EP4209712A2 - Verfahren zum erkennen eines blockierten kondensatablaufes eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät - Google Patents

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EP4209712A2
EP4209712A2 EP23150574.4A EP23150574A EP4209712A2 EP 4209712 A2 EP4209712 A2 EP 4209712A2 EP 23150574 A EP23150574 A EP 23150574A EP 4209712 A2 EP4209712 A2 EP 4209712A2
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EP
European Patent Office
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heating device
ionization electrode
operating parameter
blocked
heater
Prior art date
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EP4209712C0 (de
EP4209712B1 (de
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Jochen Grabe
Klaus Richter
Carsten Wölfl
Christian Schwarz
Raphael-Marcel Koch
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Vaillant GmbH
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Vaillant GmbH
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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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
    • F23N5/12—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
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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
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/12—Flame sensors with flame rectification current detecting means

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a blocked condensate drain of a heating device, a computer program, a regulation and control device and a heating device.
  • condensate occurs in a heating device during a combustion process (e.g. of natural gas or hydrogen).
  • a combustion process e.g. of natural gas or hydrogen
  • the condensate collecting in a combustion chamber of the heating device is fed from the combustion chamber and the heating device to a drain through a condensate drain, often comprising a siphon.
  • a blocked drain or siphon can lead to significant problems. If the drain is blocked, the condensate can rise in the combustion chamber and possibly flow into the burner or possibly further into the gas supply. This can cause considerable damage to the heater and require costly repairs.
  • the ionization electrode can be arranged below the burner. If the condensate drain is blocked, the condensate could only collect up to the level of the ionization electrode, because if the ionization electrode comes into contact with the condensate, the ionization current is interrupted and the heater switches off due to the lack of flame detection.
  • Such a solution is for example in EP 3 081 861 A1 described.
  • this solution can have disadvantages not be used with hydrogen-powered heaters because a hydrogen flame does not release sufficient electrical charge carriers to detect an ionization current and therefore a collapse of the ionization current due to a ground fault of the ionization electrode due to an increased condensate level cannot be detected.
  • GB 249 7140 A proposes providing a connection piece with a switch in a condensate drain pipe, which can be activated by condensate flowing out inside the drain pipe. Through communication means, the switch can cause another switch to turn off the heater.
  • the object of the invention to propose a method for operating a heating device which at least partially overcomes the problems of the prior art described.
  • the method is intended to create a very simple and safe way of detecting a blockage in a (condensate) drain and preventing consequential damage.
  • the invention should not increase the complexity of a heater at least significantly, require only minor structural changes to a heater and a enable easy integration into an existing production process or simple retrofitting of existing systems.
  • Steps a), b) and c) can be carried out at least once in the specified sequence in a regular process sequence.
  • the invention can be used in particular for automatic detection of a blocked condensate drain of a heating device.
  • a blockage of the drain would result in condensate no longer being able to drain out of the combustion chamber of the heater and accumulating in the Combustion chamber accumulates, which can lead to significant damage to the heater.
  • the invention is based here in particular on the idea of detecting a blocked condensate drain and the associated contact of an ionization electrode with the condensate via an operating parameter that enables (immediate) conclusions to be drawn about the voltage amplitude of an ionization-based flame detection.
  • a method proposed here can be used in any heating device whose operation can produce a significant amount of condensate.
  • the heater can have an ionization current-based flame detection, by means of which a method described here can be carried out.
  • Heaters that use hydrogen as a fuel may have flame detection based on the UV (ultraviolet) radiation of the flame as the primary system and may also have a redundant ionization current-based system, which may be used to carry out a method proposed here.
  • the heater can have a device for ionization current-based flame detection, comprising an ionization electrode that can be positioned in or in the immediate vicinity of a flame of the heater.
  • the device for flame detection based on ionization current can also include an (electrical) circuit with a transformer that can provide the ionization electrode with an AC voltage and a control circuit that can regulate the voltage amplitude of this AC voltage.
  • the heater is in particular a gas heater which is set up to burn a gaseous fuel, such as natural gas or in particular hydrogen, with the supply of ambient air, in order to provide heat, for example for a heating circuit and/or a hot water supply.
  • the heater usually has at least one burner and a conveyor (such as a fan) that a mixture of fuel (especially a fuel gas) and combustion air through a mixture channel of the heater to the burner.
  • the exhaust gas produced by the combustion can then be routed through an exhaust pipe of the heater to an exhaust system.
  • the heater has a drain for the (liquid) condensate that occurs during combustion.
  • the drain may include a siphon.
  • the condensate can be routed to a suitable location, for example a sewer, via the drain and/or the siphon.
  • the drain is usually located at the (geodetically) lowest point of the combustion chamber (in the operating position) to ensure that the condensate drains off as completely as possible.
  • the drain often includes a siphon, that is to say a U-shaped area which closes the drain in a gas-tight manner, as a result of which it is possible to prevent external air from entering the combustion chamber.
  • a blockage of the drain is often caused by or in the siphon.
  • a blockage of the drain can result in the same being completely closed, or also in such a reduced outflow speed that the condensate cannot drain off quickly enough and collects in the combustion chamber.
  • a “blockage” is understood here in particular to mean that the condensate cannot flow off, or only to an insufficient extent.
  • a step a) the (preferably metrological and/or automatic) detection of an operating parameter of the heating device or a part of the heating device takes place, which makes it possible to draw conclusions about a voltage amplitude of an ionization electrode of the flame detection.
  • the operating parameter which allows conclusions to be drawn about the voltage amplitude of an ionization electrode of a flame detection, can be detected by measuring the voltage amplitude, for example.
  • a manipulated variable of the regulation for keeping the voltage present at the ionization electrode constant can be detected directly from the voltage regulation. Frequently the manipulated variable will be a PWM (pulse width modulated) signal.
  • PWM pulse width modulated
  • the operating parameter recorded in step a) is compared with a limit value.
  • the limit value can represent a threshold value below or above which it can be assumed with certainty that the ionization electrode has come into contact with condensate and an associated (electrical) ground fault or a conductive connection between the electrode and the reference potential (typically the device ground).
  • the limit value can be selected in particular with a view to the heating device and/or its surroundings and/or its fuel mixture or the combustion process. It is possible that the limit value is fixed; B. with regard to relevant parameters of the current combustion and / or environmental conditions can be automatically, variably determined and specified.
  • a blocked condensate drain can be recognized from the comparison from step b), in particular when the limit value is reached, fallen below or exceeded.
  • the operating parameter recorded in step a) is a control variable for keeping the voltage applied to the ionization electrode constant
  • a blocked condensate drain can be detected in step c) if the control variable reaches or exceeds a limit value. If the operating parameter is the (unregulated) voltage of the ionization electrode, reaching or falling below a limit value can indicate a blocked condensate drain.
  • the limit value can thus be determined based on the behavior of the operating parameter recorded in step a) when the ionization electrode comes into contact with condensate, for example based on tests on a reference heating device.
  • the limit value can be stored in a memory, in particular in a memory of a regulation and control unit of the heater.
  • the heater can be switched off (automatically) in step d) if a blocked outlet is detected in the heater (step c)). In particular, this can result in the automatic stop of the heater burner.
  • the heater when a blocked condensate drain is detected according to step c), can provide or send information about the blocked condensate drain in a step e).
  • the heater can thus automatically inform an operator, user or a specialist company about the blocked condensate drain and, if necessary, a shutdown of the heater (step d)).
  • the information can be provided or sent via a network, in particular the Internet. For example, after detecting a blocked condensate drain of the heater according to step c), the heater could automatically send information about this to a selected specialist company, which can plan and carry out a maintenance appointment to eliminate the blocked drain.
  • the operating parameter can be detected in step a) via a combined ignition and ionization electrode.
  • the method is suitable for a gas-powered heater that uses hydrogen or natural gas as fuel in particular.
  • a computer program is also proposed which is set up to (at least partially) carry out a method presented here.
  • this relates in particular to a computer program (product) comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to execute a method described here.
  • a machine-readable storage medium is also proposed, on which the computer program is stored.
  • the machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
  • a regulation and control unit for a heating device is also proposed, set up to carry out a method presented here.
  • the regulating and control unit can have a processor, for example, or have it at its disposal.
  • the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the regulation and control device).
  • one or more limit values for carrying out a method presented here can also be stored in a memory of the regulation and control unit.
  • a heater with a closed-loop and open-loop control unit presented here is also proposed.
  • the heater is in particular a gas heater with a gas burner and a delivery device which can deliver a mixture of gas (especially hydrogen) and combustion air to the gas burner.
  • an operating parameter which allows conclusions to be drawn about the voltage amplitude of an ionization electrode of a flame detection system for detecting a blocked condensate outlet of a heating device.
  • a method for detecting a blocked condensate drain of a heating device, a computer program, a storage medium, a regulation and control device, a heating device and the use of an operating parameter are thus specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the method, the computer program, the regulation and control unit, the heater and the use at least contribute to the reliable detection of a blockage in the condensate drain of a heater.
  • the method can be implemented particularly advantageously without physically changing a heating device by implementing a computer program.
  • the complexity of a heater presented here corresponds to that of a heater according to the prior art.
  • FIG. 1 shows an exemplary and schematic sequence of a method proposed here.
  • the method is used to detect a blocked condensate drain 14 of a heating device 1.
  • the sequence of steps a), b) and c) shown in blocks 110, 120 and 130 can occur in a regular operating sequence. In particular, however, carrying out steps a) to c) simultaneously (permanently) or regularly at different times may appear sensible.
  • step 110 an operating parameter is detected which allows conclusions to be drawn about the voltage amplitude of an ionization electrode 13 of a flame detection.
  • step 120 the operating parameter recorded in step a) is compared with a limit value.
  • step 130 according to step c), a blocked condensate drain 14 of the combustion chamber 8 is detected.
  • the heater 1 can have a supply of combustion air 4 to which combustion gas can be added via a gas valve 5 .
  • the resulting combustion mixture can be fed to a burner 3 arranged in a combustion chamber 8 via a mixture channel 16 in which a conveying device 2 can be arranged.
  • Combustion products that arise can be discharged from the combustion chamber 8 via an exhaust system 9 .
  • the heating device 1 can also have a regulating and control unit 7 which can be electrically connected to an ionization electrode 13 which can be electrically connected in the combustion chamber 8 below the burner 3 .
  • the regulation and control device 7 can be electrically connected to the gas valve 5 , the delivery device 2 and an ignition device 6 .
  • a combined ignition and ionization electrode can also be used. A method proposed here can advantageously be carried out on the regulating and control device 7 .
  • FIG 3 shows an example and schematically a combustion chamber 8 of a heater 1 proposed here.
  • Combustion mixture can be fed to the burner 3 via the mixture channel 16 and burned with the formation of a flame 11 .
  • the flame 11 can be monitored using a UV sensor 12, for example.
  • the combustion chamber 8 can also have an ionization electrode 13, which is also suitable for monitoring the flame 11.
  • UV sensor 12, burner 3 and ionization electrode 13 can be arranged in a burner door 17, as a result of which electrical wiring, for example with a regulating and control device 7, can advantageously be simplified.
  • the combustion chamber 8 can have a condensate drain 14 which can include a siphon 15 . If the condensate drain 14 is blocked, the condensate level in the combustion chamber 8 can rise to the height of the ionization electrode 13. According to the method proposed here, the heater 1 would now use an operating parameter to draw conclusions about the voltage amplitude of the ionization electrode 13 of the flame detection if the condensate drain 14 is blocked .
  • the burner 3 of the heating device 1 could be switched off in step c) after a blocked condensate drain 14 was detected, thus preventing the condensate level in the combustion chamber 8 from rising further. Damage to the heating device 1, in particular to the burner 3, can thus be effectively prevented. Switching off the heating device 1 can refer in particular to shutting down the burner 3 in order to prevent further formation of condensate.
  • FIG. 4 shows an example and a schematic of a control circuit 18 for carrying out a method presented here and figure 5 , also schematically and by way of example, a known circuit for operating an ionization current-based flame detection, the ionization electrode 13 are used simultaneously as an ignition electrode and a Ignition circuit 29 can be connected upstream.
  • a voltage amplitude for the ionization electrode 13 is specified as a target variable 19 for a regulator 24 and feedback of the actual voltage 21 is fed via a voltage divider to an ADC (analog-to-digital converter) input of the regulator 24 and evaluated in the regulator 24 .
  • ADC analog-to-digital converter
  • the controller 24 can use a manipulated variable 20, here a PWM (pulse width modulated) signal, as an actuator 22 to control a switch 25 and thus an input voltage 27 transformed by a transformer 26.
  • a manipulated variable 20 here a PWM (pulse width modulated) signal
  • the AC voltage signal 23 provided by the transformer 26 and the switch 25 can be transmitted to the ignition circuit 29 via a diode 28, where the ignition circuit 29 can comprise a capacitor which is charged to the amplitude of the AC voltage signal.
  • the AC voltage signal is applied to the ionization electrode 13 via the capacitors without a DC component.
  • the controller 24 detects this via the feedback of the actual voltage 21 and attempts to counteract this by changing the manipulated variable 20 in order to increase the voltage amplitude back to the specified target variable 19 .
  • the voltage at the ionization electrode 13, for example via the feedback of the actual voltage 21, or also the manipulated variable 20 of the controller 24, can be detected as an operating parameter that draws conclusions about the voltage amplitude of an ionization-based flame detection in step a).
  • a method presented here can advantageously be executed as a computer program on a regulation and control unit 7 presented here and a device known from the prior art for ionization current-based flame detection.
  • the invention can be used in particular for automatic detection of a blocked condensate drain of a heating device and is based in particular on the idea of detecting a blocked condensate drain and the associated contact of an ionization electrode with condensate via an operating parameter that allows (immediate) conclusions to be drawn about the voltage amplitude present at an ionization electrode Flame detection allows to detect.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes (14) eines Heizgerätes (1) umfassend zumindest die folgenden Schritte:
a) Erfassen eines Betriebsparameters, der einen Rückschluss auf die Spannungsamplitude einer lonisationselektrode (13) einer Flammenerkennung ermöglicht,
b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten Betriebsparameters mit einem Grenzwert,
c) Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes (14).
Die Erfindung kann insbesondere einer automatischen Erkennung eines blockierten Kondensatablaufs (14) eines Heizgerätes (1) dienen und basiert hierbei insbesondere auf der Idee, einen blockierten Kondensatablauf (14) und damit verbundenen Kontakt einer Ionisationselektrode (13) mit Kondensat über einen Betriebsparameter, der einen (unmittelbaren) Rückschluss auf die Spannungsamplitude anliegende an einer lonisationselektrode (13) der Flammenerkennung ermöglicht, zu erkennen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät.
  • In der Regel fällt bei einem Verbrennungsprozess (beispielsweise von Erdgas oder Wasserstoff) in einem Heizgerät Kondensat an. Das sich in einer Brennkammer des Heizgerätes sammelnde Kondensat wird nach dem Stand der Technik durch einen Kondensatablauf, häufig einen Siphon umfassend, aus der Brennkammer und dem Heizgerät einem Abfluss zugeführt.
  • Nachteilig kann ein blockierter Ablauf bzw. Siphon zu erheblichen Problemen führen. So kann das Kondensat bei einer Blockade des Abflusses in der Brennkammer ansteigen und gegebenenfalls in den Brenner oder ggf. auch weiter in die Gaszufuhr fließen. Dadurch kann das Heizgerät erheblichen Schaden nehmen und eine aufwendige Reparatur erfordern.
  • Bei Geräten mit einer ionisationsstrombasierten Flammenerkennung kann die lonisationselektrode unterhalb des Brenners angeordnet sein. Bei einem blockierten Kondensatablauf könnte sich das Kondensat lediglich bis zur Höhe der lonisationselektrode sammeln, weil bei Kontakt der lonisationselektrode mit dem Kondensat der lonisationsstrom abbricht und das Heizgerät aufgrund fehlender Flammenerkennung abschaltet. Eine derartige Lösung wird beispielsweise in der EP 3 081 861 A1 beschrieben. Nachteilig kann diese Lösung jedoch bei wasserstoffbetriebenen Heizgeräten nicht eingesetzt werden, weil eine Wasserstoffflamme nicht ausreichend elektrische Ladungsträger freisetzt, um einen lonisationsstrom zu erfassen und somit auch ein Zusammenbrechen des lonisationsstromes aufgrund eines Masseschlusses der lonisationselektrode durch einen gestiegenen Kondensatspiegel nicht erkennbar ist.
  • In der GB 2187 829A wird zur Verhinderung einer Blockade eines Ablaufs eines Heizgerätes vorgeschlagen, im Heizgerät entstehendes Kondensat in einem Behältnis zu sammeln und anschließend das gesamte Behältnis über den Ablauf zu entleeren. Hierdurch soll das Risiko einer Blockade des Ablaufs gemindert werden.
  • GB 249 7140 A schlägt vor, in einem Abflussrohr des Kondensats ein Anschlussstück mit einem Schalter vorzusehen, der von abfließendem Kondensat innerhalb des Abflussrohres aktivierbar ist. Durch Kommunikationsmittel kann der Schalter einen weiteren Schalter dazu veranlassen, das Heizgerät abzuschalten.
  • Nachteilig an diesen Lösungen ist insbesondere deren Komplexität, die neben einer erhöhten Ausfallwahrscheinlichkeit auch erhöhte Kosten für Herstellung und Montage mit sich bringt.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll das Verfahren eine sehr einfache und sichere Möglichkeit schaffen, die Blockade eines (Kondensat-)Ablaufs zu erkennen und Folgeschäden zu verhindern.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen, nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern und eine einfache Integration in einen bestehenden Produktionsprozess oder auch eine einfache Nachrüstung an bestehenden Anlagen ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Verfahren zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes eines Heizgerätes bei, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Erfassen eines Betriebsparameters (des Heizgeräts oder eines zugehörigen Bauteils), der einen Rückschluss auf eine (elektrische) Spannungsamplitude an einer lonisationselektrode einer Flammenerkennung ermöglicht,
    2. b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten Betriebsparameters mit einem (vorgegebenen) Grenzwert,
    3. c) Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes (aus dem Vergleich in Schritt b)).
  • Die Schritte a), b) und c) können bei einem regulären Verfahrensablauf zumindest einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
  • Die Erfindung kann insbesondere einer automatischen Erkennung eines blockierten Kondensatablaufs eines Heizgerätes dienen. Eine Blockade des Ablaufs hätte zur Folge, dass Kondensat aus der Brennkammer des Heizgerätes nicht mehr abfließen kann und sich in der Brennkammer sammelt, was zu erheblichen Schäden des Heizgerätes führen kann. Die Erfindung basiert hierbei insbesondere auf der Idee, einen blockierten Kondensatablauf und damit verbundenen Kontakt einer lonisationselektrode mit dem Kondensat über einen Betriebsparameter, der einen (unmittelbaren) Rückschluss auf die Spannungsamplitude einer ionisationsbasierten Flammenerkennung ermöglicht, zu erkennen.
  • Grundsätzlich ist ein hier vorgeschlagenes Verfahren in einem beliebigen Heizgerät einsetzbar, bei deren Betrieb in erheblichem Umfang Kondensat entstehen kann. Das Heizgerät kann als primäres oder sekundäres (redundantes) System eine ionisationsstrombasierte Flammenerkennung aufweisen, mittels derer ein hier beschriebenes Verfahren durchführbar ist. Heizgeräte, die Wasserstoff als Brennstoff nutzen, weisen ggf. eine Flammenerkennung basierend auf der UV(ultaviolett)-Strahlung der Flamme als primäres System auf und können zusätzlich ein redundantes ionisationsstrombasiertes System aufweisen, welches zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens nutzbar sein kann. Hierfür kann das Heizgerät eine Einrichtung zur ionisationsstrombasierten Flammenerkennung aufweisen, umfassend eine lonisationselektrode, die in oder in unmittelbarer Nähe einer Flamme des Heizgerätes positioniert sein kann. Die Einrichtung zur ionisationsstrombasierten Flammenerkennung kann zudem eine (elektrische) Schaltung mit einem Transformator, der der lonisationselektrode eine Wechselspannung zur Verfügung stellen kann, und einen Regelkreis, der die Spannungsamplitude dieser Wechselspannung regeln kann, umfassen.
  • Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät, welches dazu eingerichtet ist, einen gasförmigen Brennstoff, wie Erdgas oder insbesondere Wasserstoff, unter Zufuhr von Umgebungsluft zu verbrennen, um Wärme beispielsweise für einen Heizkreislauf und/oder eine Warmwasserversorgung bereitzustellen. Das Heizgerät weist in der Regel zumindest einen Brenner und eine Fördereinrichtung (wie ein Gebläse) auf, die ein Gemisch von Brennstoff (insbesondere ein Brenngas) und Verbrennungsluft durch einen Gemischkanal des Heizgerätes zum Brenner fördert. Anschließend kann das durch die Verbrennung entstehende Abgas durch ein Abgasrohr des Heizgerätes zu einer Abgasanlage geführt werden. Zudem weist das Heizgerät einen Abfluss für bei der Verbrennung entstehendes (flüssiges) Kondensat auf. Der Abfluss kann einen Siphon umfassen. Über den Abfluss und/oder den Siphon kann das Kondensat zu einer geeigneten Stelle, beispielsweise einem Abwasserkanal, geleitet werden.
  • Der Ablauf wird in der Regel am (geodätisch) tiefsten Punkt der Brennkammer (in der Betriebsposition) angeordnet, um das möglichst vollständige Abfließen des Kondensats zu gewährleisten. Häufig umfasst der Abfluss einen Siphon, also einen U-förmigen Bereich, der den Abfluss gasdicht verschließt, wodurch ein Eintreten von Fremdluft in die Brennkammer verhindert werden kann. Eine Blockade des Abflusses wird häufig durch den bzw. in dem Siphon verursacht. Dabei kann eine Blockade des Abflusses ein vollständiges Verschließen desselben zur Folge haben, oder auch eine derart geminderte Abflussgeschwindigkeit, dass das Kondensat nicht ausreichend schnell abfließen kann und sich in der Brennkammer sammelt. Unter einer "Blockade" wird hier also insbesondere verstanden, dass das Kondensat nicht oder in nur unzureichendem Umfang abfließen kann.
  • Gemäß einem Schritt a) erfolgt das (bevorzugt messtechnische und/oder automatische) Erfassen eines Betriebsparameters des Heizgerätes oder eines Teils des Heizgerätes, der einen Rückschluss auf eine Spannungsamplitude einer lonisationselektrode der Flammenerkennung ermöglicht. Ein Erfassen des Betriebsparameters, der einen Rückschluss auf die Spannungsamplitude einer lonisationselektrode einer Flammenerkennung ermöglicht, kann beispielsweise mittels einer Messung der Spannungsamplitude erfolgen. In vorteilhafter Weise kann insbesondere eine Stellgröße der Regelung zur Konstanthaltung der an der Ionisationselektrode anliegenden Spannung direkt aus der Spannungsregelung erfasst werden. Häufig wird die Stellgröße ein PWM(Pulsweitenmoduliertes-) Signal sein. Somit ist besonders vorteilhaft eine bekannte Einrichtung zur ionisationsstrombasierten Flammenerkennung für ein hier vorgestelltes Verfahren einsetzbar.
  • Gemäß einem Schritt b) erfolgt ein Vergleichen des in Schritt a) erfassten Betriebsparameters mit einem Grenzwert. Der Grenzwert kann hierbei einen Schwellwert repräsentieren, unter- oder oberhalb dessen mit Sicherheit auf einen Kontakt der lonisationselektrode mit Kondensat und einem damit verbundenen (elektrischen) Masseschluss bzw. einer leitfähigen Verbindung zwischen Elektrode und dem Referenzpotential (typischerweise der Gerätemasse) auszugehen ist. Der Grenzwert kann insbesondere mit Blick auf das Heizgerät und/oder dessen Umgebung und/oder dessen Brennstoffgemischs bzw. den Verbrennungsprozess ausgewählt sein. Es ist möglich, dass der Grenzwert fest vorgegeben ist, er kann ggf. auch, z. B. hinsichtlich relevanter Parameter der aktuellen Verbrennung und/oder Umgebungsbedingungen automatisch, variabel bestimmbar und vorgebbar sein.
  • Gemäß einem Schritt c) kann aus dem Vergleich aus Schritt b) eines blockierten Kondensatablaufes erkannt werden, insbesondere bei einem Erreichen, Unterschreiten oder Überschreiten des Grenzwertes. Beispielsweise wenn es sich bei dem in Schritt a) erfassten Betriebsparameter um eine Stellgröße der Regelung zur Konstanthaltung der an der Ionisationselektrode anliegenden Spannung handelt, kann in Schritt c) ein blockierter Kondensatablauf erkannt werden, wenn die Stellgröße einen Grenzwert erreicht bzw. übersteigt. Wenn es sich bei dem Betriebsparameter um die (ungeregelte) Spannung der lonisationselektrode handelt, kann ein Erreichen oder Unterschreiten eines Grenzwertes einen blockierten Kondensatablauf anzeigen. Somit ist der Grenzwert anhand des Verhaltes des in Schritt a) erfassten Betriebsparameters bei Kontakt der lonisationselektrode mit Kondensat, beispielsweise anhand von Versuchen an einem Referenzheizgerät, ermittelbar. Der Grenzwert kann auf einem Speicher hinterlegt werden, insbesondere auf einem Speicher eines Regel- und Steuergerätes des Heizgerätes.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in einem Schritt d) das Heizgerät (automatisiert) abgeschaltet werden, wenn ein blockierter Ablauf bei dem Heizgerät festgestellt wird (Schritt c)). Das kann insbesondere den automatischen Stopp des Brenners des Heizgeräts zur Folge haben.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann bei Erkennen eines blockierten Kondensatablaufs gemäß Schritt c) das Heizgerät in einem Schritt e) eine Information über den blockierten Kondensatablauf bereitstellen oder versenden. Vorteilhaft kann das Heizgerät so automatisiert einen Betreiber, Nutzer oder einen Fachbetrieb über den blockierten Kondensatablauf und gegebenenfalls eine Abschaltung des Heizgerätes (Schritt d)) informieren. Besonders vorteilhaft kann das Bereitstellen oder Versenden der Information über ein Netzwerk, insbesondere dem Internet, erfolgen. Beispielsweise könnte das Heizgerät automatisiert nach einem Erkennen eines blockierten Kondensatablaufs des Heizgerätes gemäß Schritt c) eine Information hierüber an einen ausgewählten Fachbetrieb senden, der einen Wartungstermin zur Beseitigung des blockierten Ablaufs planen und durchführen kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Betriebsparameter in Schritt a) über eine kombinierte Zünd- und lonisationselektrode erfasst werden.
  • Das Verfahren ist geeignet für ein gasbetriebenes Heizgerät, das insbesondere Wasserstoff oder Erdgas als Brennstoff nutzt.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen bzw. über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. Zudem können auf einem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch eine oder mehrere Grenzwerte zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt sein.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät mit einem hier vorgestellten Regel- und Steuergerät vorgeschlagen. Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät mit einem Gasbrenner und einer Fördereinrichtung die ein Gemisch aus Gas (insbesondere Wasserstoff) und Verbrennungsluft zu dem Gasbrenner fördern kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung eines Betriebsparameters der einen Rückschluss auf die Spannungsamplitude einer lonisationselektrode einer Flammenerkennung ermöglicht, zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufs eines Heizgerätes, vorgeschlagen.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Speichermedium, dem Regel- und Steuergerät, dem Heizgerät und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier werden somit ein Verfahren zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung eines Betriebsparameters angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät, das Heizgerät sowie die Verwendung zumindest dazu bei, eine sichere Erkennung einer Blockade des Kondensatablaufs eines Heizgerätes zu erkennen. Besonders vorteilhaft kann das Verfahren ohne physische Änderung eines Heizgerätes durch Implementation eines Computerprogrammes umgesetzt werden. Somit entspricht die Komplexität eines hier vorgestellten Heizgerätes dem eines Heizgerätes nach dem Stand der Technik.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens,
    Fig. 2:
    eine Brennkammer eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes,
    Fig. 3:
    ein hier vorgeschlagenes Heizgerät,
    Fig. 4:
    eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Flammenüberwachung, und
    Fig. 5:
    eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Schaltung zur Flammenerkennung.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufs 14 eines Heizgerätes 1. Die mit den Blöcken 110, 120 und 130 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b) und c) kann sich bei einem regulären Betriebsablauf einstellen. Insbesondere kann jedoch eine gleichzeitige (permanente) oder regelmäßig zeitlich beanstandete Durchführung der Schritte a) bis c) sinnvoll erscheinen.
  • In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Erfassen eines Betriebsparameters der einen Rückschluss auf die Spannungsamplitude einer lonisationselektrode 13 einer Flammenerkennung ermöglicht. In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Vergleichen des in Schritt a) erfassten Betriebsparameters mit einem Grenzwert. In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes 14 der Brennkammer 8.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Das Heizgerät 1 kann eine Zuführung Verbrennungsluft 4 aufweisen, der über ein Gasventil 5 Verbrennungsgas zugesetzt werden kann. Das entstehende Verbrennungsgemisch kann über einen Gemischkanal 16, in dem eine Fördereinrichtung 2 angeordnet sein kann, einem in einer Brennkammer 8 angeordneten, Brenner 3 zugeführt werden. Entstehende Verbrennungsprodukte können aus der Brennkammer 8 über eine Abgasanlage 9 abgeführt werden.
  • Das Heizgerät 1 kann zudem ein Regel- und Steuergerät 7 aufweisen, das mit einer lonisationselektrode 13, die in der Brennkammer 8 unterhalb des Brenners 3 elektrisch verbunden sein kann. Zudem kann das Regel- und Steuergerät 7 mit dem Gasventil 5, der Fördereinrichtung 2 und einer Zündeinrichtung 6 elektrisch verbunden sein. In einer alternativen Ausgestaltung kann auch eine kombinierte Zünd- und lonisationselektrode eingesetzt werden. Eine Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens kann vorteilhaft auf dem Regel- und Steuergerät 7 erfolgen.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Brennkammer 8 eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes 1. Über den Gemischkanal 16 kann Verbrennungsgemisch dem Brenner 3 zugeführt und unter Entstehung einer Flamme 11 verbrannt werden. Die Flamme 11 kann beispielsweise mittels eines UV-Sensors 12 überwacht werden. Die Brennkammer 8 kann zudem eine lonisationselektrode 13, die gleichfalls zur Überwachung der Flamme 11 geeignet ist, aufweisen. UV-Sensor 12, Brenner 3 und lonisationselektrode 13 können in einer Brennertür 17 angeordnet sein, wodurch vorteilhaft eine elektrische Verkabelung, beispielsweise mit einem Regel- und Steuergerät 7, vereinfacht werden kann.
  • Im installierten Zustand geodätisch am weitestgehend tiefsten Punkt kann die Brennkammer 8 einen Kondensatablauf 14 aufweisen, der einen Siphon 15 umfassen kann. Bei einer Blockade des Kondensatablaufes 14 kann der Kondensatspiegel in der Brennkammer 8 ansteigen bis zur Höhe der lonisationselektrode 13. Gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren würde das Heizgerät 1 nunmehr anhand eines Betriebsparameters einen Rückschluss auf die Spannungsamplitude der lonisationselektrode 13 der Flammenerkennung eine Blockade des Kondensatablaufes 14 erkennen.
  • Gemäß einem optionalen Schritt d) könnte der Brenner 3 des Heizgerätes 1 nach einem Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes 14 in Schritt c) abgeschaltet werden und so ein weiteres Steigen des Kondensatspiegels in der Brennkammer 8 verhindert werden. Eine Beschädigung des Heizgerätes 1, insbesondere des Brenners 3, kann somit wirkungsvoll verhindert werden. Ein Abschalten des Heizgerätes 1 kann insbesondere eine Außerbetriebnahme des Brenners 3 bezeichnen, um weitere Kondensatbildung auszuschließen.
  • Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematische einen Regelkreis 18 zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens und Figur 5, gleichfalls schematisch und beispielhaft, eine bekannte Schaltung zum Betreiben einer ionisationsstrombasierten Flammenerkennung, wobei die lonisationselektrode 13 gleichzeitig als Zündelektrode eingesetzt werden und eine Zündschaltung 29 vorgeschaltet sein kann. Einem Regler 24 wird als Zielgröße 19 eine Spanungsamplitude für die lonisationselektrode 13 vorgegeben und über einen Spannungsteiler eine Rückkopplung der Istspannung 21 einem ADC (Analog-Digital-Wandler)- Eingang des Reglers 24 zugeführt und im Regler 24 ausgewertet. Der Regler 24 kann über eine Stellgröße 20, hier ein PWM (pulsweitenmoduliertes)-Signal, als Stellglied 22 einen Schalter 25 und damit eine von einem Transformator 26 transformierte Eingangsspannung 27 steuern. Das vom Transformator 26 und dem Schalter 25 bereitgestellte Wechselspannungssignal 23 kann über eine Diode 28 der Zündschaltung 29 übertragen werden, wobei die Zündschaltung 29 einen Kondensator umfassen kann, der auf die Amplitude des Wechselspannungssignals aufgeladen wird. Das Wechselspannungssignal liegt über die Kondensatoren gleichanteilsfrei an der lonisationselektrode 13 an.
  • Kommt die lonisationselektrode 13 bei einem in der Brennkammer 8 ansteigenden Kondensatspiegel aufgrund einer Blockade des Kondensatablaufes 14 mit Kondensat in Berührung, kann aufgrund der Leifähigkeit des Kondensats ein elektrischer Strom von der lonisationselektrode 13 gegen Masse fließen, der die Spannung an der lonisationselektrode 13 und damit an der Zündschaltung 29 und der lonisationselektrode 13 dämpft. Dies erfasst der Regler 24 über die Rückkopplung der Istspannung 21 und versucht durch eine Änderung der Stellgröße 20 entgegenzuwirken, um die Spannungsamplitude wieder auf die vorgegebene Zielgröße 19 zu erhöhen.
  • In dem dargestellten Beispiel kann als Betriebsparameter, der einen Rückschluss auf die Spannungsamplitude einer ionisationsbasierten Flammenerkennung in Schritt a) die Spannung an der lonisationselektrode 13, beispielsweise über die Rückkopplung der Istspannung 21, oder auch die Stellgröße 20 des Reglers 24, erfasst werden.
  • Ein hier vorgestelltes Verfahren kann vorteilhaft als Computerprogramm auf einem hier vorgestellten Regel- und Steuergerät 7 und einer aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtung zur ionisationsstrombasierten Flammenerkennung ausgeführt werden.
  • Die Erfindung kann insbesondere einer automatischen Erkennung eines blockierten Kondensatablaufs eines Heizgerätes dienen und basiert hierbei insbesondere auf der Idee, einen blockierten Kondensatablauf und damit verbundenen Kontakt einer lonisationselektrode mit Kondensat über einen Betriebsparameter, der einen (unmittelbaren) Rückschluss auf die Spannungsamplitude anliegende an einer lonisationselektrode der Flammenerkennung ermöglicht, zu erkennen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Fördereinrichtung
    3
    Brenner
    4
    Zuführung Verbrennungsluft
    5
    Gasventil
    6
    Zündeinrichtung
    7
    Regel- und Steuergerät
    8
    Brennkammer
    9
    Abgasanlage
    11
    Flamme
    12
    UV-Sensor
    13
    lonisationselektrode
    14
    Kondensatablauf
    15
    Siphon
    16
    Gemischkanal
    17
    Brennertür
    18
    Regelkreis
    19
    Zielgröße
    20
    Stellgröße
    21
    Rückkopplung Ist-Spannung
    22
    Stellglied
    23
    Wechselspannungssignal
    24
    Regler
    25
    Schalter
    26
    Transformator
    27
    Eingangsspannung
    28
    Diode
    29
    Zündschaltung
    30
    Kondensatoren

Claims (11)

  1. Verfahren zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes (14) eines Heizgerätes (1), umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    a) Erfassen eines Betriebsparameters des Heizgerätes, der einen Rückschluss auf eine Spannungsamplitude einer lonisationselektrode (13) einer Flammenerkennung ermöglicht,
    b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten Betriebsparameters mit einem Grenzwert,
    c) Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes (14) aus dem Vergleich nach Schritt b).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in Schritt a) erfasste Betriebsparameter eine Spannungsamplitude eines Wechselspannungssignals (23) der lonisationselektrode (13) der Flammenerkennung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der in Schritt a) erfasste Betriebsparameter eine Stellgröße (20) eines Regelkreises (18) zur Konstanthaltung der Spannungsamplitude eines Wechselspannungssignals (23) der lonisationselektrode (13) der Flammenerkennung ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Betriebsparameter in Schritt a) über eine kombinierte Zünd- und lonisationselektrode (13) erfasst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt d) bei Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes (14) ein Brenner (3) des Heizgerätes (1) abgeschaltet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt e) eine Information über ein Ergebnis des Vergleiches in Schritt b) oder über ein Abschalten des Heizgerätes (1) in Schritt d) bereitgestellt oder versendet wird.
  7. Computerprogramm, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  8. Maschinenlesbarer Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
  9. Regel- und Steuergerät (7), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  10. Heizgerät (1), aufweisend ein Regel- und Steuergerät (7) nach Anspruch 9.
  11. Verwendung eines Betriebsparameters, der einen Rückschluss auf die Spannungsamplitude einer lonisationselektrode (13) einer Flammenerkennung ermöglicht, zum Erkennen eines blockierten Kondensatablaufes (14) eines Heizgerätes (1).
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