Gasverbrennungsgerät, insbesondere Gasheizgerät

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Gasverbrennungsgerät (1), insbesondere ein Gasheizgerät, mit einem Stellglied (4), mit dem ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft einstellbar ist, mit einem Sensor (9), mit dem ein λ-Wert sensierbar ist, der mit dem Sauerstoffgehalt des Abgases korreliert, und mit einem Regelsystem (10), das mit dem Stellglied (4) und dem Sensor (9) gekoppelt ist und das eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes (4) ermöglicht, wobei das Regelsystem (10) die am Stellglied (4) eingestellte Stellgröße und die Grenzwerte der am Stellglied (4) einstellbaren Stellgrößen kennt und wobei das Regelsystem (10) aus dem historischen zeitlichen Verlauf der Stellgröße einen Ausfallzeitpunkt berechnet, bei dem die Stellgröße einen ihrer Grenzwerte erreicht.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gasverbrennungsgerät, insbesondere ein Gasheizgerät. Ein solches Gasverbrennungsgerät weist üblicherweise ein Stellglied in Form einer Gasarmatur auf, mit dem ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft einstellbar ist, wobei die so eingestellte Mischung aus Brenngas und Luft einem Brenner des Gerätes zur Verbrennung zugeführt wird. Bei modernen Gasverbrennungsgeräten ist im Abgasstrang ein Sensor, z.B. eine λ-Sonde, angeordnet, um so einen λ-Wert zu sensieren, der mit dem Sauerstoffgehalt des Abgases korreliert. Dieser λ-Sensor ist mit einem Regelsystem verbunden, das außerdem mit dem Stellglied gekoppelt ist. Dieses Regelsystem ermöglicht nun eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes, d.h. das Regelsystem führt einen Soll-Ist-Vergleich eines vom λ-Sensor ermittelten λ-Istwertes mit einem am Regelsystem eingestellten oder darin gespeicherten λ-Sollwert durch und betätigt in Abhängigkeit dieses Soll-Ist-Vergleichs das Stellglied, um so den gewünschten λ-Sollwert einzuregeln. Der vorgegebene λ-Sollwert entspricht dabei einem optimalen Arbeitspunkt des jeweiligen Gasverbrennungsgerätes, bei dem beispielsweise eine minimale Schadstoffemission und eine lange Lebensdauer für das Gasverbrennungsgerät erreicht werden.

[0002] Durch Verschmutzung und/oder Alterung des Gasverbrennungsgerätes kann es im Laufe der Betriebszeit des Gerätes dazu kommen, daß ein oberer oder unterer Grenzwert für die am Stellglied einstellbare Stellgröße erreicht wird. Eine über diese Grenzwerte hinausgehende Regelung ist nicht realisierbar, so daß das Gasverbrennungsgerät zunehmend in einem Arbeitspunkt betrieben wird, der sich mehr und mehr vom optimalen Arbeitspunkt entfernt. Dementsprechend können die Schadstoffe im Abgas die zulässigen Grenzwerte überschreiten; gleichzeitig kann sich dadurch die Lebensdauer des Brenners bzw. des gesamten Gasverbrennungsgerätes reduzieren. Schließlich kann das Gasverbrennungsgerät ausfallen.

Vorteile der Erfindung

[0003] Das erfindungsgemäße Gasverbrennungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kenntnis des Ausfallzeitpunkts, bei dem die Stellgröße einen ihrer Grenzwerte erreicht, rechtzeitig eine Wartung oder Inspektion des Gasverbrennungsgerätes durchgeführt werden kann, bevor es zu einem Betrieb des Gerätes außerhalb des optimalen Arbeitspunktes und bevor es zu einem Ausfall des Gerätes kommt. Die Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Gasverbrennungsgerätes kann dadurch insgesamt erhöht werden.

[0004] Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Regelsystem ein Warnsignal erzeugen, wenn der berechnete Ausfallzeitpunkt innerhalb einer vorbestimmten Mindestzeitspanne liegt. Hierdurch wird die Sicherheit, daß eine Wartung oder Inspektion des Gerätes noch vor seinem Ausfall durchgeführt wird, zusätzlich erhöht, da das Warnsignal den Betreiber oder Verwender des Gerätes rechtzeitig warnt. Ein solches Warnsignal kann beispielsweise durch ein entsprechendes Lichtzeichen an einem Display des Gerätes realisiert sein.

[0005] Zusätzlich oder alternativ kann das Regelsystem auch dann ein Warnsignal erzeugen, wenn der Ausfallzeitpunkt bereits erreicht oder überschritten ist. Durch diese Maßnahme kann dem Betreiber oder Verwender des Gasverbrennungsgerätes die erhöhte Dringlichkeit zur Durchführung einer Inspektion oder Wartung signalisiert werden.

[0006] Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Regelsystem aus einem historischen zeitlichen Verlauf der Stellgröße einen zukünftigen zeitlichen Verlauf der Stellgröße berechnen und daraus den Ausfallzeitpunkt berechnen. Beispielsweise kann in den historischen zeitlichen Verlauf der Stellgröße eine Gerade interpoliert werden, deren Extrapolation den zukünftigen zeitlichen Verlauf der Stellgröße ergibt. Aus der Länge der extrapolierten Geraden bis zu einem Schnittpunkt mit dem jeweiligen Grenzwert der Stellgrößen kann dann der Ausfallzeitpunkt ermittelt werden.

[0007] Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Zeichnungen

[0008] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1

eine schaltplanartige Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Gasverbrennungsgerätes und

Fig. 2

ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Stellgrößen eines Stellgliedes des Gasverbrennungsgerätes.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0009] Entsprechend Fig. 1 weist ein nur teilweise dargestelltes Gasverbrennungsgerät 1 einen Brenner 2 auf, der in einem Brennraum 3 angeordnet ist. Das Gasverbrennungsgerät 1 kann beispielsweise als Gasheizgerät ausgebildet sein und in einer Heizungsanlage eines Gebäudes zum Einsatz kommen. Das Gasverbrennungsgerät 1 weist außerdem ein Stellglied 4 auf, das hier durch eine Gasmischarmatur gebildet ist. Das Stellglied 4 ist eingangsseitig an eine Luftleitung 5 und an eine Brenngasleitung 6 angeschlossen, über die das Stellglied 4 mit Luft bzw. Brenngas versorgt wird. Ausgangsseitig ist an das Stellglied 4 eine Gemischleitung 7 angeschlossen, die das vom Stellglied 4 erzeugte Brenngas-Luft-Gemisch dem Brenner 2 zuführt.

[0010] An die Brennkammer 3 ist eine Abgasleitung 8 angeschlossen, in der ein Sensor 9 angeordnet ist. Dieser Sensor 9, der beispielsweise als λ-Sonde ausgebildet ist, kann den Sauerstoffgehalt λ des über die Abgasleitung 8 aus dem Brennraum 3 abgeführten Verbrennungsabgases ermitteln.

[0011] Das Gasverbrennungsgerät 1 weist außerdem ein Regelsystem 10 auf, das über eine Signalleitung 11 mit dem Sensor 9 und über eine Steuerleitung 12 mit dem Stellglied 4 verbunden ist. Das Regelsystem 10 enthält beispielsweise einen Mikroprozessor 13 sowie einen damit zusammenwirkenden Speicher 14. Das Regelsystem 10 kann außerdem eine erste Signalleuchte 15 sowie eine zweite Signalleuchte 16 aufweisen.

[0012] In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm sind auf der Ordinate die Stellgröße y des Stellglieds 4 und auf der Abzisse die Zeit t aufgetragen. Der obere Grenzwert und der untere Grenzwert der am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y sind mit y_max und y_min bezeichnet.

[0013] Das erfindungsgemäße Gasverbrennungsgerät 1 arbeitet wie folgt:

[0014] Das Regelsystem 10 ist so ausgebildet, daß es für das Gasverbrennungsgerät 1 bzw. für den Brenner 2 im Betrieb einen optimalen Arbeitspunkt einregelt. Diesem Arbeitspunkt ist eine bestimmte Sollgröße für den λ-Wert im Abgas zugeordnet. Dieser λ-Sollwert ist beispielsweise im Speicher 14 abgelegt. Dementsprechend führt das Regelsystem 10 eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes 4 durch, indem das Regelsystem 10 in Abhängigkeit eines Soll-Ist-Vergleichs zwischen dem gespeicherten λ-Sollwert und dem von der Sonde 9 aktuell ermittelten λ-Istwert das Stellglied 4 betätigt. Die Betätigbarkeit des Stellgliedes 4 ist durch die Grenzwerte y_min und y_max der am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y begrenzt. Das Stellglied 4 und das Regelsystem 10 sind so ausgebildet und so miteinander verbunden, daß das Regelsystem 10 stets die aktuell am Stellglied 4 eingestellte Stellgröße y kennt. Außerdem kennt das Regelsystem 10 die Grenzwerte y_min und y_max. Die Regelung kann permanent oder zyklisch getaktet durchgeführt werden.

[0015] Das Regelsystem 10 ist so ausgebildet, daß es einen historischen zeitlichen Verlauf V_h der am Stellglied 4 eingestellten Stellgrößen y erfaßt. Durch die verschiedenen Regelungseingriffe des Regelsystems 10 ergibt sich für den historischen Verlauf V_h beispielsweise die in Fig. 2 gezeigte Schlangenlinie. Das Regelsystem 10 kann nun für einen aktuellen Zeitpunkt t₀ aus dem historischen zeitlichen Verlauf V_h einen zukünftigen zeitlichen Verlauf V_z für die am Stellglied 4 einzustellenden Stellgrößen y berechnen. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird hierfür eine Gerade durch den historischen Verlauf V_h gelegt (interpoliert). Dieser zukünftige zeitliche Verlauf V_z wird nun mit demjenigen Grenzwert y_max oder y_min geschnitten, auf den sich der historische zeitliche Verlauf V_h zubewegt. Im vorliegenden Fall steigt der historische Verlauf V_h an, so daß der zukünftige Verlauf V_z den oberen Grenzwert y_max bei I schneidet. Aus diesem Schnittpunkt I kann nun ein in der Zukunft liegender Ausfallzeitpunkt t₂ bestimmt werden. Ausgehend von diesem Ausfallzeitpunkt t₂ kann dann ein Warnzeitpunkt t₁ ermittelt werden, der sich aus einer vorbestimmten Mindestzeitspanne t_min ergibt, die in Fig. 2 durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist. Diese Mindestzeitspanne t_min ist im Regelsystem 10 gespeichert und kann sich aus Wartungsintervallen ergeben und beispielsweise eine Zeitspanne von zwei bis drei Monate betragen.

[0016] Das Regelsystem 10 überprüft nun, ob eine vom aktuellen Zeitpunkt t₀ bis zum errechneten Ausfallzeitpunkt t₂ verbleibende Zeitspanne t_v größer ist als die vorbestimmte Mindestzeitspanne t_min. Die verbleibende Zeitspanne t_v ist in Fig. 2 ebenfalls durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet. Mit anderen Worten: Das Regelsystem 10 überprüft, ob ausgehend vom aktuellen Zeitpunkt t₀ nach Ablauf der Mindestzeitspanne t_min der Ausfallzeitpunkt t₂ erreicht ist.

[0017] Sobald der historische Verlauf V_h soweit fortgeschritten ist, daß der aktuelle Zeitpunkt t₀ innerhalb der Mindestzeitspanne t_min liegt, erzeugt das Regelsystem 10 ein Warnsignal, beispielsweise durch eine blinkende Betätigung der ersten Signalleuchte 15. Durch die Auswahl der Mindestzeitspanne t_min wird einerseits gewährleistet, daß hinreichend Zeit zur Verfügung steht, um rechtzeitig eine Inspektion oder Wartung des Heizgerätes 1 durchführen zu können. Andererseits ergibt sich durch die Mindestzeitspanne t_min eine Sicherheitsreserve y_r für die bis zum oberen Grenzwert y_max noch am Stellglied 4 einstellbaren Stellgrößen y. Hierdurch kann eine sichere Regelung des Stellglieds 4 und somit ein ordnungsgemäßer Betrieb des Brenners 2 bzw. des Gerätes 1 zumindest zu Beginn der Mindestzeitspanne t_min gewährleistet werden. Die genannte Sicherheitsreserve y_r ergibt sich dabei aus einer Schnittstelle II des Warnzeitpunktes t₁ mit dem zukünftigen zeitlichen Verlauf V_z.

[0018] Die hier vorgesehene zweite Signalleuchte 16 wird vom Regelsystem 10 dann aktiviert, wenn der historische zeitliche Verlauf V_h den Ausfallzeitpunkt t₂, also die Schnittstelle I erreicht oder übersteigt. Das heißt, wenn der aktuelle Zeitpunkt t₀ mit dem Ausfallzeitpunkt t₂ zusammenfällt. Spätestens ab diesem Zeitpunkt t₂ kann ein ordnungsgemäßer Betrieb des Brenners 2 bzw. des Geräts 1 im optimalen Arbeitspunkt nicht mehr gewährleistet werden.

[0019] Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform ein ansteigender zeitlicher Verlauf V der Stellgröße y beschrieben worden ist, kann die Stellgröße y im Verlaufe der Zeit t auch abfallen, wobei dann Entsprechendes für den unteren Grenzwert y_min gilt.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Gasverbrennungsgerät

2

Brenner

3

Brennraum

4

Stellglied

5

Luftleitung

6

Brenngasleitung

7

Gemischleitung

8

Abgasleitung

9

Sensor

10

Regelsystem

11

Signalleitung

12

Steuerleitung

13

Mikroprozessor

14

Speicher

15

erste Signalleuchte

16

zweite Signalleuchte

y

Stellgröße

y_max

oberer Grenzwert

y_min

unterer Grenzwert

y_r

Sicherheitsreserve

t

Zeit

t₀

aktueller Zeitpunkt

t₁

Warnzeitpunkt

t₂

Ausfallzeitpunkt

t_min

Mindestzeitspanne

t_v

verbleibende Zeitspanne

V_h

historischer zeitlicher Verlauf

V_z

zukünftiger zeitlicher Verlauf

Ansprüche

1. Gasverbrennungsgerät, insbesondere Gasheizgerät, mit einem Stellglied (4), mit dem ein Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft einstellbar ist, mit einem Sensor (9), mit dem ein λ-Wert sensierbar ist, der mit dem Sauerstoffgehalt des Abgases korreliert, und mit einem Regelsystem (10), das mit dem Stellglied (4) und mit dem Sensor (9) gekoppelt ist und das eine λ-geführte Regelung des Stellgliedes (4) ermöglicht, wobei das Regelsystem (10) die am Stellglied (4) eingestellte Stellgröße (y) und die Grenzwerte (y_max, y_min) der am Stellglied (4) einstellbaren Stellgrößen (y) kennt und wobei das Regelsystem (10) aus dem historischen zeitlichen Verlauf (V_h) der Stellgröße (y) einen Ausfallzeitpunkt (t₂) berechnet, bei dem die Stellgröße (y) einen ihrer Grenzwerte (y_max, y_min) erreicht.

2. Gasverbrennungsgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem (10) ein Warnsignal erzeugt, wenn der berechnete Ausfallzeitpunkt (t₂) innerhalb einer vorbestimmten Mindestzeitspanne (t_min) liegt.

3. Gasverbrennungsgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem (10) ein Warnsignal erzeugt, wenn der Ausfallzeitpunkt (t₂) erreicht oder überschritten ist.

4. Gasverbrennungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem (10) aus dem historischen zeitlichen Verlauf (V_h) der Stellgröße (y) einen zukünftigen zeitlichen Verlauf (V_z) der Stellgröße (y) berechnet und daraus den Ausfallzeitpunkt (t₂) berechnet.

Zeichnung