Verfahren zum Betreiben eines Gasvormischbrenners

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasvormischbrenners nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das Dokument DE 196 01517 A beschreibt eine Regelung eines Gasvormischbrenners beim vorliegen einer Brenngasunterversorgung.

[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 erwünschten - 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 Ionisationselektrode 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 Ionisationselektrode 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.

Claims

1. Method for operating a gas premix burner, in particular for a gas heating device, having a burner control unit, a variable-speed combustion air fan which is actuated according to the heating power required at that moment, a gas valve for metering combustion gas, a burner surface for combusting the combustion gas-air mixture, an ionization electrode for flame monitoring and a pressure monitor for monitoring the combustion gas connection pressure,
characterized in that the combustion gas supply is monitored and any undersupply of combustion gas is detected, in that, during proper burner operation, the last heating power and/or fan rotation speed prior to the detected undersupply of combustion gas are determined and stored in a memory of the burner control unit, and in that the heating power and/or fan rotation speed so determined are used as the basis of a subsequent burner start procedure and/or of a subsequent burner operating phase as the maximum possible, reduced heating power and/or fan rotation speed.

2. Method according to Claim 1,
characterized in that the combustion gas supply is monitored with the aid of the pressure monitor in the gas path, wherein the burner control unit detects any drop below a gas pressure threshold value at the pressure monitor which is typical for the undersupply of combustion gas of the gas burner.

3. Method according to Claim 1,
characterized in that the combustion gas supply is monitored with the aid of the ionization electrode in the flame, wherein the burner control unit detects any drop below an ionization current threshold value at the ionization electrode which is typical for the undersupply of combustion gas of the gas burner.

4. Method according to one of Claims 1 to 3,
characterized in that the combustion gas supply is monitored with respect to a possible undersupply of combustion gas only at constant and/or increasing heating power and/or fan rotation speed.

5. Method according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that the last fan rotation speed prior to the detection of an undersupply of combustion gas is determined taking into account the instantaneous angular acceleration.

6. Method according to one of Claims 1 to 5,
characterized in that the limiting of the heating power in the form of the maximum possible, reduced heating power and/or fan rotation speed is activated only in the event of an undersupply of combustion gas being detected at least twice in direct succession.

7. Method according to one of Claims 1 to 6,
characterized in that the limiting of the heating power is to be lifted by means of manual intervention in an operating device of the burner control unit.

8. Method according to one of Claims 1 to 7,
characterized in that the limiting of the heating power is lifted automatically after a predefinable number of burner start procedures, burner operating hours and/or at a predefinable gas pressure value.

9. Method according to one of Claims 1 to 8,
characterized in that the limiting of the heating power is lifted automatically at the subsequent burner start procedure.

10. Method according to Claim 8 or 9,
characterized in that the limiting of the heating power is not lifted automatically as long as an undersupply of combustion gas is detected during active limiting of the heating power.

11. Method according to one of Claims 1 to 10,
characterized in that the use of a maximum possible, reduced heating power and/or fan rotation speed as a basis for the instantaneous burner operation is displayed at the operating device of the burner control unit.

Revendications

1. Procédé pour faire fonctionner un brûleur à gaz à prémélange, en particulier pour un appareil de chauffage à gaz, présentant une régulation du brûleur, un ventilateur à air de combustion à vitesse de rotation variable, qui est régulé en fonction de la puissance de chauffage actuellement demandée, un robinet à gaz pour le dosage du gaz combustible, une surface de brûleur pour brûler le mélange gaz combustible-air, une électrode d'ionisation pour la surveillance des flammes et un dispositif de surveillance de la pression destiné à surveiller la pression du raccord à gaz combustible, caractérisé en ce que l'alimentation en gaz combustible est surveillée et une éventuelle sous-alimentation en gaz combustible est détectée, en ce que la puissance de chauffage et/ou la vitesse de rotation du ventilateur qui existai(en)t, lors d'un fonctionnement selon les règles du brûleur, pour la dernière fois avant la sous-alimentation détectée en gaz combustible, est/sont détectée(s) et enregistrée(s) dans un accumulateur de données de la régulation du brûleur et en ce que la puissance de chauffage et/ou la vitesse de rotation du ventilateur ainsi déterminée(s) est/sont prise(s) comme point de départ lors du processus de démarrage consécutif du brûleur et/ou lors de la phase de fonctionnement consécutive du brûleur comme puissance de chauffage et/ou vitesse de rotation du ventilateur réduite(s) pouvant être réalisée(s) au maximum.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surveillance de l'alimentation en gaz combustible a lieu à l'aide du dispositif de surveillance de la pression dans le parcours de gaz, la régulation du brûleur détectant un éventuel passage sous une valeur limite de pression de gaz existant au niveau du dispositif de surveillance de la pression, caractéristique pour la sous-alimentation en gaz combustible du brûleur à gaz.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surveillance de l'alimentation en gaz combustible a lieu à l'aide de l'électrode d'ionisation dans la flamme, la régulation du brûleur détectant un éventuel passage sous une valeur limite du courant d'ionisation existant au niveau de l'électrode d'ionisation, caractéristique pour la sous-alimentation en gaz combustible du brûleur à gaz.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surveillance de l'alimentation en gaz combustible, eu égard à une éventuelle sous-alimentation en gaz combustible, n'a lieu qu'à une puissance de chauffage et/ou vitesse de rotation du ventilateur constante(s) et/ou croissante(s).

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la détermination de la vitesse de rotation du ventilateur, qui existait pour la dernière fois avant la sous-alimentation en gaz combustible détectée, a lieu en tenant compte de l'accélération angulaire actuelle.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la limitation de la puissance de chauffage sous forme de la puissance de chauffage et/ou de la vitesse de rotation du ventilateur réduite(s), pouvant être réalisée (s) au maximum n'est activée que dans le cas d'au moins deux détections, immédiatement consécutives, d'une sous-alimentation en gaz combustible.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la limitation de la puissance de chauffage est à lever par une intervention manuelle dans un dispositif de commande de la régulation du brûleur.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la limitation de la puissance de chauffage est levée automatiquement après un nombre, pouvant être défini au préalable, de processus de démarrage du brûleur, d'heures de fonctionnement du brûleur et/ou à une valeur de la pression de gaz pouvant être définie au préalable.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la limitation de la puissance de chauffage est levée automatiquement lors d'un processus de démarrage consécutif du brûleur.

10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la limitation de la puissance de chauffage n'est pas levée automatiquement dès lors qu'une sous-alimentation en gaz combustible est détectée lors de la limitation active de la puissance de chauffage.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le fait de prendre comme point de départ une puissance de chauffage et/ou une vitesse de rotation du ventilateur réduite(s), pouvant être réalisée(s) au maximum pour le fonctionnement actuel du brûleur est indiqué au niveau du dispositif de commande de la régulation du brûleur.