EP4092324A1

EP4092324A1 - Verfahren zur überwachung des betriebes eines heizgerätes, heizgerät sowie computerprogramm und computerlesbares medium

Info

Publication number: EP4092324A1
Application number: EP22171253.2A
Authority: EP
Inventors: Jörg Tomczak; Jan Heitmann
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2022-05-03
Publication date: 2022-11-23
Also published as: DE102021113220A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes eines Heizgerätes (1) mittels eines einem Flammenbereich (2) des mit Verbrennungsluft (3) und Brenngas (4) betriebenen Heizgerätes (1) zugeordneten, gemessenen Signals mit einem vorgebbaren Signalverlauf (5), auf dem ein Betriebspunkt (6) des Heizgerätes (1) abbildbar ist, wobei der vorgebbare Signalverlauf (5) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ein abweichender Signalverlauf (7) eingestellt wird, wobei sich eine Bewertungsposition (8) des Betriebspunkts (6) ergibt. Insbesondere ist das Signal ein lonisationssignal, das über Betriebsparameter einer lonisationselektrode (9) einstellbar ist, wobei die Einstellung des abweichenden Signalverlaufs (7) durch eine Änderung der Betriebsparameter veranlasst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes eines Heizgerätes, ein entsprechend eingerichtetes Heizgerät sowie ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
Die Erfindung liegt insbesondere auf dem Gebiet der Regelung eines BrenngasLuftgemisches für einen Verbrennungsprozess in einem Heizgerät, insbesondere zur Warmwasserbereitung oder Beheizung eines Gebäudes. Zur Messung einer Qualität der Verbrennung, die hauptsächlich von dem während der Verbrennung vorliegenden Verhältnis von Luft zu Brenngas (lambda (λ) - Wert, auch Luftzahl genannt) abhängt, wird insbesondere bei vielen Heizgeräten eine lonisationsmessung in einem Flammenbereich durchgeführt. Solche Messungen sollen eine stabile Regelung über lange Zeiträume ermöglichen. Fällt die Regelung aus, so muss in den meisten Fällen das Heizgerät abgeschaltet werden, was natürlich möglichst selten vorkommen sollte.
Außerdem kann in Heizgeräten auch eine Flammenüberwachung durchgeführt werden, deren wesentliche Aufgabe darin besteht sicherzustellen, dass nach dem Start des Heizgerätes keine Zufuhr von Brenngas erfolgt, wenn keine Flamme vorliegt. Damit werden die Entstehung eines eventuell explosiven Gemisches und das Austreten von unverbranntem Brenngas verhindert. Dies kann auf viele verschiedene Weisen erreicht werden. Es gibt optische, thermische und elektronische Systeme. Ein oft eingesetzter elektronischer Flammenwächter nutzt eine ohnehin vorhandene Zündelektrode, die ansonsten nach der Zündung einer Flamme nicht anderweitig benötigt wird, zur Erzeugung eines lonisationssignals, welches im Stand der Technik nicht zur Regelung, sondern zur Überwachung der Flamme dient. Das speziell aufbereitete lonisationssignal kann nicht nur das Vorhandensein einer Flamme bzw. Erlöschen zuverlässig detektieren, sondern beispielsweise auch das physische Abheben der Flamme vom Brenner durch zu hohe Verbrennungsluftzufuhr frühzeitig messen. So kann bei Instabilitäten der Flamme frühzeitig eine Abschaltung erfolgen.
Nach dem Stand der Technik wird bisher im Betrieb die Regelung oft mittels einer gesonderten lonisationselektrode durchgeführt. Unabhängig von der Art der Elektrode wird der jeweilige Ist-Wert der Ionisation im Flammbereich ermittelt, der proportional dem gerade vorliegenden λ-Wert ist, sodass dieser aus der lonisationsmessung abgeleitet werden kann. Dabei wird an die lonisationselektrode eine Wechselspannung angelegt, wobei der bei Vorhandensein von Flammen ionisierte Flammenbereich eine gleichrichtende Wirkung hat, sodass ein lonisationsstrom hauptsächlich jeweils nur während einer Halbwelle des Wechselstroms fließt. Dieser elektrische Strom oder ein daraus abgeleitetes proportionales Spannungssignal, im Folgenden lonisationssignal genannt, werden gemessen und ggf. nach einer Digitalisierung in einem Analog-/Digital-Wandler als lonisationssignal verarbeitet. So kann der λ-Wert gemessen und mittels eines Regelkreises auf einen Sollwert geregelt werden. Dabei wird die Zufuhr von Luft und/oder Brenngas durch geeignete Stellglieder verändert, bis der gewünschte Sollwert für λ erreicht ist. Im Allgemeinen wird ein λ-Wert > 1,0 (1,0 entspricht einem stöchiometrischen Verhältnis) angestrebt, z. B. ein Wert von λ = 1,3, um sicherzustellen, dass genug Luft für eine saubere Verbrennung im Wesentlichen ohne Erzeugung von Kohlenmonoxid zugeführt wird. Dabei muss λ aber so klein bleiben, dass eine stabile Verbrennung gewährleistet ist. Die Regelung kann insbesondere über ein Ventil für die Zufuhr von Brenngas und/oder ein Gebläse für die Zufuhr von Verbrennungsluft erfolgen.
Bei einer solchen Regelung der Verbrennung mittels eines gemessenen lonisationssignals ist gelegentlich bzw. in vorgegebenen Abständen erforderlich, dass die Plausibilität überprüft und/oder die Regelung kalibriert wird. So wird beispielsweise in der EP 3690318 A2 ein Verfahren angegeben, wobei mittels eines gezielten Betriebes bzw. einer gezielten Einstellung von Gebläse und/oder Brenngasventil eine Überprüfung des lonisationssignals durchgeführt werden kann. Das dort offenbarte Verfahren ist insbesondere auch geeignet, beim Vorliegen von unerwünschten Betriebszuständen in eine sogenannte Notlaufregelung überzugehen, wobei bei einer Störung der primären Regelung nicht abgeschaltet werden muss, sondern nur auf das Notlaufsystem umgeschaltet wird. Die dort offenbarte Methode hat sich bereits sehr bewährt, gleichwohl besteht hier Bedarf in der Verbesserung.
Es ist möglich, dass das lonisationssignal einen komplexen Verlauf hat, also beispielsweise nicht konstant oder linear über einem bestimmten Betriebsparameter bzw. Regelparameter des Heizgerätes ist. Insbesondere kann dieser Signalverlauf mit lokal begrenzten Minima, Plateaus bzw. aufsteigenden und/oder abfallenden Flanken ausgeführt sein. Gerade bei solchen komplexen Signalverläufen besteht aufgrund plötzlicher Ereignisse das Risiko, dass der Betriebspunkt auf diesem Signalverlauf von einem Punkt zu einem anderen überspringt, ohne dass die Regelung dies ohne Weiteres feststellen kann. Dies liegt insbesondere dann vor, wenn der komplexe Signalverlauf im Arbeitsbereich des Regelparameters oder an verschiedenen Punkten denselben lonisationsstrom anzeigt. Als ein plötzliches Ereignis kann beispielsweise betrachtet werden, dass eine spontane Verstopfung der Zufuhr für Verbrennungsluft, beispielsweise durch Auflegen eines Blatts auf der Ansaugstelle, wodurch der Regelparameter einem lokalen Punkt im Signalverlauf auf einen anderen (ggf. weit entfernten) Punkt im Signalverlauf springt, was ggf. unbemerkt bleibt, wenn dort der lonisationsstrom etwa gleich ist. Es besteht daher die Anforderung, einen solchen Übersprung sicher zu detektieren, damit stets im richtigen Bereich geregelt wird.
Weiter sind gerade unter Berücksichtigung einer stärkeren Modulation der Regelung, beispielsweise, weil das Heizgerät mit zur Bereitstellung von Duschwasser eingesetzt werden soll, sehr schnell durchzuführende, kurzzeitige Verfahren zur Überprüfung der aktuellen Regelungssituation erforderlich. Die bisher gängigen Methoden, wonach die Zufuhr der Verbrennungsluft verändert und/oder die Gasarmatur betätigt wird, sind hierfür u. U. nicht schnell genug bzw. erzeugen zu große Temperaturschwankungen beim Duschwasser, sodass der Wasserkomfort für den Benutzer der Dusche nicht sichergestellt werden kann.
Weiter besteht das Bedürfnis, eine solche Überprüfungsmöglichkeit auch mit der bestehenden Elektronik bzw. herkömmlichen Heizgeräten (einschließlich deren Regelungssystem) durchzuführen, sodass beispielsweise auch Kosten einer intensiven Nachrüstung vermieden werden sollen.
Außerdem ist wünschenswert, dass das System selbstständig erkennt, wenn aktuell eine (risikobehaftete) Regelungssituation vorliegt, sodass in einen Notlauf bzw. sogar in einen Not-Stopp übergegangen werden kann, ohne dass es beispielsweise den Einsatz von Servicekräften erfordert.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Heizgerätes angegeben werden, mit dem zuverlässig und schnell unerwünschte bzw. risikobehaftete Regelungssituationen erkannt und ggf. sogar beseitigt werden können. Weiter sind entsprechend eingerichtete Heizgeräte anzugeben, die zuverlässig arbeiten und eine Erweiterung erfahren, ohne dass es hierzu eines erheblichen technischen Aufwands bedarf.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Heizgerätes gemäß den Merkmalen und Schritten des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten und Aspekte der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale bzw. Schritte in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar sind und zu Verbesserungen und Ausführungsbeispielen der Erfindung führen. Die Beschreibung, insbesondere auch im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt zusätzliche Ausführungsbeispiele an.
Hierzu trägt ein Verfahren zur Überwachung des Betriebes eines Heizgerätes bei, wie es nachfolgend erläutert wird. Die Überwachung erfolgt dabei mittels eines einem Flammenbereich des mit Verbrennungsluft und Brenngas betriebenen Heizgerätes zugeordneten (bzw. zuordenbaren), gemessenen Signals mit einem vorgebbaren Signalverlauf, auf dem ein Betriebspunkt des Heizgerätes abbildbar ist. Zudem ist der vorgebbare Signalverlauf selbst einstellbar. Hierbei ist vorgesehen, dass zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ein abweichender Signalverlauf eingestellt wird, wobei sich eine Bewertungsposition des Betriebspunktes ergibt.
Das Verfahren dient insbesondere der Überwachung bzw. Überprüfung der Regelung des Betriebs des Heizgerätes. Das Überwachungsverfahren wird insbesondere zu einem Zeitpunkt ausgeführt, wenn im Flammenbereich tatsächlich Flammen vorliegen, also eine Zündung der bereitgestellten Verbrennungsluft und des Brenngases erfolgt ist. Das Heizgerät kann dabei ein Messsystem umfassen, wobei im Flammbereich ein Verbrennungsparameter erfasst wird, dessen Erfassung ein (elektrisches) Signal mit einem vorgebbaren Signalverlauf zur Folge hat. Dieses Signal ist demnach charakteristisch für den Flammbereich, insbesondere die sich dort einstellende Verbrennung. Das gemessene Signal kann dabei auf einem vorgebbaren Signalverlauf liegen, wobei der aktuell ermittelte Wert des Signals charakteristisch für den Betriebspunkt der Verbrennung bzw. des Heizgerätes ist. Der vorgebbare Signalverlauf lässt sich beispielsweise mittels des Messsystems bzw. der Messanordnung schaltungsspezifisch einstellen, sodass insbesondere ein für die Verbrennung und/oder das Heizgerät charakteristischer Signalverlauf vorgegeben werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass der Signalverlauf über einen vorgebbaren Betriebsparameter, wie beispielsweise der λ-Wert, eine Gebläsedrehzahl etc. den Arbeitsbereich abdeckt. Der Signalverlauf kann geprägt sein von Flanken, Plateaus, lokalen Minima und/oder lokalen Maxima. Wird der Betriebsparameter über diesen Arbeitsbereich variiert, wandert der Betriebspunkt auf diesem Signalverlauf entlang, sodass basierend auf einem vorgebbaren Flammensignal auf einen aktuellen Betriebsparameter des Heizgerätes geschlossen werden kann. Dieser Signalverlauf ist (elektronisch) anpassbar, insbesondere durch eine Verschiebung des Verlaufes, eine Stauchung oder Erweiterung des Verlaufes. Für den regelmäßigen Betrieb des Heizgerätes ist demnach zumeist ein konkret vorgegebener Signalverlauf für die Regelung vorbestimmt.
Nunmehr wird vorgeschlagen, dass zu einem vorbestimmten oder einem aufgrund anderer Ereignisse automatisch initiierten Zeitpunkt dieser elektronisch voreingestellte Signalverlauf abgewandelt bzw. verändert wird, sodass der abweichende Signalverlauf nicht deckungsgleich mit dem ordinär eingestellten vorgebbaren Signalverlauf ist. Dies führt dazu, dass der (ordinäre) Betriebspunkt des Heizgerätes nun auf einem anderen, abweichenden Signalverlauf abgebildet wird, wobei diese geänderte Position eine Bewertungsposition des Betriebspunktes darstellt. Die Bewertungsposition ist insofern ein (nicht-realer) Betriebspunkt des Heizgerätes, sondern eine Position, die im Wesentlichen ausschließlich dazu dient, die Lage des Betriebspunkts mit dem ordinären, vorgebbaren Signalverlauf zu überprüfen. Die Verfremdung bzw. Änderung des Signalverlaufs bewirkt beispielsweise, dass sich dieser Betriebspunkt in andere Regionen des angezeigten Flammsignals bewegt, wobei aus dieser Änderung bzw. veränderten Lage dann Rückschlüsse auf die Plausibilität bzw. den Status der Regelung möglich sind.
Bevorzugt ist das Signal ein lonisationssignal, das über Betriebsparameter einer lonisationselektrode einstellbar ist und wobei die Einstellung des abweichenden Signalverlaufs durch eine Änderung der Betriebsparameter veranlasst wird. Demnach wird hier im Flammenbereich ein lonisationssignal bzw. ein lonisationsstrom ermittelt und als Basis für die Regelung der Verbrennung des Heizgerätes herangezogen. Die Betriebsparameter der lonisationselektrode sind beispielsweise die Art der Wechselspannung, die Stromstärke, die Frequenz, die Amplitude etc. Mit anderen Worten bedeutet dies insbesondere, dass zur (kurzzeitigen) Abwandlung des Signalverlaufs einer oder zumindest einer dieser Betriebsparameter neu eingestellt wird und dadurch zu dem vorgegebenen Zeitpunkt der abweichende Signalverlauf erreicht wird. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt, dass zumindest der eine Betriebsparameter eine elektrische Größe der lonisationselektrode ist.
Es ist möglich, den abweichenden Signalverlauf über einen Bewertungszeitraum von maximal 2,0 Sekunden beizubehalten und danach wieder den vorgebbaren Signalverlauf einzustellen. Ganz besonders bevorzugt ist, den Bewertungszeitraum noch kürzer zu wählen, also beispielsweise maximal 1,0 Sekunde oder sogar nur 0,5 Sekunden. Die Läge des Bewertungszeitraums ist insbesondere an die Regelempfindlichkeit bzw. Messempfindlichkeit des Heizgerätes bzw. Messsystems anzupassen. Daraus ergibt sich, dass die Überprüfung des Betriebes bzw. der Regelung sehr schnell bzw. kurzzeitig erfolgen kann und schnell wieder in die übliche Regelung übergegangen werden kann. Insofern kann auch eine relativ häufige Überprüfung der aktuellen Situation ausgeführt werden, ohne den ordentlichen Betrieb der Verbrennung des Heizgerätes nachteilig zu beeinflussen.
Besonders bevorzugt wird während des Vorliegens des abweichenden Signalverlaufs die Zufuhr von Verbrennungsluft und Brenngas (konstant bzw. unverändert) beibehalten. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass eine Überprüfung des Betriebes bzw. der Regelung ohne Änderung der (mechanischen) Stellorgane, wie beispielsweise der Gasarmatur und/oder des Gebläses, auskommt. Stattdessen ist es möglich, einen (stabilen) Verbrennungsvorgang bzw. eine entsprechende Verbrennungssituation zu identifizieren und dann kurzzeitig die Verbrennung unverändert beizubehalten, wobei (nur elektronisch) die Messwertanalyse verändert wird.
Insbesondere ist möglich, dass aus der zweiten Bewertungsposition eine Anweisung zum weiteren Betrieb des Heizgerätes erzeugt oder hinterlegt wird. Das bedeutet beispielsweise, dass der neu eingestellte, abweichende Signalverlauf eine solche Kontur aufweist, dass der Betriebspunkt, ausgehend von seiner Lage auf dem (ordinär) vorgegebenen Signalverlauf in eine Bewertungsposition gebracht wird, die eine eindeutige Bewertung der aktuellen Verbrennung bzw. des aktuellen Betriebs des Heizgerätes zulässt. Insofern kann aufgrund dieser eindeutigen, elektronisch erzeugten Bewertungsposition auch ein eindeutiger Befehl bzw. Statusbericht oder eine vergleichbare Anweisung bereitgestellt werden. Diese Anweisung kann (stillschweigend) mit abgespeichert werden, es ist aber auch möglich, dass entsprechende Anweisungen an andere Systeme übermittelt und/oder sogar dem Nutzer des Heizgerätes bereitgestellt werden.
Ganz besonders bevorzugt ist, dass der Betrieb des Heizgerätes gestoppt wird, wenn die erzeugte Bewertungsposition außerhalb einer vorbestimmten Betriebszone liegt. Insbesondere ist möglich, dass durch die Einstellung des abweichenden Signalverlaufs imaginäre Betriebszonen geschaffen werden, die insbesondere riskante Betriebszustände des Heizgerätes signalisieren. Liegt ein Betriebspunkt in einem solchen riskanten Bereich, führt die Verlagerung des realen Betriebspunktes hin zur imaginären Bewertungsposition in eine Verlagerung einer Betriebszone, die als kritisch ausgewiesen ist. Insofern kann in Abhängigkeit dieser Lage der erzeugten Bewertungsposition ein Notlaufbetrieb und/oder ein Not-Stopp automatisch initiiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Heizgerät vorgeschlagen, zumindest aufweisend eine lonisationselektrode und Mittel, die geeignet sind, die Schritte des hier vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen. Insbesondere können diese Mittel einen MikroController umfassen, der in der Lage ist, die Signale bzw. Signalverläufe einzustellen und/oder auszuwerten. Insbesondere sind Mittel vorgesehen, die eine Einstellung der Betriebsparameter einer elektrischen Größe der lonisationselektrode erlauben.
Einem weiteren Aspekt folgend ist ein Computerprogramm angegeben, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass das Heizgerät in der hier vorgeschlagenen Art die Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens ausführt. Ein solches Computerprogramm kann gemäß einem weiteren Aspekt auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, beispielsweise einem Computer.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren schematischer Natur sind und die Erfindung nicht beschränken sollen. Die in den Figuren veranschaulichten Elemente und Merkmale können beliebig miteinander kombiniert werden und/oder durch Sachverhalte der allgemeinen Beschreibung ergänzt werden, soweit das hier nicht explizit ausgeschlossen ist. Es zeigen:

Fig. 1:: schematisch ein Heizgerät mit einer Flammenüberwachung,
Fig. 2:: eine schematische Schaltung zur Erzeugung eines lonisationssignals,
Fig. 3:: eine Visualisierung des Verfahrensablaufs, und
Fig. 4:: ein Diagramm mit beispielhaften Signalverläufen.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem Heizgerät 1. In dem Heizgerät 1 zur Verbrennung eines Brenngases mit Luft bildet sich beim Betrieb ein Flammenbereich 2 aus. Die Verbrennungsluft 3 gelangt über eine Luftzufuhr und ein Gebläse 22 in das Heizgerät 1. Brenngas 4 wird der Verbrennungsluft 3 über ein Brenngasventil 23 beigemischt. Eine Zündelektrode 20 zündet beim Start des Verbrennungsprozesses das Gemisch und wird danach zum Beispiel als Teil einer Flammenüberwachung 19 verwendet. Es ist möglich, mittels einer lonisationselektrode 9 ein lonisationssignal im Flammenbereich 2 zu messen, welches zur Regelung des Lambda (λ) - Wertes beim Betrieb des Heizgerätes 1 genutzt werden kann. Dazu dient dann eine Regeleinheit 18, die das Gebläse 22 und/oder das Brenngasventil 23 entsprechend regelt. Eine Flammenüberwachung 19 stellt sicher, dass nur Brenngas 4 zugeführt wird, wenn eine stabile Flamme detektiert wird. Dazu wird eine weitere lonisationselektrode 9, meist kann dafür die Zündelektrode 20 verwendet werden, genutzt, um ein weiteres lonisationssignal zu erzeugen, dessen elektronische Verarbeitung speziell für die Aufgabe der Flammenüberwachung 19 ausgelegt ist. Insbesondere eine Wechselspannungsquelle 14 ist besonders für diesen Zweck gestaltet.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung, wie sie für die Flammenüberwachung 19 eingesetzt werden kann. Eine Wechselspannungsquelle 14 mit einem hohen Ausgangswiderstand 27 liefert zunächst eine Wechselspannung im Wesentlichen ohne Gleichspannungsanteil an die Zündelektrode 20 und die Gegenelektrode (Brenner 21, Masse). Beim Auftreten einer Flamme zwischen den beiden (hier als Ersatzschaltbild 28 dargestellt) fällt die Spannung zwischen der Gleichrichterwirkung der Flamme (im Ersatzschaltbild als Diode dargestellt) nur in einer Halbwelle ab, sodass am Eingang der Auswerteelektronik 29 eine Wechselspannung mit einem negativen Gleichspannungsanteil anliegt, die in der Auswerteelektronik 29 zu dem gewünschten lonisationssignal wird und in einem Analog-/Digitalwandler 30 umgewandelt und dann weiter verarbeitet werden kann. Diese gesamte Anordnung bildet einen bevorzugten Detektor zur Flammenüberwachung 19, der dann ein lonisationssignal liefert, wenn eine Flamme vorhanden ist, wobei das lonisationssignal auch einen typischen Verlauf hat, aus dem sich beispielsweise das beginnende physische Abheben der Flammen von Gasaustrittsöffnungen erkennen lässt, sodass eine Abschaltung auch bei beginnender Instabilität durch zu große Gasgeschwindigkeiten und/oder zu hohen λ-Werten erfolgen kann.
Hierbei wird eine Wechselspannungsquelle eingesetzt, die einen Wechselspannungspulse rzeuger 24, einen Mikrocontroller 25 und einen Einsteller 26 aufweist. Durch diesen Aufbau entsteht eine kostengünstige und platzsparende Wechselspannungsquelle 14, bei der eine effektive Amplitude entsprechend der gewünschten Empfindlichkeit des Detektors eingestellt werden kann. Eine effektive Amplitude hat zwar nicht die Form einer typischen, etwa sinusförmigen Wechselspannung, führt aber bei der weiteren Verarbeitung zu den gleichen lonisationssignalen wie eine sinusförmige Wechselspannung mit dieser Amplitude. Die Bereitstellung einer solchen Wechselspannungsquelle erlaubt auch (kurzzeitig), abweichende Signalverläufe 7 für dieses lonisationssignal zu erzeugen und bereitzustellen.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens, wobei hier links zunächst die übliche Regelung des Betriebs des Heizgerätes 1 veranschaulicht ist. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (dort mit t₁ gekennzeichnet) kann beispielsweise die Einstellung an der Wechselspannungsquelle 14 derart verändert werden, dass eine Überprüfungsmessung 15 durchgeführt wird. Während zuvor die Überwachung des Betriebes des Heizgerätes 1 mittels der Flammenüberwachung 19 und eines im Flammenbereich 2 gemessenen Signals (insbesondere lonisationssignals) mit einem vorgegebenen, ordinären Signalverlauf 5 erfolgte, wird nun zu diesem Zeitpunkt ein abweichender Signalverlauf 7 eingestellt. Dieser abweichende Signalverlauf 7 wird während der Überprüfungsmessung 15 beibehalten, bis zu einem weiteren Zeitpunkt (hier mit t₂ gekennzeichnet) erneut die Wechselspannungsquelle 14 neu eingestellt wird, nämlich derart, dass diese wieder den vorgegebenen, ordinären Signalverlauf 5 erreicht. Während dieser Überprüfungsmessung 15 wurden die Einstellungen hinsichtlich des Gebläses 22 und des Brenngasventils 23 nicht verändert. Das (imaginäre) Bild mit der so erzeugten Bewertungsposition 8 des Betriebspunktes 6 bei dem abweichenden Signalverlauf 7 kann einem Auswertprozess 16 unterworfen werden, wobei es ausgehend von dieser Auswertung bzw. Bewertung dann möglich ist, als Ergebnis dieser Überprüfungsroutine 13 festzulegen, ob wieder zurück (nach links) in den ordinären, regulären Betrieb des Heizgerätes zurückgesprungen wird oder (alternativ) rechts eine Notlaufsituation eingestellt wird, bei der beispielsweise über einen Stopp 17 bezüglich des Betriebs des Heizgerätes 1 entschieden wird.
Fig. 4 veranschaulicht beispielhaft einen Signalverlauf im ordinären Betrieb des Heizgerätes 1, also dem vorgebbaren Signalverlauf 5, mit dem realen Betriebspunkt 6 des Heizgerätes 1, anhand dessen die Regelung erfolgt (hier dargestellt als durchgezogene Linie). Die Ordinate kann beispielsweise das Signal 11 abbilden, insbesondere das lonisationssignal. Auf der Abszisse kann eine relevante Betriebsgröße 12 des Heizgerätes 1 abgebildet sein, beispielsweise eine Gebläselaufzahl, ein λ-Wert etc. Der vorgebbare Signalverlauf 5 charakterisiert dabei bzw. überspannt den üblichen Betriebsbereich dieser Betriebsgröße 12. Im vorliegenden Fall ist er von links nach rechts durch eine zunächst steil abfallende Flanke, ein lokales Minimum, ein etwas längeres Zwischenplateau, ein lokales Minimum und eine steil aufsteigende Flanke gekennzeichnet. Exemplarisch könnte der reale Betriebspunkt 6 im Bereich des rechten lokalen Minimums liegen (vgl. Position 6.2). Es ist aber beispielsweise möglich, dass durch eine kurzfristige Fehlfunktion oder eine kurzzeitige Unterbrechung der Verbrennungsluft schlagartig der Betriebspunkt auf die andere Seite links springt, nämlich auf eine Flanke des lokalen Minimums (vgl. Position 6.1). Erkennt das System dieses plötzliche Umschwenken nicht, wird im falschen Bereich geregelt, was zu erheblichen Schwierigkeiten führen kann.
Daher wird nun vorgeschlagen, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt einen abweichenden Signalverlauf 7 einzustellen (hier gestrichelt dargestellt). Im vorliegenden Fall handelt es sich insbesondere um eine im Wesentlichen symmetrische Stauchung des vorgegebenen bzw. vorgebbaren Signalverlaufs 5, was beispielsweise durch eine Veränderung der Betriebsparameter der lonisationselektrode 9 bzw. der Wechselspannungsquelle erreicht werden kann. Dies führt nun dazu, dass der Betriebspunkt 6 von dem vorgebbaren Signalverlauf 5 hin zu einer Bewertungsposition 8 des abweichenden Signalverlaufs 7 springt. Für die beiden Betriebspunkte 6.1 und 6.2 ist das hier über Pfeile und die Bewertungspositionen 8.1 und 8.2 dargestellt. Aus der Abweichung der beiden Positionen und/oder der finalen Lage der Bewertungsposition 8 ist es möglich, einen Rückschluss darüber zu treffen, ob man im korrekten oder in einem risikobehafteten Bereich real regelt. Hier ist auch dargestellt, dass bezüglich des abweichenden Signalverlaufs 7 eine vorbestimmte Betriebszone 10 eingerichtet ist, die beispielsweise bis zu einem Maximalwert des Signals vorgegeben ist. Erkennt man folglich durch die Transformation des Signalverlaufs vom vorgebbaren Signalverlauf 5 hin zum abweichenden Signalverlauf 7 und der damit einhergehenden Verlagerung des Betriebspunktes 6 hin zur Bewertungsposition 8, dass die Bewertungsposition 8 außerhalb dieser Betriebszone 10 liegt, kann dies beispielsweise genutzt werden, um einen Not-Stopp oder einen Notlaufbetrieb automatisch einzustellen.
Die in Fig. 4 gezeigte Kennlinie bzw. der dort gewählte Signalverlauf 5,7 mit den zwei lokalen Minima angrenzend zu den steilen Flanken im Randbereich kann zwar einerseits eine (seltene) Fehlinterpretation eines konkreten Wertes des Signals zur Folge haben, gleichwohl bietet die kurzzeitige Aufgabe eines Störsignals oder einer Signalabwandlung einfache Möglichkeiten, eine softwaregetriebene Auswertung der Regelsituation zu realisieren. Insbesondere ist es möglich, den lonisationsstrom, der von der Elektronikschaltung über eine an die Elektrode variabel angelegte Spannung konstant gehalten wird, geändert wird, sodass sich der abweichende Signalverlauf 7 einstellt. Die Parameter sind vorzugsweise so gewählt, dass sich ein ähnliches Verhalten einstellt, insbesondere hinsichtlich des Signalverlaufs 5,7.
Derart konnten die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise gelöst werden. Insbesondere wurde ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs eines Heizgerätes 1 angegeben, mit dem zuverlässig und schnell unerwünschte bzw. risikobehaftete Regelungssituationen erkannt und ggf. sogar beseitigt werden können. Weiter wurden entsprechend eingerichtete Heizgeräte 1 angegeben, die zuverlässig arbeiten und eine Erweiterung erfahren, ohne dass es hierzu eines erheblichen technischen Aufwands bedurfte.

Bezugszeichenliste

1: Heizgerät
2: Flammenbereich
3: Verbrennungsluft
4: Brenngas
5: vorgebbarer Signalverlauf
6: Betriebspunkt
7: abweichender Signalverlauf
8: Bewertungsposition
9: lonisationselektrode
10: Betriebszone
11: Signal
12: Betriebsgröße
13: Überprüfungsroutine
14: Wechselspannungsquelle
15: Überprüfungsmessung
16: Auswertprozess
17: Stopp
18: Regeleinheit
19: Flammenüberwachung
20: Zündelektrode
21: Brenner
22: Gebläse
23: Brenngasventil
24: Wechselspannungspulserzeuger
25: Micrcontroller
26: Einsteller
27: Ausgangswiderstand
28: Ersatzschaltbild Flamme
29: Auswerteelektronik
30: Analog/Digitalwandler

Claims

Verfahren zur Überwachung des Betriebes eines Heizgerätes (1) mittels eines einem Flammenbereich (2) des mit Verbrennungsluft (3) und Brenngas (4) betriebenen Heizgerätes (1) zugeordneten, gemessenen Signals mit einem vorgebbaren Signalverlauf (5), auf dem ein Betriebspunkt (6) des Heizgerätes (1) abbildbar ist, wobei der vorgebbare Signalverlauf (5) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem vorgebbaren Zeitpunkt ein abweichender Signalverlauf (7) eingestellt wird, wobei sich eine Bewertungsposition (8) des Betriebspunkts (6) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal ein lonisationssignal ist, dass über Betriebsparameter einer lonisationselektrode (9) einstellbar ist und die Einstellung des abweichenden Signalverlaufs (7) durch eine Änderung der Betriebsparameter veranlasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Betriebsparameter eine elektrische Größe der lonisationselektrode (9) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein abweichender Signalverlauf (7) über einen Bewertungszeitraum von maximal zwei Sekunden beibehalten und danach wieder der vorgebbare Signalverlauf (5) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorliegens des abweichenden Signalverlaufs (7) die Zufuhr von Verbrennungsluft (3) und Brenngas (4) beibehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der erzeugten Bewertungsposition (8) eine Anweisung zum weiteren Betrieb des Heizgeräts (1) erzeugt oder hinterlegt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des Heizgerätes (1) gestoppt wird, wenn die erzeugte Bewertungsposition (8) außerhalb einer vorbestimmten Betriebszone (10) liegt.
Heizgerät (1), zumindest aufweisend eine lonisationselektrode (8) und Mittel, die geeignet sind, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 auszuführen.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das Heizgerät (1) des Anspruchs 9 die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 ausführt.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.