[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE102022133634A1 - Method for operating a heating device, computer program, control device, heating device and use of a throttle device - Google Patents

Method for operating a heating device, computer program, control device, heating device and use of a throttle device Download PDF

Info

Publication number
DE102022133634A1
DE102022133634A1 DE102022133634.4A DE102022133634A DE102022133634A1 DE 102022133634 A1 DE102022133634 A1 DE 102022133634A1 DE 102022133634 A DE102022133634 A DE 102022133634A DE 102022133634 A1 DE102022133634 A1 DE 102022133634A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heater
combustion air
burner
throttle device
mixture
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
DE102022133634.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Timo Krah
Tim Nettingsmeier
Marvin Resch
Regina Deisling
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
Priority to DE102022133634.4A priority Critical patent/DE102022133634A1/en
Publication of DE102022133634A1 publication Critical patent/DE102022133634A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00Regulating air supply or draught
    • F23N3/08Regulating air supply or draught by power-assisted systems
    • F23N3/082Regulating air supply or draught by power-assisted systems using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/18Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F23N2005/181Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of air

Landscapes

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

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (1) aufweisend einen Brenner (3), dem ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal (11) mittels einer Fördereinrichtung (2) zugeführt wird, und eine steuerbare Drosseleinrichtung (12) angeordnet in einer Zuführung Verbrennungsluft (4), einem Gemischkanal (11) und/ oder in einem Abgasweg (9,10) des Heizgerätes, und einen Durchflusssensor (21), der zur Regelung des Heizgerätes (1) genutzt wird, wobei das Heizgerät (1) zur Modulation eingerichtet ist und bei Modulationspunkten unterhalb eines ersten Grenzwertes die Drosseleinrichtung (12) teilweise geschlossen wird. Zudem wird ein Heizgerät (1) und Regel- und Steuergerät (7), ein Computerprogramm und eine Verwendung einer Drosseleinrichtung (12) vorgeschlagen.

Figure DE102022133634A1_0000
A method is proposed for operating a heater (1) having a burner (3), to which a mixture of fuel gas and combustion air is supplied via a mixture channel (11) by means of a conveyor device (2), and a controllable throttle device (12) arranged in a combustion air supply (4), a mixture channel (11) and/or in an exhaust gas path (9, 10) of the heater, and a flow sensor (21) which is used to regulate the heater (1), wherein the heater (1) is set up for modulation and the throttle device (12) is partially closed at modulation points below a first limit value. In addition, a heater (1) and regulating and control device (7), a computer program and the use of a throttle device (12) are proposed.
Figure DE102022133634A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung einer Drosseleinrichtung.The invention relates to a method for operating a heating device, a computer program, a regulating and control device, a heating device and a use of a throttle device.

Es sind eine Vielzahl von Heizgeräten bekannt, die in einer Brennkammer ein Gemisch aus einem Brennstoff, insbesondere Gas oder Wasserstoff, und Umgebungsluft verbrennen, um Wärme zur Versorgung eines Gebäudes oder für eine Bereitstellung von Warmwasser zu gewinnen.A large number of heating devices are known which burn a mixture of a fuel, in particular gas or hydrogen, and ambient air in a combustion chamber in order to generate heat to supply a building or to provide hot water.

Durch eine zunehmende Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff steigt bei derartigen Heizgeräten das Risiko von Flammenrückschlägen. Eine Ursache hierfür liegt in der erheblich höheren Flammengeschwindigkeit von Wasserstoff gegenüber anderen Brennstoffen begründet. Ein Flammenrückschlag bezeichnet eine Ausbreitung einer Flamme vom Brenner in Richtung einer Gemischzuführung des Heizgerätes und sorgt dabei für erhebliche Geräuschbelastung und kann auch zu einer Beschädigung des Heizgerätes, beispielsweise einer Fördereinrichtung (eines Gebläses), führen.The increasing use of hydrogen as a fuel increases the risk of flashbacks in such heaters. One reason for this is the significantly higher flame speed of hydrogen compared to other fuels. A flashback is the spread of a flame from the burner in the direction of a mixture feed of the heater, causing considerable noise pollution and can also lead to damage to the heater, for example to a conveyor device (a fan).

Um Flammenrückschläge zu verhindern können Flammensperren eingesetzt werden, die häufig den verfügbaren Strömungsquerschnitt, insbesondere eines Bereiches zwischen Brenner und Gemischzuführung überdecken und von einer Flamme nicht durchdrungen werden können. Ein Heizgerät mit einer derartigen Flammensperre wird beispielsweise in der DE10 2020 125 351 A1 vorgestellt. Nachteilig ist der Einsatz einer Flammensperre aufwendig, insbesondere da sich regelmäßig zusetzende Flammensperren auszutauschen sind.To prevent flashbacks, flame arresters can be used, which often cover the available flow cross-section, especially in the area between the burner and the mixture supply, and cannot be penetrated by a flame. A heater with such a flame arrester is used, for example, in the DE10 2020 125 351 A1 The disadvantage of using a flame arrester is that it is expensive, especially since flame arresters that become clogged regularly have to be replaced.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll ein robuster Betrieb eines Heizgerätes ermöglicht und Flammenrückschläge zuverlässig verhindert werden.Based on this, the object of the invention is to propose a method for operating a heating device which at least partially overcomes the problems of the prior art described. In particular, robust operation of a heating device should be enabled and flashbacks should be reliably prevented.

Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen, sowie keine oder nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern.In addition, the invention should at least not significantly increase the complexity of a heating device and require no or only minor structural changes to a heating device.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen 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.These objects are achieved by the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments of the solution proposed here are specified in the independent patent claims. It is pointed out that the features listed in the dependent patent claims can be combined with one another in any technologically reasonable manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the patent claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.

Hierzu trägt ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes bei, wobei das Heizgerät zumindest folgende Komponenten hat: Einen Brenner, dem ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal mittels einer Fördereinrichtung zuführbar ist bzw. zugeführt wird. Eine steuerbare Drosseleinrichtung, welche angeordnet in einer Zuführung Verbrennungsluft, einem Gemischkanal und / oder in einem Abgasweg des Heizgerätes angeordnet ist. Einen Durchflusssensor, der zur Regelung des Heizgerätes nutzbar ist bzw. genutzt wird. Das Heizgerät ist zur Modulation eingerichtet, wobei die Drosseleinrichtung bei einem Betrieb des Heizgerätes in mindestens einem Modulationspunkt unterhalb eines ersten Grenzwertes zumindest teilweise geschlossen wird.A method for operating a heater contributes to this, wherein the heater has at least the following components: A burner, to which a mixture of fuel gas and combustion air can be or is supplied via a mixture channel by means of a conveyor device. A controllable throttle device, which is arranged in a combustion air supply, a mixture channel and/or in an exhaust gas path of the heater. A flow sensor, which can be or is used to regulate the heater. The heater is set up for modulation, wherein the throttle device is at least partially closed when the heater is operated at at least one modulation point below a first limit value.

Das Verfahren kann während des Betreibens eines Heizgerätes permanent, dauerhaft durchgeführt werden. Das Verfahren dient insbesondere einem sicheren Betrieb eines Heizgerätes und insbesondere einem Vermeiden von Flammenrückschlägen.The method can be carried out continuously while a heating device is in operation. The method is used in particular to ensure safe operation of a heating device and in particular to prevent flashbacks.

Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät, das dazu eingerichtet ist, ein Brenngas, wie Erdgas oder insbesondere Wasserstoff unter Zufuhr von Umgebungsluft (Verbrennungsluft) zu verbrennen und Wärmeenergie, beispielsweis zur Erwärmung eines Wärmeträgers eines Heizkreislaufes oder auch zur Bereitstellung einer Warmwasserversorgung, zu erzeugen. Insbesondere kann es sich bei dem Heizgerät um ein Brennwertgerät handeln. Das Heizgerät weist in der Regel eine Fördereinrichtung bzw. ein Gebläse auf, die ein Gemisch von Brennstoff und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal (Gemischgaskanal, Gemischzuführung) einem in einer Brennkammer angeordneten Brenner zuführen kann. Die Verbrennungsprodukte können anschließend durch einen Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden. Die Gesamtheit aus Abgaskanal und Abgasanlage kann auch als Abgasweg bezeichnet werden.The heating device is in particular a gas heating device that is designed to burn a fuel gas, such as natural gas or in particular hydrogen, with the supply of ambient air (combustion air) and to generate thermal energy, for example to heat a heat carrier of a heating circuit or to provide a hot water supply. In particular, the heating device can be a condensing boiler. The heating device usually has a conveyor device or a fan that can feed a mixture of fuel and combustion air to a burner arranged in a combustion chamber via a mixture channel (mixture gas channel, mixture feed). The combustion products can then be fed to an exhaust system through an exhaust channel of the heating device. The entirety of the exhaust channel and the exhaust system can also be referred to as the exhaust path.

Die Fördereinrichtung kann dabei einen Regler aufweisen, beispielsweise einen Drehzahlregler einer als Gebläse ausgebildeten Fördereinrichtung, der mittels eines Steuersignals, häufig ein pulsweitenmoduliertes (PWM-) Signal eine vorgegebene Drehzahl des Gebläses regelt.The conveying device can have a controller, for example a speed controller of a conveying device designed as a fan, which regulates a predetermined speed of the fan by means of a control signal, often a pulse width modulated (PWM) signal.

Der Brenner kann 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 Verbrennungsgemisch 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 Verbrennungsgemisch zu entzünden. Der Brenner kann an einer Brennertür einer Brennkammer des Heizgerätes angeordnet sein. Die Brennertür kann eine Durchströmungsöffnung aufweisen, die den Gemischkanal des Heizgerätes mit dem Brennerhohlraum verbinden kann. Ein Brenner in Zylinderform kann zur Befestigung an der Brennertür einen Flansch aufweisen, der beispielsweise mittels einer Schraubverbindung mit der Brennertür verbunden werden kann. Zwischen Brenner und Brennertür ist in der Regel noch eine Dichtung, beispielsweise eine hochtemperaturstabile Graphit- Dichtung angeordnet.The burner can comprise at least one flat perforated plate or a perforated plate in cylindrical form, which is arranged between a burner cavity and the combustion chamber. The burner cavity can be connected to the mixture channel in such a way that combustion mixture can flow from the mixture channel through the burner cavity, exit from the perforated plate and be burned there. In the area of the perforated plate, an ignition device can also be arranged, designed to ignite a mass flow of combustion mixture exiting through the perforated plate. The burner can be arranged on a burner door of a combustion chamber of the heater. The burner door can have a flow opening that can connect the mixture channel of the heater to the burner cavity. A burner in cylindrical form can have a flange for fastening to the burner door, which can be connected to the burner door, for example by means of a screw connection. A seal, for example a high-temperature-stable graphite seal, is usually arranged between the burner and the burner door.

Der Brenner kann (mindestens) eine Flammensperre umfassen, die derart im Brennerhohlraum ausgebildet und angeordnet ist, dass zum Lochblech strömendes Verbrennungsgemisch die Flammensperre durchdringen muss. Mit anderen Worten kann die Flammensperre den gesamten vorhandenen Strömungsquerschnitt im Brennerhohlraum abdecken, so dass zum Lochblech strömendes Verbrennungsgemisch die Flammensperre durchdringen muss. So kann beispielhaft bei einem in einer Zylinderform ausgebildeten Brenner die Flammensperre gleichfalls in Zylinderform mit weitestgehend konstantem Abstand zum Lochblech ausgebildet sein. Bei einem flachen (ebenen) Lochblech kann entsprechend die Flammensperre gleichfalls flach und eben ausgebildet sein und beabstandet zum Lochblech im Brennerhohlraum angeordnet sein.The burner can comprise (at least) one flame arrester, which is designed and arranged in the burner cavity in such a way that combustion mixture flowing to the perforated plate must penetrate the flame arrester. In other words, the flame arrester can cover the entire existing flow cross-section in the burner cavity, so that combustion mixture flowing to the perforated plate must penetrate the flame arrester. For example, in the case of a burner designed in a cylindrical shape, the flame arrester can also be designed in a cylindrical shape with a largely constant distance from the perforated plate. In the case of a flat (level) perforated plate, the flame arrester can also be designed flat and level and arranged at a distance from the perforated plate in the burner cavity.

Gemäß einer Ausgestaltung können Brenner und Flammensperre als Einheit ausgebildet sein. Der Brenner kann über eine Dichtung aus Graphit oder aus einem ähnlichen Material an der Brennertür angebunden sein.According to one embodiment, the burner and flame arrester can be designed as a unit. The burner can be connected to the burner door via a seal made of graphite or a similar material.

Das Heizgerät kann insbesondere die Brennerleistung an den Bedarf anpassen, auch als Modulieren bezeichnet. Der Modulationsbereich eines Heizgerätes bezeichnet die Leistungsbreite, in der das Gerät modulieren kann. Durch die Modulation wird die Brennerleistung des Heizgerätes automatisch und bevorzugt stufenlos an den tatsächlich benötigten Bedarf angepasst. Dies ermöglicht eine längere Laufzeit, womit das Takten des Wärmeerzeugers und die Belastung der Bauteile verringert wird. Zusätzlich werden die Betriebssicherheit und die Energieeffizienz des Gerätes erhöht. Je größer der Modulationsbereich eines Heizgerätes ist, desto flexibler erfolgt die Wärmeabgabe. Gas-Brennwertgeräte können mit einem Modulationsbereich von 30 bis 100% der Nennwertleistung arbeiten.In particular, the heater can adapt the burner output to the requirement, also known as modulation. The modulation range of a heater describes the output range in which the device can modulate. Through modulation, the burner output of the heater is automatically and preferably continuously adapted to the actual requirement. This enables a longer running time, which reduces the cycling of the heat generator and the load on the components. In addition, the operational reliability and energy efficiency of the device are increased. The larger the modulation range of a heater, the more flexible the heat output. Gas condensing boilers can work with a modulation range of 30 to 100% of the nominal output.

Hierzu kann bei einem Erkennen eines geänderten Wärmebedarfs, beispielsweise unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreises, ein Regel- und Steuergerät des Heizgerätes eine Leistung des Gebläses des Heizgerätes und damit den Massestrom Verbrennungsluft an den Wärmebedarf anpassen. Gleichzeitig passt eine Regelung den Brennstoffmassestrom an den sich ändernden Massestrom Verbrennungsluft an. Häufig wird zur Vermeidung von Flammenrückschlägen in niedrigen Leistungsbereichen das Verbrennungsluftverhältnis angepasst, insbesondere der Anteil Verbrennungsluft erhöht.For this purpose, when a change in heat demand is detected, for example taking into account the flow and return temperatures of a heating circuit connected to the heater, a control and regulation device of the heater can adjust the output of the heater's fan and thus the combustion air mass flow to the heat demand. At the same time, a control system adjusts the fuel mass flow to the changing combustion air mass flow. To avoid flashbacks in low power ranges, the combustion air ratio is often adjusted, in particular the proportion of combustion air is increased.

Das Heizgerät kann zur Steuerung des Massestromes Brenngas ein Gasventil aufweisen, das in der Regel ein Gassicherheitsventil und ein Gasregelventil umfassen kann. Das Gasregelventil kann dabei insbesondere ein Schrittmotorventil sein, dass einen definierten Massestrom Brenngas einstellen kann. Das Sicherheitsventil soll ein Austreten unverbrannten Brenngases verhindern und wird beispielsweise bei einem Startvorgang des Heizgerätes erst nach dem Anfahren der Fördereinrichtung auf eine, für den Startvorgang geeignete, Startleistung freigegeben.The heater can have a gas valve to control the mass flow of fuel gas, which can generally include a gas safety valve and a gas control valve. The gas control valve can in particular be a stepper motor valve that can set a defined mass flow of fuel gas. The safety valve is intended to prevent unburned fuel gas from escaping and is only released when the heater is started, for example, after the conveyor device has been started up to a starting power suitable for the start-up process.

Zudem kann das Heizgerät eine Flammenüberwachung aufweisen. Hierfür sind verschiedene Verfahren bekannt, insbesondere kann mittels einer Erfassung eines Ionisationsstromes der Flamme eine sichere Flammenüberwachung bereitgestellt werden. Mangels ausreichend freier Ladungsträger bei der Verbrennung von Wasserstoff kann dieses Verfahren jedoch für wasserstoffbetriebene Heizgeräte nicht robust eingesetzt werden. Zur Flammenüberwachung bei wasserstoffbetriebenen Heizgeräten kommen andere Verfahren zum Einsatz, beispielsweise das Erfassen einer Temperatur der Flamme und/oder der von der Flamme emittierten UV- (Ultraviolett-) Strahlung.The heater can also have a flame monitor. Various methods are known for this, in particular reliable flame monitoring can be provided by detecting an ionization current of the flame. However, due to a lack of sufficient free charge carriers during the combustion of hydrogen, this method cannot be used robustly for hydrogen-powered heaters. Other methods are used to monitor the flame in hydrogen-powered heaters, for example detecting a temperature of the flame and/or the UV (ultraviolet) radiation emitted by the flame.

Die Flammenüberwachung kann zum Feststellen des Vorhandenseins einer Flamme als auch in die Regelung eines Lambdawertes (Verbrennungsluftverhältnis, Luftzahl) der Verbrennung eingesetzt werden. So kann unter Einbeziehung von Referenzwerten oder einem Referenzkennfeld (Lambda-Regelkurve) einem Signal der Flammenüberwachung (UV- oder Temperatursensor) ein (aktueller) Lambdawert zugeordnet werden. Häufig erfolgt eine Regelung des Lambdas des Heizgerätes mit einem Signal der Flammenüberwachung als Regelgröße. Hierzu kann anhand eines Parameters, der einen Rückschluss auf die Durchflussmenge Verbrennungsluft zulässt, dem Signal der Flammenüberwachung und ein Referenzzusammenhang ein dem Ziel-Lambda entsprechender Signalwert der Flammenüberwachung bestimmt und eingeregelt werden.The flame monitoring can be used to determine the presence of a flame as well as to control a lambda value (combustion air ratio, air number) of the combustion. In this way, a (current) lambda value can be assigned to a flame monitoring signal (UV or temperature sensor) using reference values or a reference characteristic map (lambda control curve). The heater's lambda is often controlled using a flame monitoring signal as Controlled variable. For this purpose, a flame monitoring signal value corresponding to the target lambda can be determined and adjusted using a parameter that allows a conclusion to be drawn about the combustion air flow rate, the flame monitoring signal and a reference context.

Im Strömungsweg von Verbrennungsluft, Gasgemisch und/oder Abgas des Heizgerätes ist (mindestens) eine Drosseleinrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet ist, den Strömungsquerschnitt zu mindern und damit den Strömungswiderstand zu erhöhen. Die Drosseleinrichtung kann insbesondere motorisch ansteuerbar und beispielsweise als Drosselklappe ausgebildet sein. Der Strömungsweg kann insbesondere eine Zuführung Verbrennungsluft, einen Gemischkanal oder einen Abgaskanal des Heizgerätes umfassen.In the flow path of combustion air, gas mixture and/or exhaust gas of the heater, (at least) one throttle device is arranged, which is designed to reduce the flow cross-section and thus increase the flow resistance. The throttle device can in particular be controlled by a motor and can be designed as a throttle valve, for example. The flow path can in particular comprise a combustion air supply, a mixture channel or an exhaust channel of the heater.

Moderne Heizgeräte weisen häufig einen großen Modulationsbereich auf, beispielsweise 3,5 kW [Kilowatt] bis mehr als 20 kW. Vorteilhaft sind diese Heizgeräte flexibel einsetzbar und ein häufiges An- und Ausschalten kann vermieden werden. Der große Modulationsbereich in Verbindung mit dem Wunsch einer schnellen Modulation führt zu hohen Modulationsgeschwindigkeiten, also Betriebspunkte mit erheblichen Leistungsunterschieden, die innerhalb kurzer Zeit angefahren werden.Modern heaters often have a large modulation range, for example 3.5 kW [kilowatts] to more than 20 kW. The advantage of these heaters is that they can be used flexibly and frequent switching on and off can be avoided. The large modulation range in conjunction with the desire for fast modulation leads to high modulation speeds, i.e. operating points with considerable differences in performance that can be reached within a short period of time.

Es wurde festgestellt, dass bei einem Betrieb des Heizgerätes bei (besonders) niedrigen Modulationspunkten (also bei Betriebspunkten des Heizgerätes mit einer niedrigen Leistung, bzw. unterhalb eines ermittelten bzw. vorgebbaren Modulationspunkts) eine Störung, beispielsweise durch einen Windstoß an einem Ausgang der Abgasanlage, erhebliche Auswirkungen auf den (geringen) geförderten Volumenstrom Verbrennungsluft haben kann und daraus resultierende Schwankungen der Durchflussmenge Verbrennungsluft (für einen kurzen Zeitraum bis zu einem Eingreifen der Regelung des Lambdawertes) zu einem Unterschwingen des Lambdawertes, und damit zu einem zu hohen Anteil Brenngas im Verbrennungsgemisch führen kann. Der Zeitraum, in dem der Lambdawert zu gering ist, kann einen kritischen Betriebszustand darstellen, da beispielsweise das Risiko eines Flammenrückschlages bei einem niedrigen Lambdawert erheblich ansteigt. Das Absinken der Durchflussmenge Verbrennungsluft kann von der Flammenüberwachung als ein Absinken des Lambdawertes erkannt werden und worauf der Regler den zugesetzten Massestrom Brenngas absenkt, um auf das vorgegebene Ziel-Lambda zur regeln. Gleichzeitig kann der Durchflusssensor die durch die Störung geminderte Durchflussmenge Verbrennungsluft feststellen und die Leistung der Fördereinrichtung steigern, um die Durchflussmenge Verbrennungsluft wieder auf einen, für den aktuellen Modulationspunkt vorgesehenen, Masse- oder Volumenstrom Verbrennungsluft zu regeln.It was found that when the heater is operated at (particularly) low modulation points (i.e. at operating points of the heater with a low output, or below a determined or predeterminable modulation point), a disturbance, for example due to a gust of wind at an outlet of the exhaust system, can have a significant impact on the (low) volume flow of combustion air delivered and resulting fluctuations in the combustion air flow rate (for a short period of time until the lambda value control intervenes) can lead to an undershoot of the lambda value and thus to too high a proportion of fuel gas in the combustion mixture. The period in which the lambda value is too low can represent a critical operating state, since, for example, the risk of a flashback increases significantly with a low lambda value. The drop in the combustion air flow rate can be recognized by the flame monitoring system as a drop in the lambda value and the controller then reduces the added mass flow of fuel gas in order to regulate to the specified target lambda. At the same time, the flow sensor can detect the combustion air flow rate reduced by the disturbance and increase the performance of the conveying device in order to regulate the combustion air flow rate back to a combustion air mass or volume flow rate specified for the current modulation point.

Der Modulationsbereich unterhalb des ersten Grenzwertes kann dabei einen Leistungsbereich des Heizgerätes kennzeichnen, in dem die geförderte Durchflussmenge signifikant anfällig für Störungen ist und/oder mit ausreichender oder einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit ein kritischer Zustand des Heizgerätes (beispielsweise ein Flammenrückschlag) in Verbindung mit einer Störung eintreten kann. In die Bestimmung des ersten Grenzwertes können zudem auch andere Faktoren, wie beispielsweise ein Installationsort (und damit verbundenen Informationen zu Klima- oder Wetterdaten, der geodätischen Höhe, etc.) einbezogen werden. Der erste Grenzwert kann beispielsweise im Vorfeld in (Labor) Versuchen an einem Referenzheizgerät ermittelt werden. Häufig wird der erste Grenzwert in einem Bereich von 15 KW [Kilowatt] bis 5 KW liegen oder auch von 50 % [Prozent] bis 15 % der Nennleistung des Heizgerätes.The modulation range below the first limit value can indicate a power range of the heater in which the flow rate delivered is significantly susceptible to faults and/or a critical state of the heater (e.g. flashback) can occur in connection with a fault with sufficient or a predetermined probability. Other factors such as an installation location (and associated information on climate or weather data, geodetic altitude, etc.) can also be taken into account in determining the first limit value. The first limit value can, for example, be determined in advance in (laboratory) tests on a reference heater. The first limit value will often be in a range from 15 KW [kilowatts] to 5 KW or from 50% [percent] to 15% of the nominal power of the heater.

Ein Unterschwingen des Lambdawertes bedeutet hier ein kurzzeitig deutlich geminderter Lambdawert, bis die Regelung diesen anhand des Signals der Flammenüberwachung erkennt und durch Einwirkung auf das Gasventil diesen beheben kann. Ein Zusammenhang hierbei kann in einer verzögerten Reaktion des Gasventils auf einen geminderten Massestrom Verbrennungsluft gesehen werden. Auch kann ein derartiges Unterschwingen aufgrund von Störungen eintreten, beispielsweise einem temporär geminderten Volumenstrom Verbrennungsluft ausgelöst durch einen auf die Abgasanlage wirkenden Windstoß. Das Unterschwingen des Lambdawertes bedeutet einen (temporär) erhöhten Anteil Brenngas in dem, dem Brenner zugeführten Verbrennungsgemisch, welches zu kritischen Zuständen des Heizgerätes, beispielsweise einem Flammenrückschlag (Rückzündung) führen kann.An undershoot of the lambda value here means a briefly significantly reduced lambda value until the control system detects this based on the flame monitoring signal and can correct it by acting on the gas valve. A connection here can be seen in a delayed reaction of the gas valve to a reduced mass flow of combustion air. Such an undershoot can also occur due to faults, for example a temporarily reduced volume flow of combustion air triggered by a gust of wind acting on the exhaust system. The undershoot of the lambda value means a (temporarily) increased proportion of fuel gas in the combustion mixture fed to the burner, which can lead to critical conditions in the heater, for example a flashback (backfire).

So kann durch ein teilweises Schließen der Drosseleinrichtung und die damit verbundene Erhöhung des Strömungswiderstandes und der folgenden Leistungssteigerung der Fördereinrichtung eine Verschiebung des Betriebspunktes in der Ventilatorkennlinie der Fördereinrichtung bewirken, in der Druckstöße eine geringere Auswirkung haben. Da in niedrigen Leistungsbereichen des Heizgerätes auch die Fördereinrichtung mit nur geringer Leistung betrieben wird, ist eine Leistungssteigerung derselben im Rahmen eines hier vorgeschlagenen Verfahrens problemlos umsetzbar.For example, partially closing the throttle device and the associated increase in flow resistance and the subsequent increase in the performance of the conveyor can cause a shift in the operating point in the fan characteristic curve of the conveyor, where pressure surges have a lesser effect. Since the conveyor is also operated at low power in low performance ranges of the heater, an increase in its performance can be easily implemented using a method proposed here.

Bei dem teilweisen Schließen der Drosseleinrichtung kann insbesondere eine, einer einzustellenden Öffnungsweite entsprechende, Steigerung des Strömungswiderstandes bewirkt werden, bei dem die Fördereinrichtung problemlos den für den Modulationspunkt einzustellenden Massestrom Verbrennungsluft fördern kann. Zudem sollte die einzustellende Öffnungsweite eine ausreichende Verschiebung des Betriebspunktes in der Ventilatorkennlinie bewirken, so dass mögliche Störungen oder Druckstöße keine relevante Auswirkung auf den geförderten Massestrom Verbrennungsluft haben können, wodurch ein Unterschwingen des Lambdawertes der Verbrennung verhindert oder zumindest deutlich gedämpft werden kann.When the throttle device is partially closed, an increase in the flow resistance corresponding to an adjustable opening width can be achieved, in particular the conveying device can easily convey the mass flow of combustion air to be set for the modulation point. In addition, the opening width to be set should cause a sufficient shift of the operating point in the fan characteristic curve so that possible disturbances or pressure surges cannot have a relevant effect on the conveyed mass flow of combustion air, whereby an undershoot of the lambda value of the combustion can be prevented or at least significantly dampened.

Gemäß einer Ausgestaltung kann die einzustellende Öffnungsweite der Drosseleinrichtung vom Modulationspunkt (der aktuellen Leistung) des Heizgerätes abhängig sein. Insbesondere kann der Strömungswiderstand mit sinkender Leistung des Heizgerätes gesteigert werden.According to one embodiment, the opening width of the throttle device to be set can depend on the modulation point (the current output) of the heater. In particular, the flow resistance can be increased as the output of the heater decreases.

Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Feststellen eines Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft mit einem Gradienten unterhalb eines zweiten Grenzwertes die Drosseleinrichtung zumindest teilweise geöffnet werden. So könnte eine Störung ein Abfallen der Durchflussmenge Verbrennungsluft verursachen und durch ein zumindest teilweises Öffnen der Drosseleinrichtung kann ein, durch ein verzögertes Eingreifen der Regelung bedingtes Unterschwingen des Lambdawertes verhindert oder gedämpft werden. Der zweite Grenzwert kann hier einen Gradienten des Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft kennzeichnen, unterhalb dessen ein regelungsbedingtes Unterschwingen ausreichend wahrscheinlich ist. Auch der zweite Grenzwert kann hierzu an einem Referenzheizgerät in Versuchen ermittelt werden.According to one embodiment, if a drop in the combustion air flow rate is detected with a gradient below a second limit value, the throttle device can be opened at least partially. A fault could thus cause a drop in the combustion air flow rate, and by at least partially opening the throttle device, an undershoot of the lambda value caused by a delayed intervention of the control can be prevented or dampened. The second limit value can here indicate a gradient of the drop in the combustion air flow rate, below which an undershoot caused by the control is sufficiently likely. The second limit value can also be determined in tests on a reference heater.

Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Durchflusssensor eingesetzt werden, der eine kurze Verzögerung eines Messvorganges aufweist, also nur einen sehr kurzen Zeitraum von einer Änderung der Durchflussmenge bis zu einer entsprechenden Änderung des Sensorsignals benötigt. Dies kann insbesondere zur Feststellung des Gradienten der Durchflussmenge Verbrennungsluft hilfreich sein. Bei dem Durchflusssensor kann es sich insbesondere um einen kalorimetrischen Durchflussmesser handeln, welcher mit hoher Frequenz, beispielsweise in Zeitabständen von 5 ms [Millisekunden] ein Signal für den Differenzdruck der Durchflussmenge ausgibt, der anschließend in einen Massestrom überführt werden kann.According to one embodiment, a flow sensor can be used which has a short delay in a measuring process, i.e. only requires a very short period of time from a change in the flow rate to a corresponding change in the sensor signal. This can be particularly helpful for determining the gradient of the combustion air flow rate. The flow sensor can in particular be a calorimetric flow meter which outputs a signal for the differential pressure of the flow rate at high frequency, for example at intervals of 5 ms [milliseconds], which can then be converted into a mass flow.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. Das Regel- und Steuergerät kann hierfür insbesondere mit einer Fördereinrichtung, einer Drosseleinrichtung, einem Gasventil und/ oder einem Durchflusssensor elektrisch verbunden sein. Zudem können auf einem Speicher des Regel- und Steuergerätes im Rahmen der Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens erfasste oder benötigte Daten hinterlegt werden, beispielsweise ein erster und/ oder zweiter Grenzwert.According to a further aspect, a control device for a heater is also proposed, set up to carry out a method proposed here. For this purpose, the control device can, for example, have a processor and/or have one. In this context, the processor can, for example, carry out the method stored in a memory (of the control device). For this purpose, the control device can be electrically connected in particular to a conveyor device, a throttle device, a gas valve and/or a flow sensor. In addition, data recorded or required as part of the implementation of a method proposed here can be stored in a memory of the control device, for example a first and/or second limit value.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Verbrennung eines Verbrennungsgemisches aus Verbrennungsluft und Brenngas. Bei dem Heizgerät kann es sich um ein Gasheizgerät, insbesondere um ein wasserstoffbetriebenes Gasheizgerät, handeln. Das Gasheizgerät kann einen Brenner und eine Fördereinrichtung aufweisen, mit der ein Gemisch aus Brennstoff (Wasserstoff) und Verbrennungsluft dem Brenner über einen Gemischkanal zugeführt werden kann. Das Heizgerät kann eine Flammenüberwachung aufweisen, wobei ein Signal derselben zur Regelung des Lambdawertes der Verbrennung genutzt werden kann. Zudem kann das Heizgerät eine Drosseleinrichtung umfassen, geeignet zur Steigerung des Strömungswiderstandes durch eine Minderung des Strömungsquerschnittes im Strömungsweg. Das Heizgerät kann zudem weitere Mittel aufweisen, die so angepasst sind, dass sie die Schritte des hier offenbarten Verfahrens ausführen. Die Mittel können ein Regel- und Steuergerät umfassen.According to a further aspect, a heating device is also proposed, designed to burn a combustion mixture of combustion air and fuel gas. The heating device can be a gas heating device, in particular a hydrogen-operated gas heating device. The gas heating device can have a burner and a conveyor device with which a mixture of fuel (hydrogen) and combustion air can be supplied to the burner via a mixture channel. The heating device can have a flame monitor, a signal from which can be used to regulate the lambda value of the combustion. In addition, the heating device can comprise a throttle device, suitable for increasing the flow resistance by reducing the flow cross-section in the flow path. The heating device can also comprise further means which are adapted to carry out the steps of the method disclosed here. The means can comprise a regulating and control device.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Heizgerät einen Durchflusssensor in einer Zuführung Verbrennungsluft zum Erfassen der Durchflussmenge Verbrennungsluft aufweisen.According to one embodiment, the heater can have a flow sensor in a combustion air supply for detecting the combustion air flow rate.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens auf einem hier vorgeschlagenen Heizgerät eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen. Das Computerprogramm kann insbesondere auf einem Regel- und Steuergerät eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes durchgeführt werden.According to a further aspect, a computer program is also proposed which is set up to (at least partially) carry out a method presented here on a heating device proposed here. In other words, this relates in particular to a computer program (product) comprising commands which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out a method proposed here. The computer program can in particular be carried out on a control device of a heating device proposed here.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.According to a further aspect, a machine-readable storage medium is also proposed on which the computer program is stored. The machine-readable storage medium is usually a computer-readable data storage device.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Verwendung einer Drosseleinrichtung in einem Strömungsweg des Heizgerätes zum Kompensieren eines Unterschwingens des Lambdawertes des Heizgerätes vorgeschlagen. Die Verwendung kann insbesondere bei niedrigen Modulationspunkten oder in niedrigen Leistungsbereichen des Heizgerätes erfolgen, insbesondere unterhalb eines ersten Grenzwertes, wobei die Drosseleinrichtung teilweise geschlossen werden kann.According to a further aspect, the use of a throttle device in a flow path of the heater is also proposed to compensate for an undershoot of the lambda value of the heater. The use can be carried out in particular at low modulation points or in low power ranges of the heater, in particular below a first limit value, wherein the throttle device can be partially closed.

Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Regel- und Steuergerät, dem Heizgerät und der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.The details, features and advantageous embodiments discussed in connection with the method can also occur in the computer program, the control device, the heater and the use presented here and vice versa. In this respect, reference is made in full to the explanations there for a more detailed characterization of the features.

Hier werden somit ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und ein Heizgerät angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät und das Heizgerät zumindest dazu bei, ein Unterschwingen des Lambdawertes der Verbrennung aufgrund von schnellen Modulationen des Heizgerätes oder (externen) Störungen zu kompensieren und damit die Betriebssicherheit eines Heizgerätes deutlich zu erhöhen, indem Flammenrückschläge wirkungsvoll verhindert werden können.A method for operating a heater, a computer program, a control and regulating device and a heater are therefore specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, the method for operating a heater, the computer program, the control and regulating device and the heater at least help to compensate for an undershoot of the lambda value of the combustion due to rapid modulations of the heater or (external) disturbances and thus significantly increase the operational reliability of a heater by effectively preventing flashbacks.

Zudem kann die Erfindung ohne oder nur mit geringen baulichen Änderungen an einem Heizgerät umgesetzt werden.In addition, the invention can be implemented with no or only minor structural changes to a heating device.

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:

  • 1: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät,
  • 2: Parameterverläufe, die sich bei Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens einstellen können.
The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the attached figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be noted that the figures and in particular the size relationships shown are only schematic. They show:
  • 1 : a heater proposed here,
  • 2 : Parameter curves that can occur when carrying out a procedure proposed here.

1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann einen in einer Brennkammer 8 angeordneten Brenner 3 umfassen. Der Brenner 3 kann die Form eines Hohlzylinders aufweisen, wobei im Inneren ein Brennerhohlraum ausgebildet sein kann. Im Brennerhohlraum kann eine Flammensperre parallel zur Oberfläche des Brenners bzw. konzentrisch zu dieser ausgerichtet sein und den gesamten, im Brennerhohlraum zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt abdecken. 1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here. This can comprise a burner 3 arranged in a combustion chamber 8. The burner 3 can have the shape of a hollow cylinder, wherein a burner cavity can be formed inside. In the burner cavity, a flame arrester can be aligned parallel to the surface of the burner or concentrically to it and cover the entire flow cross-section available in the burner cavity.

Über eine Zuführung Verbrennungsluft 4 kann Verbrennungsluft durch eine Fördereinrichtung 2, insbesondere als Gebläse ausgebildet, angesaugt werden. In der Zuführung Verbrennungsluft 4 kann ein Durchflusssensor 21 angeordnet sein. Die Fördereinrichtung 2 kann mit einem Drehzahlregler 6 verbunden sein, der mittels eines pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals eine Drehzahl n der Fördereinrichtung 2 regeln kann. Ein Gasventil 5 kann dem angesaugten Luftmassenstrom Verbrennungsluft Brenngas aus einer Gaszuführung 14 zusetzen und ein Sicherheitsventil sowie ein Gasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Massestromes Brenngas umfassen. Das erzeugte Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 11 zum Brenner 3 strömen und dort von der Zündeinrichtung entzündet werden. Der Brenner 3 kann eine Zylinderform aufweisen, die mit einer Grundfläche an einer Brennertür 15 derart befestigt sein kann, dass Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal in den Brenner 3 strömen kann. Bei der Verbrennung entstehende Wärme kann über einen Wärmtauscher 20 auf einen Heizkreis 19 übertagen werden, über dessen Heizungsvorlauf 17 Wärmeträger des Heizkreises 19 zugeführt und über einen Heizungsrücklauf 18 zum Heizgerät 1 rückgeführt werden kann. Die Verbrennungsprodukte können nach der Verbrennung über ein Abgasrohr 9 des Heizgerätes 1 und eine mit dem Heizgerät 1 verbundene Abgasanlage 10 nach Außen abgeleitet werden. In dem Abgasrohr 9 kann eine Drosseleinrichtung 12 angeordnet sein, die dazu eingerichtet ist, den Strömungswiderstand im Strömungsweg des Heizgerätes 1 zu steigern, indem der Strömungsquerschnitt gemindert wird.Combustion air can be sucked in via a combustion air supply 4 through a conveyor device 2, in particular designed as a fan. A flow sensor 21 can be arranged in the combustion air supply 4. The conveyor device 2 can be connected to a speed controller 6, which can regulate a speed n of the conveyor device 2 by means of a pulse width modulated (PWM) signal. A gas valve 5 can add fuel gas from a gas supply 14 to the sucked-in air mass flow of combustion air and can comprise a safety valve and a gas control valve for controlling the mass flow of fuel gas to be added. The mixture of fuel gas and combustion air produced can flow via a mixture channel 11 to the burner 3 and be ignited there by the ignition device. The burner 3 can have a cylindrical shape, which can be attached with a base to a burner door 15 in such a way that combustion mixture can flow from the mixture channel into the burner 3. Heat generated during combustion can be transferred via a heat exchanger 20 to a heating circuit 19, via whose heating flow 17 heat carrier of the heating circuit 19 can be supplied and returned to the heater 1 via a heating return 18. After combustion, the combustion products can be discharged to the outside via an exhaust pipe 9 of the heater 1 and an exhaust system 10 connected to the heater 1. A throttle device 12 can be arranged in the exhaust pipe 9, which is designed to increase the flow resistance in the flow path of the heater 1 by reducing the flow cross section.

Das hier vorgeschlagenen Heizgerät 1 kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff eingerichtet sein. Zudem kann das Heizgerät 1 an/ bzw. in der Brennertür 15 eine (Vorrichtung zur) Flammenüberwachung 13 aufweisen, die im Beispiel als Sensor für von der Flamme emittierte UV- (Ultraviolett-) Strahlung ausgebildet ist.The heating device 1 proposed here can be designed in particular for the combustion of hydrogen. In addition, the heating device 1 can have a (device for) flame monitoring 13 on/or in the burner door 15, which in the example is designed as a sensor for UV (ultraviolet) radiation emitted by the flame.

Ein Regel- und Steuergerät 7 kann zur Regelung des Heizgerätes 1 eingerichtet sein. Hierfür kann dieses beispielsweise mit dem Drehzahlregler 6, der Fördereinrichtung 2, dem Gasventil 5, der Flammenüberwachung 13, der Drosseleinrichtung 12 und einem Netzwerk 16 (Internet) elektrisch verbunden sein. Das Regel- und Steuergerät 7 kann zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet sein.A control and regulating device 7 can be set up to regulate the heating device 1. For this purpose, it can be connected, for example, to the speed controller 6, the conveyor device 2, the gas valve 5, the Flame monitoring 13, the throttle device 12 and a network 16 (Internet) can be electrically connected. The regulating and control device 7 can be set up to carry out a method proposed here.

2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Ventilatorkennlinie für die Fördereinrichtung 2 des Heizgerätes 1, die den geförderten Volumenstrom 7 in Abhängigkeit des bewirkten Druckabfalls ΔP angibt. Eine erste Kurve 22 zeigt den geförderten Volumenstrom 7 in Abhängigkeit des bewirkten Druckabfalls ΔP mit geöffneter Drosseleinrichtung 12. Eine zweite Kurve 23 zeigt den Verlauf unter Einwirkung einer Störung, die einen Druckabfall 24 bewirkt. Aus den Schnittpunkten der ersten Kurve 22 und der zweiten Kurve 23 mit einer ersten Ventilatorkennlinie 26 kann ein aus der Störung und dem entsprechenden Druckabfall 24 resultierender Abfall des Volumenstromes 25 ohne Einwirkung der Drosseleinrichtung 12 bestimmt werden. 2 shows, by way of example and schematically, a fan characteristic curve for the conveying device 2 of the heater 1, which indicates the conveyed volume flow 7 as a function of the pressure drop ΔP caused. A first curve 22 shows the conveyed volume flow 7 as a function of the pressure drop ΔP caused with the throttle device 12 open. A second curve 23 shows the course under the influence of a disturbance that causes a pressure drop 24. From the intersection points of the first curve 22 and the second curve 23 with a first fan characteristic curve 26, a drop in the volume flow 25 resulting from the disturbance and the corresponding pressure drop 24 without the influence of the throttle device 12 can be determined.

Eine dritte Kurve 27 zeigt den geförderten Volumenstrom V in Abhängigkeit des bewirkten Druckabfalls ΔP 24 mit teilweise geschlossener Drosseleinrichtung 12. Diese kann im Rahmen eines hier vorgeschlagenen Verfahrens teilweise geschlossen werden, da das Heizgerät 1 in einem Modulationspunkt (mit einer Leistung) unterhalb eines ersten Grenzwertes betrieben wird. Die vierte Kurve 28 zeigt den Verlauf der dritten Kurve 27 bei dem Auftreten einer Störung, die den gleichen Druckabfall 24 bewirkt, wie bei der ersten Kurve 22 und zweiten Kurve 23. Aus den Schnittpunkten mit einer zweiten Ventilatorkennlinie 29 kann der resultierende Abfall des Volumenstromes 30 mit teilweise geschlossener Drosseleinrichtung 12 bestimmt werden, vorteilhaft ist der Abfall des Volumenstromes 30 mit teilweise geschlossener Drosseleinrichtung 12 deutlich geringer als der Abfall des Volumenstromes 25 mit geöffneter Drosseleinrichtung 12.A third curve 27 shows the volume flow V delivered as a function of the pressure drop ΔP 24 caused with the throttle device 12 partially closed. This can be partially closed as part of a method proposed here, since the heater 1 is operated at a modulation point (with a power) below a first limit value. The fourth curve 28 shows the course of the third curve 27 when a fault occurs that causes the same pressure drop 24 as in the first curve 22 and second curve 23. The resulting drop in the volume flow 30 with the throttle device 12 partially closed can be determined from the intersection points with a second fan characteristic curve 29. The drop in the volume flow 30 with the throttle device 12 partially closed is advantageously significantly lower than the drop in the volume flow 25 with the throttle device 12 open.

3 a) und b) zeigen zwei Verläufe eines von der Fördereinrichtung 2 geförderten Massestromes ṁair über die Zeit t nach Einwirkung einer Störung 31. Dabei wird ein dem Modulationspunkt entsprechender Ziel-Massestrom 32 und ein Grenzmassestrom 33 angegeben, unterhalb dessen ein erhebliches Risiko eines Flammenrückschlages bestehen kann. In 3 a) wird der Verlauf des Massestromes ṁair Verbrennungsluft ohne Einbeziehung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens gezeigt. Im Anschluss an die Störung 31 fällt der Verlauf 34 unter den Grenzmassestrom 33 ab und somit tritt ein deutliches Risiko eines Flammenrückschlages ein. Demgegenüber kann beim zweiten Verlauf 35 unter Einbeziehung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens im Anschluss an die Störung 31 der Verlauf über dem Grenzmassestrom 33 gehalten werden, das Risiko eines Flammenrückschlages kann erheblich gemindert werden. 3 a) and b) show two curves of a mass flow ṁ air conveyed by the conveying device 2 over time t after the effect of a disturbance 31. A target mass flow 32 corresponding to the modulation point and a limit mass flow 33 are specified, below which there may be a considerable risk of flashback. In 3 a) the course of the mass flow ṁ air combustion air is shown without including a method proposed here. Following the disturbance 31, the course 34 falls below the limit mass flow 33 and thus there is a significant risk of a flashback. In contrast, in the second course 35, by including a method proposed here following the disturbance 31, the course can be kept above the limit mass flow 33 and the risk of a flashback can be significantly reduced.

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.As a precaution, it should be noted that the numerals used here ("first", "second", ...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, and in particular do not necessarily specify a dependency and/or sequence of these objects, sizes or processes. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described design. If a component can occur multiple times ("at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Heizgerätheater
22
FördereinrichtungConveyor system
33
Brennerburner
44
Zuführung VerbrennungsluftCombustion air supply
55
GasventilGas valve
66
DrehzahlreglerSpeed controller
77
Regel- und SteuergerätControl and regulation device
88th
BrennkammerCombustion chamber
99
AbgasrohrExhaust pipe
1010
AbgasanlageExhaust system
1111
GemischkanalMixture channel
1212
DrosseleinrichtungThrottle device
1313
FlammenüberwachungFlame monitoring
1414
GaszuführungGas supply
1515
BrennertürBurner door
1616
Netzwerknetwork
1717
HeizungsvorlaufHeating flow
1818
HeizungsrücklaufHeating return
1919
HeizkreisHeating circuit
2020
WärmetauscherHeat exchanger
2121
DurchflusssensorFlow sensor
2222
erste Kurvefirst curve
2323
zweite Kurvesecond curve
2424
DruckabfallPressure drop
2525
Abfall Volumenstrom mit geöffneter DrosseleinrichtungWaste volume flow with open throttle device
2626
erste Ventilatorkennliniefirst fan characteristic curve
2727
dritte Kurvethird curve
2828
vierte Kurvefourth curve
2929
zweite Ventilatorkennliniesecond fan characteristic curve
3030
Abfall Volumenstrom mit teilweise geschlossener DrosseleinrichtungWaste volume flow with partially closed throttle device
3131
StörungDisturbance
3232
Ziel-MassestromTarget mass flow
3333
GrenzmassestromLimit mass flow
3434
erster Verlauffirst course
3535
zweiter Verlaufsecond course

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA accepts no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102020125351 A1 [0004]DE 102020125351 A1 [0004]

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes (1), welches zumindest einen Brenner (3), dem ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal (11) mittels einer Fördereinrichtung (2) zugeführt wird, und eine steuerbare Drosseleinrichtung (12), angeordnet in einer Zuführung Verbrennungsluft (4), einem Gemischkanal (11) und/ oder in einem Abgasweg (9,10) des Heizgerätes (1), und einen Durchflusssensor (21), der zur Regelung des Heizgerätes (1) genutzt wird, aufweist, wobei das Heizgerät (1) zur Modulation eingerichtet ist und bei Modulationspunkten unterhalb eines ersten Grenzwertes die Drosseleinrichtung (12) teilweise geschlossen wird.Method for operating a heater (1) which has at least one burner (3), to which a mixture of fuel gas and combustion air is supplied via a mixture channel (11) by means of a conveying device (2), and a controllable throttle device (12) arranged in a combustion air supply (4), a mixture channel (11) and/or in an exhaust gas path (9, 10) of the heater (1), and a flow sensor (21) which is used to regulate the heater (1), wherein the heater (1) is set up for modulation and at modulation points below a first limit value the throttle device (12) is partially closed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einem Modulationspunkt unterhalb des Grenzwertes eine Öffnungsweite der Drosseleinrichtung (12) in Abhängigkeit des Modulationspunktes eingestellt wird.Procedure according to Claim 1 , wherein at a modulation point below the limit value, an opening width of the throttle device (12) is adjusted depending on the modulation point. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einem Feststellen eines Abfallens der Durchflussmenge Verbrennungsluft mit einem Gradienten unterhalb eines zweiten Grenzwertes die Drosseleinrichtung (12) zumindest teilweise geöffnet wird.Procedure according to Claim 1 , wherein when a drop in the combustion air flow rate with a gradient below a second limit value is detected, the throttle device (12) is at least partially opened. Heizgerät (1), umfassend einen Brenner (3), eine Fördereinrichtung (2), ein Gasventil (5), eine Regelung eines Lambdas der Verbrennung mittels einer Flammenüberwachung (13), einem Durchflusssensor (21), eine Zuführung Verbrennungsluft (4), eine Drosseleinrichtung (12), einem Gemischkanal (11) und einem Abgasweg (9,10) sowie Mittel, angepasst zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.Heating device (1), comprising a burner (3), a conveyor device (2), a gas valve (5), a control of a lambda of the combustion by means of a flame monitor (13), a flow sensor (21), a supply of combustion air (4), a throttle device (12), a mixture channel (11) and an exhaust gas path (9,10) and means adapted for carrying out a method according to one of the preceding claims. Regel- und Steuergerät (7), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.Control device (7) designed to carry out a method according to one of the Claims 1 until 3 . Computerprogramm umfassend Befehle, die ein Heizgerät (1) nach Anspruch 4 dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auszuführen.Computer program comprising commands which control a heating device (1) according to Claim 4 to initiate proceedings under one of the Claims 1 until 3 to execute. Verwendung einer Drosseleinrichtung (12) in einem Strömungsweg des Heizgerätes (1) zum Kompensieren eines Unterschwingens des Lambdawertes des Heizgerätes (1).Use of a throttle device (12) in a flow path of the heater (1) to compensate for an undershoot of the lambda value of the heater (1).
DE102022133634.4A 2022-12-16 2022-12-16 Method for operating a heating device, computer program, control device, heating device and use of a throttle device Pending DE102022133634A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022133634.4A DE102022133634A1 (en) 2022-12-16 2022-12-16 Method for operating a heating device, computer program, control device, heating device and use of a throttle device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022133634.4A DE102022133634A1 (en) 2022-12-16 2022-12-16 Method for operating a heating device, computer program, control device, heating device and use of a throttle device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022133634A1 true DE102022133634A1 (en) 2024-06-27

Family

ID=91434724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022133634.4A Pending DE102022133634A1 (en) 2022-12-16 2022-12-16 Method for operating a heating device, computer program, control device, heating device and use of a throttle device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022133634A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT397851B (en) * 1989-11-24 1994-07-25 Vaillant Gmbh HEATER
DE102020125351A1 (en) 2020-09-29 2022-03-31 Vaillant Gmbh gas heater

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT397851B (en) * 1989-11-24 1994-07-25 Vaillant Gmbh HEATER
DE102020125351A1 (en) 2020-09-29 2022-03-31 Vaillant Gmbh gas heater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2005066B1 (en) Method for starting a firing device in unknown general conditions
EP1522790B1 (en) Method for Controlling a Gas Burner, in particular in Heating Installations with Blower
EP2646678B1 (en) Method and control device for operating a spark ignition gas engine
DE102022133634A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, control device, heating device and use of a throttle device
EP4174375B1 (en) Method for validating a signal of a device for flame monitoring of a heater, computer program, storage medium, control device, heater and use of a temperature sensor
DE102022133655A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, control device and heating device
EP4215839A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, control and control device and heating device
EP4174378A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, storage medium, control and control device, heating device and use of a temperature sensor
EP4386263B1 (en) Method for starting up a heating device, computer program, regulating and control device and heating device
EP4303489A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, control and control device, heating device and use of a two-part gas supply
EP4386263A1 (en) Method for starting up a heating device, computer program, regulating and control device and heating device
EP4357671A1 (en) Method for starting up a heating device, computer program, regulating and control device and heating device
EP4372277A1 (en) Method for starting up a heating device, heating device and computer program
DE102022122811A1 (en) Method for operating a heater, computer program, control and control device, fuel flow regulator and heater
DE102022133604A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, control device and heating device
EP4215815A1 (en) Device and use of a flow rate of a heating system and an ionisation signal of a heating system
EP4187150A1 (en) Method for operating a heating system, computer program, storage medium, control and control device, heating device and use of a closing device
EP4345378A1 (en) Method for starting up a heating device, control and control device, heating device and computer program
EP4411224A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, control and control device and heating device
DE102022123091A1 (en) Method for operating a heater, computer program, control and control device and heater
DE102023100272A1 (en) Method for determining a flow rate of combustion air in a heater, method for operating a heater, computer program, control device, heater and use of at least two recorded resistance values
DE102024120097A1 (en) GAS TURBINE CONTROL DEVICE, GAS TURBINE CONTROL METHOD AND GAS TURBINE CONTROL PROGRAM
DE102022103654A1 (en) Procedure for starting up a heater, computer program, regulation and control device, heater and use of a parameter
EP4421386A1 (en) Method for operating a heating device, computer program, control and control device and heating device
EP4462024A1 (en) Method for characterizing a gas valve of a heating device, method for operating a heating device, heating device and computer program

Legal Events

Date Code Title Description
R082 Change of representative

Representative=s name: POPP, CARSTEN, DR., DE

R163 Identified publications notified