CN118043591A - 用于操作气体燃烧器器具的方法和控制器 - Google Patents

Abstract

用于操作气体燃烧器器具(10)的方法，其通过在气体燃烧器器具(10)的实际燃烧器开启阶段期间按照实际标称热需求的要求向燃烧器室(11)提供气体/空气混合物(M)的流，该气体/空气混合物(M)具有气体(G)与空气(A)的限定混合比，其中，所述气体/空气混合物(M)由使空气流与气体流混合的混合装置(25)提供，其中，空气流或气体/空气混合物的流由风扇(14)提供以使得风扇(14)的风扇速度取决于实际标称热需求，其中，风扇(14)的风扇速度范围限定气体燃烧器器具(10)的调节范围，其中，气体/空气混合物(M)的气体(G)与空气(A)的所述限定混合比由控制器(26)控制，该控制器(26)使用由传感器(13)提供的信号作为输入且提供用于电气或电子气体流调节器(18)的控制变量作为输出，以便使气体(G)与空气(A)的混合比在气体燃烧器器具(10)的调节范围内保持在限定混合比处。如果气体燃烧器器具(10)的实际标称热需求不再存在，则自动执行以下步骤以便设置气体燃烧器器具(10)来用于即将到来的燃烧器启动：在实际燃烧器开启阶段期间，将风扇(14)的风扇速度减小至限定的风扇速度，同时使气体/空气混合物(M)的气体(G)与空气(A)的混合比保持在限定混合比处，从而减小气体流调节器(18)的打开位置。使气体流调节器(18)保持在所述减小的打开位置处并终止气体燃烧器器具(10)的实际燃烧器开启阶段。

Description

用于操作气体燃烧器器具的方法和控制器

本发明涉及用于操作气体燃烧器器具的方法。更进一步，本发明涉及用于操作气体燃烧器器具的控制器。

EP 2667097 A1公开一种用于操作气体燃烧器器具的方法。在气体燃烧器器具的常规燃烧模式中的燃烧器开启阶段期间，在燃烧与燃烧器启动相关联地启动了之后，向用于燃烧气体/空气混合物的燃烧室提供具有气体与空气的限定混合比的气体/空气混合物。气体/空气混合物的气体与空气的混合比对应于气体/空气混合物的所谓λ值。气体/空气混合物由混合装置提供，该混合装置使由空气管道提供的空气流与由气体管道提供的气体流混合。混合装置可由文丘里喷嘴提供。流过空气管道的空气流由风扇提供以使得风扇的标称(nominal)风扇速度取决于气体燃烧器器具的标称燃烧器负载，其中，标称燃烧器负载对应于标称热需求。风扇的风扇速度范围限定气体燃烧器器具的所谓的调节范围。根据EP2667097 A1，由气动的气体流调节器使气体/空气混合物的气体与空气的限定混合比和因此λ值在气体燃烧器器具的整个调节范围内保持恒定。气动的气体流调节器由气体电枢提供。除了气动的气体流调节器之外，气体电枢包括安全气体阀和用于校准的节流阀(throttle)。气动的气体流调节器使用气体管道中的气体流的气体压力与参考压力之间的压差，其中，空气管道中的空气流的空气压力或环境压力用作参考压力，且其中，气体管道中的气体流的气体压力与参考压力之间的压差是气动地确定和控制的。EP 2667097 A1公开一种用于操作气体燃烧器器具的方法，其中，气体/空气混合物的限定混合比在气体燃烧器的整个调节范围内保持恒定。这由气动的气体流调节器来完成，该气动的气体流调节器建立气动控制来使气体/空气混合物内的气体与空气的混合比保持恒定。

代替使用气动的气体流调节器，从现有技术中还已知，由电气或电子气体流调节器来控制气体/空气混合物内的气体与空气的混合比。本发明涉及使用此类电气或电子气体流调节器的气体燃烧器控制。

DE 19824521 A1、DE 19922226 C1和EP 2685168 A1都公开一种方法来在由电气或电子传感器(比如风速计)提供的信号的基础上控制气体/空气混合物的气体与空气的混合比和因此气体/空气混合物的λ值。由电气或电子传感器提供实际值，该实际值对应于气体管道中的气体压力与空气管道中的空气压力之间的压力比或者对应于气体管道中的气体压力与参考点处的空气压力之间的压力比，其中，将该实际值与标称值比较。在实际值与标称值之间的控制偏差的基础上生成用于电气或电子气体流调节器的控制变量，其中，在该控制变量的基础上调整电气气体流调节器来控制气体/空气混合物中的气体与空气的限定混合比，从而使气体/空气混合物的λ值保持恒定。在DE 19824521 A1中，电气或电子传感器连接在气体管道与空气管道之间。根据DE 19922226 C1和EP 2685168 A1，电气或电子传感器连接在气体管道与参考点之间。

EP 1248044 B1公开一种用于启动气体燃烧器器具的方法。为了燃烧器启动，气体燃烧器器具以小于标称热需求的燃烧器负载且大于最小燃烧器负载的燃烧器负载操作。

WO 2021/078949 A1公开用于操作气体燃烧器器具的另一方法。在燃烧器启动期间，气体燃烧器器具以第一λ值操作，且在燃烧器启动之后常规燃烧期间，气体燃烧器器具以第二λ值操作，其中，用于燃烧器启动的第一λ值大于用于在燃烧器启动之后常规燃烧的第二λ值。

JP 2800474 B2公开额外的现有技术。

如上文提到的，空气流的量以及因此向燃烧器室提供的具有气体与空气的限定混合比的气体/空气混合物的流的量取决于期望的燃烧器负载。标称燃烧器负载对应于期望的热需求。标称燃烧器负载限定以其操作风扇的风扇速度。气体燃烧器器具的风扇的风扇速度范围限定气体燃烧器器具的调节范围。

风扇的最大风扇速度限定气体燃烧器器具的最大燃烧器负载。如果期望的热需求需要最大燃烧器负载，则以最大风扇速度操作风扇。如果期望的热需求需要燃烧器负载为最大燃烧器负载的50％，则以最大风扇速度的50％操作风扇。如果期望的热需求需要燃烧器负载为最大燃烧器负载的20％，则以最大风扇速度的20％操作风扇。

如上文提到的，在任何热需求下和因此在气体燃烧器器具的任何燃烧器负载下以及在风扇的任何风扇速度下，气体/空气混合物的气体与空气的混合比保持在限定值处，优选地恒定。

如果不存在热需求，则气体燃烧器器具在其中无气体燃烧的燃烧器关断阶段中。如果关于在燃烧器关断阶段中的气体燃烧器器具出现热需求，则气体燃烧器器具需要通过点燃气体/空气混合物来启动。在燃烧器启动之后(即，在点燃气体/空气混合物之后)，气体燃烧器器具在燃烧器开启阶段中燃烧气体。

气体燃烧器器具的燃烧器启动需要是安全的，特别是当氢作为气体进行燃烧时。

本发明提供一种用于操作气体燃烧器器具的方法，提供安全的燃烧器启动，即使氢作为气体进行燃烧。

如果在气体燃烧器器具的实际燃烧器开启阶段期间气体燃烧器器具的实际标称热需求不再存在，则自动执行以下步骤以便设置气体燃烧器器具来用于即将到来的燃烧器启动：在实际燃烧器开启阶段期间减小气体流调节器的打开位置。使气体流调节器保持在所述减小的打开位置处并终止气体燃烧器器具的实际燃烧器开启阶段。通过下者来减小气体流调节器的打开位置：将风扇的风扇速度减小至限定的风扇速度，同时通过控制器使气体/空气混合物的气体与空气的混合比保持在限定混合比处。因此，为了设置气体燃烧器器具来用于即将到来的燃烧器启动，风扇速度将自动减小至限定的风扇速度，且因此电气或电子气体流调节器的打开位置也将自动减小至减小的打开位置。这允许气体燃烧器器具的安全的即将到来的燃烧器启动，即使氢作为气体进行燃烧。假如贫气体/空气混合物与在点燃之后常规燃烧期间使用和需要的λ值相比具有相对高的λ值，用于即将到来的燃烧器启动的气体/空气混合物的混合比和因此λ值由减小的打开位置限定。

优选地，如果存在新的实际标称热需求，则自动执行以下步骤来用于燃烧器启动：以取决于气体燃烧器器具的新的实际标称热需求的标称风扇速度运行风扇，或者以预先限定的固定风扇速度运行风扇，同时使气体流调节器保持在先前的燃烧器开启阶段期间确定的所述减小的打开位置处，从而向气体燃烧器室提供具有适用于点燃的气体与空气的混合比的气体/空气混合物。点燃具有适用于点燃的气体与空气的混合比的气体/空气混合物。在气体/空气混合物点燃之后，调适电气或电子气体流调节器的打开位置，使得气体/空气混合物具有对于常规燃烧来说所需要的气体与空气的限定混合比。这允许气体燃烧器器具的安全的燃烧器启动(即使氢作为气体进行燃烧)以及在燃烧器启动之后的稳定燃烧。

根据本发明的用于操作气体燃烧器器具的控制器在权利要求10中限定。

本发明的优选的发展由从属权利要求和随后的描述来提供。

在图的基础上更详细地解释示例性实施例，在图中：

图1示出待由本发明的方法和控制器控制的第一气体燃烧器器具；

图2示出待由本发明的方法和控制器控制的第一气体燃烧器器具。

本发明涉及用于操作气体燃烧器器具的方法和控制器。

图1示出第一示例性气体燃烧器器具10的示意图。气体燃烧器器具10包括燃烧室11，在该燃烧室11中，在气体燃烧器器具10的常规燃烧模式期间(即，在气体燃烧器器具10启动之后并在成功点燃气体/空气混合物M之后)发生具有气体G与空气A的限定混合比的气体/空气混合物M的燃烧。

气体/空气混合物M的燃烧产生火焰12且产生排放气体E。火焰12由燃烧质量传感器(优选地由提供火焰离子化电流作为输出信号的火焰离子化传感器13)来监测。火焰离子化传感器13将它的输出信号向控制器26提供。排放气体E通过排放管28从燃烧室11发出。

通过使空气A的流与气体G的流混合来向气体燃烧器器具10的燃烧室11提供气体/空气混合物M。风扇14吸入流过空气管道15的空气A和流过气体管道16的气体G。

配置成调整通过气体管道16的气体流的电气或电子气体流调节器18和优选地具有两个气体安全阀19a、19b的气体安全阀单元19分配给气体管道16。

气体流调节器18和气体安全阀19a、19b是气体电枢17的部分。气体电枢17可进一步包括筛20和压力传感器21。筛20和压力传感器21两者分配给气体管道16。

气体安全阀单元19的气体安全阀19a、19b由电线圈22操作，这些电线圈22是气体电枢17的部分。在常规燃烧模式中，电线圈22由控制器26通电以打开气体安全阀19a、19b。在燃烧器关断阶段中，气体安全阀19a、19b关闭。

在图1中，每个气体安全阀19a、19b由一个单独的电线圈22操作。通过使用单独的电线圈22，有可能彼此独立地打开和关闭气体安全阀19a、19b。备选地，气体安全阀19a、19b可由共同的电线圈22共同操作。

电气或电子气体流调节器18由还具有电线圈24的马达23操作。在图1中，气体流调节器18是由控制器26操作的电气气体流调节器18。

向气体燃烧器器具10的燃烧室11提供具有气体G与空气A的限定混合比的气体/空气混合物M。通过使由空气管道15提供的空气流A与由气体管道16提供的气体流G混合来提供气体/空气混合物M。空气流和气体流优选地由混合装置25进行混合。混合装置25可为文丘里喷嘴。

空气流A的量和因此气体/空气混合物流M的量由风扇14(即，由风扇14的速度)来调整。可在标称燃烧器负载的基础上调整风扇速度。标称燃烧器负载对应于标称热需求。在气体燃烧器器具10的常规燃烧模式中，风扇14的标称风扇速度取决于标称燃烧器负载。风扇14由控制器26操作。风扇14的风扇速度范围限定气体燃烧器器具10的调节范围。在气体燃烧器器具10的常规燃烧模式中，调节“1”意味着风扇14以最大风扇速度操作，且因此以气体燃烧器器具10的最大负载操作。调节“2”意味着风扇14以最大风扇速度的50％操作，且调节“5”意味着风扇14以最大风扇速度的20％操作。通过改变风扇14的风扇速度，可调整气体燃烧器器具10的燃烧器负载。

在气体燃烧器器具10的常规燃烧模式中，气体/空气混合物M内的气体G与空气A的限定混合比和因此气体/空气混合物M的λ值在气体燃烧器器具10的整个调节范围内保持在标称值处，优选地恒定。气体/空气混合物M的气体G与空气A的所述限定混合比或所述λ值在使用气体电枢17的电气或电子气体流调节器18的气体燃烧器器具10的调节范围内保持在限定值处，以保持气体与空气的限定混合比和因此λ值优选地在气体燃烧器器具的调节范围内恒定。在图1中，用于电气气体流调节器18以便保持λ值恒定的控制变量由控制器26在由火焰离子化传感器13提供的火焰离子化信号的基础上生成。火焰离子化传感器13是允许气体/空气混合物M的气体G与空气A的混合比的故障安全(fail-safe)确定的传感器。

图2示出其它示例性气体燃烧器器具10'的示意图。在图1和图2中，相同的参考编号用于相同的部分。为了避免不必要的重复，下文将仅描述气体燃烧器器具10、10'的差异。

在图2中，在常规燃烧模式期间，气体/空气混合物M内的气体G与空气A的恒定混合比由电气或电子气体流调节器18在由电气或电子压力传感器或流量计27提供的信号的基础上且不是在由火焰离子化传感器13提供的火焰离子化电流的基础上控制。

在图2中，电气或电子传感器27可向控制器26提供实际值，该实际值对应于气体管道16中的气体压力与空气管道15中的空气压力之间的压力比或者对应于气体管道16中的气体压力与参考点处的空气压力之间的压力比，其中，控制器26可将所述实际值与标称值比较。在该情况下，控制器26可在实际值与标称值之间的控制偏差的基础上生成用于电气气体流调节器18的控制变量，其中，可在该控制变量的基础上操作气体流调节器18，以使气体与空气的限定混合比和因此λ值在气体燃烧器器具10的整个调节范围内保持在限定值处，优选地恒定。电气或电子传感器27允许气体/空气混合物M的气体G与空气A的混合比的故障安全确定。

本发明提供一种用于操作气体燃烧器器具10、10'的方法。本发明优选地与图1和图2中示出的气体燃烧器器具10、10'组合使用。然而，本发明还可用来操作使用电气或电子气体流调节器和电气或电子传感器的其它气体燃烧器器具，该电气或电子传感器允许气体/空气混合物M的气体G与空气A的混合比的故障安全确定。

如上文提到的，在气体燃烧器器具10、10'的实际燃烧器开启阶段期间—按照实际标称热需求的要求—向气体燃烧器器具10、10'的燃烧器室11提供气体/空气混合物M的流，气体/空气混合物M具有对于气体/空气混合物M在燃烧器室11内的常规燃烧来说所需要的气体G与空气A的限定混合比。所述气体/空气混合物M由使空气流与气体流混合的气体燃烧器器具10、10'的混合装置25提供。

空气流或气体/空气混合物M的流由气体燃烧器器具10、10'的风扇14提供以使得风扇14的风扇速度取决于气体燃烧器器具10、10'的实际标称热需求。

气体/空气混合物M的气体G与空气A的所述限定混合比由控制器26控制，该控制器26使用由传感器13、27提供的信号作为输入且提供用于电气或电子气体流调节器18的控制变量作为输出，以便使气体/空气混合物M的气体G与空气A的混合比在气体燃烧器器具10、10'的调节范围内保持在限定混合比处。

如果气体燃烧器器具10、10'的实际标称热需求不再存在，则由控制器26自动执行以下步骤i)和ii)以便设置气体燃烧器器具10、10'来用于即将到来的燃烧器启动。

步骤i)：在实际燃烧器开启阶段期间自动减小电气或电子气体流调节器18的打开位置。这通过下者来完成：将风扇14的风扇速度自动减小至限定的风扇速度，同时控制器26在由传感器13、27提供的信号的基础上使气体/空气混合物M的气体G与空气A的混合比自动保持在限定混合比处。所述限定的风扇速度可为与气体燃烧器器具10、10'的最小燃烧器负载对应的风扇14的最小风扇速度。

步骤ii)：使电气或电子气体流调节器18保持在所述减小的打开位置处并终止气体燃烧器器具10、10'的实际燃烧器开启阶段。为了终止气体燃烧器器具10、10'的实际燃烧器开启阶段，对风扇14进行关断。进一步，为了终止气体燃烧器器具10、10'的实际燃烧器开启阶段，对分配给气体管道16的气体安全阀22进行关闭，同时使电气或电子气体流调节器18保持在所述减小的打开位置处。

如果存在新的实际标称热需求，则由控制器26自动执行以下步骤iii)、iv)和v)来用于气体燃烧器器具10、10'的燃烧器启动。

步骤iii)：以取决于气体燃烧器器具10、10'的新的实际标称热需求的标称风扇速度运行风扇14，或者以预先限定的固定风扇速度运行风扇14，同时使电气或电子气体流调节器18保持在先前的燃烧器开启阶段期间确定的所述减小的打开位置处，从而向气体燃烧器室11提供具有适用于点燃的气体G与空气A的混合比的气体/空气混合物M。

步骤iv)：点燃具有适用于点燃的气体G与空气A的混合比的气体/空气混合物M。

步骤v)：在气体/空气混合物M点燃之后，调适电气或电子气体流调节器18的打开位置，使得气体/空气混合物M具有对于常规燃烧来说所需要的气体G与空气A的限定混合比。

本发明允许气体燃烧器器具10、10'的安全的燃烧器启动，即使氢作为气体进行燃烧。最优选地，本发明用于操作氢作为气体燃烧的气体燃烧器器具10、10'。

本发明进一步提供控制器26，该控制器26配置成根据上文的方法来操作气体燃烧器器具10、10'。控制器26配置成如果气体燃烧器器具10、10'的实际标称热需求不再存在，则自动执行以下步骤以便设置气体燃烧器器具10、10'来用于即将到来的燃烧器启动：在实际燃烧器开启阶段期间，将风扇14的风扇速度减小至限定的风扇速度，同时使气体/空气混合物M的气体G与空气A的混合比保持在限定混合比处，从而减小电气或电子气体流调节器18的打开位置。使电气或电子气体流调节器18保持在所述减小的打开位置处并终止气体燃烧器器具10、10'的实际燃烧器开启阶段。

参考标记列表

10气体燃烧器器具

10'气体燃烧器器具

11燃烧室

12火焰

13火焰离子化传感器

14风扇

15空气管道

16气体管道

17气体电枢

18气体流调节器

19安全气体阀单元

19a安全气体阀

19b安全气体阀

20筛

21压力传感器

22线圈

23马达

24线圈

25混合器

26控制器

27电气或电子传感器

28排放管

Claims (11)

1.用于操作气体燃烧器器具(10、10')的方法，

其通过在所述气体燃烧器器具(10、10')的实际燃烧器开启阶段期间按照实际标称热需求的要求向所述气体燃烧器器具(10、10')的燃烧器室(11)提供气体/空气混合物(M)的流，所述气体/空气混合物(M)具有对于所述气体/空气混合物(M)在所述燃烧器室(11)内的常规燃烧来说所需要的气体(G)与空气(A)的限定混合比，

其中，所述气体/空气混合物(M)由使空气流与气体流混合的所述气体燃烧器器具(10、10')的混合装置(25)提供，

其中，所述空气流或所述气体/空气混合物的流由所述气体燃烧器器具(10、10')的风扇(14)提供以使得所述风扇(14)的风扇速度取决于所述气体燃烧器器具(10、10')的实际标称热需求，

其中，所述风扇(14)的风扇速度范围限定所述气体燃烧器器具(10、10')的调节范围，

其中，所述气体/空气混合物(M)的气体(G)与空气(A)的所述限定混合比由控制器(26)控制，所述控制器(26)使用由传感器(13、27)提供的信号作为输入且提供用于电气或电子气体流调节器(18)的控制变量作为输出，以便使所述气体/空气混合物(M)的气体(G)与空气(A)的混合比在所述气体燃烧器器具(10、10')的调节范围内保持在所述限定混合比处，

其特征在于

如果所述气体燃烧器器具(10、10')的实际标称热需求不再存在，则自动执行以下步骤以便设置所述气体燃烧器器具(10、10')来用于即将到来的燃烧器启动：

在所述实际燃烧器开启阶段期间，将所述风扇(14)的风扇速度减小至限定的风扇速度，同时使所述气体/空气混合物(M)的气体(G)与空气(A)的混合比保持在所述限定混合比处，从而减小所述电气或电子气体流调节器(18)的打开位置，

使所述电气或电子气体流调节器(18)保持在所述减小的打开位置处并终止所述气体燃烧器器具(10、10')的实际燃烧器开启阶段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

所述风扇(14)的风扇速度减小至与最小燃烧器负载对应的所述风扇(14)的最小风扇速度。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的方法，其特征在于

为了终止所述气体燃烧器器具(10、10')的实际燃烧器开启阶段，关断所述风扇(14)并关闭分配给气体管道(16)的气体安全阀(22)，同时使所述电气或电子气体流调节器(18)保持在所述减小的打开位置处。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于

如果存在新的实际标称热需求，则自动执行以下步骤来用于燃烧器启动：

以取决于所述气体燃烧器器具(10、10')的新的实际标称热需求的标称风扇速度运行所述风扇(14)，或者以预先限定的固定风扇速度运行所述风扇(14)，同时使所述电气或电子气体流调节器(18)保持在所述减小的打开位置处，从而向所述气体燃烧器室(11)提供具有适用于点燃的气体(G)与空气(A)的混合比的气体/空气混合物(M)，

点燃具有适用于点燃的气体(G)与空气(A)的所述混合比的所述气体/空气混合物(M)，

在所述气体/空气混合物(M)点燃之后，调适所述电气或电子气体流调节器(18)的打开位置，使得所述气体/空气混合物(M)具有对于常规燃烧来说所需要的气体(G)与空气(A)的所述限定混合比。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，提供氢作为气体(G)。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，向所述控制器(26)提供所述输入的所述传感器(13、27)是允许所述气体/空气混合物(M)的气体(G)与空气(A)的混合比的故障安全确定的电气或电子传感器。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其特征在于，向所述控制器(26)提供所述输入的所述传感器(13)是火焰离子化传感器。

8.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其特征在于，向所述控制器提供所述输入的所述传感器(27)是连接在所述气体管道(16)与参考点之间的电气或电子传感器。

9.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其特征在于，向所述控制器(26)提供所述输入的所述传感器(27)是连接在所述气体管道(16)与所述空气管道(15)之间的电气或电子传感器。

10.气体燃烧器器具(10、10')的用于操作所述气体燃烧器器具(10、10')的控制器(26)，其中，所述控制器(26)配置成如果所述气体燃烧器器具(10、10')的实际标称热需求不再存在，则执行以下步骤以便设置所述气体燃烧器器具(10、10')来用于即将到来的燃烧器启动：

在所述实际燃烧器开启阶段期间，将风扇(14)的风扇速度减小至限定的风扇速度，同时使所述气体/空气混合物(M)的气体(G)与空气(A)的混合比保持在所述限定混合比处，从而减小电气或电子气体流调节器(18)的打开位置，

使所述电气或电子气体流调节器(18)保持在所述减小的打开位置处并终止所述气体燃烧器器具(10、10')的实际燃烧器开启阶段。

11.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于

所述控制器(26)配置成根据权利要求1至9中的一项的方法来操作所述气体燃烧器器具。