Verfahren zum Betreiben eines Gasvormischbrenners

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasvormischbrenners nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Gasvormischbrenner zum Durchführen des Verfahrens sind aus zahlreichen Anwendungen der Heiztechnik bekannt. Sie stellen eine zentrale Baugruppe eines Gasheizgerätes dar und dienen der Bereitstellung und Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs zur Erzeugung eines heißen Verbrennungs- bzw. Abgasstroms. Dessen Energie erwärmt in der Regel einen Heizungswasser-, einen Trinkwasser- oder auch einen Heizungsluftstrom.

[0003] Der konstruktive Aufbau solcher Gasvormischbrenner umfasst zumeist eine Brennerregelung mit Bedieneinrichtung, ein drehzahlvariables Verbrennungsluftgebläse, welches entsprechend der aktuell angeforderten Heizleistung angesteuert wird, eine Gasarmatur zum Dosieren von Brenngas, eine Brenneroberfläche zum Verbrennen des Brenngas-Luft-Gemischs und eine Ionisationselektrode zur Flammenüberwachung, teilweise auch einen Druckwächter zur Überwachung des Brenngasanschlussdruckes.

[0004] Die konstruktive und regelungstechnische Auslegung von Gasvormischbrennern muss einen störungsfreien und schadstoffarmen Betrieb gewährleisten. Das bedeutet unter anderem, dass die Flammen weder zu dicht an der Brenneroberfläche brennen und diese überhitzen, noch zu weit von der Brenneroberfläche abheben und dann möglicherweise partiell oder komplett verlöschen. Hierfür ist unter anderem die Bereitstellung eines Brenngas-Luft-Gemischs mit erwünschter Brenngaskonzentration erforderlich. Üblicherweise werden Gasvormischbrenner in häuslichen Gasheizgeräten bei einer Luftzahl von λ ≈1,3 betrieben.

[0005] Durch ihre Auslegung weisen Gasvormischbrenner einen bestimmten Heizleistungsbereich auf. Einfache Brennertypen können mit einer Ein-Aus-Regelung entweder 0 % oder 100 % ihrer Nennleistung abgeben. Aufwändigere Typen können stufenlos über einen größeren Leistungsbereich zwischen einer Minimal- und einer Maximalleistung modulieren, beispielsweise zwischen 30 % und 100 % ihrer Nennleistung. Dabei entspricht jeder Heizleistung eine fest zuordenbare Brenngasmenge und - bei Zugrundelegung einer zahlenmäßig definierten Luftzahl λ - eine fest zuordenbare Verbrennungsluftmenge. Die Verbrennungsluft wird vom Verbrennungsluftgebläse gefördert, wobei eine proportionale Abhängigkeit zwischen Gebläsedrehzahl und Verbrennungsluftmenge besteht. Diesen Umstand macht sich die Brennerregelung zunutze, indem sie zur Erfüllung einer konkreten Wärmeanforderung die Einstellung einer entsprechenden Soll-Heizleistung über die Vorgabe einer Soll-Gebläsedrehzahl vornimmt.

[0006] Die Gasarmatur dosiert die zuzumischende Brenngasmenge und stellt das Brenngas-Luft-Gemisch auf die Soll-Luftzahl ein. Dazu empfängt die Gasarmatur ein der Verbrennungsluftmenge entsprechendes Signal und regelt die freizugebende Brenngasmenge auf die erforderliche Größe. Das Regelglied der Gasarmatur gewährleistet eine bestimmungsgemäße Brenngasdosierung. Innerhalb bestimmter zulässiger Druckgrenzwerte geschieht dies unabhängig von dem am Gasarmatureintritt anliegenden Brenngasanschlussdruck. Hierbei ist zu beachten, dass die Gasarmatur - abgesehen von durch sie verursachten Druckverlusten - nur die Brenngasmenge und den Brenngasdruck an den Brenner weitergeben kann, die am Gasarmatureintritt vorliegen. Deshalb ist es unerlässlich, dass nicht nur der Gasvormischbrenner mit Gebläse und Gasarmatur, sondern auch die Brenngasanschlussbedingungen auf die Nennleistung des Gasheizgerätes abgestimmt sind.

[0007] Fehlabstimmungen der Brenngasanschlussbedingungen werden zum Beispiel durch zu geringe Leitungsquerschnitte verursacht, durch mangelnden Brenngasversorgungsdruck in der Versorgungsleitung oder durch den zeitgleichen Betrieb mehrerer, an der selben Versorgungsleitung angeschlossener Brenngasverbraucher. Kommt es zu einem Druckabfall unter die Auslegungsdruckgrenze der Gasarmatur, so bedeutet dies für den Betrieb des Gasbrenners einen nicht bestimmungsgemäßen, reduzierten Brenngasdurchsatz. Der Gebläsebetrieb läuft hiervon zunächst unbeeinflusst, was dazu führt, dass die Brenngaskonzentration im Brenngas-Luft-Gemisch zu niedrig, die Luftzahl also zu hoch liegt. Ein solcher Fall tritt bevorzugt bei höheren Leistungsmodulationsgraden auf. In Folge kann es zu abhebenden Flammen, partiellem Verlöschen mit erhöhten Schadstoffemissionen oder komplettem Verlöschen mit Störabschaltung des Gasbrenners kommen.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Brenngasversorgung überwacht und eine eventuelle Brenngasunterversorgung detektiert wird. In einer ersten Ausführungsform erfolgt die Überwachung der Brenngasversorgung mithilfe eines Druckwächters im Gasweg, wobei die Brennerregelung eine eventuelle Unterschreitung eines am Druckwächter anliegenden, für die Brenngasunterversorgung des Gasbrenners typischen Gasdruck-Schwellwertes detektiert. Eine alternative oder ergänzende, zweite Ausführungsform stützt sich auf die Überwachung der Brenngasversorgung mithilfe einer Ionisationselektrode in der Flamme, wobei die Brennerregelung eine eventuelle Unterschreitung eines an der lonisationselektrode anliegenden, für die Brenngasunterversorgung des Gasbrenners typischen lonisationsstrom-Schwellwertes detektiert. Die bei ordnungsgemäßem Brennerbetrieb letztmalig vor der detektierten Brenngasunterversorgung vorliegende Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl wird ermittelt und in einem Datenspeicher der Brennerregelung abgelegt. Bei einem darauf folgenden Brennerstartvorgang und/oder bei einer darauf folgenden Brennerbetriebsphase wird die so ermittelte Heizleistung bzw. Gebläsedrehzahl als maximal realisierbare, reduzierte Heizleistung bzw. Gebläsedrehzahl zugrunde gelegt. Hierdurch wird gegenüber dem Stand der Technik vermieden, dass es wegen zu großem Brenngasdurchsatz hinsichtlich der Brenngasanschlussbedingungen zu einer Brenngasunterversorgung mit den Konsequenzen der abhebenden und verlöschenden Flammen kommt, woraus erhöhte Schadstoffemissionen oder Brennerstörungen folgen würden.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Überwachung der Brenngasversorgung im Hinblick auf eine eventuelle Brenngasunterversorgung nur bei konstanter und/oder steigender Heizleistung bzw. Gebläsedrehzahl, da gerade höherer Brenngasdurchsatz für eine Brenngasunterversorgung verantwortlich ist.
Im Hinblick auf das Ziel eines störungsfreien Brennerbetriebes ist es vorteilhaft, wenn die Ermittlung der bei ordnungsgemäßem Brennerbetrieb letztmalig vor der detektierten Brenngasunterversorgung vorliegenden Gebläsedrehzahl unter Berücksichtigung der aktuellen Winkelbeschleunigung erfolgt. Dadurch wird vermieden, dass es zur fehlerbehafteten Ermittlung der maximal realisierbaren, reduzierten Heizleistung bzw. Gebläsedrehzahl kommt.

[0009] Um sicher zu gehen, dass die Detektion einer Brenngasunterversorgung tatsächlich auf Fehlabstimmungen der Brenngasanschlussbedingungen und nicht auf kurzzeitig wirksamen Störeinflüssen anderer Art beruht, kann eine Begrenzung der Heizleistung in Form der maximal realisierbaren, reduzierten Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl beispielsweise erst bei mindestens zweimaliger, direkt aufeinander folgender Detektion einer Brenngasunterversorgung aktiviert werden.
Die maximal realisierbare, reduzierte Heizleistung bzw. Gebläsedrehzahl wird periodisch auf das Fortbestehen ihrer Ursache, nämlich der Brenngasunterversorgung, überprüft, damit die volle Nennleistung des Gasbrenners wieder zur Verfügung gestellt werden kann. Eine erste Form der Überprüfung ist die versuchsweise Aufhebung der Leistungsbegrenzung durch einen manuellen Eingriff in die Bedieneinrichtung der Brennerregelung. Hierzu ist es zweckdienlich, wenn die Zugrundelegung einer maximal realisierbaren, reduzierten Heizleistung bzw. Gebläsedrehzahl für den nächsten Brennerstartvorgang und/oder nachfolgenden Brennerbetrieb an der Bedieneinrichtung der Brennerregelung angezeigt wird. Damit wird dem Nutzer des Gasheizgerätes signalisiert, dass nicht die volle Leistung zur Verfügung steht, und dass sich das Gerät in einem speziellen Betriebszustand befindet.
Eine alternative oder ergänzende, zweite Form besteht in der automatischen Freigabe der Leistungsbegrenzung nach einer vorgebbaren Anzahl von Brennerstartvorgängen, Brennerbetriebsstunden und/oder bei einem vorgebbaren Gasdruckwert. Sollte die Brenngasunterversorgung fortbestehen, so wird sie wie zuvor erneut detektiert und eine neue maximal realisierbare, reduzierte Heizleistung in Kraft gesetzt.
Bietet die Bedieneinrichtung der Brennerregelung nicht die Möglichkeit eines manuellen Eingriffs, oder verfügt das Gasheizgerät über keinen Zähler von Brennerstartvorgängen und/oder Brennerbetriebsstunden bzw. über keinen Druckwächter im Gasweg, so kann die Begrenzung der Heizleistung auch automatisch beim nachfolgenden Brennerstartvorgang aufgehoben werden. Wird bei aktiver Leistungsbegrenzung eine Brenngasunterversorgung detektiert, so kann es hilfreich sein, eine möglicherweise anstehende automatische Aufhebung der Leistungsbegrenzung für den nachfolgenden Brennerbetrieb auszusetzen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Gasvormischbrenners, insbesondere für ein Gasheizgerät, mit einer Brennerregelung, einem drehzahlvariablen Verbrennungsluftgebläse, welches entsprechend der aktuell angeforderten Heizleistung angesteuert wird, einer Gasarmatur zum Dosieren von Brenngas, einer Brenneroberfläche zum Verbrennen des Brenngas-Luft-Gemischs, einer Ionisationselektrode zur Flammenüberwachung und einem Druckwächter zur Überwachung des Brenngasanschlussdruckes,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngasversorgung überwacht und eine eventuelle Brenngasunterversorgung detektiert wird, dass die bei ordnungsgemäßem Brennerbetrieb letztmalig vor der detektierten Brenngasunterversorgung vorliegende Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl ermittelt und in einem Datenspeicher der Brennerregelung abgelegt wird, und dass die so ermittelte Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl bei einem darauf folgenden Brennerstartvorgang und/oder bei einer darauf folgenden Brennerbetriebsphase als maximal realisierbare, reduzierte Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl zugrunde gelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Brenngasversorgung mithilfe des Druckwächters im Gasweg erfolgt, wobei die Brennerregelung eine eventuelle Unterschreitung eines am Druckwächter anliegenden, für die Brenngasunterversorgung des Gasbrenners typischen Gasdruck-Schwellwertes detektiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Brenngasversorgung mithilfe der lonisationselektrode in der Flamme erfolgt, wobei die Brennerregelung eine eventuelle Unterschreitung eines an der Ionisationselektrode anliegenden, für die Brenngasunterversorgung des Gasbrenners typischen lonisationsstrom-Schwellwertes detektiert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Brenngasversorgung im Hinblick auf eine eventuelle Brenngasunterversorgung nur bei konstanter und/oder steigender Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der letztmalig vor der detektierten Brenngasunterversorgung vorliegende Gebläsedrehzahl unter Berücksichtigung der aktuellen Winkelbeschleunigung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Heizleistung in Form der maximal realisierbaren, reduzierten Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl erst bei mindestens zweimaliger, direkt aufeinander folgender Detektion einer Brenngasunterversorgung aktiviert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Heizleistung durch einen manuellen Eingriff in eine Bedieneinrichtung der Brennerregelung aufzuheben ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Heizleistung automatisch nach einer vorgebbaren Anzahl von Brennerstartvorgängen, Brennerbetriebsstunden und/oder bei einem vorgebbaren Gasdruckwert aufgehoben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Heizleistung automatisch beim nachfolgenden Brennerstartvorgang aufgehoben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Heizleistung nicht automatisch aufgehoben wird, sofern bei aktiver Begrenzung der Heizleistung eine Brenngasunterversorgung detektiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zugrundelegung einer maximal realisierbaren, reduzierten Heizleistung und/oder Gebläsedrehzahl für den aktuellen Brennerbetrieb an der Bedieneinrichtung der Brennerregelung angezeigt wird.