EP3988843A1 - Verfahren und vorrichtung zum schutz einer abgasanlage eines heizgerätes - Google Patents

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EP3988843A1
EP3988843A1 EP21202904.5A EP21202904A EP3988843A1 EP 3988843 A1 EP3988843 A1 EP 3988843A1 EP 21202904 A EP21202904 A EP 21202904A EP 3988843 A1 EP3988843 A1 EP 3988843A1
Authority
EP
European Patent Office
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exhaust system
pressure sensor
heater
exceeded
threshold value
Prior art date
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EP21202904.5A
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French (fr)
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EP3988843C0 (de
EP3988843B1 (de
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Arnd Beitzer
Lars Thum
Klaus Richter
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Publication of EP3988843B1 publication Critical patent/EP3988843B1/de
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    • 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
    • F23N5/022—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2213/00—Chimneys or flues
    • F23J2213/70—Safety arrangements
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/08—Household apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for protecting an exhaust system of a heating device, in particular for preventing damage to an exhaust system of a heating device due to pressure pulses occurring during ignition.
  • Heating devices for heating buildings and/or industrial water are typically installed in a walk-in room, in particular a basement room or an ancillary room, of a building. It is particularly important that no exhaust gases can get into the installation room or the building, as this could have negative health consequences for people who enter the installation room or are elsewhere in the building. A high level of tightness is therefore required for such heaters. This applies in particular to all components of the exhaust system that must be installed and fixed in accordance with the relevant regulations.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and in particular to prevent damage to an exhaust system of a heater with automatic ignition due to hard ignitions and other faults that lead to pressure pulses. If necessary, unnecessary warning messages and/or shutdowns should be avoided without endangering the safety of the exhaust system.
  • the pressure in the exhaust system is measured using (at least) one pressure sensor and converted into an electronic measurement signal, the size of which is monitored and with at least one is compared to a predefinable threshold value, the number of times the threshold value is exceeded being counted and stored in at least one counter, and a warning message and/or the heater being switched off depending on the count of the counter.
  • the at least one pressure sensor can be in direct contact with the exhaust gas in the exhaust system. It is possible for the pressure sensor to be arranged on the exhaust system, e.g. also separated from the exhaust gas by means of a membrane. It is also possible for the pressure sensor itself not to measure the pressure, but to determine or record a value that is characteristic of the pressure in the exhaust system and output a pressure value of a suitable magnitude therefrom.
  • the threshold value can be a value that is permanently specified in a memory, but it is also possible for this specified threshold value to be varied (automatically) as a function of an operating parameter of the heating device. Such operating parameters can include fuel gas composition, temperature, noise level, hours of operation to date, etc.
  • Such a number of exceedances can also be fixed or (automatically) variable based on the operating parameters of the heater, so that the warning/shutdown occurs if the number is lower or higher.
  • the threshold value, the number and/or the operating parameters can also be taken into account when deciding whether to initiate a warning and/or shutdown.
  • a pressure measurement in the exhaust system itself is the best way to assess the size and effects of pressure pulses on the integrity of the exhaust system will. Experience shows that it is usually not individual events that lead to damage, but rather a large number of events, depending on their intensity. Not every hard ignition has the same effect. It therefore makes sense to count the events, and only those that exceed a certain threshold
  • the magnitude of the measurement signal is (also) compared to a limit value, which, if exceeded, causes the heating device to be switched off directly or at least to be switched off with a lock.
  • the limit value represents a single damaging event and is therefore higher than the threshold value.
  • the limit value is set in such a way that no damage can occur as a result of individual events.
  • a "latching" cutoff means the highest level of security in a cutoff. The heater can then only be put back into operation by qualified personnel after inspecting the entire heater and the exhaust system and, if necessary, repairing it.
  • the size of the measurement signal is compared with two or more threshold values that are staggered in size, and the number of times the individual threshold values are exceeded is counted in (separate or assigned) counters and stored, with the counter readings being calculated using predeterminable criteria a warning message and/or a shutdown (automatic) is or can be effected.
  • a warning message and/or a shutdown automated is or can be effected.
  • Empirical values allow possible damage and/or maintenance intervals to be assessed based on the frequency of events in the individual categories and criteria to be defined as to when warnings or shutdowns are to take place. This avoids unnecessary actions without compromising the integrity of the exhaust system.
  • the absolute number of times a threshold value is exceeded and/or the number per predefinable time interval can serve as a criterion for a warning message or shutdown.
  • Heaters are often checked at specific time intervals, so that if there are a certain number of damaging events per time interval, no damage is to be feared until the next maintenance appointment. A warning message can thus be omitted, even if the absolute number of damaging events would cause a warning message. Conversely, a warning can be issued if the absolute number of damaging events is not yet high, but they occur in quick succession. Combinations of the two approaches are possible.
  • the numbers to be assessed here are generally small numbers, e.g. B. between 0 and 100, preferably between 0 and 10, in particular less than 5, because faulty ignitions, if they occur more frequently, make maintenance necessary in any case.
  • a device for (largely) preventing damage to an exhaust system of a heater due to (primarily) pressure pulses occurring during ignition, the heater having a burner for burning a fuel-air mixture in a combustion chamber connected to the exhaust system and an electronic unit for automatic ignition.
  • a pressure sensor for converting pressure pulses into electronic signals which is connected to the electronic unit, is assigned to the exhaust system.
  • the electronics unit is set up to compare the electronic signals of the pressure sensor with at least one threshold value and to store and (temporarily) store the number of times the threshold value was exceeded in at least one counter. When exceeding a predetermined When the meter reading is reached, the electronics unit can (automatically or immediately) issue a warning message and/or switch off the heater.
  • Modern heaters have a central electronic unit that controls all functions and where the readings from multiple sensors converge. It usually contains a microprocessor and memory for calibration data and a program to control all processes. This electronics unit can also perform the tasks described here for evaluating the signals from the pressure sensor in the exhaust system, or it can be equipped with an additional pressure analyzer for this purpose. A check as to whether and how often a measured value exceeds a specific threshold value can be easily implemented in an electronic unit. A warning message can also be triggered there or a shutdown can be carried out.
  • a typical electronic unit is connected to a display and/or warning device (e.g. a display for a user), which can also be used for issuing warning messages and displays of the type described here. Remote transmission of such messages/displays to a control center or a maintenance service is also possible.
  • the electronic unit preferably contains at least one threshold value comparator for comparing the electronic signals of the pressure sensor with a predefinable threshold value and at least one first counter for counting the excess values that are detected.
  • the electronic unit also contains a limit value comparator for comparing the electronic signals of the pressure sensor with a definable limit value, the electronic unit being set up to switch off and/or switch off and lock the heater when the limit value is exceeded.
  • a limit value comparator for comparing the electronic signals of the pressure sensor with a definable limit value, the electronic unit being set up to switch off and/or switch off and lock the heater when the limit value is exceeded.
  • threshold value comparators with staggered threshold values with associated counters for counting the exceeding of the respective threshold values by the electronic signals of the pressure sensor.
  • Staggered thresholds are thresholds of different heights, which are ordered according to their size, so that a first counter counts all pressure pulses above the first threshold, a second counter only those that also exceed a second higher threshold, and so on depending on the number of counters and categories. All threshold values are below the limit value, so that if the limit value is exceeded, all counters also count the corresponding pressure pulse (which can be useful for a plausibility check).
  • the electronics unit is set up to determine the number of times a threshold value is exceeded per predefinable time interval and to use this number as an (additional) criterion for warning messages or a shutdown.
  • This allows a particularly precise analysis of any faults that may occur repeatedly in the heater, allows early warning messages in the event of critical faults and avoids unnecessary actions.
  • just one pressure sensor in the exhaust system a large amount of important information about the operation of the heater and possible faults can be obtained and at the same time the exhaust system can be protected from damage.
  • Another aspect relates to a computer program product comprising instructions that cause the described device to carry out the described method.
  • the electronics unit requires a program and data for controlling the heater and evaluating the signals from the pressure sensor, both of which must or can be updated from time to time.
  • the explanations of the method can be used for a more detailed characterization of the device, and vice versa.
  • the device can also be set up in such a way that the method is carried out with it.
  • the pressure sensor 6 is preferably arranged at a point where the exhaust gases have already cooled down somewhat, in particular in an end area of the exhaust system 10.
  • the pressure sensor 6 can be a differential pressure sensor or can measure an absolute pressure and convert it into electrical signals.
  • air is sucked in by a blower 2 from an air supply 4 and to a Burner 3 promoted.
  • Fuel from a fuel supply 8 is added to the air via a fuel valve 5 .
  • the resulting fuel/air mixture preferably a fuel gas/air mixture, in which case the fuel gas can also be or contain hydrogen, is ignited and burned in a combustion chamber 13 by means of an ignition electrode 12 .
  • Exhaust gases that are produced give off most of their heat to a heat exchanger 14 and are then discharged into the environment through an exhaust system 10 .
  • the exhaust system 10 can consist, for example, of several pipe sections that are plugged into one another and fixed, with pipe connections 11 of the pipe sections being subjected to axial loads in the event of pressure pulses inside the exhaust system 10, so that radial frictional forces can be exceeded and damage can result if the pipe sections are not (or no longer) properly fixed can come.
  • the present invention makes it possible to avoid this through the pressure sensor 6 on the exhaust system 10.
  • the heater 1 is controlled and regulated overall by an electronic unit 7, which also processes data from various sensors, the air supply and the fuel supply on the basis of calibration data, characteristic diagrams and according to specifications regulates and performs automatic ignition processes and shutdowns. In the event of faulty ignition processes, the deflagration described above can occur in the combustion chamber 13 and the exhaust system 10, which can lead to pressure pulses of different strengths.
  • the electronics unit 7 is connected to a display 9 (or at least a warning device) from which a user can read the current status of the heater 1 and the type of any faults. Remote transmission of data about the status of the heater 1 is also possible.
  • the electronics unit 7 is designed to also analyze and process the electronic signals from the pressure sensor 6 , which is why the pressure sensor 6 is connected to the electronics unit 7 via a data connection 15 .
  • FIG. 2 illustrates what happens to the data from the pressure sensor 6 in the electronics unit 7, shown separately here using a pressure analyzer 70, which can also be integrated into the rest of the electronics unit 7 and does not have to be designed as a separate component.
  • the data from the pressure sensor 6 first arrives via the data connection 15 at a first threshold value comparator 71 which, when a first threshold value is exceeded, activates a first counter 74 so that it counts up by one unit.
  • the data then reaches a second threshold value comparator 72 which, when a second threshold value is exceeded, activates a second counter 75 so that it counts up.
  • Further threshold value comparators (not shown here) with staggered threshold values can follow, depending on how precisely the data from the pressure sensor 6 is to be analyzed.
  • a type of multi-channel analyzer for the size of the pressure pulses in the exhaust system 10 can even be formed.
  • the data from the pressure sensor 6 is fed to a limit value comparator 73, which, if a limit value is exceeded, immediately triggers a shutdown by the electronic unit 7 via a switch-off signal generator 78, because damage to the exhaust system 10 will very soon occur or could have occurred above the limit value.
  • the counter readings of the first 74 and second 75 counters (and all other counters that may be present) are evaluated in an evaluation unit 76, which, according to predefinable criteria, outputs a warning message to the warning device 9 via a warning message generator 77 or activates the switch-off signal generator 78 if criteria for a shutdown.
  • Absolute counter readings and/or events counted per counter per time unit can serve as criteria. In situations classified as safety-relevant, in addition to being switched off, the heating device 1 can also be locked, which can then only be put back into operation by specialist personnel after checking and, if necessary, repairing it.
  • the present invention increases safety when operating heaters by measuring and analyzing the actual frequency and strength of pressure pulses in their exhaust system, but avoids unnecessary shutdowns.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern von Schäden an einer Abgasanlage (10) eines Heizgerätes (1) durch beim Zünden entstehende Druckimpulse, wobei das Heizgerät (1) einen Brenner (3) zur Verbrennung von Brennstoff-Luft-Gemisch in einem Verbrennungsraum (13) mit Verbindung zu der Abgasanlage (10) und eine Elektronikeinheit (7) zur automatischen Zündung aufweist, wobei in der Abgasanlage (10) ein Drucksensor (6) zum Umwandeln von Druckimpulsen in elektronische Signale angeordnet ist und wobei der Drucksensor (6) mit der Elektronikeinheit (7) verbunden ist, die eingerichtet ist, die elektronischen Signale des Drucksensors (6) mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und Überschreitungen des Schwellwertes zu zählen und in mindestens einem ersten Zähler (74) zu speichern und bei Überschreitung eines vorgebbaren Zählerstandes des Zählers (74) eine Warnmeldung und/oder eine Abschaltung des Heizgerätes (1) zu bewirken. Bevorzugt weist die Elektronikeinheit (7) auch einen Grenzwertvergleicher (73) zum Vergleich der elektronischen Signale des Drucksensors (6) mit einem vorgebbaren Grenzwert auf, wobei die Elektronikeinheit (7) eingerichtet ist, das Heizgerät (1) abzuschalten und/oder abzuschalten und zu verriegeln, wenn der Grenzwert überschritten wird. Die vorliegende Erfindung erhöht die Sicherheit beim Betrieb von Heizgeräten durch Messung und Analyse der tatsächlichen Häufigkeit und Stärke von durch Fehler beim Zünden verursachten Druckimpulsen in deren Abgasanlage, vermeidet aber unnötige Abschaltungen bei nur wenigen oder schwachen Druckimpulsen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz einer Abgasanlage eines Heizgerätes, insbesondere zum Verhindern von Schäden an einer Abgasanlage eines Heizgerätes durch beim Zünden entstehende Druckimpulse.
  • Heizgeräte zum Heizen von Gebäuden und/oder von Brauchwasser werden typischerweise in einem begehbaren Raum, insbesondere einem Kellerraum oder Nebenraum, eines Gebäudes aufgestellt. Dabei ist es besonders wichtig, dass keine Abgase in den Aufstellraum oder das Gebäude geraten können, da dies für Personen, die den Aufstellraum betreten oder sich woanders im Gebäude aufhalten, negative gesundheitliche Folgen haben könnte. Es wird daher eine weitgehende Dichtheit für solche Heizgeräte gefordert. Dies betrifft insbesondere alle Bauteile der Abgasanlage, die nach entsprechenden Vorschriften montiert und fixiert sein müssen.
  • Es gibt aber Situationen, bei denen Druckimpulse in der Abgasanlage auftreten, die alle Bauteile und besonders deren Verbindungen belasten können. So kann es beim Zünden eines Brenners beispielsweise zu sogenannten harten Zündungen kommen, bei denen eine Zündung so spät nach einem Öffnen der Brennstoffzufuhr erfolgt, dass sich schon eine gewisse Menge zündfähiges Gemisch in einem Verbrennungsraum oder sogar in Teilen der Abgasanlage angesammelt hat. Dies führt dann beim Zünden zu einer mehr oder weniger starken Art von Verpuffung und verursacht Druckimpulse im Verbrennungsraum, in der Abgasanlage und allen damit verbundenen Systemen. Solche harten Zündungen und andere Fehler, die bei automatischen Zündvorrichtungen (Zündautomaten) gelegentlich auf Grund von Verschleiß oder auch durch ungünstige Betriebsbedingungen (Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Lufttemperatur) auftreten können, erzeugen unerwünschte Geräusche und können bei mehrfachem oder besonders heftigem Auftreten Schäden an der Abgasanlage auslösen, insbesondere, wenn diese nicht oder nicht mehr ordnungsgemäß fixiert ist. So können beispielsweise bei ineinander gesteckten Rohrstücken deren Verbindungen undicht werden. Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Methoden bekannt, harte Zündungen oder andere Zündfehler zu erkennen, zu zählen und davon Warnsignale oder auch Abschaltungen des Heizgerätes abzuleiten. Allerdings wird bei den bekannten Methoden nicht die genaue Stärke der Druckimpulse in der Abgasanlage festgestellt, so dass es zu unnötigen Abschaltungen oder zu frühen Warnungen kommt, obwohl die Integrität der Abgasanlage (noch) nicht gefährdet ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen und insbesondere die Verhinderung von Schäden an einer Abgasanlage eines Heizgerätes mit automatischer Zündung durch harte Zündungen und andere Fehler, die zu Druckimpulsen führen. Dabei sollen ggf. unnötige Warnmeldungen und/oder Abschaltungen vermieden werden, ohne dass die Sicherheit der Abgasanlage gefährdet wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
  • Bei einem Verfahren zum (weitgehenden) Verhindern von Schäden an einer Abgasanlage eines Heizgerätes durch (vorrangig) beim Zünden entstehende Druckimpulse wird mittels (mindestens) eines Drucksensors der Druck in der Abgasanlage gemessen und in ein elektronisches Messsignal umgewandelt, dessen Größe überwacht und mit mindestens einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird, wobei weiter die Anzahl von Überschreitungen des Schwellwertes in mindestens einem Zähler gezählt und gespeichert wird, und wobei abhängig vom Zählerstand des Zählers eine Warnmeldung und/oder eine Abschaltung des Heizgerätes bewirkt wird.
  • Der mindestens eine Drucksensor kann unmittelbar in der Abgasanlage mit dem Abgas in Kontakt sein. Es ist möglich, dass der Drucksensor an der Abgasanlage angeordnet ist, z.B. auch mittels einer Membran von dem Abgas getrennt. Es ist auch möglich, dass der Drucksensor selbst nicht den Druck misst, sondern ein für den Druck in der Abgasanlage charakteristischen Wert ermittelt bzw. erfasst und daraus einen Druckwert passender Größe ausgibt. Der Schwellwert kann ein fest in einem Speicher vorgegebenen Wert sein, es ist aber auch möglich, dass dieser vorgegebene Schwellwert in Abhängigkeit eines Betriebsparameters des Heizgeräts (automatisch) variiert wird. Solche Betriebsparameter können die Brenngaszusammensetzung, die Temperatur, den Geräuschpegel, die bisherigen Betriebsstunden, etc. umfassen. Eine solche Anzahl der Überschreitungen kann ebenfalls starr oder (automatisiert) variabel von den Betriebsparametern des Heizgerätes sein, so dass bei einer geringeren oder höheren Anzahl die Warnung/Abschaltung erfolgt. Bei der Frage der Entscheidung, ob eine Warnung und/oder Abschaltung initiiert wird, kann ebenfalls der Schwellwert, die Anzahl und/oder die Betriebsparameter berücksichtigt werden.
  • Durch eine Druckmessung in der Abgasanlage selbst können die Größe und Auswirkungen von Druckimpulsen auf die Integrität der Abgasanlage am besten beurteilt werden. Die Erfahrung zeigt, dass meist nicht einzelne Ereignisse zu Schäden führen, sondern eine größere Zahl von Ereignissen und dabei noch abhängig von deren Intensität. Nicht jede harte Zündung wirkt sich in gleicher Weise aus. Daher ist es sinnvoll, die Ereignisse zu zählen, und dabei auch nur die, die einen bestimmten Schwellwert überschreiten
  • Allerdings können sehr intensive einzelne Ereignisse auch schon Schäden verursachen. Daher wird in einer besonderen Ausführungsform die Größe des Messignals (auch) mit einem Grenzwert verglichen, bei dessen Überschreitung direkt bzw. jedenfalls eine Abschaltung des Heizgerätes oder eine Abschaltung mit Verriegelung bewirkt wird. Der Grenzwert repräsentiert ein singulär schädigendes Ereignis und liegt folglich höher als der Schwellwert. Der Grenzwert wird so festgelegt, dass darunter jedenfalls keine Schäden durch einzelne Ereignisse entstehen können. Eine Abschaltung "mit Verriegelung" bedeutet die höchste Sicherheitsstufe bei einer Abschaltung. Das Heizgerät lässt sich danach nur noch von Fachpersonal nach Inspektion des gesamten Heizgerätes und der Abgasanlage und nötigenfalls einer Reparatur wieder in Betrieb nehmen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Größe des Messsignals mit zwei oder mehreren in ihrer Größe gestaffelten Schwellwerten verglichen, und die Anzahl der Überschreitungen der einzelnen Schwellwerte in (separaten bzw. jeweils zugeordneten) Zählern gezählt und gespeichert, wobei aus den Zählerständen der Zähler anhand vorgebbarer Kriterien eine Warnmeldung und/oder eine Abschaltung (automatisch) bewirkt wird bzw. werden kann. So kann zwischen zwei oder mehr Kategorien von Druckimpulsen je nach ihrer Höhe bzw. Intensität unterschieden werden. Erfahrungswerte erlauben es, mögliche Schäden und/oder Wartungsintervalle anhand der Häufigkeit der Ereignisse in den einzelnen Kategorien zu beurteilen und Kriterien festzulegen, ab wann Warnhinweise oder Abschaltungen erfolgen sollen. Auf diese Weise werden unnötige Aktionen vermieden, ohne dass die Integrität der Abgasanlage gefährdet wird.
  • Die absolute Zahl an Überschreitungen eines Schwellwertes und/oder die Zahl pro vorgebbarem Zeitintervall kann als Kriterium für eine Warnmeldung oder Abschaltung dienen. Oft werden Heizgeräte in bestimmten Zeitintervallen überprüft, so dass unter einer bestimmten Zahl an schädigenden Ereignissen pro Zeitintervall kein Schaden bis zum nächsten Wartungstermin zu befürchten ist. So kann eine Warnmeldung unterbleiben, auch wenn die absolute Zahl an schädigenden Ereignissen eine Warnmeldung bewirken würde. Umgekehrt kann eine Warnmeldung erfolgen, wenn zwar die absolute Zahl an schädigenden Ereignissen noch nicht hoch ist, diese aber in schneller Folge auftreten. Kombinationen der beiden Vorgehensweisen sind möglich. Bei den hier zu beurteilenden Zahlen handelt es sich im Allgemeinen um kleine Zahlen, z. B. zwischen 0 und 100, vorzugsweise zwischen 0 und 10, insbesondere kleiner 5, weil fehlerhafte Zündungen, wenn sie häufiger auftreten, jedenfalls eine Wartung erforderlich machen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zum (weitgehenden) Verhindern von Schäden an einer Abgasanlage eines Heizgerätes durch (vorrangig) beim Zünden entstehende Druckimpulse vorgeschlagen, wobei das Heizgerät einen Brenner zur Verbrennung von Brennstoff-Luft-Gemisch in einem Verbrennungsraum mit Verbindung zu der Abgasanlage und eine Elektronikeinheit zur automatischen Zündung aufweist. Der Abgasanlage ist ein Drucksensor zum Umwandeln von Druckimpulsen in elektronische Signale zugeordnet, der mit der Elektronikeinheit verbunden ist. Die Elektronikeinheit ist eingerichtet, die elektronischen Signale des Drucksensors mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und Anzahl der Überschreitungen des Schwellwertes in mindestens einem Zähler abzulegen und (temporär) zu speichern. Bei Überschreitung eines vorgebbaren Zählerstandes des Zählers kann die Elektronikeinheit (automatisch bzw. unmittelbar) eine Warnmeldung und/oder eine Abschaltung des Heizgerätes bewirken.
  • Moderne Heizgeräte haben eine zentrale Elektronikeinheit, die alle Funktionen steuert und bei der die Messwerte mehrerer Sensoren zusammenlaufen. Meist enthält sie einen Mikroprozessor und Speicher für Kalibrierdaten und ein Programm zu Steuerung aller Abläufe. Diese Elektronikeinheit kann auch die hier beschriebenen Aufgaben zur Auswertung der Signale des Drucksensors in der Abgasanlage übernehmen oder dafür mit einem zusätzlichen Druckanalysator ausgerüstet werden. Eine Überprüfung, ob und wie oft ein Messwert einen bestimmten Schwellwert überschreitet, kann in einer Elektronikeinheit problemlos verwirklicht werden. Auch kann dort eine Warnmeldung ausgelöst oder eine Abschaltung durchgeführt werden. Eine typische Elektronikeinheit ist mit einer Anzeige und/oder Warneinrichtung verbunden (z. B. ein Display für einen Benutzer), welches auch für die Ausgabe von Warnmeldungen und Anzeigen der hier beschriebenen Art genutzt werden kann. Auch eine Fernübertragung solcher Meldungen/Anzeigen an eine Zentrale oder einen Wartungsdienst ist möglich.
  • Bevorzugt enthält die Elektronikeinheit mindestens einen Schwellwertvergleicher zum Vergleich der elektronischen Signale des Drucksensors mit einem vorgebbaren Schwellwert und mindestens einen ersten Zähler zum Zählen der festgestellten Überschreitungen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung und zur Erhöhung der Sicherheit enthält die Elektronikeinheit auch einen Grenzwertvergleicher zum Vergleich der elektronischen Signale des Drucksensors mit einem vorgebbaren Grenzwert, wobei die Elektronikeinheit eingerichtet ist, das Heizgerät abzuschalten und/oder abzuschalten und zu verriegeln, wenn der Grenzwert überschritten wird. Bestimmte Druckimpulse, die den Grenzwert überschreiten, werden als so kritisch für die Abgasanlage eingestuft, dass eine sofortige Abschaltung nach nur einmaligem Auftreten erfolgt.
  • In einer besonderen Ausgestaltung sind zwei oder mehr Schwellwertvergleicher mit gestaffelten Schwellwerten mit zugehörigen Zählern vorhanden zum Zählen der Überschreitungen der jeweiligen Schwellwerte durch die elektronischen Signale des Drucksensors. So können unterschiedlich starke Druckimpulse unterschieden und in zwei oder mehr Kategorien eingeteilt werden, was eine genauere Beurteilung potenzieller Schäden an der Abgasanlage ermöglicht und unnötige Warnmeldungen oder Abschaltungen vermeiden hilft. Gestaffelte Schwellwerte sind unterschiedlich hohe Schwellwerte, die ihrer Größe nach geordnet sind, so dass ein erster Zähler alle Druckimpulse über dem ersten Schwellwert zählt, ein zweiter Zähler nur die, die auch einen zweiten höheren Schwellwert überschreiten, und so weiter je nach Anzahl der Zähler und Kategorien. Alle Schwellwerte liegen unter dem Grenzwert, so dass bei einer Überschreitung des Grenzwertes auch alle Zähler den zugehörigen Druckimpuls zählen (was für eine Plausibilitätsprüfung nützlich sein kann).
  • Insbesondere ist die Elektronikeinheit eingerichtet, die Anzahl an Überschreitungen eines Schwellwertes pro vorgebbarem Zeitintervall zu ermitteln und diese Zahl als (zusätzliches) Kriterium für Warnmeldungen oder eine Abschaltung zu verwenden. Dies erlaubt eine besonders genaue Analyse eventuell mehrfach auftretender Fehler am Heizgerät, erlaubt frühzeitige Warnmeldungen bei kritischen Störungen und vermeidet unnötige Aktionen. So kann mit nur einem Drucksensor in der Abgasanlage eine große Menge an wichtigen Informationen über den Betrieb des Heizgerätes und eventuelle Störungen gewonnen und gleichzeitig die Abgasanlage vor Schäden geschützt werden.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft ein Computerprogramprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebene Vorrichtung das beschriebene Verfahren ausführt. Die Elektronikeinheit benötigt ein Programm und Daten für die Steuerung des Heizgerätes und die Auswertung der Signale des Drucksensors, wobei beides gelegentlich aktualisiert werden muss oder kann.
  • Die Erläuterungen zum Verfahren können zur näheren Charakterisierung der Vorrichtung herangezogen werden, und umgekehrt. Die Vorrichtung kann auch so eingerichtet sein, dass damit das Verfahren durchgeführt wird.
  • Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:
    • Fig. 1:
    schematisch ein Heizgerät mit Drucksensor, und
    Fig. 2:
    schematisch einen Teil einer Elektronikeinheit eines Heizgerätes mit Drucksensor, nämlich den Teil, in dem Signale eines Drucksensors verarbeitet werden.
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Heizgerät 1, mit einer Abgasanlage 10, an oder in der ein Drucksensor 6 angeordnet ist. Dabei ist der Drucksensor 6 bevorzugt an einer Stelle angeordnet, an der die Abgase schon etwas abgekühlt sind, insbesondere in einem Endbereich der Abgasanlage 10. Der Drucksensor 6 kann ein Differenzdrucksensor sein oder einen absoluten Druck messen und in elektrische Signale umwandeln. In dem Heizgerät 1 wird über ein Gebläse 2 Luft von einer Luftzufuhr 4 angesaugt und zu einem Brenner 3 befördert. Über ein Brennstoffventil 5 wird Brennstoff aus einer Brennstoffzufuhr 8 der Luft beigemischt. Das entstehende Brennstoff-Luft-Gemisch, bevorzugt ein Brenngas-Luft-Gemisch, wobei das Brenngas auch Wasserstoff sein oder enthalten kann, wird mittels einer Zündelektrode 12 in einem Verbrennungsraum 13 gezündet und verbrannt. Entstehende Abgase geben den größten Teil ihrer Wärme an einen Wärmetauscher 14 ab und werden dann durch eine Abgasanlage 10 in die Umgebung abgeführt. Die Abgasanlage 10 kann beispielsweise aus mehreren ineinander gesteckten und fixierten Rohrstücken bestehen, wobei Rohrverbindungen 11 der Rohrstücke bei Druckimpulsen im Inneren der Abgasanlage 10 axial belastet werden, so dass radiale Reibungskräfte überschritten werden können und es bei nicht (mehr) ordnungsgemäßer Fixierung der Rohrstücke zu Schäden kommen kann. Dies zu vermeiden ermöglicht die vorliegende Erfindung durch den Drucksensor 6 an der Abgasanlage 10. Das Heizgerät 1 wird insgesamt von einer Elektronikeinheit 7 gesteuert und geregelt, welche auch Daten von verschiedenen Sensoren verarbeitet, die Luftzufuhr und die Brennstoffzufuhr anhand von Kalibrierdaten, Kennfeldern und nach Vorgaben regelt und automatische Zündvorgänge und Abschaltungen durchführt. Bei fehlerhaft ablaufenden Zündvorgängen können die oben beschriebenen Verpuffungen im Verbrennungsraum 13 und der Abgasanlage 10 auftreten, die zu unterschiedlich starken Druckimpulsen führen können. Die Elektronikeinheit 7 ist mit einer Anzeige 9 (oder zumindest einer Warneinrichtung) verbunden, an der ein Benutzer den jeweiligen Zustand des Heizgerätes 1 und die Art eventueller Störungen ablesen kann. Auch eine Fernübertragung von Daten über den Zustand des Heizgerätes 1 ist möglich. Die Elektronikeinheit 7 ist erfindungsgemäß ausgebildet, auch die elektronischen Signale vom Drucksensor 6 zu analysieren und zu verarbeiten, weshalb der Drucksensor 6 über eine Datenverbindung 15 mit der Elektronikeinheit 7 verbunden ist.
  • Fig. 2 veranschaulicht, was mit den Daten vom Drucksensor 6 in der Elektronikeinheit 7 passiert, hier separat dargestellt anhand eines Druckanalysators 70, der aber auch in die sonstige Elektronikeinheit 7 integriert sein kann und nicht als separates Bauteil ausgebildet sein muss. Die Daten vom Drucksensor 6 gelangen über die Datenverbindung 15 zunächst zu einem ersten Schwellwertvergleicher 71, der bei Überschreitung eines ersten Schwellwertes einen ersten Zähler 74 ansteuert, so dass dieser um eine Einheit hochzählt. Dann gelangen die Daten zu einem zweiten Schwellwertvergleicher 72, der bei Überschreitung eines zweiten Schwellwertes einen zweiten Zähler 75 ansteuert, so dass dieser hochzählt. So können noch weitere (hier nicht dargestellte) Schwellwertvergleicher mit gestaffelten Schwellwerten folgen, je nachdem, wie genau die Daten vom Drucksensor 6 analysiert werden sollen. So kann sogar eine Art Vielkanalanalysator für die Größe der Druckimpulse in der Abgasanlage 10 gebildet werden. Am Ende werden die Daten des Drucksensors 6 noch einem Grenzwertvergleicher 73 zugeführt, der bei Überschreitung eines Grenzwertes sofort über einen Abschaltsignalgeber 78 eine Abschaltung durch die Elektronikeinheit 7 auslöst, weil oberhalb des Grenzwertes sehr bald Schäden an der Abgasanlage 10 entstehen oder entstanden sein könnten. Die Zählerstände von dem ersten 74 und zweiten 75 Zähler (und aller weiteren eventuell vorhandenen Zähler) werden in einer Auswerteeinheit 76 ausgewertet, die nach vorgebbaren Kriterien über einen Warnmeldungsgenerator 77 eine Warnmeldung an die Warneinrichtung 9 ausgibt oder den Abschaltsignalgeber 78 aktiviert, wenn Kriterien für eine Abschaltung vorliegen. Dabei können absolute Zählerstände und/oder pro Zähler gezählte Ereignisse pro Zeiteinheit als Kriterium dienen. In als sicherheitsrelevant eingestuften Situationen kann außer einer Abschaltung auch eine sogenannte Verriegelung des Heizgerätes 1 erfolgen, welches dann nur noch von Fachpersonal nach Überprüfung und ggf. Reparatur wieder in Betrieb genommen werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung erhöht die Sicherheit beim Betrieb von Heizgeräten durch Messung und Analyse der tatsächlichen Häufigkeit und Stärke von Druckimpulsen in deren Abgasanlage, vermeidet aber unnötige Abschaltungen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Gebläse
    3
    Brenner
    4
    Luftzufuhr
    5
    Brennstoffventil
    6
    Drucksensor
    7
    Elektronikeinheit
    8
    Brennstoffzufuhr
    9
    Anzeige, Warneinrichtung
    10
    Abgasanlage
    11
    Rohrverbindung
    12
    Zündelektrode
    13
    Verbrennungsraum
    14
    Wärmetauscher
    15
    Datenverbindung
    70 Druckanalysator
    71 erster Schwellwertvergleicher
    72 zweiter Schwellwertvergleicher
    73 Grenzwertvergleicher
    74 erster Zähler
    75 zweiter Zähler
    76 Auswerteeinheit
    77 Warnmeldungsgenerator
    78 Abschaltsignalgeber

Claims (10)

  1. Verfahren zum Verhindern von Schäden an einer Abgasanlage (10) eines Heizgerätes (1) durch beim Zünden entstehende Druckimpulse, wobei mittels eines Drucksensors (6) der Druck in der Abgasanlage (10) gemessen und in ein elektronisches Messsignal umgewandelt wird, dessen Größe überwacht und mit mindestens einem vorgebbaren Schwellwert verglichen wird, wobei weiter die Anzahl von Überschreitungen des Schwellwertes in mindestens einem Zähler (74, 75) gezählt und gespeichert wird und wobei abhängig vom Zählerstand des Zählers (74, 75) zumindest eine Warnmeldung oder eine Abschaltung des Heizgerätes (1) bewirkt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Größe des Messignals auch mit einem Grenzwert verglichen wird, bei dessen Überschreitung direkt eine Abschaltung des Heizgerätes (1) oder eine Abschaltung mit Verriegelung bewirkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Größe des Messsignals mit zwei oder mehreren in ihrer Größe gestaffelten Schwellwerten verglichen und die Anzahl der Überschreitungen der einzelnen Schwellwerte in Zählern (74, 75) gezählt und gespeichert wird, und wobei aus Zählerständen der Zähler (74, 75) anhand vorgebbarer Kriterien zumindest eine Warnmeldung oder eine Abschaltung bewirkt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest die absolute Zahl an Überschreitungen eines Schwellwertes oder die Zahl pro vorgebbarem Zeitintervall als Kriterium für eine Warnmeldung oder Abschaltung dient.
  5. Vorrichtung zum Verhindern von Schäden an einer Abgasanlage (10) eines Heizgerätes (1) durch beim Zünden entstehende Druckimpulse, wobei das Heizgerät (1) einen Brenner (3) zur Verbrennung von Brennstoff-Luft-Gemisch in einem Verbrennungsraum (13) mit Verbindung zu der Abgasanlage (10) und eine Elektronikeinheit (7) zur automatischen Zündung aufweist, wobei der Abgasanlage (10) ein Drucksensor (6) zum Umwandeln von Druckimpulsen in elektronische Signale zugeordnet ist, und wobei der Drucksensor (6) mit der Elektronikeinheit (7) verbunden ist, die eingerichtet ist, die elektronischen Signale des Drucksensors (6) mit mindestens einem Schwellwert zu vergleichen und Überschreitungen des Schwellwertes zu zählen und in mindestens einem ersten Zähler (74) zu speichern und bei Überschreitung eines vorgebbaren Zählerstandes des Zählers (74) zumindest eine Warnmeldung oder eine Abschaltung des Heizgerätes (1) zu bewirken.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Elektronikeinheit (7) mindestens einen ersten Schwellwertvergleicher (71) zum Vergleich der elektronischen Signale des Drucksensors mit einem vorgebbaren ersten Schwellwert aufweist und mindestens einen ersten Zähler (74) zum Zählen der festgestellten Überschreitungen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Elektronikeinheit (7) einen Grenzwertvergleicher (73) zum Vergleich der elektronischen Signale des Drucksensors (6) mit einem vorgebbaren Grenzwert aufweist, wobei die Elektronikeinheit (7) eingerichtet ist, das Heizgerät (1) zumindest abzuschalten oder abzuschalten und zu verriegeln, wenn der Grenzwert überschritten wird.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei zwei oder mehr Schwellwertvergleicher (71, 72) mit gestaffelten Schwellwerten mit zugehörigen Zählern (74, 75) vorhanden sind zum Zählen der Überschreitungen der jeweiligen Schwellwerte durch die elektronischen Signale des Drucksensors (6).
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Elektronikeinheit (7) eingerichtet ist, die Anzahl an Überschreitungen eines Schwellwertes pro vorgebbarem Zeitintervall zu ermitteln und diese Zahl als Kriterium für Warnmeldungen oder eine Abschaltung zu verwenden.
  10. Computerprogramprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt.
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