DE10001251A1 - Gasbrenner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung (ST) und einem von dieser gesteuerten Aktor (A) zum Zuführen einer Brenngasmenge oder Einstellen eines Gas-Luftverhältnisses, die einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet wird, und mit einer an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossenen Lambdasonde (lambda). Eine dauerhafte Sicherstellung eines optimalen Gas-Luftverhältnisses bei der Verbrennung wird dadurch erreicht, dass ein an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossener Grobsensor (S) zum Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases vorgesehen ist, dass die Steuereinrichtung (ST) derart ausgebildet ist, dass sie eine Grobänderung der Brenngasqualität erkennt und sie die Lambdasonde (lambda) in Betrieb setzt (aktiviert), wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe überschreitet, und dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde (lambda) und/oder des Grobsensors (S) der Aktor (A) zur Justierung des Gas-Luftgemisches angesteuert wird (Fig.).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung und einem von dieser gesteuerten Aktor zum Zuführen einer Brenngasmenge oder Einstellen eines Gas-Luftverhältnisses, die einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet wird, und mit einer an die Steuereinrichtung angeschlossenen Lamb­ dasonde.

Bei derzeit bekannten Brennern wird die Brenngasmenge einer Verbrennungs­ luftmenge über eine pneumatische Verbundsteuerung zugeordnet. Eine Masse­ änderung der Luft infolge von Temperaturänderungen wird dabei durch Tempe­ ratur kompensierte Luftstromerfassungseinrichtungen ausgeglichen. Eine Ver­ änderung der Gasqualität gegenüber der Qualität bei der Geräteeinstellung wird dabei nicht erkannt. Veränderungen der Gasqualität treten zwischen verschie­ denen Versorgungsgebieten sowie bei Spitzenlasteinspeisungen innerhalb eines Versorgungsgebietes auf. Um einen ausreichend sicheren Betrieb bei günstiger, enger λ-Betriebsbandbreite zu gewährleisten, sind hohe Anforderungen an Genauigkeit und Konstanz der Fertigung nötig.

Es sind auch Gasbrenner bekannt, bei denen die Regelung mit einer Lambda­ sonde erfolgt. Dabei wird während des gesamten Brennerbetriebes das Abgas sensiert und ein Aktor bzw. Gasstellglied entsprechend angesteuert. Die Lebensdauer bekannter Lambdasonden reicht für die Betriebsdauer von Gas­ brennern bei weitem nicht aus.

In der DE 195 02 901 C1 ist vorgeschlagen, bei einem Gasbrenner mit einer Regeleinrichtung zur Verbesserung der Erfassung des jeweiligen Verbrennungs­ zustandes Schwankungen eines Ionisationsstromes mittels einer Ionisations­ elektrode zu erfassen. In der Praxis ist eine derartige Lambdaregelung bei der vorgesehenen Änderung der Luftzufuhr oder der Gaszufuhr jedoch schwierig. Der Ionisationsstrom spiegelt vielmehr die Strömungsverhältnisse bzw. die Strömungsgeschwindigkeit wider.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs ge­ nannten Art bereit zu stellen, bei dem ein optimales Gas-Luftverhältnis bei der Verbrennung auf Dauer mit möglichst einfachen gerätetechnischen Maßnahmen sicher gestellt ist.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vor­ gesehen, dass ein an die Steuereinrichtung angeschlossener Grobsensor zum Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases vorgesehen ist, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie eine Grobänderung der Brenngasqualität erkennt und sie die Lambdasonde in Betrieb setzt (akti­ viert), wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe überschreitet, und dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde und/oder des Grobsensors der Aktor zur Justierung des Gas-Luftgemisches angesteuert wird.

Die Grobänderung kann mit relativ robusten Sensoren, deren Standzeit etwa der Lebensdauer des Brenners entspricht, erfasst werden. Die relativ empfindliche Lambdasonde braucht dann lediglich zur Justierung in den erforderlichen Fällen aktiviert zu werden, die bezogen auf die Gesamtlebensdauer, einen geringen Bruchteil ausmachen, so dass die Lambdasonde relativ selten in Betrieb mit der relativ hohen erforderlichen Temperatur von z. B. 700°C bis 900°C genommen werden muss. Die Steuereinrichtung kann dann erforderlichenfalls auf der Basis der Signale der Lambdasonde eine Feinjustierung des Gas-Luftgemisches über den Aktor veranlassen, so dass der Gasbrenner in der günstigen engen λ-Be­ triebsbandbreite von ca. 1,2 bis 1,3 betrieben wird, um eine hinsichtlich Schadstoffemissionen optimierte Verbrennung, Zündgrenze, Lebensdauerkrite­ rien und Pfeif- bzw. Dröhngeräuschen vorteilhafte Ansteuerung dauerhaft zu gewährleisten.

Die grobe Änderung der Gasqualität kann vorteilhaft dadurch überwacht werden, dass der Grobsensor zum Erfassen der Verbrennungsgüte ausgebildet und ange­ ordnet ist.

Geeignete Ausführungsformen für einen robusten Grobsensor bestehen u. a. darin, dass der Grobsensor als Thermoelement oder Widerstandsfühler zur Messung eines von einer Flammenfußtemperatur abhängigen Wertes, als in die Flamme hängender Draht zum Erfassen einer Ionisationsspannung oder eines Ionisationsstroms oder als optischer Sensor zum Erfassen der Flammenfarbe ausgebildet ist.

Für eine optimale Auswertung der Sensorsignale der Steuerung des Lambdason­ den-Betriebs und des Gas-Luftverhältnisses über den Aktor sind desweiteren die Maßnahmen vorteilhaft, dass ein Schwellenwert zum Aktivieren der Lambdason­ de und/oder Steuervorgänge aufgrund von Signalen der Lambdasonde und/oder des Grobsensors in der Steuereinrichtung programmierbar sind, wobei die Programmierung leicht mit einem in der Steuereinrichtung vorgesehenen Mikro­ controller vorgenommen werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

Die Figur zeigt in schematischer Ansicht einen Gasbrenner mit einer Steuer­ einrichtung ST, an die eine im Bereich eines Wärmetauschers WT angeordnete Lambdasonde λ, ein Grobsensor S und ein Aktor A z. B. eines Verbundreglers in einer Zuführung für ein Gas G angeschlossen sind. Mit der Steuereinrichtung ST kann ein Regelvorgang bzw. eine Justierung eines Gas-Luftgemisches über den Aktor A erfolgen.

Der Grobsensor S ist vorliegend im Flammenbereich angeordnet und kann z. B. als Thermoelement oder Widerstandsfühler zur Messung eines von der Flammenfußtemperatur abhängigen Wertes, als ein oder mehrere in die Flamme ragende Drähte zur Erfassung einer Ionisationsspannung oder eines Ionisationsstromes, als optischer Sensor zur Flammfarbenerfassung oder ähnlicher dauerhafter Sen­ sor zur groben Erfassung starker Signaländerungen ausgebildet sein, wie sie z. B. bei einer sogenannten SRG (Sommers-Ruhrgas-Methode)-Umstellung seitens der Gasversorgungsunternehmen vorkommen können. Übersteigt die Größe der Än­ derung einen in der Steuereinrichtung ST vorgegebenen oder z. B. durch ent­ sprechende Programmierung vorgebbaren Wert, so wird zur Feinmessung die wesentlich empfindlichere Lambdasonde λ in Betrieb genommen und mit der erforderlichen Betriebstemperatur von z. B. 700°C bis 900°C beheizt. Ins­ besondere aufgrund der von der Lambdasonde λ gelieferten Signale wird dann die Justierung des Gas-Luftgemisches z. B. durch entsprechende Änderung der Gaszufuhr oder der Luftzufuhr vorgenommen. Dabei kann auch das Signal des Grobsensors S zusätzlich oder unter bestimmten Bedingungen schon allein ausgenutzt werden, wobei ein entsprechendes Auswerte- und Ansteuerpro­ gramm in einem Mikrocontroller der Steuereinrichtung ST hinterlegt sein kann.

Durch die nur gelegentliche Inbetriebnahme der Lambdasonde λ kann deren Lebensdauer im Gegensatz zu einem ständigen Betrieb die Lebensdauer des Brenners erreichen.

Claims (4)

1. Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung (ST) und einem von dieser ge­ steuerten Aktor (A) zum Zuführen einer Brenngasmenge oder Einstellen eines Gas-Luftverhältnisses, die einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet wird, und mit einer an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossenen Lamb­ dasonde (λ), dadurch gekennzeichnet,
dass ein an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossener Grobsensor (S) zum Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases vorgesehen ist,
dass die Steuereinrichtung (ST) derart ausgebildet ist, dass sie eine Grobänderung der Brenngasqualität erkennt und sie die Lambdasonde (λ) in Betrieb setzt (aktiviert), wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe überschreitet, und
dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde (λ) und/oder des Grob­ sensors (S) der Aktor (A) zur Justierung des Gas-Luftgemisches ange­ steuert wird.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grobsensor (S) zum Erfassen der Verbrennungsgüte ausgebildet und angeordnet ist.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grobsensor (S) als Thermoelement oder Widerstandsfühler zur Messung eines von einer Flammenfußtemperatur abhängigen Wertes, als in die Flamme hängender Draht zum Erfassen einer Ionisationsspannung oder eines Ionisationsstroms oder als optischer Sensor zum Erfassen der Flammenfarbe ausgebildet ist.

4. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenwert zum Aktivieren der Lambdasonde (λ) und/oder Steuervorgänge aufgrund von Signalen der Lambdasonde (λ) und/oder des Grobsensors (S) in der Steuereinrichtung (ST) programmierbar sind.