DE3639172A1

DE3639172A1 - Verfahren zum betreiben eines brennstoffbetriebenen heizgeraets und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3639172A1
Application number: DE19863639172
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Goerlich
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 1986-11-15
Filing date: 1986-11-15
Publication date: 1988-05-26
Also published as: DE3639172C2; US4852797A; SE8703789L; SE501871C2; CA1280489C; SE8703789D0; JPS63130424A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts, insbesondere eines Fahrzeugzusatzheizgeräts und einer Anordnung zur Durchfüh rung desselben.

Bei Heizgeräten, die als Wärmeträger Luft haben, bestimmt die Temperatur am Wärmeübertrager die Größe der Heizlei stung, die man maximal mit dem Heizgerät ohne Beschädigung von Bauteilen erreichen kann. Hierbei ist die Temperatur am Wärmeübertrager abhängig von der Temperatur und der Menge der angesaugten Luft, die mit Hilfe des Wärmeübertragers zur Erzeugung von Heizluft erwärmt wird. Da beim Betreiben solcher Heizgeräte unterschiedliche Luftdurchsätze sowie Lufttempera turen aber auch unterschiedliche Brennstoffmengen auftreten können, muß aus Gründen der Bauteilsicherheit bei der üblichen Steuerung und Regelung des Heizgeräts die Nennheizleistung ei nes solchen Heizgeräts im Vergleich zu jener Heizleistung ge senkt werden, die man bei maximal zulässiger Wärmeübertragertem peratur liefern könnte.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren zum Be treiben eines Heizgeräts der gattungsgemäßen Art sowie eine Anordnung hierfür bereitzustellen, die eine bessere Ausnutzung der lieferbaren Heizleistung gestatten.

Hierzu zeichnet sich einerseits ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts der gattungsgemäßen Art dadurch aus, daß die momentan maximal erzeugbare Heiz leistung nach Maßgabe des momentanen Betriebszustandes des Heizgeräts geregelt wird. Bei diesem Betriebsverfahren wird demnach der momentane Betriebszustand des Heizgeräts, wie z. B. der Belastungszustand oder die Temperatur an den höchst be lastetsten Stellen des Heizgeräts als Regelgröße für die momentane maximal erzeugbare Heizleistung genommen. Somit er möglicht das Verfahren nach der Erfindung ein Betreiben ei nes solchen Heizgeräts immer im Grenzleistungsbereich, ohne daß die Bauteile beispielsweise durch Überlastung gefährdet sind. Hierdurch läßt sich die mit dem Heizgerät erzeugbare Heizleistung optimieren und erhöhen, ohne daß das Grundbau prinzip eines solchen Heizgeräts verändert zu werden braucht.

Gemäß einer Ausführungsvariante des Verfahrens nach der Er findung wird für die Bestimmung des momentanen Betriebszu stands des Heizgeräts eine charakteristische Bauteiltemperatur herangezogen, wobei hierbei insbesondere die Temperatur des Wärmeübertragers in Betracht kommt. Da meist der Boden des Wärmeübertragers, an dem die aus der Brennkammer austretenden heissen Verbrennungsgase in Gegenrichtung umgelenkt werden, am kritischsten ist, wird die Temperatur am Boden des Wärme übertragers als maßgebende Größe für den momentanen Betriebszu stand des Heizgeräts berücksichtigt.

Alternativ kann der momentane Betriebszustand des Heizgeräts auch aus der Temperatur der Heizluft ermittelt werden, da die se Temperatur in einem relativ gleichbleibenden Verhältnis zu den temperaturkritischen Bereichen des Heizgeräts steht.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Regelung der Heizleistung mit Hilfe der Regelung der Brennstoffmenge, die dem Brenner zu geführt wird. Dabei kann es zweckmäßig sein, auch zusätzlich die dem Brenner zugeführte Brennluftmenge zu regeln.

Gemäß einem zweiten wesentlichen Gesichtspunkt nach der Erfindung wird auch eine Anordnung zur Durchführung des Ver fahrens angegeben, die eine Erfassungseinrichtung für den momentanen Betriebszustand des Heizgeräts sowie eine Re geleinrichtung für die momentane maximal erzeugbare Heiz leistung hat, die mit der Erfassungseinrichtung zusammenar beitet.

Wenn bei einer solchen Anordnung eine charakteristische Bau teiltemperatur als maßgebende Größe für den momentanen Be triebszustand erfaßt wird, ist vorzugsweise ein Temperatursen sor am Wärmeübertrager, und zwar am Boden desselben, ange ordnet.

Alternativ kann die Erfassungseinrichtung auch die Tem peratur der Heizluft beispielsweise mit Hilfe eines Tempera tursensors im austretenden Heizluftstrom erfassen, um dann in entsprechender Weise die Regeleinrichtung für die momen tane maximal erzeugbare Heizleistung zu beeinflussen.

Für die Regelung der maximal erzeugbaren Heizleistung ist vorzugsweise eine Mengenregeleinrichtung vorhanden, die die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von dem erfaßten Betriebszustand in entsprechender Weise steuert. Zusätzlich wird gegebenenfalls auch die Brennluftmenge geregelt.

Ferner kann die Regeleinrichtung für die maximal erzeugbare Heizleistung auch noch mit einem Sensor für die Heizluft austrittstemperatur und/oder für die Umgebungstemperatur ver bunden sein, so daß auch diese Einflußgrößen als Führungs größen bei der Regeleinrichtung berücksichtigt werden kön nen, um die vom Heizgerät lieferbare Heizleistung dem aktuellen Heizleistungsbedarf anzupassen.

Zusammenfassend ermöglichen somit das erfindungsgemäße Ver fahrensprinzip und die Anordnung nach der Erfindung, daß bei Heizgeräten mit vorbestimmter Baugröße die maximal erzeugbare Heizleistung ohne eine Gefährdung der Bauteile erhöht werden kann. Auch ändert sich die Heizlufttemperatur wesentlich we niger in Abhängigkeit von der Temperatur der angesaugten Luft. Ferner erreicht man diese gesteigerte Heizleistung in einer solchen Weise, daß man zum Betreiben nur geringfügig mehr elektrische Leistung aufnehmen muß. Zugleich wird die Aufheiz zeit verkürzt, da das Heizgerät mit maximaler und gemäß der Erfindung erhöhter maximaler Heizleistung in Betrieb genommen werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezug nahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung des Betriebs verfahrens, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durch führung des Betriebsverfahrens mit schematisch dargestelltem Heizgerät und den Regel- und Er fassungseinrichtungen sowie den Sensoren und deren Anordnungsmöglichkeiten.

Im Flußdiagramm nach Fig. 1 ist schematisch der Ablauf des Betriebsverfahrens nach der Erfindung dargestellt. Als Bei spiel wird hierbei der momentane Betriebszustand des Heizgeräts unter Berücksichtigung einer charakteristischen Bauteiltempera tur, nämlich der Temperatur T _W des Wärmeübertragers des Heiz geräts ermittelt. Wenn diese Temperatur T _W des Wärmeübertragers kleiner der Temperatur T _Wgrenz, d. h. der zulässigen Maximaltemperatur des Wärmeübertragers, ist, so wird ermittelt, ob die gewünschte Raumtemperatur T _R kleiner als ein Sollwert T _Rsoll ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Brennstoffmenge _B ausgehend von einer Grundbrennstoffmenge _{B 0} um Δ _B vergrößert. Wenn dann das Heizgerät unter diesen Bedingungen betrieben wird, so beginnt der Regelzyklus wieder von vorne, indem die Temperatur des Wärmeübertragers T _W mit der Grenztemperatur T _Wgrenz verglichen wird.

Wenn die Temperatur T _W des Wärmeübertragers größer als die Grenztemperatur T _Wgrenz ist, oder die gewünschte Raumtemperatur T _R größer als der Sollwert ist, so wird die Brennstoffmenge _B verringert und beläuft sich auf _{B 0}-Δ _B. Beim Betreiben des Heizgeräts in diesem Zustand wird dann der Regelzyklus wieder ausgehend von dem Vergleich mit der Grenztemperatur durchlaufen, um nach Maßgabe des momentanen Betriebszustands des Heizgeräts jeweils die maximal erzeug bare Heizleistung bedarfsabhängig einzuregeln.

Anstelle der Temperatur T _W des Wärmeübertragers kann der momentane Betriebszustand des Heizgeräts auch aus der Temperatur T _HL der Heizluft ermittelt werden. Der Verfahrensablauf entspricht jedem in Fig. 1 dargestellten. Zusätzlich kann zu der Raumtemperatur T _R beim Verfahren nach der Erfindung die über einen Raumthermostaten erfaßte Temperatur T _T bei der Regelung berücksichtigt werden.

Ferner kann entsprechend der Änderung der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge _B auch zusätzlich die zugeführte Brennluftmenge geändert werden. In diesem Fall, der in Fig. 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingetragen ist, wird dann im Anschluß an die Änderung der zugeführten Brennstoffmenge _B auch die dem Brenner zugeführte Brennluftmenge _BL in entsprechender Weise, d. h. entweder größer werdend oder kleiner werdend, verändert.

In Fig. 2 ist schematisch ein Heizgerät mit einem Blockschalt bild zur Verdeutlichung der Regelanordnung nach der Erfindung dargestellt. Das brennstoffbetriebene Luftheizgerät ist ins gesamt mit 1 bezeichnet und weist einen Brenner 2 auf, dem Brennluft 3 über ein Brennluftgebläse 3 a und Brennstoff über eine Brennstoffzufuhreinrichtung 4 zugeführt wird. Das so am Brenner 2 erzeugte brennbare Gemisch wird in einer Brennkammer 14 des Heizgeräts 1 verbrannt und die heißen Verbrennungsgase treten an einem Wärmeübertrager 5 in Wärmeaustausch zu der als Heizmedium beginnenden Heizluft, die über einen Heizluft einlaß 12 am Heizgerät 1 eintritt und über einen Heizluftaus laß 13 nach dem Überstreichen des Wärmeübertragers 5 aus dem Heizgerät 1 austritt, wie dies mit Pfeilen in Fig. 2 dar gestellt ist. Das Brennluftgebläse 3 a saugt aus der Umgebung Luft über einen Einlaß 15 an. Nach Durchgang durch den Wärme übertrager 5 treten die Abgase über einen Abgasauslaß 11 aus dem Heizgerät 1 aus. Bei dem vorstehend betriebenen Heiz gerät handelt es sich um eine übliche Bauform.

Eine Anordnung zum Betreiben des Heizgeräts 1 nach der Erfin dung umfaßt zur Erfassung des momentanen Betriebszustands des Heizgeräts 1 einen Temperatursensor 6, der als charakteristi sche Bauteiltemperatur die Temperatur T _W des Wärmeübertragers 5 erfaßt. Vorzugsweise ist dieser Sensor 6 am Boden des Wärme übertragers 5 angeordnet und angebracht.

Wie in gebrochenen Linien in Fig. 2 eingetragen ist, kann an stelle des Temperatursensors 6, der am Wärmeübertrager 5 vor gesehen ist, ein Sensor 6′ im Heizluftstrom, und zwar vorzugs weise in der Nähe der Austrittsseite des Heizluftstroms aus dem Heizgerät 1, d. h. in der Nähe des Heizluftauslasses 13 an geordnet sein.

Der Temperatursensor 6 oder der Sensor 6′ für die Heizluft temperatur ist mit einer Regeleinrichtung 7 verbunden, mittels der die maximal erzeugbare Heizleistung unter Berücksichtigung der für den momentanen Betriebszustand des Heizgeräts charak teristischen Größe regelbar ist. Diese Regeleinrichtung 7 für die maximal erzeugbare Heizleistung des Heizgeräts 1 ist mit einer Mengenregeleinrichtung 8 für die dem Brenner 2 zu geführte Brennstoffmenge _B verbunden, die als Stellglied dient. Der Regeleinrichtung 7 wird entweder eine gewünschte Raumtemperatur T _R vorgegeben, die in der Regeleinrichtung 7 mit einem Sollwert verglichen wird oder der Regeleinrichtung 7 ist ein Sensor 10 für die Umgebungstemperatur, wie ein Raum thermostat vorgeschaltet, dessen Ausgang als Eingang an der Regeleinrichtung 7 anliegt, wie dies mit gebrochenen Linien in Fig. 2 dargestellt ist. Die vom Sensor 10 erfaßte Umgebungs temperatur T _T wird in der Regeleinrichtung 7 mit einem Sollwert verglichen, und entsprechend diesem Vergleich wird auf die als Stellglied dienende Mengenregeleinrichtung 8 für Brenn stoff eingewirkt.

Wie ferner in gebrochenen Linien in Fig. 2 eingetragen ist, kann über einen weiteren Ausgang der Regeleinrichtung 7 für die maximal erzeugbare Heizleistung zusätzlich auf eine Mengen regeleinrichtung 9 für Brennluft eingewirkt werden, um dem Brenner entsprechend der mittels der Mengenregeleinrichtung 8 für Brennstoff zugeführten geänderten Brennstoffmenge _B auch eine geänderte Brennluftmenge _BL zuzuführen, so daß der Verbrennungsprozeß im Heizgerät 1 mit dem gewünschten Ge mischverhältnis von Brennstoff und Brennluft ablaufen kann.

Die nach der Erfindung vorgesehene Anordnung mit ihren ein zelnen Bauteilen kann natürlich in einem Steuergerät für ein Heizgerät integriert sein oder es kann eine gesonderte zusätzliche Anordnung in Form einer Schaltungsplatte o. dgl. vorgesehen sein. Alternativ kann die Anordnung bei der Ver wendung eines Mikroprozessors zur Steuerung des Heizgeräts 1 einheitlich in Form eines geänderten Programmablaufs des Mikro prozessors verwirklicht werden.

Selbstverständlich kann auch eine andere charakteristische Bauteiltemperatur als jene erfaßt und als maßgebende Größe berücksichtigt werden, als die in den bevorzugten Beispielen erfaßte Wärmeträgertemperatur T _W oder Heizluftemperatur T _HL. Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zur Durchführung desselben bestimmten Anordnung ist der Gedanke, daß das Heizgerät im Bedarfsfall im Grenzheizleistungsbereich betrieben wird, um bei möglichst geringem Bauvolumen eine optimale Heizleistung zu erzielen.

Bezugszeichenliste 1 Heizgerät insgesamt
2 Brenner
3 Brennluft
3 a Brennluftgebläse
4 Brennstoffzufuhreinrichtung
5 Wärmeübertrager
6 Temperatursensor an Wärmeübertrager
6′ Sensor für Heizlufttemperatur
7 Regeleinrichtung für maximale erzeugbare Heizleistung
8 Mengenregeleinrichtung für Brennstoff
9 Mengenregeleinrichtung für Brennluft
10 Sensor für die Umgebungstemperatur (Raumthermostat)
11 Abgasauslaß
12 Heizlufteinlaß
13 Heizluftauslaß
14 Brennkammer
15 Brennlufteinlaß
T _W Temperatur des Wärmeübertragers 5
T _R Gewünschte Raumtemperatur
T _HL Temperatur der Heizluft
_B Brennstoffmenge
_BL Brennluftmenge
T _T Umgebungstemperatur

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgeräts, bei dem einem Brenner des Heizgeräts Brennstoff und Brennluft zugeführt werden und über einen Wärmeübertrager Luft als Heizmedium unter Lieferung einer Heizleistung aufgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Maß gabe des momentanen Betriebszustandes des Heizgeräts die maximal erzeugbare Heizleistung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Betriebszustand des Heizgeräts aus einer charakteristischen Bauteiltemperatur ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Bauteiltemperatur die Temperatur des Wärmeübertragers, insbesondere des Bodens desselben, ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Betriebszustand des Heizgeräts aus der Temperatur der Heizluft ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Heizleistung die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die dem Brenner zugeführte Brennluftmenge geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Heizleistungsregelung auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt wird.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (6, 6′) für den momentanen Betriebszustand des Heizgeräts, die mit einer Regeleinrichtung (7) für die maximal erzeug bare Heizleistung zusammenarbeitet.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (6) für den momentanen Betriebs zustand des Heizgeräts eine charakteristische Bauteiltempera tur ermittelt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der charakteristischen Bauteiltemperatur ein Temperatursensor (6) am Wärmeübertrager (5) angeordnet ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (6) am Boden des Wärmeübertragers (5) angeordnet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (6′) für den momentanen Be triebszustand des Heizgeräts die Temperatur der Heizluft er mittelt.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Temperatur der Heizluft ein Tempera tursensor (6′) im austretenden Heizluftstrom angeordnet ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) für die maximal erzeugbare Heizleistung eine Mengenregeleinrichtung (8) für die dem Brenner (2) zugeführte Brennstoffmenge ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mengenregeleinrichtung (9) für die dem Brenner (2) zugeführte Brennluft zusätzlich vorgesehen ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (7) für die maxi mal erzeugbare Heizleistung mit einem Sensor (10) für die Umgebungstemperatur (Raumthermostat) verbunden ist.