EP2105668A2

EP2105668A2 - Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes

Info

Publication number: EP2105668A2
Application number: EP09155557A
Authority: EP
Inventors: Lars Hörnchen; Simon Jastrzab; Andre Maass
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2009-09-30
Also published as: DE102009014256A1; AT506228A4; AT506228B1; EP2105668A3

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines leistungsmodulierenden Heizgerätes mit einer Regelung (1), einem regel- oder steuerbaren Gebläse (2) und einer regel- oder steuerbaren Ölpumpe (3) oder einem regel- oder steuerbaren Gasventil, wobei je nach Leistungsvorgabe die Regelung (1) dem Gebläse (2), der Ölpumpe (3) oder dem Gasventil einen bestimmten Sollwert vorgibt, das beziehungsweise die derart angesteuerte Gebläse (2), Ölpumpe (3) oder Gasventil über eine mit der Regelung (1) verbundene Istwert-Überwachungsvorrichtung (6, 7) verfügt, und die Regelung (1) in Abhängigkeit des gemessenen Istwerts in dem Fall, in dem der Istwert des Gebläses (2) erfasst wird, die Ölpumpe (3) oder das Gasventil in Abhängigkeit des Istwerts des Gebläses (2) ansteuert oder regelt, und in dem Fall, in dem der Istwert der Ölpumpe (3) oder des Gasventils erfasst wird, das Gebläses (2) in Abhängigkeit des Istwerts der Ölpumpe (3) oder des Gasventils ansteuert oder regelt

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgeräts, vorzugsweise mit Ölzerstäuberbrenner.
Ölzerstäuberbrenner werden häufig als sogenannte "Eine-Welle-Maschine" ausgeführt, bei denen das Verbrennungsluftgebläse und die Ölpumpe über eine Welle von einem einzigen Motor angetrieben werden. Die Ölpumpen sind dabei meist als Zahnradpumpen ausgeführt. Die Drosselung zur Teillastmodulation erfolgt über Drosselklappen im Luft- beziehungsweise Ölweg.
Darüber hinaus gibt es Ölbrenner, welche über voneinander getrennte Verbrennungsluftgebläse und Zahnradpumpen zur Förderung des Heizöls verfügen.
Aus DE 100 30 630 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes bekannt, bei dem ein gemessenes Drehzahlsignal eines Gebläses mit einem Referenzsignal verglichen wird. Das Referenzsignal berücksichtigt bei einem Lastwechsel den instationären Vorgang. Ist die Abweichung zwischen Messsignal und Referenzsignal kleiner als ein vorgegebener Wert, so entspricht der Lastwechsel dem erwarteten Verlauf. Die Brenngasmenge wird entsprechend der vorliegenden Verbrennungsbedingungen, insbesondere dem Signal einer gesonderten lonisationselektrode geregelt.
EP 614 048 A1 beschreibt einen Ölbrenner, bei dem das Gebläse drehzahlsteuerbar und die Ölpumpe drehzahlregelbar sind. Die Drehzahl des Gebläses wird wie auch die Drehzahl der Brennstoffpumpe erfasst). Es werden Sollwerte für die Drehzahlen vorgegeben und mit den Istdaten verglichen. Bei einer Änderung des Wärmebedarfs werden neue Sollwerte für das Gebläse und die Ölpumpe vorgegeben.
Bei ölbetriebenen Heizgeräten, bei denen die Drosselverluste bei der Modulation der Heizleistung minimiert werden sollen, kommen ein drehzahlgeregeltes Gebläse für die Verbrennungsluft und eine frequenzgeregelte Hubkolbenpumpe zur Förderung des Heizöls zur Verwendung. Zu jeder vorgegebenen Heizleistung gibt es eine bestimmte notwendige Heizölmenge sowie eine darauf abgestimmte Verbrennungsluftmenge, die sich aus dem erforderlichen Ölvolumenstrom (Belastung = Ölvolumenstrom * Heizwert) und dem gewünschten Luftüberschuss ergeben. Dementsprechend gibt es zu jeder gewünschten Heizleistung eine Soll-Gebläsedrehzahl und eine Soll-Hubfrequenz der Hubkolbenpumpe.
Wird die gewünschte Heizleistung verändert, so ändern sich hiermit die Vorgaben für die Soll-Gebläsedrehzahl und die Soll-Hubfrequenz. Aufgrund der unterschiedlichen Trägheiten des Gebläses und der Hubkolbenpumpe passt sich die Ist-Drehzahl unterschiedlich schnell der Soll-Drehzahl an. Hierdurch kommt es zu einer Veränderung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses, wodurch es zu einer erhöhten Schadstoffbelastung und möglicherweise nicht stabilen Verbrennungszuständen kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Lastwechsel eine möglichst schadstoffarme Verbrennung und sichere Betriebszustände zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies gemäß den Merkmalen des Anspruch 1 dadurch gelöst, dass bei einem leistungsmodulierenden Heizgerät mit einer Regelung, einem Gebläse und einer Ölpumpe oder einem Gasventil bei einer Leistungsvorgabe einem der vorgenannten Aktoren (Gebläse, Ölpumpe oder Gasventil) ein bestimmter Sollwert vorgegeben wird. Sodann wird der Istwert dieses Aktors bestimmt und aufgrund des Istwerts dieses Aktors der andere Aktor angesteuert oder geregelt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die abhängigen Ansprüche geschützt.
So ist es gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 2 besonders vorteilhaft, wenn der Istwert des jeweils trägeren Aktors gemessen wird und damit der jeweils flinkere Aktor angesteuert oder geregelt wird. Somit ist gewährleistet, dass beide Aktoren nahezu synchron ihre Betriebszustände ändern.
Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 3 wird als Istwert eine Frequenz oder eine Schrittzahl erfasst. Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 4 wird bei einer Veränderung der Leistungsvorgabe der Sollwert nicht schlagartig, sondern kontinuierlich verändert, sodass die trägen Aktoren mit ihrem Istwert dem Sollwert besser folgen können.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens und
Figur 2 Soll- und Ist-Drehzahlen beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Figur 1 zeigt einen Brenner 10, welcher mit einem Gebläse 2 in einer Luftleitung 8 verbunden ist. Das Gebläse 2 verfügt über einen Motor 4, welcher mit einer Regelung 1 verbunden ist. An den Motor 4 ist eine Drehzahlerfassung 6 gekoppelt, welche ebenfalls mit der Regelung 1 verbunden ist. Eine Ölleitung 9 ragt in die Luftleitung 8 stromauf des Brenners 10. In der Ölleitung 9 befindet sich eine Ölpumpe 3, die von einem Motor 5 angetrieben ist. Der Motor 5 ist mit einer Frequenzerfassung 7 verbunden. Die Drehzahlerfassung 7 und der Motor 5 sind mit der Regelung verbunden.
Figur 2 zeigt Drehzahllinien n während der Änderung einer Leistungsvorgabe. Der Brenner 10 wird zunächst mit einer bestimmten Leistungsvorgabe betrieben, so dass das Gebläse auf eine bestimmte Drehzahl n_G,soll und die Hubkolbenpumpe 3 mit einer bestimmten Hubfrequenz f_P,soll betrieben wird. Zum Zeitpunkt t₁ wird die Leistungsvorgabe verändert, im vorliegenden Beispiel um 50% erhöht. Hierdurch erhöhen sich schlagartig die vorgegebene Gebläsedrehzahl n_G,soll um 50% sowie die Sollhubfrequenz f_P,soll .
Gemäß dem Stand der Technik versucht nun die Regelung 1 sowohl die Sollgebläsedrehzahl n_G,soll, als auch die Sollhubfrequenz f_P,soll. so schnell wie möglich zu erreichen. Aufgrund der Trägheiten des Gebläses 2 als auch der Hubkolbenpumpe 3 stellt sich jedoch die Solldrehzahl n_G,soll als auch die Sollhubfrequenz fp_,soll. nur mit Zeitverzögerung ein. Die Drehzahl n_G,ist des Gebläses 2 steigt kontinuierlich an, bis sie zu einem Zeitpunkt t₃ die Solldrehzahl n_G,soll erreicht. Da die Hubkolbenpumpe 3 flinker agiert, steigt ihre Hubfrequenz f_P,1 schneller an und erreicht bereits zu einem Zeitpunkt t₂ die Sollhubfrequenz f_P,soll. Somit steht zu dem Zeitpunkt t₂ zwar schon die gesamte neue Heizölmenge zur Verfügung, jedoch nur eine reduzierte Luftmenge. Demzufolge wird die Verbrennung fetter und es kommt zu einer verstärkten Stickoxyd- und Kohlenmonoxidbildung.
Erfindungsgemäß wird zum Zeitpunkt t₁ dem Gebläse 2 eine neue Solldrehzahl n_G,soll vorgegeben. Das Gebläse 2 folgt aufgrund seiner Trägheit jedoch der Drehzahllinie n_G,ist.
Diese Ist-Drehzahl wird von der Drehzahlerfassung 6 gemessen und an die Regelung 1 weitergegeben. Die Regelung 1 errechnet hieraus eine Sollhubfrequenz für die Hubkolbenpumpe 3: $f_{P, soll} = K \cdot n_{G . Ist}$
Hierbei ist K eine Konstante, welche das Verhältnis zwischen dem Ist-Signal für das Gebläse 2 und Soll-Signal für die Pumpe 3 wiedergibt. Da die Hubkolbenpumpe 3 sehr flink ist, folgt sie dem aktuellen Zustandswert des Gebläses 2 nahezu proportional.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass zum Zeitpunkt t₁ das Sollsignal n_G,soll nicht schlagartig, sondern kontinuierlich erhöht wird. Hierdurch wird es dem trägen Gebläse 2 ermöglicht, dass die Abweichung zwischen Ist-Signal und Soll-Signal relativ gering ist und bei entsprechendem Gradienten vernachlässigt werden kann. Insbesondere bei kontinuierlicher Veränderung des Sollsignals kann auch der flinkere Aktor, in diesem Fall die Hubkolbenpumpe 3 mit ihrem Ist-Signal, welches mit der Frequenzerfassung 7 gemessen wird, das Sollsignal für das Gebläse 2 vorgeben.
Bei Brenngas betriebenen Heizgeräten ist es erfindungsgemäß möglich, anstelle einer Ölpumpe ein regelbares Gasventil zu verwenden. Dieses Gasventil kann vorzugsweise mit einem Schrittmotor angesteuert werden, so dass die Schrittzahl des Schrittmotors hierbei erfasst wird.
Dadurch, dass bei Laständerungen nicht zwei neue Sollsignale unabhängig voneinander vorgegeben werden, sondern der Istwert des Signals eines Aktors den Sollwert des anderen Aktors vorgibt, wird eine homogenere Anpassung des Betriebszustandes mit den zwei Aktoren, die für die Brennstoff-Luftgemischbildung zuständig sind, erreicht.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines leistungsmodulierenden Heizgerätes mit einer Regelung (1), einem regel- oder steuerbaren Gebläse (2) und einer regel- oder steuerbaren Ölpumpe (3) oder einem regel- oder steuerbaren Gasventil, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Leistungsvorgabe die Regelung (1) dem Gebläse (2), der Ölpumpe (3) oder dem Gasventil einen bestimmten Sollwert vorgibt, das beziehungsweise die derart angesteuerte Gebläse (2), Ölpumpe (3) oder Gasventil über eine mit der Regelung (1) verbundene Istwert-Überwachungsvorrichtung (6, 7) verfügt, und die Regelung (1) in Abhängigkeit des gemessenen Istwerts in dem Fall, in dem der Istwert des Gebläses (2) erfasst wird, die Ölpumpe (3) oder das Gasventil in Abhängigkeit des Istwerts des Gebläses (2) ansteuert oder regelt, und in dem Fall, in dem der Istwert der Ölpumpe (3) oder des Gasventils erfasst wird, das Gebläses (2) in Abhängigkeit des Istwerts der Ölpumpe (3) oder des Gasventils ansteuert oder regelt
Verfahren zum Betreiben eines leistungsmodulierenden Heizgerätes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert des jeweils trägeren Aktors gemessen wird und damit der jeweils flinkere Aktor angesteuert oder geregelt wird.
Verfahren zum Betreiben eines leistungsmodulierenden Heizgerätes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Istwert eine Frequenz oder eine Schrittzahl erfasst wird.
Verfahren zum Betreiben eines leistungsmodulierenden Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung der Leistungsvorgabe der Sollwert kontinuierlich als Funktion der Zeit vorgeben wird.