DE10001251B4 - Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Gasbrenners - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Gasbrenners mit einer Steuereinrichtung (ST) und einem von dieser gesteuerten Aktor (A), über den eine einer Verbrennungsluftmenge zugeordnete Brenngasmenge zugeführt oder ein Gas-Luftverhältnis eingestellt wird, wobei die Steuerung oder Regelung mit Hilfe einer an die Steuereinrichtung (ST) angenschlossenen Lambdasonde (λ) vorgenommen wird, die in Abhängigkeit von Sensor (S) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet,
dass der weitere Sensor als Grobsensor (S) betrieben wird und Änderungen der Qualitat des zugeführten Brenngases erfasst,
dass mit der Steuereinrichtung (ST) eine Grobänderung der Brenngasqualität erkannt wird und mit ihr die Lambdasonde (λ) in Betrieb gesetzt (aktiviert) wird wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe über schreitet, und
dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde (λ) und/oder des Grobsensors (S) der Aktor (A) zur Justierung des Gas-Luftgemisches angesteuert wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Gasbrenners nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei derzeit bekannten Brennern wird die Brenngasmenge einer Verbrennungsluftmenge über eine pneumatische Verbundsteuerung zugeordnet. Eine Masseänderung der Luft infolge von Temperaturänderungen wird dabei durch Temperatur kompensierte Luftstromerfassungseinrichtungen ausgeglichen. Eine Veränderung der Gasqualität gegenüber der Qualität bei der Geräteeinstellung wird dabei nicht erkannt. Veränderungen der Gasqualität treten zwischen verschiedenen Versorgungsgebieten sowie Spitzenlasteinspeisungen innerhalb eines Versorgungsgebietes auf. Um einen ausreichend sicheren Betrieb bei günstiger, enger Lambda-Betriebsbandbreite zu gewährleisten, sind hohe Anforderungen an Genauigkeit und Konstanz der Fertigung nötig.
  • Es sind auch Gasbrenner bekannt, bei denen die Regelung mit einer Lambdasonde 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 Gasbrennern 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 Verbrennungszustandes Schwankungen eines Ionisationsstromes mittels einer Ionisationselektrode 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.
  • Ein weiteres Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Gasbrenners, bei dem von einer Steuereinrichtung ein Aktor angesteuert wird, über den das Benngas-Luftverhältnis eingestellt wird, ist aus dem Abstract zu JP 0960860 A bekannt. Zur Steuerung des Gasbrenners ist ein Sauerstoffsensor in einem Abgaskanal des Brenners vorgesehen. Außerdem wird mittels einer Flammensonde festgestellt, ob ein Brennerbetrieb vorliegt und erst dann erfolgt die Inbetriebnahme des Sauerstoffsensors. Der Sauerstoffsensor ist somit während des Brennerbetriebs dauernd aktiviert. Hierbei existiert jedoch weiterhin das Problem, dass die Lebensdauer des Sauerstoffsensors wesentlich kürzer ist als die Betriebsdauer des Gasbrenners.
  • Aus dem Abstract zu JP 59052128 A ist ferner ein Brenner mit einem Flammendetektor und einem Gassensor bekannt, wobei die beiden Sensoren zur Erhöhung der Sicherheit des Betriebes des Heizgerätes dienen.
  • Im Abstract zu JP 58022945 A wird ein Heizgerät mit einem Brenner und zwei Sensoren und zwar einem Sauerstoffsensor und einem sogenannten Mastersensor vorgeschlagen. Beide Sensoren dienen zur Steigerung der Messgenauigkeit.
  • Auch bei der aus dem Abstract zu JP 03199815 A bekannten Steuerung eines Brenners, bei der ein Lüftermotor aufgrund des Sensorsignals eines Sauerstoffsensors angesteuert wird, ist der Sauerstoffsensor dauerhaft aktiviert. Das gleiche gilt für den aus dem Abstract zu JP 60235915 A bekannten Sauerstoffsensor zur Steuerung eines Brenners.
  • Die DE 37 43 205 C2 beschreibt einen Brenner mit mehreren Sensoren, einschließlich einer Lambdasonde zur Regelung der Verbrennung. Auch hierbei wird die Lambda-Sonde während des Brennerberbetriebs fortwährend betrieben.
  • Schließlich geht aus EP 334 779 B1 ein Verfahren zur Bestimmung der Beschaffenheit von Verbrennungsgasen hervor, das das Sensorsignal eines in einem Gasstrang angeordneten Gassensor nutzt. Das Sensorsignal liefert eine Widerstandskurve, deren Funktion abhängig ist von der Beschaffenheit der Verbrennungsgase. Um die Querempfindlichkeit gegenüber Wasserdampf zu minimieren ist vorgesehen, den Sensor auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Gasbrenners der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem ein optimales Gas-Luftverhältnis bei der Verbrennung auf Dauer mit möglichst einfachen gerätetechnischen Maßnahmen sichergestellt ist.
  • Die Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass ein an die Steuereinrichtung angeschlossener Grobsensor zum Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases betrieben wird, dass mit der Steuereinrichtung eine Grobänderung der Brenngasqualität erkannt wird und mit ihr die Lambdasonde in Betrieb gesetzt bzw. aktiviert wird, 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 werden, die bezogen auf die Gesamtlebensdauer, einen geringen Bruchteil ausmachen, so dass die Lambdasonde relativ selten im 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 Lambdasonden eine Feinjustierung des Gas-Luftgemisches über den Aktor veranlassen, so dass der Gasbrenner in der günstigen engen λ-Betriebsbandbreite von ca. 1,2 bis 1,3 betrieben wird, um eine hinsichtlich Schadstoffemissionen optimierte Verbrennung, Zündgrenze, Lebensdauerkriterien und Pfeil- bzw. Dröhngeräuschen vorteilhafte Ansteuerung dauerhaft zu gewährleisten.
  • Die grobe Änderung der Gasqualität kann vorteilhaft dadurch überwacht werden, dass mit dem Grobsensor die Verbrennungsgüte erfasst wird.
  • Geeignete Ausführungsformen für einen robusten Grobsensor bestehen u.a. darin, dass der Grobsensor als Thermoelement oder Widerstandsfühler zur Messung von einer Flammenfußtemperatur abhängiger 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 Lambdasonden-Betriebs und des Gas-Luftverhältnisses über den Aktor sind des weiteren die Maßnahmen vorteilhaft, dass ein Schwellenwert zum Aktivieren der Lambdasonde und/oder des Grobsensors in der Steuereinrichtung programmiert wird, wobei die Programmierung leicht mit einem in der Steuereinrichtung vorgesehenen Mikrocontroller vorgenommen werden kann.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines ein der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
  • Die Figur zeigt in schematischer Ansicht einen Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung 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 Flammen fußtemperatur 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 Sensor 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 Änderung einen in der Steuereinrichtung ST vorgegebenen oder z.B. durch entsprechende 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. Insbesondere 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 Ansteuerprogramm 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. Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Gasbrenners mit einer Steuereinrichtung (ST) und einem von dieser gesteuerten Aktor (A), über den eine einer Verbrennungsluftmenge zugeordnete Brenngasmenge zugeführt oder ein Gas-Luftverhältnis eingestellt wird, wobei die Steuerung oder Regelung mit Hilfe einer an die Steuereinrichtung (ST) angenschlossenen Lambdasonde (λ) vorgenommen wird, die in Abhängigkeit von Sensor (S) betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Sensor als Grobsensor (S) betrieben wird und Änderungen der Qualitat des zugeführten Brenngases erfasst, dass mit der Steuereinrichtung (ST) eine Grobänderung der Brenngasqualität erkannt wird und mit ihr die Lambdasonde (λ) in Betrieb gesetzt (aktiviert) wird wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe über schreitet, und dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde (λ) und/oder des Grobsensors (S) der Aktor (A) zur Justierung des Gas-Luftgemisches angesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Grobsensor (S) die Verbrennungsgüte erfasst wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Grobsensor (S) als Thermoelement oder Winderstandsfühler ein von einer Flammenfußtemperatur abhängiger Wert gemessen wird, als in die Flammen hängender Draht eine Ionisationsspannung oder ein Ionisationsstroms erfasst wird oder als optischer Sensor die Flammenfarbe erfasst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdasonde (λ) in Abhängigkeit von einem in der Steuereinrichtung (ST) programmierten Schwellwert aktiviert wird und/oder dass die Steuervorgänge aufgrund von Signalen der Lambdasonde (λ) und/oder des Grobsensors (S) nach einem in der Steuereinrichtung (ST) gespeicherten Programm erfolgen.
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