EP4357671B1

EP4357671B1 - Verfahren zur inbetriebnahme eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät

Info

Publication number: EP4357671B1
Application number: EP23202368.9A
Authority: EP
Inventors: Andreas Reinert; Raphael-Marcel Koch; Klaus Richter
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2022-10-17
Filing date: 2023-10-09
Publication date: 2026-01-28
Anticipated expiration: 2043-10-09
Also published as: EP4357671A1; DE102022127125A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät.
Bei einem Betrieb eines Gasbrenners kann insbesondere ein Startvorgang kritische Zustände auslösen. Beispiele für derartig kritische Zustände können eine harte Zündung, eine Verpuffung oder ein Flammenrückschlag, also eine Flammenausbreitung während eines Start- bzw. Zündvorganges vom Brenner in eine Zuführung des Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft, die zu Schäden am Heizgerät führen kann, sein. Bei der Verwendung von Wasserstoff als Brenngas werden derartig kritische Zustände wahrscheinlicher, da aufgrund der Flüchtigkeit und der geringen Dichte von Wasserstoff ein erheblich schlechteres Wiederholverhalten bei einem Startvorganggegeben ist. Dabei kann in der Regel ein erster Start eines kalten Heizgerätes (Kaltstart) besonders schwierig sein, da sich am Gasregelventil erst wieder ein Gasstrom ausbilden muss, der in den Stillstandzeiten des Brenners aus dem Gasregelventil diffundiert ist.
Zur Vermeidung derartiger, kritischer Zustände wird in der EP 3 992 529 A1 vorgehschlagen, eine Pilotflamme mit einer eigenen Brennstoff-Versorgung zum Zünden eines Haupt-Brenners einzusetzen, dessen Funktion mittels eines Sensors überwacht werden kann und der zudem derart angeordnet ist, dass ein Erlöschen der Pilotflamme durch am Hauptbrenner austretende Luft nicht auftreten kann. Eine derartige Ausgestaltung ist jedoch mit hohem Aufwand verbunden.
Es wurde jedoch festgestellt, dass insbesondere nach längeren Unterbrechungen des Brennerbetriebes es zu Zeitverzögerungen vom Öffnen des Gasventils bis zu einem Einsetzen und Stabilisieren des Volumenstromes Brenngas kommen kann. Dies kann dazu führen, dass nach Ablauf der Sicherheitszeit eines Zündvorganges keine Flammenbildung festzustellen ist und ein erneuter Zündvorgang eingeleitet werden muss, wobei eine damit einhergehende Zeitverzögerung der Inbetriebnahme des Heizgerätes Komforteinbußen für Nutzer bedeutet, die insbesondere bei einer Warmwasseranforderung zu Tage treten kann.
Die US 2014/0199640 A1 beschreibt einen lokal energieversorgten intermittierenden Verbrennungsregler, der zur Lösung dieser Probleme nichts beitragen kann.
Die DE 197 44 008 A1 zeigt ein Verfahren zum Straten eines Gasbrenners, bei dem die Zusammensetzung des aus dem Brenner austretenden Gas-Luftgemisch überwacht wird, und die Zündeinrichtung erst nach dem Erreichen eines zündfähigen Gemischs aktiviert wird. Nachteilig ist diese Lösung aufwendig und erfordert Mittel zur Überwachung.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Starten eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll die Erfindung einen erfolgreichen ersten Zündvorgang eines Heizgerätes ermöglichen, insbesondere eines mit Wasserstoff betriebenen Heizgerätes.
Zudem soll das Verfahren dazu geeignet sein, zumindest teilweise, automatisiert durchgeführt zu werden und möglichst geringe bauliche Veränderungen gegenüber einem Heizgerät nach dem Stand der Technik erfordern.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Hierzu trägt ein Verfahren zum Starten eines Heizgerätes bei, wobei das Heizgerät zumindest eine Fördereinrichtung zum Fördern eines Verbrennungsgemischs aus Brenngas und Verbrennungsluft zu einem Brenner, eine Zündeinrichtung für das Verbrennungsgemisch und ein Gasventil aufweist, wobei vor einem Starten der Fördereinrichtung das Gasventil kurzzeitig geöffnet wird, wodurch sich das Gasventil mit Brenngas füllt. Dabei überschreitet der Zeitraum des kurzzeitigen Öffnens einen Sicherheitszeitraum eines Zündvorgangs nicht.
Das Verfahren kann insbesondere bei jedem Startvorgang, ggf. auch bei einer Inbetriebnahme, des Heizgerätes durchgeführt werden. Das Verfahren dient insbesondere einem sicheren und erfolgreichen ersten Zündvorgang eines Heizgerätes, insbesondere eines mit Wasserstoff, oder einem Wasserstoff enthaltenden Gemisch, als Brennstoff betriebenen Heizgerätes. Insbesondere kann eine, durch einen längeren Zeitraum der Unterbrechung des Brennerbetriebes entstehende Zeitverzögerungen vom Öffnen des Gasventils bis zu einem Einsetzen und Stabilisieren des Volumenstromes Brenngas gemindert oder vermieden werden.
Das Heizgerät umfasst zumindest einen Wärmeerzeuger, insbesondere einen Gas-Brennwertkessel, der durch Verbrennung eines Brennstoffes Wärmeenergie freisetzt und über mindestens einen Wärmetauscher auf einen Heizkreis übertragen kann, wobei Verbraucher des Heizkreises über einen Vorlauf und einen Rücklauf an das Heizgerät anschließbar sind. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase können über einem Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden. Im Heizgerät kann im Heizkreislauf eine Umwälzpumpe dazu eingerichtet sein, ein Wärmeträgermedium (Heizungswasser) umzuwälzen, wobei über einen Heizungsvorlauf erwärmtes Wärmeträgermedium Verbrauchern, wie Konvektoren oder Flächenheizungen, zugeführt und über einen Heizungsrücklauf zum Wärmeerzeuger bzw. dem mindestens einen Wärmetauscher rückgeführt werden kann.
Hierzu weist das Heizgerät eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Gebläse, auf, das ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff (Wasserstoff) einem Brenner des Heizgerätes zuführen kann. Die Fördereinrichtung kann dabei eine Leistungsregelung umfassen, insbesondere einen Drehzahlregler.
Das Gasventil kann dabei ein Gassicherheitsventil umfassen, dass sich nur unter definierten Sicherheitsrelevanten Voraussetzungen öffnet, beispielsweise eine eingeschaltete Zündeinrichtung des Heizgerätes. Das Gasventil umfasst ein Gasregelventil, das dazu eingerichtet ist, einen zuzuführenden Massestrom Brenngas- und damit das Verbrennungsluftverhältnis zu steuern.
Das Gasventil kann zudem einen Druckregler aufweisen, der einen konstanten Druck des Brenngases am Gasregelventil einstellen, und so Druckschwankungen in der Gaszuführung ausgleichen kann.
Das Heizgerät kann dabei insbesondere einen pneumatischen Gas-Luftverbund (pneumatische Gemischbildung) bilden, bei dem einem Massestrom Verbrennungsluft entsprechend einem Unterdruck (Steuerdruck) einer Drosselstelle, wie einer Venturidüse, in der Zuführung Verbrennungsluft, ein, über eine Gaszuführung bereitgestellter, Massestrom Brenngas zugesetzt wird, so dass sich ein vordefiniertes (vorgegebenes) Verbrennungsluftverhältnis (Luftzahl, Lambda) einstellen kann. Der Steuerdruck, als Maß für den einströmenden Massestrom Verbrennungsluft kann dabei einen Massestrom Brenngas aus dem Gasregelventil saugen. Durch Einstellung eines Offset-Wertes am Gasventil kann eine Nullpunkt-Verschiebung des zuzuführenden Massestromes Brenngas vorgenommen werden und so der ausströmende Massestrom Brenngas beeinflusst werden. Ein derartiges Gasventil wird auch als pneumatisches Gasventil bezeichnet.
Das Heizgerät kann alternativ einen elektronischen Gas Luftverbund aufweisen, bei dem anhand eines Signals einer Flammenüberwachung oder einer Abgasüberwachung (beispielsweise mittels eines Lambda-Sensors) ein Rückschluss auf die Flammen und das Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet) erfolgen kann, so dass eine Regelung desselben ermöglicht wird. Hierbei kann anhand des Signals der Flammenüberwachung eine Regelung eine Öffnungsweite des Gasventils bestimmen und einstellen, um ein gewünschtes, aus dem Signal abgeleitetes Verbrennungsluftverhältnis einem Ziel-Verbrennungsluftverhältnis anzunähern. Das Gasventil kann hierfür eine Öffnungsweite entsprechend dem benötigten Massestrom Brenngas einstellen, häufig mittels eines elektronisch anzusteuernden Schrittmotors.
Das Heizgerät kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff als Brennstoff oder einem Gemisch enthaltend Wasserstoff eingerichtet sein. Das Brennstoff-Gemisch kann dabei einen Gehalt von mindestens 80% oder mindestens 90% Wasserstoff aufweisen.
Zudem kann das Heizgerät eine Flammenüberwachung aufweisen. Häufig kommt hierzu eine Ionisationselektrode zum Einsatz, die einen Ionisationsstrom der Flamme zum Feststellen derselben nutzen kann. Dieses Prinzip ist jedoch bei einer Wasserstoffflamme, nicht robust einsetzbar, da bei der Verbrennung von Wasserstoff erheblich weniger freie Ladungsträger entstehen. Häufig kommen daher bei mit Wasserstoff betriebenen Heizgeräten andere Verfahren, wie beispielsweise ein Erfassen der von der Flamme emittierten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere Infrarot- (IR-) und/oder UV- (Ultraviolett-) Strahlung oder ein Erfassen der Flammentemperatur zum Einsatz. Ein Signal einer Flammenüberwachung kann dabei das Vorhandensein einer Flamme anzeigen, sowie ein Rückschluss auf ein Verbrennungsluftverhältnis der Flamme ermöglichen.
Das Starten des Heizgerätes kann dabei wie folgt ablaufen. Zunächst kann, beispielsweise ein Regel- und Steuergerät des Heizgerätes, eine Fördereinrichtung, die zumeist als Gebläse ausgeführt ist, auf eine vorgegebene Startleistung bzw. Startdrehzahl, anfahren. Anschließen kann, nach dem Erreichen der Startleistung bzw. Startdrehzahl ein für die Startdrehzahl vorgegebener Massestrom Brennstoff zugeführt und die Zündeinrichtung in Betrieb genommen werden. Sollte nach Ablauf einer Sicherheitszeit keine Flammenbildung durch die Flammenüberwachung festgestellt werden, wird der Versuch der Inbetriebnahme beendet und das Gasventil geschlossen. Anschließend kann die Fördereinrichtung für einen (regulären) Spülzeitraum möglicherweise im Gemischkanal bzw. der Brennkammer zurückgebliebenes Brenngas ausblasen, bevor ein neuer Versuch einer Inbetriebnahme vorgenommen werden kann. Eine notwendige Zeitdauer eines (regulären) Spülzeitraumes beträgt häufig 5 Sekunden [s] bis 10 Sekunden [s] und kann beispielsweise empirisch in Abhängigkeit der Startdrehzahl und der zu spülenden Volumina bestimmt werden. Die Sicherheitszeit kann dabei so bemessen sein, dass die durch das Brenngas zugeführte Energiemenge derart begrenzt wird, dass Schäden am Heizgerät bei Auftreten einer Fehlzündung verhindert werden können.
Der für die Startdrehzahl vorgegebene Massestrom Brenngas kann bei einem pneumatischen Gas-Luftverbund anhand des Steuerdruckes der Drosselstelle und bei einem elektronischen Gas-Luftverbund elektronisch gesteuert eingestellt werden.
Das Heizgerät weist zudem eine Zündeinrichtung auf, die das am Brenner austretende Verbrennungsgemisch entzünden kann. Die Zündeinrichtung kann beispielsweise einen Funken- oder Glühzünder oder auch eine Pilotflamme umfassen.
Es wird vorgeschlagen, im Rahmen einer (Wieder-)Inbetriebnahme bzw. eines Startvorgangs des Heizgerätes (unmittelbar) vor dem Aktivieren der Fördereinrichtung das Gasventil kurzzeitig zu öffnen, wodurch sich das Gasventil mit Brenngas füllen kann. Das umfasst, dass das Gasventil zuerst kurz geöffnet und dann wieder geschlossen wird, und erst (unmittelbar) danach ein Gebläse aktiviert wird. Insbesondere ist möglich, dass mit einer Startanweisung an das Heizgerät zunächst die Aktivierung der Fördereinrichtung unterbunden wird, bis das Gasventil nach der kurzzeitigen Öffnung wieder sicher geschlossen ist. Es wurde festgestellt, dass die problematische Zeitverzögerung von einem Öffnen des Gasventils bis zu einem Einsetzen und Stabilisieren des Massestromes Brenngas erheblich gemindert werden kann. So kann durch ein Befüllen des Gasventils, insbesondere der Steuerkammern des Gasventils, auch das Gasregelventil schneller und präziser arbeiten.
Ein kurzzeitiges Öffnen bezeichnet dabei einen Zeitraum der Öffnung, die ausreichend ist, dass sich das Gasventil mit Brenngas füllen kann. Dabei soll kein oder nur eine sehr geringe Menge Brenngas in den Strömungsweg bzw. Gemischkanal des Heizgerätes austreten können. Der hierfür entsprechende Zeitraum kann beispielsweise an einem Referenzheizgerät ermittelt werden und kann in einem Bereich von 0,5 Sekunden bis 3 Sekunden liegen. In jedem Fall darf der Zeitraum des kurzzeitigen Öffnens die Sicherheitszeit eines Zündvorganges des Heizgerätes nicht überschreiten und insbesondere weniger als eine halbe Sicherheitszeit betragen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann, sofern das Gasventil einen Druckregler umfasst, der Zeitraum des kurzzeitigen Öffnens so bemessen sein, dass Gasventil und Druckregler sich mit Brenngas füllen können.
Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Heizgerät mit pneumatischer Gemischbildung währen des kurzzeitigen Öffnens des Gasventils an dem Gasventil ein negativer Offsetwert eingestellt werden. Der Offset-Wert bezeichnet hier eine Nullpunkt-Verschiebung der Öffnungsweite des Gasventils. Durch Einstellen eines negativen Offset-Wertes wird die aus dem Ventil austretende Gasmenge reduziert, so dass im Wesentlichen nur die Steuerkammern des Gasventils mit Brenngas gefüllt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann (unmittelbar) vor dem kurzzeitigen Öffnen des Gasventils ein Massestrom Verbrennungsluft in der Zuführung Verbrennungsluft erfasst werden. Dies kann insbesondere mittels eines Durchflusssensors erfolgen, wobei die erfassten Werte auf einem Speicher, beispielsweise des Regel- und Steuergerätes, hinterlegt werden. Der erfasste Massestrom Verbrennungsluft kann mit einem Grenzwert verglichen werden. Das kurzzeitige Öffnen des Gasventils kann bei einem erfassten Massestrom unterhalb des Grenzwertes freigegeben werden. Insbesondere bei einem Heizgerät aufweisend eine pneumatische Gemischbildung kann so sichergestellt werden, dass sich in der Drosselstelle (aufgrund des diese durchströmenden Massestromes Verbrennungsluft) kein Steuerdruck aufbauen, der ein (weiteres) Öffnen des Gasventils verursachen könnte. Zudem könnte sich während des kurzzeitigen Öffnens möglicherweise austretendes Brenngas nicht im Gemischkanal und der Brennkammer ausbreiten. Ein Massestrom Verbrennungsluft kann sich beispielsweise durch Windstöße an der Ansaugung der Verbrennungsluft oder im Bereich eines Ausganges der Abgasanlage des Heizgerätes ausbilden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann, sollte (unmittelbar) vor dem kurzzeitigen Öffnen des Gasventils ein Massestrom Verbrennungsluft oberhalb eines Grenzwertes festgestellt werden, das kurzzeitige Öffnen des Gasventils verzögert oder nicht durchgeführt werden. Das Verzögern könnte erfolgen bis ein Massestrom Verbrennungsluft unterhalb des Grenzwertes erfasst wird. Bei einem Aussetzen könnte das Heizgerät eine Inbetriebnahme ohne kurzzeitiges Öffnen des Gasventils vor der Inbetriebnahme der Fördereinrichtung durchführen. Gleiches könnte erfolgen, wenn ein Massenstrom Verbrennungsluft größer einem Grenzzeitraum festgestellt wird. Der Grenzzeitraum kann entsprechend ausgewählt werden, beispielweise könnten hier 2, 5 oder 10 Sekunden sinnvoll erscheinen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann im Anschluss an das kurzzeitige Öffnen des Gasventils die Fördereinrichtung in Betrieb genommen werden und in einem verkürzten Spülzeitraum möglicherweise im Strömungsweg des Heizgerätes verbliebener Brennstoff entfernt werden. Vorteilhaft kann der Spülzeitraum im Anschluss an das kurzzeitige Öffnen des Gasventils deutlich verkürzt werden, da während des kurzzeitigen Öffnens des Gasventils nur sehr geringe Mengen Brenngas in den Strömungsweg des Heizgerätes austreten können, die während des Spülzeitraumes entfernt werden müssen. Insbesondere kann die verkürzte Spülzeit weniger als die Hälfte oder weniger als ein Drittel der regulären Spülzeit betragen und beispielsweise in einem Bereich von 2 Sekunden bis 5 Sekunden liegen. Anschließend kann das Heizgerät einen regulären Versuch der Inbetriebnahme durchführen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann während des kurzzeitigen Öffnen des Gasventils die Zündeinrichtung des Heizgerätes in Betrieb genommen werden. Dies kann die Sicherheit erhöhen, da möglicherweise aufgrund des kurzzeitigen Öffnens am Brenner austretendes zündfähiges Verbrennungsgemisch verbrannt wird. Dieser unerwünschte Umstand wäre sicherheitsrelevant und könnte durch eine Flammenüberwachung des Heizgerätes erkannt werden. Das Heizgerät könnte bei Erkennen einer Flamme während des kurzzeitigen Öffnens in einen Fehlerzustand übergehen oder auch die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens aussetzen und eine Information hierzu bereitstellen, beispielweise über eine Anzeigeeinrichtung oder ein Netzwerk.
Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Zeitdauer der (letzten) Unterbrechung des Brennerbetriebes erfasst werden und die Zeitdauer der kurzzeitigen Unterbrechung an die erfasste Zeitdauer der (letzten) Unterbrechung des Brennerbetriebes angepasst werden. Beispielhaft könnte bei einer Zeitdauer der Unterbrechung von unter 5 bis 10 Minuten auf das kurzzeitige Öffnen des Gasventils verzichtet werden, da sich in diesem Zeitraum nur geringe Mengen Brenngas aus dem Gasventil verflüchtigt haben können.
In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass ein Massestrom (Verbrennungsluft, Brennstoff oder Gemisch aus beidem) auch einen Volumenstrom kennzeichnen kann und umgekehrt. So ist ein Massestrom in Kenntnis der Dichte und der Temperatur des Mediums einfach in einen Volumenstrom überführbar und umgekehrt.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch das Regel- und Steuergerät eines Heizgerätes, dieses veranlassen, das hier vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung des hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. Das Regel- und Steuergerät ist hierfür insbesondere mit der Fördereinrichtung, dem Gasventil und der Flammenüberwachung elektrisch verbunden. Auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes können für die Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens relevante Daten hinterlegt werden, beispielsweise eine Zeitdauer des kurzzeitigen Öffnens des Gasventils und/oder ein Grenzwert des erfassten Massestromes Verbrennungsluft.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät. Bei dem Heizgerät handelt es sich um ein Gasheizgerät, insbesondere um ein wasserstoffbetriebenes Gasheizgerät. Das Gasheizgerät weist einen Brenner, eine Fördereinrichtung und ein Gasventil auf, wobei die Fördereinrichtung ein Verbrennungsgemisch aus Brenngas (Wasserstoff) und Verbrennungsluft dem Brenner zugführen kann.
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Regel- und Steuergerät und dem Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
Hier werden somit ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät und das Heizgerät zumindest dazu bei, eine erfolgreiche und sichere erste Inbetriebnahme oder ein Starten nach einer längeren Betriebsunterbrechung, des Brenners zu ermöglichen. Weiter vorteilhaft ist ein hier vorgeschlagenes Verfahren vollständig computerimplementiert durchführbar und erfordert somit keine baulichen Änderungen an einem Heizgerät.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

Fig. 1:: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät,
Fig. 2 und 3:: Parameterverläufe während der Inbetriebnahme des Heizgerätes, und
Fig. 4 a) bis d):: Parameterverläufe die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann einen, in einer Brennkammer 8 angeordneten, Brenner 3 umfassen. Über eine Zuführung Verbrennungsluft 4, in der ein Durchflusssensor 16 angeordnet sein kann, kann Verbrennungsluft durch eine, insbesondere als Gebläse ausgebildete, Fördereinrichtung 2 angesaugt werden. Die Fördereinrichtung 2 kann mit einem Drehzahlregler 6 verbunden sein, der mittels eines pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals eine Drehzahl n der Fördereinrichtung 2 regeln kann. Ein Gasventil 5 kann dem angesaugten Massestrom Verbrennungsluft Brenngas aus einer Gaszuführung 14 zusetzen und ein Sicherheitsventil sowie ein Gasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Massestromes Brenngas umfassen. Das erzeugte Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 11 zum Brenner 3 strömen, und dort von einer Zündeinrichtung 12 entzündet werden. Der Brenner 3 kann eine Zylinderform aufweisen, die mit einer Grundfläche an einer Brennertür 15 derart befestigt sein kann, dass Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal in den Brenner 3 strömen kann. Die Verbrennungsprodukte können nach der Verbrennung über ein Abgasrohr 9 des Heizgerätes und eine Abgasanlage 10 nach Außen abgeleitet werden.
Das hier vorgeschlagenen Heizgerät 1 kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff eingerichtet sein. Zudem kann das Heizgerät 1 an bzw. in der Brennertür 15 eine (Vorrichtung zur) Flammenüberwachung 13 aufweisen, die beispielsweise als Sensor für von der Flamme emittierte UV- (Ultraviolett-) Strahlung ausgebildet sein kann.
Ein Regel- und Steuergerät 7 kann zur Regelung des Heizgerätes 1 eingerichtet sein. Hierfür kann dieses beispielsweise mit dem Drehzahlregler 6, der Fördereinrichtung 2, dem Gasventil 5, der Flammenüberwachung 13, der Zündeinrichtung 12 und dem Durchflusssensor elektrisch verbunden sein. Das Regel- und Steuergerät 7 kann zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein.
Die Fig. 2 veranschaulicht beispielhaft und schematisch einen Öffnungsvorgang eines Gasventils 5. Das Diagramm zeigt den Verlauf 17 einer am Gasventil 5 anliegenden Spannung U, gegeben in Volt [V], die ein Öffnen des Gassicherheitsventils des Gasventils 5 bewirken kann. Zudem wird ein zeitlicher Verlauf 18 eines Druckes P, gegeben in Millibar [mbar], der ein Maß für den ausströmenden Massestrom ṁ_Gas ist. Zu einem ersten Zeitpunkt 22 kann eine Spannung U, gesteuert vom Regel- und Steuergerät 7, an das Gasventil 5 angelegt werden, wodurch sich das Gasregelventil öffnet und Brenngas in das Gasventil 5 einströmen kann. Nach einer Totzeit 19, in der kein Anstieg des Verlaufes 18 des Druckes P festgestellt werden kann beginnt zu einem zweiten Zeitpunkt 23 der Verlauf 18 des Druckes P anzusteigen. Nach Ablauf eines Anstiegszeitraumes 21 hat der Verlauf 18 des Druckes P zu einem dritten Zeitpunkt 24 einen Wert erreicht, der dem gewünschten Massestrom ṁ_Gas entspricht. Der gesamte Zeitraum vom ersten Zeitpunkt 22 bis zum dritten Zeitpunkt 24 wird als Öffnungszeitraum 20 bezeichnet.
Fig. 3 zeigt in einem Balkendiagramm die Öffnungszeiten t_O, gegeben in Sekunden [s], nach unterschiedlichen Zeiträumen der Unterbrechung des Brennerbetriebes des Heizgerätes 1 für zwei Startvorgänge N, wobei der zweite Startvorgang 37 nach Ablauf einer Spülzeit 34 im Anschluss an den ersten Startvorgang 36 erfolgt. Ein erster Balken 25 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 5 Minuten, ein zweiter Balken 26 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 15 Minuten, ein dritter Balken 27 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 30 Minuten, ein vierter Balken 28 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von einer Stunde, ein fünfter Balken 29 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von sechs Stunden und ein sechster Balken 30 zeigt die Öffnungszeit nach einer Unterbrechung des Brennerbetriebes von 64 Stunden. Gut erkennbar steigt die Öffnungszeit t_O mit steigerndem Zeitraum der Unterbrechung des Brennerbetriebes, so beträgt die Öffnungszeit des ersten Balkens 25 (nach einer Unterbrechung von 5 Minuten) 0,55 Sekunden und des sechsten Balkens 30 (nach einer Unterbrechung von 64 Stunden) 1 Sekunde und vergrößert sich somit fast um Faktor zwei. Bei der zweiten Inbetriebnahme 37 sind die genannten Unterschiede der Öffnungszeiten t_O für die unterschiedlichen Zeiträume der Unterbrechung des Brennerbetriebes unwesentlich.
Fig. 4 a) bis d) zeigt beispielhaft und schematisch Parameterverläufe über die Zeit t, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können, nämlich in:

Fig. 4a) den Verlauf der Drehzahl n der Fördereinrichtung 2,
Fig. 4 b) den Verlauf einer Öffnungsstellung Pos_Gas des Gassicherheitsventils des Gasventils 5,
Fig. 4 c) den Verlauf eines Massestromes Brenngas ṁ_Gas , und
Fig. 4 d) den Verlauf einer Zündleistung P_Z.

Bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens im Rahmen eines Startens des Heizgerätes 1 findet zu einem Startzeitpunkt 31 ein kurzzeitiges Öffnen 32 des Gasventils 5 einer Zeitdauer 32 statt. Während des kurzzeitigen Öffnens 32 ist die Fördereinrichtung 2 außer Betrieb, die Drehzahl n in Fig. 4 a) beträgt 0. Das Gasventil 5 ist geöffnet (Fig. 4 b)) und es tritt ein sehr geringer Massestrom Brenngas ṁ_Gas aus (Fig. 4 c)). Die Zündeinrichtung 12 kann während des kurzzeitigen Öffnens 32 in Betrieb sein (Fig. 4 d)), dies ist jedoch optional. Unmittelbar im Anschluss an das kurzzeitige Öffnen 32 kann die Fördereinrichtung 2 in Betrieb genommen werden und auf eine Startleistung/Startdrehzahl 38 angefahren werden (siehe Fig. 4 a)). Für einen verkürzten Spülzeitraum 33 verbleibt die Fördereinrichtung 2 auf Startdrehzahl 38, wobei das Gasventil 5 geschlossen ist und es tritt entsprechend kein Massestrom Brenngas ṁ_Gas auf (Fig. 4 a) bis c)). Die Zündeinrichtung 12 ist gleichfalls außer Betrieb (Fig. 4 d)).
Im Anschluss an den verkürzten Spülzeitraum 33 kann eine reguläre Inbetriebnahme des Heizgerätes 1 erfolgen. Hierzu wird das Gasventil 5 für einen (ersten) Sicherheitszeitraum 35 geöffnet, während die Fördereinrichtung 2 auf Startdrehzahl 38 betrieben wird, so dass sich ein Massestrom Brenngas ṁ_Gas entsprechend dem geförderten Massestrom Verbrennungsluft einstellt. Die Zündeinrichtung 12 ist während des gesamten Sicherheitszeitraumes 35 in Betrieb. Aufgrund der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Inbetriebnahme während des ersten Sicherheitszeitraumes 35 erfolgreich ist.
Gegebenenfalls können weitere reguläre Inbetriebnahmen bzw. Startvorgänge erfolgen. Hierzu kann nach Beendigung des ersten Sicherheitszeitraumes 35 sich ein regulärer Spülzeitraum 34 anschließen, um möglicherweise im Strömungsweg des Heizgerätes 1 verbliebenes Brenngas zu entfernen. Nunmehr kann erneut in einem Sicherheitszeitraum 35 das Gasventil 5 geöffnet und die Zündeinrichtung 12 in Betrieb genommen werden. Dies kann für weitere Versuche der Startvorgänge wiederholt werden, bis eine maximale Anzahl von Versuchen der Startvorgänge erreicht ist.

Bezugszeichenliste

1: Heizgerät
2: Fördereinrichtung
3: Brenner
4: Zuführung Verbrennungsluft
5: Gasventil
6: Drehzahlregler
7: Regel- und Steuergerät
8: Brennkammer
9: Abgasrohr
10: Abgasanlage
11: Gemischkanal
12: Zündeinrichtung
13: Flammenüberwachung
14: Gaszuführung
15: Brennertür
16: Durchflusssensor
17: Verlauf Spannung
18: Verlauf Druck
19: Totzeit
20: Anstiegszeitraum
21: Öffnungszeitraum
22: erster Zeitpunkt
23: zweiter Zeitpunkt
24: dritter Zeitpunkt
25: erster Balken
26: zweiter Balken
27: dritter Balken
28: vierter Balken
29: fünfter Balken
30: sechster Balken
31: Startzeitpunkt
32: kurzzeitiges Öffnen
33: verkürzter Spülzeitraum
34: regulärer Spülzeitraum
35: Sicherheitszeitraum / Sicherheitszeit
36: erste Inbetriebnahme
37: zweite Inbetriebnahme
38: Startdrehzahl/Startleistung

Claims

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