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Title:
METHOD FOR CONTROLLING A COMBUSTION-GAS OPERATED HEATING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/091619
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling an air volume flow, generated by a fan, of a gas-air mixture supplied to a burner of a combustion-gas operated heating device by means of a control unit by detecting and evaluating motor operating parameters of the fan motor.

Inventors:
VROLIJK ENNO JAN (NL)
DANNEMANN JAN (DE)
HENNRICH HARTMUT (DE)
HERMANN JENS (DE)
KLINK HANS-JOACHIM (DE)
WALD STEPHAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/073517
Publication Date:
May 16, 2019
Filing Date:
August 31, 2018
Export Citation:
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Assignee:
EBM PAPST LANDSHUT GMBH (DE)
International Classes:
F23N3/00; F23N3/08; F23N5/18
Domestic Patent References:
WO2005116527A12005-12-08
WO2006000366A12006-01-05
Foreign References:
EP1519113A22005-03-30
EP1039139A12000-09-27
Attorney, Agent or Firm:
PETER, Julian (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung eines durch ein Gebläse erzeugten Luft- Volumenstroms eines an einen Brenner eines brenngasbetriebenen Heizgerätes (100) gelieferten Gas-Luftgemisches mittels einem Steuergerät (9), wobei a. das Gebläse über einen Elektromotor angetrieben und die von dem Elektromotor im Betrieb abgegebene Motorleistung über seine elektrische Stromaufnahme sowie eine Gebläsedrehzahl (n) des Gebläses erfasst werden, b. aus einem Wert der elektrischen Stromaufnahme über ein Kennfeld unmittelbar eine von dem Gebläse erzeugte Druckdifferenz (Δρ) zwischen Umgebungsdruck und Brennerdruck bestimmt wird, und wobei c. eine Regelung der Motorleistung durch eine Anpassung der elektrischen Stromaufnahme auf einen neuen Betriebspunkt erfolgt, anschließend die sich durch die Anpassung ergebende Gebläsed- rehzahi (nneu) in dem neuen Betriebspunkt gemessen wird und die sich durch die Anpassung ergebenden Werte der Druckdifferenz (Apneu) und des Luft-Volumenstroms in dem neuen Betriebspunkt durch die sich ergebende Gebläsedrehzahl (nneu) und die ange- passte elektrische Stromaufnahme ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die sich

durch die Anpassung ergebenden Werte der Druckdifferenz (Apneu) und des Luft-Volumenstroms in dem neuen Betriebspunkt durch in einem Steuergerät hinterlegte Gebläsekennlinien ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ei- ne Maximaldruckbegrenzung für einen durch das Gebläse erzeugten Maximaldruck aufweist, wobei die Regelung der Motorleistung in Abhängigkeit von den Druckdifferenzen (Δρ, Apneu) vor und nach der Änderung der elektrischen Stromaufnahme auf den neuen Betriebspunkt erfolgt.

4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenzen (Ap Äpneu) aus einem Vergleich von Druckdifferenz-Kennlinien des Kennfelds vor und nach der Änderung der elektrischen Stromaufnahme auf den neuen Betriebspunkt bestimmt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld Geläsekennlinien bezüglich der Abhängigkeit des von dem Gebläse erzeugten Luft-Volumenstroms und Differenzdruck gegenüber seiner elektrischen Stromaufnahme umfasst.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse pulsweitenmoduliert ist und die elektrische Stromaufnahme über die Pulsweite bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse als Vormischgebläse ausgebildet ist, und dem Luft-Volumenstrom ein Gasvolumenstrom zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb kontinuierlich die Gebläsedrehzahl (n) mit der aktuellen elektrischen Stromaufnahme des Gebläses abgeglichen wird.

9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Abweichung des Luft-Volumenstroms von einem Soll-Luft-Volumenstrom das Heizgerät abgeschaltet oder eine Alarmmeldung ausgegeben wird.

10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Erstinbetriebnahme des Heizgerätes verschiedene Betriebspunkte der Motorleistung des Gebläses und zugehörige Luft- Volumenströme labortechnisch ermittelt und als Standardstromaufnahme und zugehöriger Standard-Gebläsedrehzahl als Luftvolumenstrom- Sollwertkennlinie in dem Steuergerät hinterlegt werden.

1 1. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftvolumenstrom-Sollwertkennlinie punktuell oder über den gesamten Bereich entsprechend der Anpassung der Motorleistung durch die Anpassung der elektrischen Stromaufnahme auf den neuen Betriebspunkt angepasst wird.

12. Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes (100) unter Nutzung einer lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie, wobei a. ein über eine Gaszuführung gelieferter Gasvolumenstrom und ein über ein Gebläse gelieferter Luftvolumenstrom zu einem Gas- Luftgemisch gemischt und mit einer auf einer gewünschten Brennerleistung basierenden Luftzahl λ einem Brenner (28) des Heizgerätes zugeführt werden, b. die Luftzahl λ mittels einem lonisationsmessverfahren einer Brennerflamme des Brenners (28) überwacht wird, c. eine Plausibilitätskontrolle erfolgt, bei welcher ein lonisations- messsignal des lonisationsmessverfahrens ausgewertet wird, und im Falle einer Abweichung von einem lonisationsmesssignal- Sollwert eine Gemischkalibration des Gas-Luftgemisches erfolgt, und wobei d. die Gemischkalibration durch eine lonisationsstromregelung er- folgt, bei der das Gas-Luftgemisch auf einen Wert angepasst wird, bei dem ein maximales lonisationsmesssignal erreicht ist, und aus dem maximalen lonisationsmesssignal ein lonisationssignalsoll- wert für die Soll-Luftzahl λ50ιι in einem Kalibrierungspunkt errechnet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Soll-Luftzahl Ason ein Luftbedarfswert L errechnet und über den Luftbedarfswert eine Gasart des Gases bestimmt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Heizgerätes (100) entlang der lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie erfolgt und die lonisations- Sollwert-Leistungskennlinie durch die Gemischkalibration über einen gesamten Leistungsbereich des Heizgerätes angepasst wird, wenn das lonisationsmesssignal oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts von einem lonisationsmesssignal-Soliwert abweicht.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gemischkalibration zunächst ein Volumenstrom bei einer festgelegten Gebläsedrehzahl erzeugt und gemessen wird, und über die lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie der zugehörige lonisationssignalsollwert ermittelt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des über das Gebläse gelieferten Luftvolumenstroms für eine erforderliche Brennerleistung aus einer Luftzahl-Leistungskennlinie die gewünschte Luftzahl ermittelt und daraus der über das Gebläse zu liefernde Luftvolumenstrom berechnet wird.

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Description:
Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes. Dabei werden Motorbetriebsparameter eines Gebläsemotors des den Luft-Volumenstrom erzeugenden Gebläses erfasst und ausgewertet.

Gattungsbildende Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Offenbarung gemäß der Druckschrift WO2006/000366A1.

Auch kennt der Fachmann den Zusammenhang zwischen dem Gebläsedruck (Differenzdruck) des Gebläses, der elektrischen Stromaufnahme und des sich daraus ergebenden Motordrehmoments des Gebiäsemotors sowie der Gebläsedrehzahl bezüglich des von dem Gebläse geförderten Luft-Volumenstroms. Aus der elektrischen Stromaufnahme des Gebläsemotors lässt sich unmittelbar auf das gelieferte Motordrehmoment und den erzeugten Differenzdruck schlie- ßen. Aus der Gebläsedrehzahl ergibt sich eine bestimmte Luft- Volumenstromkenngröße. Der von dem Gebläse erzeugte Differenzdruck (Änderung des von Umgebungsdruck auf Brennerdruck) sinkt mit steigendem Luft- Volumenstrom ab. Auch im Falle einer Störung des Heizgeräts, beispielsweise durch einen verstopften Abgasweg oder einen verstopften Wärmetauscher am Brenner des Heizgerätes, sinkt der geförderte Luft-Volumenstrom. Bei gleichbleibender Gebläsedrehzahl reduziert sich die elektrische Stromaufnahme des Gebläsemotors.

Stand der Technik ist zudem eine Verbrennungsregelung nach dem sog.

SCOT-Verfahren, bei dem die Steuerung der dem Brenner des Heizgerätes zugeführte Luftmenge entsprechend der Brennerleistung erfolgt. Dabei wird eine Flammensignalmessung mittels eines lonisationssensors durchgeführt und das Gas-Luftgemisch auf einen in einer Kennlinie hinterlegten Soll- Ionisationsmesswert geregelt. Beim SCOT-Verfahren ist jedoch nachteilig, dass bei kleinen Brennerleistungen das Flammensignal stark absinkt und die Regelung damit unzuverlässig wird. Zudem ist der Adaptionsaufwand, insbesondere zur Anpassung der Brennergeometrie hoch und die Brennerleistung kann nur ungenau über die Gebläsedrehzahl eines den Luftvolumenstrom für das Gas- Luft-Gemisch liefernden Gebläses bestimmt werden.

Eine Problematik der Regelungsverfahren liegt zudem darin, dass für die Verbrennung unterschiedliche Gasarten, z.B. Erdgas oder Flüssiggas, sowie Gasqualitäten zum Einsatz kommen. Die Parameter des Regelungsverfahrens müssen auf die Gasart bzw. Gasqualität angepasst werden, da die Verbrennung andernfalls unsauber abläuft.

Für Regelungsverfahren der vorliegenden Art gilt, dass die Luftzahl λ in der Technik das Verhältnis zwischen Luft und Gas bestimmt, wobei beispielsweise eine Luftzahl λ=1 ,3 einem Luftüberschuss von 30% entspricht. Ein für ein be- stimmtes Gas erforderlicher Luftbedarf L ist abhängig von der Gasbeschaffenheit, wobei beispielhafte Werte für Propan: L= ca. 30, Erdgas aus der Gruppe H: L= ca. 10 und Erdgas aus der Gruppe L: L= ca. 8 sind. Die Luftzahl ist in der Praxis vorzugsweise bei verschiedenen Brennerleistungspunkten und bei verschiedenen Gasfamilien (z.B. Erdgas oder Flüssiggas) unterschiedlich. In der Regel wird dieser Zusammenhang in Form von leistungsabhängigen λ- Kennlinien im Steuergerät abgespeichert. Zur automatischen Auswahl der richtigen Kennlinie ist eine automatische Gasarterkennung nötig. Der zu einem definierten Gas-Luftgemisch erforderliche Luftvolumenstrom vL berechnet sich aus dem Gasvolumenstrom vG multipliziert mit dem Luftbedarf L multipliziert mit der Luftzahl: vL = vG * L * λ.

Der Brennwert der unterschiedlichen Gase entspricht näherungsweise dem Wert des Luftbedarfes L. Dieser Zusammenhang wird zur Vorsteuerung des modulierenden Verbrennungsluftgebläses auf eine gewünschte Brennerleistung genutzt. Da alle Gase unter unterschiedlichen Temperaturen und Drücken ihr Volumen verändern, gelten die oben aufgeführten Bedingungen nur bei gleichen Druck- und Temperaturbedingungen. Bei den in der Praxis jedoch abweichenden Bedingungen für Gas und Luft muss zur Regelung des Verbrennungs- prozess entweder der jeweilige Massenstrom oder entsprechend korrigierte Volumenströme zugrunde gelegt werden (Beispiel: bei 30 K Temperaturerhöhung dehnt sich Luft um 10% aus, ohne dass mehr Luftmoleküle am Verbrennungs- prozess beteiligt wären, so dass ohne Korrektur die Luftzahl um 10% sinken würde).

Bei einer Störung des Heizgerätes durch Verstopfung verschiebt sich bei einer reinen Drehzahlregelung ohne Berücksichtigung der daraus resultierenden höheren, aber nicht erfassten Druckdifferenz der Betriebspunkt des Heizgerätes. Bei einem konstanten Gasvolumenstrom und einem störungsbedingten verringerten Luft-Volumenstrom reduziert sich die Luftzahl des Verbrennungsgasge- misches. Um dem entgegen zu wirken müssen die Gebläsedrehzahl und Motorleistung des Gebläsemotors angepasst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes bereitzustellen, mit dem der Luft- Volumenstrom und die Luftzahl beeinflussende Störungen des Heizgerätes ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Regelung eines durch ein Gebläse erzeugten Luft-Volumenstroms eines an einen Brenner eines brenngasbetriebenen Heizgerätes gelieferten Gas-Luftgemisches vorgeschlagen, bei dem das Gebläse über einen Elektromotor angetrieben und die von dem Elektromotor im Betrieb abgegebene Motorleistung über seine elektrische Stromaufnahme sowie eine Gebläsedrehzahl des Gebläses erfasst werden. Aus einem Wert der elektrischen Stromaufnahme wird über ein Kennfeld unmittelbar eine von dem Gebläse erzeugte Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und Brennerdruck bestimmt. Im Falle einer Störung erfolgt eine Regelung der Motorleistung durch eine Anpassung der elektrischen Stromaufnahme auf einen neuen Betriebspunkt. Anschließend wird die sich durch die Anpassung ergebende Gebläsedrehzahl in dem neuen Betriebspunkt gemessen und die sich durch die Anpassung ergebenden Werte der Druckdifferenz und des Luft-Volumenstroms in dem neuen Betriebspunkt werden durch die sich ergebende Gebläsedrehzahl und die angepasste elektrische Stromaufnahme ermittelt.

Die Erfindung nutzt für die Regelung die Tatsache, dass das Verhältnis der elektrischen Stromaufnahme des Gebläseelektromotors und der Gebläsedrehzahl bei einem zu fördernden Luft-Volumenstrom unabhängig von der Druckdifferenz und der Motorleistung nahezu konstant ist. Durch die messtechnische Bestimmung des Quotienten (l/n) aus elektrischer Stromaufnahme I und Gebläsedrehzahl n für einen vorgegebenen Luft-Volumenstrom kann die Gebläsedrehzahl entsprechend der Änderung des Luft-Volumenstroms aufgrund der Störung angepasst werden. Als Basis dient mithin der Motorparameter der gemessenen elektrischen Stromaufnahme. Formeltechnisch ist bestimmt: l/n=f(Luft-Volumenstrom an einem Betriebspunkt)=konstant

Das Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die sich durch die Anpassung ergebenden Werte der Druckdifferenz und des Luft-Volumenstroms in dem neuen Betriebspunkt durch in einem Steuergerät hinterlegte

Gebläsekennlinien ermittelt werden. Die Gebläsekennlinien liefern Betriebspunkte der Gebläsedrehzahl, der elektrischen Stromaufnahme des Gebläsemotors und des Luft-Volumenstroms bei unterschiedlichen Lastbedingungen und konstantem Differenzdruck. Aus den Gebläsekennlinien kann das Steuergerät in Abhängigkeit der jeweiligen elektrischen Stromaufnahme und Gebläsedrehzahl den entsprechenden Luft-Volumenstrom ermitteln und steuern.

Das Verfahren umfasst in einer Weiterbildung eine Maximaldruckbegrenzung für einen durch das Gebläse erzeugten Maximaldruck, bei der die Regelung der Motorleistung in Abhängigkeit von den Druckdifferenzen z.B. durch eine Erhöhung des Strömungswiderstandes des Wärmetauschers oder des Abgasweges vor und nach der Änderung der elektrischen Stromaufnahme auf einen neuen Betriebspunkt erfolgt. Das Steuergerät kann den aus den Gebläsekennlinien ermittelten Luft-Volumenstrom hierzu begrenzen, so dass ein zulässiger Gebläsedruck nicht überstiegen wird.

Ferner ist bei dem Verfahren in einer Ausführung vorgesehen, dass die Druckdifferenzen aus einem Vergleich von Druckdifferenz-Kennlinien des Kennfelds vor und nach der Änderung der elektrischen Stromaufnahme auf den neuen Betriebspunkt bestimmt werden. Das für das Verfahren verwendete Kennfeld umfasst hierzu Gebläsekennlinien, welche die Abhängigkeit des von dem Gebläse erzeugten Luft-Volumenstroms und Differenzdrucks gegenüber seiner elektrischen Stromaufnahme kennzeichnen.

Als eine Ausführungsvariante sieht das Verfahren vor, dass das Gebläse pulsweitenmoduliert ist und die elektrische Stromaufnahme über die Pulsweite bestimmt wird. Bei gleichbleibender Versorgungsspannung entspricht die Pulsweite der elektrischen Stromaufnahme des Gebläseelektromotors. Dieses Signal ist von dem Steuergerät auswertbar.

Das Gebläse ist insbesondere als Vormischgebläse ausgebildet ist, und dem Luft-Volumenstrom ein konstanter Gasvolumenstrom zugeführt wird. Die Mischung von Luft und Gas erfolgt dabei innerhalb des Gebläses.

Ferner ist günstig, dass bei dem Verfahren im Betrieb kontinuierlich die Gebläsedrehzahl mit der aktuellen elektrischen Stromaufnahme des Gebläses abgeglichen wird. Weicht der berechnete Luft-Volumenstrom von einem Soll-Luft- Volumenstrom, der auf einer im Steuergerät hinterlegten Luftzahl-Sollwert- Leistungskennlinie basiert, beispielsweise durch eine vorstehend beschriebene Störung ab, kann das Heizgerät abschalten, in einen Notbetrieb gehen und/oder einen Alarm ausgeben.

Das Verfahren umfasst ferner Schritte für eine Erstinbetriebnahme des Heizgerätes, wobei verschiedene Betriebspunkte der Motorleistung des Gebläses und zugehörige Luft-Volumenströme labortechnisch ermittelt und als Standardstromaufnahme und zugehöriger Standard-Gebläsedrehzahl als Luftvolumenstrom-Sollwertkennlinie in dem Steuergerät hinterlegt werden. Die Luftvolumenstrom-Sollwertkennlinie wird im Falle einer Störung und sich daraus ergebenden neuen Rahmenbedingungen punktuell oder über den gesamten Bereich entsprechend der Anpassung der Motorleistung durch die Anpassung der elekt- rischen Stromaufnahme auf den neuen Betriebspunkt angepasst.

Die Erfindung nutzt die vorstehende Gebläsedrehzahlregelung auf Basis von Motorbetriebsparameteren zudem für Verfahren zur Regelung eines brenngasbetriebenen Heizgerätes unter Nutzung einer lonisations-Sollwert- Leistungskennlinie, wobei ein über eine Gaszuführung gelieferter Gasvolumenstrom und ein über ein Gebläse gelieferter Luftvolumenstrom zu einem Gas- Luftgemisch gemischt und mit einer auf einer gewünschten Brennerleistung basierenden Luftzahl λ einem Brenner des Heizgerätes zugeführt werden. Das aktuelle Gas-Luftverhältnis wird mittels einem lonisationsmessverfahren einer Brennerflamme des Brenners überwacht. Zudem wird eine Plausibilitätskontrol- le durchgeführt, bei der ein lonisationsmesssignal des lonisationsmessverfah- rens ausgewertet wird, und im Falle einer Abweichung von einem lonisations- messsignal-Sollwert eine Gemischkalibration des Gas-Luftgemisches erfolgt. Die Gemischkalibration erfolgt durch eine lonisationsstromregelung, bei der die Gasmenge soweit erhöht wird, bis ein maximales lonisationsmesssignal an einer lonisationselektrode der lonisationsmessung in der Brennerflamme erreicht ist. Aus dem maximalen lonisationsmesssignal wird ein lonisationssignalsoll- wert für die Luftzahl λ in einem Kalibrierungspunkt errechnet und anschließend die Gasmenge soweit eingeregelt, bis das lonisationsmesssignal dem errechneten lonisationssignalsollwert entspricht.

Grundsätzlich erfolgt die Regelung der Brennerleistung der jeweiligen Wärmebedarfsanforderung an das Heizgerät. Die dazu erforderliche Luftmenge wird mit dem drehzahlgeregeltem Gebläse von einem Steuergerät verändert. Die Gebläsedrehzahl entspricht im Wesentlichen dem Luftvolumenstrom. Der zugeführte Gasvolumenstrom wird durch ein elektrisch moduliertes Gasstellglied bzw. Gasventil variiert und durch einen Gasmassenstromsensor gemessen. Die Regelung des Gasvolumenstroms erfolgt ebenfalls über das Steuergerät. Das Gebläse ist vorzugsweise als Vormischgebläse zur Mischung von Gas und Luft ausgebildet, so dass das Gebläse einen Gemischvolumenstrom an den Brenner liefert. Die Gas-Luftgemischregelung beruht auf der kontinuierlichen Erfassung des Luftvolumenstroms durch eine Gebläsedrehzahlerfassung und

Gebläsedrehzahlanpassung durch eine Änderung der elektrischen Stromaufnahme.

Über die Plausibilitätskontrolle kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt werden, ob die eine optimale Verbrennung beeinflussenden Parameter wie Gasart, Gasqualität, Abgassystem, Baugruppen des Heizgerätes wie die Rückschlagklappen vor dem Brenner oder der Wärmetauscher in der gewünschten Art und Weise funktionieren. Jede Änderung dieser Parameter be- einflusst das Gas-Luftverhältnis und mithin das lonisationsmesssignal. Dies wiederum kann detektiert werden.

Die erfindungsgemäße Gemischkalibration ermöglicht die Anpassung der Luftzahl λ und die Überführung des Heizgeräts in die optimale Verbrennung unter Berücksichtigung der die Verbrennung beeinflussenden Parametern.

Vorteilhafterweise kann mit dem Verfahren aus der Soll-Luftzahl λ 50 ιι ein Luftbedarfswert L errechnet und über den Luftbedarfswert L die Gasart bestimmt werden, denn aus der Formel vL= vG * L * A folgt, dass L=vL/(vG * A). Die Werte des Luftbedarfswerts L sind wie oben beschrieben für jedes Gas bekannt. Die Gasartbestimmung kann somit automatisch über die Gemischkalibration erfasst und im Steuergerät des Heizgerätes hinterlegt werden. Zudem kann das Steuergerät anschließend labortechnisch vordefinierte Regelungskennlinien für die entsprechende Gasart, insbesondere die entsprechende lonisations-Sollwert- Leistungskennlinie, zur weiteren Regelung verwenden.

Da die Regelung des Heizgerätes entlang der lonisations-Sollwert- Leistungskennlinie erfolgt, sieht eine vorteilhafte Ausführung des Verfahrens vor, die lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie durch die Gemischkalibration über einen gesamten Leistungsbereich des Heizgerätes anzupassen, wenn das lonisationsmesssignal oberhalb eines festgelegten Schwellenwerts von einem lonisationsmesssignal-Sollwert abweicht. Die Anpassung der lonisations- Sollwert-Leistungskennlinie erfolgt dabei über ihren gesamten Verlauf um das bei dem Kalibrierungspunkt der Gemischkalibration erfasste Verhältnis. Die neue lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie wird anschließend gespeichert. Nach der Gemischkalibration werden die Gas- und Luftmenge entlang der gespeicherten Kennlinie mit dem entsprechend leistungsabhängigen neu festgelegten Luftbedarfswert L geregelt.

Bei der lonisationsstromregelung der Gemischkalibration wird die Luftzahl λ durch Veränderung der Gebläsedrehzahl oder des Gasvolumenstromes oder Gasmassenstromes angepasst, bis das lonisationsmesssignal dem errechneten lonisationssignalsollwert entspricht. Dies ist über die Erfassung und Anpassung der elektrischen Stromaufnahme des Gebläseelektromotors oder die Ansteue- rung des Gasstellglieds auf einfache und sehr exakte Weise möglich. Über den Gasmassenstromsensor kann zudem unmittelbar der tatsächliche Gasmassenstrom abgeglichen werden.

Die Gemischkalibration kann in einer Langversion und in einer Kurzversion durchlaufen werden. In beiden Varianten wird zunächst ein Gemischvolumenstrom bei einer festgelegten Gebläsedrehzahl erzeugt und der zugehörige Luftvolumenstrom erfasst. Bei der Kurzversion wird unmittelbar ein Maximalwert des lonisationssignales ermittelt und daraus ein neuer lonisationssollwert für ein bekanntes ermittelt und eingeregelt. Aus der in diesem Arbeitspunkt

eingeregelten Gas- und Luftmenge wird der Luftbedarf bestimmt und für die weitere Gemischregelung genutzt.

In der Langversion wird im Anschluss an die Erfassung des Luftvolumenstroms über die lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie der zugehörige lonisationssig- nalsollwert ermittelt. Das lonisationsstromsignal wird vom Steuergerät gemessen und mit dem aktuell hinterlegten Kennlinienwert verglichen. Anschließend werden die Schritte der lonisationsstromregelung durchlaufen und die lonisati- ons-Sollwert-Leistungskennlinie wie vorstehend beschrieben angepasst und gespeichert. In diesem Fall muss das lonisationssignalmaximum nur in Ausnahmefällen ermittelt werden.

Die Gemischkalibration erfolgt vorzugsweise bei einem Leistungspunkt des Heizgerätes, der in einem Bereich von 50-70% seiner Maximalleistung bzw. der Brennerleistung entspricht.

Grundsätzlich wird bei dem vorliegenden Regelungsverfahren zur Festlegung des über das Gebläse gelieferten Luftvolumenstroms für die erforderliche bzw. angeforderte Brennerleistung aus einer Luftzahl-Leistungskennlinie die gewünschte Luftzahl ermittelt und daraus der über das Gebläse zu liefernde Luftvolumenstrom über die Formel vL=P * A berechnet.

Als weiterer Aspekt umfasst das Verfahren die Integration der Gemischkalibration in ein Startverfahren zum Kaltstart des Heizgerätes. Dabei werden Zündversuche des Gas-Luftgemisches durchgeführt, bis über die lonisationsmes- sung eine Brennerflamme detektiert wird. Der zum Zündzeitpunkt vorliegende Gasmassenstrom wird konstant gehalten und im Steuergerät abgespeichert. Aus dem Verhältnis aus Gasvolumenstrom zu dem aus der Gebläsekennlinie entnommenen und der Zünd-Drehzahl entsprechenden Luftvolumenstrom wird der Start-Luftbedarf ermittelt und daraus wie vorstehend beschrieben die Gasart bestimmt. Aus dem abgespeicherten Gasmassenstrom und dem Zündbereich wird der Startpunkt für den nächsten Brennerstart festgelegt.

Soweit vorliegend auf„Volumenstrom" abgestellt wird, kann in gleicher weise auch der Massenstrom angewendet werden. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Heizgerätes;

Fig. 2a/2b Kennfelder des Gebläses im Normalfall und Störfall;

Fig. 3 Hinterlegte Gebläsekennlinien unter vier verschiedenen Lastbedingungen;

Fig. 4 einen Ablauf der Gemischkalibration in der Kurzversion,

Fig. 5 einen Ablauf der Gemischkalibration in der Langversion.

In Figur 1 ist ein schematischer Aufbau eines Heizgerätes 100 zur Durchführung des Regelungsverfahrens mit einem modulierenden Vormischgebläse 5, das Umgebungsluft a ansaugt und mit Gas mischt. Das Gas wird dem Vormischgebläse 5 über eine Gasleitung zugeführt, in der ein Gassicherheitsventil 1 , ein beispielhaft über einen Motor M steuerbares Gasventil 2 sowie ein Gasmassensensor 3 angeordnet sind. Der Gaseingangsdruck d wird auf den Gasregeldruck c angepasst. Nach der Mischung mit Umgebungsluft weist das Gemisch den Gemischdruck b auf. Am Gebläseausgang ist in der gezeigten Ausführung eine optionale Rückschlagklappe 6 vorgesehen. Das Gemisch hat dann den Brennerdruck e. Daran schließt sich der Brenner 28 mit der in der Brennerflamme angeordneten lonisationselektrode 7 und einem mit dem Brennergehäuse verbundenen Siphon 10 zur Vermeidung des Entweichens von Abgas über den Kondenswasser-Ablaufweg an. Um den Brenner 28 ist der Wärmetauscher 18 angeordnet. In Strömungsrichtung fortgesetzt folgt das Abgassystem mit der Abgasklappe 8. Im Abgassystem herrscht der Abgasdruck f. Die Regelung der Gasmenge sowie der Gebläsedrehzahl und mithin der Luftzahl erfolgt über das Steuergerät 9, in dem die Regelungskennlinien hinterlegt sind.

In den Figuren 2a und 2b sind Kennfelder zur Darstellung der Abhängigkeit der elektrischen Stromaufnahme I in % des Gebläseelektromotors, des Differenzdrucks Δρ und des Luft-Volumenstroms V bei unterschiedlichen Gebläsedrehzahlen n gezeigt. Figur 2a ist der reguläre Fall ohne Störung, bei dem der Luft- Volumenstrom V über die Gebläsedrehzahl so geregelt wird, dass sich eine Regelungskennlinien von Punkt 1 zu Punkt 2 ergibt. Figur 2b zeigt den Störfall eines verstopften Abgasweges, durch den sich der Strömungswiderstand vergrößert. Der Luft-Volumenstrom V sinkt von Punkt 1 auf Punkt 2 trotz konstanter Gebläsedrehzahl n (gestrichelte Kennlinien). Gleichzeitig sinkt die elektrische Stromaufnahme I, im gezeigten Fall von 90% auf 80%, und der Differenzdruck Δρ steigt an. Das erfindungsgemäße Verfahren erfasst die Verschiebung des Betriebspunktes und gleicht sie durch eine Erhöhung der Gebläsedrehzahl n aus.

In Figur 3 sind beispielhaft Gebläsekennlinien zur Ermittlung und Steuerung des Luft-Volumenstroms durch das Steuergerät (9) für vier unterschiedliche Lastbedingungen des Heizgerätes (100) bei konstantem Differenzdruck dargestellt. Punkt 1 bestimmt eine maximale Gebläsedrehzahl, Punkt 2 eine maximale Brennerleistung, Punkt 3 einem mittleren Wert der Brennerleistung und Punkt 4 einer typischen Kleinlast mit sehr geringem Luft- Volumenstrom. Die hinterlegten Gebläsekennlinien können auch zur Begrenzung des maximalen

Gebläsedrucks genutzt werden.

Figur 4 zeigt den Teilprozess der Gemischkalibration des Regelungsverfahrens in der Kurzversion. Zunächst wird in dem Schritt 601 die Gebläsedrehzahl n des Vormischgebläses 5 über das Steuergerät 9 auf einen festen Wert eingesteuert und im Schritt 300 und über Drehzahlerfassung und elektrische Stromaufnahme des Motors der tatsächliche Luftvolumenstrom vL-ist berechnet. Anschließend erfolgt unter Schritt 612 die lonisationsstromregelung bei festgelegtem Luftvolumenstrom vL-ist, indem die Gasmenge soweit erhöht wird, bis ein maximales lonisationsmesssignal erreicht ist. Aus dem maximalen lonisationsmesssignal wird der lonisationssignalsollwert für die gewünschte Luftzahl λ errechnet und anschließend im Schritt 615 die Gasmenge so weitergeregelt, bis das lonisationsmesssignal dem errechneten lonisationssignalsollwert lo-soll entspricht. Der sich im neuen Betriebspunkt ergebende Gasmassenstrom Gas-ist wird verwendet, um im Schritt 617 unter Nutzung der Luftzahl-Leistungskennlinie und mithin der Luftzahl λ 30 ιι, dem Luftvolumenstrom vL und der aktuellen Brennerleistung den Luftbedarfswert zu errechnen und über den Luftbedarfswert L die Gasart zu bestimmen. Die lonisationskalibrierung in der Kurzversion erfolgt bei jeder Gemischkalibration.

Figur 5 zeigt den Teilprozess der Gemischkalibration des Regelungsverfahrens in der Langversion. Zunächst wird wie in der Kurzversion in den Schritten 601 und 300 die Gebläsedrehzahl n des Vormischgebläses 5 über das Steuergerät 9 auf einen festen Wert eingesteuert und der tatsächliche Luftvolumenstrom vL- ist berechnet. Anschließend erfolgt unter Schritt 605 die Ermittlung des lonisati- onssignalsollwerts lo-soll unter Nutzung der lonisations-Sollwert- Leistungskennlinie und der Brennerleistung P. Gemäß Schritt 607 wird in einem lonisationsmessverfahren der lonisationsstrom an der lonisationselektrode 7 durch das Steuergerät 9 gemessen und mit dem Kennlinienwert verglichen. Bei einer Übereinstimmung der Werte wird der gemessene lonisationsstrom zur weiteren Gemischkalibration verwendet. Ist die Abweichung der Vergleichswerte größer als ein vorab definierter Schwellenwert, erfolgt eine Kalibration der lonisations-Sollwert-Leistungskennlinie, indem unter Schritt 612 bei festgelegtem Luftvolumenstrom vL-ist die Gasmenge soweit erhöht, bis ein maximales lonisationsmesssignal erreicht ist. Aus dem maximalen lonisationsmesssignal wird der lonisationssignalsollwert 624 (lo-soll) für die gewünschte Luftzahl λ (bei 625) errechnet. Gemäß Schritt 613 wird die ursprüngliche lonisations-Sollwert- Leistungskennlinie lo-alt über ihren gesamten Leistungsbereich um das bei dem Kalibrierungspunkt der Gemischkalibration erfasste Verhältnis auf die neue lo- nisations-Sollwert-Leistungskennlinie lo-neu korrigiert. Die neue lonisations- Sollwert-Leistungskennlinie lo-neu wird im Speicher des Steuergerätes 9 hinterlegt. In Schritt 615 wird die Gasmenge soweit geregelt, bis das lonisations- messsignal dem errechneten lonisationssignalsollwert lo-soll entspricht. Der sich im neuen Betriebspunkt ergebende Gasmassenstrom Gas-ist wird verwendet, um im Schritt 617 unter Nutzung der Soll-Luftzahl λ δ0 ιι der Luftbedarfswert zu errechnen und über den Luftbedarfswert L die Gasart zu bestimmen. Bei der Langversion erfolgt eine lonisationskalibrierung nur in Ausnahmefällen.