EP4177521B1 - Verfahren zur auswertung einer von einem sensor erfassbaren quasi-stationären druckdifferenz an einer gastherme sowie zugehörige gastherme - Google Patents

Verfahren zur auswertung einer von einem sensor erfassbaren quasi-stationären druckdifferenz an einer gastherme sowie zugehörige gastherme

Info

Publication number
EP4177521B1
EP4177521B1 EP22201795.6A EP22201795A EP4177521B1 EP 4177521 B1 EP4177521 B1 EP 4177521B1 EP 22201795 A EP22201795 A EP 22201795A EP 4177521 B1 EP4177521 B1 EP 4177521B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
sensor
fuel
gas boiler
measurement point
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.)
Active
Application number
EP22201795.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4177521A3 (de
EP4177521A2 (de
EP4177521C0 (de
Inventor
Enno Jan Vrolijk
Jens Hermann
Markus Weingart
Andreas KERSCHREITER
Bernhard Simon
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.)
Ebm Papst Landshut GmbH
Original Assignee
Ebm Papst Landshut 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 Ebm Papst Landshut GmbH filed Critical Ebm Papst Landshut GmbH
Publication of EP4177521A2 publication Critical patent/EP4177521A2/de
Publication of EP4177521A3 publication Critical patent/EP4177521A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4177521B1 publication Critical patent/EP4177521B1/de
Publication of EP4177521C0 publication Critical patent/EP4177521C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • 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
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2900/00—Special features of, or arrangements for fuel supplies
    • F23K2900/05001—Control or safety devices in gaseous or liquid fuel supply lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2900/00—Special features of, or arrangements for fuel supplies
    • F23K2900/05002—Valves for gaseous fuel supply lines
    • 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
    • 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
    • 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
    • F23N2005/185—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/04—Measuring pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/04—Measuring pressure
    • F23N2225/06—Measuring pressure for determining flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/12—Burner simulation or checking
    • F23N2227/16—Checking components, e.g. electronic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/10—Fail safe for component failures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/12—Fail safe for ignition failures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/02—Air or combustion gas valves or dampers
    • F23N2235/06—Air or combustion gas valves or dampers at the air intake
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/16—Fuel valves variable flow or proportional valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00—Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/18—Groups of two or more valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/02—Space-heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/04—Heating water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/06—Space-heating and heating water

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating a quasi-stationary pressure difference detectable by a sensor at a gas boiler and to a gas boiler which is configured to carry out the method.
  • gas boilers are known in which a pressure difference upstream of a main flow throttle to a reference pressure is measured by a sensor designed as a differential pressure sensor and the fuel mass flow is regulated based on the pressure difference.
  • a gas boiler usually includes, in addition to other components, a mixing device for mixing a fuel flowing in from a fuel inlet and an air flowing in from an air inlet. Air is supplied to a fuel-air mixture, a blower draws the fuel and air through the mixing device, a main flow restrictor limits the mass flow of fuel into the mixing device, a control valve located upstream of the main flow restrictor regulates the mass flow of fuel into the mixing device, and a safety valve located upstream of the control valve interrupts the mass flow of fuel.
  • the gas-air mixture can then be fed to a burner in which the mixture can be combusted.
  • control valves in the prior art often operate as a mechanical-pneumatic gas valve, in which a pressure difference is detected by a control diaphragm and which is arranged between two areas of different pressure.
  • pressure sensors are also used in so-called “electronic control” systems.
  • the pressures are measured by separate sensors, and the pressure values are electronically evaluated to determine the pressure difference.
  • an electronically controlled control valve or gas valve is then controlled or regulated.
  • the pressure upstream of the main flow restrictor is measured with a differential pressure sensor, which measures the differential pressure or pressure difference between two pressure readings, relative to a reference pressure.
  • an electronic gas valve is usually controlled by a digital controller, which is implemented, for example, on a microcontroller or other control unit, and through which the determined Offset printing, or rather the pressure difference, should be regulated to the desired or specified target value.
  • the function is limited to controlling the gas boiler based on the pressure difference without being able to provide additional functionalities.
  • the invention is therefore based on the objective of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a method by which faults in a gas boiler can be detected and evaluated in a simple and cost-effective manner.
  • a method for evaluating a quasi-stationary pressure difference detectable by a sensor at a gas boiler is proposed.
  • the sensor is either a differential pressure sensor or a mass flow sensor.
  • the gas boiler is provided with a mixing device for mixing fuel flowing from a fuel inlet with air flowing from an air inlet to form a fuel-air mixture, a blower for drawing the fuel and air through the mixing device, a main flow restrictor for limiting the mass flow of fuel into the mixing device, a control valve arranged upstream of the main flow restrictor for regulating the mass flow of fuel into the mixing device, and a safety valve arranged upstream of the control valve for interrupting the mass flow of fuel.
  • the sensor detects a differential pressure between a pressure at a measuring point located upstream of the main flow restrictor and downstream of the control valve, and a reference pressure at a reference measuring point, and transmits this to evaluation electronics.
  • the evaluation electronics compare the differential pressure during a pre-purge phase, in which the safety valve is closed, with a differential pressure in an operating phase of the gas boiler after the pre-purge phase and detects a fault by comparing the two.
  • the gas boiler is purged with air, as is known to experts, without adding any gas, which is made possible by the closed safety valve.
  • the pre-purge phase is usually carried out at the beginning of operation or during initialization of the gas boiler.
  • the fault detection after the pre-purge phase relates to all further operating phases or types after the pre-purge of the gas boiler and in particular to a setup operation in which the gas boiler can be calibrated, and a continuous operation of the gas boiler.
  • a quasi-stationary pressure difference is understood to be a pressure difference that does not fluctuate or only fluctuates within a predetermined tolerance range. For example, a pressure difference fluctuation of 1% around a mean pressure difference can be considered quasi-stationary.
  • predetermined or previously known values and/or ranges are mentioned, these can be stored or at least storable in the evaluation electronics.
  • various states or errors in the system can be detected and/or validated. This state and error detection is primarily achieved through physical and logical analysis of the prevailing states and values within the system. State detection using machine learning, e.g., neural networks, is also possible. Furthermore, tolerance ranges or, more generally, tolerance values can be generated or extended using machine learning.
  • the proposed methods are based on the signal from the differential pressure sensor, which, for example, measures the offset pressure p2 during normal operation of the "electronic zero-pressure control".
  • the gas valve characteristic curve can be calibrated using the offset pressure.
  • the fault is a missing or disconnected sensor and/or a poor or non-existent connection between the sensor and the measuring point and/or the reference measuring point.
  • the differential pressure is determined by measuring the pressure at a reference point, which is located upstream of the main flow restrictor and downstream of the control valve.
  • the evaluation electronics detect the sensor as missing, disconnected, or having a poor or non-existent connection to the measuring point and/or the reference measuring point if the differential pressure is outside a predetermined tolerance range.
  • an advantageous further development to prevent or at least minimize damage provides that the safety valve is closed if the sensor is missing or not connected and/or has a poor or non-existent connection to the measuring point and/or the reference measuring point.
  • the fuel used, the main flow restrictor, the characteristics of the mixing device, and the gas valve characteristic curve of the control valve are preferably known. These values are determined beforehand and/or stored in the evaluation electronics.
  • Figure 1 schematically shows a part or section of a gas boiler, where a Venturi mixer is depicted as mixing device 4, in which air at a pressure p0 is drawn from the environment through an air inlet L by a blower 5.
  • a Venturi mixer is depicted as mixing device 4, in which air at a pressure p0 is drawn from the environment through an air inlet L by a blower 5.
  • the mixing device 4 the incoming air and a fuel (gas) flowing in through the fuel supply G are mixed to form a fuel-air mixture.
  • the fuel flowing in from the fuel supply G which is in particular a gas, flows through a safety valve 1, a control valve 2, and the main flow restrictor 3.
  • the safety valve 1 preferably has a flow-through and a closed position, in which the flow of fuel through the safety valve 1 is blocked.
  • the control valve 2 is designed to regulate the volume flow of the fuel, such that the volume flow of the fuel through
  • the control valve 2 is adjustable to the mixing device 4. By adjusting or regulating the fuel flow rate via the control valve 2, the fuel-air mixture ratio can be adjusted.
  • At least one differential pressure sensor is provided, which is configured to determine the differential pressure between the fuel pressure p2 upstream of the main flow restrictor 3 and downstream of the control valve 2, and a reference pressure, wherein the reference pressure is preferably the ambient pressure p0 or a pressure p1 of the air in an air-carrying supply line to the mixing device 4.
  • the differential pressure sensor can, for example, have a pressure sensor or pressure transducer for detecting the respective pressures p0, p1, and p2.
  • additional pressure sensors can be provided for detecting the further pressures pg, p3, and p4, which can serve as reference pressure sensors for detecting a reference pressure or for verifying the plausibility of the pressures p0, p1, and p2.
  • the fuel-air mixture is conveyed by the blower 5 to a burner of the gas boiler (not shown), where the fuel-air mixture is burned.
  • an installed main flow throttle 3 is to be detected by means of a differential pressure determined by the differential pressure sensor.
  • control pressure Venturi characteristic of the system i.e., the gas boiler
  • a Venturi mixer as a mixing device 4 is not strictly necessary; a pressure reduction element upstream of the mixing point of air and fuel (gas) with a known pressure reduction characteristic is sufficient.
  • the type of gas (fuel type) should be known.
  • the gas type can be stored on the evaluation electronics by the installer or at the factory, or a dedicated sensor can detect the gas composition, for example, at the gas inlet G.
  • the gas mass flow rate flowing through the control valve 2 in its installed state can be determined for a given position of the actuator of the control valve 2.
  • the upstream pressure regulator of the control valve 2 operates ideally and that the mass flow rate through the control valve 2 does not depend on the inlet pressure pg.
  • the offset pressure p2 upstream of the main flow restrictor 3 is measured, for example, with a pressure sensor as part of the differential pressure sensor.
  • the air density which influences the control pressure of the mixing device 4 for a given air mass flow rate, can be manually entered beforehand by the installer.
  • the air density can also be determined by a sensor. With a suitable geometric arrangement, this can also be done by the sensor that determines the gas type when the safety valve 1 is open.
  • a negative pressure pv which is generated by the mixing device 4 at a speed N of the blower 5, is measured by means of a pressure sensor at point p2.
  • the desired pilot position of the actuator of control valve 2 is first reached, the ignition of the gas boiler is activated, and subsequently the safety valve 1 is opened.
  • the fuel-air mixture ignites at the burner of the gas boiler, and the pressure p2 stabilizes from a time t s ; a quasi-steady state is reached.
  • the speed N of the blower 5 can also be changed for the detection of the installed main flow throttle 3 in order to use multiple measuring points.
  • the pressure loss coefficient of the main flow throttle 3 can be calculated.
  • the pressure loss of the other flow resistances should also be taken into account in this calculation.
  • the pressure loss across the main flow restrictor 3 is dominant compared to the total pressure loss dp, the installed main flow restrictor 3 (or the associated pressure loss coefficient) can be determined with sufficient accuracy.
  • a further requirement is that the measured pressure p2(t s ) reaches a quasi-steady state. If the measured pressure difference is completely outside a predetermined tolerance range, insufficient or no input pressure may also be responsible for the faulty ignition.
  • a faulty calibrated control valve 2 should be detected and the control valve 2 should be able to be calibrated in operation (in-situ) if necessary.
  • control pressure Venturi characteristic of the system is known.
  • a Venturi mixer as mixing device 4 is not strictly necessary; a pressure reduction element upstream of the mixing point of air and fuel with a known pressure reduction characteristic is sufficient.
  • Mixing device 4 is sufficient.
  • the type of gas should be known. The gas type can be stored on the evaluation electronics by the installer or at the factory, or detected by a suitable sensor.
  • a known system of flow resistances downstream of the main flow restrictor 3 (deflections and gas pockets) and a main flow restrictor 3 with a known pressure loss characteristic are advantageous for the in-situ calibration of the control valve 2.
  • the installed main flow restrictor 3 can be stored on the evaluation electronics by the installer or at the factory, or the main flow restrictor 3 can be mechanically/electronically/color-coded by the manufacturer so that the evaluation electronics, which evaluates the measurement data, recognizes the main flow restrictor 3.
  • a pressure difference pv is determined during a pre-purge phase as well as a differential pressure with the flame ignited and in a quasi-stationary state.
  • the speed N of the blower 5 can also be changed here, if necessary, to determine multiple measurement points. In practice, however, often only one measurement point is needed to determine the offset pressure of the characteristic curve of the control valve 2.
  • the flow rate (mass flow rate) through the control valve 2 can be calculated.
  • control valve 2 during commissioning of the gas boiler can also be carried out without combustion of the gas-air mixture.
  • it must be ensured at all times that the potentially flammable gas-air mixture is removed from the gas boiler after a certain safety period by means of a safety purge (flushing) using blower 5.
  • the pressure difference p2(t s ) should be in a quasi-stationary state.
  • the described procedure for calibrating control valve 2 can also be used to calibrate control valve 2 at the factory during production, rather than in-situ during commissioning of the gas boiler.
  • This calibration process can also be performed using air flowing through control valve 2. If in-situ calibration is performed during production, the calibration parameters can be stored directly on the electronics of control valve 2 without direct communication between the production equipment and the electronics of the gas boiler.
  • a gas used as fuel is to be made plausible or a defective gas is to be detected.
  • control pressure Venturi characteristic of the system is known.
  • a Venturi mixer is not strictly necessary as the mixing device 5.
  • a pressure reduction element upstream of the mixing point of air and fuel as the mixing device 5 with a known pressure reduction characteristic is sufficient.
  • the system's flow resistances downstream of the main flow restrictor 3 (deflections and gas pockets) are known and a main flow restrictor 3 with a known pressure loss characteristic is used.
  • the installed main flow restrictor 3 can be stored on the evaluation electronics by the installer or at the factory.
  • the main flow restrictor 3 can also be mechanically/electronically/color-coded so that the evaluation electronics, which analyzes the measurement data, recognize the main flow restrictor 3.
  • the gas mass flow rate flowing through the control valve 2 in its installed state can be determined for a given position of the control valve's actuator.
  • the control valve 2's upstream pressure regulator operates ideally and that the mass flow rate through the control valve 2 does not depend on the gas inlet pressure pg.
  • the offset pressure p2 upstream of the main flow restrictor 3 is measured with a pressure sensor, which can be part of the differential pressure sensor.
  • the pressure sensor can either be installed upstream of the main flow restrictor 3 or mounted on an electronic circuit board of other components and connected via hoses/tubes to a representative pressure measurement point upstream of the main flow restrictor 3.
  • the air density which can influence the control pressure of the mixing device 4 for a given air mass flow rate, can be manually entered by a user beforehand. Alternatively, the air density can also be determined by a sensor.
  • the negative pressure pv which is created by the mixing device
  • an air mass flow rate can be calculated for this system consisting of mixing device 4 and main flow throttle 3. This calculation can be corrected for the required accuracy using the air density of the air flowing through the air inlet L.
  • the desired pilot position of the actuator of control valve 2 is first reached, the ignition of the gas boiler is activated, and subsequently the safety valve 1 is opened.
  • the gas-air mixture ignites at the burner of the gas boiler, and the pressure p2 stabilizes from time t s , so that a quasi-steady state of pressure p2 or differential pressure exists.
  • the measured (or specifically adjusted) pressure p2(t s ) now, together with the previously measured pressure p2(t pp ), results in the driving pressure difference dp p2(t s )-pv(t s ) across the series connection of flow resistances, consisting of the main flow restrictor 3 and any further resistances in the mixing device 4. Further resistances can be, for example, deflections downstream of the main flow restrictor 3 as well as openings in the mixing device 4 at the point of air-gas mixing ("gas pockets").
  • the rotational speed N can be changed if necessary to use multiple measuring points.
  • the known mass flow rate at a fixed or unchanged position of the control valve 2 and known overall pressure loss characteristics of the main flow throttle 3 and downstream arranged Flow resistances can be used to verify the type or composition of the gas flowing through the gas inlet G.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung einer von einem Sensor erfassbaren quasi-stationären Druckdifferenz an einer Gastherme sowie eine Gastherme, welche ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen.
  • Im Stand der Technik sind Gasthermen bekannt, bei welchen eine Druckdifferenz stromauf einer Hauptmengendrossel zu einem Referenzdruck durch einen als Differenzdrucksensor ausgebildeten Sensor gemessen und der Brennstoffmassenstrom basierend auf der Druckdifferenz geregelt wird.
  • Grundsätzlich umfasst eine Gastherme neben weiteren Komponenten meist eine Mischeinrichtung zum Mischen eines von einem Brennstoffeinlass zuströmenden Brennstoffs und einer von einem Lufteinlass zuströmenden Luft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch, ein Gebläse zum Ansaugen des Brennstoffs und der Luft durch die Mischeinrichtung, eine Hauptmengendrossel zur Begrenzung eines Massenstroms des Brennstoffs in die Mischeinrichtung, ein stromauf der Hauptmengendrossel angeordnetes Regelventil zur Regelung eines Massenstroms des Brennstoffs in die Mischeinrichtung sowie ein stromauf des Regelventils angeordnetes Sicherheitsventil zur Unterbrechung des Massenstroms des Brennstoffs. Das Gas-Luft-Gemisch kann dann anschließend einem Brenner zugeführt werden, in welchem das Gemisch verbrannt werden kann.
  • Zur Regelung des Drucks des einströmenden Brennstoffs arbeiten die Regelventile im Stand der Technik oftmals als mechanisch-pneumatisches Gasventil, in welchem eine Druckdifferenz durch eine Regelmembran erfasst wird und welches zwischen zwei Bereichen unterschiedlichen Drucks angeordnet ist.
  • Alternativ kommen im Rahmen einer sogenannten "elektronischen Regelung" jedoch auch Drucksensoren zum Einsatz, bei welchen die Drücke durch getrennte Sensoren erfasst und die Druckwerte zur Ermittlung der Druckdifferenz elektronisch ausgewertet werden. Abhängig von der Auswertung wird ein elektronisch ansteuerbares Regelventil bzw. Gasventil gesteuert bzw. geregelt.
  • In einer Einrichtung zur Regelung des Gas-Luft-Gemisches einer Gastherme wird beispielsweise der Druck stromauf der Hauptmengendrossel mit einem Differenzdrucksensor, welcher den Differenzdruck bzw. die Druckdifferenz zwischen zwei Druckabnahmen misst, gegenüber einem Referenzdruck gemessen.
  • Hierbei wird ein elektronisches Gasventil meist durch einen digitalen Regler angesteuert, welcher beispielsweise auf einem Mikrocontroller oder einem anderen Steuergerät implementiert ist, und durch welchen der ermittelte Offsetdruck bzw. die Druckdifferenz auf den gewünschten bzw. vorgegebenen Sollwert geregelt werden soll.
  • Da der Sollwert des Drucks bzw. der Druckdifferenz meist 0 Pa beträgt, wird oftmals von einer "elektronischen Nulldruckregelung" gesprochen.
  • Unabhängig davon, ob es sich um eine elektronische oder mechanisch pneumatische Regelung handelt, beschränkt sich die Funktion jeweils auf die Regelung der Gastherme basierend auf der Druckdifferenz ohne zusätzliche Funktionalitäten bereitstellten zu können.
  • Es wäre jedoch wünschenswert eine Gastherme bezüglich weiterer Kennwerte überwachen zu können, um Fehler der Gastherme abhängig von den Kennwerten erkennen und die Therme davon abhängig steuern bzw. regeln sowie weitere insbesondere die Lebensdauer der Therme verlängernde Maßnahmen ergreifen zu können.
  • Soweit in den bekannten Gasthermen überhaupt zusätzliche Kennwerte erfasst oder Fehler erkannt werden können, sind hierfür zusätzliche Sensoren und Auswertevorrichtungen notwendig, was aufwändig und teuer ist.
  • Weitere Verfahren zur Fehlererkennung an Gasthermen sind zudem aus der EP 2 966 354 A1 bekannt, auf der die zweiteilige Form von Anspruch 1 basiert. Die EP 3 404 326 A1 lehrt ferner Verfahren zur Fehlererkennung an Verbrennungsmaschinen allgemein.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, durch welche Fehler einer Gastherme in einfacher und kostengünstiger Weise erfasst und ausgewertet werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Auswertung einer von einem Sensor erfassbaren quasi-stationären Druckdifferenz an einer Gastherme vorgeschlagen. Der Sensor ist dabei ein Differenzdrucksensor oder ein Massenstromsensor. Weiter ist vorgesehen, dass die Gastherme eine Mischeinrichtung zum Mischen eines von einem Brennstoffeinlass zuströmenden Brennstoffs und einer von einem Lufteinlass zuströmenden Luft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch, ein Gebläse zum Ansaugen des Brennstoffs und der Luft durch die Mischeinrichtung, eine Hauptmengendrossel zur Begrenzung eines Massenstroms des Brennstoffs in die Mischeinrichtung, ein stromauf der Hauptmengendrossel angeordnetes Regelventil zur Regelung eines Massenstroms des Brennstoffs in die Mischeinrichtung sowie ein stromauf des Regelventils angeordnetes Sicherheitsventil zur Unterbrechung des Massenstroms des Brennstoffs aufweist. Der Sensor erfasst einen Differenzdruck zwischen einem Druck an einem Messpunkt, welcher stromauf der Hauptmengendrossel und stromab des Regelventils angeordnet ist, sowie einem Referenzdruck an einem Referenzmesspunkt und übermittelt diese an eine Auswerteelektronik. Die Auswerteelektronik vergleicht den Differenzdruck während einer Vorspülphase, in welcher das Sicherheitsventil geschlossen ist, mit einem Differenzdruck in einer Betriebsphase der Gastherme nach der Vorspülphase und erkennt durch den Vergleich einen Fehler.
  • In der Vorspülphase wird die Gastherme, wie dem Fachmann bekannt ist, die Gastherme mit Luft gespült, ohne das Gas hinzugemischt wird, was durch das geschlossene Sicherheitsventil ermöglicht ist. Zumeist wird die Vorspülphase zu Beginn des Betriebs bzw. bei einer Initialisierung der Gastherme durchgeführt.
  • Erfindungsgemäß bezieht sich die Fehlererkennung nach der Vorspülphase auf alle weiteren Betriebsphasen bzw. -arten nach dem Vorspülen der Gastherme und insbesondere auf einen Einrichtbetrieb, in welchem die Gastherme kalibriert werden kann, und einen Dauerbetrieb der Gastherme.
  • Als quasi-stationäre Druckdifferenz wird dabei eine nicht oder nur innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs schwankende Druckdifferenz verstanden. Beispielsweise kann eine Schwankung der Druckdifferenz um 1% um einen Mittelwert der Druckdifferenz als quasi-stationär verstanden werden.
  • Soweit von vorbestimmten oder vorbekannten Werten und/oder Bereichen gesprochen wird, können diese in der Auswerteelektronik gespeichert oder zumindest speicherbar sein.
  • Aus bekannten, in der Auswerteelektronik hinterlegten Daten, welche im Rahmen einer Kalibrierung der Gastherme ermittelt oder beispielsweise durch einen Benutzer eingegeben werden können, können verschiedene Zustände bzw. Fehler im System erkannt und/oder plausibilisiert werden. Dabei erfolgt die Zustands- bzw. Fehlerermittlung insbesondere durch physikalische und logische Betrachtungen im System herrschender Zustände und Werte. Auch eine Zustandserkennung mittels maschinellem Lernen, z.B. durch neuronale Netze, ist möglich. Zudem können Toleranzbereiche bzw. allgemein Toleranzwerte mittels maschinellem Lernen erzeugt bzw. erweitert werden.
  • Eine Basis für die vorgeschlagenen Verfahren ist das Signal des Differenzdrucksensors, welcher beispielsweise im Normalbetrieb der "elektronischen Nulldruckregelung" den Offsetdruck p2 misst. Bei bekannter Gasart und definierter Hauptmengendrossel kann mithilfe des Offsetdrucks z.B. die Gasventil-Kennlinie kalibriert werden.
  • Erfindungsgemäß ist der Fehler ein nicht vorhandener oder nicht angeschlossener Sensor und/oder eine schlechte oder nicht vorhandene Verbindung des Sensors mit dem Messpunkt und/oder dem Referenzmesspunkt. Hierbei wird eine Druckdifferenz zwischen dem Druck an dem Messpunkt, welcher stromauf der Hauptmengendrossel und stromab des Regelventils liegt, sowie einem Referenzdruck an einem Referenzmesspunkt ermittelt. Von der Auswerteelektronik wird der Sensor als nicht vorhandene oder nicht angeschlossen und/oder als eine schlechte oder nicht vorhandene Verbindung mit dem Messpunkt und/oder dem Referenzmesspunkt aufweisend erkannt, wenn der Differenzdruck außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.
  • Hierbei sieht eine vorteilhafte Weiterbildung zur Verhinderung oder zumindest zur Minimierung eines Schadens vor, dass das Sicherheitsventil bei einem nicht vorhandenen oder nicht angeschlossenen und/oder als eine schlechte oder nicht vorhandene Verbindung mit dem Messpunkt und/oder dem Referenzmesspunkt aufweisenden Sensor geschlossen wird.
  • Auch hier sind vorzugsweise der verwendete Brennstoff, die verwendete Hauptmengendrossel, die Charakteristik der Mischeinrichtung und die Gastventil-Kennlinie des Regelventils bekannt. Diese Werte werden entsprechend zuvor ermittelt und/oder in der Auswerteelektronik gespeichert.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind im Unteranspruch gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine beispielhafte schematische Darstellung einer Gastherme.
  • Figur 1 zeigt schematisch einen Teil bzw. einen Ausschnitt einer Gastherme, wobei ein Venturi-Mischer als Mischeinrichtung 4 dargestellt ist, in welchen von einem Gebläse 5 Luft durch einen Lufteinlass L aus der Umgebung mit einem Luftdruck p0 gesaugt wird. In der Mischeinrichtung 4 wird die einströmende Luft und ein durch die Brennstoffzufuhr G einströmender Brennstoff (Gas) zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch vermischt.
  • Der von der Brennstoffzufuhr G einströmende Brennstoff, bei welchem es sich insbesondere um ein Gas handelt, durchströmt dabei ein Sicherheitsventil 1, ein Regelventil 2 sowie die Hauptmengendrossel 3. Das Sicherheitsventil 1 weist vorzugsweise eine Durchlass- und eine Sperrstellung auf, in welcher der Durchfluss des Brennstoffs durch das Sicherheitsventil 1 gesperrt ist. Das Regelventil 2 ist zur Regelung des Volumenstroms des Brennstoffs ausgebildet, sodass der Volumenstrom des Brennstoffs durch das Regelventil 2 zu der Mischeinrichtung 4 einstellbar ist. Durch die Einstellung bzw. Regelung des Volumenstroms des Brennstoffs durch das Regelventil 2 ist somit das Mischungsverhältnis des Brennstoff-Luft-Gemisches einstellbar.
  • Weiter ist zumindest ein Differenzdrucksensor vorgesehen, welcher ausgebildet ist, den Differenzdruck zwischen dem Druck p2 des Brennstoffs stromauf der Hauptmengendrossel 3 und stromab des Regelventils 2 sowie einem Referenzdruck zu bestimmen, wobei es sich bei dem Referenzdruck vorzugsweise um den Umgebungsdruck p0 oder einen Druck p1 der Luft in einer Luft führenden Zuleitung zu der Mischeinrichtung 4 handelt. Hierfür kann der Differenzdrucksensor beispielsweise einen jeweiligen Drucksensor oder Druckaufnehmer zur Erfassung eines jeweiligen Drucks p0, p1, p2 aufweisen. Ferner können weitere Drucksensoren zur Erfassung der weiteren Drücke pg, p3 und p4 vorgesehen sein, welche als Referenzdrucksensoren zur Erfassung eines Referenzdrucks oder zur Plausibilisierung der Drücke p0, p1, p2 dienen können.
  • Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird von dem Gebläse 5 zu einem nicht dargestellten Brenner der Gastherme gefördert, wo das Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird.
  • Anhand des in Figur 1 dargestellten Systems sollen im folgenden beispielhaft Fehler bzw. Zustände erkannt und ggfs. Werte ermittelt oder plausibilisiert werden.
  • Nicht erfindungsgemäß soll in einem ersten Fall beispielsweise eine installierte Hauptmengendrossel 3 mittels eines von dem Differenzdrucksensor ermittelten Differenzdrucks erkannt werden.
  • Vorteilhaft hierbei ist, wenn die Steuerdruck-Venturi-Charakteristik des Systems d.h. der Gastherme bekannt ist. Ein Venturi-Mischer als Mischeinrichtung 4 ist nicht zwingend notwendig, ein Druckabsenkungs-Element stromauf der Mischstelle von Luft und Brennstoff (Gas) mit bekannter Druckabsenkungs-Charakteristik ist ausreichend. Zudem sollte die Gasart (Brennstoff-Typ) bekannt sein. Die Gasart kann durch den Installateur bzw. werkseitig auf der Auswerteelektronik gespeichert werden oder ein dafür vorgesehener Sensor erkennt die Zusammensetzung des Gases, beispielsweise am Gaseinlass G.
  • Mit vorzugsweise bereits kalibrierten Regelventil 2 kann bei einer gegebenen Position des Stellgliedes des Regelventils 2 auf den Gasmassenstrom geschlossen werden, der im eingebauten Zustand durch das Regelventil 2 fließt. In diesem Fall wird angenommen, dass der Vordruckregler des Regelventils 2 ideal arbeitet und der Massenstrom durch das Regelventil 2 nicht vom Eingangsdruck pg abhängt. Der Offsetdruck p2 stromauf der Hauptmengendrossel 3 wird beispielsweise mit einem Drucksensor als Teil des Differenzdrucksensors gemessen.
  • Die Luftdichte, welche bei gegebenem Luftmassenstrom den Steuerdruck der Mischeinrichtung 4 beeinflusst, kann zuvor durch den Installateur manuell eingegeben werden. Alternativ kann die Luftdichte auch durch einen Sensor ermittelt werden. Bei entsprechender geometrischer Anordnung kann dies auch durch den Sensor geschehen, mit dem bei geöffnetem Sicherheitsventil 1 die Gasart bestimmt werden kann.
  • In der Pre-Purge Phase (Zeitpunkt t=tpp) der Gastherme, in welcher das Sicherheitsventil 1 geschlossen ist, wird ein Unterdruck pv, welcher durch die Mischeinrichtung 4 bei einer Drehzahl N des Gebläses 5 erzeugt wird, mittels Drucksensor an der Stelle p2 gemessen.
  • Wegen des geschlossenen Sicherheitsventils 1 während der Pre-purge Phase gilt: p2(tpp)=p3(tpp)=p4(tpp)=pv(tpp).
  • Mit dem gemessenen Druck p2 bzw. pv und einer in der Auswerteelektronik hinterlegten Funktion oder Tabelle für dieses System aus Mischeinrichtung 4 und Hauptmengendrossel 3, wird ein Luftmassenstrom berechnet. Diese Berechnung kann je nach Anforderung an die Genauigkeit mit der Luftdichte korrigiert werden.
  • Nach der Pre-Purge-Phase werden bei gleichbleibender Drehzahl N zunächst die gewünschte Vorsteuer-Position des Stellgliedes des Regelventils 2 angefahren und die Zündung der Gastherme aktiviert sowie im Anschluss das Sicherheitsventil 1 geöffnet. Sobald ein brennbares Gemisch an der Zündelektrode der Gastherme anliegt, brennt das Brennstoff-Luft-Gemisch am Brenner der Gastherme und der Druck p2 stabilisiert sich ab einem Zeitpunkt ts, es liegt ein quasi-stationärer Zustand vor.
  • Der gemessene (bzw. gezielt eingeregelte) Druck p2(ts) ergibt nun mit dem zuvor gemessenen Druck p2(tpp) die treibende Druckdifferenz dp=p2(ts)-pv(ts) über die Reihenschaltung von Strömungswiderständen, bestehend aus Hauptmengendrossel 3 und weiteren Widerständen in der Mischeinrichtung 4. Weitere Widerstände können z.B. Umlenkungen stromab der Hauptmengendrossel 3 sowie die Öffnungen an der Stelle der Luft-Gas-Mischung ("Gastaschen") sein.
  • Bei Bedarf kann die Drehzahl N des Gebläses 5 für die Erkennung der installierten Hauptmengendrossel 3 auch verändert werden, um mehrere Messpunkte zu verwenden.
  • Mit dem über die Gasventil-Kennlinie bestimmten Gasmassenstrom und der Druckdifferenz dp, kann der Druckverlustkoeffizient der Hauptmengendrossel 3 berechnet werden.
  • Der Druckverlust der weiteren Strömungswiderstände sollte in dieser Berechnung ebenfalls berücksichtigt werden. Insbesondere, wenn der Druckverlust über die Hauptmengendrossel 3 dominant gegenüber dem Gesamtdruckverlust dp ist, kann die installierte Hauptmengendrossel 3 (bzw. der zugehörige Druckverlustkoeffizient) mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden.
  • Liegt zum Zeitpunkt der Zündung im Brenner der Gastherme kein zündfähiges Gemisch am Brenner vor, können weitere Zündversuche, evtl. auch mit angepasster Vorsteuerposition des Regelventils 2 unternommen werden. Grundsätzlich kann die Erkennung der installierten Hauptmengendrossel 3 auch ohne Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches im Brenner durchgeführt werden. Dabei muss jederzeit darauf geachtet werden, dass das potentiell brennbare Gas-Luft-Gemisch nach einer gewissen Sicherheitszeit durch einen Safety-Purge (Spülen) mit Hilfe des Gebläses 5 aus der Gastherme befördert wird.
  • Voraussetzung ist zudem, dass der gemessene Druck p2(ts) einen quasi-stationären Zustand erreicht. Falls die gemessene Druckdifferenz komplett außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs ist, kann auch zu geringer oder fehlender Eingangsdruck für das fehlerhafte Zünden verantwortlich sein.
  • Nicht erfindungsgemäß soll in einem zweiten Fall beispielsweise ein fehlerhaft kalibriertes Regelventil 2 erkannt und das Regelventil 2 gegebenenfalls im Betrieb (in-situ) kalibriert werden können.
  • Es ist wiederum vorteilhaft, wenn eine Steuerdruck-Venturi-Charakteristik des Systems bekannt ist. Auch hier ist nicht zwingend ein Venturi-Mischer als Mischeinrichtung 4 notwendig, ein Druckabsenkungs-Element stromauf der Mischstelle von Luft und Brennstoff mit bekannter Druckabsenkungs-Charakterstik als Mischeinrichtung 4 ist ausreichend. Zudem sollte die Gasart (Brennstoff-Typ) bekannt sein. Die Gasart kann durch den Installateur bzw. werkkseitig auf der Auswertelektronik gespeichert oder durch einen entsprechenden Sensor erkannt werden.
  • Neben den genannten Daten ist für die In-Situ Kalibration des Regelventils 2 ein bekanntes System aus Strömungswiderständen stromab der Hauptmengendrossel 3 (Umlenkungen und Gastaschen) sowie eine Hauptmengendrossel 3 mit bekannter Druckverlustcharakteristik vorteilhaft. Die installierte Hauptmengendrossel 3 kann durch den Installateur bzw. werkseitig auf der Auswerteelektronik gespeichert werden oder die Hauptmengendrossel 3 ist mechanisch/elektronisch/farblich vom Hersteller so kodiert, dass die Auswerteelektronik, welche die Messdaten auswertet, die Hauptmengendrossel 3 erkennt.
  • Wie bei dem ersten beschriebenen Fall wird eine Druckdifferenz pv während einer Pre-Purge Phase sowie ein Differenzdruck bei gezündeter Flamme und in einem quasi-stationären Zustand ermittelt.
  • Auch her kann bei Bedarf die Drehzahl N des Gebläses 5 verändert werden, um mehrere Messpunkte ermitteln zu können. In der Anwendung wird jedoch oft nur ein Messpunkt benötigt, um den Offsetdruck der Kennlinie des Regelventils 2 zu ermitteln.
  • Mit der so ermittelten Druckdifferenz dp und einer bekannten Gesamt-Druckverlustcharakteristik von Hauptmengendrossel 3 und ggfs. stromab angeordneten Strömungswiderständen, kann der Durchfluss (Massenstrom) durch das Regelventil 2 berechnet werden.
  • Sollte zum Zeitpunkt der Zündung im Brenner der Gastherme kein zündfähiges Gemisch vorliegen, können weitere Zündversuche, evtl. auch mit angepasster Vorsteuerposition des Regelventils 2 unternommen werden. Sind auch diese Zündversuche nicht erfolgreich, kann die Erkennung des Regelventils 2 und/oder die In-Situ Kalibration des Regelventils 2 auch ohne Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches durchgeführt werden.
  • Weiter kann die Kalibration des Regelventils 2 bei Inbetriebnahme der Gastherme auch grundsätzlich ohne Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches durchgeführt werden. Dabei muss jederzeit darauf geachtet werden, dass das potentiell brennbare Gas-Luft-Gemisch nach einer gewissen Sicherheitszeit durch einen Safety-Purge (Spülen) mit Hilfe des Gebläses 5 aus der Gastherme befördert wird.
  • Wie zuvor, sollte sich die Druckdifferenz p2(ts) in einem quasi-stationären Zustand befinden.
  • Das beschriebene Verfahren zur Kalibration des Regelventils 2 kann ebenfalls verwendet werden, um das Regelventil 2 werksseitig in der Fertigung und nicht In-Situ bei Inbetriebnahme der Gastherme zu kalibrieren. Dieser Kalibriervorgang kann ebenfalls mit einer das Regelventil 2 durchströmenden Luft durchgeführt werden. Wird die In-Situ Kalibration in der Fertigung durchgeführt, können die Kalibrationsparameter ohne direkte Kommunikation der Fertigungseinrichtung mit einer Elektronik der Gastherme direkt auf einer Elektronik des Regelventils 2 gespeichert werden.
  • Nicht erfindungsgemäß soll in einem dritten Fall ein als Brennstoff verwendetes Gas plausibilisiert bzw. ein fehlerhaftes Gas erkannt werden.
  • Vorzugsweise ist wiederum eine Steuerdruck-Venturi-Charakteristik des Systems bekannt. Auch hier ist als Mischeinrichtung 5 nicht zwingend ein Venturi-Mischer erforderlich. Ein Druckabsenkungs-Element stromauf der Mischstelle von Luft und Brennstoff als Mischeinrichtung 5 mit bekannter Druckabsenkungs-Charakteristik ist ausreichend.
  • Für die Plausibilisierung des als Brennstoff verwendeten Gases bzw. eine dahingehende Fehlererkennung ist es vorteilhaft, wenn das System aus Strömungswiderständen stromab der Hauptmengendrossel 3 (Umlenkungen und Gastaschen) bekannt ist und eine Hauptmengendrossel 3 mit bekannter Druckverlustcharakterstik verwendet wird. Die installierte Hauptmengendrossel 3 kann durch den Installateur bzw. werkkseitig auf der Auswerteelektronik hinterlegt, d.h. gespeichert werden. Alternativ kann auch hier die Hauptmengendrossel 3 mechanisch/elektronisch/farblich so kodiert sein, dass die Auswerteelektronik, welche die Messdaten auswertet, die Hauptmengendrossel 3 erkennt.
  • Wie auch bei den beiden zuvor erläuterten Fällen kann bei einem beispielsweise werksseitig kalibrierten elektronischen Regelventil 2 bei einer gegebenen Position des Stellgliedes des Regelventils 2 auf den Gasmassenstrom geschlossen werden, der im eingebauten Zustand durch das Regelventil 2 fließt. In diesem Fall wird angenommen, dass der Vordruckregler des Regelventils 2 ideal arbeitet und der Massenstrom durch das Regelventil 2 nicht vom Eingangsdruck pg des Gases abhängt. Der Offsetdruck p2 stromauf der Hauptmengendrossel 3 wird mit einem Drucksensor gemessen, der Teil des Differenzdrucksensors sein kann. Der Drucksensor kann entweder stromauf der Hauptmengendrossel 3 verbaut oder auf einer Elektronikplatine anderer Komponenten verbaut und mit Schläuchen/Rohren zu einer repräsentativen Druckmessstelle stromauf der Hauptmengendrossel 3 verbunden sein.
  • Die Luftdichte, welche bei gegebenem Luftmassenstrom den Steuerdruck der Mischeinrichtung 4 beeinflussen kann, kann zuvor durch einen Benutzer manuell eingegeben werden. Alternativ kann die Luftdichte auch durch einen Sensor ermittelt werden.
  • Wie zuvor kann in einer Pre-Purge Phase (Zeitpunkt t=tpp) bzw. bei einem Spülen der Gastherme der Unterdruck pv, welcher durch die Mischeinrichtung 5 bei einer Drehzahl N des Gebläses 5 erzeugt wird, mittels eines Drucksensors an der Stelle p2 gemessen werden. Wegen des geschlossenen Sicherheitsventils 1 während der Pre-purge Phase gilt wiederum: p2(tpp)=p3(tpp)=p4(tpp)=pv(tpp). Mit dem gemessene Druck p2 und einer in der Auswerteinheit hinterlegten Funktion bzw. gespeicherten Tabelle, kann für dieses System aus Mischvorrichtung 4 und Hauptmengendrossel 3 ein Luftmassenstrom berechnet werden. Diese Berechnung kann je nach Anforderung an die Genauigkeit mit der Luftdichte der durch den Lufteinlass L strömenden Luft korrigiert werden.
  • Nach der Pre-Purge-Phase werden bei gleichbleibender Drehzahl N zunächst die gewünschte Vorsteuer-Position des Stellgliedes des Regelventils 2 angefahren und die Zündung der Gastherme aktiviert sowie im Anschluss das Sicherheitsventil 1 geöffnet. Sobald ein brennbares Gemisch an der Zündelektrode der Gastherme anliegt, brennt das Gas-Luft-Gemisch am Brenner der Gastherme und der Druck p2 stabilisiert sich ab dem Zeitpunkt ts, so dass ein quasi-stationärer Zustand des Drucks p2 bzw. des Differenzdrucks vorliegt. Der gemessene (bzw. gezielt eingeregelte) Druck p2(ts) ergibt nun mit dem zuvor gemessenen Druck p2(tpp) die treibende Druckdifferenz dp=p2(ts)-pv(ts) über die Reihenschaltung von Strömungswiderständen, bestehend aus Hauptmengendrossel 3 und eventuellen weiteren Widerständen in der Mischvorrichtung 4. Weitere Widerstände können z.B. Umlenkungen stromab der Hauptmengendrossel 3 sowie Öffnungen in der Mischvorrichtung 4 an der Stelle der Luft-Gas-Mischung sein ("Gastaschen").
  • Auch hier kann bei Bedarf die Drehzahl N verändert werden, um mehrere Messpunkte zu verwenden.
  • Mit gemessener Druckdifferenz dp, dem bekannten Massenstrom bei fester bzw. unveränderter Stellung des Regelventils 2 und bekannter Gesamt-Druckverlustcharakteristik von Hauptmengendrossel 3 und stromab angeordneten Strömungswiderständen, kann die Gasart bzw. Zusammensetzung des durch den Gaseinlasse G zuströmenden Gases plausibilisiert werden.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Auswertung einer von einem Sensor erfassbaren quasi-stationären Druckdifferenz an einer Gastherme,
    wobei der Sensor ein Differenzdrucksensor oder ein Massenstromsensor ist,
    wobei die Gastherme eine Mischeinrichtung (4) zum Mischen eines von einem Brennstoffeinlass (G) zuströmenden Brennstoffs und einer von einem Lufteinlass (L) zuströmenden Luft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch, ein Gebläse (5) zum Ansaugen des Brennstoffs und der Luft durch die Mischeinrichtung (4), eine Hauptmengendrossel (3) zur Begrenzung eines Massenstroms des Brennstoffs in die Mischeinrichtung (4), ein stromauf der Hauptmengendrossel (3) angeordnetes Regelventil (2) zur Regelung eines Massenstroms des Brennstoffs in die Mischeinrichtung (4) sowie ein stromauf des Regelventils (2) angeordnetes Sicherheitsventil (1) zur Unterbrechung des Massenstroms des Brennstoffs aufweist,
    wobei der Sensor einen Differenzdruck zwischen einem Druck (p2) an einem Messpunkt stromauf der Hauptmengendrossel (3) und stromab des Regelventils (2) und einem Referenzdruck (p0, p1) an einem Referenzmesspunkt erfasst und an eine Auswerteelektronik übermittelt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteelektronik den Differenzdruck während einer Vorspülphase, in welcher das Sicherheitsventil (1) geschlossen ist, mit einem Differenzdruck in einer Betriebsphase der Gastherme nach der Vorspülphase vergleicht und durch den Vergleich einen Fehler erkennt,
    dass der Fehler ein nicht vorhandener oder nicht angeschlossener Sensor und/oder eine schlechte oder nicht vorhandene Verbindung des Sensors mit dem Messpunkt und/oder dem Referenzmesspunkt ist,
    dass eine Druckdifferenz zwischen dem Druck (p2) an dem Messpunkt stromauf der Hauptmengendrossel (3) und stromab des Regelventils (2) und einem Referenzdruck (p0, p1) an einem Referenzmesspunkt ermittelt wird
    und dass von der Auswerteelektronik der Sensor als nicht vorhandene oder nicht angeschlossen und/oder als eine schlechte oder nicht vorhandene Verbindung mit dem Messpunkt und/oder dem Referenzmesspunkt aufweisend erkannt wird, wenn der Differenzdruck außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei das Sicherheitsventil (1) bei einem nicht vorhandenen oder nicht angeschlossenen und/oder als eine schlechte oder nicht vorhandene Verbindung mit dem Messpunkt und/oder dem Referenzmesspunkt aufweisenden Sensor geschlossen wird.
  3. Gastherme, welche ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
EP22201795.6A 2021-10-20 2022-10-17 Verfahren zur auswertung einer von einem sensor erfassbaren quasi-stationären druckdifferenz an einer gastherme sowie zugehörige gastherme Active EP4177521B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021127225.4A DE102021127225A1 (de) 2021-10-20 2021-10-20 Verfahren zur Auswertung einer von einem Sensor erfassbaren quasi-stationären Druckdifferenz an einer Gastherme sowie zugehörige Gastherme

Publications (4)

Publication Number Publication Date
EP4177521A2 EP4177521A2 (de) 2023-05-10
EP4177521A3 EP4177521A3 (de) 2023-08-02
EP4177521B1 true EP4177521B1 (de) 2025-12-03
EP4177521C0 EP4177521C0 (de) 2025-12-03

Family

ID=83898257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22201795.6A Active EP4177521B1 (de) 2021-10-20 2022-10-17 Verfahren zur auswertung einer von einem sensor erfassbaren quasi-stationären druckdifferenz an einer gastherme sowie zugehörige gastherme

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12455076B2 (de)
EP (1) EP4177521B1 (de)
KR (1) KR20230056616A (de)
CN (1) CN115993203B (de)
DE (1) DE102021127225A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119290437B (zh) * 2024-09-25 2026-03-27 武汉市三联自动化有限责任公司 燃烧平衡ai智能检测及诊断方法、系统、设备及产品

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60213729A (ja) * 1984-04-09 1985-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd ガス燃焼安全装置
FR2775782B1 (fr) * 1998-03-06 2000-05-05 Theobald Sa A Dispositif de mesure de pression differentielle et dispositif pour la regulation active du rapport air/gaz d'un bruleur utilisant un tel dispositif de mesure
KR100304907B1 (ko) * 1999-02-26 2001-09-24 구자홍 가스온풍기의 운전 제어장치 및 그 방법
DE19918901C1 (de) * 1999-04-26 2001-05-03 Franz Durst Vorrichtung zur Einstellung des Oxydationsmittel/Brennstoffgemisches in der Zuleitung eines Brenners
DE60111359T2 (de) 2000-01-28 2006-05-11 Robertshaw Controls Co. Diagnosegerät für feuerungsanlage
DE102004055716C5 (de) * 2004-06-23 2010-02-11 Ebm-Papst Landshut Gmbh Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung und Feuerungseinrichtung (Elektronischer Verbund I)
DE102005033611B3 (de) 2005-07-14 2006-10-19 Honeywell Technologies S.A.R.L. Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners
US7823436B2 (en) * 2008-01-18 2010-11-02 Pivotal Systems Corporation Method and apparatus for in situ testing of gas flow controllers
JP5124410B2 (ja) * 2008-09-29 2013-01-23 株式会社堀場エステック ガス供給システム
JP5430621B2 (ja) * 2011-08-10 2014-03-05 Ｃｋｄ株式会社 ガス流量検定システム及びガス流量検定ユニット
CN102519041B (zh) * 2011-12-23 2015-09-23 李延新 一种数控燃气燃烧机
US10317076B2 (en) * 2014-09-12 2019-06-11 Honeywell International Inc. System and approach for controlling a combustion chamber
EP2966354B1 (de) * 2014-07-08 2017-11-29 Honeywell Technologies Sarl Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners
JP6531431B2 (ja) * 2015-03-05 2019-06-19 三浦工業株式会社 ガスボイラの燃焼制御機構
EP3073195B1 (de) * 2015-03-23 2019-05-08 Honeywell Technologies Sarl Verfahren zur kalibrierung eines gasbrenners
EP3404326B1 (de) 2017-05-19 2020-07-22 Honeywell International Inc. System und verfahren zur steuerung einer brennkammer
DE102019105749A1 (de) * 2019-03-07 2020-09-10 Ebm-Papst Landshut Gmbh Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Betriebs eines über einen Gleichstrommotor angetriebenen Gasgebläses
CN110425522B (zh) * 2019-08-26 2024-07-09 刘剑飚 环保低氮醇类燃料燃烧换热装置及其燃烧控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021127225A1 (de) 2023-04-20
KR20230056616A (ko) 2023-04-27
US12455076B2 (en) 2025-10-28
CN115993203B (zh) 2026-01-09
EP4177521A3 (de) 2023-08-02
CN115993203A (zh) 2023-04-21
EP4177521A2 (de) 2023-05-10
EP4177521C0 (de) 2025-12-03
US20230118991A1 (en) 2023-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1744102B1 (de) Gasbrenner
EP3301363B1 (de) Verbrennungseinrichtung mit brenner und einer vorrichtung zur durchflussmessung von turbulenten strömungen
EP2682679B1 (de) Verfahren zur Überwachung eines brenngasbetriebenen Brenners
DE102008002721A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Kurbelgehäuseentlüftung bei Verbrennungsmotoren
EP1510756A1 (de) Verhältnisregler mit Dynamischer Verhältnisbildung
EP3222980B1 (de) Durchflussmessgerät mit fehlererkennung
EP2312213A2 (de) Regeleinrichtung für Gasbrenner
EP4177521A2 (de) Verfahren zur auswertung einer von einem sensor erfassbaren quasi-stationären druckdifferenz an einer gastherme sowie zugehörige gastherme
EP1519113A2 (de) Verfahren zur Anpassung der Geräteheizleistung eines gebläseunterstützten Heizgerätes an die individuellen Druckverluste eines Frischluft-Abgas-Leitungssystems
EP2405198A1 (de) Verfahren zur Kalibrierung der Regelung des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners
DE19954535C2 (de) Verfahren zur Plausibilitätsprüfung der gemessenen Last bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilhubsteuerung
EP3721124B1 (de) Ventilüberwachungssystem für ein koaxiales doppelsicherheitsventil
DE19919126A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Diagnose von AGR-Systemen
EP3870899B1 (de) Verfahren zur überprüfung eines gasgemischsensors und ionisationssensors bei einem brenngasbetriebenen heizgerät
EP3734159A1 (de) Verfahren zur überprüfung eines gasgemischsensors bei einem brenngasbetriebenen heizgerät
EP2556303A2 (de) Pneumatischer verbund mit massenausgleich
EP1746345B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners
DE102006021306B3 (de) Verfahren zur Diagnose und Steuervorrichtung zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges
DE102005011021A1 (de) Verfahren zur Anpassung der Geräteheizleistung eines gebläseunterstützten Heizgerätes an die individuellen Druckverluste eines Frischluft-Abgas-Leitungssystems
DE102021127224A1 (de) Verfahren zur Auswertung einer von einem Sensor erfassbaren instationären Druckdifferenz an einer Gastherme sowie zugehörige Gastherme
EP1351019B1 (de) Verfahren zur Uberprüfung der Funktion eines Steuerungs-/Regelungssystems eines Heizungsbrenners
DE102020104084A1 (de) Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Prozesses einer Gastherme und Gastherme
DE102014204786A1 (de) Steuergerät, Brenner sowie Verfahren zum Betrieb solch eines Steuergeräts
DE102024105404A1 (de) Gasregeleinheit, Gasregelventil und System mit einem solchen Gasregelventil zur fehlersicheren Druckregelung in einem Gasheizgerät
DE102022122935A1 (de) Vorrichtung zur Detektion einer Rückzündung in einem Heizgerät

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: F23N 5/18 20060101ALN20230627BHEP

Ipc: F23D 14/02 20060101ALI20230627BHEP

Ipc: F23N 5/24 20060101AFI20230627BHEP

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240202

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20240925

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: SIMON, BERNHARD

Inventor name: KERSCHREITER, ANDREAS

Inventor name: WEINGART, MARKUS

Inventor name: HERMANN, JENS

Inventor name: VROLIJK, ENNO JAN

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: F23N 5/24 20060101AFI20250716BHEP

Ipc: F23D 14/02 20060101ALI20250716BHEP

Ipc: F23N 5/18 20060101ALN20250716BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20250730

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: F10

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-F10-F00 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Effective date: 20251203

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502022006290

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

U01 Request for unitary effect filed

Effective date: 20251210

U07 Unitary effect registered

Designated state(s): AT BE BG DE DK EE FI FR IT LT LU LV MT NL PT RO SE SI

Effective date: 20251217

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251203

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20260303

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251203

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20260303

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20251203