EP4610568A1 - Gasregeleinheit, gasregelventil und system mit einem solchen gasregelventil zur fehlersicheren druckregelung in einem gasheizgerät - Google Patents

Gasregeleinheit, gasregelventil und system mit einem solchen gasregelventil zur fehlersicheren druckregelung in einem gasheizgerät

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EP4610568A1
EP4610568A1 EP25160028.4A EP25160028A EP4610568A1 EP 4610568 A1 EP4610568 A1 EP 4610568A1 EP 25160028 A EP25160028 A EP 25160028A EP 4610568 A1 EP4610568 A1 EP 4610568A1
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EP
European Patent Office
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pressure
gas
differential
sensor
control unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP25160028.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Kutschbach
Dennis Flegel
Marco Lütkemeyer
Thiemo Wolf
Alexander Andreev
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Ebm Papst Landshut GmbH
Original Assignee
Ebm Papst Landshut GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst Landshut GmbH filed Critical Ebm Papst Landshut GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a gas control unit, a gas control valve with such a gas control unit and a system with such a gas control valve for the fail-safe control of a gas on or in a gas heating device, in particular a gas boiler, as well as a method for the plausibility check of differential pressures which were detected by such a gas control unit, such a gas control valve and/or such a system.
  • Gas control valves for regulating a gas and in particular for pressure control are known in the state of the art and for example from the document DE 10 2018 102 866 A1
  • the gas is mixed with air to form the gas-air mixture is mixed, and furthermore a gas control valve is used upstream of a main flow throttle to adjust or regulate the gas flow flowing into the mixing device, in particular volume or mass flow.
  • the measured values of a single differential pressure sensor are used for pressure control, which determines the pressure difference or the differential pressure between a process pressure of the gas, usually the pressure of the gas outflow or downstream of the gas control valve or the pressure of the gas at a first measuring point between the gas control valve and the main flow throttle, and a reference pressure, usually the pressure of the air in the vicinity of the pressure control valve, which flows into the mixing device.
  • the gas control valve or an actuator that determines the flow through the gas control valve is adjusted to a setpoint of 0 Pa by means of an actuator, for example a motor, usually with a so-called zero pressure control.
  • the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and of providing a gas control unit or a gas control valve comprising such a gas control unit, with which a fail-safe operation of a gas heater in particular is possible.
  • a gas control unit for the fail-safe control of a gas, in particular in a gas heater or a gas burner, furthermore in particular in a gas boiler.
  • the gas control unit has a communication interface, a first sensor module, and a second sensor module.
  • the first sensor module is designed to record measured values from which a signed first differential pressure between a process pressure of the gas and a reference pressure can be determined or which is such a first differential pressure.
  • the second sensor module is designed to record measured values from which a signed second differential pressure between the reference pressure and the process pressure can be determined or which is the second differential pressure.
  • the measured values or differential pressures are determined by means of the sensor modules such that the signed first differential pressure and the signed second differential pressure are signed, mutually inverse differential pressures. Furthermore, the invention provides that the communication interface is designed to send the mutually inverse differential pressures and/or the measured values to an external receiver, i.e. to a receiver outside the gas control unit.
  • the differential pressure on which the control of the gas is preferably based, is recorded not only twice but inversely to each other, the sign is available as additional information that can be evaluated in addition to the respective differential pressures.
  • the gas control unit itself does not have to check the values in a fail-safe manner, since these can be provided to an external receiver via the communication interface, for example the control unit, as explained below.
  • the process pressure applied to or determinable with the first sensor assembly is the process pressure or corresponds to the process pressure applied to or determinable with the second sensor assembly.
  • each of the sensor modules is a differential pressure sensor, which can therefore detect the respective differential pressure directly
  • each of the sensor modules is a mass flow sensor, which can therefore detect the differential pressure via the mass flow
  • a sensor module is formed from two or more individual sensors, each of which can determine a pressure so that the differential pressure can be determined from the individual pressures.
  • Such sensors can be pressure or absolute pressure sensors, but also, for example, mass flow sensors.
  • the different sensors can also be mixed, so that, for example, the first sensor module is a differential pressure sensor and the second sensor module has two sensors, of which a first sensor is a pressure sensor and a second sensor is a mass flow sensor.
  • the first sensor assembly can be a first differential pressure or mass flow sensor or can comprise at least two sensors, each configured as a pressure sensor or a mass flow sensor.
  • the second sensor assembly can be a second differential pressure or mass flow sensor or can comprise at least two sensors, each configured as a pressure sensor or a mass flow sensor.
  • the gas control unit preferably has exactly one first and exactly one second sensor assembly, although alternatively, more than two sensor assemblies may be provided. If more than two sensor assemblies are provided, they are preferably grouped in pairs, and accordingly, several pairs of sensor assemblies are provided.
  • the first sensor assembly is a first differential pressure sensor and the second sensor assembly is a second differential pressure sensor.
  • the differential pressure sensors each have a first pressure input and a second pressure input and are designed to determine a differential pressure by subtracting a pressure present at the second pressure input from a pressure present at the first pressure input. If the pressure at the second pressure input is higher than the pressure at the first pressure input, a negative value results for the differential pressure determined by this differential pressure sensor. If the pressure at the second pressure input is lower than the pressure at the first pressure input, a positive value results for the differential pressure determined by this differential pressure sensor.
  • the process pressure is applied to the first pressure input of the first differential pressure sensor and a reference pressure is applied to the second pressure input of the first differential pressure sensor.
  • the reference pressure is applied to the first pressure input of the second differential pressure sensor and the process pressure is applied to the second pressure input of the second differential pressure sensor, so that the differential pressures determined by the two differential pressure sensors are signed and inverse to each other or have an opposite sign if the differential pressures are not equal to 0 Pa.
  • the same pressure which can be referred to as process pressure
  • the second pressure input of the first differential pressure sensor and at the first pressure input of the second differential pressure sensor the same pressure, which can be referred to as reference pressure
  • the differential pressures determined by the two differential pressure sensors are inverse to one another, ie the pressure values representing the respective differential pressure have an opposite sign to one another.
  • a separate pressure channel can be provided for connecting or applying the pressures (process pressure, reference pressure) to the pressure inputs, so that from a process pressure measuring point a pressure channel can lead to the first pressure input of the first differential pressure sensor and to the second pressure input of the second differential pressure sensor and/or from a reference pressure measuring point a pressure channel can lead to the second pressure input of the first differential pressure sensor and to the first pressure input of the second differential pressure sensor.
  • the pressure channels leading from the respective measuring points to the differential pressure sensors can also be formed integrally with one another, at least in sections, so that a single pressure channel can lead from the process pressure measuring point, at least in sections, to the first pressure input of the first differential pressure sensor and to the second pressure input of the second differential pressure sensor and/or from a reference pressure measuring point, at least in sections, a single pressure channel can lead to the second pressure input of the first differential pressure sensor and to the first pressure input of the second differential pressure sensor.
  • one pressure sensor can essentially be equated with one pressure input of a differential pressure sensor.
  • the process pressure is preferably a gas pressure of a gas regulated by the gas control unit or the gas pressure of a gas flowing through the gas burner/gas heater and in particular the gas boiler.
  • the process pressure measuring point is preferably located on the outflow side of the gas control valve, but upstream of any mixing device or upstream of any main flow throttle, so that the process pressure corresponds to the gas pressure of a fuel gas on the outflow side of the gas control valve. If the process pressure measuring point is upstream of the mixing device, the process pressure can also be referred to as the suction pressure. If a Venturi mixer is used as the mixing device, the process pressure can be referred to as the Venturi suction pressure.
  • the reference pressure can also preferably be an ambient or air pressure in an environment of the gas control unit or in an environment of the gas control valve or system mentioned below, so that the reference pressure measuring point is arranged accordingly in or on the respective environment.
  • the reference pressure preferably corresponds to the pressure or air pressure at an air inlet of the mixing device. In principle, however, other reference pressures are also possible, so the reference pressure does not necessarily have to be the ambient pressure or the air pressure at the air inlet of the mixing device.
  • the sensor modules can determine the respective measured values or the respective differential pressure within a mostly known accuracy or tolerance, so that the differential pressures in reality and in border areas (close to or at 0 Pa) do not necessarily have to have an opposite sign and there may be a deviation in the amounts of the differential pressures determined with the sensor modules.
  • the pressure values are merely the differential pressures represented as signed values, so that the first signed pressure value, which represents the first differential pressure p11 that can be determined by means of the first sensor assembly, can be referred to as pressure value p11 and the second signed pressure value, which represents the second differential pressure p12 that can be determined by means of the second sensor assembly, can be referred to as pressure value p12.
  • the proposed gas control unit provides that it further comprises control electronics that are signal-connected to the first sensor assembly and the second sensor assembly. Furthermore, such a variant provides that the control electronics are configured to detect the mutually inverse differential pressures, in particular as a respective signed pressure value, or to determine them from the measured values detected by the sensor assemblies.
  • a similarly advantageous embodiment of the gas control unit provides for it to have an actuator interface for controlling an actuator, wherein the actuator can be, in particular, a stepper motor.
  • the actuator interface is connected to the control electronics for signaling purposes or is formed integrally with the control electronics.
  • the actuator interface can be understood as a pure interface for connecting the actuator or, alternatively, as actuator control electronics.
  • the communication interface which can also be understood as a pure interface or as communication electronics, can be connected to the control electronics for signaling purposes or be designed integrally with the control electronics.
  • the communication interface is designed to send the signed pressure values to an external receiver.
  • the communication interface is also designed to receive control signals.
  • the communication interface can alternatively be designed for optical signal transmission or for wireless sending and receiving, so that data can be transmitted, for example, via radio.
  • a further aspect of the invention relates to a gas control valve for fail-safe control of a gas and in particular pressure control or zero pressure control in a gas heater or a gas burner, in particular a gas boiler, wherein said valve comprises the gas control unit proposed according to the invention.
  • the gas control valve further comprises an actuator for adjusting a flow rate of a gas flowing from an inflow side to an outflow side of the gas control valve, wherein the gas is preferably a fuel gas to be burned in the gas burner or the gas heater.
  • the process pressure here is the pressure of the gas on the outflow side of the gas control valve or the pressure in the gas control valve on the outflow side of the actuator.
  • the flow of gas through the gas control valve can also be referred to as gas flow, whereby the gas control valve is intended to regulate in particular the volume flow and/or the mass flow of the gas.
  • gas control valve or actuator and gas control unit are not just a system of several components connected to one another, for example by cables, but they preferably form an integral unit.
  • the reference pressure is, in particular, an ambient pressure at the gas control unit and/or the gas control valve, whereby the reference pressure can also be measured at other points or correspond to the ambient pressure at other points.
  • the reference pressure can also correspond to the ambient pressure or the air pressure at an air inlet of the mixing device of the gas burner or gas heater.
  • the gas control valve can also have an actuator that is signal-connected to the actuator interface of the gas control unit or an actuator controlled via the actuator interface, which actuator is preferably a stepper motor.
  • the actuator or stepper motor is designed to adjust the control element to adjust the flow rate and thereby regulate the volume and/or mass flow of the gas through the gas control valve.
  • control electronics of such a gas control valve are also designed to adjust the actuator for adjusting the flow rate by controlling the actuator or stepper motor until at least one of the differential pressures or measured values corresponds to a predetermined value and, for example, at least one of the differential pressures is 0 Pa, so that zero-pressure control can be implemented directly by the control electronics or the gas control valve.
  • the predetermined value can be stored in the control electronics or specified or transmitted to the control electronics via the communication interface.
  • the predetermined value can be transmitted to the control electronics via the communication interface from a control unit explained below.
  • a further aspect of the invention relates to a system for the fail-safe control of a gas in a gas heater or a gas burner, in particular a gas boiler.
  • the control is further preferably a pressure or zero-pressure control.
  • the system comprises a control unit for controlling combustion and a gas control valve proposed according to the invention or at least one gas control unit proposed according to the invention.
  • the control unit as an external receiver, is connected to the communication interface of the gas control unit and is designed to receive and process the signed and mutually inverse differential pressures and, additionally or alternatively, to send control signals to the gas control unit, its control electronics, or its communication interface.
  • the control unit can assume fail-safe process monitoring in the gas heater or gas burner and, for this purpose, controls individual components of the gas heater/gas burner.
  • the gas control unit can be switched and/or controlled to various operating modes by the control unit, particularly via the aforementioned control signals.
  • such a control unit is a Class C safety system certified according to IEC EN 60730 or EN 298, so that safe operation of the gas heater/gas burner is possible through the software measures required by Class C and a fail-safe or fault-detecting hardware circuit.
  • Gas control valves and gas control units are preferably neither certified according to the aforementioned standards nor fail-safe, which accordingly reduces costs.
  • the entire system or system comprising the gas control unit/valve and control unit can be operated in a fail-safe manner by the measures provided according to the invention.
  • the control unit can derive from the sign whether the differential pressures are assigned to the correct sensor modules, particularly in the case of a differential pressure not equal to 0 Pa.
  • control unit is designed to check the plausibility of the mutually inverse differential pressures by comparing the differential pressures with setpoint values or threshold values stored in the control unit.
  • the target or threshold values can also simply correspond to a respective sign, so that it is easy to query whether the signed differential pressures - regardless of their actual value - have an expected or predetermined sign.
  • the differential pressure can be adjusted to a value not equal to 0 Pa, resulting in two mutually inverse pressure values or differential pressures, one of which is positive and the other negative and which - neglecting any measurement tolerances and taking a predetermined tolerance into account - are equal in amount. Since the control unit stores in the form of threshold or target values whether the first pressure value should be positive or negative and whether the second pressure value should be positive or negative, it can be determined, i.e.
  • control unit can be configured to check the plausibility of the mutually inverse differential pressures by comparing the absolute values of the differential pressures. This allows conclusions to be drawn – taking a tolerance into account – as to whether the sensor modules are delivering correct measured values or differential pressures. If, for example, one of the differential pressures deviates (in absolute value) from the other differential pressure by more than a predetermined tolerance, one of the sensor modules is defective or the transmission is faulty, so the system can then indicate an error, be shut down, or switch to a safe mode.
  • control unit is designed to verify the plausibility of the application of the process pressure and the reference pressure to the sensor assemblies. For example, if a differential pressure sensor is assumed as the sensor assembly, the application of the process pressure and the reference pressure to the first The plausibility of the pressure inputs and the second pressure inputs must be checked. If the pressure values are identical, for example, in terms of their signs and – within a tolerance – also in terms of their magnitudes, the same pressure is present at both first inputs of the differential pressure sensors, i.e., process pressure or reference pressure, and the same pressure is also present at the two second inputs of the differential pressure sensors, i.e., reference pressure or process pressure. This means that the system can indicate an error, be shut down, or switched to a safe mode.
  • one aspect of the invention relates to a method for checking the plausibility of differential pressures which can be or have been detected with a system for fail-safe pressure control proposed according to the invention and/or a pressure control valve proposed according to the invention and/or a pressure control unit proposed according to the invention.
  • the actuator of the gas control valve or a safety valve provided upstream of the gas control valve is controlled, in particular by the control unit, to change the process pressure, so that the signed pressure values change inversely to each other due to the change in the process pressure.
  • the process pressure corresponds in particular to a suction pressure, which is generated by a fan arranged downstream of the gas control valve and/or by a mixing device designed in particular as a Venturi mixer. Since the safety valve is particularly active during ventilation of the burner before or after burner operation, for example during a pre-purge phase and/or is or is closed during a post-purge phase of the gas heater/gas burner, the plausibility check can be carried out during ventilation and in particular in the pre-purge or post-purge phase.
  • the change in the process pressure exceeds at least a predetermined measurement tolerance of the sensor assemblies, so that measurement tolerances can be essentially neglected for the plausibility check.
  • the signed differential pressures determined by the sensor modules after the change in the process pressure are then compared with a respective setpoint or threshold value.
  • the system can indicate an error, be shut down or switched to a safe mode.
  • a further development of the method provides that an error is detected and output if the signed differential pressures do not correspond to the respective target values or do not reach the respective threshold values.
  • FIG 1 a section or part of a gas heating device 1, in particular a gas boiler, is shown schematically and by way of example, wherein the gas control valve 2 shown in Figure 2 and the gas control unit 10 contained therein each represent the gas control valve 2 and the gas control unit 10 according to Figure 1 However, they can also be considered independent of the gas heater 1 or installed in other systems or devices.
  • the components and functions of the Figures 1 and 2 described together here, in particular the Figure 2 Also disclosed independently of the exemplary embodiment according to Figure 1 be considered.
  • Figure 1 schematically shows a part or section of a gas heater 1 and, more precisely, the schematic structure of a gas-air system of a gas heater 1, wherein a Venturi mixer is shown as the mixing device 7, into which air is sucked from the environment by a fan 8 through an air inlet L at an air pressure p0.
  • a Venturi mixer is shown as the mixing device 7, into which air is sucked from the environment by a fan 8 through an air inlet L at an air pressure p0.
  • the mixing device 7 the inflowing air and a fuel (gas) flowing in through the fuel supply G are mixed to form a gas-air mixture.
  • the gas flowing in from the fuel supply G flows to the mixing device 7 through a safety valve 5 with an actuator 40 adjustable by an actuator 50, a gas control valve 2 with a, for example, as Proportional valve or actuator 30 and a main flow throttle 6.
  • the safety valve 5 or its actuator 40 preferably has a pass-through position and a blocking position, between which the actuator 50 can switch. The flow of fuel or gas is permitted in the pass-through position and blocked in the blocking position.
  • the safety valve 5 can additionally or alternatively also be manually operable.
  • the gas control valve 2 is designed to control the volume or mass flow of the gas, so that the gas or the flow of the gas through the gas control valve 2 to the mixing device 7 can be adjusted or controlled.
  • the mixing ratio of the gas-air mixture in the mixing device 7 can thus be regulated or adjusted.
  • the gas-air mixture is further conveyed by the blower 8 into a burner 9 or its combustion chamber, in which the combustion of the gas-air mixture takes place.
  • the latter has an actuator 30 - as shown, for example, designed as a proportional valve - whose position can be adjusted by an actuator 20 designed in particular as a stepper motor, as well as a gas control unit 10.
  • the gas control unit 10 is not itself fail-safe, but comprises, in addition to a control electronics 13, an actuator interface 14 connected to the control electronics 13 for signaling purposes and a signaling two sensor assemblies 11, 12 which are each designed as a differential pressure sensor 11, 12 are connected to the communication interface 15 of the control electronics 13.
  • the respective differential pressure p11, p12 is detected by the respective differential pressure sensor 11, 12 not merely as an absolute value (i.e., without a sign), but rather as signed pressure values or signed differential pressures.
  • the differential pressures are obtained, for example, by subtracting a pressure applied to the respective second pressure input 11B, 12B from a pressure applied to the respective first pressure input 11A, 12A, so that—depending on the respective pressures present—signed pressure values can result for the differential pressures.
  • the same pressure which can be referred to as process pressure p1
  • process pressure p1 the same pressure
  • reference pressure p0 the same pressure
  • the differential pressures p11, p12 determined by the two differential pressure sensors 11, 12 are inverse to one another.
  • a separate pressure channel leads to the first pressure inlet 11A of the first differential pressure sensor 11 and to the second pressure inlet 12B of the second differential pressure sensor 12 to the measuring point of the process pressure, whereas the pressure channels from the second pressure inlet 11B of the first Differential pressure sensor 11 and from the first pressure input 12A of the second differential pressure sensor 12 to the measuring point of the reference pressure are formed integrally with each other in sections.
  • the process pressure p1 is a gas pressure in the gas control valve 2 on the downstream or outflow side of the actuator 30 and the reference pressure p0 is an air pressure at the gas control valve 2 or at the air inlet L, which, however, can deviate from the ambient pressure p ⁇ .
  • the gas control valve 2 itself is not designed to be fail-safe, the gas heater 1 must be capable of fail-safe operation.
  • the differential pressures p0, p1 are transmitted from the gas control valve 2 via the communication interface 15 to a control unit 3, which can use these values to check whether a measurement error has occurred.
  • control units 3 cannot verify whether the differential pressures assigned to the first differential pressure sensor 11 and the second differential pressure sensor 12 were actually measured by the respective differential pressure sensor 11, 12.
  • the signed pressure values are transmitted from the gas control valve 2 or via the communication interface 15 of the gas control unit 10 to the control unit 3.
  • the process pressure p1 essentially corresponds to the reference pressure p0, so that the differential pressures p11, p12 fluctuate around 0 (e.g., 0 Pa or 0 bar). Due to measurement inaccuracies, the respective sign usually cannot reliably indicate an error.
  • control unit 3 is designed to check the differential pressures p11, p12 for plausibility in certain operating modes or within the framework of certain procedures, ie to check for errors, whereby a pressure diagram is generated in each case according to the Figures 3 and 4 results.
  • the plausibility check cannot usually be carried out reliably during normal combustion or burner operation, according to a first process variant - the pressure curve in Figure 3 shown - it is provided that the plausibility check is carried out during or parallel to ventilation and in particular in a pre-purge phase, in which the burner 9 or its combustion chamber is purged or ventilated with air.
  • the safety valve 5 and/or the gas control valve 2 is controlled to completely block a gas flow or a gas flow to the mixing device 7 during ventilation and here in the pre-purge phase, wherein the fan 8 continues to suck in air, so that a suction pressure of the fan 8 is established at the process pressure measuring point.
  • the described method can also be carried out in a post-purge phase.
  • the resulting pressure curve is in Figure 3 shown, wherein at time T1 the fan 8 is switched on with the safety valve 5 and/or gas control valve 2 closed and at time T2 the closed valves (safety valve 5 and/or gas control valve 2) are opened to allow flow.
  • a signed maximum pressure value of - 4 is established for the first differential pressure p11 and a signed maximum pressure value of + 4 is established for the second differential pressure, whereby these are represented and assumed to be unitless in the present case.
  • differential pressure p12 If the differential pressure p12 is positive and the differential pressure p11 is negative, the differential pressure p12 is correctly assigned to the second differential pressure sensor 12 and the differential pressure p11 is correctly assigned to the first differential pressure sensor 11, so that the differential pressures or pressure values have been verified. If this is not the case, an error has occurred, so an error message is issued and/or the gas heater 1 can be shut down and/or switched to a safe mode.
  • a plausibility check by this variant is only possible during ventilation and, for example, in pre-purge operation (or post-purge operation), it can alternatively or additionally be provided that during combustion operation or burner operation the control unit 3 briefly switches to a plausibility check mode in which no zero pressure control takes place for a short time, but - as in Figure 4 shown - a target pressure difference X of, for example, 2 is set, whereby other predetermined target pressure values X are also possible, which, however, should exceed a measuring tolerance of the differential pressure sensors 11, 12.
  • a target differential pressure of 2 can be specified to the control electronics 13 via the communication interface 15 by the control unit 3, so that the control electronics 13 regulates the actuator 20 via the actuator electronics or actuator interface 14 such that the new target differential pressure X is established at least briefly at at least one of the differential pressure sensors 11, 12 or both differential pressure sensors 11, 12. Subsequently, and in particular if no error is detected, it is possible to immediately switch back to normal combustion operation.
  • differential pressures p11 and p12 do not have the pre-known and stored sign or value for the respective case (p1 ⁇ p0 or p1>p0), the previously known and stored target or threshold value, an error has occurred, so that an error message can be issued accordingly and/or the gas heater 1 can be switched off and/or switched to a safe mode.
  • the invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a number of variants are conceivable that utilize the presented solution even in fundamentally different embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gasregeleinheit (10) zur fehlersicheren Regelung eines Gases, insbesondere in einem Gasheizgerät (1) oder einem Gasbrenner, wobei die Gasregeleinheit (10) eine Kommunikationsschnittstelle (15), eine erste Sensorbaugruppe (11) und eine zweite Sensorbaugruppe (12) aufweist, wobei die erste Sensorbaugruppe (11) ausgebildet ist, Messwerte zu erfassen, aus welchen ein vorzeichenbehafteter erster Differenzdruck (p11) zwischen einem Prozessdruck (p1) des Gases und einem Referenzdruck (p0) bestimmbar ist, und wobei die zweite Sensorbaugruppe (12) ausgebildet ist, Messwerte zu erfassen, aus welchen ein vorzeichenbehafteter zweiter Differenzdruck (p12) zwischen dem Referenzdruck (p0) und dem Prozessdruck (p1) bestimmbar ist, sodass der vorzeichenbehaftete erste Differenzdruck (p11) und der vorzeichenbehaftete zweite Differenzdruck (p12) vorzeichenbehaftete, zueinander inverse Differenzdrücke (p11, p12) sind, und wobei die Kommunikationsschnittstelle (15) ausgebildet ist, die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) und/oder die Messwerte an einen externen Empfänger zu senden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasregeleinheit, ein Gasregelventil mit einer solchen Gasregeleinheit und ein System mit einem solchen Gasregelventil zur fehlersicheren Regelung eines Gases an bzw. in einem Gasheizgerät, insbesondere einer Gastherme, sowie ein Verfahren zur Plausibilisierung von Differenzdrücken, welche von einer solchen Gasregeleinheit, einem solchen Gasregelventil und/oder einem solchen System erfasst wurden.
  • Gasregelventile zur Regelung eines Gases und insbesondere zur Druckregelung sind im Stand der Technik und beispielsweise aus dem Dokument DE 10 2018 102 866 A1 bekannt. Bei Gasheizgeräten oder Gasbrennern, in welchen ein Gas-Luft-Gemisch verbrannt wird, wird bezüglich des Gases stromauf einer Mischeinrichtung, in welcher Gas mit Luft zu dem Gas-Luft-Gemisch vermischt wird, und ferner stromauf einer Hauptmengendrossel ein Gasregelventil zur Einstellung bzw. Regelung des in die Mischeinrichtung strömenden Gasstroms, insbesondere Volumen- oder Massenstrom, verwendet.
  • Oftmals ist vorgesehen, dass für die Druckregelung die Messwerte eines einzelnen Differenzdrucksensors verwendet werden, welcher die Druckdifferenz bzw. den Differenzdruck zwischen einem Prozessdruck des Gases, meist dem Druck des Gases aus- bzw. abströmseitig des Gasregelventils bzw. dem Druck des Gases an einer ersten Messstelle zwischen Gasregelventil und Hauptmengendrossel, und einem Referenzdruck, meist dem Druck der Luft in der Umgebung des Druckregelventils, bestimmt, welche in die Mischeinrichtung strömt.
  • Ausgehend von dem erfassten Differenzdruck, wird das Gasregelventil bzw. ein den Durchfluss durch das Gasregelventil bestimmendes Stellglied mittels eines Aktors, beispielsweise eines Motors, zumeist mit einer sogenannten Nulldruckregelung auf einen Sollwert von 0 Pa eingeregelt.
  • Grundsätzlich ist hierbei problematisch, dass solche Gasregelventile oder Gasregeleinheiten zur Ansteuerung solcher Gasregelventile oftmals nicht fehlersicher ausgebildet sind. Sollen diese fehlersicher sein, entstehen durch speziell dafür vorgesehene Software, zusätzlich benötigte Hardware, mehrfach vorhandene Komponenten und notwendige Zertifizierungen hohe Kosten, was entsprechend nachteilhaft ist.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Gasregeleinheit bzw. ein Gasregelventil umfassend eine solche Gasregeleinheit bereitzustellen, mit welchem ein fehlersicherer Betrieb insbesondere eines Gasheizgeräts möglich wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird daher eine Gasregeleinheit zur fehlersicheren Regelung eines Gases, insbesondere in einem Gasheizgerät oder einem Gasbrenner, weiter insbesondere in einer Gastherme vorgeschlagen. Die Gasregeleinheit weist hierfür eine Kommunikationsschnittstelle, eine erste Sensorbaugruppe und eine zweite Sensorbaugruppe auf. Dabei ist die erste Sensorbaugruppe ausgebildet, Messwerte zu erfassen, aus welchen ein vorzeichenbehafteter erster Differenzdruck zwischen einem Prozessdruck des Gases und einem Referenzdruck bestimmbar ist bzw. bei welchen es sich um einen solchen ersten Differenzdruck handelt. Weiter ist die zweite Sensorbaugruppe ausgebildet ist, Messwerte zu erfassen, aus welchen ein vorzeichenbehafteter zweiter Differenzdruck zwischen dem Referenzdruck und dem Prozessdruck bestimmbar ist bzw. bei welchen es sich um den zweiten Differenzdruck handelt. Dabei werden die Messwerte bzw. Differenzdrücke mittels der Sensorbaugruppen so bestimmt, dass der vorzeichenbehaftete erste Differenzdruck und der vorzeichenbehaftete zweite Differenzdruck vorzeichenbehaftete, zueinander inverse Differenzdrücke sind. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, die zueinander inversen Differenzdrücke und/oder die Messwerte an einen externen Empfänger d.h. an einen Empfänger außerhalb der Gasregeleinheit zu senden.
  • Dadurch, dass der Differenzdruck, auf welchem die Regelung des Gases vorzugsweise basiert, nicht nur doppelt, sondern zueinander invers erfasst werden, liegt neben den jeweiligen Differenzdrücken das Vorzeichen als zusätzlich auswertbare Information vor, wobei hinzukommt, dass die Gasregeleinheit selbst die Werte nicht fehlersicher prüfen muss, da diese über die Kommunikationsschnittstelle einem externen Empfänger, wie im Weiteren noch erläutert beispielsweise der Steuereinheit, bereitgestellt werden kann.
  • Klarstellend wird darauf hingewiesen, dass der Prozessdruck, welcher an der ersten Sensorbaugruppe anliegt bzw. mit dieser bestimmbar ist, der Prozessdruck ist bzw. dem Prozessdruck entspricht, welcher an der zweiten Sensorbaugruppe anliegt bzw. mit dieser bestimmbar ist. Für den Referenzdruck gilt dieses ebenso. Messfehler und Toleranzen vernachlässigend sind der erste Differenzdruck und der zweite Differenzdruck daher in ihren Beträgen gleich und entsprechend invers.
  • Obgleich vorgesehen sein kann, dass es sich bei den Sensorbaugruppen jeweils um einen Differenzdrucksensor handelt, welche also den jeweiligen Differenzdruck unmittelbar erfassen können, kann stattdessen auch vorgesehen sein, dass es sich bei den Sensorbaugruppen jeweils um einen Massenstromsensor handelt, welche also über den Massenstrom den Differenzdruck erfassen können, oder dass eine Sensorbaugruppe jeweils aus zwei oder mehr einzelnen Sensoren gebildet ist, durch welche jeweils ein Druck bestimmbar ist, sodass aus den einzelnen Drücken der Differenzdruck ermittelbar ist. Bei solchen Sensoren kann es sich um Druck- bzw. Absolutdrucksensoren aber beispielsweise auch um Massenstromsensoren handeln. Grundsätzlich können die verschiedenen Sensoren auch gemischt werden, sodass beispielsweise die erste Sensorbaugruppe ein Differenzdrucksensor ist und die zweite Sensorbaugruppe zwei Sensoren aufweist, von welchen ein erster Sensor ein Drucksensor und ein zweiter Sensor ein Massenstromsensor ist.
  • Dementsprechend kann die erste Sensorbaugruppe ein erster Differenzdruck- oder Massenstromsensor sein oder zumindest zwei Sensoren aufweisen, welche jeweils als Drucksensor oder als Massenstromsensor ausgebildet sind. Ferner kann die zweite Sensorbaugruppe ein zweiter Differenzdruck- oder Massenstromsensor sein oder zumindest zwei Sensoren aufweisen, welche jeweils als Drucksensor oder als Massenstromsensor ausgebildet sind.
  • Generell gilt, dass die Gasregeleinheit vorzugsweise genau eine erste und genau eine zweite Sensorbaugruppe aufweist, wobei alternativ jedoch auch mehr als zwei Sensorbaugruppen vorgesehen sein können. Sind mehr als zwei Sensorbaugruppen vorgesehen, sind diese vorzugsweise paarweise gruppiert und entsprechend mehrere Paare von Sensorbaugruppen vorgesehen.
  • Ausgehend von zwei Differenzdrucksensoren sieht eine vorteilhafte Ausführungsvariante vor, dass die erste Sensorbaugruppe ein erster Differenzdrucksensor und die zweite Sensorbaugruppe ein zweiter Differenzdrucksensor ist. Die Differenzdrucksensoren weisen jeweils einen ersten Druckeingang und einen zweiten Druckeingang auf und sind ausgebildet, einen Differenzdruck durch Subtraktion eines am zweiten Druckeingang anliegenden Drucks von einem am ersten Druckeingang anliegenden Druck zu ermitteln. Ist der Druck am zweiten Druckeingang höher dem Druck am ersten Druckeingang, ergibt sich ein negativer Wert für den von diesem Differenzdrucksensor bestimmten Differenzdruck. Ist der Druck am zweiten Druckeingang kleiner dem Druck am ersten Druckeingang, ergibt sich entsprechend ein positiver Wert für den von diesem Differenzdrucksensor bestimmten Differenzdruck. Dabei ist vorgesehen, dass an dem ersten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors der Prozessdruck und an dem zweiten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors ein Referenzdruck anliegt. Umgekehrt hierzu ist ferner vorgesehen, dass an dem ersten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors der Referenzdruck und an dem zweiten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors der Prozessdruck anliegt, sodass die von den zwei Differenzdrucksensoren ermittelten Differenzdrücke vorzeichenbehaftet und zueinander invers sind bzw. ein umgekehrtes Vorzeichen besitzen, soweit die Differenzdrücke ungleich 0 Pa sind.
  • Alternativ formuliert ist vorgesehen, dass an dem ersten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors und an dem zweiten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors derselbe, als Prozessdruck bezeichenbare Druck anliegt bzw. anlegbar ist sowie an dem zweiten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors und an dem ersten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors der selbe, als Referenzdruck bezeichenbare Druck anliegt, bzw. anlegbar ist, sodass die von den zwei Differenzdrucksensoren ermittelten Differenzdrücke zueinander invers sind, d.h. die den jeweiligen Differenzdruck repräsentierenden Druckwerte ein zueinander umgekehrtes Vorzeichen besitzen.
  • Soweit die Sensorbaugruppen jeweils ein Differenzdrucksensor sind, welche je zwei Druckeingänge aufweisen, kann zum Anschließen bzw. Anlegen der Drücke (Prozessdruck, Referenzdruck) an die Druckeingänge jeweils ein separater Druckkanal vorgesehen sein, sodass also von einem Prozessdruck-Messpunkt jeweils ein Druckkanal zu dem ersten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors sowie zu dem zweiten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors und/oder von einem Referenzdruck-Messpunkt jeweils ein Druckkanal zu dem zweiten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors sowie zu dem ersten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors führen kann.
  • Alternativ bzw. zusätzlich hierzu können die von den jeweiligen Messpunkten zu den Differenzdrucksensoren führenden Druckkanäle auch zumindest abschnittsweise integral miteinander ausgebildet sein, sodass also von dem Prozessdruck-Messpunkt zumindest abschnittsweise ein einziger Druckkanal zu dem ersten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors sowie zu dem zweiten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors und/oder von einem Referenzdruck-Messpunkt zumindest abschnittsweise ein einziger Druckkanal zu dem zweiten Druckeingang des ersten Differenzdrucksensors sowie zu dem ersten Druckeingang des zweiten Differenzdrucksensors führen kann.
  • Wird von einer Sensorbaugruppe mit Druck- bzw. Absolutdrucksensoren ausgegangen, kann im Wesentlichen jeweils ein Drucksensor einem Druckeingang eines Differenzdrucksensors gleichgesetzt werden.
  • Der Prozessdruck ist dabei vorzugsweise ein Gasdruck eines durch die Gasregeleinheit geregelten bzw. der Gasdruck eines den Gasbrenner / das Gasheizgerät und insbesondere die Gastherme durchströmenden Gases. Bezogen auf ein Gasheizgerät bzw. einen Gasbrenner liegt der Prozessdruck-Messpunkt vorzugsweise ausströmseitig des Gasregelventils jedoch stromauf einer gegebenenfalls vorhandenen Mischvorrichtung bzw. stromauf einer gegebenenfalls vorhandenen Hauptmengendrossel, sodass der Prozessdruck dem Gasdruck eines Brenngases ausströmseitig des Gasregeventils entspricht. Liegt der Prozessdruck-Messpunkt stromauf der Mischvorrichtung, kann der Prozessdruck auch als Saugdruck bezeichnet werden. Wird als Mischvorrichtung ein Venturi-Mischer verwendet, kann der Prozessdruck als Venturi-Saugdruck bezeichnet werden.
  • Der Referenzdruck kann zudem vorzugsweise ein Umgebungs- bzw. Luftdruck in einer Umgebung der Gasregeleinheit oder in einer Umgebung des im Weiteren noch genannten Gasregelventils bzw. des Systems sein, sodass der Referenzdruck-Messpunkt entsprechend in bzw. an der jeweiligen Umgebung angeordnet ist. Weiter entspricht der Referenzdruck vorzugsweise dem Druck bzw. Luftdruck an einem Lufteinlass der Mischvorrichtung. Grundsätzlich sind jedoch auch weitere Referenzdrücke möglich, sodass es sich bei dem Referenzdruck nicht zwingend um den Umgebungsdruck oder dem Luftdruck am Lufteinlass der Mischvorrichtung handeln muss.
  • Weiter wird klarstellend darauf hingewiesen, dass die Sensorbaugruppen die jeweiligen Messwerte bzw. den jeweiligen Differenzdruck innerhalb einer meist vorbekannten Genauigkeit bzw. Toleranz ermitteln können, sodass die Differenzdrücke in der Realität und in Grenzbereichen (nahe bzw. bei 0 Pa) nicht zwingend ein umgekehrtes Vorzeichen besitzen müssen und es ggfs. zu einer Abweichung der Beträge der mit den Sensorbaugruppen bestimmten Differenzdrücke kommen kann.
  • Ausgehend von dem Prozessdruck p1 und dem Referenzdruck p0 ergibt sich also für den ersten Differenzdruck p11 der ersten Sensorbaugruppe p 11 = p 1 − p 0 und für den zweiten Differenzdruck p12 der zweiten Sensorbaugruppe p 12 = p 0 − p 1
  • Wird für den Referenzdruck p0 vereinfacht ein Umgebungsdruck von 1 bar angenommen und für den Prozessdruck ein Saugdruck von 0,02 bar, ergibt sich beispielsweise p 11 = p 1 − p 0 = 0 , 02 bar − 1 , 0 bar = − 0 , 98 bar p 12 = p 0 − p 1 = 1 , 0 bar − 0 , 02 bar = + 0 , 98 bar
  • Da - wie im Weiteren erläutert - bekannt und beispielsweise in Form von Soll- oder Schwellwerten hinterlegt ist, dass sich für den ersten Differenzdruck p11 ein negativer Wert und für den zweiten Differenzdruck p12 ein positiver aber in seinem Betrag (im Wesentlichen) identischer Wert einstellen muss, kann darauf geschlossen werden, ob die Sensorbaugruppen bzw. die Differenzdruck- oder Massenstromsensoren korrekt angeschlossen sind, korrekt arbeiten und ob der der ersten Sensorbaugruppe zugeordnete erste Differenzdruck p11 tatsächlich der von der ersten Sensorbaugruppe ermittelte Differenzdruck ist bzw. ob der der zweiten Sensorbaugruppe zugeordnete zweite Differenzdruck p12 tatsächlich der von der zweiten Sensorbaugruppe ermittelte Differenzdruck ist.
  • Bei den Druckwerten handelt es sich lediglich um die als vorzeichenbehaftete Werte dargestellten Differenzdrücke, sodass auf den ersten vorzeichenbehafteten Druckwert, welcher den mittels der ersten Sensorbaugruppe bestimmbaren ersten Differenzdruck p11 repräsentiert, als Druckwert p11 und auf den zweiten vorzeichenbehafteten Druckwert, welcher den mittels der zweiten Sensorbaugruppe bestimmbaren zweiten Differenzdruck p12 repräsentiert, als Druckwert p12 Bezug genommen werden kann.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgeschlagenen Gasregeleinheit sieht vor, dass diese ferner eine Steuerelektronik aufweist, welche signaltechnisch mit der ersten Sensorbaugruppe und der zweiten Sensorbaugruppe verbunden ist. Weiter sieht eine solche Variante vor, dass die Steuerelektronik ausgebildet ist, die zueinander inversen Differenzdrücke insbesondere als einen jeweiligen vorzeichenbehafteten Druckwert zu erfassen oder aus den von den Sensorbaugruppen erfassten Messwerten zu bestimmen.
  • Weiter sieht eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Gasregeleinheit vor, dass diese eine Aktorschnittstelle zur Ansteuerung eines Aktors aufweist, wobei es sich bei dem Aktor insbesondere um einen Schrittmotor handeln kann. Die Aktorschnittstelle ist hierbei signaltechnisch mit der Steuerelektronik verbunden oder integral mit der Steuerelektronik ausgebildet, wobei die Aktorschnittstelle als reine Schnittstelle zur Anbindung des Aktors oder alternativ auch als Aktorsteuerelektronik verstanden werden kann.
  • Weiter kann die Kommunikationsschnittstelle, welche ebenfalls als reine Schnittstelle oder als eine Kommunikationselektronik verstanden werden kann, signaltechnisch mit der Steuerelektronik verbunden oder integral mit der Steuerelektronik ausgebildet sein. Wie bereits erläutert, ist die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet, die vorzeichenbehafteten Druckwerte an einen externen Empfänger zu senden. Weiter kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kommunikationsschnittstelle auch ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen.
  • Obgleich das Senden und auch das optionale Empfangen vorzugsweise drahtgebunden und beispielsweise über ein BUS-System erfolgt, kann die Kommunikationsschnittstelle alternativ auch zur optischen Signalübertragung oder zum drahtlosen Senden und Empfangen ausgebildet sein, sodass also Daten zum Beispiel über Funk übermittelt werden können.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Gasregelventil zur fehlersicheren Regelung eines Gases und insbesondere der Druckregelung bzw. Nulldruckregelung in einem Gasheizgerät oder einem Gasbrenner, insbesondere einer Gastherme, wobei dieses die erfindungsgemäß vorgeschlagene Gasregeleinheit umfasst. Neben einer solchen Gasregeleinheit weist das Gasregelventil ferner ein Stellglied zur Einstellung eines Durchflusses eines von einer Einströmseite zu einer Ausströmseite des Gasregelventils strömenden Gases auf, wobei es sich bei dem Gas vorzugsweise um ein in dem Gasbrenner bzw. dem Gasheizgerät zu verfeuerndes Brenngas handelt. Bei dem Prozessdruck handelt es sich hierbei um den Druck des Gases an der Ausströmseite des Gasregelventils bzw. um den Druck in dem Gasregelventil ausströmseitig des Stellgliedes.
  • Der Durchfluss des Gases durch das Gasregelventil kann auch als Gasstrom bezeichnet werden, wobei durch das Gasregelventil insbesondere der Volumenstrom und/oder der Massenstrom des Gases geregelt werden soll.
  • Weiter soll darauf hingewiesen werden, dass Gasregeventil bzw. Stellglied und Gasregeleinheit nicht nur lediglich ein System mehrerer beispielsweise durch Kabel miteinander verbundener Komponenten ist, sondern diese vorzugsweise eine integrale Baueinheit bilden.
  • Weiter handelt es sich bei dem Referenzdruck insbesondere um einen Umgebungsdruck an der Gasregeleinheit und/oder dem Gasregelventil, wobei der Referenzdruck auch an anderen Punkten gemessen bzw. dem Umgebungsdruck an anderen Punkten entsprechen kann. So kann der Referenzdruck beispielsweise auch dem Umgebungsdruck bzw. dem Luftdruck an einem Lufteinlass der Mischvorrichtung des Gasbrenners bzw. des Gasheizgeräts entsprechen.
  • Das Gasregelventil kann zudem einen mit der Aktorschnittstelle der Gasregeleinheit signaltechnisch verbundenen Aktor bzw. einen über die Aktorschnittstelle angesteuerten Aktor aufweisen, bei welchem es sich vorzugsweise um einen Schrittmotor handelt. Der Aktor bzw. Schrittmotor ist hierbei ausgebildet, das Stellglied zur Einstellung des Durchflusses zu verstellen und dadurch den Volumen- und/oder Massenstrom des Gases durch das Gasregelventil zu regeln.
  • Vorzugsweise ist zudem die Steuerelektronik eines solchen Gasregelventils ausgebildet, das Stellglied zur Einstellung des Durchflusses durch Ansteuerung des Aktors bzw. Schrittmotors zu verstellen, bis zumindest einer der Differenzdrücke oder Messwerte einem vorbestimmten Wert entspricht und beispielsweise zumindest einer der Differenzdrücke 0 Pa beträgt, sodass also unmittelbar durch die Steuerelektronik bzw. das Gasregelventil eine Nulldruckregelung implementiert sein kann. Dabei kann der vorbestimmte Wert in der Steuerelektronik hinterlegt oder der Steuerelektronik über die Kommunikationsschnittstelle vorgegeben bzw. übermittelt werden. Beispielsweise kann der Steuerelektronik der vorbestimmte Wert über die Kommunikationsschnittstelle von einer im Weiteren noch erläuterten Steuereinheit übermittelt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System zur fehlersicheren Regelung eines Gases in einem Gasheizgerät oder einem Gasbrenner, insbesondere einer Gastherme. Bei der Regelung handelt es sich weiter vorzugsweise um eine Druck- bzw. Nulldruckregelung. Das System weist eine Steuereinheit zur Regelung einer Verbrennung und ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes Gasregelventil oder zumindest ein erfindungsgemäß vorgeschlagene Gasregeleinheit auf. Gemäß dem vorgeschlagenen System ist die Steuereinheit als externer Empfänger signaltechnisch mit der Kommunikationsschnittstelle der Gasregeleinheit verbunden und ausgebildet, die vorzeichenbehafteten und zueinander inversen Differenzdrücke zu empfangen und zu verarbeiten sowie zusätzlich oder alternativ Steuersignale an die Gasregeleinheit, deren Steuerelektronik oder deren Kommunikationsschnittstelle zu senden.
  • Die Steuereinheit kann in dem Gasheizgerät bzw. im Gasbrenner die fehlersichere Überwachung des Prozesses übernehmen und steuert hierfür einzelne Komponenten des Gasheizgeräts / des Gasbrenners. Insbesondere die Gasregeleinheit kann dabei durch die Steuereinheit und insbesondere über die genannten Steuersignale in verschiedene Betriebsmodi geschaltet und/oder gesteuert werden.
  • Vorzugsweise ist eine solche Steuereinheit hierfür ein nach IEC EN 60730 oder EN 298 zertifiziertes Class C Sicherheitssystem, sodass durch die durch Class C bedingten Softwaremaßnahmen und eine fehlersichere oder fehlererkennende Hardwarebeschaltung ein sicherer Betrieb des Gasheizgeräts / des Gasbrenners möglich ist.
  • Für das Gasregelventil bzw. die Gasregeleinheit ist dies jedoch gerade nicht der Fall. Gasregelventil bzw. Gasregeleinheit sind vorzugsweise weder nach den genannten Normen zertifiziert noch fehlersicher, was entsprechend Kosten senkt.
  • Das Gesamtsystem bzw. System aus Gasregeleinheit /-ventil und Steuereinheit kann jedoch durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen insgesamt fehlersicher betrieben werden.
  • Grundsätzlich kann ausgehend von einem System mit zwei Differenzdruck- oder Massenstromsensoren nicht ausgeschlossen werden, dass der von dem ersten Differenzdruck- bzw. Massenstromsensor ermittelte erste Differenzdruck und der von dem zweiten Differenzdruck- bzw. Massenstromsensor ermittelte zweite Differenzdruck bei der Übermittlung von den Differenzdruck- bzw. Massenstromsensoren an die Steuereinheit vertauscht werden, wobei die Steuereinheit herkömmlicherweise keine Möglichkeit hat, die Differenzdrücke bzw. Druckwerte zu plausibilisieren d.h. auf bestimmte mögliche Fehler zu prüfen.
  • Dadurch, dass erfindungsgemäß die Differenzdrücke vorzeichenbehaftet bestimmbar sind, kann die Steuereinheit insbesondere bei einem Differenzdruck ungleich 0 Pa aus den Vorzeichen ableiten, ob die Differenzdrücke den korrekten Sensorbaugruppen zugeordnet sind.
  • Entsprechend sieht eine Variante des Systems vor, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die zueinander inversen Differenzdrücke durch einen Vergleich der Differenzdrücke mit in der Steuereinheit gespeicherten Sollwerten oder Schwellwerten zu plausibilisieren.
  • Dabei können die Soll- bzw. Schwellwerte auch einfach einem jeweiligen Vorzeichen entsprechen, sodass einfach abgefragt werden kann, ob die vorzeichenbehafteten Differenzdrücke - unabhängig von ihrem konkreten Betrag - ein erwartetes bzw. vorbestimmtes Vorzeichen besitzen.
  • Beispielsweise - und wie im Weiteren noch erläutert - kann der Differenzdruck durch entsprechende Ansteuerung des Stellgliedes oder einer anderen Komponente des Gasheizgeräts / des Gasbrenners auf einen Wert ungleich 0 Pa geändert werden, wodurch sich zwei zueinander inverse Druckwerte bzw. Differenzdrücke ergeben, von welchen also ein Druckwert positiv und der andere Druckwert negativ ist und welche - bei Vernachlässigung etwaiger Messtoleranzen und unter Berücksichtigung einer vorbestimmten Toleranz - in ihrem Betrag gleich sind. Da in der Steuereinheit in Form der Schwell- bzw. Sollwerte hinterlegt ist, ob der erste Druckwert positiv oder negativ sowie ob der zweite Druckwert positiv oder negativ sein soll, kann daraus ermittelt d.h. plausibilisiert werden, ob der erste Druckwert dem Druckwert der ersten Sensorbaugruppe und der zweite Druckwert dem Druckwert der zweiten Sensorbaugruppe entspricht oder ob diese fehlerhaft und insbesondere vertauscht übermittelt wurden und der jeweils falschen Sensorbaugruppe zugeordnet sind, sodass dann das System einen Fehler anzeigen, abgeschaltet oder in einen sicheren Modus geschaltet werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, die zueinander inversen Differenzdrücke durch einen betragsweisen Vergleich der Differenzdrücke miteinander zu plausibilisieren. Dadurch kann also - unter Berücksichtigung einer Toleranz - darauf geschlossen werden, ob die Sensorbaugruppen korrekte Messwerte bzw. Differenzdrücke liefern. Weicht beispielsweise einer der Differenzdrücke (betragsmäßig) über eine vorbestimmte Toleranz von dem anderen Differenzdrücke ab, ist eine der Sensorbaugruppen defekt oder die Übermittlung fehlerhaft, sodass dann das System einen Fehler anzeigen, abgeschaltet oder in einen sicheren Modus geschaltet werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinheit ausgebildet ist, das Anliegen des Prozessdrucks und des Referenzdrucks an den Sensorbaugruppen zu plausibilisieren. Wird beispielsweise von je einem Differenzdrucksensor als Sensorbaugruppe ausgegangen, kann das Anliegen des Prozessdrucks und des Referenzdrucks an den ersten Druckeingängen und den zweiten Druckeingängen plausibilisiert werden. Sind die Druckwerte beispielsweise bezüglich ihrer Vorzeichen sowie - innerhalb einer Toleranz - auch bezüglich ihrer Beträge gleich, liegt an beiden ersten Eingängen der Differenzdrucksensoren der gleiche Druck, d.h. Prozessdruck oder Referenzdruck, und an den beiden zweiten Eingängen der Differenzdrucksensoren ebenfalls der gleiche Druck, d.h. Referenzdruck oder Prozessdruck, an, sodass das System wiederum einen Fehler anzeigen, abgeschaltet oder in einen sicheren Modus geschaltet werden kann.
  • Ferner betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Plausibilisierung von Differenzdrücken, welche mit einem erfindungsgemäß vorgeschlagenen System zur fehlersicheren Druckregelung und/oder einem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregelventil und/oder einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Druckregeleinheit erfassbar sind bzw. erfasst wurden.
  • Vorteilhaft ist, wenn zur Plausibilisierung, d.h. zur Prüfung der Differenzdrücke auf mögliche Fehler, ein Differenzdruck ungleich 0 Pa vorliegt, da dann Messtoleranzen keine oder zumindest keinen wesentlichen Einfluss auf die Plausibilisierung haben.
  • Um dies zu erreichen, wird das Stellglied des Gasregelventils oder ein stromauf des Gasregelventils vorgesehenes Sicherheitsventil insbesondere durch die Steuereinheit den Prozessdruck ändernd angesteuert, sodass sich durch die Änderung des Prozessdrucks die vorzeichenbehafteten Druckwerte invers zueinander ändern.
  • Wird das Sicherheitsventil geschlossen, entspricht der Prozessdruck insbesondere einem Saugdruck, welcher durch ein stromab des Gasregelventils angeordnetes Gebläse und/oder durch eine insbesondere als Venturi-Mischer ausgebildete Mischvorrichtung erzeugt wird. Da das Sicherheitsventil insbesondere während einer Belüftung des Brenners vor oder nach einem Brennerbetrieb, also beispielsweise während einer Vorspülphase und/oder während einer Nachspülphase des Gasheizgeräts / des Gasbrenners geschlossen wird bzw. ist, kann die Plausibilisierung während der Belüftung und insbesondere in der Vor- oder Nachspülphase durchgeführt werden.
  • Wird der Durchfluss durch das Sicherheitsventil zur Änderung des Prozessdrucks variiert, kann bereits ein geringer Differenzdruck zur Plausibilisierung ausreichend sein. Eine solche Änderung des Prozessdrucks kann dabei während des Betriebs des Gasheizgeräts / des Gasbrenners d.h. nach der Vorspülphase bzw. während dem Brennerbetrieb erfolgen.
  • Vorzugsweise ist dabei jeweils vorgesehen, dass die Änderung des Prozessdrucks zumindest über eine vorbestimmte Messtoleranz der Sensorbaugruppen hinausgeht, sodass Messtoleranzen für die Plausibilisierung im Wesentlichen vernachlässigt werden können.
  • Anschließend werden die durch die Sensorbaugruppen nach der Änderung des Prozessdrucks ermittelten vorzeichenbehafteten Differenzdrücke jeweils mit einem jeweiligen Sollwert oder Schwellwert verglichen.
  • Wie bereits erläutert, wird hierbei durch den Vergleich plausibilisiert,
    • ob ein erster Differenzdruck der zwei vorzeichenbehafteten Differenzdrücke, welcher der ersten Sensorbaugruppe zugeordnet ist, der durch die erste Sensorbaugruppe bestimmte Differenzdruck ist,
    • und/oder ob ein zweiter Differenzdruck der zwei vorzeichenbehafteten Differenzdrücke, welcher der zweiten Sensorbaugruppe zugeordnet ist, der durch die zweite Sensorbaugruppe bestimmte Differenzdruck ist,
    • und/oder ob an dem ersten Druckeingang der ersten als Differenzdrucksensor ausgebildeten Sensorbaugruppe bzw. an einem ersten Drucksensor einer zumindest einen Drucksensor aufweisenden Sensorbaugruppe der Prozessdruck anliegt
    • und/oder ob an dem zweiten Druckeingang der ersten als Differenzdrucksensor ausgebildeten Sensorbaugruppe bzw. an einem zweiten Drucksensor einer zumindest einen Drucksensor aufweisenden Sensorbaugruppe der Referenzdruck anliegt
    • und/oder ob an dem ersten Druckeingang der zweiten als Differenzdrucksensor ausgebildeten Sensorbaugruppe bzw. an einem ersten Drucksensor einer zumindest einen Drucksensor aufweisenden Sensorbaugruppe der Referenzdruck anliegt
    • und/oder ob an dem zweiten Druckeingang der zweiten als Differenzdrucksensor ausgebildeten Sensorbaugruppe bzw. an einem zweiten Drucksensor einer zumindest einen Drucksensor aufweisenden Sensorbaugruppe der Prozessdruck anliegt.
  • Wird festgestellt, dass die vorzeichenbehafteten Differenzdrücke nicht plausibel sind, d.h. nicht das erwartete Vorzeichen oder nicht den erwarten Betrag aufweisen, kann das System einen Fehler anzeigen, abgeschaltet oder in einen sicheren Modus geschaltet werden.
  • Entsprechend sieht eine Weiterbildung des Verfahrens vor, dass ein Fehler erkannt und ausgegeben wird, wenn die vorzeichenbehafteten Differenzdrücke nicht den jeweiligen Sollwerten entsprechen oder nicht die jeweiligen Schwellwerte erreichen.
  • Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinanderstehen.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein schematisches Blockschaltbild eines Gasheizgeräts;
    Fig. 2
    ein schematisches Blockschaltbild eines Gasregelventils;
    Fig. 3
    ein erstes Druckdiagramm zur Plausibilisierung in einem ersten Betriebsmodus;
    Fig. 4
    ein zweites Druckdiagramm zur Plausibilisierung in einem zweiten Betriebsmodus.
  • Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
  • In Figur 1 ist ein Ausschnitt bzw. Teil eines Gasheizgeräts 1, insbesondere einer Gastherme, schematisch und beispielhaft dargestellt, wobei das in Figur 2 abgebildete Gasregelventil 2 sowie die darin enthaltene Gasregeleinheit 10 jeweils das Gasregelventil 2 und die Gasregeleinheit 10 gemäß Figur 1 sein können, jedoch grundsätzlich auch unabhängig von dem Gasheizgerät 1 betrachtet oder in anderen Anlagen bzw. Vorrichtungen verbaut sein können. Obgleich die Komponenten und Funktionen der Figuren 1 und 2 vorliegend gemeinsam beschrieben werden, kann insbesondere das zu Figur 2 Offenbarte auch unabhängig von der beispielhaften Ausführungsform gemäß Figur 1 betrachtet werden.
  • Figur 1 zeigt schematisch einen Teil bzw. einen Ausschnitt eines Gasheizgeräts 1 und genauer den schematischen Aufbau eines Gas-Luft-Systems eines Gasheizgeräts 1, wobei ein Venturi-Mischer als Mischeinrichtung 7 dargestellt ist, in welchen von einem Gebläse 8 Luft durch einen Lufteinlass L aus der Umgebung mit einem Luftdruck p0 gesaugt wird. In der Mischeinrichtung 7 wird die einströmende Luft und ein durch die Brennstoffzufuhr G einströmender Brennstoff (Gas) zu einem Gas-Luft-Gemisch vermischt.
  • Das von der Brennstoffzufuhr G einströmende Gas durchströmt zu der Mischeinrichtung 7 ein Sicherheitsventil 5 mit einem von einem Aktor 50 verstellbaren Stellglied 40, ein Gasregelventil 2 mit einem beispielsweise als Proportionalventil ausgebildeten Ventil bzw. Stellglied 30 sowie eine Hauptmengendrossel 6.
  • Das Sicherheitsventil 5 bzw. dessen Stellglied 40 weist vorzugsweise eine Durchlass- und eine Sperrstellung auf, zwischen welchen durch den Aktor 50 umgeschaltet werden kann, wobei der Durchfluss des Brennstoffs bzw. Gases in der Durchlassstellung ermöglicht und in der Sperrstellung gesperrt ist. Das Sicherheitsventil 5 kann zusätzlich oder alternativ auch manuell- bzw. handbetätigbar sein.
  • Das Gasregelventil 2 ist zur Regelung des Volumen- bzw. Massenstroms des Gases ausgebildet, sodass das Gas bzw. die Strömung des Gases durch das Gasregelventil 2 zu der Mischeinrichtung 7 einstellbar bzw. regelbar ist.
  • Durch die Einstellung bzw. Regelung der Strömung des Gases mit dem Gasregelventil 2 sowie durch eine ggfs. zwischen Gasregelventil 4 und Mischeinrichtung 7 vorgesehene Hauptmengendrossel 6, ist das Mischungsverhältnis des Gas-Luft-Gemisches in der Mischeinrichtung 7 somit regel- bzw. einstellbar.
  • Das Gas-Luft-Gemisch wird durch das Gebläse 8 weiter in einen Brenner 9 bzw. dessen Brennraum gefördert, in welchem die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches stattfindet.
  • Zur Regelung des Gasstroms bzw. des Durchflusses durch das Gasregelventil 2 weist dieses ein - wie dargestellt beispielsweise als Proportionalventil ausgebildetes - Stellglied 30, dessen Stellung von einem insbesondere als Schrittmotor ausgebildeten Aktor 20 einstellbar ist, sowie eine Gasregeleinheit 10 auf.
  • Die Gasregeleinheit 10 ist selbst nicht fehlersicher ausgebildet, umfasst jedoch neben einer Steuerelektronik 13, einer signaltechnisch mit der Steuerelektronik 13 verbundenen Aktorschnittstelle 14 sowie einer signaltechnisch mit der Steuerelektronik 13 verbundenen Kommunikationsschnittstelle 15 zwei Sensorbaugruppen 11, 12 welche jeweils als ein Differenzdrucksensor 11, 12 ausgebildet sind.
  • Wesentlich ist für die dargestellte Ausführungsform einerseits, dass der jeweilige Differenzdruck p11, p12 durch den jeweiligen Differenzdrucksensor 11, 12 nicht lediglich als Betrag (d.h. vorzeichenlos), sondern jeweils als vorzeichenbehaftete Druckwerte bzw. vorzeichenbehaftete Differenzdrücke erfasst werden. Dabei ergeben sich die Differenzdrücke beispielsweise durch Subtraktion eines am jeweils zweiten Druckeingang 11B, 12B von einem am jeweils ersten Druckeingang 11A, 12A anliegenden Drucks, sodass sich - abhängig von den jeweils anliegenden Drücken - für die Differenzdrücke vorzeichenbehaftete Druckwerte ergeben können.
  • Andererseits ist für die dargestellte Ausführungsform wesentlich, dass an dem ersten Druckeingang 11A des ersten Differenzdrucksensors 11 und an dem zweiten Druckeingang 12B des zweiten Differenzdrucksensors 12 derselbe, als Prozessdruck p1 bezeichenbare Druck anliegt bzw. anlegbar ist sowie an dem zweiten Druckeingang 11B des ersten Differenzdrucksensors 11 und an dem ersten Druckeingang 12A des zweiten Differenzdrucksensors 12 der selbe, als Referenzdruck p0 bezeichenbare Druck anliegt, bzw. anlegbar ist, sodass die von den zwei Differenzdrucksensoren 11, 12 ermittelten Differenzdrücke p11, p12 zueinander invers sind.
  • Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist vorliegend vorgesehen, dass zu dem ersten Druckeingang 11A des ersten Differenzdrucksensors 11 und zu dem zweiten Druckeingang 12B des zweiten Differenzdrucksensors 12 jeweils ein separater Druckkanal zu dem Messpunkt des Prozessdrucks führt, wohingegen die Druckkanäle von dem zweiten Druckeingang 11B des ersten Differenzdrucksensors 11 und von dem ersten Druckeingang 12A des zweiten Differenzdrucksensors 12 zu dem Messpunkt des Referenzdrucks abschnittsweise integral miteinander ausgebildet sind.
  • Dabei handelt es sich bei dem Prozessdruck p1 um einen Gasdruck in dem Gasregelventil 2 ab- bzw. ausströmseitig des Stellgliedes 30 und bei dem Referenzdruck p0 um einen Luftdruck an dem Gasregelventil 2 bzw. an dem Lufteinlass L, welcher jedoch von dem Umgebungsdruck p∞ abweichen kann.
  • Obwohl das Gasregelventil 2 selbst nicht fehlersicher ausgebildet ist, muss das Gasheizgerät 1 fehlersicher betreibbar sein. Hierfür werden die Differenzdrücke p0, p1 von dem Gasregelventil 2 über die Kommunikationsschnittstelle 15 an eine Steuereinheit 3 übertragen, welche anhand der Beträge prüfen kann, ob ein Messfehler vorliegt. Im Stand der Technik können solche Steuereinheiten 3 jedoch nicht verifizieren, ob die dem ersten Differenzdrucksensor 11 und dem zweiten Differenzdrucksensor 12 zugeordneten Differenzdrücke tatsächlich durch dem jeweiligen Differenzdrucksensor 11, 12 gemessen wurden.
  • Um ein System 4 aus Steuereinheit 3 und Gasregelventil 2 zu bilden, welches insgesamt fehlersicher ist, werden die vorzeichenbehafteten Druckwerte von dem Gasregelventil 2 bzw. über die Kommunikationsschnittstelle 15 der Gasregeleinheit 10 an die Steuereinheit 3 übertragen.
  • Da im normalen Verbrennungsbetrieb des Gasheizgeräts 1 meist eine Nulldruckregelung angestrebt wird, entspricht der Prozessdruck p1 im Wesentlichen dem Referenzdruck p0, sodass die Differenzdrücke p11, p12 im Bereich um 0 (z.B. 0 Pa oder 0 bar) schwanken. Aufgrund von Messungenauigkeiten kann hierbei meist nicht zuverlässig durch das jeweilige Vorzeichen auf einen Fehler geschlossen werden.
  • Daher ist die Steuereinheit 3 ausgebildet, die Differenzdrücke p11, p12 in bestimmten Betriebsmodi bzw. im Rahmen bestimmter Verfahren zu plausibilisieren d.h. auf Fehler zu prüfen, wobei sich bei diesen jeweils ein Druckdiagramm gemäß den Figuren 3 und 4 ergibt.
  • Da die Plausibilisierung während des normalen Verbrennungsbetriebs bzw. Brennerbetriebs meist nicht zuverlässig durchführbar ist, ist gemäß einer ersten Verfahrensvariante - deren Druckverlauf in Figur 3 dargestellt ist - vorgesehen, dass die Plausibilisierung während bzw. parallel zu einer Belüftung und insbesondere in einer Vorspülphase durchgeführt wird, bei welchem der Brenner 9 bzw. dessen Brennkammer mit Luft gespült bzw. belüftet wird. Hierfür wird das Sicherheitsventil 5 und/oder das Gasregelventil 2 während der Belüftung und hier in der Vorspülphase einen Gasfluss bzw. eine Gasströmung zu der Mischeinrichtung 7 vollständig sperrend angesteuert, wobei das Gebläse 8 weiterhin Luft ansaugt, sodass sich also am Prozessdruck-Messpunkt ein Saugdruck des Gebläses 8 einstellt. Alternativ zur Vorspülphase, kann das beschriebene Verfahren auch in einer Nachspülphase durchgeführt werden.
  • Der sich dadurch einstellende Druckverlauf ist in Figur 3 abgebildet, wobei zum Zeitpunkt T1 das Gebläse 8 bei geschlossenem Sicherheitsventil 5 und/oder Gasregelventil 2 eingeschaltet und zum Zeitpunkt T2 die geschlossenen Ventile (Sicherheitsventil 5 und/oder Gasregelventil 2) einen Durchfluss ermöglichend geöffnet werden.
  • Ausgehend von dem beispielhaften Verlauf stellt sich während der Belüftung und hier beispielhaft in der Vorspülphase (insbesondere zwischen den Zeitpunkten T1 und T2) für den ersten Differenzdruck p11 ein vorzeichenbehafteter maximaler Druckwert von - 4 und für den zweiten Differenzdruck ein vorzeichenbehafteter maximaler Druckwert von + 4 ein, wobei diese vorliegend einheitenlos dargestellt und angenommen werden.
  • Da bekannt ist, dass sich p11 aus p1 - p0 und p12 aus p0 - p1 ergibt und sich zudem durch die Belüftung für p1 ein geringerer Wert als p0 einstellt, kann unmittelbar durch das jeweilige Vorzeichen darauf geschlossen werden, ob die an die Steuereinheit 3 übermittelten Werte korrekt den Differenzdrucksensoren zugeordnet sind. Dabei müssen die Verhältnisse und notwendigen Annahmen nicht zwingend in der Steuereinheit 3 hinterlegt sein. Es reicht beispielsweise aus, wenn ein Fehler angenommen wird, falls p11 während der Belüftung bzw. p11 zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Belüftung bzw. ein Durchschnittswert von p11 während der Belüftung > 0 und/oder falls p12 während der Belüftung bzw. p12 zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Belüftung bzw. ein Durchschnittswert von p12 während der Belüftung < 0 ist.
  • Ist also der Differenzdruck p12 positiv und der Differenzdruck p11 negativ, ist der Differenzdruck p12 korrekt dem zweiten Differenzdrucksensor 12 und der Differenzdruck p11 korrekt dem ersten Differenzdrucksensor 11 zugeordnet, sodass die Differenzdrücke bzw. die Druckwerte plausibilisiert wurden. Ist dies nicht der Fall, liegt ein Fehler vor, sodass entsprechend eine Fehlermeldung ausgegeben und/oder das Gasheizgerät 1 abgeschaltet und/oder in einen sicheren Modus umgeschaltet werden kann.
  • Da eine Plausibilisierung durch diese Variante nur während einer Belüftung und beispielsweise im Vorspülbetrieb (bzw. im Nachspülbetrieb) möglich ist, kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass während des Verbrennungsbetriebes bzw. Brennerbetriebs durch die Steuereinheit 3 kurzzeitig in einen Plausibilisierungsmodus geschaltet wird, in welchem kurzzeitig keine Nulldruckregelung erfolgt, sondern auf - wie in Figur 4 dargestellt - eine Soll-Druckdifferenz X von beispielsweise 2 eingeregelt wird, wobei auch andere vorbestimmte Soll-Druckwerte X möglich sind, welche jedoch über eine Messtoleranz der Differenzdrucksensoren 11, 12 hinausgehen sollten. Im Plausibilisierungsmodus erfolgt eine gewollte kurzzeitige Stimulation der Differenzdrucksensoren 11, 12, wobei aus deren Verhalten bzw. den dabei ermittelten vorzeichenbehafteten Druckwerten die Plausibilisierung erfolgen kann.
  • Entsprechend kann der Steuerelektronik 13 über die Kommunikationsschnittstelle 15 von der Steuereinheit 3 ein Soll-Differenzdruck von 2 vorgegeben werden, sodass die Steuerelektronik 13 das Stellglied 20 über die Aktorelektronik bzw. Aktorschnittstelle 14 so einregelt, dass sich an zumindest einem der Differenzdrucksensoren 11, 12 bzw. beiden Differenzdrucksensoren 11, 12 zumindest kurzzeitig der neue Soll-Differenzdruck X einstellt. Anschließend und insbesondere soweit kein Fehler erkannt wird, kann unmittelbar zurück in den normalen Verbrennungsbetrieb gewechselt werden.
  • Wurde der neue Soll-Differenzdruck X von beispielsweise 2 erreicht, kann wiederum unmittelbar darauf geschlossen werden, ob die vorzeichenbehafteten Druckwerte dem korrekten Differenzdrucksensor 11, 12 zugeordnet sind. Dabei ist zu beachten, dass sich während der Belüftung d.h. hier in der Vorspülphase für den Prozessdruck nur ein Saugdruck einstellen kann, sodass also während der Belüftung bzw. hier in der Vorspülphase stets p1<p0 gilt. In dem genannten Plausibilisierungsbetrieb bzw. -modus kann jedoch frei bestimmt und vorgegeben und durch Ansteuerung des Stellgliedes 30 des Gasregelventils 2 eingestellt sein, ob der Durchfluss des Gases erhöht oder reduziert werden soll, sodass abhängig von der gewünschten Ansteuerung p1<p0 (Unterdruck) oder p1>p0 (Überdruck) gelten kann. Dabei entspricht der Druckverlauf gemäß Figur 4 der Variante p1>p0, sodass p 11 = p 1 − p 0 > 0 und p 12 = p 0 − p 1 < 0 .
  • Weisen die Differenzdrücke p11 und p12 wiederum nicht das für den jeweiligen Fall (p1<p0 oder p1>p0) vorbekannte und hinterlegte Vorzeichen bzw. den vorbekannten und hinterlegten Soll- oder Schwellwert auf, liegt wiederum ein Fehler vor, sodass entsprechend wiederum eine Fehlermeldung ausgegeben und/oder das Gasheizgerät 1 abgeschaltet und/oder in einen sicheren Modus umgeschaltet werden kann.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (14)

  1. Gasregeleinheit (10) zur fehlersicheren Regelung eines Gases, insbesondere in einem Gasheizgerät (1) oder einem Gasbrenner,
    wobei die Gasregeleinheit (10) eine Kommunikationsschnittstelle (15), eine erste Sensorbaugruppe (11) und eine zweite Sensorbaugruppe (12) aufweist,
    wobei die erste Sensorbaugruppe (11) ausgebildet ist, Messwerte zu erfassen, aus welchen ein vorzeichenbehafteter erster Differenzdruck (p11) zwischen einem Prozessdruck (p1) des Gases und einem Referenzdruck (p0) bestimmbar ist, und
    wobei die zweite Sensorbaugruppe (12) ausgebildet ist, Messwerte zu erfassen, aus welchen ein vorzeichenbehafteter zweiter Differenzdruck (p12) zwischen dem Referenzdruck (p0) und dem Prozessdruck (p1) bestimmbar ist, sodass der vorzeichenbehaftete erste Differenzdruck (p11) und der vorzeichenbehaftete zweite Differenzdruck (p12) vorzeichenbehaftete, zueinander inverse Differenzdrücke (p11, p12) sind, und
    wobei die Kommunikationsschnittstelle (15) ausgebildet ist, die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) und/oder die Messwerte an einen externen Empfänger zu senden.
  2. Gasregeleinheit nach Anspruch 1,
    wobei die erste Sensorbaugruppe (11) ein erster Differenzdrucksensor (11) ist oder ein erster Massenstromsensor ist oder zumindest zwei Sensoren aufweist, welche jeweils als Drucksensor oder als Massenstromsensor ausgebildet sind, und/oder
    wobei die zweite Sensorbaugruppe (12) ein zweiter Differenzdrucksensor (12) ist oder ein zweiter Massenstromsensor ist oder zumindest zwei Sensoren aufweist, welche jeweils als Drucksensor oder als Massenstromsensor ausgebildet sind.
  3. Gasregeleinheit nach Anspruch 1,
    wobei die erste Sensorbaugruppe (11) ein erster Differenzdrucksensor (11) ist und die zweite Sensorbaugruppe (12) ein zweiter Differenzdrucksensor (12) ist,
    wobei die Differenzdrucksensoren (11, 12) jeweils einen ersten Druckeingang (11A, 12A) und einen zweiten Druckeingang (11B, 12B) aufweisen und ausgebildet sind, einen Differenzdruck (p11, p12) durch Subtraktion eines am zweiten Druckeingang (11B, 12B) anliegenden Drucks von einem am ersten Druckeingang (11A, 12A) anliegenden Druck zu ermitteln,
    wobei an dem ersten Druckeingang (11A) des ersten Differenzdrucksensors (11) der Prozessdruck (p1) und an dem zweiten Druckeingang (11B) des ersten Differenzdrucksensors (11) der Referenzdruck (p0) anliegt
    und an dem ersten Druckeingang (12A) des zweiten Differenzdrucksensors (12) der Referenzdruck (p0) und an dem zweiten Druckeingang (12B) des zweiten Differenzdrucksensors (12) der Prozessdruck (p1) anliegt, sodass die von den zwei Differenzdrucksensoren (11, 12) ermittelten Differenzdrücke (p11, p12) zueinander invers sind.
  4. Gasregeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    ferner aufweisend eine Steuerelektronik (13), welche signaltechnisch mit der ersten Sensorbaugruppe (11) und der zweiten Sensorbaugruppe (12) verbunden und ausgebildet ist,
    die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) zu erfassen oder aus den Messwerten zu bestimmen.
  5. Gasregeleinheit nach dem vorhergehenden Anspruch,
    ferner aufweisend eine Aktorschnittstelle (14) zur Ansteuerung eines Aktors (20), insbesondere eines Schrittmotors, welche signaltechnisch mit der Steuerelektronik (13) verbunden oder integral mit der Steuerelektronik (13) ausgebildet ist.
  6. Gasregeleinheit nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
    wobei die Kommunikationsschnittstelle (15) signaltechnisch mit der Steuerelektronik (13) verbunden oder integral mit der Steuerelektronik (13) ausgebildet ist,
    wobei die Kommunikationsschnittstelle (15) insbesondere ausgebildet ist, Steuersignale zu empfangen.
  7. Gasregelventil (2) zur fehlersicheren Regelung eines Gases in einem Gasheizgerät (1) oder einem Gasbrenner,
    wobei das Gasregelventil (2) eine Gasregeleinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Stellglied (30) zur Einstellung eines Durchflusses eines von einer Einströmseite zu einer Ausströmseite des Gasregelventils (2) strömenden Gases aufweist,
    wobei der Prozessdruck (p1) der Druck des Gases an der Ausströmseite des Gasregelventils (2) ist.
  8. Gasregelventil nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei der Referenzdruck (p0) ein Umgebungsdruck an der Gasregeleinheit (10) und/oder dem Gasregelventil (2) ist.
  9. Gasregelventil nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche und zumindest Anspruch5,
    ferner aufweisend einen mit der Aktorschnittstelle (14) der Gasregeleinheit (10) signaltechnisch verbundenen Aktor (20), welcher ausgebildet ist, das Stellglied (30) zur Einstellung des Durchflusses zu verstellen.
  10. Gasregelventil nach dem vorhergehenden Anspruch und zumindest Anspruch 4,
    wobei die Steuerelektronik (13) ausgebildet ist, das Stellglied (30) zur Einstellung des Durchflusses durch Ansteuerung des Aktors (20) zu verstellen, bis zumindest einer der Differenzdrücke (p11, p12) und/oder Messwerte einem vorbestimmten Wert entspricht und/oder 0 Pa beträgt.
  11. System (4) zur fehlersicheren Regelung eines Gases in einem Gasheizgerät (1) oder einem Gasbrenner
    mit einer Steuereinheit (3) zur Regelung einer Verbrennung und einem Gasregelventil (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10,
    wobei die Steuereinheit (3) als externer Empfänger signaltechnisch mit der Kommunikationsschnittstelle (15) der Gasregeleinheit (10) verbunden und ausgebildet ist, die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) zu empfangen und zu verarbeiten und/oder Steuersignale an die Kommunikationsschnittstelle (15) zusenden.
  12. System nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei die Steuereinheit (3) ausgebildet ist,
    die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) durch einen Vergleich der zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) mit in der Steuereinheit (3) gespeicherten Sollwerten oder Schwellwerten zu plausibilisieren
    und/oder die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) durch einen betragsweisen Vergleich der zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) miteinander zu plausibilisieren
    und/oder das Anliegen des Prozessdrucks (p1) und des Referenzdrucks (p0) an den Sensorbaugruppen (11, 12) zu plausibilisieren.
  13. Verfahren zur Plausibilisierung von Differenzdrücken (p11, p12), welche mit einem System (4) zur fehlersicheren Druckregelung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 11 und 12 erfasst wurden,
    wobei das Stellglied (30) des Gasregelventils (2) oder ein stromauf des Gasregelventils (2) vorgesehenes Sicherheitsventil (5) den Prozessdruck (p1) ändernd angesteuert wird, sodass sich durch die Änderung des Prozessdrucks (p1) der erste Differenzdruck (p11) und der zweite Differenzdruck (p12) invers zueinander ändern,
    die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) nach ihrer Änderung jeweils mit einem jeweiligen Sollwert oder Schwellwert verglichen und durch den Vergleich plausibilisiert wird,
    ob der erste Differenzdruck (p11), welcher der ersten Sensorbaugruppe (11) zugeordnet ist, der von der ersten Sensorbaugruppe (11) erfasste Differenzdruck ist, und/oder ob der zweite Differenzdruck (p12), welcher der zweiten Sensorbaugruppe (12) zugeordnet ist, der von der zweiten Sensorbaugruppe (12) erfasste Differenzdruck ist, und/oder ob der Prozessdruck (p1) bestimmungsgemäß an der ersten Sensorbaugruppe (11) anliegt, und/oder ob der Referenzdruck (p0) bestimmungsgemäß an der ersten Sensorbaugruppe (11) anliegt, und/oder ob der Referenzdruck (p0) bestimmungsgemäß an der zweiten Sensorbaugruppe (12) anliegt, und/oder ob der Prozessdruck (p1) bestimmungsgemäß an der zweiten Sensorbaugruppe (12) anliegt.
  14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei ein Fehler erkannt und ausgegeben wird, wenn die zueinander inversen Differenzdrücke (p11, p12) nicht den jeweiligen Sollwerten entsprechen oder nicht die jeweiligen Schwellwerte erreichen.
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