EP4230911A1 - Verfahren zur inbetriebnahme eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät, heizgerät und verwendung eines parameters - Google Patents

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EP4230911A1
EP4230911A1 EP23156681.1A EP23156681A EP4230911A1 EP 4230911 A1 EP4230911 A1 EP 4230911A1 EP 23156681 A EP23156681 A EP 23156681A EP 4230911 A1 EP4230911 A1 EP 4230911A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ignition process
speed
heater
irregular
control
Prior art date
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Granted
Application number
EP23156681.1A
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English (en)
French (fr)
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EP4230911B1 (de
EP4230911C0 (de
Inventor
Klaus Richter
Christian Fischer
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.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP4230911C0 publication Critical patent/EP4230911C0/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00—Regulating air supply or draught
    • F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
    • F23N3/082—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/02—Starting or ignition cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/12—Fail safe for ignition failures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting an irregular ignition process, in particular when starting up a heating device, a computer program, a regulating and control device, a heating device and the use of a parameter.
  • a large number of heating devices which burn a mixture of a fuel, in particular gas or hydrogen, and ambient air in a combustion chamber in order to obtain heat for supplying a building or for providing hot water.
  • a delivery device in particular designed as a blower, is generally regulated to a target power and the fuel is thus added or metered to a delivered volume flow of intake combustion air.
  • the combustion mixture is then fed to a burner of the heater, in particular also with the aid of the conveying device, and ignited by an ignition device, for example a spark or glow igniter.
  • Irregularities in the supply and/or composition of the combustion mixture or delayed ignition sparks can lead to Problems arise, in particular an excessive proportion of fuel in the mixture composition regularly occurs and can be one of the reasons that lead to so-called hard ignition. This can be expressed in an explosive noise, which can also damage the heater or its components. In addition to the loss of comfort due to noise pollution, the occurrence of hard ignition can therefore lead to damage to components.
  • the occurrence can be recognized by the user and reported to a specialist company, which can carry out maintenance and inspection of the heater.
  • a specialist company which can carry out maintenance and inspection of the heater.
  • this does not seem to be possible on a regular basis, since, for example, no one is present to detect the acoustically noticeable ignition, which leads to a high risk of damage to the heater, which can lead to failure (malfunction shutdown).
  • the heater can try again after unsuccessful (hard) ignition, increasing the risk of damage.
  • the EP 3 581 850 A1 proposes to detect faulty ignition when starting a burner with the help of the control device, with a fan speed of the fan being recorded and compared with a stored and expected course of the same and faulty ignition being determined.
  • the proposed method with a regulated blower speed appears to be difficult because this is influenced by a speed control, which may make the comparison with a stored signal more difficult and delay it.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a heating device, require only minor structural changes to a heating device and enable simple integration into an existing production process.
  • a method for detecting an irregular ignition process, possibly (also) during commissioning, of a heater contributes to this, the heater having a fan and a speed controller for setting the speed of the fan, set up to generate a mass flow of a mixture of a fuel and To promote combustion air to a burner of the heater, during commissioning, a pulse width modulated (PWM) signal is monitored or recorded as the control signal of the speed control and an irregular ignition process is detected by evaluating the control signal.
  • PWM pulse width modulated
  • the method is used to detect an irregular ignition process of a heating device, in particular a so-called "hard” ignition, i.e. an explosive ignition process, also referred to as deflagration, in particular triggered by an excessive proportion of fuel in the mixture of fuel and combustion air fed to the burner, i.e. at a lambda value close to or even below 1, or triggered by a delayed ignition spark, particularly in connection with a low lambda value.
  • Irregular ignition is usually accompanied by delayed ignition of the combustion mixture entering the combustion chamber and can cause deflagration or even flashback.
  • the method can be carried out each time a heating device is started up (every ignition process) in order to monitor it for irregularities.
  • the heater is, in particular, a heater that is set up to burn a liquid and/or gaseous fuel (such as heating oil, natural gas, hydrogen) with the supply of ambient air and thermal energy, for example to heat a heat transfer medium To generate heating circuit or to provide a hot water supply.
  • a liquid and/or gaseous fuel such as heating oil, natural gas, hydrogen
  • the heater can be a condensing boiler.
  • the heater generally has a combustion chamber and a delivery device (comprising a fan) which can deliver a mixture of fuel and combustion air via a mixture channel into a combustion chamber. The combustion products can then be fed to an exhaust system through an exhaust duct of the heater.
  • the blower can set a (specified) a suitable (target) speed for an ignition process can be (pre)set and then the quantity of fuel suitable for starting can be added to the mass flow of combustion air conveyed by the blower.
  • a suitable (target) speed for an ignition process can be (pre)set and then the quantity of fuel suitable for starting can be added to the mass flow of combustion air conveyed by the blower.
  • this can be supplied via a gas valve.
  • the fuel/combustion air mixture can then be ignited by an igniter (spark igniter, glow igniter).
  • the pulse width modulated (PWM) signal can be a square wave signal that can oscillate between two voltage levels.
  • the lower voltage level is usually 0V [volts] and the upper voltage level can be a nominal voltage (corresponding to the nominal power of the motor).
  • the period of time for a successive switching of the upper and lower voltage level can be referred to as a period.
  • the period of the upper voltage level can be referred to as t on and the period of the lower voltage level can be referred to as t off .
  • the fan can be switched on and off in quick succession by the PWM signal, so that a desired speed (power) can result on average.
  • a PWM signal is often given in % [percent] (of the rated output, for example of the fan), with the percentage value being able to indicate the percentage of the upper voltage level of the signal over time.
  • the PWM signal only has to be increased slightly in the event of successful (normal) ignition in order to constantly adjust the desired operating point of the blower. With a hard ignition, the (sudden) change in the PWM signal generated by the controller is much larger. If there is no flame formation, the PWM signal remains almost constant (helps with fault diagnosis in the event of a fault).
  • a successful (normal), hard (with deflagration) and/or no flame formation during an ignition process can (optionally) be recognized by evaluating the PWM signal.
  • the controlled system (through the design of the speed controller) can also be taken into account.
  • additional information about the ignition process can be included, e.g. B. also in comparison to an evaluation of the speed signal of the fan. It is possible to adapt the signal to the specific application situation using a suitable routine or data evaluation, so that a sensitivity or a course of the signal can be adapted precisely with a view to the desired result.
  • a pressure pulse can also occur during a regular ignition process, but this can be differentiated from an irregular ignition process by a quantitative analysis and/or a change in the control signal over time. By examining the actuating signal and its change over time, a regular ignition process can be reliably distinguished from an irregular one.
  • the speed controller can in particular be set up to regulate a power (in particular a speed of a fan) of the delivery device or of the fan to a predetermined value.
  • an irregular ignition process can be assumed if the PWM signal undergoes a (sudden) change of at least 10% [percentage (of the nominal output of the fan)], 20% or 30% during the ignition process of the commissioning of the heater.
  • the specific value can be dependent on various properties of the heating device, with the value for a regular ignition process being easily determined and a distinction being made easily in this way.
  • a time derivation (gradient or transient) of the time period t in and/or t out of the PWM signal of the speed controller can also be considered to detect an irregular ignition process.
  • the change in t in and/or t out from one period of the PWM signal to the next period can be considered.
  • a consideration of gradients/transients derived from the PWM signal can rule out signal fluctuations caused by interference factors and thus reduce the susceptibility to errors of a method proposed here.
  • a period of time can be used to detect an irregular ignition process, from a change in the control signal indicated by the ignition process (starting up the igniter) to a return of the control signal (caused by the speed control) to the value before the ignition process in a defined tolerance range.
  • the actuating signal can be used to determine the period of time that the speed controller requires to compensate for a change in the speed of the fan caused by the ignition process (and a pressure pulse associated with it) and to reach the speed of the fan again before the ignition process is initiated.
  • the tolerance range is used here to compensate for slight shifts in the control signal caused by disruptive factors (e.g. temperatures, etc.).
  • the duration can be a measure of the intensity of the pressure pulse triggered by the ignition process, which can increase with its intensity.
  • the period of time can also depend on various properties and circumstances, whereby the period of time can also be easily determined in the case of a regular ignition process and is often less than 1 s [second], so that it is easy to distinguish between a regular and an irregular ignition process .
  • the programming and setting of the controller as well as the properties of the specific heating device should also be included in this consideration.
  • both the change in the PWM signal and the time period can be used or taken into account, from the change in the control signal indicated by the ignition process (starting up the igniter) to a return of the control signal (caused by the speed control) to the value before the ignition process within a defined tolerance range.
  • the PWM signal can only be detected and evaluated for as long as the ignition process lasts, for example characterized by an activated ignition device.
  • an irregular ignition process can be detected by an overshoot of the control signal of the controller.
  • the programming of the controller and the properties of the specific heating device are also included.
  • a signal can be determined and used for an ignition process as part of the evaluation of the control signal, which is obtained from a combination (carried out by means of one or more arithmetic operations) of the above-mentioned signals derived from the control signal (the control signal itself, at least one from the control signal derived gradient and/or a certain period of time (until the actuating signal returns to the value before the ignition process)).
  • the control signal the control signal itself, at least one from the control signal derived gradient and/or a certain period of time (until the actuating signal returns to the value before the ignition process)
  • inaccuracies for example due to disruptive factors (or reactions of the speed control to disruptive factors)
  • irregular ignition hard ignition, lack of flame formation
  • the speed controller can automatically set the speed of the blower by means of the control signal such that it is (again) guided within a predetermined range.
  • the control signal such that it is (again) guided within a predetermined range.
  • the effect of the readjustment of the blower can also be monitored via the actuating signal, for example over a predetermined readjustment period. After the readjustment period has elapsed, either normal operation or emergency operation or an emergency stop can be resumed.
  • the heater is (automatically) taken out of service and/or in particular a renewed start-up (also automatically) is prevented (blocked). In particular, it can only be put into operation again by a specialist workshop or a competent person. Damage to the heater can advantageously be prevented in this way.
  • information about the detection of an irregular ignition process can be displayed on a display device of the heater and/or made available for retrieval via a network, in particular the Internet, and/or sent as a message.
  • the information can be brought to the attention of a specialist company and/or a user/operator of the heating device on a mobile terminal device or a computer.
  • a specialist company could then (automatically and independently) plan and carry out a maintenance appointment.
  • 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 rule- and the control unit can have a processor for this purpose, for example, or have this at their disposal.
  • the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the regulation and control unit).
  • a regulation and control unit often regulates the output of the conveying device or the blower anyway, so that a parameter to be detected according to a method proposed here is already available to the regulation and control unit.
  • a speed control for setting the speed of the blower can be provided, which is possibly part of the regulation and control unit or at least can be controlled by it.
  • 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 comprising a fan that can deliver a mixture of fuel gas and combustion air to the gas burner.
  • a speed control can be provided for setting the speed of the fan, which is possibly part of the regulation and control unit or at least can be controlled by it.
  • the use of a pulse-width-modulated signal from a speed controller to adjust the speed of a fan to detect an irregular ignition process of a heater is proposed.
  • the signal can be an actuating signal from a controller for the output of the blower or a time period from a deviation of a (detected) output from the target output until the target output is reached again (by the controller).
  • a method for starting up a heating device, a computer program, a regulation and control unit, a heating device and a use are thus specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the procedure for starting up a heater, the computer program, the regulation and control unit, the heater and its use at least help to enable automated detection of an irregular starting process and to prevent (subsequent) renewed start-up and possible negative consequences.
  • the invention can be carried out with a heating device according to the prior art without structural changes and can therefore also be easily retrofitted to existing devices in the form of a software update.
  • a blower 2 as a conveying device can be set up to draw in a mass flow of combustion air via a combustion air supply 4 to which fuel gas can be added via a gas valve 5 .
  • the mixture of combustion air and fuel gas can be fed to a burner 3 of the heater 1 via a mixture channel 16 .
  • the combustion products can be discharged via an exhaust duct 8 and an exhaust system 9 .
  • the heater 1 can include a regulation and control unit 7 which can have a speed controller or a speed control 6 for setting the speed 11 of the blower 2 .
  • the regulation and control unit 7 can be electrically connected to the blower 2 and the gas valve 5 .
  • a display device 18 can display information about a result of a method proposed here and in particular can provide information about a switched off/blocked heating device 1 .
  • the regulating and control device 7 can also be connected to a network 17, via which information about an (automatically) detected irregular ignition process can be made available for retrieval or sent as a message.
  • the diagram shown is a control signal 10 of the speed controller 6 and a speed 11 of the fan 2 as a function of the time t, given in seconds.
  • the actuating signal 10 of the speed controller 6 can be a PWM (pulse width modulated) signal, given as a percentage [%] of a rated output of the fan 2, and the speed 11 of the fan 2 in rpm [revolutions per minute].
  • the speed 11 of the blower 2 can be driven to a target speed 12 .
  • the speed controller 6 can set the actuating signal 10 accordingly.
  • fuel gas can be added to the conveyed mass flow of combustion air. Ignition 13 can then take place via an igniter.
  • the ignition 13 can cause the speed 11 of the blower 2 to decrease due to a triggered pressure pulse, which the speed controller 6 counteracts directly and automatically by adapting (here increasing) the control signal 10 . After a period of time 15, target speed 12 can be reached again 14.
  • An irregular ignition process can be recognized based on the duration 15 and/or on a quantitative analysis of the change (increase) in the control signal 10 of the speed controller 6 .
  • a specialist company can automatically and independently schedule a maintenance appointment and carry out.

Landscapes

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges eines Heizgerätes (1), aufweisend ein Gebläse (2) und eine Drehzahlregelung (6) zur Einstellung der Drehzahl (11) des Gebläses (2), dazu eingerichtet einen Massestrom eines Gemisches aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft zu einem Brenner (3) des Heizgerätes (1) zu fördern, wobei während der Inbetriebnahme ein pulsweitenmoduliertes Signal als Stellsignal (10) der Drehzahlregelung (6) erfasst und ein unregelmäßiger Zündvorgang durch ein Auswerten des Stellsignals (10) erkannt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges, insbesondere im Rahmen einer Inbetriebnahme eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung eines Parameters.
  • Es sind eine Vielzahl von Heizgeräten bekannt, die in einer Brennkammer ein Gemisch aus einem Brennstoff, insbesondere Gas oder Wasserstoff, und Umgebungsluft verbrennen, um Wärme zur Versorgung eines Gebäudes oder für eine Bereitstellung von Warmwasser zu gewinnen.
  • Bei einer Inbetriebnahme derartiger Heizgeräte wird in der Regel eine Fördereinrichtung, insbesondere als Gebläse ausgeführt, auf eine Sollleistung geregelt und somit einem geförderten Volumenstrom angesaugter Verbrennungsluft der Brennstoff zugefügt bzw. zudosiert. Das Verbrennungsgemisch wird dann, insbesondere auch unter Zuhilfenahme der Fördereinrichtung, einem Brenner des Heizgerätes zugeführt und durch eine Zündvorrichtung, beispielsweise einem Funken- oder Glühzünder, entzündet.
  • Bedingt durch Unregelmäßigkeiten bei der Zufuhr und/ oder Zusammensetzung des Verbrennungsgemisches oder eines verspätet einsetzenden Zündfunkens kann es hierbei zu Problemen kommen, wobei insbesondere ein zu hoher Anteil Brennstoff in der Gemischzusammensetzung regelmäßig auftritt und einer der Gründe sein kann, die zu einer sogenannten harten Zündung führen. Diese kann sich in einem explosionsartigen Geräusch äußern, wobei auch Beschädigungen des Heizgerätes bzw. von Bauteilen desselben auftreten können. Neben den Komforteinbußen aufgrund der Geräuschbelastung kann somit ein Auftreten einer harten Zündung zu Beschädigungen von Bauteilen führen.
  • Nach dem Stand der Technik kann das Auftreten vom Nutzer erkannt und einem Fachbetrieb gemeldet werden, der eine Wartung und Überprüfung des Heizgerätes vornehmen kann. Dies erscheint jedoch leider regelmäßig nicht möglich, da beispielsweise keine Person zum Erkennen der akustisch auffälligen Zündung anwesend ist, was zu einem hohen Risiko von Beschädigungen des Heizgerätes führt, in deren Folge mit einem Ausfall (Störabschaltung) zu rechnen ist. Nicht zuletzt kann das Heizgerät nach der erfolglosen (harten) Zündung einen erneuten Versuch vornehmen, wodurch das Risiko einer Beschädigung zunimmt.
  • Die EP 3 581 850 A1 schlägt hierzu vor, beim Start eines Brenners mit Hilfe der Regelungseinrichtung eine fehlerhafte Zündung zu detektieren, wobei eine Gebläsedrehzahl des Gebläses erfasst und mit einem hinterlegten und erwartungsgemäßen Verlauf derselben verglichen und eine fehlerhafte Zündung festgestellt wird. Schwierig erscheint das vorgeschlagene Verfahren mit einer geregelten Gebläsedrehzahl, weil diese von einer Drehzahlregelung beeinflusst wird, was ggf. den Vergleich mit einem hinterlegten Signal erschwert und verzögert.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere sollen Probleme bei der Inbetriebnahme automatisch, schnell und mit hoher Sicherheit erkannt werden und ein erneuter Zündversuch unterbunden werden.
  • 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 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 unregelmäßigen Zündvorganges, gegebenenfalls (auch) im Rahmen einer Inbetriebnahme, eines Heizgerätes bei, wobei das Heizgerät ein Gebläse und eine Drehzahlregelung zur Einstellung der Drehzahl des Gebläses aufweist, dazu eingerichtet, einen Massestrom eines Gemisches aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft zu einem Brenner des Heizgerätes zu fördern, wobei während der Inbetriebnahme ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Signal als Stellsignal der Drehzahlregelung überwacht bzw. erfasst und ein unregelmäßiger Zündvorgang durch ein Auswerten des Stellsignals erkannt wird.
  • Das Verfahren dient einem Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges eines Heizgerätes, insbesondere einer so genannten "harten" Zündung, also eines explosionsartigen Zündvorganges, auch als Verpuffung bezeichnet, insbesondere ausgelöst durch einen zu hohen Anteil Brennstoff in dem, dem Brenner zugeführten Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft, also bei einem Lambda-Wert von nahe oder sogar unter 1, oder ausgelöst durch einen verspätet entstehenden Zündfunken, insbesondere in Verbindung mit einem niedrigen Lambda-Wert. Eine unregelmäßige Zündung geht in der Regel mit einem verzögerten Entzünden des in die Brennkammer eingebachten Verbrennungsgemisches einher und kann eine Verpuffung oder sogar einem Flammenrückschlag bewirken.
  • Das Verfahren kann insbesondere bei jeder Inbetriebnahme (jedem Zündvorgang) eines Heizgerätes durchgeführt werden, um diese hinsichtlich Unregelmäßigkeiten zu überwachen.
  • Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Heizgerät, das dazu eingerichtete ist, einen flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff (wie z. B. Heizöl, Erdgas, Wasserstoff) unter Zufuhr von Umgebungsluft zu verbrennen und Wärmeenergie, beispielsweis zur Erwärmung eines Wärmeträgers eines Heizkreislaufes oder auch zur Bereitstellung einer Warmwasserversorgung zu erzeugen. Insbesondere kann es sich bei dem Heizgerät um ein Brennwertgerät handeln. Das Heizgerät weist in der Regel eine Brennkammer und eine Fördereinrichtung (umfassend ein Gebläse) auf, die ein Gemisch von Brennstoff und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal in eine Brennkammer fördern kann. Die Verbrennungsprodukte können anschließend durch einen Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden.
  • Bei einer Inbetriebnahme des Heizgerätes kann das Gebläse über ein pulsweitenmoduliertes Signal einer (Gebläse-eigenen oder -übergeordneten) Drehzahlregelung eine (vorgegebene) für einen Zündvorgang geeignete (Soll)Drehzahl (vor-)eingestellt werden und anschließend die für den Start geeignete Menge Brennstoff dem durch das Gebläse geförderten Massestrom Verbrennungsluft zugefügt werden. Bei einem gasförmigen Brennstoff kann dieser über ein Gasventil zugeführt werden. Anschließend kann das Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisch von einem Zünder (Funkenzünder, Glühzünder) gezündet werden.
  • Das pulsweitenmodulierte (PWM-) Signal kann ein Rechtecksignal sein, dass zwischen zwei Spannungspegeln oszillieren kann. Bei der Regelung eines (Gebläse-)Motors durch ein PWM- Signal ist der untere Spannungspegel in der Regel 0V [Volt] und der obere Spannungspegel kann eine Nennspannung (der Nennleistung des Motors entsprechenden) sein. Der Zeitraum für ein aufeinanderfolgendes Schalten des oberen und unteren Spannungspegels kann dabei als Periode bezeichnet werden. Bei einem PWM-Signal kann der Zeitraum des oberen Spannungspegels als tein und der Zeitraum des unteren Spannungspegels als taus bezeichnet werden.
  • Mit anderen Worten kann durch das PWM-Signal das Gebläse in schneller Folge ein und ausgeschaltet werden, so dass sich im Mittel eine gewünschte Drehzahl (Leistung) ergeben kann. Ein PWM-Signal wird dabei häufig in % [Prozent] (der Nennleistung beispielsweise des Gebläses) angegeben, wobei der Prozent-Wert, den prozentualen zeitlichen Anteil des oberen Spannungspegels des Signals angeben kann. In der Regel muss das PWM-Signal bei erfolgreicher (normaler) Zündung nur leicht erhöht werden, um den gewünschten Arbeitspunkt des Gebläses konstant einzuregeln. Bei einer harten Zündung fällt die vom Regler generierte (sprunghafte) Änderung des PWM-Signals sehr viel größer aus. Kommt es zu keiner Flammenbildung, so bleibt das PWM-Signal nahezu konstant (hilft bei der Fehlerdiagnose im Störfall). Somit kann nach Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens durch die Auswertung des PWM-Signals (wahlweise) eine erfolgreiche (normale), eine harte (mit Verpuffungen) und/oder eine fehlende Flammenbildung bei einem Zündvorgang erkannt werden.
  • Es wird davon ausgegangen, dass bei einem unregelmäßigen Zündvorgang, beispielsweise einer explosionsartigen Erscheinung während des Zündvorganges, das Gebläse von einem sich über den Gemischkanal (und Abgaskanal/ Abgasanlage) ausbreitenden Druckimpuls (Druckänderung, Druckwelle) beeinflusst wird, und sich somit dessen Drehzahl (sprunghaft) ändert, wobei die Drehzahlregelung des Gebläses dieser Änderung der Drehzahl entgegenzuwirken versucht, indem ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal der Drehzahlregelung (automatisch bzw. unmittelbar und/oder in Abhängigkeit der geänderten Strömungsverhältnisse) geändert wird. Diese Änderung kann nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren überwacht werden und zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges herangezogen werden.
  • In vorteilhafter Weise kann durch ein Überwachen bzw. Erfassen und Auswerten eines PWM-Signals eines Drehzahlreglers auch die Regelstrecke (durch Auslegung des Drehzahlreglers) berücksichtigt werden. Durch die Auswertung der Reaktion des Drehzahlregler aus einem Lastwechsel können zusätzliche Informationen über den Zündvorgang einbezogen werden, z. B. auch im Vergleich zu einer Auswertung des Drehzahlsignals des Gebläses. Es ist ermöglicht, das Signal mit einer geeigneten Routine oder Datenauswertung an die konkrete Anwendungssituation anzupassen, so dass eine Sensitivität oder ein Verlauf des Signals gerade mit Blick auf das gewünschte Ergebnis angepasst werden kann.
  • Auch bei einem regulären Zündvorgang kann ein Druckimpuls auftreten, dieser kann jedoch von einem unregelmäßigen Zündvorgang durch eine quantitative Betrachtung und/ oder eine zeitliche Veränderung des Stellsignals abgegrenzt werden. So kann durch eine Betrachtung des Stellsignals und dessen zeitlicher Veränderung ein regelmäßiger Zündvorgang von einem unregelmäßigen sicher abgegrenzt werden.
  • Der Drehzahlregler kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine Leistung (insbesondere eine Drehzahl eines Gebläses) der Fördereinrichtung bzw. des Gebläses auf einen vorgegebenen Wert zu regeln.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann von einem unregelmäßigen Zündvorgang ausgegangen werden, wenn das PWM-Signal während des Zündvorganges der Inbetriebnahme des Heizgerätes eine (sprunghafte) Änderung von mindestens 10 % [Prozent (der Nennleistung des Gebläses)], 20% oder 30% erfährt. Der konkrete Wert kann dabei von verschiedenen Eigenschaften des Heizgerätes abhängig sein, wobei der Wert für einen regelmäßigen Zündvorgang einfach bestimmt und so eine Abgrenzung einfach vorgenommen werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges auch eine zeitliche Ableitung (Gradient bzw. Transient) der Zeitdauer tein und/oder taus des PWM-Signals des Drehzahlreglers betrachtet werden. Hierzu kann die Veränderung von tein und/oder taus von einer Periode des PWM- Signals zur nächsten Periode betrachtet werden. Eine Betrachtung von aus dem PWM- Signal abgeleiteten Gradienten/Transienten kann störfaktorbedingte Signalschwankungen ausschließen und so die Fehleranfälligkeit eines hier vorgeschlagenen Verfahrens mindern.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorgangs eine Zeitdauer herangezogen werden, von einer durch den Zündvorgang (Inbetriebnahme des Zünders) indizierten Änderung des Stellsignals bis zu einer (durch die Drehzahlregelung bedingten) Rückkehr des Stellsignals auf den Wert vor dem Zündvorgang in einem definierten Toleranzbereich. Mit anderen Worten kann anhand des Stellsignals der Zeitraum bestimmt werden, den der Drehzahlregler benötigt, um eine durch den Zündvorgang (und einem damit verbundenen Druckimpuls) erfolgte Änderung der Drehzahl des Gebläses auszugleichen und die Drehzahl des Gebläses vor dem Einleiten des Zündvorganges wieder zu erreichen. Der Toleranzbereich dient hierbei dazu, durch Störfaktoren (beispielsweise Temperaturen etc.) bedingte geringfügige Verschiebungen des Stellsignals zu kompensieren.
  • Die Zeitdauer kann ein Maß für die Intensität des durch den Zündvorgang ausgelösten Druckimpuls sein, die mit dessen Intensität ansteigen kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der 1 s bis 3 s [Sekunden] betragen. Auch der Zeitraum kann von verschiedenen Eigenschaften und Gegebenheiten abhängig sein, wobei auch der Zeitraum bei einem regelmäßigen Zündvorgang einfach ermittelbar ist, und häufig unter 1 s [Sekunde] liegt und so auf einfache Weise eine Abgrenzung von einem regelmäßigen zu einem unregelmäßigen Zündvorgang vorgenommen werden kann. In diese Betrachtung sollten auch die Programmierung und Einstellung des Reglers sowie die Eigenschaften des konkreten Heizgerätes einbezogen werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann sowohl die Änderung des PWM-Signals also auch die Zeitdauer herangezogen bzw. berücksichtigt werden, von der durch den Zündvorgang (Inbetriebnahme des Zünders) indizierten Änderung des Stellsignals bis zu einer (durch die Drehzahlregelung bedingten) Rückkehr des Stellsignals auf den Wert vor dem Zündvorgang in einem definierten Toleranzbereich. Vorteilhaft kann so ermöglicht werden, Bauteildefekte zu detektieren. Falls beispielsweise das Stellsignal nicht innerhalb einer gewissen Zeit auf den vorbestimmten Ausgangswert (in einem Toleranzbereich) zurückgeführt werden kann, könnte das auf einen Defekt des Gebläses und/oder des Abgasweges (Abgaskanal, Abgasanlage) schließen lassen. Dieser Defekt könnte durch eine aufgetretene (zeitlich) verzögerte Zündung verursacht worden sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Erfassen und Auswerten des PWM-Signals nur so lange erfolgen, wie der Zündvorgang andauert, beispielsweise gekennzeichnet durch eine aktivierte Zündeinrichtung.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein unregelmäßiger Zündvorgang auf einem Überschwingen des Stellsignals des Reglers erkannt werden. Hierbei sollte auch die Programmierung des Reglers sowie die Eigenschaften des konkreten Heizgerätes einbezogen werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann für einen Zündvorgang im Rahmen der Auswertung des Stellsignals ein Signal ermittelt und herangezogen werden, das aus einer (mittels einer oder mehrerer Rechenoperationen erfolgten) Zusammenführung oben genannter aus dem Stellsignal abgeleiteter Signale (dem Stellsignal selbst, mindestens einem aus dem Stellsignal abgeleiteten Gradienten und/ oder einem bestimmten Zeitraum (bis zu einer Rückkehr des Stellsignals auf den Wert vor dem Zündvorgang)) resultiert. Vorteilhaft können so Ungenauigkeiten, beispielsweise durch Störfaktoren (bzw. Reaktionen der Drehzahlregelung auf Störfaktoren), kompensiert und eine besonders sichere Erkennung einer unregelmäßigen Zündung (harte Zündung, fehlende Flammenbildung) erreicht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei bzw. nach einem Feststellen eines unregelmäßigen Zündvorganges die Drehzahlregelung mittels des Stellsignals die Drehzahl des Gebläses automatisch so einstellen, dass diese (wieder) in einen vorgegebenen Bereich geführt wird. Insbesondere ist möglich, unmittelbar nach der Feststellung des unregelmäßigen Zündvorgangs wieder für den Zündvorgang geeignete Förderbedingungen selbstständig einzustellen. Auf diese Weise kann (zunächst) eine Abschaltung des Heizgeräts vermieden werden bzw. versucht werden, den Prozess wieder zu stabilisieren. Die Wirkung des Nachregelns des Gebläses kann weiter über das Stellsignal überwacht werden, beispielsweise über einen vorgegebenen Nachregel-Zeitraum. Nach Ablauf des Nachregel-Zeitraums kann dann entweder wieder in den Normalbetrieb oder in einen Notbetrieb bzw. Notstopp übergegangen werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann nach einem Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges, insbesondere nach dem vorstehend beschriebenen, automatischen Nachregeln, das Heizgerät (automatisch) außer Betrieb genommen werden und/ oder insbesondere eine erneute Inbetriebnahme (gleichfalls automatisch) verhindert (blockiert) werden. Eine erneute Inbetriebnahme kann insbesondere nur von einer Fachwerkstatt oder einer fachkundigen Person wieder ermöglicht werden. Vorteilhaft kann so eine Beschädigung des Heizgerätes verhindert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Information über das Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges über eine Anzeigeeinrichtung des Heizgerätes angezeigt werden und/ oder über ein Netzwerk, insbesondere dem Internet, zum Abruf bereitgestellt werden, und/ oder als Nachricht versandt werden. Beispielsweise kann die Information so auf einem mobilen Endgerät oder einem Computer einem Fachbetrieb und/ oder einem Nutzer/ Betreiber des Heizgerätes zur Kenntnis gebracht werden. Ein Fachbetrieb könnte dann (automatisch und selbstständig) einen Wartungstermin planen und durchführen.
  • 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. In vorteilhafter Weise führt ein Regel- und Steuergerät häufig ohnehin die Regelung der Leistung der Fördereinrichtung bzw. des Gebläses durch, so dass ein, gemäß einem hier vorgeschlagenen Verfahren, zu erfassender Parameter dem Regel- und Steuergerät bereits vorliegt. Weiter kann eine Drehzahlregelung zur Einstellung der Drehzahl des Gebläses vorgesehen sein, die ggf. Teil des Regel- und Steuergeräts ist oder zumindest von ihr kontrollierbar ist.
  • 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 umfassend ein Gebläse, die ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft zu dem Gasbrenner fördern kann. Dabei kann eine Drehzahlregelung zur Einstellung der Drehzahl des Gebläses vorgesehen sein, die ggf. Teil des Regel- und Steuergeräts ist oder zumindest von ihr kontrollierbar ist.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung eines pulsweitenmodulierten Signals einer Drehzahlregelung zur Einstellung der Drehzahl eines Gebläses zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorgangs eines Heizgerätes vorgeschlagen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Signal ein Stellsignal eines Reglers der Leistung des Gebläses oder eine Zeitdauer, von einer Abweichung einer (erfassten) Leistung von der Sollleistung bis zu einem erneuten Erreichen der Sollleistung (durch die Regelung) sein.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, 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 zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät, das Heizgerät sowie die Verwendung zumindest dazu bei, ein automatisiertes Erkennen eines unregelmäßigen Startvorganges zu ermöglichen und eine (darauffolgende) erneute Inbetriebnahme und mögliche negative Folgen zu verhindern.
  • Zudem kann die Erfindung ohne bauliche Veränderung mit einem Heizgerät nach dem Stand der Technik durchgeführt werden und ist somit auch ohne weiteres an Bestandsgeräten in Form eines Softwareupdates nachrüstbar.
  • 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:
    ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
    Fig. 2:
    Signalverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Ein Gebläse 2 als Fördereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, einen Massestrom Verbrennungsluft über eine Zuführung Verbrennungsluft 4 anzusaugen, dem über ein Gasventil 5 Brenngas zugesetzt werden kann. Über einen Gemischkanal 16 kann das Gemisch aus Verbrennungsluft und Brenngas einem Brenner 3 des Heizgerätes 1 zugeführt werden. Die Verbrennungsprodukte können über einen Abgaskanal 8 und eine Abgasanlage 9 abgeführt werden.
  • Das Heizgerät 1 kann ein Regel- und Steuergerät 7 umfassen, welches einen Drehzahlregler bzw. eine Drehzahlregelung 6 zur Einstellung der Drehzahl 11 des Gebläses 2 aufweisen kann. Das Regel- und Steuergerät 7 kann mit dem Gebläse 2 und dem Gasventil 5 elektrisch verbunden sein. Eine Anzeigeeinrichtung 18 kann Informationen über ein Ergebnis eines hier vorgeschlagenen Verfahrens anzeigen und insbesondere über ein ausgeschaltetes/ blockiertes Heizgerät 1 informieren. Das Regel- und Steuergerät 7 kann zudem mit einem Netzwerk 17 verbunden sein, über das eine Information über einen (automatisiert) erkannten unregelmäßigen Zündvorgang zum Abruf bereitgestellt oder als Nachricht versandt werden kann.
  • Fig. 2 zeigt Signalverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens einstellen können. In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm ist ein Stellsignal 10 der Drehzahlregelung 6 und eine Drehzahl 11 des Gebläses 2 in Abhängigkeit der Zeit t, angegeben in Sekunden, dargestellt. Das Stellsignal 10 der Drehzahlregelung 6 kann ein PWM-(pulsweitenmoduliertes) Signal, gegeben in Prozent [%] einer Nennleistung des Gebläses 2, und die Drehzahl 11 des Gebläses 2 in U/min [Umdrehungen pro Minute] angegeben sein.
  • Bei einer Inbetriebnahme des Heizgerätes 1 kann die Drehzahl 11 des Gebläses 2 auf eine Solldrehzahl 12 gefahren werden. Hierzu kann die Drehzahlregelung 6 das Stellsignal 10 entsprechend einstellen. Nach Erreichen der Solldrehzahl 12 kann über das Gasventil 5 dem geförderten Massestrom Verbrennungsluft Brenngas zugesetzt werden. Anschließend kann über einen Zünder eine Zündung 13 erfolgen.
  • Durch die Zündung 13 kann die Drehzahl 11 des Gebläses 2 aufgrund eines ausgelösten Druckimpulses abnehmen, dem die Drehzahlregelung 6 durch eine Anpassung (hier Erhöhung) des Stellsignals 10 unmittelbar und automatisch entgegenwirkt. Nach einer Zeitdauer 15 kann ein erneutes Erreichen 14 der Solldrehzahl 12 erfolgen.
  • Ein unregelmäßiger Zündvorgang kann anhand der Zeitdauer 15 und/oder an einer quantitativen Betrachtung der Änderung (Erhöhung) des Stellsignals 10 der Drehzahlregelung 6 erkannt werden.
  • Durch die Bereitstellung einer Information eines erkannten unregelmäßigen Zündvorgangs (auch nach dem Nachregeln) über die Anzeigeeinrichtung 18 und/ oder über ein Netzwerk 17 zum Abruf und/ oder durch ein Versenden einer Benachrichtigung dazu, kann ein Fachbetrieb automatisch und selbstständig einen Termin zur Wartung planen und durchführen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Gebläse
    3
    Brenner
    4
    Zuführung Verbrennungsluft
    5
    Gasventil
    6
    Drehzahlregelung
    7
    Regel- und Steuergerät
    8
    Abgaskanal
    9
    Abgasanlage
    10
    Stellsignal
    11
    Drehzahl
    12
    Solldrehzahl
    13
    Zündung
    14
    erneutes Erreichen
    15
    Zeitdauer
    16
    Gemischkanal
    17
    Netzwerk
    18
    Anzeigeeinrichtung

Claims (12)

  1. Verfahren zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorganges eines Heizgerätes (1), aufweisend ein Gebläse (2) und eine Drehzahlregelung (6) zur Einstellung der Drehzahl (11) des Gebläses (2), dazu eingerichtet, einen Massestrom eines Gemisches aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft zu einem Brenner (3) des Heizgerätes (1) zu fördern, wobei während der Inbetriebnahme ein pulsweitenmoduliertes Signal als Stellsignal (10) der Drehzahlregelung (6) erfasst und ein unregelmäßiger Zündvorgang durch ein Auswerten des Stellsignals (10) erkannt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehzahlregelung (6) einen Regler umfasst, der ein PI-Regler ist.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einer sprunghaften Veränderung des Stellsignals (10) von mehr als 10% auf einen unregelmäßigen Zündvorgang geschlossen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorgangs eine Zeitdauer (15) herangezogen wird, von einer durch den Zündvorgang indizierten Änderung des Stellsignals (10) bis zu einer Rücckehr des Stellsignals (10) auf den Wert vor dem Zündvorgang in einem definierten Toleranzbereich.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zeitdauer (15) größer 1 Sekunde ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einem Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorgangs die Drehzahlregelung (6) mittels des Stellsignals (10) die Drehzahl (11) des Gebläses (2) automatisch in einen vorgegebenen Bereich einstellen.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einem Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorgangs das Heizgerät (1) außer Betrieb genommen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einem Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorgangs eine Information hierüber über eine Anzeigeeinrichtung (18) angezeigt und/ oder über ein Netzwerk (17) zum Abruf bereitgestellt und/ oder über das Netzwerk (17) als Nachricht versandt wird.
  9. Computerprogramm, umfassend Befehle, die einen Computer dazu veranlassen ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
  10. Regel- und Steuergerät (7) eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  11. Heizgerät (1), aufweisend ein Regel- und Steuergerät (7) nach Anspruch 10.
  12. Verwendung eines pulsweitenmodulierten Signals einer Drehzahlregelung (6) zur Einstellung der Drehzahl (11) eines Gebläses (2) eines Heizgerätes (1) zum Erkennen eines unregelmäßigen Zündvorgangs des Heizgerätes (1).
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