EP3499124A1 - Heizgerätkomponente und verfahren zur einstellung eines brennstoffvolumenstroms - Google Patents

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EP3499124A1
EP3499124A1 EP18205123.5A EP18205123A EP3499124A1 EP 3499124 A1 EP3499124 A1 EP 3499124A1 EP 18205123 A EP18205123 A EP 18205123A EP 3499124 A1 EP3499124 A1 EP 3499124A1
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EP
European Patent Office
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fuel
heater
valve
combustion
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18205123.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robbert DE BRUIN
Remko Voordendag
Gordy Koellmann
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3499124A1 publication Critical patent/EP3499124A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply 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
    • F23N5/02—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
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2900/00—Special features of, or arrangements for fuel supplies
    • F23K2900/05002—Valves for gaseous fuel supply lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/16—Fuel valves variable flow or proportional valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/18—Groups of two or more valves

Definitions

  • the invention relates to a heater component for a heater for adjusting a fuel flow.
  • the invention also relates to a heater with the heater component and a method of operating the heater.
  • heaters with a supported by a blower burner in which a combustion air flow, a fuel is mixed by means of a venturi.
  • the pressure of the combustion air sucked in by the fan drops off at a constriction of the venturi, so that the fuel is sucked in.
  • the fuel is provided by means of a pneumatic zero pressure valve at an ambient pressure, so that the fuel volume flow sucked through the Venturi increases as the combustion air flow flowing through the venturi increases. In this way, a largely constant fuel-air ratio of the fuel-air mixture supplied to the burner is ensured.
  • Such heaters have the disadvantage that the fuel-air ratio can not be easily changed or adjusted, for example, with a changed fuel grade and / or fuel quality.
  • the present invention describes a heater component, in particular a valve assembly, for a heater for adjusting a fuel volume flow.
  • the heater component has at least one automatic valve, for example a pneumatic valve, and an electric actuator.
  • the electric actuator is to provided to adjust the fuel flow in dependence on a combustion parameter.
  • a fuel-air ratio of a fuel-air mixture is adaptable, wherein the fuel-air mixture is composed of a combustion air and a fuel supplied via the fuel volume flow.
  • the fuel-air ratio is adaptable during operation of a heater. In this way, a largely optimal, especially clean combustion can be ensured.
  • the fuel-air ratio is adjustable as a function of a fuel grade and / or a fuel quality.
  • Heaters are preferably operated with a lean fuel-air mixture or with a combustion air surplus.
  • the fuel-air ratio is greater than one.
  • the fuel-air ratio of the fuel-air mixture is also referred to as lambda value or air ratio.
  • a fuel-air ratio greater than one particularly advantageous emission values are achieved during combustion, in particular a proportion of nitrogen oxides (NO x) is reduced.
  • An optimal value for the fuel-air ratio at which desired or predetermined emission values are achieved depends on different parameters, in particular on the fuel grade, the fuel quality and a combustion air quality.
  • a heater component is to be understood in particular as meaning a component, in particular a subassembly, of a heater.
  • the heater device may comprise a fluid line - in particular fuel line - which is provided in particular to at least partially direct the fluid flow - in particular fuel flow - and / or lead and / or adjust and advantageously supply the heating unit in at least one operating state.
  • the heater component is configured to provide the fuel to a fuel combustion air mixing device.
  • an automatic valve is to be understood in particular a control valve, which is intended, in at least one operating state, in particular a Volumetric flow of a flowing into the automatic valve and / or the automatic valve flowing through, in particular gaseous, fuel at least semi-automatically or preferably fully automatically adjust and / or to regulate.
  • the at least one automatic valve has at least one throttle element whose position and / or orientation and / or shaping can be actively changed, in particular as a function of at least one controlled variable.
  • at least one flow path along which the at least one automatic valve can be traversed by a fuel can be expanded and / or narrowed.
  • an automatic valve is provided to adjust the fuel flow.
  • An automatic valve has at least three parking positions for adjusting the fuel volume flow.
  • Under an automatic valve can be understood in particular an electrically and / or electromagnetically and / or pneumatically and / or hydraulically controllable control valve.
  • the automatic valve can be designed as a proportional valve, in particular a servo valve.
  • An example of an automatic valve is a pneumatic zero pressure regulator which provides a fuel pressure of the fuel flowing through the automatic valve to an ambient pressure.
  • Another example of an automatic valve is a differential pressure regulator, which adjusts the fuel pressure so that it differs from the ambient pressure by an adjustable pressure difference.
  • the automatic valve is an electronic control valve, which is intended to be controlled in particular as a function of a measured value or sensor value, in particular as a function of an air pressure measured value.
  • An electric actuator is to be understood in particular as an electrically operated adjusting element which is intended to set the fuel volume flow, in particular to a predefinable value.
  • the electric actuator may be, for example, an electric motor, in particular a stepper motor, if necessary with a transmission.
  • the electrical actuator may be provided to adjust an adjustable aperture.
  • the adjustable orifice is designed to adjust the fuel flow. It is also possible that the electrical actuator is intended to adjust an adjustable throttle.
  • the adjustable throttle is adapted to adjust the fuel flow, in particular to reduce. It is also conceivable that the electrical actuator is provided for adjusting a control valve - in particular an automatic valve.
  • the heater component preferably has a control unit which is set up to receive and process the combustion characteristic value.
  • the control unit is set up to send a control signal to the electrical actuator as a function of the combustion characteristic value, so that the electrical actuator adjusts the combustion volume flow accordingly.
  • the control unit and the electrical actuator are integrated in an assembly.
  • the control unit is a component of the heater and connected to a communication connection with the heater component or the electric actuator.
  • the communication connection is configured to transmit at least the control signal to the electrical actuator or to the heater component.
  • a combustion parameter is to be understood in particular to mean a parameter which is correlated in particular with combustion, in particular of the fuel / combustion air mixture.
  • An example of the combustion characteristic value is an ionization current which is measured on a flame of the heater.
  • a control and / or regulating unit of the heater at least based on the combustion characteristic to a presence and / or quality of the combustion are concluded and / or the presence and / or the quality of the combustion can be determined. It is advantageous, in particular by the control and / or regulating unit of the heater, from the combustion characteristic of a fuel grade and / or fuel quality determined.
  • the combustion characteristic value is correlated in particular with the fuel / air ratio of the fuel / combustion air mixture or the lambda value.
  • the combustion parameter corresponds to at least one or precisely one measured value representing the combustion and / or characterizing the combustion parameter or can be unambiguously assigned to such a measured value.
  • the combustion parameter can be measured with a sensor. Examples of a combustion mapping and / or characterizing The measured value is a combustion signal-in particular a light intensity-and / or a pollutant emission and / or a temperature and / or advantageously an ionization signal.
  • the electric actuator adjusts a fuel volume flow as a function of a combustion characteristic
  • a flow path along which the heater component can be flowed through by the fuel is expanded or contracted in accordance with a combustion characteristic value, in particular a currently present combustion characteristic value.
  • the heater component in particular a control and / or regulating unit and / or is connected to a control and / or regulating unit, which is intended to evaluate the combustion characteristic and, if necessary, in a position and / or orientation of the electrical Actuator according to the combustion characteristic changing control and / or control signal to transfer.
  • the automatic valve is provided to provide a fuel with a fuel pressure that depends on a predeterminable reference pressure-for example an external air pressure-this has the advantage that the fuel-air ratio changes with a changing combustion air flow-for example if the heating power changes - remains largely constant.
  • a predeterminable reference pressure for example an external air pressure-this has the advantage that the fuel-air ratio changes with a changing combustion air flow-for example if the heating power changes - remains largely constant.
  • the fuel-air ratio with a changing combustion air flow does not have to be adjusted or only slightly by the electric actuator. In this way, the heater is particularly reliable operable.
  • a largely constant fuel-air ratio is advantageous, as long as relevant parameters are largely constant - especially as long as a substantially constant fuel quality is present.
  • the heater component is further improved when the automatic valve has an offset controller which is intended to be adjusted by the electric actuator, wherein the offset controller is provided to a Adjust pressure difference between the fuel pressure and the reference pressure.
  • the heater component by means of the automatic valve quickly respond to changing conditions or parameters, in particular air pressure fluctuations and / or a change in the combustion air flow - for example, due to a change in power demand.
  • the electric actuator acting on the offset controller makes adjustments in the case of changed parameters, which can be detected as a function of the combustion characteristic value, in particular to changed parameters which can not be taken into account by the use of the automatic valve, for example a change in the fuel quality.
  • the heater component is intended to adjust the fuel-air ratio in normal operation largely by the automatic valve and the electric actuator, if necessary, is provided for occasional corrections or adjustments of the fuel-air ratio.
  • the heater component is intended to adjust the fuel flow largely through the automatic valve and the electric actuator by adjusting the offset regulator occasional corrections or adjustments in the adjustment of the fuel flow, especially when changing the fuel.
  • the automatic valve is a pneumatic control valve, in particular a pneumatic zero pressure valve or differential pressure valve
  • a pneumatic zero pressure valve or differential pressure valve can largely immediately respond to pressure changes, in particular faster than 1 second, advantageously faster than 0.1 seconds.
  • This is particularly advantageous in comparison to a heater component which has only one electronic control valve which is regulated as a function of a combustion characteristic value.
  • Such a heater component takes some time to properly set the electronic control valve, since to check how a changed position of the electronic control valve affects the combustion characteristic, it must wait until the fuel is transported from the heater component to the burner.
  • the setting of the fuel flow with one or alone Mainly controlled by the combustion parameter heater component with an electronic control valve may take several seconds.
  • a pneumatic control valve in particular a pneumatic zero pressure valve or differential valve allows reliable control or regulation of the fuel volume flow when the fuel is sucked with at least a hereinsaug réelle, for example by a pressure drop across a Venturi or other throttle through which the combustion air flows. Below the adoptedinsaug réelles the fuel flow is no longer adjusted with a necessary accuracy by the pneumatic control valve. This disadvantage can be remedied with the aid of the electric actuator. It is possible that the electrical actuator is intended to compensate for a lack of accuracy of the pneumatic control valve, so that the set by the heater component fuel flow occurs with the necessary accuracy.
  • a pneumatic automatic valve with an electric actuator regulated according to the combustion characteristic combines the advantages of a pneumatically controlled system with the advantages of electronic control according to the combustion characteristic.
  • a pneumatically controlled system has the advantage that it can respond very quickly and reliably to pressure fluctuations and / or power modulation.
  • An electronically controlled system has the advantage that an optimal fuel-air ratio can be adjusted, even with variable external parameters, such as a variable fuel quality.
  • the heater component comprises the automatic valve and an electronic control valve having the electric actuator.
  • the heater component preferably has a pneumatic automatic valve and the electronic control valve.
  • the electronic control valve and the automatic valve are provided to jointly adjust the fuel flow.
  • the electronic control valve and the automatic valve fluidly connected in series.
  • the electronic control valve and the automatic valve act on the same fuel flow.
  • the electronic control valve and the automatic valve can each be designed as separate valves, each with its own housing. It is also conceivable that the electronic control valve and the automatic valve have a common housing or are arranged in a common housing.
  • the electronic control valve and the automatic valve can be designed as a valve assembly or as a double valve or multiple valve.
  • the electronic control valve allows adjustments to changed parameters, which can be detected as a function of the combustion characteristic, in particular to changed parameters which can not be taken into account by the use of the automatic valve, for example a change in the fuel quality.
  • the heater component is intended to adjust the fuel-air ratio in normal operation largely through the automatic valve and the electronic control valve, if necessary, is provided for occasional corrections or adjustments of the fuel-air ratio.
  • the heater component is intended to adjust the fuel flow largely through the automatic valve and the electronic control valve occasional corrections or adjustments in the adjustment of the fuel flow, especially when changing the fuel grade.
  • An occasional correction by the electronic control valve or the electric actuator is to be understood that the electronic control valve or the electric actuator is used in a control mode on average for less than 10% of all changes in the fuel flow, preferably less than 5%, especially preferably less than 1%.
  • the electronic control valve may also be designed as an electronically adjustable diaphragm and / or as an electronically adjustable throttle in alternative embodiments.
  • the heater component is further improved when the combustion characteristic is an ionization current.
  • the ionization current is preferably from an ionization electrode detected at a flame of the burner.
  • the ionization current is a measure of a conductivity of the flame.
  • the ionization current allows conclusions about a quality of the combustion.
  • the fuel-air ratio can be determined from the ionization current.
  • the ionization current is particularly suitable for reliably determining the fuel-air ratio, since the ionization current has a characteristic and advantageous dependence on the fuel-air ratio.
  • the ionization current has a maximum at a stoichiometric fuel-air ratio - ie at a fuel-air ratio or lambda value of one.
  • it is particularly reliably possible to determine a calorific value or calorific value or Wobbe index of the fuel In this way it is possible to determine the fuel grade and / or the fuel quality.
  • the combustion characteristic value is a sensor signal from a temperature sensor-in particular for detecting a flame temperature and / or exhaust gas temperature-and / or from a sensor for detecting a concentration-in particular in exhaust gases-from O 2 and / or CO and / or CO 2 is.
  • the electric actuator is provided at least for a fine control of the fuel volume flow, in particular for a change in the fuel volume flow by less than 15%, preferably less than 5%, particularly preferably less than 1%. It is conceivable that the automatic valve is provided for coarse regulation of the fuel volume flow, in particular for a change in the fuel volume flow of more than 1%, preferably more than 5%, particularly preferably more than 15%.
  • the electric actuator is provided for at least a fine control of the fine volume control of the fuel volume flow, in particular for a change in the fuel volume flow by less than 15%, preferably less than 5%, more preferably less than 1%, when the fuel is sucked in at least at the minimum suction pressure. If the fuel is at a pressure that is smaller than the amount practitioneransaug Kunststoff, the electric actuator for all changes in the fuel flow is provided or for all necessary and / or intended changes in the fuel flow.
  • the heater component is intended to adjust the fuel flow largely through the automatic valve and the electric actuator is provided for occasional corrections or adjustments in the adjustment of the fuel flow, especially when changing the fuel grade.
  • Another aspect of the present invention is a heater with a blower assisted burner, a sensor for detecting a combustion characteristic - in particular an ionization electrode -, a fuel-air mixing device - in particular a Venturi - and a heater component according to the present invention.
  • the heater with the heater component allows a particularly fast and accurate control of combustion.
  • the heater can be operated optimally for the most part at any time. In this way, a low-maintenance and safe operation of the heater is guaranteed.
  • a further aspect of the present invention is a method for operating the heater with a heater component according to the present invention, in which a heating operation is controlled by means of the electrical actuator in dependence on the measured combustion characteristic value.
  • the method offers the advantage that the heater can be operated in an environmentally friendly manner.
  • the method is further improved if the fuel volume flow is adjusted by means of the electrical actuator so that the combustion characteristic assumes a desired combustion characteristic value. This is a particularly simple and reliable method to ensure optimal combustion.
  • the desired combustion characteristic value is a predetermined nominal combustion characteristic value.
  • the desired combustion characteristic value is in particular one in the heater component and / or in the heater - for example, in a memory a control unit - stored value.
  • the nominal combustion characteristic value may be a value determined in laboratory tests. It is also possible for the desired combustion characteristic value to be determined by a calibration method largely carried out on the heater.
  • the desired combustion characteristic value is selected as a function of at least one operating parameter, particularly preferably as a function of a current heating power of the heater.
  • the desired combustion characteristic value can be determined from a characteristic curve stored in a memory, wherein the characteristic curve assigns the nominal combustion characteristic value to the at least one operating parameter.
  • the method is further improved when the heating operation is adjusted by means of the electric actuator to different fuel types and / or fuel qualities.
  • the heater can be adjusted during operation automatically to a new fuel grade or a changed fuel quality. There is no manual adjustment, for example in the context of maintenance and / or inspection, necessary. This increases the user comfort of the heater.
  • the electric actuator is adjusted by the electric actuator at predetermined calibration times, preferably at regularly arranged calibration times, this has the advantage that the fuel volume flow is regulated or adjusted mainly by the automatic valve.
  • the electrical actuator ensures the fine regulation of the fuel volume flow at the calibration times. In this way, both precise and fast control or adjustment of the fuel flow is possible.
  • the heater can be operated safely and conveniently.
  • the calibration times can be chosen arbitrarily.
  • the calibration times are preferably stored in the control unit.
  • the calibration times are arranged regularly, for example with a spacing of 1 second, 5 seconds, 15 seconds, 30 seconds or 60 seconds.
  • the distance between the calibration times depends on operating parameters and / or on an operating state of the heater. For example it is It is conceivable that the distance between the calibration times is reduced if the fuel is sucked in at a pressure that is smaller than the minimum suction pressure and / or if the heating system is operated with a heating power that is below a predefinable minimum power. It is also possible that the distance of the calibration times is reduced when operating parameters change, for example, when the heating power is changed sufficiently strong.
  • FIG. 1 shows a gas heater designed as a heater 10.
  • the heater 10 has a heater component 12.
  • the heater component 12 includes an automatic valve 14 and an electronic control valve 16.
  • the electronic control valve 16 has an electric actuator 18.
  • the automatic valve 14 is designed as a pneumatic zero pressure valve.
  • the automatic valve 14 provides a Fuel 22 ready with a fuel pressure that largely corresponds to a currently existing ambient pressure.
  • the fuel 22 has at an outlet opening 24 of the automatic valve 14 largely the value of the current ambient pressure.
  • the electronic control valve 16 is configured to set a fuel volume flow 26.
  • the heater 10 has a burner 30 supported by a fan 28 and a fuel-air mixing device to 32.
  • the fuel-air mixing device 32 is formed in the embodiment as a Venturi 34.
  • the venturi 34 is connected to the blower 28.
  • the fan 28 sucks in a combustion air 36.
  • a combustion air stream 38 flows through the venturi 34.
  • the venturi 34 has a constriction 40. At the constriction 40, a pressure of the combustion air 36 drops. The faster the combustion air 36 is sucked in by the blower 28 or the faster the combustion air flow 38, the more the pressure of the combustion air 36 drops at the constriction.
  • the venturi 34 has a fuel port at the throat 40.
  • the fuel port is connected to the heater component 12 via a fuel line 42.
  • the fuel 22 is sucked in by the vacuum prevailing at the constriction 40.
  • the fuel 22 mixes in the Venturi with the combustion air stream 38 to a fuel-air mixture 44th
  • the fuel-air mixture 44 flows into the burner 30.
  • the fuel-air mixture 44 is burned by the burner 30 with a flame 46.
  • a sensor for detecting a combustion characteristic is an ionization electrode 48.
  • the combustion characteristic is an ionization current.
  • the resulting during the combustion process in the burner exhaust gases 50 are discharged via an exhaust pipe 52.
  • the ionization electrode 48 is connected to a communication line with a control unit 54.
  • the control unit 54 is configured to receive and supply measured values of the ionization current determined by the ionization electrode 48 to process.
  • the control unit 54 has a memory, a computing unit and interfaces for data exchange - in particular with components of the heater 10 - on.
  • the control unit 54 is connected to the electric actuator 18 of the heater component 12 by a communication line.
  • the control unit 54 is configured to transmit control signals to the electric actuator 18. In particular, the control unit 54 is set up to control the electric actuator 18 as a function of the received ionization current.
  • the control unit 54 is connected to the communication line with the blower 28.
  • the control unit 54 is configured to transmit control signals to the blower 28.
  • the control unit 54 is configured to set a desired combustion air flow 38 via a control signal to the blower 28.
  • the combustion air stream 38 may be suddenly changed, for example, due to a suction induced by a wind 56 on the exhaust pipe 52. This also changes the negative pressure at the constriction 40.
  • the automatic valve 14 allows a largely immediate adaptation to the new pressure conditions.
  • the automatic valve 14 controls the fuel pressure at the outlet port 24 largely immediately at the current ambient pressure. In this way, a fuel-air ratio of the fuel-air mixture is largely kept substantially constant immediately.
  • FIG. 2 showed an alternative embodiment of the heater component 12.
  • the heater component 12 includes a pneumatic differential pressure valve.
  • the pneumatic differential pressure valve is an automatic valve 14.
  • the automatic valve 14 has a movable closure 58.
  • the fuel volume flow 26 flowing through the automatic valve 14 is dependent on a position of the closure 58. In the in FIG. 2 illustrated position of the shutter 58, the automatic valve 14 is fully closed.
  • the closure 58 is largely continuously adjustable. With the closure 58, all values of the fuel volume flow 26 are between a maximum fuel volume flow 26 and a fuel flow 26 with zero value - with a fully closed closure 58 - adjustable.
  • the position of the shutter 58 is adjustable in response to a pressure difference between the fuel pressure at the outlet port 24 and the outside air pressure.
  • the automatic valve 14 has an open air duct 60, which is connected to an external air. In this way, the position of the shutter 58 is adjustable in dependence on the external air pressure.
  • An offset regulator 62 is provided to adjust the differential pressure between the outside air pressure and the fuel pressure at the outlet port 24.
  • the offset controller 62 is adjustable by an electric actuator 18.
  • the electric actuator 18 is in the in FIG. 2 In the embodiment shown, an electric motor which is set up to linearly adjust the offset controller 62.
  • FIG. 3 shows a method 64 for operating the heater 10.
  • the control unit 54 sends the fan 28, a control signal in response to a requested or set heating power.
  • the control signal corresponds to a fan speed.
  • a current combustion characteristic value is determined by the ionization electrode 48 and transmitted to the control unit 54.
  • the combustion characteristic value is determined largely continuously by the ionization electrode 48.
  • the control unit 54 checks whether the current combustion characteristic value corresponds to a desired combustion characteristic value stored in the control unit 54.
  • a characteristic curve is stored which assigns the setpoint combustion characteristic value to the currently set fan speed.
  • the control unit stores the combustion characteristic value received by the ionization electrode 48 and checks whether an average of the stored combustion parameter, averaged over the last 5 seconds, deviates by more than 5% from the nominal combustion parameter. If so, the method continues with step 70.
  • step 70 the control unit 54 sends a control signal to the electric actuator 18. If the current combustion characteristic value indicates that the fuel / air ratio is too high, the electric actuator 18 is activated so that the fuel volume flow 26 is increased.
  • the fuel-air ratio is the ratio of a combustion air amount to a fuel amount. The larger the fuel-air ratio, the leaner the fuel-air mixture or the greater a proportion of combustion air. If the current combustion characteristic value indicates that the fuel / air ratio is too small, the electric actuator 18 is activated in such a way that the fuel volume flow 26 is reduced.
  • the combustion characteristic value is the ionization current.
  • the heater is operated with a fuel-air ratio greater than one, preferably with a fuel-air ratio of 1.3. If the combustion characteristic value is greater than the nominal combustion characteristic value, then the fuel / air ratio is too small or the fuel / air mixture is too rich. If the combustion characteristic value is smaller than the nominal combustion characteristic value, the fuel / air ratio is too high or the fuel / air mixture too lean.
  • step 70 is performed at calibration times.
  • the calibration times are regularly arranged at a distance of 5 seconds to the next calibration time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizgerätkomponente (12), insbesondere eine Ventilbaugruppe, für ein Heizgerät (10) zur Einstellung eines Brennstoffvolumenstroms (26) mit zumindest einem Automatikventil (14), beispielsweise einem pneumatischen Ventil, und einem elektrischen Aktor (18), wobei der elektrische Aktor (18) dazu vorgesehen ist, den Brennstoffvolumenstrom (26) in Abhängigkeit von einem Verbrennungskennwert einzustellen..Die Erfindung betrifft auch ein Heizgerät (10) mit der Heizgerätkomponente (12) gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren (64) zum Betreiben des Heizgeräts (10) gemäß der vorliegenden Erfindung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizgerätkomponente für ein Heizgerät zur Einstellung eines Brennstoffvolumenstroms. Die Erfindung betrifft auch ein Heizgerät mit der Heizgerätkomponente und ein Verfahren zum Betreiben des Heizgeräts.
    • Stand der Technik
  • Es sind Heizgeräte mit einem von einem Gebläse unterstützten Brenner bekannt, bei denen einem Verbrennungsluftstrom ein Brennstoff mittels eines Venturis beigemischt wird. Der Druck der durch das Gebläse angesaugten Verbrennungsluft fällt an einer Engstelle des Venturis ab, so dass der Brennstoff angesaugt wird. Der Brennstoff wird mittels eines pneumatischen Nulldruckventils auf einem Umgebungsdruck bereitgestellt, so dass der durch das Venturi angesaugte Brennstoffvolumenstrom ansteigt, wenn der durch das Venturi strömende Verbrennungsluftstrom ansteigt. Auf diese Weise wird ein weitgehend konstantes Brennstoff-Luft-Verhältnis des dem Brenner zugeführten Brennstoff-Luft-Gemischs sichergestellt. Solche Heizgeräte haben den Nachteil, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis nicht einfach geändert bzw. angepasst werden kann, beispielsweise bei einer veränderten Brennstoffsorte und/oder Brennstoffqualität.
    • Offenbarung der Erfindung Vorteile
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Heizgerätkomponente, insbesondere eine Ventilbaugruppe, für ein Heizgerät zur Einstellung eines Brennstoffvolumenstroms. Die Heizgerätkomponente weist zumindest ein Automatikventil, beispielsweise ein pneumatisches Ventil, und einen elektrischen Aktor auf. Der elektrische Aktor ist dazu vorgesehen, den Brennstoffvolumenstrom in Abhängigkeit von einer Verbrennungskenngröße einzustellen. Auf diese Weise ist insbesondere ein Brennstoff-Luft-Verhältnis eines Brennstoff-Luft-Gemischs anpassbar, wobei sich das Brennstoff-Luft-Gemisch aus einer Verbrennungsluft und einem über den Brennstoffvolumenstrom zugeführten Brennstoff zusammensetzt. Insbesondere ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis während eines Betriebs eines Heizgeräts anpassbar. Auf diese Weise kann eine weitgehend optimale, insbesondere saubere Verbrennung gewährleistet werden. Insbesondere ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis in Abhängigkeit von einer Brennstoffsorte und/oder einer Brennstoffqualität einstellbar. Heizgeräte werden bevorzugt mit einem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch bzw. mit einem Verbrennungsluftüberschuss betrieben. Bei einem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis größer als Eins. Das Brennstoff-Luft-Verhältnis des Brennstoff-Luft-Gemischs wird auch als Lambdawert oder Luftzahl bezeichnet. Durch ein Brennstoff-Luft-Verhältnis größer als Eins werden bei der Verbrennung besonders vorteilhafte Emissionswerte erreicht, insbesondere wird ein Anteil von Stickstoffoxiden (NOx) reduziert. Ein optimaler Wert für das Brennstoff-Luft-Verhältnis, bei dem gewünschte bzw. vorgegebene Emissionswerte erreicht werden, hängt von unterschiedlichen Parametern ab, insbesondere von der Brennstoffsorte, der Brennstoffqualität und einer Verbrennungsluftqualität.
  • Unter einer Heizgerätkomponente soll insbesondere eine Komponente, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Heizgeräts verstanden werden. Insbesondere kann die Heizgerätevorrichtung eine Fluidleitung - insbesondere Brennstoffleitung - umfassen, welche insbesondere dazu vorgesehen ist, den Fluidstrom - insbesondere Brennstoffvolumenstrom - zumindest teilweise zu leiten und/oder zu führen und/oder einzustellen und vorteilhaft der Heizeinheit in zumindest einem Betriebszustand zuzuführen.
  • Es ist vorgesehen, dass die Heizgerätkomponente dazu ausgebildet ist, den Brennstoff einer Brennstoff-Verbrennungsluft-Mischeinrichtung bereitzustellen.
  • Unter einem Automatikventil soll insbesondere ein Regelventil verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand insbesondere einen Volumenstrom eines in das Automatikventil einströmenden und/oder das Automatikventil durchströmenden, insbesondere gasförmigen, Brennstoffs zumindest teilautomatisch oder vorzugsweise vollautomatisch einzustellen und/oder zu regeln. Insbesondere weist das zumindest eine Automatikventil zumindest ein Drosselelement auf, dessen Position und/oder Ausrichtung und/oder Formgebung insbesondere in Abhängigkeit zumindest einer Regelgröße, insbesondere aktiv veränderbar ist. Insbesondere ist durch eine Veränderung der Position und/oder der Ausrichtung und/oder der Formgebung des zumindest einen Drosselelements zumindest ein Strömungspfad, entlang dessen das zumindest eine Automatikventil von einem Brennstoff durchströmbar ist, erweiterbar und/oder verengbar. Insbesondere ist ein Automatikventil dazu vorgesehen, den Brennstoffvolumenstrom einzustellen. Ein Automatikventil weist wenigstens drei Stellpositionen zum Einstellen des Brennstoffvolumenstroms auf. Unter einem Automatikventil kann insbesondere ein elektrisch und/oder elektromagnetisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch ansteuerbares Regelventil verstanden werden. Das Automatikventil kann als ein Proportionalventil, insbesondere Servoventil, ausgebildet sein. Ein Beispiel für ein Automatikventil ist ein pneumatischer Nulldruckregler, welcher einen Brennstoffdruck des durch das Automatikventil strömenden Brennstoffs auf einen Umgebungsdruck stellt. Ein weiteres Beispiel für ein Automatikventil ist ein Differenzdruckregler, welcher den Brennstoffdruck so einstellt, dass sich dieser um eine einstellbare Druckdifferenz vom Umgebungsdruck unterscheidet. Es ist auch denkbar, dass das Automatikventil ein elektronisches Regelventil ist, welches dazu vorgesehen ist insbesondere in Abhängigkeit von einem Messwert bzw. Sensorwert angesteuert zu werden, insbesondere in Abhängigkeit von einem Luftdruckmesswert.
  • Unter einem elektrischen Aktor ist insbesondere ein elektrisch betriebenes Stellelement zu verstehen, welches dazu vorgesehen ist, den Brennstoffvolumenstrom einzustellen, insbesondere auf einen vorgebbaren Wert. Der elektrische Aktor kann beispielsweise ein Elektromotor sein, insbesondere ein Schrittmotor, falls notwendig mit einem Getriebe. Beispielsweise kann der elektrische Aktor dafür vorgesehen sein, eine einstellbare Blende zu verstellen. Die einstellbare Blende ist dafür eingerichtet, den Brennstoffvolumenstrom einzustellen. Es ist auch möglich, dass der elektrische Aktor dafür vorgesehen ist, eine einstellbare Drossel zu verstellen. Die einstellbare Drossel ist dafür eingerichtet, den Brennstoffvolumenstrom einzustellen, insbesondere zu reduzieren. Es ist auch denkbar, dass der elektrische Aktor dafür vorgesehen ist, ein Regelventil - insbesondere ein Automatikventil - einzustellen.
  • Bevorzugt weist die Heizgerätkomponente eine Steuereinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, den Verbrennungskennwert zu empfangen und zu verarbeiten. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit vom Verbrennungskennwert ein Steuersignal an den elektrischen Aktor zu senden, so dass der elektrische Aktor den Verbrennungsvolumenstrom entsprechend einstellt. Es ist auch denkbar, dass die Steuereinheit und der elektrische Aktor in einer Baugruppe integriert sind. In besonderen Ausführungsformen ist die Steuereinheit eine Komponente des Heizgeräts und mit einer Kommunikationsverbindung mit der Heizgerätkomponente bzw. dem elektrischen Aktor verbunden. Die Kommunikationsverbindung ist dafür eingerichtet, wenigstens das Steuersignal an den elektrischen Aktor bzw. an die Heizgerätkomponente zu übermitteln.
  • Unter einem Verbrennungskennwert soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche insbesondere mit einer Verbrennung, insbesondere des Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemischs korreliert ist. Ein Beispiel für den Verbrennungskennwert ist ein lonisationsstrom, welcher an einer Flamme des Heizgeräts gemessen wird. Vorteilhaft kann, insbesondere durch eine Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizgeräts, wenigstens anhand des Verbrennungskennwerts auf ein Vorhandensein und/oder eine Güte der Verbrennung geschlossen werden und/oder das Vorhandensein und/oder die Güte der Verbrennung ermittelt werden. Vorteilhaft ist, insbesondere durch die Steuer- und/oder Regeleinheit des Heizgeräts, aus dem Verbrennungskennwert eine Brennstoffsorte und/oder Brennstoffqualität ermittelbar. Vorteilhaft ist der Verbrennungskennwert insbesondere mit dem Brennstoff-Luft-Verhältnis des Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemischs bzw. dem Lambdawert korreliert. Vorteilhaft entspricht die Verbrennungskenngröße zumindest einem oder genau einem, die Verbrennung abbildenden und/oder charakterisierenden Messwert bzw. kann die Verbrennungskenngröße einem solchen Messwert eindeutig zugeordnet werden. Vorteilhaft ist die Verbrennungskenngröße mit einem Sensor messbar. Beispiele für einen die Verbrennung abbildenden und/oder charakterisierenden Messwert sind ein Verbrennungssignal - insbesondere eine Lichtintensität - und/oder ein Schadstoffausstoß und/oder eine Temperatur und/oder vorteilhaft ein lonisationssignal.
  • Darunter, dass der elektrische Aktor einen Brennstoffvolumenstrom in Abhängigkeit von einem Verbrennungskennwert einstellt, soll insbesondere verstanden werden, dass ein Strömungspfad entlang dessen die Heizgerätkomponente von dem Brennstoff durchströmbar ist, entsprechend einem Verbrennungskennwert - insbesondere einem aktuell vorliegenden Verbrennungskennwert - erweitert oder verengt wird. Hierzu weist die Heizgerätkomponente insbesondere eine Steuer- und/oder Regeleinheit auf und/oder ist mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit verbunden, welche dazu vorgesehen ist, den Verbrennungskennwert auszuwerten und, falls notwendig, in ein die Position und/oder Ausrichtung des elektrischen Aktors entsprechend des Verbrennungskennwerts veränderndes Steuer- und/oder Regelsignal zu überführen.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Heizgerätkomponente möglich.
  • Ist das Automatikventil dazu vorgesehen, einen Brennstoff mit einem Brennstoffdruck bereitzustellen, der von einem vorgebbaren Referenzdruck - beispielsweise einem äußeren Luftdruck - abhängt, hat das den Vorteil, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis bei einem sich ändernden Verbrennungsluftstrom - beispielsweise bei einer Änderung der Heizleistung - weitgehend konstant bleibt. Das hat den Vorteil, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis bei einem sich ändernden Verbrennungsluftstrom nicht oder nur geringfügig durch den elektrischen Aktor eingestellt werden muss. Auf diese Weise ist das Heizgerät besonders zuverlässig betreibbar. In einem regulären Betrieb ist ein weitgehend konstantes Brennstoff-Luft-Verhältnis von Vorteil, solange relevante Parameter weitgehend konstant sind - insbesondere solange eine weitgehend konstante Brennstoffqualität vorliegt.
  • Die Heizgerätkomponente wird weiter verbessert, wenn das Automatikventil einen Offset-Regler aufweist, der dazu vorgesehen ist, durch den elektrischen Aktor eingestellt zu werden, wobei der Offset-Regler dazu vorgesehen ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck und dem Referenzdruck einzustellen. Vorteilhaft kann das die Heizgerätkomponente mittels des Automatikventils schnell auf geänderte Bedingungen bzw. Parameter reagieren, insbesondere Luftdruckschwankungen und/oder eine Änderung des Verbrennungsluftstroms - beispielsweise aufgrund von einer geänderten Leistungsanforderung. Der auf den Offset-Regler wirkende elektrische Aktor ermöglicht Anpassungen bei geänderten Parametern, welche in Abhängigkeit vom Verbrennungskennwert erfassbar sind, insbesondere auf geänderte Parameter, welche nicht durch die Verwendung des Automatikventils berücksichtigbar sind, beispielsweise eine Veränderung der Brennstoffqualität. Insbesondere ist es möglich, dass die Heizgerätkomponente dazu vorgesehen ist, das Brennstoff-Luft-Verhältnis im normalen Betrieb weitgehend durch das Automatikventil einzustellen und der elektrische Aktor, falls notwendig, für gelegentliche Korrekturen bzw. Anpassungen des Brennstoff-Luft-Verhältnisses vorgesehen ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Heizgerätkomponente dazu vorgesehen ist, den Brennstoffvolumenstrom weitgehend durch das Automatikventil einzustellen und der elektrische Aktor durch Einstellen des Offset-Reglers gelegentliche Korrekturen bzw. Anpassungen bei der Einstellung des Brennstoffvolumenstroms, insbesondere bei einem Wechsel der Brennstoffsorte.
  • Ist das Automatikventil ein pneumatisches Regelventil, insbesondere ein pneumatisches Nulldruckventil bzw. Differenzdruckventil, hat das den Vorteil, dass der Brennstoffvolumenstrom besonders schnell an Luftdruckschwankungen - beispielsweise durch einen Windstoß - anpassbar ist. Insbesondere ein pneumatisches Nulldruckventil bzw. Differenzdruckventil kann weitgehend sofort auf Druckänderungen reagieren, insbesondere schneller als 1 Sekunde, vorteilhaft schneller als 0.1 Sekunden. Das ist insbesondere vorteilhaft im Vergleich zu einer Heizgerätkomponente welches nur ein elektronisches Regelventil aufweist, welches in Abhängigkeit von einem Verbrennungskennwert geregelt wird. Eine solche Heizgerätkomponente benötigt eine gewisse Zeit, um das elektronische Regelventil richtig einzustellen, da für eine Überprüfung, wie sich eine veränderte Position des elektronischen Regelventils auf den Verbrennungskennwert auswirkt, abgewartet werden muss, bis der Brennstoff von der Heizgerätkomponente zum Brenner transportiert wird. Die Einstellung des Brennstoffvolumenstroms mit einer alleine oder hauptsächlich nach dem Verbrennungskennwert geregelten Heizgerätkomponente mit einem elektronischen Regelventil kann mehre Sekunden dauern.
  • Zusätzlich bietet die Kombination aus einem pneumatischen Regelventil und einem elektrischen Aktor weitere Vorteile. Ein pneumatisches Regelventil, insbesondere ein pneumatisches Nulldruckventil bzw. Differenzventil ermöglicht eine zuverlässige Steuerung bzw. Regelung des Brennstoffvolumenstroms wenn der Brennstoff mit wenigstens einem Mindestansaugdruck angesaugt wird, beispielsweise durch einen Druckabfall an einem Venturi oder an einer sonstigen Drossel, durch das die Verbrennungsluft strömt. Unterhalb des Mindestansaugdrucks wird der Brennstoffvolumenstrom nicht mehr mit einer notwendigen Genauigkeit durch das pneumatische Regelventil eingestellt. Dieser Nachteil ist mit Hilfe des elektrischen Aktors behebbar. Es ist möglich, dass der elektrische Aktor dafür vorgesehen ist, eine fehlende Genauigkeit des pneumatischen Regelventils auszugleichen, so dass der durch die Heizgerätkomponente eingestellte Brennstoffvolumenstrom mit der notwendigen Genauigkeit erfolgt.
  • Die Verwendung eines pneumatischen Automatikventils mit einem elektrischen Aktor, der nach dem Verbrennungskennwert geregelt wird, kombiniert die Vorteile eines pneumatisch geregelten Systems mit den Vorteilen einer elektronischen Regelung nach dem Verbrennungskennwert. Ein pneumatisch geregeltes System hat den Vorteil, dass es sehr schnell und zuverlässig auf Druckschwankungen und/oder Leistungsmodulationen reagieren kann. Ein elektronisch geregeltes System hat den Vorteil, dass ein optimales Brennstoff-Luft-Verhältnis eingestellt werden kann, auch bei sich veränderlichen äußeren Parametern, beispielsweise einer veränderlichen Brennstoffqualität.
  • Eine weitere Verbesserung ist möglich, wenn die Heizgerätkomponente das Automatikventil und ein elektronisches Regelventil aufweist, welches den elektrischen Aktor aufweist. Bevorzugt weist die Heizgerätkomponente ein pneumatisches Automatikventil und das elektronische Regelventil auf. Das elektronische Regelventil und das Automatikventil sind dazu vorgesehen, gemeinsam den Brennstoffvolumenstrom einzustellen. Insbesondere sind das elektronische Regelventil und das Automatikventil fluidtechnisch in Reihe geschaltet. Bevorzugt wirken das elektronische Regelventil und das Automatikventil auf den gleichen Brennstoffstrom. Das elektronische Regelventil und das Automatikventil können jeweils als separate Ventile mit jeweils eigenem Gehäuse ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass das elektronische Regelventil und das Automatikventil ein gemeinsames Gehäuse aufweisen bzw. in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Insbesondere können das elektronische Regelventil und das Automatikventil als eine Ventilbaugruppe oder als Doppelventil bzw. Mehrfachventil ausgebildet sein.
  • Das elektronische Regelventil ermöglicht Anpassungen bei geänderten Parametern, welche in Abhängigkeit vom Verbrennungskennwert erfassbar sind, insbesondere auf geänderte Parameter, welche nicht durch die Verwendung des Automatikventils berücksichtigbar sind, beispielsweise eine Veränderung des Brennstoffqualität. Insbesondere ist es möglich, dass die Heizgerätkomponente dazu vorgesehen ist, das Brennstoff-Luft-Verhältnis im normalen Betrieb weitgehend durch das Automatikventil einzustellen und das elektronische Regelventil, falls notwendig, für gelegentliche Korrekturen bzw. Anpassungen des Brennstoff-Luft-Verhältnisses vorgesehen ist. Insbesondere ist es denkbar, dass die Heizgerätkomponente dazu vorgesehen ist, den Brennstoffvolumenstrom weitgehend durch das Automatikventil einzustellen und das elektronische Regelventil gelegentliche Korrekturen bzw. Anpassungen bei der Einstellung des Brennstoffvolumenstroms, insbesondere bei einem Wechsel der Brennstoffsorte. Unter einer gelegentlichen Korrektur durch das elektronische Regelventil bzw. den elektrischen Aktor soll verstanden werden, dass das elektronische Regelventil bzw. der elektrische Aktor in einem Regelbetrieb im Durchschnitt für weniger als 10 % aller Änderungen des Brennstoffvolumenstroms verwendet wird, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %.
  • Das elektronische Regelventil kann in alternativen Ausführungsformen auch als eine elektronisch einstellbare Blende und/oder als eine elektronisch einstellbare Drossel ausgeführt sein.
  • Die Heizgerätkomponente wird weiter verbessert, wenn der Verbrennungskennwert ein lonisationsstrom ist. Der lonisationsstrom wird bevorzugt von einer lonisationselektrode an einer Flamme des Brenners erfasst. Der lonisationsstrom ist ein Maß für eine Leitfähigkeit der Flamme. Der lonisationsstrom erlaubt Rückschlüsse auf eine Qualität der Verbrennung. Insbesondere kann aus dem lonisationsstrom das Brennstoff-Luft-Verhältnis ermittelt werden. Der lonisationsstrom ist besonders dazu geeignet, zuverlässig das Brennstoff-Luft-Verhältnis zu bestimmen, da der lonisationsstrom eine charakteristische und vorteilhafte Abhängigkeit vom Brennstoff-Luft-Verhältnis aufweist. Insbesondere hat der lonisationsstrom ein Maximum bei einem stöchiometrischen Brennstoff-Luft-Verhältnis aufweist - also bei einem Brennstoff-Luft-Verhältnis bzw. Lambdawert von Eins. Insbesondere ist es in Abhängigkeit vom lonisationsstrom besonders zuverlässig möglich, einen Brennwert bzw. Heizwert bzw. Wobbe-Index des Brennstoffs zu bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, die Brennstoffsorte und/oder die Brennstoffqualität zu ermitteln.
  • In alternativen Ausführungsformen ist es möglich, dass der Verbrennungskennwert ein Sensorsignal von einem Temperatursensor - insbesondere zur Erfassung einer Flammentemperatur und/oder Abgastemperatur - und/oder von einem Sensor zur Erfassung einer Konzentration - insbesondere in Abgasen - von O2 und/oder CO und/oder CO2 ist.
  • Vorteilhaft ist der elektrische Aktor wenigstens für eine Feinregelung des Brennstoffvolumenstroms vorgesehen, insbesondere für eine Änderung des Brennstoffvolumenstroms um weniger als 15 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %. Es ist denkbar, dass das Automatikventil für eine Grobregelung des Brennstoffvolumenstroms vorgesehen ist, insbesondere für eine Änderung des Brennstoffvolumenstroms um mehr als 1 %, bevorzugt mehr als 5 %, besonders bevorzugt mehr als 15 %. In besonderen Ausführungsformen - insbesondere in solchen Ausführungsformen, wo das Automatikventil ein pneumatisches Regelventil ist - ist es denkbar, dass der elektrische Aktor für wenigstens eine Feinregelung des für eine Feinregelung des Brennstoffvolumenstroms vorgesehen ist, insbesondere für eine Änderung des Brennstoffvolumenstroms um weniger als 15 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %, wenn der Brennstoff wenigstens mit dem Mindestansaugdruck angesaugt wird. Wird der Brennstoff mit einem Druck, der betragsmäßig kleiner ist als der Mindestansaugdruck, ist der elektrische Aktor für alle Änderungen des Brennstoffvolumenstroms vorgesehen bzw. für alle notwendigen und/oder vorgesehenen Änderungen des Brennstoffvolumenstroms.
  • Insbesondere ist es denkbar, dass die Heizgerätkomponente dazu vorgesehen ist, den Brennstoffvolumenstrom weitgehend durch das Automatikventil einzustellen und der elektrische Aktor für gelegentliche Korrekturen bzw. Anpassungen bei der Einstellung des Brennstoffvolumenstroms vorgesehen ist, insbesondere bei einem Wechsel der Brennstoffsorte.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Heizgerät mit einem von einem Gebläse unterstützten Brenner, einem Sensor zur Erfassung eines Verbrennungskennwerts - insbesondere einer lonisationselektrode -, einer Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung - insbesondere einem Venturi - und einer Heizgerätkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Heizgerät mit der Heizgerätkomponente ermöglicht eine besonders schnelle und genaue Regelung der Verbrennung. Das Heizgerät kann weitgehend zu jedem Zeitpunkt optimal betrieben werden. Auf diese Weise wird ein wartungsarmer und sicherer Betrieb des Heizgeräts gewährleistet.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben des Heizgeräts mit einer Heizgerätkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Heizbetrieb mittels des elektrischen Aktors in Abhängigkeit vom gemessenen Verbrennungskennwert geregelt wird. Das Verfahren bietet den Vorteil, dass das Heizgerät besonders umweltfreundlich betrieben werden kann.
  • Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn der Brennstoffvolumenstrom mittels des elektrischen Aktors so eingestellt wird, dass der Verbrennungskennwert einen Soll-Verbrennungskennwert annimmt. Das ist eine besonders einfache und zuverlässige Methode, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten.
  • Bevorzugt ist der Soll-Verbrennungskennwert ein vorgegebener Soll-Verbrennungskennwert. Der Soll-Verbrennungskennwert ist dabei insbesondere ein in der Heizgerätkomponente und/oder im Heizgerät - beispielsweise in einem Speicher einer Steuereinheit - hinterlegter Wert. Der Soll-Verbrennungskennwert kann ein in Laborversuchen ermittelter Wert sein. Es ist auch möglich, dass der Soll-Verbrennungskennwert durch ein weitgehend auf dem Heizgerät durchgeführtes Kalibrierungsverfahren ermittelt wird. Bevorzugt wird der Soll-Verbrennungskennwert in Abhängigkeit von wenigstens einem Betriebsparameter ausgewählt, besonders bevorzugt in Abhängigkeit von einer aktuellen Heizleistung des Heizgeräts. Beispielsweise kann der Soll-Verbrennungskennwert aus einer in einem Speicher abgelegten Kennlinie ermittelt werden, wobei die Kennlinie dem wenigstens einen Betriebsparameter den Soll-Verbrennungskennwert zuordnet.
  • Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn der Heizbetrieb mittels des elektrischen Aktors an unterschiedliche Brennstoffsorte und/oder Brennstoffqualitäten angepasst wird. Auf diese Weise kann insbesondere das Heizgerät im laufenden Betrieb automatisch an eine neue Brennstoffsorte oder eine sich geänderte Brennstoffqualität angepasst werden. Es ist keine manuelle Anpassung, beispielsweise in Rahmen einer Wartung und/oder Inspektion, notwendig. Das steigert den Benutzerkomfort des Heizgeräts.
  • Wird der Brennstoffvolumenstrom vom elektrischen Aktor bei vorgegebenen Kalibrationszeitpunkten - bevorzugt an regelmäßig angeordneten Kalibrationszeitpunkten - eingestellt, hat das den Vorteil, dass der Brennstoffvolumenstrom hauptsächlich durch das Automatikventil geregelt bzw. eingestellt wird. Der elektrische Aktor sorgt an den Kalibrationszeitpunkten für die Feinregelung des Brennstoffvolumenstroms. Auf diese Weise ist eine sowohl präzise als auch schnelle Regelung bzw. Einstellung des Brennstoffvolumenstroms möglich. Das Heizgerät kann besonders sicher und komfortabel betrieben werden.
  • Die Kalibrationszeitpunkte können beliebig gewählt sein. Bevorzugt sind die Kalibrationszeitpunkte in der Steuereinheit gespeichert. In bevorzugten Varianten sind die Kalibrationszeitpunkte regelmäßig angeordnet, beispielsweise jeweils mit einen Abstand von 1 Sekunde, 5 Sekunden, 15 Sekunden, 30 Sekunden oder 60 Sekunden. Es ist denkbar, dass der Abstand der Kalibrationszeitpunkte von Betriebsparametern und/oder von einem Betriebszustand des Heizgeräts abhängt. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Abstand der Kalibrationszeitpunkte verringert wird, wenn der Brennstoff mit einem Druck, der betragsmäßig kleiner ist als der Mindestansaugdruck ist, angesaugt wird und/oder wenn des Heizsystem mit einer Heizleistung betrieben wird, die unterhalb einer vorgebbaren Mindestleistung liegt. Es ist auch möglich, dass der Abstand der Kalibrationszeitpunkte verringert wird, wenn sich Betriebsparameter ändern, beispielsweise wenn die Heizleistung ausreichend stark geändert wird.
    • Zeichnungen
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Heizgerätkomponente für ein Heizgerät zur Einstellung eines Brennstoffvolumenstroms gemäß der vorliegenden Erfindung sowie ein Heizgerät mit der Heizgerätkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Betreiben des Heizgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 eine schematische Darstellung eines Heizgeräts mit einer Heizgerätkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung,
    • Figur 2 einen Schnitt durch eine alternative Ausführungsform der Heizgerätkomponente und
    • Figur 3 ein Verfahren zum Betreiben des Heizgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
    Beschreibung
  • In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
  • Figur 1 zeigt ein als Gasheizgerät ausgebildetes Heizgerät 10. Das Heizgerät 10 weist eine Heizgerätkomponente 12 auf. Die Heizgerätkomponente 12 weist ein Automatikventil 14 und ein elektronisches Regelventil 16 auf. Das elektronische Regelventil 16 weist einen elektrischen Aktor 18 auf. Das Automatikventil 14 ist als pneumatisches Nulldruckventil ausgebildet. Das Automatikventil 14 stellt einen Brennstoff 22 mit einem Brennstoffdruck bereit, der weitgehend einem aktuell vorliegenden Umgebungsdruck entspricht. Der Brennstoff 22 hat an einer Auslassöffnung 24 des Automatikventils 14 weitgehend den Wert des aktuellen Umgebungsdrucks. Das elektronische Regelventil 16 ist dazu eingerichtet, einen Brennstoffvolumenstrom 26 einzustellen.
  • Das Heizgerät 10 weist einen von einem Gebläse 28 unterstützten Brenner 30 und eine Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung auf 32. Die Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung 32 ist im Ausführungsbeispiel als Venturi 34 ausgebildet. Das Venturi 34 ist mit dem Gebläse 28 verbunden. Das Gebläse 28 saugt eine Verbrennungsluft 36 an. Ein Verbrennungsluftstrom 38 strömt durch das Venturi 34. Das Venturi 34 weist eine Engstelle 40 auf. An der Engstelle 40 fällt ein Druck der Verbrennungsluft 36 ab. Je schneller die Verbrennungsluft 36 durch das Gebläse 28 angesaugt wird bzw. je schneller der Verbrennungsluftstrom 38, umso stärker fällt der Druck der Verbrennungsluft 36 an der Engstelle ab.
  • Das Venturi 34 weist an der Engstelle 40 eine Brennstofföffnung auf. Die Brennstofföffnung ist über eine Brennstoffleitung 42 mit der Heizgerätkomponente 12 verbunden. Der Brennstoff 22 wird durch den an der Engstelle 40 herrschenden Unterdruck angesaugt. Der Brennstoff 22 vermischt sich im Venturi mit dem Verbrennungsluftstrom 38 zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch 44.
  • Das Brennstoff-Luft-Gemisch 44 strömt in den Brenner 30. Im Heizbetrieb wird das Brennstoff-Luft-Gemisch 44 durch den Brenner 30 mit einer Flamme 46 verbrannt. In die Flamme 46 ragt einen Sensor zur Erfassung eines Verbrennungskennwert. Im Ausführungsbeispiel ist der Sensor zur Erfassung des Verbrennungskennwerts eine lonisationselektrode 48. Der Verbrennungskennwert ist ein lonisationsstrom. Die während des Verbrennungsprozesses im Brenner entstehenden Abgase 50 werden über eine Abgasleitung 52 abgeführt.
  • Die lonisationselektrode 48 ist mit einer Kommunikationsleitung mit einer Steuereinheit 54 verbunden. Die Steuereinheit 54 ist dazu eingerichtet, Messwerte des von der lonisationselektrode 48 ermittelten Ionisationsstroms zu empfangen und zu verarbeiten. Die Steuereinheit 54 weist einen Speicher, eine Recheneinheit sowie Schnittstellen zum Datenaustausch - insbesondere mit Komponenten des Heizgeräts 10 - auf. Die Steuereinheit 54 ist mit einer Kommunikationsleitung mit dem elektrischen Aktor 18 der Heizgerätkomponente 12 verbunden. Die Steuereinheit 54 ist dazu eingerichtet, Steuersignale an den elektrischen Aktor 18 zu übermitteln. Insbesondere ist die Steuereinheit 54 dazu eingerichtet, den elektrischen Aktor 18 in Abhängigkeit vom empfangenen lonisationsstrom anzusteuern.
  • Die Steuereinheit 54 ist mit einer Kommunikationsleitung mit dem Gebläse 28 verbunden. Die Steuereinheit 54 ist dazu eingerichtet, Steuersignale an das Gebläse 28 zu übermitteln. Insbesondere ist die Steuereinheit 54 dazu eingerichtet, über ein Steuersignal an das Gebläse 28 einen gewünschten Verbrennungsluftstrom 38 einzustellen.
  • Der Verbrennungsluftstrom 38 kann beispielsweise aufgrund eines durch einen Wind 56 an der Abgasleitung 52 induzierten Sogs plötzlich geändert werden. Dadurch verändert sich auch der Unterdruck an der Engstelle 40. Das Automatikventil 14 ermöglicht eine weitgehend sofortige Anpassung an die neuen Druckverhältnisse. Das Automatikventil 14 regelt den Brennstoffdruck an der Auslassöffnung 24 weitgehend sofort auf dem aktuellen Umgebungsdruck. Auf diese Weise wird ein Brennstoff-Luft-Verhältnis des Brennstoff-Luft-Gemischs weitgehend sofort weitgehend konstant gehalten.
  • Figur 2 zeigte eine alternative Ausführungsform der Heizgerätkomponente 12. Die Heizgerätkomponente 12 weist ein pneumatisches Differenzdruckventil auf. Das pneumatische Differenzdruckventil ist ein Automatikventil 14. Das Automatikventil 14 weist einen beweglichen Verschluss 58 auf. Der durch das Automatikventil 14 strömende Brennstoffvolumenstrom 26 ist von einer Position des Verschlusses 58 abhängig. In der in Figur 2 abgebildeten Position des Verschlusses 58 ist das Automatikventil 14 vollständig geschlossen. Der Verschluss 58 ist weitgehend kontinuierlich verstellbar. Mit dem Verschluss 58 sind alle Werte des Brennstoffvolumenstroms 26 zwischen einem maximalen Brennstoffvolumenstrom 26 und einem Brennstoffvolumenstrom 26 mit Wert Null - bei einem vollständig verschlossenen Verschluss 58 - einstellbar.
  • Die Position des Verschlusses 58 ist in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck an der Auslassöffnung 24 und dem äußeren Luftdruck einstellbar. Das Automatikventil 14 weist eine offene Luftleitung 60 auf, welche mit einer äußeren Luft verbunden ist. Auf diese Weise ist die Position des Verschlusses 58 in Abhängigkeit vom äußeren Luftdruck einstellbar.
  • Ein Offset-Regler 62 ist dazu vorgesehen, den Differenzdruck zwischen dem äußeren Luftdruck und dem Brennstoffdruck an der Auslassöffnung 24 einzustellen. Der Offset-Regler 62 ist durch einen elektrischen Aktor 18 einstellbar. Der elektrische Aktor 18 ist in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ein elektrischer Motor, welcher dazu eingerichtet ist, den Offset-Regler 62 linear zu verstellen.
  • Figur 3 zeigt ein Verfahren 64 zum Betreiben des Heizgeräts 10. Im Heizbetrieb sendet die Steuereinheit 54 dem Gebläse 28 ein Steuersignal in Abhängigkeit von einer angeforderten bzw. eingestellten Heizleistung. Das Steuersignal entspricht einer Gebläsedrehzahl. Je höher die eingestellte Heizleistung, umso höher wird die Gebläsedrehzahl eingestellt. Je höher die eingestellte Heizleistung, umso höher der Verbrennungsluftstrom 38.
  • In einem ersten Schritt 66 wird ein aktueller Verbrennungskennwert durch die lonisationselektrode 48 ermittelt und an die Steuereinheit 54 übermittelt. Im Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungskennwert durch die lonisationselektrode 48 weitgehend kontinuierlich ermittelt.
  • In einem darauf folgenden Schritt 68 wird durch die Steuereinheit 54 überprüft, ob der aktuelle Verbrennungskennwert einem in der Steuereinheit 54 hinterlegten Soll-Verbrennungskennwert entspricht. In der Steuereinheit 54 ist eine Kennlinie gespeichert, welche der aktuell eingestellten Gebläsedrehzahl den Soll-Verbrennungskennwert zuordnet. Im Ausführungsbeispiel speichert die Steuereinheit den von der lonisationselektrode 48 empfangen Verbrennungskennwert und prüft, ob ein Mittelwert des gespeicherten Verbrennungskennwert, gemittelt über die letzten 5 Sekunden, um mehr als 5 % vom Soll-Verbrennungskennwert abweicht. Falls ja, wird das Verfahren mit Schritt 70 fortgesetzt.
  • In Schritt 70 sendet die Steuereinheit 54 ein Steuersignal an den elektrischen Aktor 18. Deutet der aktuelle Verbrennungskennwert darauf hin, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis zu groß ist, wird der elektrische Aktor 18 so angesteuert, dass der Brennstoffvolumenstrom 26 vergrößert wird. Das Brennstoff-Luft-Verhältnis ist das Verhältnis einer Verbrennungsluftmenge zu einer Brennstoffmenge. Je größer das Brennstoff-Luft-Verhältnis, umso magerer das Brennstoff-Luft-Gemisch bzw. umso größer ist ein Verbrennungsluftanteil. Deutet der aktuelle Verbrennungskennwert darauf hin, dass das Brennstoff-Luft-Verhältnis zu klein ist, wird der elektrische Aktor 18 so angesteuert, dass der Brennstoffvolumenstrom 26 verkleinert wird.
  • Im Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungskennwert der lonisationsstrom. Das Heizgerät wird mit einem Brennstoff-Luft-Verhältnis größer als Eins betrieben, bevorzugt mit einem Brennstoff-Luft-Verhältnis von 1.3. Ist der Verbrennungskennwert größer als der Soll-Verbrennungskennwert, so ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis zu klein bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch zu fett. Ist der Verbrennungskennwert kleiner als der Soll-Verbrennungskennwert, ist das Brennstoff-Luft-Verhältnis zu groß bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch zu mager.
  • Im Ausführungsbeispiel wird Schritt 70 an Kalibrationszeitpunkten durchgeführt. Die Kalibrationszeitpunkte sind regelmäßig angeordnet mit einem Abstand von 5 Sekunden zum jeweils nächsten Kalibrationszeitpunkt.

Claims (12)

  1. Heizgerätkomponente (12), insbesondere eine Ventilbaugruppe, für ein Heizgerät (10) zur Einstellung eines Brennstoffvolumenstroms (26) mit zumindest einem Automatikventil (14), beispielsweise einem pneumatischen Ventil, und einem elektrischen Aktor (18), wobei der elektrische Aktor (18) dazu vorgesehen ist, den Brennstoffvolumenstrom (26) in Abhängigkeit von einem Verbrennungskennwert einzustellen.
  2. Heizgerätkomponente (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Automatikventil dazu vorgesehen ist, einen Brennstoff (11) mit einem Brennstoffdruck bereitzustellen, der von einem vorgebbaren Referenzdruck - beispielsweise einem äußeren Luftdruck - abhängt.
  3. Heizgerätkomponente (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Automatikventil (14) einen Offset-Regler (62) aufweist, der dazu vorgesehen ist, durch den elektrischen Aktor (18) eingestellt zu werden, wobei der Offset-Regler (62) dazu vorgesehen ist, eine Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck und dem Referenzdruck einzustellen.
  4. Heizgerätkomponente (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Automatikventil (14) ein pneumatisches Regelventil ist, insbesondere ein pneumatisches Nulldruckventil bzw. Differenzdruckventil.
  5. Heizgerätkomponente (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend das Automatikventil (14) und ein elektronisches Regelventil (16), welches den elektrischen Aktor (18) aufweist.
  6. Heizgerätkomponente (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskennwert ein lonisationsstrom ist.
  7. Heizgerätkomponente (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Aktor (18) wenigstens für eine Feinregelung des Brennstoffvolumenstroms (26) vorgesehen ist, insbesondere für eine Änderung des Brennstoffvolumenstroms (26) um weniger als 15 %, bevorzugt weniger als 5 %, besonders bevorzugt weniger als 1 %.
  8. Heizgerät (10) mit einem von einem Gebläse (28) unterstützten Brenner (30), einem Sensor zur Erfassung eines Verbrennungskennwerts - insbesondere einer lonisationselektrode (48) -, einer Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (32) - insbesondere einem Venturi (34) - und einer Heizgerätkomponente (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verfahren (64) zum Betreiben eines Heizgeräts (10) - insbesondere eines Heizgeräts (10) nach Anspruch 8 - mit einer Heizgerätkomponente (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Heizbetrieb mittels des elektrischen Aktors (18) in Abhängigkeit vom gemessenen Verbrennungskennwert geregelt wird.
  10. Verfahren (64) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffvolumenstrom (26) mittels des elektrischen Aktors (18) so eingestellt wird, dass der Verbrennungskennwert einen Soll-Verbrennungskennwert annimmt.
  11. Verfahren (64) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbetrieb mittels des elektrischen Aktors (18) an unterschiedliche Brennstoffsorten und/oder Brennstoffqualitäten angepasst wird.
  12. Verfahren (64) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Aktor (18) zu vorgegebenen Kalibrationszeitpunkten - bevorzugt an regelmäßig angeordneten Kalibrationszeitpunkten - den Brennstoffvolumenstrom (26) einstellt.
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