EP4621292A1 - Verfahren zum betrieb eines heizgerätes, heizgerät und computerprogramm - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines heizgerätes, heizgerät und computerprogramm

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Publication number
EP4621292A1
EP4621292A1 EP25164296.3A EP25164296A EP4621292A1 EP 4621292 A1 EP4621292 A1 EP 4621292A1 EP 25164296 A EP25164296 A EP 25164296A EP 4621292 A1 EP4621292 A1 EP 4621292A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
parameter value
performance parameter
power
temperature sensor
detected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25164296.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Krah
Marco Hahn
Andreas Reinert
Wolfgang Flagner
Stephan Bartling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4621292A1 publication Critical patent/EP4621292A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/14—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermo-sensitive resistors
    • F23N5/143—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermo-sensitive resistors using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00—Regulating air supply or draught
    • F23N3/08—Regulating air supply or draught by power-assisted systems
    • F23N3/082—Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/08—Measuring temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heater, a heater and a computer program.
  • a large number of heating devices which burn a mixture of a fuel, in particular a gas or hydrogen, and ambient air in a combustion chamber in order to generate heat to supply a building or to provide hot water.
  • Gas-fired heaters fueled by fossil fuels often utilize the ionization effect, which can be measured based on freely available charge carriers in the flame and at least one electrode in the flame.
  • the measured ionization current then acts as a control variable to adjust the composition of the gas mixture in the heater.
  • the central physical relationship underlying these systems is a change in the electrical flame resistance depending on the composition of the respective gas mixture.
  • Common temperature sensors used for mixture control have a temperature-dependent resistance that is measured (e.g., PTC resistors - "positive temperature coefficient” resistors, or HSI - "hot surface igniter”).
  • the resistance of the temperature sensor is subject to the aforementioned aging effects, such as those resulting from oxidation or contamination. Such a drift in the resistance leads over time to incorrect temperature measurements and thus to errors in the control of the gas mixture composition.
  • the DE 10 2022 123 899 A1 describes a method for determining the combustion air ratio of a heater using a flame temperature sensor. An operating point of the heater is detected, the flame temperature sensor is then heated, and the supplied mass flow of combustion air is increased until the flame temperature sensor has cooled to the temperature before heating.
  • the disadvantage of this method is that it is time-consuming and cannot detect or compensate for sensor drift.
  • the object of the invention is to propose a method for operating a heater, a heater, and a computer program that at least partially overcome the described problems of the prior art.
  • the invention is intended to enable combustion control or control of the composition of a gas-air mixture (hereinafter also referred to as the gas mixture) that ensures, at all permissible operating points (i.e., those occurring during normal operation), that the composition of the gas mixture intended for the respective operating point can be adjusted or regulated as precisely as possible.
  • a gas-air mixture hereinafter also referred to as the gas mixture
  • the heater has at least one combustion chamber with a burner for combusting a gas mixture supplied (to the burner or the combustion chamber), and a temperature sensor with a temperature-dependent electrical resistance for determining a temperature of a flame of the gas mixture combusted by the burner.
  • a relative increase in a power parameter is used for combustion control, wherein the relative increase in the power parameter is determined based on a first power parameter value and a second power parameter value.
  • the second power parameter value is detected while controlling an electrical power of the temperature sensor to a predetermined power
  • the first power parameter value is detected before the start or after the end of controlling the electrical power of the temperature sensor to the predetermined power.
  • the method is used to control the combustion of the heater, in particular to adjust the gas mixture or its composition.
  • a combustion air ratio also referred to as lambda or air ratio
  • lambda or air ratio can be derived or determined from the relative increase in the power parameter, which can be used to control combustion. Therefore, the method can be performed continuously during operation of the heater.
  • a proposed method can be carried out fully automatically on a control unit of the heater.
  • any sensor drift that may occur in the temperature sensor has no influence on the relative increase in the performance parameter.
  • the method can enable particularly long-term stable combustion control of the heater.
  • the electrical power of the temperature sensor can be regulated to the specified power using a suitable controller, for example a PI controller.
  • a suitable controller for example a PI controller.
  • the controller can regulate the electrical power, which corresponds to the product in terms of voltage and current, to the specified power.
  • the specified power can be selected to cause a relevant temperature rise above a limit. For a heater, this can vary depending on the temperature sensor used. For example, a suitable power range can be from 2 watts to 20 watts. If necessary, a suitable power level that enables precise combustion control can be determined through laboratory tests. Before the start or after the end of the regulation of the electrical power of the temperature sensor thus refers to periods in which the regulation of the power of the temperature sensor is not active.
  • the temperature sensor cannot be energized before and after the start of the regulation of the power, so that the temperature sensor is not heated. While the power of the temperature sensor is being regulated, the power regulation is active, which means that the electrical power of the temperature sensor is regulated and thus the temperature sensor is heated.
  • the heater can in particular comprise at least one combustion chamber as a heat generator, in particular a gas condensing boiler.
  • the heat generator releases thermal energy through the combustion of a fuel and can transfer this to a heating circuit via at least one heat exchanger, wherein consumers of the heating circuit can be connected to the heater via a flow and a return.
  • the exhaust gases produced during combustion can be fed to an exhaust system via an exhaust duct of the heater.
  • a circulation pump in the heating circuit can be configured to circulate a heat transfer medium (heating water), wherein heat transfer medium heated via a heating flow can be fed to consumers, such as convectors or surface heating systems, and returned to the heat generator or the at least one heat exchanger via a heating return.
  • the heater can have a conveying device, in particular a fan, which can supply a mixture of combustion air and fuel (e.g., hydrogen) to a burner of the heater via a mixture channel.
  • the conveying device can comprise a power control, in particular a speed controller.
  • the speed controller can usually provide a speed signal of the fan.
  • the heater can, for example, have an electronic gas-air connection, in which a signal from a flame monitor can be used to draw conclusions about the flame(s) and the combustion air ratio (also referred to as lambda or air ratio), thus enabling control of the combustion air ratio or the composition of the gas mixture.
  • the burner can, for example, comprise at least one flat perforated plate or a cylindrical perforated plate arranged between a burner cavity and the combustion chamber.
  • the burner cavity can be connected to the mixture channel in such a way that the gas mixture can flow from the mixture channel through the burner cavity, exit the perforated plate, and be combusted there.
  • An ignition device can also be arranged in the region of the perforated plate, designed to ignite a mass flow of the gas mixture exiting through the perforated plate.
  • the heater can be designed, in particular, to burn hydrogen as a fuel or a mixture containing hydrogen.
  • the fuel mixture can have a hydrogen content of at least 55%, at least 80%, or at least 90%.
  • the heater has a flame monitor.
  • the flame temperature can be detected by means of a suitably positioned temperature sensor, in particular a PTC (positive temperature coefficient thermistor) resistor or sensor or a hot-surface igniter (HSI).
  • a suitably positioned temperature sensor in particular a PTC (positive temperature coefficient thermistor) resistor or sensor or a hot-surface igniter (HSI).
  • PTC positive temperature coefficient thermistor
  • HAI hot-surface igniter
  • the heater comprises a control unit that is designed to at least regulate the composition of the gas mixture supplied to the combustion chamber or to regulate the combustion of the gas mixture based on the relative increase in the power parameter.
  • the control unit is also designed to carry out the described method.
  • the first power parameter value and/or the second power parameter value can be detected in a steady-state state of the power parameter.
  • a steady-state state is characterized by a parameter to be detected that does not oscillate or does not oscillate within a predetermined tolerance range, and thus only moves within predetermined tolerances within a predetermined period of time.
  • the power parameter is largely stationary during detection. This can appear particularly relevant when detecting the second power parameter value, since a settling or stabilization of the power control of the temperature sensor should be waited for before detection takes place.
  • a transient process can also occur when the first power parameter value is detected after the electrical power of the temperature sensor has been regulated to the predetermined power, or as a result of a modulation process of the heater prior to carrying out the method.
  • the relative increase in the performance parameter can be determined by dividing the second performance parameter value by the first performance parameter value. This can be done automatically on the control unit of the heater.
  • the combustion control can be carried out at least based on the relative increase in the performance parameter, a detected air mass flow or a detected speed of the conveying device and predefined reference data.
  • a detected air mass flow and/or a detected speed of a conveying device of the heater can be used to determine a combustion parameter for the combustion control.
  • the detected air mass flow and the detected speed of the conveying device thus indicate two possible parameters that allow a conclusion to be drawn about the mass flow of combustion air flowing through the heater.
  • the reference data can establish a relationship between the determined relative increase in the performance parameter and a combustion parameter, in particular the combustion air ratio.
  • the reference data can establish a relationship between a combustion parameter to be determined (combustion air ratio) and the relative increase in the performance parameter in conjunction with the air mass flow recorded at the time the first and/or second performance parameter value was recorded, or the speed of the conveying device recorded at the time the first and/or second performance parameter value was recorded.
  • the reference data can be determined in advance in laboratory tests on a reference heater and stored, for example, in a memory of the heater's control unit.
  • the inclusion of a recorded speed or a recorded air mass flow, since the relative increase in the performance parameter, particularly with a resistance value of the temperature sensor as a performance parameter, can depend on the occurring air mass flow. This relationship can also be taken into account by the reference data.
  • the performance parameter can be a detected electrical resistance of the temperature sensor.
  • the supplied air mass flow and the gas valve position are kept constant. In other words, the operating point of the heater is kept constant.
  • the first performance parameter value and the second performance parameter value can be a detected speed of a conveyor device of the heater or a detected supplied air mass flow.
  • a gas valve position is kept constant, and a resistance value of the temperature sensor is controlled using the air mass flow or the speed as the actuator.
  • the gas valve position i.e., an opening position of the gas valve
  • the resistance of the temperature sensor is controlled using the detected air mass flow or the detected speed as the actuator. In other words, the detected air mass flow or the detected speed is adjusted such that the resistance of the temperature sensor is kept constant.
  • the first power parameter value and the second power parameter value can now be recorded, with the second power parameter value being recorded while regulating the electrical power of the temperature sensor to a predetermined power.
  • the first power parameter value corresponds to a recorded speed or a recorded air mass flow before or after the start or end of regulating the electrical power of the temperature sensor to the predetermined power
  • the second power parameter value corresponds to the recorded speed and the recorded air mass flow while regulating the electrical power of the temperature sensor to the predetermined power.
  • the performance parameter value can be a detected gas valve position of the heater.
  • a detected rotational speed of a conveyor device of the heater or a detected supplied air mass flow is kept constant, and a resistance value of the temperature sensor is controlled using the gas valve position as an actuator.
  • This embodiment can be understood as the inversion of the previously described embodiment. For clarification, a sequence of this embodiment is described below as an example.
  • the air mass flow flowing through the heater or a rotational speed of the conveyor device is kept constant, and the resistance of the temperature sensor is controlled using the detected gas valve position as an actuator. In other words, the detected gas valve position is adjusted such that the resistance of the temperature sensor is kept constant.
  • the first performance parameter value and the second performance parameter value can now be detected, with the second performance parameter value being detected while an electrical power of the temperature sensor is controlled to a predetermined power.
  • the first performance parameter value corresponds to a detected gas valve position before starting or after completing the regulation of the electrical power of the temperature sensor to the specified Power and the second power parameter value corresponds to the detected gas valve position while controlling the electrical power of the temperature sensor to the specified power.
  • the detected air mass flow can be the signal from a mass or volume flow sensor or a signal from a differential pressure sensor. Other options for detecting air mass flow, for example, using a temperature sensor, are also expressly included.
  • the speed of the conveying device can be measured or recorded. Fans often provide a speed signal, or this is accessible to a combustion control system anyway.
  • the speed signal can also be a control signal from a speed controller, which is often implemented as a PWM (pulse-width modulated) signal.
  • the first performance parameter value can be recorded before the electrical power of the temperature sensor is regulated to the specified power, and a third performance parameter value can be recorded after the electrical power of the temperature sensor is regulated to the specified power.
  • a performance parameter value is recorded before, during, and after the electrical power of the temperature sensor is regulated to the specified power.
  • the mean value of the first performance parameter value and the third performance parameter value is formed and the relative increase of the performance parameter is determined by the quotient of the second performance parameter value divided by the formed mean value.
  • a heating device comprising a conveying device for a gas mixture, a combustion chamber with a burner for burning the supplied gas mixture, a temperature sensor for determining a temperature of a flame of the gas mixture burned by the burner and a control unit which is designed at least for regulating the composition of the gas mixture supplied to the combustion chamber or for regulating the combustion of the gas mixture on the basis of the temperature measured by the temperature sensor and is suitable for carrying out the described method.
  • the electrically heatable temperature sensor has, in particular, a temperature-dependent electrical resistance.
  • the combusted gas mixture has a lambda value/combustion air ratio.
  • the temperature sensor has, in particular, an electrical voltage-resistance curve dependent on the lambda value.
  • At least one data processing system which has means which are suitably equipped, configured or programmed to carry out the described method or which carry out the method.
  • the heating device comprises a data processing system, e.g., a control unit, which has means for executing the steps of the described method and/or has means that are suitably equipped, configured, or programmed to execute the steps of the method or that execute the method.
  • a data processing system e.g., a control unit
  • the control unit has means for executing the steps of the described method and/or has means that are suitably equipped, configured, or programmed to execute the steps of the method or that execute the method.
  • the means include, for example, a processor and a memory in which instructions to be executed by the processor are stored, as well as data lines or transmission devices that enable the transmission of instructions, measured values, data or the like between the elements mentioned.
  • the “means” may in particular comprise one or more of the following components: controller(s), microcontroller, data memory, data connection, display devices (such as a display), counter or timer, at least one further sensor, an energy source, etc.
  • a computer program comprising instructions which cause the described heating device to carry out the described method or which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to carry out the described method or the steps of the described method.
  • a computer-readable storage medium comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out the described method or the steps of the described method.
  • the statements regarding the method are particularly transferable to the heating device, the data processing system and/or the computer-implemented method (i.e. the computer program and the computer-readable storage medium) and vice versa.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, quantities, or processes, and therefore do not necessarily specify any interdependence and/or sequence of these objects, quantities, or processes. Should a dependence and/or sequence be required, this is explicitly stated here or will be obvious to the person skilled in the art upon studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components may apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • Fig. 1 shows a heater 1 that can include a burner 3 arranged in a combustion chamber 2.
  • a heat exchanger 18 can be arranged on the combustion chamber 2, which transfers the heat generated during combustion to a heat transfer medium.
  • Combustion air can be sucked in by a conveying device 9, in particular designed as a fan, via a combustion air supply 8, in which a flow sensor 12 can be arranged.
  • the conveying device 9 can be connected to a speed controller 10, which can regulate a speed n of the conveying device 9 by means of a pulse-width modulated (PWM) signal.
  • a gas valve 13 can add fuel gas from a gas supply 14 to the sucked-in air mass flow of combustion air and comprise a safety valve and a gas control valve for controlling the mass flow of fuel gas to be added.
  • the generated gas mixture 4 of fuel gas and combustion air can flow via a mixture channel 11 to the burner 3 and burn there to form a flame 6.
  • the burner 3 may have a cylindrical shape, whereby the gas mixture 4 can flow from the mixture channel 11 into the burner 3.
  • the combusted gas mixture 7 can be fed to an exhaust system 16 via an exhaust channel 15 of the heater 1.
  • a control unit 17 can be configured to regulate the heater 1. For this purpose, it can be electrically connected, for example, to the speed controller 10, the conveyor device 9, the gas valve 13, a temperature sensor 5 arranged in the combustion chamber 2, and a network 19 (Internet).
  • the control unit 17 can be configured to carry out the method proposed here and, for example, have a computer program 33 configured to carry out a method proposed here.
  • the control unit 17 can be capable of regulating the composition of the gas mixture 4 supplied to the combustion chamber 2 and/or regulating the combustion of the gas mixture 4 based on the temperature measured by the temperature sensor 5.
  • the temperature sensor 5 of the heater 1 has a temperature-dependent resistance R T and is electrically heated.
  • Fig. 2 shows a first curve 20 of the resistance RT of the temperature sensor 5 as a power parameter over time t, which can occur when carrying out a method proposed here.
  • the heater 1 is operated with a lean gas mixture 4 while the first curve 20 is being recorded, for example with a combustion air ratio of 1.4.
  • the power control of the temperature sensor 5 is switched on 21 to a predetermined power, as a result of which the resistance RT increases.
  • the power of the temperature sensor 5 can be controlled, for example, with a PI controller, to a power of 5 watts.
  • the second power parameter value 30 can be recorded in a period 23.
  • the power control is then switched off 22.
  • the resistance RT drops and oscillates, whereby after the settle-down, a period 24 results for recording the first power parameter value 28.
  • the first power parameter value 28 can also be recorded before the power control is switched on 21.
  • a relative increase in the resistance R T as a power parameter can be determined by forming a quotient of the second power parameter value 30 divided by the first power parameter value 28. In the Fig. 2 an absolute increase of 31 of the first trend of 20 is recorded.
  • Fig. 3 shows a second curve 25, which was recorded analogously to the first curve 20, but during the combustion of a rich gas mixture 4, for example with a combustion air ratio of 1.1.
  • an absolute increase 32 of the second curve 25 is recorded.
  • the absolute increase 31, 32, and thus also the relative increase, is visible for a lean gas mixture 4 according to Fig. 2 significantly higher than with a rich gas mixture 4 according to Fig. 3 .
  • the relative increase in the performance parameter can allow a conclusion to be drawn about the current combustion air ratio of the supplied gas mixture 4 and can thus be used for combustion control of the heater 1.
  • Fig. 4 shows a curve of the resistance RT as a power parameter as a third curve 26 in the event of a drift in the operating point 27, which can be caused, for example, by heating of the gas valve 13.
  • a drift in the operating point 27 of the heater 1 can be compensated by detecting a first power parameter value 28 before switching on 21 the power control and a third power parameter value 29 after switching off 22 the power control.
  • an average of the first power parameter value 28 and the third power parameter value 29 can be calculated, which at least partially compensates for the drift in the operating point.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgeräts (1), das zumindest eine Brennkammer (2) mit einem Brenner (3) zum Verbrennen eines zugeführten Gasgemisches (4) und einen beheizbaren Temperatursensor (5) zur Bestimmung einer Temperatur einer Flamme (6) des durch den Brenner (3) verbrannten Gasgemisches (7) mit einem temperaturabhängigen Widerstand aufweist; wobei zu Verbrennungsregelung ein relativer Anstieg eines Leistungsparameters herangezogen wird und der relative Anstieg des Leistungsparameters anhand eines ersten Leistungsparameterwertes (28) und eines zweiten Leistungsparameterwertes (30) bestimmt wird, wobei der zweite Leistungsparameterwert (30) während eines Regelns einer elektrischen Leistung des Temperatursensors (5) auf eine vorgegebene elektrische Leistung erfasst wird und der erste Leistungsparameterwert (28) vor einem Einschalten (21) oder nach einem Ausschalten (22) des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors (5) auf die vorgegebene Leistung erfasst wird. Zudem wird ein Heizgerät (1) sowie ein Computerprogramm (33) vorgeschlagen. Das Verfahren ermöglicht eine besonders präzise und langzeitstabile Verbrennungsregelung des Heizgeräts (1). Zudem werden ein Heizgerät (1) sowie ein Computerprogramm (33) vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes, ein Heizgerät sowie ein Computerprogramm.
  • Es sind eine Vielzahl von Heizgeräten bekannt, die in einer Brennkammer ein Gemisch aus einem Brennstoff, insbesondere einem Gas oder Wasserstoff, und Umgebungsluft verbrennen, um Wärme zur Versorgung eines Gebäudes oder für eine Bereitstellung von Warmwasser zu gewinnen.
  • Gasbefeuerte Heizgeräte, die mit fossilen Brenngasen befeuert werden, nutzen vielfach den Ionisationseffekt, der basierend auf frei verfügbaren Ladungsträgern in der Flamme und mindestens einer Elektrode in der Flamme gemessen werden kann. Der gemessene lonisationsstrom wirkt dann als Regelgröße, um im Heizgerät eine Zusammensetzung des Gasgemisches einzustellen. Der zentrale physikalische Zusammenhang, der diesen Systemen zugrunde liegt, ist eine Änderung des elektrischen Flammenwiderstandes in Abhängigkeit der Zusammensetzung des jeweiligen Gasgemisches.
  • Weiterhin sind aus DE 10 2004 055 716 C5 und DE 10 2004 063 992 B4 auch Verfahren bekannt, die mittels Temperaturmessung im Brennraum ("Flammentemperatur") eine Gas-Luftgemisch-Regelung bzw. Steuerung durchführen. In beiden Verfahren werden Kalibrierverfahren durchgeführt, die Toleranzen und Alterungseffekte ausgleichen sollen. Häufig wird dazu ein Referenzzustand, z. B. bei einem Lambdawert von 1 oder Punkt der Flammenabhebung (vom Brenner) angefahren und dieser mit dem zu Grunde liegenden Betriebspunkt des Heizgerätes verglichen.
  • Die sonst sehr robust durchführbare Möglichkeit einer Flammenüberwachung mittels Erfassens eines lonisationsstromes der Flamme ist bei der Verbrennung von Wasserstoff nicht oder nur sehr eingeschränkt einsetzbar, da eine Wasserstoffflamme eine zu geringe Anzahl Ladungsträger freisetzt. Daher kommen bei der Verbrennung von Wasserstoff zur Flammenüberwachung sowie für die Verbrennungsregelung andere Sensoren zum Einsatz, wie beispielsweise optische Sensoren (zum Beispiel UV- (Ultraviolett-) Sensoren) zum Erfassen der von der Flamme emittierten UV-Strahlung oder auch Temperatursensoren zum Erfassen einer Temperatur der Flamme. Nachteilig weisen derartige Sensoren in der Regel einen Sensordrift auf, der altersbedingt eintreten kann. Nicht zuletzt besteht bei einem Temperatursensor bzw. einem optischen Sensor das Problem einer möglichen Beeinflussung durch Verschmutzung.
  • Bekannte Temperatursensoren, die für eine Gemisch-Regelung verwendet werden, haben z. B. einen temperaturabhängigen Widerstand, der gemessen wird (z. B. PTC-Widerstände - also "positive temperature coefficient" Widerstände, oder HSI - also "hot surface igniter"). Der Widerstand des Temperatursensors unterliegt den vorstehend genannten Alterungseffekten wie zum Beispiel infolge von Oxidation oder Verschmutzung. Ein solcher Drift des Widerstands führt auf Dauer zu einer Fehlmessung der Temperatur und damit zu einem Fehler bei der Regelung der Zusammensetzung des Gasgemisches. Gleiches gilt für eine Bauteilstreuung der Sensoren, aber auch anderer Komponenten des Heizgerätes, welche auch in einer Abweichung des ausgeregelten Lambdawertes resultieren können. Speziell bei der Regelung des Gasgemisches bei der Wasserstoffverbrennung kann dies zu einem erhöhten Risiko des Rückzündens oder zu einer erhöhten Konzentration von unverbranntem Wasserstoff im Abgas führen.
  • Darüber hinaus ist der Referenzzustand bei einem Lambdawert von 1 (stöchiometrischer Verbrennung) bei reiner Wasserstoffverbrennung problematisch, da dieser ein erhöhtes Risiko für Rückzündungen darstellt. Ein Abheben der Flamme ist bei Wasserstoff nicht deutlich sichtbar, so dass auch dieser Zustand nicht als Referenz angefahren werden kann.
  • Die DE 10 2022 123 899 A1 beschreibt ein Verfahren, mit dem ein Verbrennungsluftverhältnis eines Heizgeräts anhand eines Flammentemperatursensors bestimmt werden kann. Es wird ein Betriebspunkt des Heizgeräts erfasst, anschließend der Flammentemperatursensor erwärmt und der zugeführte Massenstrom der Verbrennungsluft erhöht, bis der Flammentemperatursensor auf die Temperatur vor der Erwärmung abgekühlt ist. Nachteilig ist das Verfahren zeitaufwendig und kann zudem einen Sensordrift des Flammentemperatursensors nicht erkennen bzw. kompensieren.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Heizgerät sowie ein Computerprogramm vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll die Erfindung eine Verbrennungsregelung bzw. eine Regelung einer Zusammensetzung eines Gas-Luft-Gemisches (im Folgenden auch als Gasgemisch bezeichnet) ermöglichen, die in allen zulässigen (also bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb auftretenden) Betriebspunkten sicherstellt, dass eine für den jeweiligen Betriebspunkt vorgesehene Zusammensetzung des Gasgemisches möglichst präzise eingestellt bzw. eingeregelt werden kann.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. 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 Betrieb eines Heizgeräts bei. Das Heizgerät weist zumindest eine Brennkammer mit einem Brenner zum Verbrennen eines (dem Brenner bzw. der Brennkammer) zugeführten Gasgemisches und einen Temperatursensor mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand zur Bestimmung einer Temperatur einer Flamme des durch den Brenner verbrannten Gasgemisches auf. Zur Verbrennungsregelung wird ein relativer Anstieg eines Leistungsparameters herangezogen, wobei der relative Anstieg des Leistungsparameters anhand eines ersten Leistungsparameterwertes und eines zweiten Leistungsparameterwertes bestimmt wird. Hierzu wird der zweite Leistungsparameterwert während eines Regelns einer elektrischen Leistung des Temperatursensors auf eine vorgegebene Leistung erfasst, und der erste Leistungsparameterwert wird vor dem Beginn oder nach Beendigung des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung erfasst.
  • Das Verfahren dient einer Verbrennungsregelung des Heizgerätes, insbesondere einer Einstellung des Gasgemisches bzw. einer Zusammensetzung desselben. So kann aus dem relativen Anstieg des Leistungsparameters ein Verbrennungsluftverhältnis (auch bezeichnet als Lambda oder Luftzahl) abgeleitet bzw. bestimmt werden, dass zur Verbrennungsregelung genutzt werden kann. Insofern kann das Verfahren permanent während des Betriebs des Heizgerätes durchgeführt werden. Insbesondere kann ein vorgeschlagenes Verfahren vollständig automatisiert auf einer Steuereinheit des Heizgerätes durchgeführt werden.
  • Vorteilhaft hat ein möglicherweise aufgetretener Sensordrift des Temperatursensors keinen Einfluss auf den relativen Anstieg des Leistungsparameters. Insofern kann das Verfahren eine besonders langzeitstabile Verbrennungsregelung des Heizgerätes ermöglichen.
  • Das Regeln einer elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung kann mittels eines geeigneten Reglers, beispielsweise eines Pl-Reglers erfolgen. Hierzu wird mit anderen Worten eine Spannung an den Temperatursensor angelegt, die einen Stromfluss verursacht. Der Regler kann die elektrische Leistung, die dem Produkt als Spannung und Strom entspricht, auf die vorgegebene Leistung regeln. Die vorgegebene Leistung kann dahingehend gewählt werden, dass ein relevanter Temperaturanstieg oberhalb eines Grenzwertes bewirkt wird. Für ein Heizgerät kann dieser in Abhängigkeit des verwendeten Temperatursensors variieren. Beispielhaft kann eine geeignete Leistung in einem Bereich von 2 Watt bis 20 Watt liegen. Gegebenenfalls kann durch Laborversuche eine geeignete Leistung ermittelt werden, die eine präzise Verbrennungsregelung ermöglicht. Vor dem Beginn oder nach Beendigung des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors bezeichnet somit Zeiträume, in denen das Regeln der Leistung des Temperatursensors nicht aktiv ist. Insbesondere kann der Temperatursensor vor dem Beginn und nach Beendigung des Regelns der Leistung nicht bestromt werden, so dass kein Beheizen des Temperatursensors erfolgt. Während des Regelns der Leistung des Temperatursensors ist die Regelung der Leistung aktiv, dass heißt es wird eine elektrische Leistung des Temperatursensors geregelt und dieser somit beheizt.
  • Das Heizgerät kann insbesondere zumindest eine Brennkammer als ein Wärmeerzeuger, insbesondere einen Gas-Brennwertkessel, umfassen. Der Wärmeerzeuger setzt durch Verbrennung eines Brennstoffes Wärmeenergie frei und kann diese über mindestens einen Wärmetauscher auf einen Heizkreis übertragen, wobei Verbraucher des Heizkreises über einen Vorlauf und einen Rücklauf an das Heizgerät anschließbar sind. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase können über einen 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 kann das Heizgerät eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Gebläse, aufweisen, das ein Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff (z. B. Wasserstoff) über einen Gemischkanal einem Brenner des Heizgerätes zuführen kann. Die Fördereinrichtung kann dabei eine Leistungsregelung umfassen, insbesondere einen Drehzahlregler. Zumeist kann der Drehzahlregler ein Drehzahlsignal des Gebläses bereitstellen. Das Heizgerät kann z. B. einen elektronischen Gas-Luftverbund aufweisen, bei dem anhand eines Signals einer Flammenüberwachung ein Rückschluss auf die Flamme(-n) und das Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet) erfolgen kann, so dass eine Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses bzw. der Zusammensetzung des Gasgemisches ermöglicht wird.
  • Der Brenner kann z. B. mindestens ein flaches Lochblech oder ein Lochblech in Zylinderform umfassen, das zwischen einem Brennerhohlraum und der Brennkammer angeordnet ist. Der Brennerhohlraum kann derart mit dem Gemischkanal verbunden sein, dass das Gasgemisch aus dem Gemischkanal durch den Brennerhohlraum strömen, aus dem Lochblech austreten und dort verbrannt werden kann. Im Bereich des Lochbleches kann zudem eine Zündeinrichtung angeordnet sein, dazu eingerichtet, einen durch das Lochblech austretenden Massestrom des Gasgemisches zu entzünden.
  • Das Heizgerät kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff als Brennstoff oder einem Gemisch enthaltend Wasserstoff eingerichtet sein. Das Gemisch des Brennstoffes kann dabei einen Gehalt von mindestens 55 %, mindestens 80% oder mindestens 90% Wasserstoff aufweisen.
  • Das Heizgerät weist eine Flammenüberwachung auf. Die Flammentemperatur kann hierzu mittels eines geeignet positionierten Temperatursensors erfasst werden, insbesondere eines PTC- (positive temperature coefficient Thermistor) Widerstands bzw. Sensors oder eines Glühzünders (Hot-Surface-Ignitor: HSI). Eine Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens kann insbesondere mittels eines Temperatursensors der Flammenüberwachung erfolgen. Ein Signal der Flammenüberwachung bzw. des Temperatursensors kann dabei das Vorhandensein einer Flamme anzeigen, sowie ein Rückschluss auf ein Verbrennungsluftverhältnis der Verbrennung und damit eine Regelung der Zusammensetzung des Gasgemisches ermöglichen.
  • Insbesondere umfasst das Heizgerät eine Steuereinheit, die zumindest zur Regelung einer Zusammensetzung des der Brennkammer zugeführten Gasgemisches oder zur Regelung einer Verbrennung des Gasgemisches anhand des relativen Anstiegs des Leistungsparameters geeignet ausgeführt ist. Insbesondere ist die Steuereinheit auch zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Erfassen des ersten Leistungsparameterwertes und/ oder des zweiten Leistungsparameterwertes in einem eingeschwungenen Zustand des Leistungsparameters erfolgen. Ein eingeschwungener Zustand ist dabei durch einen nicht oder in einem vorgegebenen Toleranzbereich nicht schwingenden zu erfassenden Parameter gekennzeichnet, der sich somit innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nur innerhalb vorgegebener Toleranzen bewegt. Mit anderen Worten ist der Leistungsparameter während des Erfassens weitestgehend stationär- Dies kann insbesondere bei einem Erfassen des zweiten Leistungsparameterwertes relevant erscheinen, da ein Einschwingen bzw. Stabilisieren der Leistungsregelung des Temperatursensors abgewartet werden sollte, bevor ein Erfassen erfolgt. Aber auch bei einem Erfassen des ersten Leistungsparameterwertes nach dem Regeln der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung kann ein Einschwingvorgang auftreten oder auch infolge eines Modulationsvorgangs des Heizgerätes im Vorfeld einer Verfahrensdurchführung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der relative Anstieg des Leistungsparameters durch den Quotienten vom zweiten Leistungsparameterwert geteilt durch den ersten Leistungsparameterwert bestimmt werden. Dies kann automatisiert auf der Steuereinheit des Heizgerätes erfolgen.
  • Gemäß einer Weiterführung kann der relative Anstieg des Leistungsparameters wie folgt bestimmt werden: rAL = LP 1 LP 2 − 1 Dabei entspricht
    • rAL
    dem relativen Anstieg des Leistungsparameters,
    LP1
    dem ersten Leistungsparameterwert, und
    LP"
    dem zweiten Leistungsparameterwert.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Verbrennungsregelung zumindest anhand des relativen Anstiegs des Leistungsparameters, eines erfassten Luftmassestroms oder einer erfassten Drehzahl der Fördereinrichtung und von vorgegebenen Referenzdaten erfolgen. Zur Klarstellung kann somit ein erfasster Luftmassestrom und/ oder eine erfasste Drehzahl einer Fördereinrichtung des Heizgerätes zur Bestimmung eines Verbrennungsparameters für die Verbrennungsregelung hinzugezogen werden. Erfasster Luftmassestrom und erfasste Drehzahl der Fördereinrichtung geben somit zwei Möglichkeiten für Parameter an, die einen Rückschluss auf den das Heizgerät durchströmenden Massestrom Verbrennungsluft ermöglichen. Die Referenzdaten können dabei einen Zusammenhang zwischen dem bestimmten relativen Anstieg des Leistungsparameters und einem Verbrennungsparameter, insbesondere dem Verbrennungsluftverhältnis, herstellen. Insbesondere können die Referenzdaten einen Zusammenhang zwischen einem zu bestimmenden Verbrennungsparameter (Verbrennungsluftverhältnis) und dem relativen Anstieg des Leistungsparameters in Verbindung mit dem zum Zeitpunkt der Erfassung von erstem und/ oder zweiten Leistungsparameterwert erfasstem Luftmassestroms bzw. der zum Zeitpunkt der Erfassung von erstem und/ oder zweiten Leistungsparameterwert erfasster Drehzahl der Fördereinrichtung herstellen. Die Referenzdaten können hierzu im Vorfeld in Laborversuchen an einem Referenzheizgerät ermittelt werden und beispielsweise auf einem Speicher der Steuereinheit des Heizgerätes hinterlegt sein. Die Einbeziehung einer erfassten Drehzahl oder eines erfassten Luftmassestromes, da der relative Anstieg des Leistungsparameters, insbesondere bei einem Widerstandswert des Temperatursensors als Leistungsparameter, von dem auftretenden Luftmassestrom abhängen kann. Dieser Zusammenhang kann gleichfalls durch die Referenzdaten berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Leistungsparameter ein erfasster elektrischer Widerstand des Temperatursensors sein. Während des Erfassens des ersten Leistungsparameterwertes und des zweiten Leistungsparameterwertes wird der zugeführte Luftmassestrom und die Gasventilstellung konstant gehalten. Mit anderen Worten wird der Betriebspunkt des Heizgerätes konstant gehalten.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der erste Leistungsparameterwert und der zweite Leistungsparameterwert eine erfasste Drehzahl einer Fördereinrichtung des Heizgeräts oder ein erfasster zugeführter Luftmassestrom sein. Dabei wird während der Durchführung des Verfahrens (also während des Erfassens von erstem und zweitem Leistungsparameterwert) eine Gasventilstellung konstant gehalten und ein Widerstandswert des Temperatursensors mit dem Luftmassestrom oder der Drehzahl als Stellglied geregelt. Zur Klarstellung wird nachfolgend beispielhaft ein Ablauf dieser Ausgestaltung beschrieben. So wird die Gasventilstellung, also eine Öffnungsposition des Gasventils konstant gehalten und der Widerstand des Temperatursensors mit dem erfassten Luftmassestrom oder der erfassten Drehzahl als Stellglied geregelt. Mit anderen Worten wird der erfasste Luftmassestrom oder die erfasste Drehzahl derart angepasst, dass der Widerstand des Temperatursensors konstant gehalten wird. In diesem Zustand kann nunmehr das Erfassen von erstem Leistungsparameterwert und zweitem Leistungsparameterwert erfolgen, wobei der zweite Leistungsparameterwert während eines Regelns einer elektrischen Leistung des Temperatursensors auf eine vorgegebene Leistung erfasst wird. Der erste Leistungsparameterwert entspricht dabei einer erfassten Drehzahl oder einem erfassten Luftmassestrom vor Beginn oder nach Beendigung des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung und der zweiten Leistungsparameterwert entspricht dabei der erfassten Drehzahl dem erfassten Luftmassestrom während des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Leistungsparameterwert eine erfasste Gasventilstellung des Heizgeräts sein. Dabei wird während der Durchführung des Verfahrens (also während des Erfassens von erstem und zweitem Leistungsparameterwert) eine erfasste Drehzahl einer Fördereinrichtung des Heizgerätes oder ein erfasster zugeführter Luftmassestrom konstant gehalten und ein Widerstandswert des Temperatursensors mittels der Gasventilstellung als Stellglied geregelt. Diese Ausgestaltung kann als Umkehrung der zuvor beschriebenen Ausgestaltung verstanden werden. Zur Klarstellung wird nachfolgend beispielhaft ein Ablauf dieser Ausgestaltung beschrieben. So wird der das Heizgerät durchströmende Luftmassestrom bzw. eine Drehzahl der Fördereinrichtung konstant gehalten und der Widerstand des Temperatursensors mit der erfassten Gasventilstellung als Stellglied geregelt. Mit anderen Worten wird die erfasste Gasventilstellung derart angepasst, dass der Widerstand des Temperatursensors konstant gehalten wird. In diesem Zustand kann nunmehr das Erfassen von erstem Leistungsparameterwert und zweitem Leistungsparameterwert erfolgen, wobei der zweite Leistungsparameterwert während eines Regelns einer elektrischen Leistung des Temperatursensors auf eine vorgegebene Leistung erfasst wird. Der erste Leistungsparameterwert entspricht dabei einer erfassten Gasventilstellung vor Beginn oder nach Beendigung des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung und der zweite Leistungsparameterwert entspricht der erfassten Gasventilstellung während des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung.
  • In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass es sich bei dem erfassten Luftmassestrom sowohl um das Signal eines Masse- oder Volumenstromsensors handeln kann als auch um ein Signal eines Differenzdrucksensors. Auch andere Möglichkeiten zum Erfassen eines Luftmassestromes, beispielsweise mittels eines Temperatursensors sind ausdrücklich einbezogen. Die Drehzahl der Fördereinrichtung kann gemessen oder erfasst werden. Häufig stellen Gebläse ein Drehzahlsignal bereit, bzw. ist diese ohnehin einer Verbrennungsregelung zugänglich. Bei dem Drehzahlsignal kann es sich auch um ein Ansteuersignal einer Drehzahlregelung handeln, welches häufig als PWM- (pulsweitenmoduliertes-) Signal ausgebildet ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der erste Leistungsparameterwert vor dem Regeln der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung erfasst werden und ein dritter Leistungsparameterwert nach dem Regeln der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung erfasst werden. Mit anderen Worten wird vor, während und nach dem Regeln der elektrischen Leistung des Temperatursensors auf die vorgegebene Leistung jeweils ein Leistungsparameterwert erfasst. Diese Ausgestaltung ermöglicht vorteilhaft eine Kompensation eines Drifts des Betriebspunktes des Heizgerätes während der Durchführung des Verfahrens, beispielsweise verursacht durch eine Temperaturänderung des Gasventils.
  • Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung kann zur Bestimmung des relativen Anstiegs des Leistungsparameters der Mittelwert aus erstem Leistungsparameterwert und drittem Leistungsparameterwert gebildet werden und der relative Anstieg des Leistungsparameters durch den Quotienten von zweitem Leistungsparameterwert geteilt durch den gebildeten Mittelwert bestimmt werden.
  • Es wird weiter ein Heizgerät vorgeschlagen, umfassend eine Fördereinrichtung für ein Gasgemisch, eine Brennkammer mit einem Brenner zum Verbrennen des zugeführten Gasgemisches, einen Temperatursensor zum Bestimmen einer Temperatur einer Flamme des durch den Brenner verbrannten Gasgemisches sowie eine Steuereinheit, die zumindest zur Regelung der Zusammensetzung des der Brennkammer zugeführten Gasgemisches oder zur Regelung der Verbrennung des Gasgemisches anhand der durch den Temperatursensor gemessenen Temperatur und dabei zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt ist.
  • Der elektrisch beheizbare Temperatursensor weist insbesondere einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand auf. Das verbrannte Gasgemisch weist einen Lambdawert/ ein Verbrennungsluftverhältnis auf. Der Temperatursensor weist insbesondere eine von dem Lambdawert abhängige elektrische Spannungs-Widerstands-Kurve auf.
  • Insbesondere ist zumindest ein System zur Datenverarbeitung vorgesehen, das Mittel aufweist, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen.
  • Insbesondere umfasst das Heizgerät ein System zur Datenverarbeitung, z. B. eine Steuereinheit, die Mittel zur Ausführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens aufweist und/ oder die Mittel aufweist, die zur Ausführung der Schritte des Verfahrens geeignet ausgestattet, konfiguriert oder programmiert sind bzw. die das Verfahren ausführen.
  • Die Mittel umfassen z. B. einen Prozessor und einen Speicher, in dem durch den Prozessor auszuführende Befehle gespeichert sind, sowie Datenleitungen oder Übertragungseinrichtungen, die eine Übertragung von Befehlen, Messwerten, Daten oder ähnlichem zwischen den angeführten Elementen ermöglichen.
  • Die "Mittel" können insbesondere eine oder mehrere folgender Komponenten umfassen: Steuerung(en), Mikrocontroller, Datenspeicher, Datenverbindung, Anzeigegeräte (wie z.B. ein Display), Zähler bzw. Zeitglied (Timer), mindestens ein weiterer Sensor, eine Energiequelle, etc.
  • Es wird weiter ein Computerprogramm vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bewirken, dass das beschriebene Heizgerät das beschriebenen Verfahrens ausführt bzw. die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
  • Es wird weiter ein computerlesbares Speichermedium vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren bzw. die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
  • Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das Heizgerät, das System zur Datenverarbeitung und/oder das computerimplementierte Verfahren (also das Computerprogramm und das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
  • Die Verwendung unbestimmter Artikel ("ein", "eine", "einer" und "eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, und/ oder dem Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • 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 es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
    • Fig. 2, Fig 3 und Fig. 4: Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
  • Fig. 1 zeigt ein Heizgerät 1, das einen in einer Brennkammer 2 angeordneten Brenner 3 umfassen kann. An der Brennkammer 2 kann ein Wärmetauscher 18 angeordnet sein, der die bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen Wärmeträger überträgt. Über eine Zuführung Verbrennungsluft 8, in der ein Durchflusssensor 12 angeordnet sein kann, kann Verbrennungsluft durch eine Fördereinrichtung 9, insbesondere als Gebläse ausgebildet, angesaugt werden. Die Fördereinrichtung 9 kann mit einem Drehzahlregler 10 verbunden sein, der mittels eines pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals eine Drehzahl n der Fördereinrichtung 9 regeln kann. Ein Gasventil 13 kann dem angesaugten Luftmassenstrom Verbrennungsluft Brenngas aus einer Gaszuführung 14 zusetzen und ein Sicherheitsventil sowie ein Gasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Massestromes Brenngas umfassen. Das erzeugte Gasgemisch 4 aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 11 zum Brenner 3 strömen und dort unter Bildung einer Flamme 6 verbrennen. Der Brenner 3 kann eine Zylinderform aufweisen, wobei das Gasgemisch 4 aus dem Gemischkanal 11 in den Brenner 3 strömen kann. Das verbrannte Gasgemisch 7 kann nach der Verbrennung über einen Abgaskanal 15 des Heizgerätes 1 einer Abgasanlage 16 zugeführt werden.
  • Eine Steuereinheit 17 kann zur Regelung des Heizgerätes 1 eingerichtet sein. Hierfür kann dieses beispielsweise mit dem Drehzahlregler 10, der Fördereinrichtung 9, dem Gasventil 13, einem in der Brennkammer 2 angeordneten Temperatursensor 5 und einem Netzwerk 19 (Internet) elektrisch verbunden sein. Die Steuereinheit 17 kann zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein und z. B. ein Computerprogramm 33, das zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet ist, aufweisen. Die Steuereinheit 17 kann zur Regelung der Zusammensetzung des der Brennkammer 2 zugeführten Gasgemisches 4 und/ oder zur Regelung der Verbrennung des Gasgemisches 4 anhand der durch den Temperatursensor 5 gemessenen Temperatur fähig sein.
  • Der Temperatursensor 5 des Heizgerätes 1 weist einen temperaturabhängigen Widerstand RT auf und ist elektrisch beheizbar. Fig. 2 zeigt einen ersten Verlauf 20 des Widerstandes RT des Temperatursensors 5 als Leistungsparameter über der Zeit t, der sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen kann. Das Heizgerät 1 wird während dem Erfassen des ersten Verlaufs 20 mit einem mageren Gasgemisch 4 betrieben, beispielhaft mit einem Verbrennungsluftverhältnis von 1,4. Zunächst findet ein Einschalten 21 der Leistungsregelung des Temperatursensors 5 auf eine vorgegebene Leistung statt, in Folge steigt der Widerstand RT an. Dabei kann die Leistung des Temperatursensors 5 beispielsweise mit einem PI-Regler auf eine Leistung von 5 Watt geregelt werden. Nach einem Einschwingen des Widerstands RT kann in einem Zeitraum 23 der zweite Leistungsparameterwert 30 erfasst werden. Anschließend erfolgt ein Ausschalten 22 der Leistungsregelung. In Folge fällt der Widerstand RT ab und schwingt sich ein, wobei sich nach dem Einschwingen ein Zeitraum 24 zum Erfassen des ersten Leistungsparameterwerts 28 ergibt. Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, dass der erste Leistungsparameterwert 28 auch vor dem Einschalten 21 der Leistungsregelung erfasst werden kann. Ein relativer Anstieg des Widerstandes RT als Leistungsparameter kann ermittelt werden, indem ein Quotient des zweiten Leistungsparameterwert 30 geteilt durch den ersten Leistungsparameterwert 28 gebildet wird. In der Fig. 2 ist ein absoluter Anstieg 31 des ersten Verlaufs 20 verzeichnet.
  • Fig. 3 zeigt einen zweiten Verlauf 25, der analog zu dem ersten Verlauf 20 erfasst wurde, jedoch während der Verbrennung eines fetten Gasgemisches 4, beispielsweise mit einem Verbrennungsluftverhältnis von 1,1. Auch hier ist ein absoluter Anstieg 32 des zweiten Verlaufs 25 verzeichnet. Erkennbar ist der absolute Anstieg 31, 32, und damit auch der relative Anstieg, bei einem mageren Gasgemisch 4 gemäß Fig. 2 deutlich höher als bei einem fetten Gasgemisch 4 gemäß Fig. 3. Insofern kann der relative Anstieg des Leistungsparameters einen Rückschluss auf ein vorliegendes aktuelles Verbrennungsluftverhältnis des zugeführten Gasgemisches 4 ermöglichen und so für eine Verbrennungsregelung des Heizgerätes 1 genutzt werden.
  • Fig. 4 zeigt einen Verlauf des Widerstandes RT als Leistungsparameter als dritter Verlauf 26 bei einem Drift des Betriebspunktes 27, der beispielsweise durch eine Erwärmung des Gasventils 13 hervorgerufen sein kann. Eine Drift des Betriebspunktes 27 des Heizgerätes 1 kann durch ein Erfassen eines ersten Leistungsparameterwertes 28 vor dem Einschalten 21 der Leistungsregelung und eines dritten Leistungsparameterwertes 29 nach dem Ausschalten 22 der Leistungsregelung kompensiert werden. Vor der Bestimmung des relativen Anstiegs des Leistungsparameters kann eine Mittelwertbildung von erstem Leistungsparameterwert 28 und drittem Leistungsparameterwert 29 erfolgen, die die Drift des Betriebspunktes zumindest teilweise kompensiert.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Brennkammer
    3
    Brenner
    4
    Gasgemisch
    5
    Temperatursensor
    6
    Flamme
    7
    verbranntes Gasgemisch
    8
    Zuführung Verbrennungsluft
    9
    Fördereinrichtung
    10
    Drehzahlregelung
    11
    Gemischkanal
    12
    Durchflusssensor
    13
    Gasventil
    14
    Gaszuführung
    15
    Abgaskanal
    16
    Abgasanlage
    17
    Steuereinheit
    18
    Wärmetauscher
    19
    Netzwerk
    20
    erster Verlauf
    21
    Einschalten Leistungsregelung
    22
    Ausschalten Leistungsregelung
    23
    Zeitraum Erfassung erster Leistungsparameterwert
    24
    Zeitraum Erfassung zweiter Leistungsparameterwert
    25
    zweiter Verlauf
    26
    dritter Verlauf
    27
    Drift Betriebspunkt
    28
    erster Leistungsparameterwert
    29
    dritter Leistungsparameterwert
    30
    zweiter Leistungsparameterwert
    31
    absoluter Anstieg erster Verlauf
    32
    absoluter Anstieg zweiter Verlauf
    33
    Computerprogramm

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Heizgeräts (1), das zumindest eine Brennkammer (2) mit einem Brenner (3) zum Verbrennen eines zugeführten Gasgemisches (4) und einen elektrisch beheizbaren Temperatursensor (5) zur Bestimmung einer Temperatur einer Flamme (6) des durch den Brenner (3) verbrannten Gasgemisches (7) mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand aufweist; wobei zur Verbrennungsregelung ein relativer Anstieg eines Leistungsparameters herangezogen wird, und der relative Anstieg des Leistungsparameters anhand eines ersten Leistungsparameterwertes (28) und eines zweiten Leistungsparameterwertes (30) bestimmt wird, wobei der zweite Leistungsparameterwert (30) während eines Regelns einer elektrischen Leistung des Temperatursensors (5) auf eine vorgegebene elektrische Leistung erfasst wird, und der erste Leistungsparameterwert (28) vor einem Einschalten (21) oder nach einem Ausschalten (22) des Regelns der elektrischen Leistung des Temperatursensors (5) auf die vorgegebene Leistung erfasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Erfassen des ersten Leistungsparameterwertes (28) und/ oder des zweiten Leistungsparameterwertes (30) in einem eingeschwungenen Zustand des Leistungsparameters erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der relative Anstieg des Leistungsparameters durch den Quotienten von zweitem Leistungsparameterwert (30) und erstem Leistungsparameterwert (28) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbrennungsregelung zumindest anhand des relativen Anstiegs des Leistungsparameters, anhand eines erfassten Luftmassestroms oder anhand einer erfassten Drehzahl der Fördereinrichtung (9) und von vorgegebenen Referenzdaten erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Leistungsparameter ein erfasster elektrischer Widerstand des Temperatursensors (5) ist und während des Erfassens des ersten Leistungsparameterwertes (28) und des zweiten Leistungsparameterwertes (30) der zugeführte Luftmassestrom und die Gasventilstellung konstant gehalten wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Leistungsparameterwert (28) und der zweite Leistungsparameterwert (30) eine erfasste Drehzahl einer Fördereinrichtung (9) des Heizgeräts (1) oder ein erfasster zugeführter Luftmassestrom ist und während der Durchführung des Verfahrens eine Gasventilstellung konstant gehalten wird und ein Widerstandswert des Temperatursensors (5) mit dem Luftmassestrom oder der Drehzahl der Fördereinrichtung (9) als Stellglied geregelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Leistungsparameterwert eine erfasste Gasventilstellung des Heizgeräts (1) ist und während der Durchführung des Verfahrens eine erfasste Drehzahl einer Fördereinrichtung (9) des Heizgerätes (1) oder ein erfasster zugeführter Luftmassestrom konstant gehalten wird und ein Widerstandswert des Temperatursensors (5) mittels der Gasventilstellung als Stellglied geregelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Leistungsparameterwert (28) vor dem Regeln der elektrischen Leistung des Temperatursensors (5) auf die vorgegebene Leistung erfasst wird, und ein dritter Leistungsparameterwert (29) nach dem Regeln der elektrischen Leistung des Temperatursensors (5) auf die vorgegebene Leistung erfasst wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zur Bestimmung des relativen Anstiegs des Leistungsparameters der Mittelwert aus erstem Leistungsparameterwert (28) und drittem Leistungsparameterwert (29) gebildet wird, und der relative Anstieg des Leistungsparameters durch den Quotienten von zweitem Leistungsparameterwert (30) und gebildeten Mittelwert bestimmt wird.
  10. Heizgerät (1), umfassend eine Fördereinrichtung (9) für ein Gasgemisch (4), eine Brennkammer (2) mit einem Brenner (3) zum Verbrennen des zugeführten Gasgemisches (4), einen Temperatursensor (5) zum Bestimmen einer Temperatur einer Flamme (6) des durch den Brenner (3) verbrannten Gasgemisches (7), eine Steuereinheit (17), die zur Verbrennungsregelung des Gasgemisches (4) anhand zumindest eines relativen Anstiegs eines Leistungsparameters eingerichtet ist, sowie Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Computerprogramm (33), umfassend Befehle, die bewirken, dass ein Heizgerät (1) nach Anspruch 10 ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
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