WO2019091612A1 - Method for controlling a combustion-gas operated heating device - Google Patents

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WO2019091612A1
WO2019091612A1 PCT/EP2018/071669 EP2018071669W WO2019091612A1 WO 2019091612 A1 WO2019091612 A1 WO 2019091612A1 EP 2018071669 W EP2018071669 W EP 2018071669W WO 2019091612 A1 WO2019091612 A1 WO 2019091612A1
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gas
air
volume flow
mixture
ionization
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PCT/EP2018/071669
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French (fr)
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Enno Jan Vrolijk
Jan Dannemann
Hartmut Hennrich
Jens Hermann
Hans-Joachim Klink
Stephan Wald
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Ebm-Papst Landshut Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/06—Sampling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/20—Calibrating devices

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a fuel gas operated heater.
  • WO2006 / 000366A1 The expert also knows a combustion control according to the so-called SCOT method, in which the control of the amount of air supplied to the burner of the heater takes place in accordance with the burner output.
  • SCOT method a flame signal measurement is carried out by means of an ionization sensor and the gas-air mixture to one in a characteristic curve stored setpoint ionization measured value regulated.
  • the SCOT method it is disadvantageous that the flame signal drops sharply at low burner outputs and the control therefore becomes unreliable.
  • the adaptation effort, in particular for adjusting the burner geometry is high and the burner power can only be determined inaccurately on the fan speed of the air flow for the gas-air mixture supplying blower.
  • a problem of the control methods is also that different types of gas, e.g. Natural gas or LPG, as well as gas qualities are used.
  • the parameters of the control method must be adapted to the type of gas or gas quality, otherwise the combustion will be unclean.
  • the number of air differs in practice preferably at different burner performance points and in different gas families (eg natural gas or LPG).
  • this relationship is stored in the form of power-dependent ⁇ -characteristic curves in the control unit. Automatic selection of the correct characteristic requires automatic gas detection.
  • the calorific value of the different gases corresponds approximately to the value of the air requirement L. This relationship is used for the pilot control of the modulating combustion air blower to a desired burner performance. Since all gases change their volume under different temperatures and pressures, the conditions listed above only apply under the same pressure and temperature conditions.
  • the invention has for its object to provide a gasartunplies method for controlling a fuel gas heater.
  • the gas type and its control parameters to the specific gas type.
  • a method for controlling a fuel gas fired heater using an ionization setpoint power curve, wherein a gas volumetric flow delivered via a gas supply and an air volumetric flow supplied via a fan are mixed to form a gas-air mixture and with an air ratio based on a desired burner output ⁇ are fed to a burner of the heater.
  • the air ratio ⁇ is monitored by means of a lonisationsmessvon a burner flame of the burner.
  • a plausibility check in which an ionization measurement signal of the ionization measurement method is evaluated, and in the case of a deviation from an ionization measurement signal setpoint, a mixture calibration of the gas-air mixture takes place.
  • the mixture calibration is carried out by an ionisationsstromregelung in which the air ratio ⁇ of the gas-air mixture is adjusted to a value Aj 0n -max, in which a maximum ionisationsmesssignal on an ionization onionselectrode the ionization in the burner flame is reached. From the maximum ionization measurement signal an ionization signal setpoint for the air ratio ⁇ is calculated in a calibration point and then the air ratio ⁇ -max is adjusted to a desired air ratio A S0 n until the ionization measurement signal corresponds to the calculated ionisation signal setpoint.
  • the control of the burner power of the respective heat demand request is made to the heater.
  • the required amount of air is changed by the speed-controlled fan of a control unit.
  • the fan speed essentially corresponds to the air volume flow.
  • the supplied gas volume flow is varied by an electrically modulated gas actuator or gas valve and measured by a gas mass flow sensor.
  • the regulation of the gas volume flow also takes place via the control unit.
  • the blower is preferably designed as a premixing blower for mixing gas and air, so that the blower delivers a mixture volume flow to the burner.
  • the gas-air mixture control is based on the continuous detection of the air flow through a
  • the parameters influencing optimum combustion are Parameters such as gas type, gas quality, exhaust system, heater assemblies such as the check valves in front of the burner or the heat exchanger work in the desired manner. Any change in these parameters affects the gas-air ratio and hence the ionization measurement signal. This in turn can be detected.
  • the mixture calibration according to the invention makes it possible to adapt the air ratio ⁇ and the conversion of the heater into the optimum combustion, taking into account the parameters influencing the combustion.
  • the values of the air demand value L are known for each gas as described above.
  • the gas type determination can thus be detected automatically via the mixture calibration and stored in the control unit of the heater.
  • the control unit can then use laboratory-technically predefined control characteristics for the corresponding gas type, in particular the corresponding ionization setpoint power curve, for further control.
  • an advantageous embodiment of the method provides for adjusting the ionization setpoint power characteristic by the mixture calibration over an entire power range of the heater if the ionization measurement signal is above a defined threshold value of an ionization measurement signal.
  • Setpoint deviates.
  • the adaptation of the ionization setpoint power characteristic is carried out over its entire course by the ratio recorded at the calibration point of the mixture calibration.
  • the new ionization setpoint power curve is then stores. After the mixture calibration, the gas and air quantity along the stored characteristic with the corresponding power-dependent air ratio and the newly set air demand value L are controlled.
  • the air ratio ⁇ is adjusted by changing the gas volume flow or gas mass flow until the ionization measurement signal corresponds to the calculated ionization signal setpoint. This is possible via the control of the gas actuator in a simple and very accurate manner. In addition, the actual gas mass flow can be adjusted directly via the gas mass flow sensor.
  • the mixture calibration can be run in a long version and in a short version.
  • initially a mixture volume flow is generated at a fixed fan speed and the associated air volume flow is detected.
  • a maximum value of the ionization signal is determined immediately and from this a new ionization setpoint for a known one is determined and adjusted. From the gas and air quantity regulated in this operating point, the air requirement is determined and used for the further mixture control.
  • the associated desired ionization setpoint value is determined via the ionization setpoint power characteristic curve.
  • the ionisationsstromsignal is measured by the control unit and compared with the currently stored characteristic value. Subsequently, the ionization current control steps are run through and the ionization setpoint power curve is adjusted and stored as described above. In this case, only in exceptional cases, the lonisationssignalmaximum must be determined.
  • the mixture calibration is preferably carried out at a power point of the heater, which corresponds to a range of 50-70% of its aximal essence or the burner power.
  • the method comprises a running time measurement for checking the correct function of the gas mass sensor.
  • a running time measurement for checking the correct function of the gas mass sensor.
  • an amount of the supplied gas volume flow is actively varied via activation of the gas actuator or gas valve and the transit time between the activation and the detection of the gas volume variation on the gas mass sensor is compared with a predefined transit time reference value.
  • the gas valve position can be increased or reduced with the variation by one pulse, one oscillation or an actual value jump.
  • the runtime setpoint is determined in advance by laboratory tests. If the running time is above a limit value, there is a gas sensor fault and the heater is put into an emergency operation, for example with limited modulation.
  • the method in one embodiment comprises a transit time measurement for determining the gas-air mixture volume flow.
  • the amount of the supplied gas volume flow is actively varied and the transit time between the activation and a change of the ionization measurement signal and optionally additionally the amount and type of change of the ionization measurement signal is detected.
  • the measured runtime will be followed by a laboratory-technically predetermined transit-time flow characteristic compared. If the effect on the ionization measurement signal is too low due to the gas volume flow change, or if the ionization measurement signal changes in the wrong direction, the heater is switched to emergency mode. If the effect is in the tolerance range, the mixture volume flow is determined from the runtime comparison via a laboratory table.
  • the transit time measurement is repeated at predetermined time intervals.
  • a plausibility check of a sufficient air volume flow is constantly implemented over the entire performance range.
  • the fan speed is plausibility safety.
  • the transit time measurement can be used to perform a combustion air calculation in accordance with the stationarily recorded values at different power points. This allows the internally stored characteristic curve for combustion air calculation to be corrected dynamically.
  • the method further provides that the actual air volume flow is calculated from a difference between the set air volume flow and the mixture volume flow determined over the transit time measurement and optionally a measured temperature of the air volume flow.
  • the method provides that the fan speed and a resulting desired air volume flow from it are continuously adjusted with the actual air volume flow.
  • the control unit switches off the heater and issues an alarm message.
  • the method comprises the integration of the mixture calibration into a start-up procedure for a cold start of the heater. Ignition tests of the gas-air mixture are carried out until a burner flame is detected via the ionization measurement. The present at the time of ignition gas mass flow is kept constant and stored in the control unit.
  • the starting air requirement L s tart is determined from the ratio of the gas volume flow to the air volume flow taken from the fan characteristic and corresponding to the ignition speed, and the gas type is determined therefrom as described above.
  • the starting point for the next burner start is determined from the stored gas mass flow and the ignition range.
  • Fig. 1 shows a schematic structure of a heater
  • FIG. 2 shows a sequence of the mixture calibration in the short version
  • FIG. 3 shows a sequence of the mixture calibration in the long version.
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a heater 100 for carrying out the control method with a modulating premix blower 5, which sucks in ambient air a and mixes it with gas.
  • the gas is supplied to the premix blower 5 via a gas line in which a gas safety valve 1, an example of a motor M controllable gas valve 2 and a gas mass sensor 3 are arranged.
  • the gas inlet pressure d is adjusted to the gas control pressure c.
  • the mixture After mixing with ambient air, the mixture has the mixture pressure b.
  • an optional check valve 6 is provided in the embodiment shown.
  • the mixture then has the burner pressure e. This is followed by the burner 28 with the ionization electrode 7 arranged in the burner flame and a siphon 10 connected to the burner housing.
  • the heat exchanger 18 is arranged.
  • the exhaust system follows with the exhaust flap 8.
  • the exhaust gas pressure prevails f.
  • FIG. 2 shows the sub-process of the mixture calibration of the control method in the short version.
  • step 601 the fan speed n of the premix blower 5 is controlled to a fixed value via the control unit 9 and the actual air volume flow vL-ist is calculated by means of the above-described transit time measurement in step 300.
  • step 612 the ionization current control is carried out at a defined air volume flow vL-ist by the gas quantity being increased until a maximum ionization measurement signal (lo-max) is reached.
  • the ionisation signal setpoint (lo-soll, lo-neu) for the desired air ratio ⁇ is calculated from the maximum ionization measurement signal and then the gas quantity is regulated in step 615 until the ionization measurement signal corresponds to the calculated ionisation signal setpoint lo-soll.
  • the gas mass flow resulting in the new operating point is gas-is used in step 617 using the air-number power curve and thus the air ratio ⁇ 30 [ ⁇ , the Air volume flow vL and the current burner power the air demand value to calculate and on the air demand value L to determine the type of gas.
  • the ionization calibration in the short version occurs with every mixture calibration.
  • FIG. 3 shows the partial process of the mixture calibration of the control method in the long version.
  • step 601 the fan speed n of the premix blower 5 is controlled to a fixed value via the control unit 9 and the actual air volume flow vL-ist is calculated. Subsequently, in step 605, the determination of the ionization signal setpoint lo-soll is carried out using the ionization setpoint value.
  • the ionization current at the ionization electrode 7 is measured by the control unit 9 in an ionization measurement method and compared with the characteristic value. If the values agree, the measured ionization current is used for further mixture calibration. If the deviation of the comparison values is greater than a predefined threshold value, the ionization setpoint power characteristic curve is calibrated by increasing the gas quantity until the maximum ionization measurement signal lo-max is reached under step 612 at a defined air volume flow vL-ist. From the maximum ionization measurement signal, the ionization signal setpoint 624 (lo-soll) for the desired air ratio ⁇ (at 625) is calculated. According to step 613, the original ionization setpoint power characteristic lo-old over its entire power range is corrected lo-new by the ratio detected at the calibration point of mixture calibration to the new ionization setpoint power curve. The new ionization setpoint
  • Performance curve lo-new is stored in the memory of the control unit 9.
  • the amount of gas is controlled until the ionisationsmesss-ig- corresponds to the calculated ionization signal setpoint lo-soll.

Abstract

The invention relates to a method for controlling a combustion-gas operated heating device using an ionization desired value power characteristic curve, wherein the method comprises a plausibility check and a mixture calibration.

Description

Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes  Method for controlling a fuel gas operated heater
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes. The invention relates to a method for controlling a fuel gas operated heater.
Gattungsbildende Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Offenbarung gemäß der Druckschrift Generic processes are known from the prior art, for example from the disclosure according to the document
WO2006/000366A1. Auch kennt der Fachmann eine Verbrennungsregelung nach dem sog. SCOT-Verfahren, bei dem die Steuerung der dem Brenner des Heizgerätes zugeführte Luftmenge entsprechend der Brennerleistung erfolgt. Dabei wird eine Flammensignalmessung mittels eines lonisations- sensors durchgeführt und das Gas-Luftgemisch auf einen in einer Kennlinie hinterlegten Soll-Ionisationsmesswert geregelt. Beim SCOT- Verfahren ist jedoch nachteilig, dass bei kleinen Brennerleistungen das Flammensignal stark absinkt und die Regelung damit unzuverlässig wird. Zudem ist der Adaptionsaufwand, insbesondere zur Anpassung der Brennergeometrie hoch und die Brennerleistung kann nur ungenau über die Gebläsedrehzahl eines den Luftvolumenstrom für das Gas-Luft-Gemisch liefernden Gebläses bestimmt werden. WO2006 / 000366A1. The expert also knows a combustion control according to the so-called SCOT method, in which the control of the amount of air supplied to the burner of the heater takes place in accordance with the burner output. In this case, a flame signal measurement is carried out by means of an ionization sensor and the gas-air mixture to one in a characteristic curve stored setpoint ionization measured value regulated. However, in the case of the SCOT method, it is disadvantageous that the flame signal drops sharply at low burner outputs and the control therefore becomes unreliable. In addition, the adaptation effort, in particular for adjusting the burner geometry is high and the burner power can only be determined inaccurately on the fan speed of the air flow for the gas-air mixture supplying blower.
Eine Problematik der Regelungsverfahren liegt zudem darin, dass für die Verbrennung unterschiedliche Gasarten, z.B. Erdgas oder Flüssiggas, sowie Gasqualitäten zum Einsatz kommen. Die Parameter des Regelungsverfahrens müssen auf die Gasart bzw. Gasqualität angepasst werden, da die Verbrennung andernfalls unsauber abläuft. A problem of the control methods is also that different types of gas, e.g. Natural gas or LPG, as well as gas qualities are used. The parameters of the control method must be adapted to the type of gas or gas quality, otherwise the combustion will be unclean.
Für Regel ungsverfahren der vorliegenden Art gilt, dass die Luftzahl λ in der Technik das Verhältnis zwischen Luft und Gas bestimmt, wobei beispielswei- se eine Luftzahl λ=1 ,3 einem Luftüberschuss von 30% entspricht. Ein für ein bestimmtes Gas erforderlicher Luftbedarf L ist abhängig von der Gasbeschaffenheit, wobei beispielhafte Werte für Propan: L= ca. 30, Erdgas aus der Gruppe H: L= ca. 10 und Erdgas aus der Gruppe L: L= ca. 8 sind. Die Luft- zahl ist in der Praxis vorzugsweise bei verschiedenen Brennerleistungspunk- ten und bei verschiedenen Gasfamilien (z.B. Erdgas oder Flüssiggas) unterschiedlich. In der Regel wird dieser Zusammenhang in Form von leistungsabhängigen λ-Kennlinien im Steuergerät abgespeichert. Zur automatischen Auswahl der richtigen Kennlinie ist eine automatische Gasarterkennung nötig. Der zu einem definierten Gas-Luftgemisch erforderliche Luftvolumen- ström vL berechnet sich aus dem Gasvolumenstrom vG multipliziert mit dem Luftbedarf L multipliziert mit der Luftzahl: vL= vG * L * λ. Der Brennwert der unterschiedlichen Gase entspricht näherungsweise dem Wert des Luftbedarfes L. Dieser Zusammenhang wird zur Vorsteuerung des modulierenden Verbrennungsluftgebläses auf eine gewünschte Brennerleistung genutzt. Da alle Gase unter unterschiedlichen Temperaturen und Drü- cken ihr Volumen verändern, gelten die oben aufgeführten Bedingungen nur bei gleichen Druck- und Temperaturbedingungen. Bei den in der Praxis jedoch abweichenden Bedingungen für Gas und Luft muss zur Regelung des Verbrennungsprozess entweder der jeweilige Massenstrom oder entsprechend korrigierte Volumenströme zugrunde gelegt werden (Beispiel: bei 30 K Temperaturerhöhung dehnt sich Luft um 10% aus, ohne dass mehr Luftmoleküle am Verbrennungsprozess beteiligt wären, so dass ohne Korrektur die Luftzahl um 10% sinken würde). For control method of the present type, the air ratio λ in the art determines the ratio between air and gas, for example, where an air ratio λ = 1, 3 corresponds to an excess of air of 30%. An air requirement L required for a particular gas depends on the gas composition, exemplary values for propane: L = approx. 30, natural gas from the group H: L = approx. 10 and natural gas from the group L: L = approx , The number of air differs in practice preferably at different burner performance points and in different gas families (eg natural gas or LPG). As a rule, this relationship is stored in the form of power-dependent λ-characteristic curves in the control unit. Automatic selection of the correct characteristic requires automatic gas detection. The air volume flow vL required for a defined gas / air mixture is calculated from the gas volume flow vG multiplied by the air requirement L multiplied by the air ratio: vL = vG * L * λ. The calorific value of the different gases corresponds approximately to the value of the air requirement L. This relationship is used for the pilot control of the modulating combustion air blower to a desired burner performance. Since all gases change their volume under different temperatures and pressures, the conditions listed above only apply under the same pressure and temperature conditions. However, in the case of gas and air conditions that differ in practice, either the respective mass flow or correspondingly corrected volumetric flows must be used to control the combustion process (example: at a temperature increase of 30 K, air expands by 10% without more air molecules involved in the combustion process) would be so that without correction, the air ratio would drop by 10%).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gasartenunabhängiges Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes bereitzustellen. Zudem soll in Weiterbildungen mit dem Verfahren die Gasart bestimmbar und seine Regelungsparameter an die bestimmte Gasart anpassbar sein. The invention has for its object to provide a gasartenunabhängiges method for controlling a fuel gas heater. In addition, to be determined in further developments with the method, the gas type and its control parameters to the specific gas type.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This object is achieved by the feature combination according to claim 1.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebe- nen Heizgerätes unter Nutzung einer lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie vorgeschlagen, wobei ein über eine Gaszuführung gelieferter Gasvolumenstrom und ein über ein Gebläse gelieferter Luftvolumenstrom zu einem Gas- Luftgemisch gemischt und mit einer auf einer gewünschten Brennerleistung basierenden Luftzahl λ einem Brenner des Heizgerätes zugeführt werden. Die Luftzahl λ wird mittels einem lonisationsmessverfahren einer Brennerflamme des Brenners überwacht. Zudem wird eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt, bei der ein lonisationsmesssignal des lonisationsmessverfah- rens ausgewertet wird, und im Falle einer Abweichung von einem lonisa- tionsmesssignal-Sollwert eine Gemischkalibration des Gas-Luftgemisches erfolgt. Die Gemischkalibration erfolgt durch eine lonisationsstromregelung, bei der die Luftzahl λ des Gas-Luftgemisches auf einen Wert Aj0n-max ange- passt wird, bei dem ein maximales lonisationsmesssignal an einer lonisati- onselektrode der lonisationsmessung in der Brennerflamme erreicht ist. Aus dem maximalen lonisationsmesssignal wird ein lonisationssignalsollwert für die Luftzahl λ in einem Kalibrierungspunkt errechnet und anschließend die Luftzahl λίοη-max auf eine Soll-Luftzahl AS0n angepasst, bis das lonisationsmesssignal dem errechneten lonisationssignalsollwert entspricht. According to the invention, a method is proposed for controlling a fuel gas fired heater using an ionization setpoint power curve, wherein a gas volumetric flow delivered via a gas supply and an air volumetric flow supplied via a fan are mixed to form a gas-air mixture and with an air ratio based on a desired burner output λ are fed to a burner of the heater. The air ratio λ is monitored by means of a lonisationsmessverfahren a burner flame of the burner. In addition, a plausibility check in which an ionization measurement signal of the ionization measurement method is evaluated, and in the case of a deviation from an ionization measurement signal setpoint, a mixture calibration of the gas-air mixture takes place. The mixture calibration is carried out by an ionisationsstromregelung in which the air ratio λ of the gas-air mixture is adjusted to a value Aj 0n -max, in which a maximum ionisationsmesssignal on an ionization onionselectrode the ionization in the burner flame is reached. From the maximum ionization measurement signal an ionization signal setpoint for the air ratio λ is calculated in a calibration point and then the air ratio λίοη-max is adjusted to a desired air ratio A S0 n until the ionization measurement signal corresponds to the calculated ionisation signal setpoint.
Grundsätzlich erfolgt die Regelung der Brennerleistung der jeweiligen Wärmebedarfsanforderung an das Heizgerät. Die dazu erforderliche Luftmenge wird mit dem drehzahlgeregeltem Gebläse von einem Steuergerät verändert. Die Gebläsedrehzahl entspricht im Wesentlichen dem Luftvolumenstrom. Der zugeführte Gasvolumenstrom wird durch ein elektrisch moduliertes Gasstellglied bzw. Gasventil variiert und durch einen Gasmassenstromsensor gemessen. Die Regelung des Gasvolumenstroms erfolgt ebenfalls über das Steuergerät. Das Gebläse ist vorzugsweise als Vormischgebläse zur Mi- schung von Gas und Luft ausgebildet, so dass das Gebläse einen Gemischvolumenstrom an den Brenner liefert. Die Gas-Luftgemischregelung beruht auf der kontinuierlichen Erfassung des Luftvolumenstroms durch eine Basically, the control of the burner power of the respective heat demand request is made to the heater. The required amount of air is changed by the speed-controlled fan of a control unit. The fan speed essentially corresponds to the air volume flow. The supplied gas volume flow is varied by an electrically modulated gas actuator or gas valve and measured by a gas mass flow sensor. The regulation of the gas volume flow also takes place via the control unit. The blower is preferably designed as a premixing blower for mixing gas and air, so that the blower delivers a mixture volume flow to the burner. The gas-air mixture control is based on the continuous detection of the air flow through a
Gebläsedrehzahlerfassung und der nachgeschalteten Ausregelung der Gasmenge über das Steuergerät, wobei der Sollwert der Gasmenge aus ei- ner gespeicherten Kennlinie entnommen wird. Fan speed detection and the downstream control of the amount of gas via the control unit, wherein the setpoint of the amount of gas is taken from a stored characteristic curve.
Über die Plausibilitätskontrolle kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt werden, ob die eine optimale Verbrennung beeinflussenden Pa- rameter wie Gasart, Gasqualität, Abgassystem, Baugruppen des Heizgerätes wie die Rückschlagklappen vor dem Brenner oder der Wärmetauscher in der gewünschten Art und Weise funktionieren. Jede Änderung dieser Parameter beeinflusst das Gas-Luftverhältnis und mithin das lonisationsmesssignal. Dies wiederum kann detektiert werden. By means of the plausibility check, it can be determined with the method according to the invention whether the parameters influencing optimum combustion are Parameters such as gas type, gas quality, exhaust system, heater assemblies such as the check valves in front of the burner or the heat exchanger work in the desired manner. Any change in these parameters affects the gas-air ratio and hence the ionization measurement signal. This in turn can be detected.
Die erfindungsgemäße Gemischkalibration ermöglicht die Anpassung der Luftzahl λ und die Überführung des Heizgeräts in die optimale Verbrennung unter Berücksichtigung der die Verbrennung beeinflussenden Parametern. The mixture calibration according to the invention makes it possible to adapt the air ratio λ and the conversion of the heater into the optimum combustion, taking into account the parameters influencing the combustion.
Vorteilhafterweise kann mit dem Verfahren aus der Soll-Luftzahl AS0n ein Luft- bedarfswert L errechnet und über den Luftbedarfswert L die Gasart bestimmt werden, denn aus der Formel vL= vG*L*A folgt, dass L=vL/(vG*A). Die Werte des Luftbedarfswerts L sind wie oben beschrieben für jedes Gas bekannt. Die Gasartbestimmung kann somit automatisch über die Gemischkalibration erfasst und im Steuergerät des Heizgerätes hinterlegt werden. Zudem kann das Steuergerät anschließend labortechnisch vordefinierte Regelungskennlinien für die entsprechende Gasart, insbesondere die entsprechende lonisati- ons-Sollwert-Leistungskennlinie, zur weiteren Regelung verwenden. Advantageously, the method can be used to calculate an air demand value L from the desired air ratio A S0 n and to determine the type of gas via the air requirement value L, since it follows from the formula vL = vG * L * A that L = vL / (vG * A). The values of the air demand value L are known for each gas as described above. The gas type determination can thus be detected automatically via the mixture calibration and stored in the control unit of the heater. In addition, the control unit can then use laboratory-technically predefined control characteristics for the corresponding gas type, in particular the corresponding ionization setpoint power curve, for further control.
Da die Regelung des Heizgerätes entlang der lonisations-Sollwert- Leistungskennlinie erfolgt, sieht eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens vor, die lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie durch die Gemischkalibration über einen gesamten Leistungsbereich des Heizgerätes anzupassen, wenn das lonisationsmesssignal oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts von einem lonisationsmesssignal-Sollwert abweicht. Die Anpassung der lonisati- ons-Sollwert-Leistungskennlinie erfolgt dabei über ihren gesamten Verlauf um das bei dem Kalibrierungspunkt der Gemischkalibration erfasste Verhältnis. Die neue lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie wird anschließend ge- speichert. Nach der Gemischkalibration werden die Gas- und Luftmenge entlang der gespeicherten Kennlinie mit der entsprechend leistungsabhängigen Luftzahl und dem neu festgelegten Luftbedarfswert L geregelt. Since the control of the heater takes place along the ionization setpoint power characteristic curve, an advantageous embodiment of the method provides for adjusting the ionization setpoint power characteristic by the mixture calibration over an entire power range of the heater if the ionization measurement signal is above a defined threshold value of an ionization measurement signal. Setpoint deviates. The adaptation of the ionization setpoint power characteristic is carried out over its entire course by the ratio recorded at the calibration point of the mixture calibration. The new ionization setpoint power curve is then stores. After the mixture calibration, the gas and air quantity along the stored characteristic with the corresponding power-dependent air ratio and the newly set air demand value L are controlled.
Bei der lonisationsstromregelung der Gemischkalibration wird die Luftzahl λ durch Veränderung des Gasvolumenstromes oder Gasmassenstromes an- gepasst, bis das lonisationsmesssignal dem errechneten lonisationssignal- sollwert entspricht. Dies ist über die Ansteuerung des Gasstellglieds auf einfach und sehr exakte Weise möglich. Über den Gasmassenstromsensor kann zudem unmittelbar der tatsächliche Gasmassenstrom abgeglichen wer- den. In the ionization current control of the mixture calibration, the air ratio λ is adjusted by changing the gas volume flow or gas mass flow until the ionization measurement signal corresponds to the calculated ionization signal setpoint. This is possible via the control of the gas actuator in a simple and very accurate manner. In addition, the actual gas mass flow can be adjusted directly via the gas mass flow sensor.
Die Gemischkalibration kann in einer Langversion und in einer Kurzversion durchlaufen werden. In beiden Varianten wird zunächst ein Gemischvolumenstrom bei einer festgelegten Gebläsedrehzahl erzeugt und der zugehörige Luftvolumenstrom erfasst. Bei der Kurzversion wird unmittelbar ein Maxi- malwert des lonisationssignales ermittelt und daraus ein neuer lonisations- sollwert für ein bekanntes ermittelt und eingeregelt. Aus der in diesem Arbeitspunkt eingeregelten Gas- und Luftmenge wird der Luftbedarf bestimmt und für die weitere Gemischregelung genutzt. The mixture calibration can be run in a long version and in a short version. In both variants, initially a mixture volume flow is generated at a fixed fan speed and the associated air volume flow is detected. In the short version, a maximum value of the ionization signal is determined immediately and from this a new ionization setpoint for a known one is determined and adjusted. From the gas and air quantity regulated in this operating point, the air requirement is determined and used for the further mixture control.
In der Langversion wird im Anschluss an die Erfassung des Luftvolumen- Stroms über die lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie der zugehörige loni- sationssignalsollwert ermittelt. Das lonisationsstromsignal wird vom Steuergerät gemessen und mit dem aktuell hinterlegten Kennlinienwert verglichen. Anschließend werden die Schritte der lonisationsstromregelung durchlaufen und die lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie wie vorstehend beschrieben angepasst und gespeichert. In diesem Fall muss nur in Ausnahmefällen das lonisationssignalmaximum ermittelt werden. Die Gemischkalibration erfolgt vorzugsweise bei einem Leistungspunkt des Heizgerätes, der in einem Bereich von 50-70% seiner aximalleistung bzw. der Brennerleistung entspricht. In the long version, following the detection of the air volume flow, the associated desired ionization setpoint value is determined via the ionization setpoint power characteristic curve. The ionisationsstromsignal is measured by the control unit and compared with the currently stored characteristic value. Subsequently, the ionization current control steps are run through and the ionization setpoint power curve is adjusted and stored as described above. In this case, only in exceptional cases, the lonisationssignalmaximum must be determined. The mixture calibration is preferably carried out at a power point of the heater, which corresponds to a range of 50-70% of its aximalleistung or the burner power.
Grundsätzlich wird bei dem vorliegenden Regelungsverfahren zur Festlegung des über das Gebläse gelieferten Luftvolumenstroms für die erforderliche bzw. angeforderte Brennerleistung aus einer Luftzahl-Leistungskennlinie die gewünschte Luftzahl ermittelt und daraus der über das Gebläse zu liefernde Luftvolumenstrom über die Formel vL=P*A berechnet. Basically, the desired air ratio is determined in the present control method for determining the air volume flow delivered via the blower for the required or requested burner power from an air ratio power curve and from this the air volume flow to be supplied via the blower is calculated by the formula vL = P * A.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass es eine Lauf- Zeitmessung zur Prüfung der richtigen Funktion des Gasmassensensors um- fasst. Bei der Laufzeitmessung wird eine Menge des zugeführten Gasvolumenstroms über eine Ansteuerung des Gasstellglieds bzw. Gasventils aktiv variiert und die Laufzeit zwischen der Ansteuerung und der Erfassung der Gasvolumenvariation an dem Gasmassensensor mit einem vordefinierten Laufzeit-Sollwert verglichen. Die Gasventilstellung kann bei der Variation um einen Impuls, eine Schwingung oder einen Istwertsprung erhöht oder reduziert werden. Der Laufzeit-Sollwert wird vorab labortechnisch ermittelt. Liegt die Laufzeit oberhalb eines Grenzwertes, liegt eine Gassensorstörung vor und das Heizgerät wird in einen Notbetrieb, beispielsweise mit beschränkter Modulation gesetzt. In a development of the method it is provided that it comprises a running time measurement for checking the correct function of the gas mass sensor. In the transit time measurement, an amount of the supplied gas volume flow is actively varied via activation of the gas actuator or gas valve and the transit time between the activation and the detection of the gas volume variation on the gas mass sensor is compared with a predefined transit time reference value. The gas valve position can be increased or reduced with the variation by one pulse, one oscillation or an actual value jump. The runtime setpoint is determined in advance by laboratory tests. If the running time is above a limit value, there is a gas sensor fault and the heater is put into an emergency operation, for example with limited modulation.
Zudem umfasst das Verfahren in einer Ausführungsvariante eine Laufzeitmessung zur Bestimmung des Gas-Luft-Gemischvolumenstromes. Dabei wird die Menge des zugeführten Gasvolumenstroms aktiv variiert und die Laufzeit zwischen der Ansteuerung und einer Änderung des lonisations- messsignals und optional zusätzlich der Höhe und Art der Änderung des lo- nisationsmesssignals erfasst. Die gemessene Laufzeit wird anschließend mit einer labortechnisch vorbestimmten Laufzeit-Volumenstrom-Kennlinie verglichen. Ist die Auswirkung auf das lonisationsmesssignal aufgrund der Gasvolumenstromänderung zu gering oder verändert sich das lonisationsmesssignal in die falsche Richtung, wird das Heizgerät in den Notbetrieb gefahren. Liegt die Auswirkung im Toleranzbereich, wird aus dem Laufzeitvergleich über eine labortechnisch ermittelte Wertetabelle der Gemischvolumenstrom bestimmt. In addition, the method in one embodiment comprises a transit time measurement for determining the gas-air mixture volume flow. In this case, the amount of the supplied gas volume flow is actively varied and the transit time between the activation and a change of the ionization measurement signal and optionally additionally the amount and type of change of the ionization measurement signal is detected. The measured runtime will be followed by a laboratory-technically predetermined transit-time flow characteristic compared. If the effect on the ionization measurement signal is too low due to the gas volume flow change, or if the ionization measurement signal changes in the wrong direction, the heater is switched to emergency mode. If the effect is in the tolerance range, the mixture volume flow is determined from the runtime comparison via a laboratory table.
Zudem ist vorteilhaft, dass die Laufzeitmessung in vorbestimmten Zeitabständen wiederholt wird. Dadurch wird stetig über den gesamten Leistungs- bereich eine Plausibilisierung eines hinreichenden Luftvolumenstromes umgesetzt. Somit wird die Gebläsedrehzahl sicherheitstechnisch plausibilisiert. Als weitere Ausbaustufe kann die Laufzeitmessung herangezogen werden, um eine Verbrennungsluftberechnung gemäß den stationär erfassten Werten an verschiedenen Leistungspunkten durchzuführen. Dadurch kann die intern gespeicherte Kennlinie zur Verbrennungsluftberechnung dynamisch korrigiert werden. In addition, it is advantageous that the transit time measurement is repeated at predetermined time intervals. As a result, a plausibility check of a sufficient air volume flow is constantly implemented over the entire performance range. Thus, the fan speed is plausibility safety. As a further expansion stage, the transit time measurement can be used to perform a combustion air calculation in accordance with the stationarily recorded values at different power points. This allows the internally stored characteristic curve for combustion air calculation to be corrected dynamically.
Das Verfahren sieht ferner vor, dass der tatsächliche Luftvolumenstrom aus einer Differenz des eingestellten Luftvolumenstroms und dem über die Laufzeitmessung bestimmten Gemischvolumenstroms und optional einer gemes- sene Temperatur des Luftvolumenstroms berechnet wird. The method further provides that the actual air volume flow is calculated from a difference between the set air volume flow and the mixture volume flow determined over the transit time measurement and optionally a measured temperature of the air volume flow.
Als weiteres Merkmal sieht das Verfahren vor, dass die Gebläsedrehzahl und ein sich draus ergebender Soll-Luftvolumenstrom kontinuierlich mit dem tatsächlichen Luftvolumenstrom abgeglichen werden. Bei einer zu großen Abweichung der Drehzahl im Laufe des Betriebs trotz gleichen Luftvolumen- Stromes, beispielsweise durch einen verstopften Wärmetauscher, schaltet das Steuergerät das Heizgerät ab und gibt eine Alarmmeldung aus. Als weiterer Aspekt umfasst das Verfahren die Integration der Gemischkalib- ration in ein Startverfahren zum Kaltstart des Heizgerätes. Dabei werden Zündversuche des Gas-Luftgemisches durchgeführt, bis über die lonisati- onsmessung eine Brennerflamme detektiert wird. Der zum Zündzeitpunkt vorliegende Gasmassenstrom wird konstant gehalten und im Steuergerät abgespeichert. Aus dem Verhältnis aus Gasvolumenstrom zu dem aus der Gebläsekennlie entnommenen und der Zünd-Drehzahl entsprechenden Luft- volumenstrom wird der Start-Luftbedarf Lstart ermittelt und daraus wie vorstehend beschrieben die Gasart bestimmt. Aus dem abgespeicherten Gasmas- senstrom und dem Zündbereich wird der Startpunkt für den nächsten Brennerstart festgelegt. As a further feature, the method provides that the fan speed and a resulting desired air volume flow from it are continuously adjusted with the actual air volume flow. In the event of an excessive deviation of the rotational speed in the course of operation despite the same air volume flow, for example due to a clogged heat exchanger, the control unit switches off the heater and issues an alarm message. As a further aspect, the method comprises the integration of the mixture calibration into a start-up procedure for a cold start of the heater. Ignition tests of the gas-air mixture are carried out until a burner flame is detected via the ionization measurement. The present at the time of ignition gas mass flow is kept constant and stored in the control unit. The starting air requirement L s tart is determined from the ratio of the gas volume flow to the air volume flow taken from the fan characteristic and corresponding to the ignition speed, and the gas type is determined therefrom as described above. The starting point for the next burner start is determined from the stored gas mass flow and the ignition range.
Soweit vorliegend auf„Volumenstrom" abgestellt wird, kann in gleicher weise auch der Massenstrom angewendet werden. As far as the present case is based on "volume flow", the mass flow can be applied in the same way.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü- chen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen: Other advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. Show it:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Heizgerätes; Fig. 1 shows a schematic structure of a heater;
Fig. 2 einen Ablauf der Gemischkalibration in der Kurzversion, Fig. 3 einen Ablauf der Gemischkalibration in der Langversion. 2 shows a sequence of the mixture calibration in the short version, FIG. 3 shows a sequence of the mixture calibration in the long version.
In Figur 1 ist ein schematischer Aufbau eines Heizgerätes 100 zur Durchführung des Regelungsverfahrens mit einem modulierenden Vormischgebläse 5, das Umgebungsluft a ansaugt und mit Gas mischt. Das Gas wird dem Vormischgebläse 5 über eine Gasleitung zugeführt, in der ein Gassicherheits- ventil 1 , ein beispielhaft über einen Motor M steuerbares Gasventil 2 sowie ein Gasmassensensor 3 angeordnet sind. Der Gaseingangsdruck d wird auf den Gasregeldruck c angepasst. Nach der Mischung mit Umgebungsluft weist das Gemisch den Gemischdruck b auf. Am Gebläseausgang ist in der gezeigten Ausführung eine optionale Rückschlagklappe 6 vorgesehen. Das Gemisch hat dann den Brennerdruck e. Daran schließt sich der Brenner 28 mit der in der Brennerflamme angeordneten lonisationselektrode 7 und einem mit dem Brennergehäuse verbundenen Siphon 10 an. Um den Brenner 28 ist der Wärmetauscher 18 angeordnet. In Strömungsrichtung fortgesetzt folgt das Abgassystem mit der Abgasklappe 8. Im Abgassystem herrscht der Abgasdruck f. Die Regelung der Gasmenge sowie der Gebläsedrehzahl und mithin der Luftzahl erfolgt über das Steuergerät 9, in dem die Regelungskennlinien hinterlegt sind. 1 shows a schematic structure of a heater 100 for carrying out the control method with a modulating premix blower 5, which sucks in ambient air a and mixes it with gas. The gas is supplied to the premix blower 5 via a gas line in which a gas safety valve 1, an example of a motor M controllable gas valve 2 and a gas mass sensor 3 are arranged. The gas inlet pressure d is adjusted to the gas control pressure c. After mixing with ambient air, the mixture has the mixture pressure b. At the fan outlet an optional check valve 6 is provided in the embodiment shown. The mixture then has the burner pressure e. This is followed by the burner 28 with the ionization electrode 7 arranged in the burner flame and a siphon 10 connected to the burner housing. To the burner 28, the heat exchanger 18 is arranged. Continuing in the flow direction, the exhaust system follows with the exhaust flap 8. In the exhaust system, the exhaust gas pressure prevails f. The control of the amount of gas and the fan speed and thus the air ratio via the control unit 9, in which the control characteristics are stored.
Figur 2 zeigt den Teilprozess der Gemischkalibration des Regelungsverfah- rens in der Kurzversion. Zunächst wird in dem Schritt 601 die Gebläsedrehzahl n des Vormischgebläses 5 über das Steuergerät 9 auf einen festen Wert eingesteuert und mittels der vorstehend beschriebenen Laufzeitmessung im Schritt 300 der tatsächliche Luftvolumenstrom vL-ist berechnet. Anschließend erfolgt unter Schritt 612 die lonisationsstromregelung bei einem festge- legtem Luftvolumenstrom vL-ist, indem die Gasmenge soweit erhöht wird, bis ein maximales lonisationsmesssignal (lo-max) erreicht ist. Aus dem maximalen lonisationsmesssignal wird der lonisationssignalsollwert (lo-soll, lo-neu) für die gewünschte Luftzahl λ errechnet und anschließend im Schritt 615 die Gasmenge soweit geregelt, bis das lonisationsmesssignal dem errechneten lonisationssignalsollwert lo-soll entspricht. Der sich im neuen Betriebspunkt ergebende Gasmassenstrom Gas-ist wird verwendet, um im Schritt 617 unter Nutzung der Luftzahl-Leistungskennlinie und mithin der Luftzahl λ30[ΐ , dem Luftvolumenstrom vL und der aktuellen Brennerleistung den Luftbedarfswert
Figure imgf000013_0001
zu errechnen und über den Luftbedarfswert L die Gasart zu bestimmen. Die lonisationskalibrierung in der Kurzversion erfolgt bei jeder Gemischkalibration. Figur 3 zeigt den Teilprozess der Gemischkalibration des Regelungsverfahrens in der Langversion. Zunächst wird in den Schritten 601 und 300 die Gebläsedrehzahl n des Vormischgebläses 5 über das Steuergerät 9 auf einen festen Wert eingesteuert und der tatsächliche Luftvolumenstrom vL-ist berechnet. Anschließend erfolgt unter Schritt 605 die Ermittlung des lonisati- onssignalsollwerts lo-soll unter Nutzung der lonisations-Sollwert-FIG. 2 shows the sub-process of the mixture calibration of the control method in the short version. First, in step 601, the fan speed n of the premix blower 5 is controlled to a fixed value via the control unit 9 and the actual air volume flow vL-ist is calculated by means of the above-described transit time measurement in step 300. Subsequently, under step 612, the ionization current control is carried out at a defined air volume flow vL-ist by the gas quantity being increased until a maximum ionization measurement signal (lo-max) is reached. The ionisation signal setpoint (lo-soll, lo-neu) for the desired air ratio λ is calculated from the maximum ionization measurement signal and then the gas quantity is regulated in step 615 until the ionization measurement signal corresponds to the calculated ionisation signal setpoint lo-soll. The gas mass flow resulting in the new operating point is gas-is used in step 617 using the air-number power curve and thus the air ratio λ 30 [ΐ, the Air volume flow vL and the current burner power the air demand value
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to calculate and on the air demand value L to determine the type of gas. The ionization calibration in the short version occurs with every mixture calibration. FIG. 3 shows the partial process of the mixture calibration of the control method in the long version. First, in steps 601 and 300, the fan speed n of the premix blower 5 is controlled to a fixed value via the control unit 9 and the actual air volume flow vL-ist is calculated. Subsequently, in step 605, the determination of the ionization signal setpoint lo-soll is carried out using the ionization setpoint value.
Leistungskennlinie und der Brennerleistung P. Gemäß Schritt 607 wird in einem lonisationsmessverfahren der lonisationsstrom an der lonisations- elektrode 7 durch das Steuergerät 9 gemessen und mit dem Kennlinienwert verglichen. Bei einer Übereinstimmung der Werte wird der gemessene loni- sationsstrom zur weiteren Gemischkalibration verwendet. Ist die Abweichung der Vergleichswerte größer als ein vorab definierter Schwellenwert, erfolgt eine Kalibration der lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie, indem unter Schritt 612 bei festgelegtem Luftvolumenstrom vL-ist die Gasmenge soweit erhöht wird, bis ein maximales lonisationsmesssignal lo-max erreicht ist. Aus dem maximalen lonisationsmesssignal wird der lonisationssignalsollwert 624 (lo-soll) für die gewünschte Luftzahl λ (bei 625) errechnet. Gemäß Schritt 613 wird die ursprüngliche lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie lo-alt über ihren gesamten Leistungsbereich um das bei dem Kalibrierungspunkt der Gemischkalibration erfasste Verhältnis auf die neue lonisations-Sollwert- Leistungskennlinie lo-neu korrigiert. Die neue lonisations-Sollwert-Power characteristic and burner power P. According to step 607, the ionization current at the ionization electrode 7 is measured by the control unit 9 in an ionization measurement method and compared with the characteristic value. If the values agree, the measured ionization current is used for further mixture calibration. If the deviation of the comparison values is greater than a predefined threshold value, the ionization setpoint power characteristic curve is calibrated by increasing the gas quantity until the maximum ionization measurement signal lo-max is reached under step 612 at a defined air volume flow vL-ist. From the maximum ionization measurement signal, the ionization signal setpoint 624 (lo-soll) for the desired air ratio λ (at 625) is calculated. According to step 613, the original ionization setpoint power characteristic lo-old over its entire power range is corrected lo-new by the ratio detected at the calibration point of mixture calibration to the new ionization setpoint power curve. The new ionization setpoint
Leistungskennlinie lo-neu wird im Speicher des Steuergerätes 9 hinterlegt. In Schritt 615 wird die Gasmenge soweit geregelt, bis das lonisationsmesssig- nal dem errechneten lonisationssignalsollwert lo-soll entspricht. Der sich im neuen Betriebspunkt ergebende Gasmassenstrom Gas-ist wird verwendet, um im Schritt 617 unter Nutzung der Soll-Luftzahl λ30ιι der Luftbedarfswert L=VL/(VG*ASOII) zu errechnen und über den Luftbedarfswert L die Gasart zu bestimmen. Bei der Langversion erfolgt eine lonisationskalibrierung nur in Ausnahmefällen. Performance curve lo-new is stored in the memory of the control unit 9. In step 615, the amount of gas is controlled until the ionisationsmesss-ig- corresponds to the calculated ionization signal setpoint lo-soll. The resulting in the new operating point gas mass flow gas is used to calculate in step 617 using the target air ratio λ 30 ιι the air demand value L = VL / (VG * A SO II) and determine the air demand L the type of gas , In the long version, ionization calibration is only performed in exceptional cases.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes (100) unter Nutzung einer lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie, wobei a. ein über eine Gaszuführung gelieferter Gasvolumenstrom und ein über ein Gebläse gelieferter Luftvolumenstrom zu einem Gas-Luftgemisch gemischt und mit einer auf einer gewünschten Brennerleistung basierenden Luftzahl λ einem Brenner (28) des Heizgerätes zugeführt werden, b. die Luftzahl λ mittels einem lonisationsmessverfahren einer Brennerflamme des Brenners (28) überwacht wird, c. eine Plausibilitätskontrolle erfolgt, bei welcher ein lonisations- messsignal des lonisationsmessverfahrens ausgewertet wird, und im Falle einer Abweichung von einem lonisationsmesssig- nal-Sollwert eine Gemischkalibration des Gas-Luftgemisches erfolgt, und wobei d. die Gemischkalibration durch eine lonisationsstromregelung erfolgt, bei der das Gas-Luftgemisch auf einen Wert angepasst wird, bei dem ein maximales lonisationsmesssignal erreicht ist, und aus dem maximalen lonisationsmesssignal ein lonisations- signalsollwert für die Soll-Luftzahl λ in einem Kalibrierungspunkt errechnet wird. A method of controlling a gas fired heater (100) using an ionization setpoint power curve, wherein a. a gas volumetric flow supplied via a gas supply and an air volumetric flow supplied via a fan are mixed to form a gas-air mixture and fed to a burner (28) of the heating appliance with an air ratio λ based on a desired burner output, b. the air ratio λ is monitored by means of an ionization measurement method of a burner flame of the burner (28), c. a plausibility check takes place in which an ionization measurement signal of the ionization measurement method is evaluated, and in the case of a deviation from an ionization measurement setpoint, a mixture calibration of the gas-air mixture takes place, and wherein d. the mixture calibration by an ionisationsstromregelung takes place, in which the gas-air mixture is adjusted to a value at which a maximum lonisationsmesssignal is reached, and from the maximum ionisationsmesssignal ionisations- signal setpoint for the desired air ratio λ is calculated in a calibration point.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus der Soll-Luftzahl λδ0ιι ein Luftbedarfswert L errechnet und über den Luftbedarfswert eine Gasart des Gases bestimmt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that from the nominal air ratio λ δ0 ιι an air requirement value L calculated and the air demand value, a gas type of the gas is determined.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gemischkalibration die Luftzahl λ durch Veränderung des Gasvolumenstromes angepasst wird, bis das lonisationsmesssignal dem errechneten lonisationssignalsollwert entspricht. A method according to claim 1 or 2, characterized in that in the mixture calibration, the air ratio λ is adjusted by changing the gas volume flow until the ionisationsmesssignal corresponds to the calculated lonisationssignalsollwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Heizgerätes (100) entlang der lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie erfolgt und die lonisations- Sollwert-Leistungskennlinie durch die Gemischkalibration über einen gesamten Leistungsbereich des Heizgerätes angepasst wird, wenn das lonisationsmesssignal oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts von einem lonisationsmesssignal-Sollwert abweicht. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control of the heater (100) along the ionisations setpoint power curve and the ionisations- setpoint power curve is adjusted by the mixture calibration over a whole power range of the heater when the ionisationsmesssignal above a specified threshold deviates from a lonisationsmesssignal setpoint.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gemischkalibration zunächst ein Volumenstrom bei einer festgelegten Gebläsedrehzahl erzeugt und gemessen wird, und über die lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie der zugehörige lonisationssignalsollwert ermittelt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the mixture calibration, first of all a volume flow is generated and measured at a fixed fan speed, and the associated ionization setpoint value is determined via the ionization setpoint power characteristic curve.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des über das Gebläse gelieferten Luftvolumenstroms für eine erforderliche Brennerleistung aus einer Luftzahl-Leistungskennlinie die gewünschte Luftzahl ermittelt und daraus der über das Gebläse zu liefernde Luftvolumenstrom berechnet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the air volume flow supplied via the fan for a required burner power from an air ratio power curve, the desired air ratio is determined and from this the air volume flow to be supplied via the fan is calculated.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Laufzeitmessung zur Prüfung eines Gasmassensensors umfasst, bei der eine Menge des zugeführten Gasvolumenstrom über eine Ansteuerung eines Gasventils (2) aktiv variiert wird und eine Laufzeit zwischen der Ansteuerung und einer Erfassung der Gasvolumenvariation an dem Gasmassensensor (3) mit einem vordefinierten Laufzeit-Sollwert verglichen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a transit time measurement for testing a gas mass sensor, in which an amount of the supplied gas volume flow via an activation of a gas valve (2) actively varies and a transit time between the activation and a detection of the gas volume variation on the gas mass sensor (3) is compared with a predefined transit time setpoint value.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Laufzeitmessung zur Bestimmung des Gas-Luft-Gemischvolumenstromes umfasst, bei der eine Menge des zugeführten Gasvolumenstrom über eine Ansteuerung eines Gasventils (2) aktiv variiert wird und eine Laufzeit zwischen der Ansteuerung und einer Änderung des lonisationsmesssignals und optional zusätzlich eine Höhe und Art der Änderung des das lonisationsmesssignals erfasst werden, und wobei die gemessene Laufzeit mit einer labortechnisch vorbestimmten Laufzeit-Volumenstrom-Kennlinie verglichen und daraus der Gemischvolumenstrom bestimmt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a transit time measurement for determining the gas-air mixture volume flow, in which an amount of the supplied gas volume flow via a control of a gas valve (2) is actively varied and a running time between the control and a change of the lonisationsmesssignals and optionally additionally a height and type of change of the ionisationsmesssignals are detected, and wherein the measured transit time compared with a laboratory technically predetermined transit-time flow characteristic and from the mixture volume flow is determined.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der tatsächliche Luftvolumenstrom aus einer Differenz eines eingestellten Luftvolumenstroms und dem über die Laufzeitmessung bestimmten Gemischvolumenstroms und optional einer gemessene Temperatur des Luftvolumenstroms berechnet wird. 9. Method according to the preceding claim, characterized in that the actual air volume flow is calculated from a difference between a set air volume flow and the mixture volume flow determined over the transit time measurement and optionally a measured temperature of the air volume flow.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufzeitmessung in vorbestimmten Zeitabständen wiederholt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims 8 - 9, characterized in that the transit time measurement is repeated at predetermined time intervals.
1 1 .Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gebläsedrehzahl des Gebläses (5) und ein sich draus ergebender Soll-Luftvolumenstrom kontinuierlich mit dem tatsächlichen Luftvolumenstrom abgeglichen werden. 1 1 .Verfahren according to any one of the preceding claims 9 - 10, characterized in that a blower speed of the fan (5) and a resulting therefrom target air volume flow are continuously adjusted with the actual air flow.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gemischkalibration bei einem Leistungspunkt des Heizgerätes erfolgt, der in einem Bereich von 50-70% seiner Maximalleistung entspricht. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixture calibration takes place at a power point of the heater, which corresponds to a range of 50-70% of its maximum power.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gemischkalibration in ein Startverfahren zum Kaltstart eines Heizgerätes integriert ist. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixture calibration is integrated in a starting process for cold start of a heater.
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