EP4357671A1 - Verfahren zur inbetriebnahme eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät - Google Patents

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EP4357671A1
EP4357671A1 EP23202368.9A EP23202368A EP4357671A1 EP 4357671 A1 EP4357671 A1 EP 4357671A1 EP 23202368 A EP23202368 A EP 23202368A EP 4357671 A1 EP4357671 A1 EP 4357671A1
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EP
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gas valve
gas
heating device
combustion air
mass flow
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Andreas Reinert
Raphael-Marcel Koch
Klaus Richter
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Vaillant GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for starting a heater, a computer program, a control device and a heater.
  • a start-up process in particular can trigger critical conditions.
  • critical conditions can be hard ignition, a deflagration or a flashback, i.e. a flame spread during a start-up or ignition process from the burner into a feed line for the mixture of fuel gas and combustion air, which can lead to damage to the heater.
  • hydrogen is used as the fuel gas
  • critical conditions are more likely because the volatility and low density of hydrogen means that the start-up process repeats significantly less well.
  • the first start-up of a cold heater can be particularly difficult because a gas flow that diffused out of the gas flow valve while the burner was not in use must first form again at the gas control valve.
  • the EP 3 992 529 A1 It is proposed to use a pilot flame with its own fuel supply to ignite a main burner, the function of which can be monitored by a sensor and which is also arranged in such a way that the pilot flame cannot be extinguished by air escaping from the main burner.
  • a pilot flame with its own fuel supply to ignite a main burner, the function of which can be monitored by a sensor and which is also arranged in such a way that the pilot flame cannot be extinguished by air escaping from the main burner.
  • the object of the invention is to propose a method for starting a heater, a computer program, a control and regulating device and a heater which at least partially overcome the problems of the prior art described.
  • the invention is intended to enable a successful first ignition process of a heater, in particular a heater operated with hydrogen.
  • the method should be suitable for being carried out at least partially automatically and require as few structural changes as possible compared to a state-of-the-art heating device.
  • a method for starting a heating device contributes to this, wherein the heating device has at least one conveying device for conveying a combustion mixture of fuel gas and combustion air to a burner, an ignition device for the combustion mixture and a gas valve, wherein before starting the conveying device, the gas valve is opened briefly, whereby the gas valve is filled with fuel gas.
  • the method can be carried out in particular during each start-up process, and if necessary also when commissioning the heater.
  • the method is used in particular for a safe and successful first ignition process of a heater, in particular a heater operated with hydrogen or a mixture containing hydrogen as fuel.
  • a time delay caused by a longer period of interruption of burner operation from the opening of the gas valve to the onset and stabilization of the volume flow of fuel gas can be reduced or avoided.
  • the heating device can comprise at least one heat generator, in particular a gas condensing boiler, which releases heat energy by burning a fuel and can transfer it to a heating circuit via at least one heat exchanger, wherein consumers of the heating circuit can be connected to the heating device via a flow and a return.
  • the exhaust gases produced during combustion can be fed to an exhaust system via an exhaust duct of the heating device.
  • a circulation pump can be set up in the heating circuit to circulate a heat transfer medium (heating water), wherein heat transfer medium heated via a heating flow can be fed to consumers, such as convectors or surface heating systems, and can be returned to the heat generator or the at least one heat exchanger via a heating return.
  • the heating device can have a conveying device, in particular a fan, which feeds a mixture of combustion air and fuel (hydrogen) to a burner of the heater.
  • the conveying device can comprise a power control, in particular a speed controller.
  • the gas valve can comprise a gas safety valve that only opens under defined safety-relevant conditions, for example an activated ignition device of the heater.
  • the gas valve can also comprise a gas control valve that is designed to control a mass flow of fuel gas to be supplied and thus the combustion air ratio.
  • the gas valve can also have a pressure regulator that sets a constant pressure of the fuel gas at the gas control valve and can thus compensate for pressure fluctuations in the gas supply.
  • the heater can in particular form a pneumatic gas-air connection (pneumatic mixture formation) in which a mass flow of combustion air provided via a gas supply is added to a mass flow of combustion air in accordance with a negative pressure (control pressure) of a throttle point, such as a Venturi nozzle, in the combustion air supply, so that a predefined (specified) combustion air ratio (air ratio, lambda) can be established.
  • the control pressure as a measure of the inflowing mass flow of combustion air, can suck a mass flow of combustion gas out of the gas control valve.
  • a gas valve of this type is also referred to as a pneumatic gas valve.
  • the heater may alternatively have an electronic gas-air connection, in which a signal from a flame monitor or an exhaust gas monitor (for example using a lambda sensor, a conclusion can be drawn about the flames and the combustion air ratio (also known as lambda or air ratio), so that it can be regulated.
  • a control system can determine and set an opening width of the gas valve in order to approximate a desired combustion air ratio derived from the signal to a target combustion air ratio.
  • the gas valve can set an opening width according to the required mass flow of fuel gas, often using an electronically controlled stepper motor.
  • the heating device can be designed in particular to burn hydrogen as a fuel or a mixture containing hydrogen.
  • the fuel mixture can have a hydrogen content of at least 80% or at least 90%.
  • the heater can also have a flame monitor.
  • An ionization electrode is often used for this purpose, which can use an ionization current from the flame to detect it.
  • this principle cannot be used robustly with a hydrogen flame, since significantly fewer free charge carriers are produced when hydrogen is burned.
  • Other methods are therefore often used with hydrogen-powered heaters, such as detecting the electromagnetic radiation emitted by the flame, in particular infrared (IR) and/or UV (ultraviolet) radiation, or detecting the flame temperature.
  • IR infrared
  • UV ultraviolet
  • the heater can be started as follows. First, a control unit of the heater, for example, can start a conveyor device, which is usually designed as a fan, to a specified starting power or starting speed. Connect After the starting power or starting speed has been reached, a mass flow of fuel predetermined for the starting speed can be fed in and the ignition device can be put into operation. If no flame formation is detected by the flame monitoring system after a safety time has elapsed, the start-up attempt is terminated and the gas valve is closed. The feed device can then blow out any fuel gas that may have remained in the mixture channel or combustion chamber for a (regular) purging period before a new start-up attempt can be made.
  • a control unit of the heater for example, can start a conveyor device, which is usually designed as a fan, to a specified starting power or starting speed. Connect After the starting power or starting speed has been reached, a mass flow of fuel predetermined for the starting speed can be fed in and the ignition device can be put into operation. If no flame formation is detected by the flame monitoring system
  • the necessary duration of a (regular) purging period is often 5 seconds [s] to 10 seconds [s] and can, for example, be determined empirically depending on the starting speed and the volumes to be purged.
  • the safety time can be dimensioned such that the amount of energy supplied by the fuel gas is limited in such a way that damage to the heater can be prevented in the event of a misfire.
  • the mass flow of fuel gas specified for the starting speed can be adjusted using the control pressure of the throttle point in a pneumatic gas-air system and electronically controlled in an electronic gas-air system.
  • the heater can also have an ignition device that can ignite the combustion mixture emerging from the burner.
  • the ignition device can, for example, comprise a spark or glow igniter or even a pilot flame.
  • the gas valve should be opened briefly (immediately) before the delivery device is activated, allowing the gas valve to fill with fuel gas.
  • a start instruction to the heater initially prevents the activation of the delivery device until the gas valve is safely closed again after the brief opening. found that the problematic time delay between opening the gas valve and the onset and stabilization of the mass flow of fuel gas can be significantly reduced.
  • the gas control valve can also work faster and more precisely.
  • a short-term opening refers to a period of opening that is sufficient for the gas valve to fill with fuel gas. No or only a very small amount of fuel gas should be able to escape into the flow path or mixture channel of the heater.
  • the corresponding period can be determined, for example, using a reference heater and can be in a range of 0.5 seconds to 3 seconds. In any case, the period of short-term opening should not exceed the safety time of an ignition process of the heater and in particular should be less than half the safety time.
  • the period of brief opening can be such that the gas valve and pressure regulator can fill with fuel gas.
  • a negative offset value can be set on the gas valve during the brief opening of the gas valve.
  • the offset value here refers to a zero point shift in the opening width of the gas valve.
  • a mass flow of combustion air in the combustion air supply can be detected (immediately) before the gas valve is briefly opened. This can be done in particular by means of a flow sensor, whereby the detected values stored in a memory, for example in the control unit.
  • the recorded mass flow of combustion air can be compared with a limit value.
  • the brief opening of the gas valve can be authorized if the recorded mass flow is below the limit value.
  • a mass flow of combustion air can form, for example, due to gusts of wind at the intake of the combustion air or in the area of an outlet of the exhaust system of the heater.
  • the brief opening of the gas valve can be delayed or not carried out. The delay could take place until a mass flow of combustion air below the limit value is detected.
  • the heater could be started up without briefly opening the gas valve before the conveyor is started up. The same could happen if a mass flow of combustion air greater than a limit period is detected.
  • the limit period can be selected accordingly; for example, 2, 5 or 10 seconds could seem sensible here.
  • the conveying device can be put into operation after the gas valve has been briefly opened and any fuel remaining in the flow path of the heater can be removed in a shortened flushing period.
  • the flushing period after the gas valve has been briefly opened can be significantly shortened, since only very small amounts of fuel are released during the short-term opening of the gas valve. Quantities of fuel gas may leak into the heater's flow path, which must be removed during the purge period.
  • the reduced purge time may be less than half or less than one third of the regular purge time, for example in a range of 2 seconds to 5 seconds. The heater may then perform a regular start-up attempt.
  • the ignition device of the heater can be put into operation during the brief opening of the gas valve. This can increase safety, since ignitable combustion mixture escaping from the burner due to the brief opening may be burned. This undesirable circumstance would be relevant to safety and could be detected by flame monitoring of the heater. If a flame is detected during the brief opening, the heater could go into an error state or suspend the implementation of a method proposed here and provide information on this, for example via a display device or a network.
  • a duration of the (last) interruption of burner operation can be recorded and the duration of the short-term interruption can be adapted to the recorded duration of the (last) interruption of burner operation. For example, if the duration of the interruption is less than 5 to 10 minutes, the gas valve could not be opened briefly, since only small amounts of fuel gas can have evaporated from the gas valve during this period.
  • a mass flow (combustion air, fuel or a mixture of both) can also characterize a volume flow and vice versa.
  • a mass flow can easily be converted into a volume flow and vice versa if the density and temperature of the medium are known.
  • 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 commands which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out a method proposed here.
  • the computer program can in particular be executed on a control and regulating device of the heating device.
  • 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 storage device.
  • a control device for a heating device is also proposed, set up to carry out a method proposed here.
  • the control device can for example have a processor for this purpose and/or have one.
  • the processor can for example carry out the method stored in a memory (of the control device).
  • the control device can in particular be electrically connected to the conveyor device, the gas valve and the flame monitor.
  • Relevant data for carrying out a method proposed here can be stored in a memory of the control device, for example a duration of the brief opening of the gas valve and/or a limit value of the recorded mass flow of combustion air.
  • a heating device having a regulating and control device as proposed here.
  • the heating device can be a gas heating device, in particular a hydrogen-operated gas heating device.
  • the gas heating device can have a burner, a conveying device and a gas valve, wherein the conveying device can supply a combustion mixture of fuel gas (hydrogen) and combustion air to the burner.
  • a method for operating a heating device, a computer program, a control and regulating device and a heating device are therefore specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the method for operating a heating device, the computer program, the control and regulating device and the heating device at least contribute to enabling a successful and safe initial commissioning or starting of the burner after a longer interruption in operation.
  • Another advantage is that a method proposed here can be carried out completely using a computer and therefore does not require any structural changes to a heating device.
  • Fig.1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here.
  • This can comprise a burner 3 arranged in a combustion chamber 8.
  • Combustion air can be sucked in by a conveying device 2, in particular designed as a fan, via a combustion air supply 4, in which a flow sensor 16 can be arranged.
  • the conveying device 2 can be connected to a speed controller 6, which can regulate a speed n of the conveying device 2 by means of a pulse width modulated (PWM) signal.
  • a gas valve 5 can add fuel gas from a gas supply 14 to the sucked-in mass flow of combustion air and comprise a safety valve and a gas control valve for controlling the mass flow of fuel gas to be added.
  • the mixture of fuel gas and combustion air produced can flow via a mixture channel 11 to the burner 3, where it can be ignited by an ignition device 12.
  • the burner 3 can have a cylindrical shape, which can be attached with a base to a burner door 15 in such a way that combustion mixture can flow from the mixture channel into the burner 3. After combustion, the combustion products can be discharged to the outside via an exhaust pipe 9 of the heater and an exhaust system 10.
  • the heating device 1 proposed here can be designed in particular for the combustion of hydrogen.
  • the heating device 1 can have a (device for) flame monitoring 13 on or in the burner door 15, which can be designed, for example, as a sensor for UV (ultraviolet) radiation emitted by the flame.
  • a control and regulating device 7 can be set up to regulate the heating device 1. For this purpose, it can be electrically connected, for example, to the speed controller 6, the conveyor device 2, the gas valve 5, the flame monitor 13, the ignition device 12 and the flow sensor.
  • the control and regulating device 7 can be set up to carry out a method proposed here.
  • the Fig.2 illustrates, by way of example and schematically, an opening process of a gas valve 5.
  • the diagram shows the curve 17 of a voltage U applied to the gas valve 5, given in volts [V], which can cause the gas safety valve of the gas valve 5 to open.
  • a temporal curve 18 of a pressure P given in millibars [mbar], which is a measure of the outflowing mass flow ⁇ gas .
  • a voltage U controlled by the regulating and control device 7, can be applied to the gas valve 5, as a result of which the gas regulating valve opens and fuel gas can flow into the gas valve 5.
  • the curve 18 of the pressure P After a dead time 19, in which no increase in the curve 18 of the pressure P can be detected, the curve 18 of the pressure P begins to increase at a second time 23. After the end of a rise period 21, the curve 18 of the pressure P has reached a value at a third time 24 that corresponds to the desired mass flow ⁇ gas . The entire period from the first point in time 22 to the third point in time 24 is referred to as the opening period 20.
  • Fig.3 shows in a bar diagram the opening times t O , given in seconds [s], after different periods of interruption of the burner operation of the heater 1 for two start-up processes N, the second start-up process 37 taking place after expiry of a purging time 34 following the first start-up process 36.
  • a first bar 25 shows the opening time after an interruption of the burner operation of 5 minutes
  • a second bar 26 shows the opening time after an interruption of the burner operation of 15 minutes
  • a third bar 27 shows the opening time after an interruption of the burner operation of 30 minutes
  • a fourth bar 28 shows the opening time after an interruption of the burner operation of one hour
  • a fifth bar 29 shows the opening time after an interruption of the burner operation of six hours
  • a sixth bar 30 shows the opening time after an interruption of the burner operation of 64 hours.
  • the opening time to increases with the length of the interruption of burner operation so the opening time of the first bar 25 (after an interruption of 5 minutes) is 0.55 seconds and the sixth bar 30 (after an interruption of 64 hours) 1 second and thus increases by a factor of almost two.
  • the opening times t O for the different periods of interruption of burner operation are insignificant.
  • the implementation of a method proposed here in the context of starting the heating device 1 can take place at a starting time 31 by briefly opening 32 the gas valve 5 for a period of time 32.
  • the speed n in Fig. 4 a ) is 0.
  • the gas valve 5 is open ( Fig. 4 b )) and a very small mass flow of fuel gas ⁇ Gas escapes ( Fig. 4 c) ).
  • the ignition device 12 can be in operation during the short-term opening 32 ( Fig. 4 d) ), however, this is optional.
  • the conveyor device 2 can be put into operation and run up to a starting power/starting speed 38 (see Fig. 4 a) ).
  • the conveyor 2 remains at starting speed 38, with the gas valve 5 closed and accordingly no mass flow of fuel gas ⁇ Gas occurs ( Fig. 4 a) to c) ).
  • the ignition device 12 is also out of operation ( Fig. 4 d) ).
  • the heater 1 can be put into regular operation.
  • the gas valve 5 is opened for a (first) safety period 35, while the conveyor device 2 is operated at starting speed 38, so that a mass flow of fuel gas ⁇ gas is established in accordance with the mass flow of combustion air conveyed.
  • the ignition device 12 is in operation during the entire safety period 35. Due to the implementation of a method proposed here, there is a high probability that the commissioning during the first safety period 35 will be successful.
  • a regular purging period 34 can follow in order to remove any fuel gas that may remain in the flow path of the heater 1.
  • the gas valve 5 can now be opened again in a safety period 35 and the ignition device 12 can be put into operation. This can be repeated for further start-up attempts until a maximum number of start-up attempts is reached.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, and in particular do not necessarily specify a dependency and/or sequence of these objects, sizes or processes. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it is obvious to the expert when studying the specifically described design. If a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Starten eines Heizgerätes (1), dieses aufweisend eine Fördereinrichtung (2) zum Fördern eines Verbrennungsgemischs aus Brenngas und Verbrennungsluft zu einem Brenner (3), eine Zündeinrichtung (12) für das Verbrennungsgemisch und ein Gasventil (5), wobei vor einer Inbetriebnahme der Fördereinrichtung (2) ein kurzzeitiges Öffnen (32) des Gasventils (5) erfolgt, wodurch sich das Gasventil (5) mit Brenngas füllt. Die Zeitdauer des kurzzeitigen Öffnens (32) des Gasventils (5) kann dabei maximal die Hälfte des regulären Sicherheitszeitraumes (35) für die Inbetriebnahme des Heizgerätes (1) betragen. Dadurch kann ein Einfluss einer, durch einen längeren Zeitraum seit der letzten Unterbrechung des Brennerbetriebes, entstehenden Zeitverzögerungen vom Öffnen des Gasventils (5) bis zu einem Einsetzen und Stabilisieren des Volumenstromes Brenngas gemindert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät.
  • Bei einem Betrieb eines Gasbrenners kann insbesondere ein Startvorgang kritische Zustände auslösen. Beispiele für derartig kritische Zustände können eine harte Zündung, eine Verpuffung oder ein Flammenrückschlag, also eine Flammenausbreitung während eines Start- bzw. Zündvorganges vom Brenner in eine Zuführung des Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft, die zu Schäden am Heizgerät führen kann, sein. Bei der Verwendung von Wasserstoff als Brenngas werden derartig kritische Zustände wahrscheinlicher, da aufgrund der Flüchtigkeit und der geringen Dichte von Wasserstoff ein erheblich schlechteres Wiederholverhalten bei einem Startvorganggegeben ist. Dabei kann in der Regel ein erster Start eines kalten Heizgerätes (Kaltstart) besonders schwierig sein, da sich am Gasregelventil erst wieder ein Gasstrom ausbilden muss, der in den Stillstandzeiten des Brenners aus dem Gasregelventil diffundiert ist.
  • Zur Vermeidung derartiger, kritischer Zustände wird in der EP 3 992 529 A1 vorgehschlagen, eine Pilotflamme mit einer eigenen Brennstoff-Versorgung zum Zünden eines Haupt-Brenners einzusetzen, dessen Funktion mittels eines Sensors überwacht werden kann und der zudem derart angeordnet ist, dass ein Erlöschen der Pilotflamme durch am Hauptbrenner austretende Luft nicht auftreten kann. Eine derartige Ausgestaltung ist jedoch mit hohem Aufwand verbunden.
  • Es wurde jedoch festgestellt, dass insbesondere nach längeren Unterbrechungen des Brennerbetriebes es zu Zeitverzögerungen vom Öffnen des Gasventils bis zu einem Einsetzen und Stabilisieren des Volumenstromes Brenngas kommen kann. Dies kann dazu führen, dass nach Ablauf der Sicherheitszeit eines Zündvorganges keine Flammenbildung festzustellen ist und ein erneuter Zündvorgang eingeleitet werden muss, wobei eine damit einhergehende Zeitverzögerung der Inbetriebnahme des Heizgerätes Komforteinbußen für Nutzer bedeutet, die insbesondere bei einer Warmwasseranforderung zu Tage treten kann.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Starten eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll die Erfindung einen erfolgreichen ersten Zündvorgang eines Heizgerätes ermöglichen, insbesondere eines mit Wasserstoff betriebenen Heizgerätes.
  • Zudem soll das Verfahren dazu geeignet sein, zumindest teilweise, automatisiert durchgeführt zu werden und möglichst geringe bauliche Veränderungen gegenüber einem Heizgerät nach dem Stand der Technik erfordern.
  • 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 Starten eines Heizgerätes bei, wobei das Heizgerät zumindest eine Fördereinrichtung zum Fördern eines Verbrennungsgemischs aus Brenngas und Verbrennungsluft zu einem Brenner, eine Zündeinrichtung für das Verbrennungsgemisch und ein Gasventil aufweist, wobei vor einem Starten der Fördereinrichtung das Gasventil kurzzeitig geöffnet wird, wodurch sich das Gasventil mit Brenngas füllt.
  • Das Verfahren kann insbesondere bei jedem Startvorgang, ggf. auch bei einer Inbetriebnahme, des Heizgerätes durchgeführt werden. Das Verfahren dient insbesondere einem sicheren und erfolgreichen ersten Zündvorgang eines Heizgerätes, insbesondere eines mit Wasserstoff, oder einem Wasserstoff enthaltenden Gemisch, als Brennstoff betriebenen Heizgerätes. Insbesondere kann eine, durch einen längeren Zeitraum der Unterbrechung des Brennerbetriebes entstehende Zeitverzögerungen vom Öffnen des Gasventils bis zu einem Einsetzen und Stabilisieren des Volumenstromes Brenngas gemindert oder vermieden werden.
  • Das Heizgerät kann zumindest einen Wärmeerzeuger, insbesondere einen Gas-Brennwertkessel, umfassen, der durch Verbrennung eines Brennstoffes Wärmeenergie freisetzt und über mindestens einen Wärmetauscher auf einen Heizkreis übertragen kann, wobei Verbraucher des Heizkreises über einen Vorlauf und einen Rücklauf an das Heizgerät anschließbar sind. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase können über einem Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden. Im Heizgerät kann im Heizkreislauf eine Umwälzpumpe dazu eingerichtet sein, ein Wärmeträgermedium (Heizungswasser) umzuwälzen, wobei über einen Heizungsvorlauf erwärmtes Wärmeträgermedium Verbrauchern, wie Konvektoren oder Flächenheizungen, zugeführt und über einen Heizungsrücklauf zum Wärmeerzeuger bzw. dem mindestens einen Wärmetauscher rückgeführt werden kann.
  • Hierzu kann das Heizgerät eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Gebläse, aufweisen, das ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff (Wasserstoff) einem Brenner des Heizgerätes zuführen kann. Die Fördereinrichtung kann dabei eine Leistungsregelung umfassen, insbesondere einen Drehzahlregler.
  • Das Gasventil kann dabei ein Gassicherheitsventil umfassen, dass sich nur unter definierten Sicherheitsrelevanten Voraussetzungen öffnet, beispielsweise eine eingeschaltete Zündeinrichtung des Heizgerätes. Das Gasventil kann zudem ein Gasregelventil umfassen, dass dazu eingerichtet ist, einen zuzuführenden Massestrom Brenngas damit das Verbrennungsluftverhältnis zu steuern.
  • Das Gasventil kann zudem einen Druckregler aufweisen, der einen konstanten Druck des Brenngases am Gasregelventil einstellen, und so Druckschwankungen in der Gaszuführung ausgleichen kann.
  • Das Heizgerät kann dabei insbesondere einen pneumatischen Gas-Luftverbund (pneumatische Gemischbildung) bilden, bei dem einem Massestrom Verbrennungsluft entsprechend einem Unterdruck (Steuerdruck) einer Drosselstelle, wie einer Venturidüse, in der Zuführung Verbrennungsluft, ein, über eine Gaszuführung bereitgestellter, Massestrom Brenngas zugesetzt wird, so dass sich ein vordefiniertes (vorgegebenes) Verbrennungsluftverhältnis (Luftzahl, Lambda) einstellen kann. Der Steuerdruck, als Maß für den einströmenden Massestrom Verbrennungsluft kann dabei einen Massestrom Brenngas aus dem Gasregelventil saugen. Durch Einstellung eines Offset-Wertes am Gasventil kann eine Nullpunkt-Verschiebung des zuzuführenden Massestromes Brenngas vorgenommen werden und so der ausströmende Massestrom Brenngas beeinflusst werden. Ein derartiges Gasventil wird auch als pneumatisches Gasventil bezeichnet.
  • Das Heizgerät kann alternativ einen elektronischen Gas Luftverbund aufweisen, bei dem anhand eines Signals einer Flammenüberwachung oder einer Abgasüberwachung (beispielsweise mittels eines Lambda-Sensors) ein Rückschluss auf die Flammen und das Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet) erfolgen kann, so dass eine Regelung desselben ermöglicht wird. Hierbei kann anhand des Signals der Flammenüberwachung eine Regelung eine Öffnungsweite des Gasventils bestimmen und einstellen, um ein gewünschtes, aus dem Signal abgeleitetes Verbrennungsluftverhältnis einem Ziel-Verbrennungsluftverhältnis anzunähern. Das Gasventil kann hierfür eine Öffnungsweite entsprechend dem benötigten Massestrom Brenngas einstellen, häufig mittels eines elektronisch anzusteuernden Schrittmotors.
  • Das Heizgerät kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff als Brennstoff oder einem Gemisch enthaltend Wasserstoff eingerichtet sein. Das Brennstoff-Gemisch kann dabei einen Gehalt von mindestens 80% oder mindestens 90% Wasserstoff aufweisen.
  • Zudem kann das Heizgerät eine Flammenüberwachung aufweisen. Häufig kommt hierzu eine lonisationselektrode zum Einsatz, die einen lonisationsstrom der Flamme zum Feststellen derselben nutzen kann. Dieses Prinzip ist jedoch bei einer Wasserstoffflamme, nicht robust einsetzbar, da bei der Verbrennung von Wasserstoff erheblich weniger freie Ladungsträger entstehen. Häufig kommen daher bei mit Wasserstoff betriebenen Heizgeräten andere Verfahren, wie beispielsweise ein Erfassen der von der Flamme emittierten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere Infrarot- (IR-) und/oder UV- (Ultraviolett-) Strahlung oder ein Erfassen der Flammentemperatur zum Einsatz. Ein Signal einer Flammenüberwachung kann dabei das Vorhandensein einer Flamme anzeigen, sowie ein Rückschluss auf ein Verbrennungsluftverhältnis der Flamme ermöglichen.
  • Das Starten des Heizgerätes kann dabei wie folgt ablaufen. Zunächst kann, beispielsweise ein Regel- und Steuergerät des Heizgerätes, eine Fördereinrichtung, die zumeist als Gebläse ausgeführt ist, auf eine vorgegebene Startleistung bzw. Startdrehzahl, anfahren. Anschließen kann, nach dem Erreichen der Startleistung bzw. Startdrehzahl ein für die Startdrehzahl vorgegebener Massestrom Brennstoff zugeführt und die Zündeinrichtung in Betrieb genommen werden. Sollte nach Ablauf einer Sicherheitszeit keine Flammenbildung durch die Flammenüberwachung festgestellt werden, wird der Versuch der Inbetriebnahme beendet und das Gasventil geschlossen. Anschließend kann die Fördereinrichtung für einen (regulären) Spülzeitraum möglicherweise im Gemischkanal bzw. der Brennkammer zurückgebliebenes Brenngas ausblasen, bevor ein neuer Versuch einer Inbetriebnahme vorgenommen werden kann. Eine notwendige Zeitdauer eines (regulären) Spülzeitraumes beträgt häufig 5 Sekunden [s] bis 10 Sekunden [s] und kann beispielsweise empirisch in Abhängigkeit der Startdrehzahl und der zu spülenden Volumina bestimmt werden. Die Sicherheitszeit kann dabei so bemessen sein, dass die durch das Brenngas zugeführte Energiemenge derart begrenzt wird, dass Schäden am Heizgerät bei Auftreten einer Fehlzündung verhindert werden können.
  • Der für die Startdrehzahl vorgegebene Massestrom Brenngas kann bei einem pneumatischen Gas-Luftverbund anhand des Steuerdruckes der Drosselstelle und bei einem elektronischen Gas-Luftverbund elektronisch gesteuert eingestellt werden.
  • Das Heizgerät kann zudem eine Zündeinrichtung aufweisen, die das am Brenner austretende Verbrennungsgemisch entzünden kann. Die Zündeinrichtung kann beispielsweise einen Funken- oder Glühzünder oder auch eine Pilotflamme umfassen.
  • Es wird vorgeschlagen, im Rahmen einer (Wieder-)Inbetriebnahme bzw. eines Startvorgangs des Heizgerätes (unmittelbar) vor dem Aktivieren der Fördereinrichtung das Gasventil kurzzeitig zu öffnen, wodurch sich das Gasventil mit Brenngas füllen kann. Das umfasst insbesondere, dass das Gasventil zuerst kurz geöffnet und dann wieder geschlossen wird, und erst (unmittelbar) danach ein Gebläse aktiviert wird. Insbesondere ist möglich, dass mit einer Startanweisung an das Heizgerät zunächst die Aktivierung der Fördereinrichtung unterbunden wird, bis das Gasventil nach der kurzzeitigen Öffnung wieder sicher geschlossen ist. Es wurde festgestellt, dass die problematische Zeitverzögerung von einem Öffnen des Gasventils bis zu einem Einsetzen und Stabilisieren des Massestromes Brenngas erheblich gemindert werden kann. So kann durch ein Befüllen des Gasventils, insbesondere der Steuerkammern des Gasventils, auch das Gasregelventil schneller und präziser arbeiten.
  • Ein kurzzeitiges Öffnen bezeichnet dabei einen Zeitraum der Öffnung, die ausreichend ist, dass sich das Gasventil mit Brenngas füllen kann. Dabei soll kein oder nur eine sehr geringe Menge Brenngas in den Strömungsweg bzw. Gemischkanal des Heizgerätes austreten können. Der hierfür entsprechende Zeitraum kann beispielsweise an einem Referenzheizgerät ermittelt werden und kann in einem Bereich von 0,5 Sekunden bis 3 Sekunden liegen. In jedem Fall sollte der Zeitraum des kurzzeitigen Öffnens die Sicherheitszeit eines Zündvorganges des Heizgerätes nicht überschreiten und insbesondere weniger als eine halbe Sicherheitszeit betragen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann, sofern das Gasventil einen Druckregler umfasst, der Zeitraum des kurzzeitigen Öffnens so bemessen sein, dass Gasventil und Druckregler sich mit Brenngas füllen können.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Heizgerät mit pneumatischer Gemischbildung währen des kurzzeitigen Öffnens des Gasventils an dem Gasventil ein negativer Offset-wert eingestellt werden. Der Offset-Wert bezeichnet hier eine Nullpunkt-Verschiebung der Öffnungsweite des Gasventils. Durch Einstellen eines negativen Offset-Wertes wird die aus dem Ventil austretende Gasmenge reduziert, so dass im Wesentlichen nur die Steuerkammern des Gasventils mit Brenngas gefüllt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann (unmittelbar) vor dem kurzzeitigen Öffnen des Gasventils ein Massestrom Verbrennungsluft in der Zuführung Verbrennungsluft erfasst werden. Dies kann insbesondere mittels eines Durchflusssensors erfolgen, wobei die erfassten Werte auf einem Speicher, beispielsweise des Regel- und Steuergerätes, hinterlegt werden. Der erfasste Massestrom Verbrennungsluft kann mit einem Grenzwert verglichen werden. Das kurzzeitige Öffnen des Gasventils kann bei einem erfassten Massestrom unterhalb des Grenzwertes freigegeben werden. Insbesondere bei einem Heizgerät aufweisend eine pneumatische Gemischbildung kann so sichergestellt werden, dass sich in der Drosselstelle (aufgrund des diese durchströmenden Massestromes Verbrennungsluft) kein Steuerdruck aufbauen, der ein (weiteres) Öffnen des Gasventils verursachen könnte. Zudem könnte sich während des kurzzeitigen Öffnens möglicherweise austretendes Brenngas nicht im Gemischkanal und der Brennkammer ausbreiten. Ein Massestrom Verbrennungsluft kann sich beispielsweise durch Windstöße an der Ansaugung der Verbrennungsluft oder im Bereich eines Ausganges der Abgasanlage des Heizgerätes ausbilden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann, sollte (unmittelbar) vor dem kurzzeitigen Öffnen des Gasventils ein Massestrom Verbrennungsluft oberhalb eines Grenzwertes festgestellt werden, das kurzzeitige Öffnen des Gasventils verzögert oder nicht durchgeführt werden. Das Verzögern könnte erfolgen bis ein Massestrom Verbrennungsluft unterhalb des Grenzwertes erfasst wird. Bei einem Aussetzen könnte das Heizgerät eine Inbetriebnahme ohne kurzzeitiges Öffnen des Gasventils vor der Inbetriebnahme der Fördereinrichtung durchführen. Gleiches könnte erfolgen, wenn ein Massenstrom Verbrennungsluft größer einem Grenzzeitraum festgestellt wird. Der Grenzzeitraum kann entsprechend ausgewählt werden, beispielweise könnten hier 2, 5 oder 10 Sekunden sinnvoll erscheinen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann im Anschluss an das kurzzeitige Öffnen des Gasventils die Fördereinrichtung in Betrieb genommen werden und in einem verkürzten Spülzeitraum möglicherweise im Strömungsweg des Heizgerätes verbliebener Brennstoff entfernt werden. Vorteilhaft kann der Spülzeitraum im Anschluss an das kurzzeitige Öffnen des Gasventils deutlich verkürzt werden, da während des kurzzeitigen Öffnens des Gasventils nur sehr geringe Mengen Brenngas in den Strömungsweg des Heizgerätes austreten können, die während des Spülzeitraumes entfernt werden müssen. Insbesondere kann die verkürzte Spülzeit weniger als die Hälfte oder weniger als ein Drittel der regulären Spülzeit betragen und beispielsweise in einem Bereich von 2 Sekunden bis 5 Sekunden liegen. Anschließend kann das Heizgerät einen regulären Versuch der Inbetriebnahme durchführen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann während des kurzzeitigen Öffnen des Gasventils die Zündeinrichtung des Heizgerätes in Betrieb genommen werden. Dies kann die Sicherheit erhöhen, da möglicherweise aufgrund des kurzzeitigen Öffnens am Brenner austretendes zündfähiges Verbrennungsgemisch verbrannt wird. Dieser unerwünschte Umstand wäre sicherheitsrelevant und könnte durch eine Flammenüberwachung des Heizgerätes erkannt werden. Das Heizgerät könnte bei Erkennen einer Flamme während des kurzzeitigen Öffnens in einen Fehlerzustand übergehen oder auch die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens aussetzen und eine Information hierzu bereitstellen, beispielweise über eine Anzeigeeinrichtung oder ein Netzwerk.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Zeitdauer der (letzten) Unterbrechung des Brennerbetriebes erfasst werden und die Zeitdauer der kurzzeitigen Unterbrechung an die erfasste Zeitdauer der (letzten) Unterbrechung des Brennerbetriebes angepasst werden. Beispielhaft könnte bei einer Zeitdauer der Unterbrechung von unter 5 bis 10 Minuten auf das kurzzeitige Öffnen des Gasventils verzichtet werden, da sich in diesem Zeitraum nur geringe Mengen Brenngas aus dem Gasventil verflüchtigt haben können.
  • In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass ein Massestrom (Verbrennungsluft, Brennstoff oder Gemisch aus beidem) auch einen Volumenstrom kennzeichnen kann und umgekehrt. So ist ein Massestrom in Kenntnis der Dichte und der Temperatur des Mediums einfach in einen Volumenstrom überführbar und umgekehrt.
  • 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. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Regel- und Steuergerät des Heizgerätes durchgeführt werden.
  • 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 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. Das Regel- und Steuergerät kann hierfür insbesondere mit der Fördereinrichtung, dem Gasventil und der Flammenüberwachung elektrisch verbunden sein. Auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes können für die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens relevante Daten hinterlegt werden, beispielsweise eine Zeitdauer des kurzzeitigen Öffnens des Gasventils und/oder ein Grenzwert des erfassten Massestromes Verbrennungsluft.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät. Bei dem Heizgerät kann es sich um ein Gasheizgerät, insbesondere um ein wasserstoffbetriebenes Gasheizgerät, handeln. Das Gasheizgerät kann einen Brenner, eine Fördereinrichtung und ein Gasventil aufweisen, wobei die Fördereinrichtung ein Verbrennungsgemisch aus Brenngas (Wasserstoff) und Verbrennungsluft dem Brenner zugführen 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 und dem Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier werden somit ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät und das Heizgerät zumindest dazu bei, eine erfolgreiche und sichere erste Inbetriebnahme oder ein Starten nach einer längeren Betriebsunterbrechung, des Brenners zu ermöglichen. Weiter vorteilhaft ist ein hier vorgeschlagenes Verfahren vollständig computerimplementiert durchführbar und erfordert somit keine baulichen Änderungen an einem Heizgerät.
  • 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,
    Fig. 2 und 3:
    Parameterverläufe während der Inbetriebnahme des Heizgerätes, und
    Fig. 4 a) bis d):
    Parameterverläufe die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann einen, in einer Brennkammer 8 angeordneten, Brenner 3 umfassen. Über eine Zuführung Verbrennungsluft 4, in der ein Durchflusssensor 16 angeordnet sein kann, kann Verbrennungsluft durch eine, insbesondere als Gebläse ausgebildete, Fördereinrichtung 2 angesaugt werden. Die Fördereinrichtung 2 kann mit einem Drehzahlregler 6 verbunden sein, der mittels eines pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals eine Drehzahl n der Fördereinrichtung 2 regeln kann. Ein Gasventil 5 kann dem angesaugten Massestrom Verbrennungsluft Brenngas aus einer Gaszuführung 14 zusetzen und ein Sicherheitsventil sowie ein Gasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Massestromes Brenngas umfassen. Das erzeugte Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 11 zum Brenner 3 strömen, und dort von einer Zündeinrichtung 12 entzündet werden. Der Brenner 3 kann eine Zylinderform aufweisen, die mit einer Grundfläche an einer Brennertür 15 derart befestigt sein kann, dass Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal in den Brenner 3 strömen kann. Die Verbrennungsprodukte können nach der Verbrennung über ein Abgasrohr 9 des Heizgerätes und eine Abgasanlage 10 nach Außen abgeleitet werden.
  • Das hier vorgeschlagenen Heizgerät 1 kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff eingerichtet sein. Zudem kann das Heizgerät 1 an bzw. in der Brennertür 15 eine (Vorrichtung zur) Flammenüberwachung 13 aufweisen, die beispielsweise als Sensor für von der Flamme emittierte UV- (Ultraviolett-) Strahlung ausgebildet sein kann.
  • Ein Regel- und Steuergerät 7 kann zur Regelung des Heizgerätes 1 eingerichtet sein. Hierfür kann dieses beispielsweise mit dem Drehzahlregler 6, der Fördereinrichtung 2, dem Gasventil 5, der Flammenüberwachung 13, der Zündeinrichtung 12 und dem Durchflusssensor elektrisch verbunden sein. Das Regel- und Steuergerät 7 kann zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein.
  • Die Fig. 2 veranschaulicht beispielhaft und schematisch einen Öffnungsvorgang eines Gasventils 5. Das Diagramm zeigt den Verlauf 17 einer am Gasventil 5 anliegenden Spannung U, gegeben in Volt [V], die ein Öffnen des Gassicherheitsventils des Gasventils 5 bewirken kann. Zudem wird ein zeitlicher Verlauf 18 eines Druckes P, gegeben in Millibar [mbar], der ein Maß für den ausströmenden Massestrom ṁGas ist. Zu einem ersten Zeitpunkt 22 kann eine Spannung U, gesteuert vom Regel- und Steuergerät 7, an das Gasventil 5 angelegt werden, wodurch sich das Gasregelventil öffnet und Brenngas in das Gasventil 5 einströmen kann. Nach einer Totzeit 19, in der kein Anstieg des Verlaufes 18 des Druckes P festgestellt werden kann beginnt zu einem zweiten Zeitpunkt 23 der Verlauf 18 des Druckes P anzusteigen. Nach Ablauf eines Anstiegszeitraumes 21 hat der Verlauf 18 des Druckes P zu einem dritten Zeitpunkt 24 einen Wert erreicht, der dem gewünschten Massestrom ṁGas entspricht. Der gesamte Zeitraum vom ersten Zeitpunkt 22 bis zum dritten Zeitpunkt 24 wird als Öffnungszeitraum 20 bezeichnet.
  • Fig. 3 zeigt in einem Balkendiagramm die Öffnungszeiten tO, gegeben in Sekunden [s], nach unterschiedlichen Zeiträumen der Unterbrechung des Brennerbetriebes des Heizgerätes 1 für zwei Startvorgänge N, wobei der zweite Startvorgang 37 nach Ablauf einer Spülzeit 34 im Anschluss an den ersten Startvorgang 36 erfolgt. Ein erster Balken 25 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 5 Minuten, ein zweiter Balken 26 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 15 Minuten, ein dritter Balken 27 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 30 Minuten, ein vierter Balken 28 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von einer Stunde, ein fünfter Balken 29 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von sechs Stunden und ein sechster Balken 30 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 64 Stunden. Gut erkennbar steigt die Öffnungszeit to mit steigerndem Zeitraum der Unterbrechung des Brennerbetriebes, so beträgt die Öffnungszeit des ersten Balkens 25 (nach einer Unterbrechung von 5 Minuten) 0,55 Sekunden und des sechsten Balkens 30 (nach einer Unterbrechung von 64 Stunden) 1 Sekunde und vergrößert sich somit fast um Faktor zwei. Bei der zweiten Inbetriebnahme 37 sind die genannten Unterschiede der Öffnungszeiten tO für die unterschiedlichen Zeiträume der Unterbrechung des Brennerbetriebes unwesentlich.
  • Fig. 4 a) bis d) zeigt beispielhaft und schematisch Parameterverläufe über die Zeit t, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können, nämlich in:
    • Fig. 4a) den Verlauf der Drehzahl n der Fördereinrichtung 2,
    • Fig. 4 b) den Verlauf einer Öffnungsstellung PosGas des Gassicherheitsventils des Gasventils 5,
    • Fig. 4 c) den Verlauf eines Massestromes Brenngas ṁGas, und
    • Fig. 4 d) den Verlauf einer Zündleistung Pz.
  • Die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens im Rahmen eines Startens des Heizgerätes 1 kann zu einem Startzeitpunkt 31 ein kurzzeitiges Öffnen 32 des Gasventils 5 einer Zeitdauer 32 stattfinden. Während des kurzzeitigen Öffnens 32 ist die Fördereinrichtung 2 außer Betrieb, die Drehzahl n in Fig. 4 a) beträgt 0. Das Gasventil 5 ist geöffnet (Fig. 4 b)) und es tritt ein sehr geringer Massestrom Brenngas ṁGas aus (Fig. 4 c)). Die Zündeinrichtung 12 kann während des kurzzeitigen Öffnens 32 in Betrieb sein (Fig. 4 d)), dies ist jedoch optional. Unmittelbar im Anschluss an das kurzzeitige Öffnen 32 kann die Fördereinrichtung 2 in Betrieb genommen werden und auf eine Startleistung/Startdrehzahl 38 angefahren werden (siehe Fig. 4 a)). Für einen verkürzten Spülzeitraum 33 verbleibt die Fördereinrichtung 2 auf Startdrehzahl 38, wobei das Gasventil 5 geschlossen ist und es tritt entsprechend kein Massestrom Brenngas ṁGas auf (Fig. 4 a) bis c)). Die Zündeinrichtung 12 ist gleichfalls außer Betrieb (Fig. 4 d)).
  • Im Anschluss an den verkürzten Spülzeitraum 33 kann eine reguläre Inbetriebnahme des Heizgerätes 1 erfolgen. Hierzu wird das Gasventil 5 für einen (ersten) Sicherheitszeitraum 35 geöffnet, während die Fördereinrichtung 2 auf Startdrehzahl 38 betrieben wird, so dass sich ein Massestrom Brenngas ṁGas entsprechend dem geförderten Massestrom Verbrennungsluft einstellt. Die Zündeinrichtung 12 ist während des gesamten Sicherheitszeitraumes 35 in Betrieb. Aufgrund der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Inbetriebnahme während des ersten Sicherheitszeitraumes 35 erfolgreich ist.
  • Gegebenenfalls können weitere reguläre Inbetriebnahmen bzw. Startvorgänge erfolgen. Hierzu kann nach Beendigung des ersten Sicherheitszeitraumes 35 sich ein regulärer Spülzeitraum 34 anschließen, um möglicherweise im Strömungsweg des Heizgerätes 1 verbliebenes Brenngas zu entfernen. Nunmehr kann erneut in einem Sicherheitszeitraum 35 das Gasventil 5 geöffnet und die Zündeinrichtung 12 in Betrieb genommen werden. Dies kann für weitere Versuche der Startvorgänge wiederholt werden, bis eine maximale Anzahl von Versuchen der Startvorgänge erreicht ist.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite",...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Fördereinrichtung
    3
    Brenner
    4
    Zuführung Verbrennungsluft
    5
    Gasventil
    6
    Drehzahlregler
    7
    Regel- und Steuergerät
    8
    Brennkammer
    9
    Abgasrohr
    10
    Abgasanlage
    11
    Gemischkanal
    12
    Zündeinrichtung
    13
    Flammenüberwachung
    14
    Gaszuführung
    15
    Brennertür
    16
    Durchflusssensor
    17
    Verlauf Spannung
    18
    Verlauf Druck
    19
    Totzeit
    20
    Anstiegszeitraum
    21
    Öffnungszeitraum
    22
    erster Zeitpunkt
    23
    zweiter Zeitpunkt
    24
    dritter Zeitpunkt
    25
    erster Balken
    26
    zweiter Balken
    27
    dritter Balken
    28
    vierter Balken
    29
    fünfter Balken
    30
    sechster Balken
    31
    Startzeitpunkt
    32
    kurzzeitiges Öffnen
    33
    verkürzter Spülzeitraum
    34
    regulärer Spülzeitraum
    35
    Sicherheitszeitraum
    36
    erste Inbetriebnahme
    37
    zweite Inbetriebnahme
    38
    Startdrehzahl/Startleistung

Claims (10)

  1. Verfahren zum Starten eines Heizgerätes (1), aufweisend eine Fördereinrichtung (2) zum Fördern eines Verbrennungsgemischs aus Brenngas und Verbrennungsluft zu einem Brenner (3), eine Zündeinrichtung (12) für das Verbrennungsgemisch und ein Gasventil (5), wobei vor dem Starten der Fördereinrichtung (2) ein kurzzeitiges Öffnen (32) des Gasventils (5) erfolgt, wodurch sich das Gasventil (5) mit Brenngas füllt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gasventil (5) einen integrierten Druckregler aufweist, der sich durch das kurzzeitige Öffnen (32) des Gasventils (5) mit Brenngas füllt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Heizgerät (1) eine pneumatische Gemischbildung aufweist und bei dem Gasventil (5) während des kurzzeitigen Öffnens (329 eine Offseteinstellung auf einen negativen Bereich eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem kurzzeitigen Öffnen des Gasventils (5) ein Massestrom Verbrennungsluft in einer Zuführung Verbrennungsluft (4) erfasst wird und bei einem Überschreiten eines Grenzwertes des Massestromes Verbrennungsluft durch den erfassten Massestrom Verbrennungsluft das kurzzeitige Öffnen (32) des Gasventils (5) ausgesetzt wird, bis ein Massestrom Verbrennungsluft unterhalb des Grenzwertes erfasst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zündeinrichtung (12) während des kurzzeitigen Öffnens (32) des Gasventils (5) in Betrieb ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zeitdauer des kurzzeitigen Öffnens (32) des Gasventils (5) maximal die Hälfte des regulären Sicherheitszeitraumes (35) für das Starten des Heizgerätes (1) beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Zeitraum seit der letzten Unterbrechung des Brennerbetriebes des Heizgerätes (1) erfasst wird und das kurzzeitige Öffnen des Gasventils (5) nicht durchgeführt wird, wenn der Zeitraum seit der letzten Unterbrechung des Brennerbetriebes unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.
  8. Regel- und Steuergerät (7) eingerichtet, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  9. Heizgerät (1), umfassend eine Fördereinrichtung (2) und ein Gasventil (5) sowie Mittel, die so angepasst sind, dass sie ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführen.
  10. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass ein Heizgerät (1) nach Anspruch 9 die Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.
EP23202368.9A 2022-10-17 2023-10-09 Verfahren zur inbetriebnahme eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät Active EP4357671B1 (de)

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