EP4273407A1 - Verfahren zum erkennen einer beschädigung eines gehäuses eines gebläses eines heizgerätes, computerprogrammprodukt, regel- und steuergerät, heizgerät und verwendung einer erfassten grösse - Google Patents

Verfahren zum erkennen einer beschädigung eines gehäuses eines gebläses eines heizgerätes, computerprogrammprodukt, regel- und steuergerät, heizgerät und verwendung einer erfassten grösse Download PDF

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EP4273407A1
EP4273407A1 EP23169944.8A EP23169944A EP4273407A1 EP 4273407 A1 EP4273407 A1 EP 4273407A1 EP 23169944 A EP23169944 A EP 23169944A EP 4273407 A1 EP4273407 A1 EP 4273407A1
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EP
European Patent Office
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heater
housing
fan
blower
variable
Prior art date
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EP23169944.8A
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French (fr)
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EP4273407B1 (de
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Klaus Richter
Andreas Reinert
Thomas Badenhop
Matthias Hopf
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Vaillant GmbH
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Vaillant GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001—Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4226—Fan casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L5/00—Blast-producing apparatus before the fire
    • F23L5/02—Arrangements of fans or blowers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting damage to a housing of a fan of a heater, a computer program product, a control and control device, a heater and a use of a detected variable.
  • sensors are generally used, e.g. B. used for temperature, light or heat radiation, pressure, volume flow and the like to regulate the heating devices and ensure their safe operation.
  • One important task is to determine the presence of stable flames (a so-called flame monitor), another is to set a ratio of combustion air to fuel gas (lambda value) that is suitable for stable and environmentally friendly combustion.
  • Design and control measures are also taken to prevent so-called flame flashbacks from a combustion chamber in which combustion is intended to take place into the supply system of still unburned mixture of air and fuel gas. Nevertheless, such events, which can have different causes and processes, cannot be completely ruled out, especially when using fuel gas containing hydrogen, which causes higher flame speeds and releases more energy per volume than conventional fuel gas mixtures.
  • a pressure surge occurs in the supply system, which can propagate into a fan that conveys the mixture of air and fuel gas. This can cause an impeller (possibly made of plastic) to be deformed, particularly due to heat generated at the same time. The consequences can be even more serious if a flashback also ignites the mixture in the blower housing. A pressure surge can then spread far into the housing and deform its walls or cause leaks to the environment.
  • Typical blower housings are made of die-cast and/or sheet metal parts, where joints, welds or connections in particular can be damaged by a pressure surge.
  • the object of the present invention is to detect damage to the housing of the fan of a heating system, in particular caused by previous flashbacks (possibly not registered by a conventional sensor system), in order to be able to take suitable safety measures if necessary.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a heater and only require minor structural changes to the device and enable simple integration into an existing production process.
  • a method for detecting damage to a housing of a fan of a heater contributes to solving the problem, the fan supplying a mixture of air and fuel gas to a combustion chamber of the heater, and at least one variable dependent on the condition of the housing is detected and when reached (in particular If a limit value is exceeded and/or fallen short of, the size indicates damage.
  • the heater is in particular a gas heater that is designed to burn a fuel gas (for example natural gas or hydrogen) while supplying ambient air and to generate thermal energy, for example to heat a heat transfer medium in a heating circuit or to provide a hot water supply.
  • a fuel gas for example natural gas or hydrogen
  • the heater can be a condensing boiler.
  • the heater usually has a combustion chamber and a fan that can convey a mixture of fuel gas and combustion air into a combustion chamber. The combustion products can then be removed through an exhaust system.
  • a burner can be arranged in the combustion chamber, often comprising perforated sheets that can be flat, curved or cylindrical.
  • the mixture of fuel gas and combustion air can flow through the perforated sheets and then be ignited and burned. If the flame speed of the combustion is greater than the outflow speed of the mixture, a flame flashback can occur in the line paths of the mixture of fuel gas and combustion air.
  • a Such a problem can also occur during an ignition process, or if the temperature of the perforated sheet metal on the side facing away from the combustion chamber is higher than the side facing the combustion chamber.
  • the invention serves in particular to detect damage to the housing of the blower, in particular damage that allows external air to enter and/or the mixture of fuel gas and combustion air to escape, in other words a leak in the housing.
  • damage to the housing on the pressure side of the blower often occurs, which can result in the mixture of fuel gas and combustion air escaping.
  • a method is particularly specified here which detects the ingress of external air and/or the escape of fuel gas and/or combustion air from the blower housing and/or a leakage/leakage of the blower housing.
  • it is possible to distinguish such damage to the housing of the blower from, for example, other damage such as unexpected flow bottlenecks, blockages, etc.
  • an upper or lower limit value if an upper or lower limit value is exceeded, damage can be concluded from the detected size.
  • the upper and lower limit values can indicate or limit a reference range of the size to be detected, from which it can be concluded that the housing is intact.
  • variable dependent on the condition of the housing can in particular be at least one of the following.
  • the variable which depends on the condition of the housing, can be a flow rate (gas volume flow or gas mass flow) in the line path to the burner. This can be determined, for example, by a flow sensor (air mass flow sensor). If the blower housing is defective (leaking), the pressure loss that the blower has to overcome decreases and therefore a larger flow rate can be conveyed at the same speed of the housing. This means that if a limit value is exceeded, it can be concluded that the housing is damaged.
  • a flow rate gas volume flow or gas mass flow
  • the variable that depends on the condition of the housing can be an electrical power consumption of the fan. This can be done, for example, by detecting a control signal, in particular a PWM signal (pulse width modulated signal).
  • a PWM signal can, for example, be specified as a percentage of the fan's rated power. This can result in a defective housing and an associated sinking Pressure loss of the same leads to a lower power consumption of the fan and thus to a lower limit value being undershot.
  • a thermal performance of the heater determined in this way can be compared with a thermal performance that is expected based on the fan speed and, in the event of a deviation (outside a tolerance range), in particular if the thermal performance falls below the expected thermal performance, it can be concluded that the housing of the fan is damaged.
  • the variable that depends on the condition of the housing can (preferably) be a heating-up time of a heating water circuit.
  • the heating water circuit can be a heating circuit connected to the heater, in which a heat transfer medium can circulate.
  • the heating water circuit can be closed in particular via a heat exchanger arranged in the heater for the provision of hot water, since with such a heater-internal heating circuit there is good comparability of a determined heating time due to the absence or only minor external influences. If the housing is damaged and, as described above, the associated decreasing thermal performance of the heater, the heating time of the heating water circuit (for a defined temperature difference) can be extended and thus the expected heating time can be exceeded as a limit value.
  • variable dependent on the condition of the housing can (preferably) be a differential pressure, which is determined at two points on the line paths for fuel gas or combustion air in the direction of flow in front of and behind the fan.
  • pressure sensors can be arranged at two corresponding points.
  • the variables mentioned are often recorded in heating devices as part of the regulation and control, which makes it possible to implement the invention as a pure software implementation.
  • a speed of the fan in addition to the variable dependent on the condition of the housing, can be recorded and the at least one limit value can be given as a function of the speed of the fan.
  • continued operation and/or ignition of the heating system can be prevented (automatically) if the detected variable has exceeded or fallen below at least one limit value.
  • the operation of the heater can be stopped and restarting can be prevented, so that this can only be carried out by a person who is familiar with the system.
  • information about a detected damaged housing can be displayed via a display device and/or made available for retrieval via a network and/or sent as a message.
  • the display device can be a display device of the heater or that of a (wirelessly) connected device, for example a mobile phone.
  • the network can in particular be the Internet.
  • An operator or a supporting specialist company can advantageously be informed by a message via the network or by providing the information and can independently plan and carry out a service appointment.
  • a computer program which is used to (at least partially) carry out a method presented here is set up.
  • a machine-readable storage medium on which the computer program is stored is also proposed.
  • the machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
  • a regulating and control device of a heater (in particular as disclosed here) is also proposed, set up to carry out a method proposed here.
  • the control and control device can, for example, have and/or have a processor.
  • the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the control device).
  • operating data for example (upper and/or lower) limit values of the recorded variable(s)
  • the regulating and control device can be set up to record the variable that depends on the condition of the housing of the fan of the heater.
  • a heater in particular as disclosed here is also proposed, having a regulating and control device proposed here.
  • a method for detecting damage to a housing of a fan of a heater, a computer program (product), a control and control device, a heater and a use of a detected variable are specified, which solve the problems described with reference to the prior art at least partially solve.
  • the method for detecting damage to a housing of a fan of a heater, the computer program product, the control and control device, a heater and the use of a detected variable at least contribute to a simple and safe way to detect damage to a housing of a fan of a heater and thus make the operation of a heater safer.
  • the invention can be implemented particularly easily and cost-effectively, since generally only an adaptation of computer software is necessary.
  • the invention is therefore also suitable for retrofitting existing heating devices.
  • Fig. 1 shows an example and schematic of a heater 1 proposed here.
  • This can have an air supply 4 for combustion air, in which a mass flow sensor 16 can be arranged for measuring the sucked in mass flow of combustion air.
  • a venturi device 15 can be arranged in the air supply 4, which produces a quantity of gas corresponding to a control pressure generated by the mass flow of combustion air attached.
  • a fuel gas valve 5 can also be arranged in the supply of the fuel gas.
  • a blower 2 can be arranged with a housing 8, which can supply the mixture of fuel gas and combustion air to a burner 3 via a mixture channel 12.
  • the fan 2 can be connected to a speed control 19.
  • a heat exchanger 13 can be arranged on the burner 3 and can transfer the heat generated during combustion to a heating water circuit 14.
  • the heating water circuit 14 can include a flow 26 with a temperature sensor 6 and a return 27 with a temperature sensor 11, via which consumers such as radiators or surface heating can be connected.
  • the heating circuit 14 can be closed by means of a three-way valve 24 via a heat exchanger 25 arranged between the flow 26 and return 27 to provide hot water, with a heating time of the heating circuit 14 closed via the heat exchanger 25 being very comparable, since no or only minor external influences have an effect.
  • a mass flow sensor 9 can also be arranged in the heating water circuit 14, which can detect the mass flow of heat transfer medium (usually heating water).
  • an exhaust pipe 10 can feed resulting combustion products to an exhaust system.
  • a control and control device 7 of the heater 1 can be connected to the speed control 19 of the fan 2, the fuel gas valve 5, the mass flow sensor 16 in the air supply 4, the mass flow sensor 9, the temperature sensor 6 in the flow, the temperature sensor 11 in the return of the heating water circuit 14, the Three-way valve 24 and a network 17 (in particular the Internet) can be electrically connected.
  • Fig. 2 shows exemplary and schematic parameter curves of a mass flow ⁇ combustion air as a function of time t, determined by the mass flow sensor 16 in the air supply 4 of the heater 1 when the heater 1 is started.
  • a detected variable 20 lies between a lower limit value 21 and an upper limit value 22, whereby an intact housing 8 of the blower 2 can be recognized.
  • Fig. 3 shows, by way of example and schematically, parameter curves of an electrical power consumption P el as a function of the time t at a constant speed of the blower 2.
  • the detected variable 20 lies between a lower limit value 21 and an upper limit value 22, with which an intact housing 8 of the blower 2 can be recognized .
  • Fig. 4 shows an example and schematic of parameter curves of a thermal power P th depending on the time t at a constant speed n of the fan 2.
  • the recorded variable 20 (or determined thermal power) is above a lower limit value 21, which means that here too it can be concluded that the housing 8 of the blower 2 is intact.
  • Fig. 5 shows, by way of example and schematically, parameter progressions of a heating time t until a target temperature 23 of the heating water circuit 14 is reached.
  • a recorded variable 20 (detected heating time) is below an upper limit value 22, which means that here too it can be concluded that the housing 8 of the fan 2 is intact.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses (8) eines Gebläses (2) eines Heizgerätes (1), wobei das Gebläse (2) einem Brenner (3) des Heizgerätes (1) ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführt, und mindestens eine vom Zustand des Gehäuses (8) abhängige Größe (20) erfasst wird und bei einem Überschreiten oder Unterschreiten eines Grenzwertes (21, 22) durch die Größe (20) auf eine Beschädigung des Gehäuses (8) geschlossen wird. Die mindestens eine erfasste Größe (20) kann dabei insbesondere ein- ein ermittelter Massestrom oder Volumenstrom des Gebläses (2),- eine Leistungsaufnahme des Gebläses (2),- eine thermische Leistung des Heizgerätes (1),- eine Aufheizzeit eines mit dem Heizgerät (1) verbundenen Heizungswasserkreislaufs (14), und/oder- ein Differenzdruck zwischen zwei Punkten stromaufwärts und stromabwärts des Gebläses (2)sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses eines Gebläses eines Heizgerätes, ein Computerprogrammprodukt, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung einer erfassten Größe.
  • In Heizgeräten werden im Allgemeinen Sensoren z. B. für Temperatur, Licht- oder Wärme-Strahlung, Druck, Volumenstrom und dergleichen eingesetzt, um die Heizgeräte zu regeln und deren sicheren Betrieb zu gewährleisten. Eine wichtige Aufgabe ist das Feststellen des Vorhandenseins von stabilen Flammen (ein sogenannter Flammenwächter), eine andere die Einstellung eines für eine stabile und umweltschonende Verbrennung geeigneten Verhältnisses von Verbrennungsluft zu Brenngas (Lambda-Wert). Auch werden konstruktive und regelungstechnische Maßnahmen getroffen, um möglichst sicher zu verhindern, dass es zu sogenannten Flammenrückschlägen aus einem Verbrennungsraum, in dem bestimmungsgemäß eine Verbrennung stattfinden soll, in das Zufuhrsystem von noch unverbranntem Gemisch aus Luft und Brenngas kommt. Trotzdem können solche Ereignisse, die unterschiedliche Ursachen und Abläufe haben können, nicht vollständig ausgeschlossen werden, insbesondere auch bei Verwendung von wasserstoffhaltigem Brenngas, welches höhere Flammengeschwindigkeiten bewirkt und mehr Energie pro Volumen freisetzt als herkömmliche Brenngasgemische.
  • Im Falle eines Flammenrückschlages oder einer Rückzündung entsteht im Zufuhrsystem ein Druckstoß, der sich bis in ein Gebläse, welches das Gemisch aus Luft und Brenngas fördert, fortpflanzen kann. Dabei kann, insbesondere durch gleichzeitig entstehende Hitze, ein (möglicherweise aus Kunststoff bestehendes) Laufrad verformt werden. Noch schwerwiegender können die Folgen sein, wenn ein Flammenrückschlag auch noch Gemisch im Gehäuse des Gebläses entzündet. Dann kann sich ein Druckstoß bis weit in das Gehäuse ausbreiten und dessen Wände verformen oder Undichtigkeiten zur Umgebung hervorrufen. Typische Gehäuse von Gebläsen bestehen aus Druckguss und/oder Blechteilen, wobei besonders Fugen, Schweißnähte oder Verbindungen durch einen Druckstoß beschädigt werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Beschädigungen des Gehäuses des Gebläses einer Heizungsanlage, insbesondere verursacht durch vorangegangene (möglicherweise nicht durch eine übliche Sensorik registrierte) Flammenrückschläge, zu erkennen, um erforderlichenfalls geeignete Sicherheits-Maßnahmen ergreifen zu können.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen und nur geringe bauliche Veränderungen an der Einrichtung 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.
  • Zur Lösung der Aufgabe trägt ein Verfahren zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses eines Gebläses eines Heizgerätes bei, wobei das Gebläse einer Brennkammer des Heizgerätes ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführt, und mindestens eine vom Zustand des Gehäuses abhängige Größe erfasst wird und bei Erreichen (insbesondere einem Überschreiten und/ oder Unterschreiten) eines Grenzwertes durch die Größe auf eine Beschädigung geschlossen wird.
  • Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät, das dazu eingerichtete ist, ein Brenngas (beispielsweise Erdgas oder 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 ein Gebläse auf, das ein Gemisch von Brenngas und Verbrennungsluft in eine Brennkammer fördern kann. Die Verbrennungsprodukte können anschließend durch eine Abgasanlage abgeführt werden.
  • In der Brennkammer kann ein Brenner angeordnet sein, häufig umfassend gelochte Bleche, die flach, gewölbt oder zylinderförmig ausgeführt sein können. Das Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann durch die gelochten Bleche strömen und anschließend gezündet und verbrannt werden. Ist die Flammengeschwindigkeit der Verbrennung größer als die Ausströmgeschwindigkeit des Gemisches kann es zu einem Flammenrückschlag in die Leitungswege des Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft kommen. Ein derartiges Problem kann auch während eines Zündvorganges auftreten, oder wenn die Temperatur des gelochten Bleches auf der der Brennkammer abgewandten Seite höher als der der Brennkammer zugewandten Seite ist.
  • In Folge eines beschriebenen Flammenrückschlages bzw. einer Rückzündung können die Leitungswege des Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft, sowie das Laufrad des Gebläses als auch das Gebläse selbst, beschädigt werden. Die Erfindung dient insbesondere einem Erkennen einer Beschädigung des Gehäuses des Gebläses, insbesondere einer Beschädigung, die ein Eindringen von Fremdluft und/ oder Austreten des Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft ermöglicht, mit anderen Worten einer Undichtigkeit/ Leckage des Gehäuses. Häufig tritt infolge eines Flammenrückschlages eine Beschädigung des Gehäuses auf der Druckseite des Gebläses auf, die mit einem Austreten des Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft einhergehen kann. Mit anderen Worten wird hier insbesondere ein Verfahren angegeben, welches das ein Eindringen von Fremdluft und/ oder Austreten von Brenngas und/oder Verbrennungsluft aus dem Gebläsegehäuse und/oder eine Undichtigkeit/ Leckage des Gebläsegehäuses erkennt. Insbesondere ist es möglich, eine solche Beschädigung des Gehäuses des Gebläses von beispielsweise anderen Beschädigungen, wie unerwartete Strömungsengpässe, Verstopfungen, etc. zu unterscheiden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann bei einem Überschreiten eines oberen oder unteren Grenzwertes durch die erfasste Größe auf eine Beschädigung geschlossen werden. Oberer und unterer Grenzwert können dabei einen Referenzbereich der zu erfassenden Größe angeben bzw. beschränken, bei dem auf ein intaktes Gehäuse geschlossen werden kann. Durch eine Einbeziehung eines oberen und unteren Grenzwertes kann die Sicherheit eines hier vorgeschlagenen Verfahrens erhöht werden, wobei dies im Hinblick auf die konkrete zu erfassende Größe beurteilt werden sollte.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die vom Zustand des Gehäuses abhängige Größe insbesondere mindestens eine der folgenden sein.
  • Die vom Zustand des Gehäuses abhängige Größe kann eine Durchflussmenge (Gasvolumenstrom oder Gasmassestrom) im Leitungsweg zum Brenner sein. Diese kann beispielsweise durch einen Durchflusssensor (Luftmassestromsensor) ermittelt werden. Bei einem defekten (undichten) Gehäuse des Gebläses sinkt der Druckverlust, den das Gebläse überwinden muss, und somit kann bei gleicher Drehzahl des Gehäuses eine größerer Durchflussmenge gefördert werden. Somit kann bei einem Überschreiten eines Grenzwertes auf ein beschädigtes Gehäuse geschlossen werden.
  • Allerdings kann bei einem erheblich beschädigten Gehäuse, bei dem ein Druckaufbau durch das Laufrad nicht mehr möglich ist, auch eine sehr geringe Durchflussmenge bei gleicher Drehzahl auftreten. Daher kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auch bei einem Unterschreiten eines unteren Grenzwertes der Durchflussmenge auf ein beschädigtes Gehäuse geschlossen werden.
  • Die vom Zustand des Gehäuses abhängige Größe kann eine elektrische Leistungsaufnahme des Gebläses sein. Diese kann beispielsweise durch Erfassen eines Ansteuerungssignals, insbesondere eines PWM-Signals (Pulsweitenmodulierten Signals) erfolgen. Ein PWM-Signal kann beispielsweise in Prozent einer Nennleistung des Gebläses angegeben werden. So kann ein defektes Gehäuse und ein damit verbunden sinkender Druckverlust desselben zu einer geringeren Leistungsaufnahme des Gebläses und damit einem Unterschreiten eines unteren Grenzwertes führen.
  • Allerdings kann, wie oben bereits ausgeführt, bei einem erheblich beschädigten Gehäuse, bei dem ein Druckaufbau durch das Laufrad nicht mehr möglich ist, auch eine sehr hohe Leistungsaufnahme auftreten, da die Regelung versucht, auf einen Nennvolumenstrom zu regeln, der jedoch aufgrund der Beschädigung des Gehäuses nicht erreicht werden kann. Somit kann eine Beschädigung des Gehäuses auch durch Überschreiten eines oberen Grenzwertes der Leistungsaufnahme des Gebläses angezeigt werden.
  • Die vom Zustand des Gehäuses abhängige Größe kann (bevorzugt) auch eine thermische Leistung des Heizgerätes sein. Bei einem beschädigten Gehäuse des Gebläses des Heizgerätes kann die zugeführt Gasmenge aufgrund eines geringeren Steuerdruckes an der Mischeinheit (beispielsweise einer Venturi-Einrichtung) sinken und damit auch die thermische Leistung des Heizgerätes. Dabei kann die thermische Leistung des Heizgerätes beispielsweise anhand einer erfassten Vorlauf- und Rücklauftemperatur des Heizgerätes bestimmt werden:
    P th = m ˙ × c p × T Vor − T Rück
    Figure imgb0001
    • mit Pth ... thermische Leistung
    • ṁ ... Massestrom Wärmeträger
    • cp ... spezifische Wärmekapazität Wärmeträger, und
    • TVor, T Rück ... Vorlauf - und Rücklauf temperatur
  • Eine so ermittelte thermische Leistung des Heizgerätes kann mit einer, aufgrund der Gebläsedrehzahl zu erwartenden, thermischen Leistung verglichen werden und bei einer Abweichung (außerhalb eines Toleranzbereiches), insbesondere eines Unterschreitens der zu erwartenden thermischen Leistung, auf ein beschädigtes Gehäuse des Gebläses geschlossen werden.
  • Die vom Zustand des Gehäuses abhängige Größe kann (bevorzugt) eine Aufheizzeit eines Heizungswasserkreislauf sein. Der Heizungswasserkreislauf kann dabei ein mit dem Heizgerät verbundener Heizkreis sein, in dem ein Wärmeträger zirkulieren kann. In vorteilhafter Weise kann der Heizungswasserkreislauf dabei insbesondere über einen im Heizgerät angeordneten Wärmetauscher zur Warmwasserbereitstellung geschlossen, da bei einem derartigen heizgerätinternen Heizkreis eine gute Vergleichbarkeit einer ermittelten Aufheizzeit, aufgrund fehlender bzw. nur geringer äußerer Einflüsse, gegeben ist. Bei einem beschädigten Gehäuse und einer, wie oben beschrieben, damit verbundenen sinkenden thermischen Leistung des Heizgerätes, kann sich eine Aufheizzeit des Heizungswasserkreislaufes (für eine definierte Temperaturdifferenz) verlängern, und somit eine zu erwartende Aufheizzeit als Grenzwert übersteigen.
  • Die vom Zustand des Gehäuses abhängige Größe kann (bevorzugt) ein Differenzdruck sein, der an zwei Punkten der Leitungswege für Brenngas bzw. Verbrennungsluft in Strömungsrichtung vor und hinter dem Gebläse ermittelt wird. Hierfür können beispielsweise Drucksensoren an zwei entsprechenden Punkten angeordnet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können auch mehrere Größen erfasst und ggf. bewertet werden und so andere Umstände, die zu einem Über- oder Unterschreiten eines Grenzwertes einer Größe führen, ausgeschlossen werden.
  • In vorteilhafter Weise werden die genannten Größen häufig bei Heizgeräten im Rahmen der Regelung und Steuerung ohnehin erfasst, wodurch eine Umsetzung der Erfindung als reine softwareseitige Implementierung ermöglich wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zusätzlich der vom Zustand des Gehäuses abhängigen Größe eine Drehzahl des Gebläses erfasst werden und der mindestens eine Grenzwert in Abhängigkeit der Drehzahl des Gebläses gegeben sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Weiterbetrieb und/oder ein Zünden der Heizungsanlage (automatisch) verhindert werden, wenn die erfasste Größe mindestens einen Grenzwert über- oder unterschritten hat. Mit anderen Worten kann bei einer erkannten Beschädigung des Gehäuses des Gebläses des Heizgerätes der Betrieb des Heizgerätes gestoppt werden und eine erneute Inbetriebnahme unterbunden werden, so dass diese nur von einer anlagenkundigen Person durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Information über ein erkanntes beschädigtes Gehäuse über eine Anzeigeeinrichtung angezeigt und/ oder über ein Netzwerk zum Abruf bereitgestellt und/ oder als Nachricht versandt werden. Die Anzeigeeinrichtung kann dabei eine Anzeigeeinrichtung des Heizgerätes oder die eines (drahtlos) verbundenen Gerätes, beispielsweise eines Mobiltelefons, sein. Das Netzwerk kann insbesondere das Internet sein. Vorteilhaft kann durch eine Nachricht über das Netzwerk oder ein Bereitstellen der Information ein Betreiber oder betreuender Fachbetrieb informiert werden und einen Servicetermin selbstständig 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 vorgeschlagenes 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 eines Heizgerätes (insbesondere wie hier offenbart) vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch Betriebsdaten (beispielsweise (obere und/ oder untere) Grenzwerte der erfassten Größe(n)) zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt werden oder sein. Zudem kann das Regel- und Steuergerät zum Erfassen der vom Zustand des Gehäuses des Gebläses des Heizgerätes abhängigen Größe eingerichtet sein.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät (insbesondere wie hier offenbart) vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer erfassten Größe ausgewählt aus:
    • ein stromabwärts des Gebläses ermittelter Volumenstrom
    • eine Leistungsaufnahme des Gebläses,
    • eine thermische Leistung des Heizgerätes,
    • eine Aufheizzeit eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizungswasserkreislaufes,
    • ein Differenzdruck zwischen zwei Punkten stromaufwärts und stromabwärts vom Gebläse
    zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses eines Gebläses eines Heizgerätes, vorgeschlagen. Ganz besonders erfolgt die Verwendung derart, dass eine Beschädigung aufgrund eines Flammenrückschlages oder einer Rückzündung schnell erkannt und ggf. Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden. Es ist auch möglich, dass damit auch das Erkennen eines Flammenrückschlages oder einer Rückzündung identifiziert oder bestätigt werden kann.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Regel- und Steuergerät, der Einrichtung zur Warmwasserbereitstellung 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 einer Beschädigung eines Gehäuses eines Gebläses eines Heizgerätes, ein Computerprogramm(-produkt), ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung einer erfassten Größe angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses eines Gebläses eines Heizgerätes, das Computerprogrammprodukt, das Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und die Verwendung einer erfassten Größe zumindest dazu bei, eine einfache und sichere Möglichkeit zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses eines Gebläses eines Heizgerätes bereitzustellen und somit den Betrieb eines Heizgerätes sicherer zu gestalten.
  • Zudem kann die Erfindung besonders einfach und kostengünstig umgesetzt werden, da in der Regel lediglich eine Anpassung einer Computersoftware notwendig ist. Somit ist die Erfindung auch geeignet zur Nachrüstung an bestehenden Heizgeräten.
  • 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. 2-5:
    Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann ein Luftzufuhr 4 für Verbrennungsluft aufweisen, in der ein Massestromsensor 16 zur Messung des angesaugten Massestromes Verbrennungsluft angeordnet sein kann. In der Luftzufuhr 4 kann eine Venturieinrichtung 15 angeordnet sein, die eine Gasmenge entsprechend einem durch den Massestrom Verbrennungsluft erzeugten Steuerdruck beifügt. In der Zuführung des Brenngases kann zudem ein Brenngasventil 5 angeordnet sein.
  • In einer Strömungsrichtung 18 der Luftzufuhr 4 gesehen der Venturieinrichtung 15 nachgeordnet kann ein Gebläse 2 angeordnet sein mit einem Gehäuse 8, das das Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal 12 einem Brenner 3 zuführen kann. Das Gebläse 2 kann mit einer Drehzahlsteuerung 19 verbunden sein. Am Brenner 3 kann ein Wärmetauscher 13 angeordnet sein, der bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen Heizungswasserkreislauf 14 übertragen kann. Der Heizungswasserkreislauf 14 kann einen Vorlauf 26 mit einem Temperatursensor 6 und einen Rücklauf 27 mit einem Temperatursensor 11 umfassen, über die Verbraucher wie Heizkörper oder Flächenheizungen verbindbar sind. Der Heizungskreislauf 14 kann mittels eines Dreiwegeventils 24 über einen zwischen Vorlauf 26 und Rücklauf 27 angeordneten Wärmetauscher 25 zur Warmwasserbereitstellung geschlossen werden, wobei eine Aufheizzeit des über den Wärmetauscher 25 geschlossenen Heizungskreislaufes 14 sehr gut vergleichbar ist, da keine oder nur geringe äußere Einflüsse einwirken. Im Heizungswasserkreislauf 14 kann zudem ein Massestromsensor 9 angeordnet sein, der den Massestrom Wärmeträger (in der Regel Heizungswasser) erfassen kann.
  • Dem Brenner 3 nachgeordnet kann ein Abgasrohr 10 entstehende Verbrennungsprodukte einer Abgasanlage zuführen. Ein Regel- und Steuergerät 7 des Heizgerätes 1 kann mit der Drehzahlsteuerung 19 des Gebläses 2, dem Brenngasventil 5, dem Massestromsensor 16 in der Luftzufuhr 4, dem Massestromsensor 9, dem Temperatursensor 6 im Vorlauf, dem Temperatursensor 11 im Rücklauf des Heizungswasserkreislaufes 14, dem Dreiwegeventil 24 sowie einem Netzwerk 17 (insbesondere dem Internet) elektrisch verbunden sein.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch Parameterverläufe eines Massestromes ṁ Verbrennungsluft in Abhängigkeit der Zeit t, ermittelt durch den Massestromsensor 16 in der Luftzufuhr 4 des Heizgerätes 1 bei einem Startvorgang des Heizgerätes 1. Eine erfasste Größe 20 liegt zwischen einem unteren Grenzwert 21 und einem oberen Grenzwert 22, womit ein intaktes Gehäuse 8 des Gebläses 2 erkannt werden kann.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch Parameterverläufe einer elektrischen Leistungsaufnahme Pel in Abhängigkeit der Zeit t bei konstanter Drehzahl des Gebläses 2. Die erfasste Größe 20 liegt hierbei zwischen einem unteren Grenzwert 21 und einem oberen Grenzwert 22, womit ein intaktes Gehäuse 8 des Gebläses 2 erkannt werden kann.
  • Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch Parameterverläufe einer thermischen Leistung Pth in Abhängigkeit der Zeit t bei konstanter Drehzahl n des Gebläses 2. Die thermische Leistung kann dabei anhand des Zusammenhanges Pth = ṁ × cp × (TVor - TRück ) ermittelt worden sein. Die erfasste Größe 20 (bzw. ermittelte thermische Leistung) liegt oberhalb eines unteren Grenzwertes 21, womit auch hier auf ein intaktes Gehäuse 8 des Gebläses 2 geschlossen werden kann.
  • Fig. 5 zeigt beispielhaft und schematisch Parameterverläufe einer Aufheizzeit t bis zum Erreichen eines Zieltemperatur 23 des Heizungswasserkreislaufes 14. Eine erfasste Größe 20 (erfasste Aufheizzeit) liegt unterhalb eines oberen Grenzwertes 22, womit auch hier auf ein intaktes Gehäuse 8 des Gebläses 2 geschlossen werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Gebläse
    3
    Brenner
    4
    Luftzufuhr
    5
    Brenngasventil
    6
    Temperatursensor Vorlauf
    7
    Regel- und Steuergerät
    8
    Gehäuse
    9
    Massestromsensor Brauchwasserkreislauf
    10
    Abgasrohr
    11
    Temperatursensor Rücklauf
    12
    Gemischkanal
    13
    Wärmetauscher
    14
    Heizungswasserkreislauf
    15
    Venturieinrichtung
    16
    Massestromsensor Luftzufuhr
    17
    Netzwerk
    18
    Strömungsrichtung
    19
    Drehzahlsteuerung
    20
    erfasste Größe
    21
    unterer Grenzwert
    22
    oberer Grenzwert
    23
    Zieltemperatur
    24
    Dreiwegeventil
    25
    Wärmetauscher Warmwasserbereitstellung
    26
    Vorlauf
    27
    Rücklauf

Claims (14)

  1. Verfahren zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses (8) eines Gebläses (2) eines Heizgerätes (1), wobei das Gebläse (2) einem Brenner (3) des Heizgerätes (1) ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführt, und mindestens eine vom Zustand des Gehäuses (8) abhängige Größe (20) erfasst wird und bei Erreichen eines Grenzwertes (21, 22) durch die Größe (20) auf eine Beschädigung des Gehäuses (8) geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschädigung eine Verformung und/oder eine Leckage des Gehäuses (8) zur Umgebung ist.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei Erreichen eines oberen Grenzwertes (22) oder unteren Grenzwertes (21) durch die erfasste Größe (20) auf eine Beschädigung des Gehäuses (8) des Gebläses (2) geschlossen wird.
  4. Verfahren, nach Anspruch 3, wobei zusätzlich der vom Zustand des Gehäuses (8) abhängigen Größe (20) eine Drehzahl des Gebläses (2) erfasst wird und oberer Grenzwert (22) und/ oder unterer Grenzwert (21) in Abhängigkeit der Drehzahl gegeben ist.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erfasste Größe (20) mindestens eine der folgenden, von der Drehzahl des Gebläses (2) abhängigen, Größen (20) ist:
    - ein ermittelter Massestrom oder Volumenstrom des Gebläses (2),
    - eine Leistungsaufnahme des Gebläses (2),
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erfasste Größe (20) eine thermische Leistung des Heizgerätes (1) ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erfasste Größe (20) eine Aufheizzeit eines mit dem Heizgerät (1) verbundenen Heizungswasserkreislaufs (14) ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erfasste Größe (20) ein Differenzdruck zwischen zwei Punkten stromaufwärts und stromabwärts des Gebläses (2) ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Weiterbetrieb und/oder ein Zünden des Heizgerätes (1) verhindert wird, wenn die erfasste Größe (20) einen Grenzwert (21, 22) erreicht hat.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Information über ein erkanntes beschädigtes Gehäuse (8) über eine Anzeigeeinrichtung angezeigt und/ oder über ein Netzwerk (17) zum Abruf bereitgestellt und/ oder als Nachricht versandt wird.
  11. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgeführt wird.
  12. Regel- und Steuergerät (7) eines Heizgerätes (1), wobei ein Gebläse (2) einem Brenner (3) des Heizgerätes (1) ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführt, eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  13. Heizgerät (1), aufweisend ein Gebläse (2), welches einem Brenner (3) des Heizgerätes (1) ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführen kann, mit einem Regel- und Steuergerät (7) nach Anspruch 12.
  14. Verwendung mindestens einer erfassten Größe (20) ausgewählt aus:
    - ein stromabwärts des Gebläses (2) ermittelter Volumenstrom oder Massenstrom,
    - eine Leistungsaufnahme des Gebläses (2),
    - eine thermische Leistung des Heizgerätes (1),
    - eine Aufheizzeit eines mit dem Heizgerät (1) verbundenen Heizungswasserkreislaufs (14), und / oder
    - ein Differenzdruck zwischen zwei Punkten stromaufwärts und stromabwärts vom Gebläse (2)
    zum Erkennen einer Beschädigung eines Gehäuses (8) eines Gebläses (2) eines Heizgerätes (1).
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