpe gebildet. Insbesondere kann die Heizgerätevorrichtung zumindest einen Stromsensor aufweisen, welcher dazu vorgesehen ist, insbesondere kontinuierlich eine Stromaufnahme der Fluidpumpe zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Heizgerätevorrichtung zumindest einen Drehzahlsensor aufweisen, welcher dazu vorgesehen ist, insbesondere kontinuierlich eine Drehzahl der Fluidpumpe zu erfassen. Hierdurch kann vorteilhaft eine Notwendigkeit zur Verwendung von Durchflussmessern entfallen, wodurch Systemkosten und/oder Wartungskosten vorteilhaft reduziert werden können.
Zudem wird ein Verfahren zum Betrieb einer Heizgerätevorrichtung vorgeschlagen, wobei eine Luftzahl einer Verbrennung anhand einer Eingangsleistung und einem loni- sationsstrom ermittelt wird. Durch die Verwendung der Eingangsleistung und des loni- sationsstroms kann eine vorteilhaft zuverlässige und/oder exakte Ermittlung der Luftzahl über einen gesamten Leistungsbereich eines Heizgeräts, insbesondere eines leis- tungsmodulierenden, Luftzahl-geregelten Gasgebläsebrenners, ermöglicht werden. Des Weiteren kann vorteilhaft eine optimierte Verbrennung mit einer stabilen Heizflamme, einem minimalen Schadstoffausstoß und/oder einem maximalen Wirkungs- grad, sichergestellt werden, wodurch insbesondere eine Betriebssicherheit erhöht werden kann.
Die erfindungsgemäße Heizgerätevorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschrie- bene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Heizgerätevorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der
Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines als Durchlauferhitzer ausgebildeten Heizgeräts mit einer Heizgerätevorrichtung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm für einen beispielhaften Betrieb der Heizgerätevorrichtung und
Fig. 3 schematisch beispielhafte Verläufe eines lonisationsstroms / bei drei verschiedenen Luftzahlen Ac in Abhängigkeit von einer Eingangsleistung Ρ,η.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Heizgerät 22 in einer schematischen Blockdiagramm- Darstellung. Das Heizgerät 22 ist im vorliegenden Fall als Durchlauferhitzer ausgebildet. Alternativ ist denkbar, dass ein Heizgerät als ein Speichererhitzer ausgebildet ist. Das Heizgerät 22 umfasst eine Heizgerätevorrichtung 10. Die Heizgerätevorrichtung 10 umfasst eine Heizeinheit 24. Die Heizeinheit 24 ist dazu vorgesehen, ein Fluid zu erhitzen. Im vorliegenden Fall ist die Heizeinheit 24 dazu vorgesehen, Wasser zu erhitzen. Dazu umfasst die Heizeinheit 24 ein Heizmodul 26. Das Heizmodul 26 ist als leistungsmodulierendes, Luftzahl-geregeltes Gasgebläsebren- nermodul ausgebildet. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass eine Heizeinheit dazu vorgesehen ist, ein anderes Fluid, wie beispielsweise ein Kältemedium und/oder ein Heizmedium, zu erhitzen.
Das Heizmodul 26 weist ein drehzahlvariables Gebläse 28 für Verbrennungsluft auf. Das Gebläse 28 ist dazu vorgesehen, einen Verbrennungsluftstrom zu fördern und/oder zu regulieren. Dazu ist das Gebläse 28 mit einer ersten Zuleitung 30 für Verbrennungsluft verbunden. Zudem weist das Heizmodul 26 ein durchsatzvariables und elektronisches Brennstoffventil 32 für Brennstoff auf. Das Brennstoffventil 32 ist dazu vorgesehen, einen Brennstoffstrom zu fördern und/oder zu regulieren. Im vorliegenden Fall ist das Brennstoffventil 32 dazu vorgesehen, ein Gas zu fördern und/oder zu regeln. Dazu ist das Brennstoffventil 32 mit einer zweiten Zuleitung 34 für Brennstoff verbunden.
Das Heizmodul 26 umfasst ferner einen Hauptbrenner 36. Der Hauptbrenner 36 ist als Gasbrenner ausgebildet. Der Hauptbrenner 36 ist über das Gebläse 28 mit der ersten Zuleitung 30 für Verbrennungsluft verbunden. Zudem ist der Hauptbrenner 36 über das Brennstoffventil 32 mit der zweiten Zuleitung 34 für Brennstoff verbunden. Der Hauptbrenner 36 ist dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand ein Gemisch aus einer Verbrennungsluft und einem Brennstoff zu verbrennen. Dabei ist der Hauptbrenner 36 dazu vorgesehen, eine Heizflamme zu erzeugen. Zusätzlich kann ein Heizmodul einen Zündbrenner umfassen, welcher insbesondere dazu vorgesehen ist, eine Zündflamme für einen Hauptbrenner bereitzustellen. Zudem ist es denkbar, anstatt eines Zündbrenners beispielsweise eine Funkenzündung zu verwenden.
Ferner umfasst die Heizeinheit 24 einen Wärmetauscher 38. Der Wärmetauscher 38 ist in einem Nahbereich der Heizflamme angeordnet. Der Wärmetauscher 38 ist dazu vorgesehen, thermische Energie von dem Heizmodul 26 auf das Fluid zu übertragen. Dazu umfasst der Wärmetauscher 38 eine Zuleitung 40 für ein unerhitztes Fluid, insbesondere Wasser, und einen Auslass 42 für ein erhitztes Fluid, insbesondere Wasser. Darüber hinaus umfasst die Heizeinheit 24 ein Abgasmodul 44. Das Abgasmodul 44 ist als Schornstein ausgebildet. Das Abgasmodul 44 ist dazu vorgesehen, Abgase abzuführen. Dazu ist das Abgasmodul 44 mit einem Abgasauslass 46 verbunden.
Zudem weist die Heizgerätevorrichtung 10 eine Zufuhreinheit 50 auf. Die Zufuhreinheit 50 ist dazu vorgesehen, dem Wärmetauscher 38 und/oder dem Heizgerät 22 das unerhitzte Fluid zuzuführen. Dazu umfasst die Zufuhreinheit 50 einen Fluideinlass 52. Der Fluideinlass 52 ist mit der Zuleitung 40 des Wärmetauschers 38 über eine Fluidverbin- dung verbunden.
Ferner weist die Heizgerätevorrichtung 10 eine Abfuhreinheit 54 auf. Die Abfuhreinheit 54 ist dazu vorgesehen, das erhitzte Fluid aus dem Wärmetauscher 38 und/oder dem Heizgerät 22 abzuführen. Dazu umfasst die Abfuhreinheit 54 einen Fluidauslass 56. Der Fluidauslass 56 ist mit dem Auslass 42 des Wärmetauschers 38 über eine weitere Fluidverbindung verbunden.
Des Weiteren weist die Heizgerätevorrichtung 10 eine Steuer- und/oder Regeleinheit 12 auf. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 ist dazu vorgesehen, einen Betrieb der Heizgerätevorrichtung 10 zu steuern. Dazu weist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und ein in der Speichereinheit hinterlegtes Betriebsprogramm auf, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Zudem ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, eine angeforderte Heizleistung einzustellen und/oder bereitzustellen. Dazu weist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 eine elektrische Verbindung mit dem Gebläse 28 und dem Brennstoffventil 32 auf. Im vorliegenden Fall ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, den Verbrennungsluftstrom und den Brennstoffstrom mittels des Gebläses 28 und des Brennstoffventils 32 unabhängig voneinander einzustellen.
Die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 ist dazu vorgesehen, eine Luftzahl Ac der Verbrennung anhand einer Eingangsleistung Ρ,η und einem lonisationsstrom / zu ermitteln. Ferner ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, die Luftzahl Ac der Verbrennung auf eine Soll-Luftzahl Ad einzustellen.
Die hierzu benötigten Gleichungen, welche insbesondere in der Speichereinheit der Steuer- und/oder Regeleinheit 12 hinterlegt sind, werden im Folgenden zusammenge- fasst, während anschließend mit Bezug auf Figur 2 ein beispielhafter Betrieb beschrieben wird.
Die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 ist dazu vorgesehen, die Eingangsleistung P,n anhand einer Ausgangsleistung Pout und eines thermischen Wirkungsgrads η des Heizmoduls 26 zu ermitteln. Es gilt:
Der thermischen Wirkungsgrad η kann beispielsweise mit ausreichender Genauigkeit experimentell ermittelt und in der Speichereinheit der Steuer- und/oder Regeleinheit 12 hinterlegt werden.
Zudem ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, die zur Ermittlung der Eingangsleistung P,n notwendige Ausgangsleistung Pout anhand einer Temperatur des Fluids, insbesondere einer Ausgangstemperatur Tout des Fluids und Eingangstemperatur Tin des Fluids, und eines Fluidstroms qm zu ermitteln. Dabei gilt:
Pout = C|m ' Cp ■ (Tout - Tin) (2)
Dabei entspricht cp einem Heizwert des Fluids. Die Heizgerätevorrichtung 10 weist einen ersten Temperatursensor 14 auf, welcher dazu vorgesehen ist, die Eingangstemperatur (Tin) des Fluids unmittelbar nach dem Fluideinlass 52 und/oder unmittelbar vor der Zuleitung 40 des Wärmetauschers 38 zu erfassen. Ferner weist die Heizgerätevorrichtung 10 einen zweiten Temperatursensor 48 auf, welcher dazu vorgesehen ist die Ausgangstemperatur (Tout) des Fluids unmittelbar nach dem Auslass 42 des Wärmetauschers 38 und/oder unmittelbar vor dem Fluidauslass 56 zu erfassen. Des Weiteren weist die Heizgerätevorrichtung 10 zumindest einen Durchflussmesser 18 auf, welcher dazu vorgesehen ist, den Fluidstrom qm zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, den Fluidstrom qm anhand eines Leistungskennwerts einer Fluidpumpe 20 zu ermitteln. Der Leistungskennwert ist von einer Pumpendrehzahl 60 und/oder von einer elektrischen Leistungsaufnahme 62 der Fluidpumpe 20 gebildet. Die einzelnen Betriebsschritte hierzu sind in Figur 2 anhand eines beispielhaften Blockdiagramms dargestellt, wobei eine Reihenfolge der einzelnen Betriebsschritte zumindest teilweise variieren kann.
In einem Betriebsschritt 58 ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, den Fluidstrom qm zu ermitteln. Zur Ermittlung des Fluidstrom qm wertet die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 von dem Durchflussmesser 18 erfasste Messwerte aus. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 den Fluidstrom qm anhand eines Leistungskennwerts einer Fluidpumpe 20 zu ermitteln. Der Leistungskennwert ist von einer Pumpendrehzahl 60 und/oder von einer elektrischen Leistungsaufnahme 62 der Fluidpumpe 20 gebildet.
In einem Betriebsschritt 64 ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, anhand der von dem ersten Temperatursensor 14 erfassten Eingangstemperatur T,n des Fluids, der von dem zweiten Temperatursensor 48 erfassten Ausgangstemperatur Tout des Fluids und des Fluidstroms qm insbesondere unter Verwendung von Gleichung (2) die Ausgangsleistung Pout zu ermitteln.
In einem Betriebsschritt 66 ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, anhand der in Betriebsschritt 64 ermittelten Ausgangsleistung Pout und des thermischen Wirkungsgrads η insbesondere unter Verwendung von Gleichung (1 ) die Eingangsleistung Pin zu ermitteln.
In einem Betriebsschritt 68 ist die Steuer- und/oder Regeleinheit 12 dazu vorgesehen, eine Luftzahl Ac der Verbrennung anhand der in Betriebsschritt 66 ermittelten Eingangsleistung Pin und einem lonisationsstrom / zu ermitteln. Die Heizgerätevorrichtung 10 weist zumindest eine lonisationssonde 16, welche dazu vorgesehen ist, den lonisationsstrom / innerhalb einer Verbrennungsflamme zu erfassen.
Figur 3 zeigt schematisch beispielhafte Verläufe des lonisationsstroms / bei drei verschiedenen Luftzahlen Ac in Abhängigkeit von der Eingangsleistung P,n. Zu erkennen ist, dass der lonisationsstrom / in einem fetten Gemischbereich (z.B. Ac = 1 ,1 ) größer ist und zu einem mageren Gemischbereich (z.B. Ac = 1 ,3 ... 1 ,5) hin abfällt. Auffällig ist, dass der lonisationsstrom / bei konstanter Luftzahl Ac (z.B. Ac = 1 ,3) in einem Bereich 70 kleiner Eingangsleistungen P,n deutlich an Intensität abnimmt. In dem Bereich 70 kleiner Eingangsleistungen P,n verliert der lonisationsstrom / seine eindeutige Zuord- nung zur Luftzahl Ac. Durch die Verwendung der in Betriebsschritt 66 ermittelten Eingangsleistung Pin zusätzlich zu dem lonisationsstrom / kann mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit 12 über den gesamten Eingangsleistungsbereich 72, insbesondere auch in dem Bereich 70 kleiner Eingangsleistungen Ρ,η, unmittelbar die momenta- ne Luftzahl Ac ermittelt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Heizgerätevorrichtung mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit (12), welche dazu vorgesehen ist, eine Luftzahl (Ac) einer Verbrennung zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (12) dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand die Luftzahl (Ac) anhand einer Eingangsleistung (Ρ,η) und einem lonisationsstrom (/) zu ermitteln.
2. Heizgerätevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuer- und/oder Regeleinheit (12) dazu vorgesehen ist, die Eingangsleistung (Ρ,η) anhand einer Ausgangsleistung (P0ut) und eines thermischen Wirkungsgrads (η) zu ermitteln.
3. Heizgerätevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuer- und/oder Regeleinheit (12) dazu vorgesehen ist, die Ausgangsleistung (Pout) anhand einer Temperatur (Τ,η, Tout) eines Fluids und/oder eines Fluidstroms (qm) zu ermitteln.
4. Heizgerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Temperatursensor (14, 48), welcher dazu vorgesehen ist, eine Eingangstemperatur (Τ,η) und/oder eine Ausgangstemperatur (Tout) des Fluids zu erfassen.
Heizgerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich net durch zumindest eine lonisationssonde (16), welche dazu vorgesehen ist, einen lonisationsstrom (/) innerhalb einer Verbrennungsflamme zu erfassen.
Heizgerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich net durch zumindest einen Durchflussmesser (18), welcher dazu vorgesehen ist, einen Fluidstrom (qm) zu erfassen.
7. Heizgerätevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (12) dazu vorgesehen ist, einen Fluidstrom (qm) anhand von zumindest einem Leistungskennwert einer Fluid- pumpe (20) zu ermitteln.
8. Heizgerätevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungskennwert von einer Pumpendrehzahl (60) und/oder von einer elektrischen Leistungsaufnahme (62) der Fluidpumpe (20) gebildet ist.
9. Heizgerät, insbesondere Gasgebläsebrenner, mit zumindest einer Heizgerätevorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verfahren zum Betrieb einer Heizgerätevorrichtung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftzahl (Ac) einer Verbrennung anhand einer Eingangsleistung (Ρ,η) und einem lonisationsstrom (/) ermittelt wird.
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