EP4556795A1 - Verfahren zum betreiben eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät Download PDF

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EP4556795A1
EP4556795A1 EP23215410.4A EP23215410A EP4556795A1 EP 4556795 A1 EP4556795 A1 EP 4556795A1 EP 23215410 A EP23215410 A EP 23215410A EP 4556795 A1 EP4556795 A1 EP 4556795A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion air
flow rate
heating device
fuel gas
heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23215410.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Nettingsmeier
Marvin Resch
Timo Krah
Regina Deisling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4556795A1 publication Critical patent/EP4556795A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N5/184—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
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    • F23N2005/181—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N2231/00—Fail safe
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heating device, a computer program, a control and regulating device and a heating device.
  • a large number of heating devices which burn a mixture of a fuel, in particular gas or hydrogen, and ambient air in a combustion chamber in order to generate heat to supply a building or to provide hot water.
  • Flashback refers to the spread of a flame from the burner toward the heater's mixture feed. This causes considerable noise pollution and can also lead to damage to the heater, for example, to a conveying device (a fan).
  • flame arresters can be used, which often cover the available flow cross-section, especially in the area between the burner and the mixture supply, and cannot be penetrated by a flame.
  • a heater with such a flame arrester is used, for example, in the DE10 2020 125 351 A1
  • the disadvantage of using a flame arrester is that it is expensive, especially since flame arresters that become clogged must be replaced regularly.
  • the object of the invention is to propose a method for operating a heater that at least partially overcomes the described problems of the prior art.
  • it is intended to enable robust operation of a heater and reliably prevent flashbacks.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a heating device and require no or only minor structural changes to a heating device.
  • a method for operating a heating device contributes to this, wherein the heating device has at least the following: a burner, to which a mixture of fuel gas and combustion air is supplied via a mixture channel by means of a conveying device, and a gas valve, designed to control a flow rate of fuel gas.
  • the method comprises that, upon detection of a drop in the flow rate of combustion air with a (currently determined) gradient below a specified limit value, the supplied mass flow of fuel gas is reduced for a (specified) stabilization period.
  • This procedure or test can be performed or activated continuously during the operation of a heater.
  • the procedure serves to ensure the safe operation of a heater and, in particular, to prevent flashbacks.
  • the heater is, in particular, a gas heater designed to burn a fuel gas, such as natural gas or, in particular, hydrogen, with the addition of ambient air (combustion air) and to generate thermal energy, for example, to heat a heat transfer medium in a heating circuit or to provide hot water.
  • a fuel gas such as natural gas or, in particular, hydrogen
  • ambient air combustion air
  • the heater can be a condensing boiler.
  • the heater typically has a conveying device or fan that can feed a mixture of fuel and combustion air to a burner arranged in a combustion chamber via a mixture duct (mixture gas duct, mixture feed). The combustion products can then be fed to an exhaust system through an exhaust duct of the heater.
  • the conveying device can have a controller, for example a speed controller of a conveying device designed as a fan, which controls a predetermined speed of the fan by means of a control signal, often a pulse width modulated (PWM) signal.
  • a controller for example a speed controller of a conveying device designed as a fan, which controls a predetermined speed of the fan by means of a control signal, often a pulse width modulated (PWM) signal.
  • PWM pulse width modulated
  • the burner may comprise at least one flat perforated plate or a perforated plate in cylindrical shape arranged between a burner cavity and the combustion chamber
  • the burner cavity can be connected to the mixture channel in such a way that combustion mixture can flow from the mixture channel through the burner cavity, exit the perforated plate and be burned there.
  • An ignition device can also be arranged in the region of the perforated plate, designed to ignite a mass flow of combustion mixture exiting through the perforated plate.
  • the burner can be arranged on a burner door of a combustion chamber of the heater.
  • the burner door can have a flow-through opening that can connect the mixture channel of the heater to the burner cavity.
  • a cylindrical burner can have a flange for attachment to the burner door, which can be connected to the burner door, for example by means of a screw connection.
  • a seal for example a high-temperature stable graphite seal, is usually arranged between the burner and the burner door.
  • the burner can comprise (at least) one flame arrester, which is designed and arranged in the burner cavity in such a way that combustion mixture flowing to the perforated plate must penetrate the flame arrester.
  • the flame arrester can cover the entire existing flow cross-section in the burner cavity, so that combustion mixture flowing to the perforated plate must penetrate the flame arrester.
  • the flame arrester in a cylindrical burner, can also be cylindrical with a largely constant distance from the perforated plate.
  • the flame arrester In a flat (planar) perforated plate, the flame arrester can also be flat and planar and arranged at a distance from the perforated plate in the burner cavity.
  • the burner and flame arrester can be designed as a unit.
  • the burner can be connected to the burner door via a seal made of graphite or a similar material.
  • the heater can adjust the burner output to meet demand, also known as modulation.
  • the modulation range of a heater refers to the output range within which the device can modulate. Through modulation, the heater's burner output is automatically and preferably continuously adjusted to the actual demand. This allows for longer running times, which reduces the heat generator's cycling and the strain on its components. In addition, the operational reliability and energy efficiency of the device are increased. The larger the modulation range of a heater, the more flexible the heat output. Gas condensing boilers can operate with a modulation range of 30 to 100% of the nominal output.
  • a control unit of the heater can adjust the heater fan output and thus the combustion air mass flow to the heat demand.
  • a control system adjusts the fuel mass flow to the changing combustion air mass flow.
  • the combustion air ratio is often adjusted, particularly by increasing the combustion air ratio.
  • the heater can have a gas valve, which can typically include a gas safety valve and a gas control valve.
  • the gas control valve can, in particular, be a stepper motor valve that can set a defined fuel gas mass flow.
  • the safety valve is intended to prevent the escape of unburned fuel gas and is released, for example, during a heater start-up process, only after the delivery system has reached a starting power suitable for the start-up process.
  • the heater can also have a flame monitor.
  • Various methods are known for this; in particular, reliable flame monitoring can be provided by detecting the ionization current of the flame.
  • this method cannot be used robustly for hydrogen-powered heaters.
  • Other methods are used for flame monitoring in hydrogen-powered heaters, for example, detecting the temperature of the flame and/or the UV (ultraviolet) radiation emitted by the flame.
  • Flame monitoring can be used to detect the presence of a flame or to control a lambda value (combustion air ratio, air number) of the combustion.
  • a (current) lambda value can be assigned to a flame monitoring signal (UV or temperature sensor) by incorporating reference values or a reference map (lambda control curve).
  • the heater's lambda is often controlled using a flame monitoring signal as the controlled variable.
  • a flame monitoring signal value corresponding to the target lambda can be determined and adjusted using a parameter that allows conclusions to be drawn about the combustion air flow rate, the flame monitoring signal, and a reference relationship.
  • Modern heaters often have a wide modulation range, for example, from 3.5 kW [kilowatts] to more than 20 kW. These heaters are advantageous for flexible use, and frequent switching on and off can be avoided.
  • the wide modulation range combined with the desire for rapid modulation to ensure high user comfort, leads to high modulation speeds, i.e., operating points with significant performance differences that must be reached within a short period of time.
  • an undershoot means a briefly significantly reduced lambda value until the control system detects this based on the flame monitoring signal and can correct it by influencing the gas valve.
  • a connection here can be seen in a delayed reaction of the gas valve to a reduced combustion air mass flow.
  • Such an undershoot can also occur due to disturbances, for example a temporarily reduced combustion air volume flow triggered by a gust of wind acting on the exhaust system.
  • the undershoot of the lambda value means a (temporarily) increased proportion of fuel gas in the combustion mixture supplied to the burner, which can lead to critical conditions in the heater, for example a flashback (backfire).
  • One idea of the invention is to ensure operational safety during operation of a heater by preventing such undershoots of the lambda value. For this purpose, a gradient of the combustion air flow rate can be determined. If the combustion air flow rate drops (decreases) with a gradient below a predetermined limit, the supplied fuel gas mass flow can be reduced for a stabilization period. To reduce the fuel gas mass flow, for example, the opening width of the gas control valve can be reduced.
  • a flow rate combustion air, fuel, or a mixture of both
  • combustion air combustion air, fuel, or a mixture of both
  • a mass flow can easily be converted into a volume flow, and vice versa, given knowledge of the density and temperature of the medium.
  • the specified limit value can be selected so that a critical condition of the heater (e.g., a flashback) occurs with sufficient or a predetermined probability.
  • the limit value can, for example, be determined on a reference heater using (laboratory) tests. As a rule, the limit value will be in a range from 1 kilowatt per second [kW/s] to 10 kW/s or (specified as a relative change in power) from 3 percent [%] of the heater's rated power per second [P/(P rated xt] / to 30 percent of the heater's rated power per second.
  • the combustion air flow rate can be measured using a flow sensor.
  • the flow sensor can, in particular, be a mass flow or volume flow sensor.
  • a flow sensor can be used that has a short measurement delay, i.e., requires only a very short period of time from a change in the flow rate to a corresponding change in the sensor signal.
  • the flow sensor can be a calorimetric flow sensor that outputs a signal for the differential pressure of the flow rate at a high frequency, for example, every 5 ms [milliseconds]. This signal can then be converted into a mass flow.
  • the flow rate and thus also the flow rate gradient can also be determined based on operating data of the heater.
  • This operating data can be, for example, a speed, power consumption, or a control signal from a controller of the conveying device.
  • the combustion air flow rate can be determined during a modulation process based on knowledge of the old and new modulation points, a gradient of the combustion air flow rate.
  • the fuel gas mass flow can be reduced by 0% to 50%, based on the fuel gas mass flow during normal operation.
  • the specific reduction required depends on the specific heater and the current modulation process or the intensity of any disturbances that occur, and can vary considerably.
  • the reduction required to compensate for an undershoot of the lambda value can also be determined in advance using laboratory tests.
  • the reduction in the fuel gas mass flow can cause a shift in the lambda value towards lean combustion between 0 and 1.
  • the reduction in the fuel gas mass flow can be achieved depending on the gradient of the decrease in the combustion air flow rate.
  • the reduction can be increased as the gradient of the decrease in the combustion air flow rate decreases.
  • the stabilization period can be in a range of 5 to 60 seconds. It has been shown that, within this range, undershoot due to modulation or disturbances can be compensated until the control system can correct the undershoot.
  • the stabilization time can be determined depending on the gradient of the decrease in the combustion air flow rate. For example, with a very small decrease gradient, a longer stabilization time can be selected to compensate for a stronger undershoot.
  • a control device for a heating device is also proposed, designed to carry out a method proposed here.
  • the control unit can, for example, have and/or be equipped with a processor.
  • the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the control unit).
  • the control unit can, in particular, be electrically connected to a conveying device and/or a flow sensor.
  • data acquired or required within the scope of implementing a method proposed here for example limit values for the gradient of the combustion air flow rate, can be stored in a memory of the control unit.
  • a heating device configured to combust a combustion mixture of combustion air and fuel gas.
  • the heating device can be a gas heater, in particular a hydrogen-powered gas heater.
  • the gas heater can have a burner and a conveying device with which a mixture of fuel (hydrogen) and combustion air can be supplied to the burner via a mixture channel.
  • the heating device can have a flame monitor, a signal from which can be used to regulate the lambda value of the combustion.
  • the heating device can also have further means adapted to carry out the steps of the method disclosed here.
  • the means can comprise a regulating and control device.
  • the heater may include a flow sensor in a combustion air supply for detecting the combustion air flow rate.
  • the flow sensor may be a particularly fast-measuring flow sensor capable of outputting a measurement signal at a measurement rate of approximately 5 ms (milliseconds) to 10 ms.
  • the heater can have a flow sensor in a combustion air supply, and a method proposed here can be implemented in a combustion lambda control system.
  • An evaluation unit for the flow sensor signal includes a differential element (differentiator) that determines a gradient of the combustion air flow rate. If the gradient falls below the limit value, this influences the target (opening) position of the gas valve, for example, via an integrator, and can cause it to drop (close) disproportionately.
  • an integrator of the I component of the controller can be used here.
  • a computer program is also proposed, which is configured to (at least partially) carry out a method presented here on a heating device proposed here.
  • this relates in particular to a computer program (product) comprising instructions which, when 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 a heating device proposed here.
  • 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 method for operating a heater, a computer program, a control device, and a heater which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the method for operating a heater, the computer program, the control device, and the heater at least contribute to preventing an undershoot of the combustion lambda value due to rapid modulations of the heater or (external) To compensate for faults and thus significantly increase the operational safety of a heater by effectively preventing flashbacks.
  • the invention can be implemented with no or only minor structural changes to a heater.
  • 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.
  • the burner 3 can have the shape of a hollow cylinder, wherein a burner cavity can be formed inside.
  • a flame arrester 12 can be aligned parallel to the surface of the burner 3 or concentrically to it and can cover the entire flow cross-section available in the burner cavity.
  • Combustion air can be sucked in via a combustion air supply 4 by a conveying device 2, in particular designed as a fan.
  • a flow sensor 21 can be arranged in the combustion air supply 4.
  • 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 air mass flow of combustion air and can comprise a safety valve and a gas control valve for controlling the mass flow of fuel gas to be added.
  • the generated combustion mixture of fuel gas and combustion air can flow via a mixture channel 11 to the burner 3 and be ignited there by the ignition device.
  • the burner 3 can have a cylindrical shape, the base of which can be attached to a burner door 15 in such a way that combustion mixture can flow from the mixture channel into the burner 3. Heat generated during combustion can be transferred via a heat exchanger 20 to a heating circuit 19, via whose heating flow 17 heat transfer medium of the heating circuit 19 can be supplied and returned to the heater 1 via a heating return 18. After combustion, the combustion products can be discharged to the outside via an exhaust pipe 9 of the heater 1 and an exhaust system 10 connected to the heater 1.
  • the heater 1 proposed here can be configured, in particular, for the combustion of hydrogen. Furthermore, the heater 1 can have a flame monitoring device 13 on or in the burner door 15, which in the example is designed as a sensor for UV (ultraviolet) radiation emitted by the flame.
  • a flame monitoring device 13 on or in the burner door 15 which in the example is designed as a sensor for UV (ultraviolet) radiation emitted by the flame.
  • a control and regulation device 7 can be configured 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, and a network 16 (Internet).
  • the control and regulation device 7 can be configured to implement a method proposed here.
  • Fig. 2 a) and b) show two curves of a lambda of the combustion of the combustion mixture supplied to the burner over time t after the effect of a disturbance 26.
  • a target lambda 22 corresponding to the modulation point and a limit lambda 23 are specified, below which a significant risk of flashback can occur.
  • Fig. 2 a) The curve of the lambda ⁇ combustion air is shown without including a method proposed here. Following the disturbance 26, the first curve 24 drops below the limit lambda 23 and thus a significant risk of flashback occurs.
  • the course can be kept above the limit lambda 23, the risk of flashback can be significantly reduced.
  • Fig. 3 shows a control system for implementing a method proposed here.
  • an evaluation unit 29 is integrated into a combustion control system 27 of the heater 1.
  • the combustion control 27 has a resistor 31 of a flame monitor 13 (for example, a hot surface ignitor (HSI) thereof) as well as a mass flow of combustion air 32, which can be detected by the flow sensor 21, as an input signal.
  • the flame monitor can also comprise a UV (ultraviolet) sensor, the signal of which could also be an input signal of the combustion control 27.
  • An output signal of the combustion control 27 can be a gas valve position 28, which can be transmitted to the gas valve 5.
  • the evaluation unit 29 can have the detected mass flow of combustion air 32 as an input signal and can comprise a D-element (also referred to as a differentiator) which forms a gradient of the detected mass flow of combustion air 32.
  • the signal can be filtered in the evaluation unit 29 and subjected to an influencing factor before the signal is transferred to a control unit 30 in which, at a gradient below a specified limit value influences the gas valve position 28, which can correspond to a reduction in the opening width of the gas valve 5.
  • the influencing factor can be used to The effect of the signal from the evaluation unit 29 on the gas valve position 28 to be set can be adjusted.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, quantities, or processes, and therefore do not necessarily prescribe any interdependence and/or sequence of these objects, quantities, or processes. Should a dependence and/or sequence be required, this is explicitly stated here or will be obvious to the person skilled in the art upon studying the specifically described embodiment. To the extent that 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 Betreiben eines Heizgerätes (1), das zumindest einen Brenner (3), dem ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal (11) mittels einer Fördereinrichtung (2) zugeführt wird, und ein Gasventil (5), dazu eingerichtet eine Durchflussmenge Brenngas zu steuern, aufweist, wobei bei dem Verfahren bei einem Erkennen eines Abfallens einer Durchflussmenge Verbrennungsluft mit einem Gradienten unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes der zugeführte Massestrom Brenngas für einen Stabilisierungszeitraum reduziert wird. Zudem werden ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät (7) sowie ein Heizgerät (1) angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät.
  • Es sind eine Vielzahl von Heizgeräten bekannt, die in einer Brennkammer ein Gemisch aus einem Brennstoff, insbesondere Gas oder Wasserstoff, und Umgebungsluft verbrennen, um Wärme zur Versorgung eines Gebäudes oder für eine Bereitstellung von Warmwasser zu gewinnen.
  • Durch eine zunehmende Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff steigt bei derartigen Heizgeräten das Risiko von Flammenrückschlägen. Eine Ursache hierfür liegt in der erheblich höheren Flammengeschwindigkeit von Wasserstoff gegenüber anderen Brennstoffen begründet. Ein Flammenrückschlag bezeichnet eine Ausbreitung einer Flamme vom Brenner in Richtung einer Gemischzuführung des Heizgerätes und sorgt dabei für erhebliche Geräuschbelastung und kann auch zu einer Beschädigung des Heizgerätes, beispielsweise einer Fördereinrichtung (eines Gebläses), führen.
  • Um Flammenrückschläge zu verhindern können Flammensperren eingesetzt werden, die häufig den verfügbaren Strömungsquerschnitt, insbesondere eines Bereiches zwischen Brenner und Gemischzuführung überdecken und von einer Flamme nicht durchdrungen werden können. Ein Heizgerät mit einer derartigen Flammensperre wird beispielsweise in der DE10 2020 125 351 A1 vorgestellt. Nachteilig ist der Einsatz einer Flammensperre aufwendig, insbesondere da sich regelmäßig zusetzende Flammensperren auszutauschen sind.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll ein robuster Betrieb eines Heizgerätes ermöglicht und Flammenrückschläge zuverlässig verhindert werden.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen, sowie keine oder nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät 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 Betreiben eines Heizgerätes bei, wobei das Heizgerät zumindest folgendes aufweist: einen Brenner, dem ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal mittels einer Fördereinrichtung zugeführt wird, und ein Gasventil, dazu eingerichtet eine Durchflussmenge Brenngas zu steuern. Das Verfahren umfasst, dass bei einem Erkennen eines Abfallens einer Durchflussmenge Verbrennungsluft mit einem (aktuell bestimmten) Gradienten unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes, der zugeführte Massestrom Brenngas für einen (vorgegebenen) Stabilisierungszeitraum reduziert wird.
  • Das Verfahren bzw. diese Prüfung kann während des Betreibens eines Heizgerätes permanent, dauerhaft durchgeführt werden bzw. aktiviert sein. Das Verfahren dient einem sicheren Betrieb eines Heizgerätes und insbesondere einem Vermeiden von Flammenrückschlägen.
  • Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät, das dazu eingerichtete ist, ein Brenngas, wie Erdgas oder insbesondere Wasserstoff unter Zufuhr von Umgebungsluft (Verbrennungsluft) 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 Fördereinrichtung bzw. ein Gebläse auf, die ein Gemisch von Brennstoff und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal (Gemischgaskanal, Gemischzuführung) einem in einer Brennkammer angeordneten Brenner zuführen kann. Die Verbrennungsprodukte können anschließend durch einen Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden.
  • Die Fördereinrichtung kann dabei einen Regler aufweisen, beispielsweise einen Drehzahlregler einer als Gebläse ausgebildeten Fördereinrichtung, der mittels eines Steuersignals, häufig ein pulsweitenmoduliertes (PWM-) Signal eine vorgegebene Drehzahl des Gebläses regelt.
  • Der Brenner kann mindestens ein flaches Lochblech oder ein Lochblech in Zylinderform umfassen, das zwischen einem Brennerhohlraum und der Brennkammer angeordnet ist. Der Brennerhohlraum kann derart mit dem Gemischkanal verbunden sein, dass Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal durch den Brennerhohlraum strömen, aus dem Lochblech austreten und dort verbrannt werden kann. Im Bereich des Lochbleches kann zudem eine Zündeinrichtung angeordnet sein, dazu eingerichtet, einen durch das Lochblech austretenden Massestrom Verbrennungsgemisch zu entzünden. Der Brenner kann an einer Brennertür einer Brennkammer des Heizgerätes angeordnet sein. Die Brennertür kann eine Durchströmungsöffnung aufweisen, die den Gemischkanal des Heizgerätes mit dem Brennerhohlraum verbinden kann. Ein Brenner in Zylinderform kann zur Befestigung an der Brennertür einen Flansch aufweisen, der beispielsweise mittels einer Schraubverbindung mit der Brennertür verbunden werden kann. Zwischen Brenner und Brennertür ist in der Regel noch eine Dichtung, beispielsweise eine hochtemperaturstabile Graphit- Dichtung angeordnet.
  • Der Brenner kann (mindestens) eine Flammensperre umfassen, die derart im Brennerhohlraum ausgebildet und angeordnet ist, dass zum Lochblech strömendes Verbrennungsgemisch die Flammensperre durchdringen muss. Mit anderen Worten kann die Flammensperre den gesamten vorhandenen Strömungsquerschnitt im Brennerhohlraum abdecken, so dass zum Lochblech strömendes Verbrennungsgemisch die Flammensperre durchdringen muss. So kann beispielhaft bei einem in einer Zylinderform ausgebildeten Brenner die Flammensperre gleichfalls in Zylinderform mit weitestgehend konstantem Abstand zum Lochblech ausgebildet sein. Bei einem flachen (ebenen) Lochblech kann entsprechend die Flammensperre gleichfalls flach und eben ausgebildet sein und beabstandet zum Lochblech im Brennerhohlraum angeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung können Brenner und Flammensperre als Einheit ausgebildet sein. Der Brenner kann über eine Dichtung aus Grafit oder aus einem ähnlichen Material an der Brennertür angebunden sein.
  • Das Heizgerät kann insbesondere die Brennerleistung an den Bedarf anpassen, auch als Modulieren bezeichnet. Der Modulationsbereich eines Heizgerätes bezeichnet die Leistungsbreite, in der das Gerät modulieren kann. Durch die Modulation wird die Brennerleistung des Heizgerätes automatisch und bevorzugt stufenlos an den tatsächlich benötigten Bedarf angepasst. Dies ermöglicht eine längere Laufzeit, womit das Takten des Wärmeerzeugers und die Belastung der Bauteile verringert wird. Zusätzlich werden die Betriebssicherheit und die Energieeffizienz des Gerätes erhöht. Je größer der Modulationsbereich eines Heizgerätes ist, desto flexibler erfolgt die Wärmeabgabe. Gas-Brennwertgeräte können mit einem Modulationsbereich von 30 bis 100% der Nennwertleistung arbeiten.
  • Hierzu kann bei einem Erkennen eines geänderten Wärmebedarfs, beispielsweise unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreises, ein Regel- und Steuergerät des Heizgerätes eine Leistung des Gebläses des Heizgerätes und damit den Massestrom Verbrennungsluft an den Wärmebedarf anpassen. Gleichzeitig passt eine Regelung den Brennstoffmassestrom an den sich ändernden Massestrom Verbrennungsluft an. Häufig wird zur Vermeidung von Flammenrückschlägen in niedrigen Leistungsbereichen das Verbrennungsluftverhältnis angepasst, insbesondere der Anteil Verbrennungsluft erhöht.
  • Das Heizgerät kann zur Steuerung des Massestromes Brenngas ein Gasventil aufweisen, das in der Regel ein Gassicherheitsventil und ein Gasregelventil umfassen kann. Das Gasregelventil kann dabei insbesondere ein Schrittmotorventil sein, dass einen definierten Massestrom Brenngas einstellen kann. Das Sicherheitsventil soll ein Austreten unverbrannten Brenngases verhindern und wird beispielsweise bei einem Startvorgang des Heizgerätes erst nach dem Anfahren der Fördereinrichtung auf eine, für den Startvorgang geeignete, Startleistung freigegeben.
  • Zudem kann das Heizgerät eine Flammenüberwachung aufweisen. Hierfür sind verschiedene Verfahren bekannt, insbesondere kann mittels einer Erfassung eines Ionisationsstromes der Flamme eine sichere Flammenüberwachung bereitgestellt werden. Mangels ausreichend freier Ladungsträger bei der Verbrennung von Wasserstoff kann dieses Verfahren jedoch für wasserstoffbetriebene Heizgeräte nicht robust eingesetzt werden. Zur Flammenüberwachung bei wasserstoffbetriebenen Heizgeräten kommen andere Verfahren zum Einsatz, beispielsweise das Erfassen einer Temperatur der Flamme und/oder die von der Flamme emittierten UV- (Ultraviolett-) Strahlung.
  • Die Flammenüberwachung kann zum Feststellen des Vorhandenseins einer Flamme als auch in die Regelung eines Lambdawertes (Verbrennungsluftverhältnis, Luftzahl) der Verbrennung eingesetzt werden. So kann unter Einbeziehung von Referenzwerten oder einem Referenzkennfeld (Lambda-Regelkurve) einem Signal der Flammenüberwachung (UV- oder Temperatursensor) ein (aktueller) Lambdawert zugeordnet werden. Häufig erfolgt eine Regelung des Lambdas des Heizgerätes mit einem Signal der Flammenüberwachung als Regelgröße. Hierzu kann anhand eines Parameters, der einen Rückschluss auf die Durchflussmenge Verbrennungsluft zulässt, dem Signal der Flammenüberwachung und ein Referenzzusammenhang ein dem Ziel-Lambda entsprechender Signalwert der Flammenüberwachung bestimmt und eingeregelt werden.
  • Moderne Heizgeräte weisen häufig einen großen Modulationsbereich auf, beispielsweise 3,5 kW [Kilowatt] bis mehr als 20 kW. Vorteilhaft sind diese Heizgeräte flexibel einsetzbar und ein häufiges An- und Ausschalten kann vermieden werden. Der große Modulationsbereich in Verbindung mit dem Wunsch einer schnellen Modulation, um einen hohen Nutzerkomfort zu gewährleisten, führt zu hohen Modulationsgeschwindigkeiten, also Betriebspunkten mit erheblichen Leistungsunterschieden, die innerhalb kurzer Zeit angefahren werden sollen.
  • Es wurde festgestellt, dass es insbesondere bei hohen Modulationsgeschwindigkeiten einer Minderung der Leistung zu einem Unterschwingen des Lambdawertes kommen kann. Ein Unterschwingen bedeutet hier ein kurzzeitig deutlich geminderter Lambdawert, bis die Regelung diesen anhand des Signals der Flammenüberwachung erkennt und durch Einwirkung auf das Gasventil beheben kann. Ein Zusammenhang hierbei kann in einer verzögerten Reaktion des Gasventils auf einen geminderten Massestrom Verbrennungsluft gesehen werden. Auch kann ein derartiges Unterschwingen aufgrund von Störungen eintreten, beispielsweise einem temporär geminderten Volumenstrom Verbrennungsluft ausgelöst durch einen auf die Abgasanlage wirkenden Windstoß. Das Unterschwingen des Lambdawertes bedeutet einen (temporär) erhöhten Anteil Brenngas in dem, dem Brenner zugeführten Verbrennungsgemisch, welches zu kritischen Zuständen des Heizgerätes, beispielsweise einem Flammenrückschlag (Rückzündung) führen kann.
  • Eine Idee der Erfindung besteht darin, die Betriebssicherheit beim Betreiben eines Heizgerätes durch ein Vermeiden derartigen Unterschwingens des Lambdawertes zu verhindern. Hierfür kann ein Gradient der Durchflussmenge Verbrennungsluft bestimmt werden, wobei bei einem Abfallen (Absinken) der Durchflussmenge Verbrennungsluft mit einem Gradienten unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes der zugeführte Massestrom Brenngas für einen Stabilisierungszeitraum reduziert werden kann. Zum Reduzieren des Massestromes Brenngas kann beispielsweise die Öffnungsweite des Gasregelventils gemindert werden.
  • In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass eine Durchflussmenge (Verbrennungsluft, Brennstoff oder Gemisch aus beidem) auch als Masse- oder Volumenstrom verstanden werden kann. So ist ein Massestrom in Kenntnis der Dichte und der Temperatur des Mediums einfach in einen Volumenstrom überführbar und umgekehrt.
  • Der vorgegebene Grenzwert kann dabei so gewählt sein, dass mit ausreichender oder einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit ein kritischer Zustand des Heizgerätes (beispielsweise ein Flammenrückschlag) eintritt. Der Grenzwert kann dabei beispielsweise an einem Referenzheizgerät mittels (Labor-)Versuchen ermittelt werden. In der Regel wird der Grenzwert in einem Bereich von 1 Kilowatt pro Sekunde [kW/s] bis 10 kW/s oder (angegeben als relative Leistungsänderung) von 3 Prozent [%] der Nennleistung des Heizgerätes pro Sekunde [P/(PNenn x t] / bis 30 Prozent der Nennleistung des Heizgerätes pro Sekunde liegen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Durchflussmange Verbrennungsluft mittels eines Durchflusssensors erfolgen. Der Durchflusssensor kann dabei insbesondere ein Massestrom- oder Volumenstromsensor sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Durchflusssensor eingesetzt werden, der eine kurze Verzögerung eines Messvorganges aufweist, also nur einen sehr kurzen Zeitraum von einer Änderung der Durchflussmenge bis zu einer entsprechenden Änderung des Sensorsignals benötigt. Bei dem Durchflusssensor kann es sich um einen kalorimetrischen Durchflusssensor handeln, welcher mit hoher Frequenz, beispielsweise alle 5 ms [Millisekunden], ein Signal für den Differenzdruck der Durchflussmenge ausgibt, der anschließend in einen Massestrom überführt werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Durchflussmenge und damit auch der Gradient der Durchflussmenge auch anhand von Betriebsdaten des Heizgerätes bestimmt werden. Diese Betriebsdaten können beispielweise eine Drehzahl, Leistungsaufnahme oder ein Steuersignal eines Reglers der Fördereinrichtung sein. Alternativ kann die Durchflussmenge Verbrennungsluft bei einem Modulationsvorgang in Kenntnis des alten und des neuen Modulationspunktes ein Gradient der Durchflussmenge Verbrennungsluft bestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Erkennen eines Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft mit einem Gradienten unterhalb eines Grenzwertes der Massestrom Brenngas um 0 % [Prozent] bis 50%, bezogen auf den Massestrom Brenngas im Normalbetrieb, reduziert werden. Dabei ist die konkret notwendige Reduktion abhängig von dem konkreten Heizgerät und dem aktuellen Modulationsvorgang bzw. der Intensität auftretender Störungen, und kann deutlich variieren. Auch die zur Kompensation eines Unterschwingens des Lambdawertes notwendige Reduktion kann im Vorfeld anhand von Laborversuchen festgestellt werden. Die Reduktion des Massestromes Brenngas kann dabei eine Verschiebung des Lambdawertes in Richtung einer mageren Verbrennung zwischen 0 und 1 bewirken.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Reduzieren des Massestromes Brenngas in Abhängigkeit des Gradienten des Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft erfolgen. Mit anderen Worten kann die Reduktion mit sinkendem Gradienten des Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft gesteigert werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Stabilisierungszeitraum in einem Bereich von 5 bis 60 Sekunden liegen. Es hat sich gezeigt, dass in diesem Bereich ein Unterschwingen aufgrund von Modulation oder Störungen kompensiert werden kann bis die Regelung das Unterschwingen ausregeln konnte.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Stabilisierungszeit in Abhängigkeit des Gradienten des Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft bestimmt werden. So kann beispielsweise bei einem sehr geringen Gradienten des Abfallens eine längere Stabilisierungszeit gewählt werden, um ein stärkeres Unterschwingen zu kompensieren.
  • 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 einer Fördereinrichtung und/ oder einem Durchflusssensor elektrisch verbunden sein. Zudem können auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes im Rahmen der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens erfasste oder benötigte Daten hinterlegt werden, beispielsweise Grenzwerte für den Gradienten der Durchflussmenge Verbrennungsluft.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Verbrennung eines Verbrennungsgemisches aus Verbrennungsluft und Brenngas. Bei dem Heizgerät kann es sich um ein Gasheizgerät, insbesondere um ein wasserstoffbetriebenes Gasheizgerät, handeln. Das Gasheizgerät kann einen Brenner und eine Fördereinrichtung aufweisen, mit der ein Gemisch aus Brennstoff (Wasserstoff) und Verbrennungsluft dem Brenner über einen Gemischkanal zugeführt werden kann. Das Heizgerät kann eine Flammenüberwachung aufweisen, wobei ein Signal derselben zur Regelung des Lambdawertes der Verbrennung genutzt werden kann. Das Heizgerät kann zudem weitere Mittel aufweisen, die so angepasst sind, dass sie die Schritte des hier offenbarten Verfahrens ausführen. Die Mittel können ein Regel- und Steuergerät umfassen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Heizgerät einen Durchflusssensor in einer Zuführung Verbrennungsluft zum Erfassen der Durchflussmenge Verbrennungsluft umfassen. Insbesondere kann der Durchflusssensor ein besonders schnell messender Durchflusssensor sein, der ein Messsignal mit einer Messrate von ca. 5 ms [Millisekunden] bis 10 ms ausgeben kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann das Heizgerät einen Durchflusssensor in einer Zuführung Verbrennungsluft aufweisen und ein hier vorgeschlagenes Verfahren in eine Regelung des Lambdas der Verbrennung implementiert sein, wobei eine Auswerteeinheit des Signals des Durchflusssensors ein D-Glied (Differenzierer) umfasst, das einen Gradienten der Durchflussmenge Verbrennungsluft bestimmt. Insofern der Gradient den Grenzwert unterschreitet, nimmt dieser z. B. über einen Integrator Einfluss auf die Soll(öffnungs-)position des Gasventils und kann diese überproportional sinken (schließen) lassen. Hierbei kann bspw. ein Integrator vom I-Anteil des Reglers verwendet werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens auf einem hier vorgeschlagenen Heizgerät 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 eines hier vorgeschlagenen 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.
  • 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, ein Unterschwingen des Lambdawertes der Verbrennung aufgrund von schnellen Modulationen des Heizgerätes oder (externen) Störungen zu kompensieren und damit die Betriebssicherheit eines Heizgerätes deutlich zu erhöhen, indem Flammenrückschläge wirkungsvoll verhindert werden können.
  • Zudem kann die Erfindung ohne oder nur mit geringen baulichen Änderungen an einem Heizgerät umgesetzt werden.
  • 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:
    Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können, und
    Fig. 3:
    eine Regelung zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann einen in einer Brennkammer 8 angeordneten Brenner 3 umfassen. Der Brenner 3 kann die Form eines Hohlzylinders aufweisen, wobei im Inneren ein Brennerhohlraum ausgebildet sein kann. Im Brennerhohlraum kann eine Flammensperre 12 parallel zur Oberfläche des Brenners 3 bzw. konzentrisch zu dieser ausgerichtet sein und den gesamten im Brennerhohlraum zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt abdecken.
  • Über eine Zuführung Verbrennungsluft 4 kann Verbrennungsluft durch eine Fördereinrichtung 2, insbesondere als Gebläse ausgebildet, angesaugt werden. In der Zuführung Verbrennungsluft 4 kann ein Durchflusssensor 21 angeordnet sein. 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 Luftmassenstrom Verbrennungsluft Brenngas aus einer Gaszuführung 14 zusetzen und ein Sicherheitsventil sowie ein Gasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Massestromes Brenngas umfassen. Das erzeugte Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 11 zum Brenner 3 strömen und dort von der Zündeinrichtung 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. Bei der Verbrennung entstehende Wärme kann über einen Wärmtauscher 20 auf einen Heizkreis 19 übertragen werden, über dessen Heizungsvorlauf 17 Wärmeträger des Heizkreises 19 zugeführt und über einen Heizungsrücklauf 18 zum Heizgerät 1 rückgeführt werden kann. Die Verbrennungsprodukte können nach der Verbrennung über ein Abgasrohr 9 des Heizgerätes 1 und eine mit dem Heizgerät 1 verbundene 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 im Beispiel als Sensor für von der Flamme emittierte UV- (Ultraviolett-) Strahlung ausgebildet ist.
  • 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 und einem Netzwerk 16 (Internet) elektrisch verbunden sein. Das Regel- und Steuergerät 7 kann zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein.
  • Fig. 2 a) und b) zeigen zwei Verläufe eines Lambdas der Verbrennung des dem Brenner zugeführten Verbrennungsgemisches über die Zeit t nach Einwirkung einer Störung 26. Dabei wird ein dem Modulationspunkt entsprechendes Ziel-Lambda 22 und ein Grenzlambda 23 angegeben, dessen Unterschreiten zu einem erheblichen Risiko eines Flammenrückschlages führen kann. In Fig. 2 a) wird der Verlauf des Lambda λ Verbrennungsluft ohne Einbeziehung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens gezeigt. Im Anschluss an die Störung 26 fällt der erste Verlauf 24 unter das Grenzlambda 23 ab und somit tritt ein deutliches Risiko eines Flammenrückschlages ein. Demgegenüber kann in Fig. 2 b) beim zweiten Verlauf 25 unter Einbeziehung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens im Anschluss an die Störung 26 der Verlauf über dem Grenzlambda 23 gehalten werden, das Risiko eines Flammenrückschlages kann erheblich gemindert werden.
  • Fig. 3 zeigt eine Regelung zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Hierzu ist eine Auswerteeinheit 29 in eine Verbrennungsregelung 27 des Heizgerätes 1 integriert. Die Verbrennungsregelung 27 hat einen Widerstand 31 einer Flammenüberwachung 13, (beispielsweise eines Hot-Suface-Ignitors (HSI) derselben, sowie einen Massestrom Verbrennungsluft 32, der von dem Durchflusssensor 21 erfasst sein kann, als Eingangssignal. Klarstellend wird angemerkt, dass die Flammenüberwachung auch einen UV-(Ultraviolett-)Sensors umfassen kann, dessen Signal gleichfalls Eingangssignal der Verbrennungsregelung 27 sein könnte. Ein Ausgangssignal der Verbrennungsregelung 27 kann eine Gasventilposition 28 sein, die dem Gasventil 5 übertragen werden kann. Die Auswerteeinheit 29 kann den erfassten Massestrom Verbrennungsluft 32 als Eingangssignal haben und ein D-Glied (auch als Differenzierer bezeichnet) umfassen, das einen Gradienten des erfassten Massestromes Verbrennungsluft 32 bildet. Zudem kann in der Auswerteeinheit 29 das Signal gefiltert und mit einem Einflussfaktor beaufschlagt werden, bevor das Signal einer Regelungseinheit 30 übergeben wird in der dieses bei einem Gradienten unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes eine Beeinflussung der Gasventilposition 28 bewirkt, die einer Minderung der Öffnungsweite des Gasventils 5 entsprechen kann. Über den Einflussfaktor kann hierbei die Auswirkung des Signals der Auswerteeinheit 29 auf die einzustellende Gasventilposition 28 eingestellt werden.
  • 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
    Flammensperre
    13
    Flammenüberwachung
    14
    Gaszuführung
    15
    Brennertür
    16
    Netzwerk
    17
    Heizungsvorlauf
    18
    Heizungsrücklauf
    19
    Heizkreis
    20
    Wärmetauscher
    21
    Durchflusssensor
    22
    Ziel-Lambda
    23
    Grenzlambda
    24
    erster Verlauf
    25
    zweiter Verlauf
    26
    Störung
    27
    Verbrennungsregelung
    28
    Signal Gasventilposition
    29
    Auswerteeinheit
    30
    Regelungseinheit
    31
    Widerstand Flammenüberwachung
    32
    Massestrom Verbrennungsluft

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (1), zumindest aufweisend einen Brenner (3), dem ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal (11) mittels einer Fördereinrichtung (2) zugeführt wird, und ein Gasventil (5), dazu eingerichtet eine Durchflussmenge Brenngas zu steuern, wobei bei einem Erkennen eines Abfallens einer Durchflussmenge Verbrennungsluft mit einem Gradienten unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes der zugeführte Massestrom Brenngas für einen Stabilisierungszeitraum reduziert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Erfassen einer Durchflussmenge Verbrennungsluft mittels eines Durchflusssensors (21) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Durchflussmenge anhand von Betriebsdaten des Heizgerätes (1) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Massestrom Brenngas von 0 % [Prozent] bis 50 %, bezogen auf den bei Normalbetrieb vorgesehenen Massestrom Brenngas reduziert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Reduzieren des Massestromes Brenngas in Abhängigkeit des Gradienten des Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stabilisierungszeitraum von 5 bis 60 Sekunden beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stabilisierungszeit in Abhängigkeit des Gradienten des Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft bestimmt wird.
  8. Heizgerät (1), umfassend einen Brenner (3), eine Fördereinrichtung (2), ein Gasventil (5), Regelung eines Lambdas der Verbrennung mittels einer Flammenüberwachung (13) und Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  9. Heizgerät (1) nach Anspruch 8, wobei das Heizgerät (1) einen Durchflusssensor (21) in einer Zuführung Verbrennungsluft (4) aufweist und ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in eine Regelung des Lambdas der Verbrennung implementiert ist, wobei eine Auswerteeinheit (29) des Signals des Durchflusssensors (21) ein D-Glied (Differenzierer) umfasst, das einen Gradienten der Durchflussmenge Verbrennungsluft bestimmt.
  10. Regel- und Steuergerät (7), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  11. Computerprogramm, umfassend Befehle, die ein Heizgerät (1) nach Anspruch 8 oder 9 dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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