DE10045272A1 - Feuerungseinrichtung mit Überwachung der Flammenlänge - Google Patents
Feuerungseinrichtung mit Überwachung der FlammenlängeInfo
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Abstract
Eine Feuerungseinrichtung weist einen Temperatursensor auf, dessen Länge so groß bemessen ist, dass er im Teillastbereich des Brenners nur zum Teil von dem Flammenkern, der sich vor dem Brenner ausbildenden Flamme erfasst wird. Vorzugsweise taucht der Temperatursensor frühestens bei Volllast und maximaler denkbarer Flammenlänge vollständig in den Flammenkern ein. Dieser Temperatursensor ist dazu geeignet, anhand der sich bei gegebener Gasmenge und Luftmenge einstellenden Flammenlänge L die Gasart zu bestimmen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Feuerungseinrichtung und
ein Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Feuerungsein
richtung.
Feuerungseinrichtungen dienen der Erzeugung von Wär
meleistung durch Verbrennung eines bspw. gasförmigen
Brennstoffs. Die Feuerungseinrichtung muss meist an ver
schiedene Betriebsfälle anpassbar sein, zu denen unter
schiedliche Leistungsanforderungen, unterschiedliche Umge
bungsbedingungen und unterschiedlichen Brennstoffarten
gehören. Im dem gesamten Betriebsbereich sind in der Regel
vorgegebene Rahmenbedingungen einzuhalten, wie bspw. Ab
gasgrenzwerte oder ähnliches. Außer Schwankungen der Gas
qualität, d. h. der chemischen Zusammensetzung des Brenns
toffs und seines Heizwerts, wirken weitere Randbedingungen
auf den Betrieb eines Brenners ein, die die Verbrennung
beeinflussen können. Dazu gehören Luftdruck- oder Tempera
turänderungen, Änderungen der Luftfeuchtigkeit, der
Brennstofffeuchtigkeit und ähnliches.
Aus der DE 197 34 574 A1 ist die Erfassung des Betriebs
eines Brenners durch Temperaturüberwachung am Flammenfuss
punkt bekannt. Bei der vorbekannten Einrichtung ist an dem
Flammenfusspunkt ein Temperatursensor angeordnet. Der
Flammenfusspunkt markiert den Beginn oder Anfang der
Hauptreaktionszone der Flamme. Der Temperatursensor dient
der Erfassung von Verlagerungen der Hauptreaktionszone,
wobei eine solche Verlagerung als Kriterium für die Nach
regelung des Brenners herangezogen wird. Hat die Flamme
sich relativ stark verlagert und berührt das Sensorelement
nicht mehr, kann dies nachteiligen Einfluss auf die an
geschlossene Regelung haben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und ro
bustes Verfahren zur Regelung oder Steuerung eines Bren
ners sowie eine entsprechende Feuerungseinrichtung zu
schaffen, wobei die Feuerungseinrichtung auf einfache Wei
se eine Anpassung an schwankende Gasqualität und/oder ge
änderte Umgebungsbedingungen vornehmen soll.
Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine Feuerungsein
richtung und ein zugehöriges Regel- oder Steuerungsverfah
ren für diese zu schaffen, wobei die Anpassung der Regeleinrichtung
an unterschiedliche Brenner sowie die Anpas
sung der Feuerungseinrichtung an unterschiedliche Gasarten
und Einsatzbedingungen ohne aufwendige Einstellarbeiten
oder Programmierarbeiten erforderlich sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die Feuerungseinrichtung
nach Anspruch 1 sowie das Verfahren nach Anspruch 16 ge
löst.
Die erfindungsgemäße Feuerungseinrichtung weist einen
Temperatursensor auf, der die Flammenlänge erfasst, und
zwar vorzugsweise weitgehend unabhängig von der Kerntempe
ratur der Flamme. Es wird als vorteilhaft angesehen, den
Temperatursensor so auszubilden, dass er insbesondere die
Länge der Hauptreaktionszone der Flamme (Flammenkern) er
fasst. Die Flammenlänge ist bei gegebenem Brennstoff/Luft-
Verhältnis (Luftzahl λ) und gegebenem Gesamt-Massenstrom
charakteristisch für die dem Brenner zugeführte Gasart.
Auf dieser Basis sind einfachste Regelstrategien zur Rege
lung oder Steuerung des Brenners und einfachste Strategien
zur Erkennung der verwendeten Gasart möglich. Wird bspw.
dem Brenner ein unbekannter Brennstoff mit einer festge
legten und somit bekannten Luftzahl λ und festgelegtem
Massen- und Volumenstrom zugeführt und die sich ergebende
Flammenlänge erfasst, kann die Steuereinrichtung anhand
dessen auf die Gasart schließen und die weitere Steuerung
oder Regelung des Brenners anhand vorhandener abgespei
cherter oder erlernter Kennfelder vornehmen. Stimmt die
beim Betrieb des Brenners erzielte Flammenlänge nicht mehr
mit dem für die zugrundegelegte Gasart in dem betreffenden
Betriebspunkt erwarteten Werten überein, kann daraus auf
eine Änderung der Brennstoffqualität geschlossen werden
und entweder unmittelbar oder nach einem weiteren Testlauf
auf die andere. Brennstoffart umgeschaltet werden. Der wei
tere Testlauf beinhaltet bspw. den kurzzeitigen Betrieb
des Brenners mit vorgegebener Luftzahl und Gemischmenge
oder Leistung und die Beobachtung der sich einstellenden
Flammenlänge.
Zur Erfassung der Flammenlänge dient ein Temperatur
sensor, der in einem ersten Betriebspunkt des Brenners von
der Flamme bzw. dem Flammenkern ganz erfasst wird und in
einem zweiten Betriebspunkt nur teilweise erfasst wird und
somit aus der Flamme herausragt. Der Temperatursensor kann
bspw. ein länglicher temperaturabhängiger Widerstand sein,
dessen Widerstand in charakteristischer Weise von der Län
ge seines beheizten Abschnitts abhängt. Ist der Widerstand
des beheizten Abschnitts sehr viel kleiner als der des
nichtbeheizten Abschnitts, spielt der sich im heißen Ab
schnitt einstellende Widerstand eine untergeordnete Rolle.
Der Gesamtwiderstand des Widerstandselements wird durch
die Länge des hochohmigen Abschnitts, d. h. des vergleichs
weise kalten Abschnitts, bestimmt. Unabhängig davon, wie
präzise der sich einstellende Widerstandswert die tatsäch
liche Flammenlänge kennzeichnet, ist der von dem Tempera
tursensor gelieferte Widerstandswert bei festgelegtem Vo
lumenstrom oder Massenstrom und festgelegter Luftzahl ein
meist eindeutiges Kennzeichen für die Brennstoffart. Der
gleiche Widerstandswert kann mit einer längeren, weniger
heißen und mit einer kürzeren heißeren Flamme erreichbar.
Er kennzeichnet somit eine Vergleichsflammenlänge, d. h.
die Länge einer Flamme mit gegebener Temperatur, die den
gleichen Widerstandswert erzeugen würde, wie die tatsäch
liche Flamme.
Alternativ kann der Temperatursensor aus einer Reihe
von Einzelwiderständen bestehen oder durch mehrere in ei
ner Reihe angeordnete Widerstände. Diese können in glei
chen oder unterschiedlichen Abständen zueinander angeord
net sein und einzeln mit der Steuereinrichtung verbunden
sein. Alternativ können sie auch insgesamt oder gruppen
weise in Reihe oder parallel geschaltet oder anderweitig
zusammengefasst sein.
Zusätzlich zu dem die Flammenlänge bzw. die Ver
gleichsflammenlänge erfassenden Temperatursensor kann ein
zweiter Temperatursensor vorgesehen sein, der bspw. bei
allen Betriebsbereichen des Brenners vollständig in den
Flammenkern eintaucht. Dieser Sensor kann dazu dienen, die
mittlere Flammentemperatur zu erfassen. Dies hat den Vor
teil, dass unabhängige Signale existieren, von denen eines
die Vergleichsflammenlänge und das andere die Flammenkern
temperatur charakterisiert. Damit kann eines der Signale
zur Einstellung eines optimalen Brennstoff/Luft
verhälnisses (λ) und das andere zur Einstellung der ge
wünschten Brennerleistung herangezogen werden. Außerdem
lässt sich aus der Vergleichsflammenlänge und der Flammen
kerntemperatur die tatsächliche Flammenlänge ermitteln.
Die Temperatursensoren sind vorzugsweise korrosions
feste Keramikelemente mit einem stetigen Zusammenhang zwi
schen Temperatur und ohmschen Widerstand. Dies ist bspw.
bei negativer Temperaturcharakteristik gegeben, wobei die
Kennlinie, d. h. der Temperatur-Widerstands-Zusammenhang
eine Kennlinie ist, die monoton verläuft. Die erste und
die zweite Ableitung dieser Kennlinie weisen vorzugsweise
keine Vorzeichenwechsel auf.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet,
dass sie den Brennstoffstrom und/oder den Luftstrom
und/oder die Zusammensetzung des Brennstoff/Luftstroms
und/oder den Gesamtstrom so festlegt, dass die Flammen
temperatur, die Flammenlänge (bzw. die Vergleichsflammen
länge) oder beides jeweils mit einem vorgegebenen Wert in
Übereinstimmung gebracht wird. Dies kann durch Regel
schleifen erfolgen, die jeweils die Flammenkerntemperatur
und/oder die Flammenlänge regulieren. Derartige Regel
schleifen können einen Kennzeichnblock enthalten, der
durch einen Speicher und eine zugehörige Verarbeitungsein
richtung gebildet ist. Der Kennzeichenblock ordnet den
gemessenen Wert der Flammenlänge (oder der Vergleichsflam
menlänge) der Gasart zu und speichert diese ab. Alternativ
kann ein Teil der Betriebsführung des Brenners anhand der
erfassten Verhältnisse von einer Steuereinrichtung über
nommen werden.
Bspw. kann die Feuerungseinrichtung den Brenner zu
nächst mit einem gegebenen Gasstrom betreiben und die zu
gehörige Luftmenge solange variieren, bis eine gewünschte
Flammenlänge und/oder eine gewünschte Flammentemperatur
erreicht wird. Aus dem dazu erforderlichen Luftstrom kann
die Steuereinrichtung das Luftverhältnis (λ) bestimmen.
Alternativ kann die Steuereinrichtung ausgehend von einem
gegebenen Gasstrom die Luftzumischung solange variieren,
bis eine maximale Länge des heißen Flammenkerns oder eine
gewünschte Länge des heißen Flammenkerns (bzw. einer Ver
gleichsflammenlänge) erreicht ist und daraus auf die Gas
art schließen. Diese kann dann der weiteren Regulierung
des Brenners zugrundegelegt werden.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung
liegt darin, dass die Feuerungseinrichtung mit einer einfachen
Regelungsstrategie an wechselnde Gasqualitäten an
passbar ist. Die Anpassung kann im Rahmen des gewöhnlichen
Betriebs ohne gesonderten Testlauf vorgenommen werden.
Damit ist insbesondere die Reaktion auf schleichende, d. h.
allmählich auftretende Änderungen des Heizwerts oder der
chemischen Zusammensetzung des Brennstoffs möglich.
Der Temperatursensor kann zusätzlich zum Zünden einer
Flamme als Glühzünder betrieben werden. Dies insbesondere,
wenn er aus einem relativ niederohmigen Widerstandsmateri
al mit vorzugsweise nichtlinearer Temperatur-Widerstands
kennlinie besteht. Insbesondere ist hier ein Material mit
PTC-Charakteristik (z. B. spezielle Keramik) von Vorteil.
Die Steuereinrichtung beaufschlagt den Temperatursensor
dazu während einer entsprechenden Zündbetriebsphase mit
einem Betriebsstrom oder einer Betriebsspannung, die den
Temperatursensor auf eine gewünschte Glühtemperatur er
hitzt.
Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der
Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, der Zeich
nung oder der Beschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin
dung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine Feuerungseinrichtung mit Flammenlängen
erfassung, in schematischer Darstellung,
Fig. 2 und
Fig. 3 die Feuerungseinrichtung nach Fig. 1, in ei
ner ausschnittsweisen und schematisierten Darstellung,
Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform einer Feue
rungseinrichtung, in schematisierter Darstellung,
Fig. 5 eine weiter abgewandelte Ausführungsform der
Feuerungseinrichtung, in schematisierter Darstellung,
Fig. 6 eine Darstellung verschiedener Vergleichsflam
menlängen unterschiedlicher Gasarten, als Diagramm, und
Fig. 7 einen Brenner mit radial angeordnetem Flammen
sensor, in Schnittdarstellung.
In Fig. 1 ist eine Feuerungseinrichtung 1 ver
anschaulicht, zu der ein Brenner 2 und eine Betriebsein
richtung 3 gehören. Die Betriebseinrichtung 3 beinhaltet
ein Mittel zur Zuführung von Luft oder Gas/Luftgemisch zu
dem Brenner 2. Dieses Mittel ist z. B. ein Gebläse 4, das
über einen nicht weiter veranschaulichten Gebläsemotor
betrieben wird. Eine von dem Gebläse 4 zu dem Brenner 2
führende Leitung 5 dient der Gemischzuführung zu dem Bren
ner 2. Der Gebläsemotor des Gebläses 4 ist über eine Lei
tung 5 mit einer Steuereinrichtung 6 verbunden, die zu dem
Betriebsgerät 3 gehört.
Zur Zuführung von Brennstoff, bspw. Gas zu dem Bren
ner 2, dient eine Gaszuführungsleitung 7, die von einem
Gasspeicher oder dem öffentlichen Gasnetz zu der Leitung 5
oder einer zu dem Gebläse 4 führenden Luftansaugleitung 9
führt. In der Gaszuführungsleitung 7 ist eine Dosierein
richtung, bspw. ein Steuerventil 11 angeordnet, das über
eine Leitung 12 mit der Steuereinrichtung 6 verbunden ist
und den durchgelassenen Gasstrom festlegt.
Der Brenner 2 weist Brenneraustrittsöffnungen 14 auf,
aus denen Gas/Luftgemisch austritt, wobei sich oberhalb
des Brenners bzw. seiner Austrittsöffnungen 14 eine Flamme
15 ausbildet. Oberhalb des Brenners 2 ist ein Temperatur
sensor 16 angeordnet, der sich in Flammenlängsrichtung
erstreckt und so lang ausgebildet ist, dass zumindest eine
Teillastflamme nur einen Teil des Temperatursensors 16
erfasst und erwärmt. Dies ist insbesondere den Fig. 2
und 3 zu entnehmen. Der Temperatursensor 16 ist ein stab
förmiges längliches, vorzugsweise aus Keramik bestehendes
Element, dessen ohmscher Widerstand temperaturabhängig
ist. Vorzugsweise weist dieses Material eine NTC-Charakte
ristik (negativer Temperaturkoeffizient) auf. Es erwärmt
sich nur über einen Teil seiner Länge und zwar über den
Teil, der in die Flamme 15 bzw. ihren Flammenkern 17 ragt.
Dieser stellt die Hauptreaktionszone dar.
Der Temperatursensor 16 ist an die Steuereinrichtung
6 angeschlossen. Dieser erhält an einem Eingang 18 ein
Leistungssignal P, das die gewünschte Wärmeleistung des
Brenners 2 kennzeichnet. Das Leistungssignal P wird an
einen Kennfeldblock 19 geleitet, der Bestandteil der Steu
ereinrichtung 6 ist und für die verwendete Gasart, bspw.
Erdgas, eines bestimmten Lieferanten zugehörigen Luftströ
me und Gasströme Dluft, DGas abgespeichert hat. Diese den
Luftstrom DLuft und den Gasstrom DGas kennezeichnenden Werte
oder Signale werden an einen Regelblock 21 geliefert, der
dann das Gebläse 4 und das Gasventil 11 entsprechend ein
stellt. Außerdem kann der Kennfeldblock 19 bedarfsweise
mehrere Kennfelder für unterschiedliche Gasarten beinhal
ten. Um diese zu unterscheiden, kann in dem Kennfeldblock
19 für jede Gasart bei einem charakteristischen Gas/Luft-
Verhältnis λ die zugehörige Flammenlänge abgespeichert
sein. Dabei genügt es, die Flammenlänge oder die Ver
gleichsflammenlänge für einen bestimmten Gasstrom und ein
bestimmtes Gas/Luft-Verhältnis abzuspeichern, wenn die
sich dann ergebende Flammenlänge für die Gasart charakte
ristisch ist. Dies ist in Fig. 6 veranschaulicht. Zur
Erfassung der Flammenlänge ist der Temperatursensor 16 mit
einem Auswerteblock 22 verbunden, der aus dem von dem Tem
peratursensor 16 abgegebenen Signal an seinem Ausgang ein
Flammenlängensignal bereitstellt und dieses über eine Ver
bindung 23 an den Kennfeldblock 19 liefert. Dieser kann
für die weitere Steuerung des Brenners die so erfasste
Gasart zugrundelegen.
Die insoweit beschriebene Feuerungseinrichtung 1 ar
beitet wie folgt:
Bei Inbetriebnahme setzt der Kennfeldblock 19 zu nächst eine erwartete oder voreingestellte Gasart voraus. Kommt ein Leistunganforderungssignal P, das eine bestimmte Wärmeleistung kennzeichnet, bestimmt dieser Kennfeldblock 19 anhand der zugrundegelegten Gasart und der Leistung den dafür erforderlichen Gasstrom DGas und den zugehörigen Luftstrom DLuft. Der Ansteuerblock 21 stellt das Gasventil 11 und das Gebläse 4 entsprechend ein und der Brenner 2 erzeugt eine bestimmte Flamme. Stimmt die tatsächliche Gasart, d. h. der Heizwert des tatsächlich vorhandenen Ga ses mit dem in dem Kennfeldblock 19 zugrundegelegten Gas überein, entspricht auch die sich einstellende Flammenlän ge dem erwarteten Wert. Dies wird über den Temperatursen sor 16 und den Flammenlängenerfassungsblock 22 fest gestellt und über die Verbindung 23 entsprechend an den Kennfeldblock 19 zurückgemeldet.
Bei Inbetriebnahme setzt der Kennfeldblock 19 zu nächst eine erwartete oder voreingestellte Gasart voraus. Kommt ein Leistunganforderungssignal P, das eine bestimmte Wärmeleistung kennzeichnet, bestimmt dieser Kennfeldblock 19 anhand der zugrundegelegten Gasart und der Leistung den dafür erforderlichen Gasstrom DGas und den zugehörigen Luftstrom DLuft. Der Ansteuerblock 21 stellt das Gasventil 11 und das Gebläse 4 entsprechend ein und der Brenner 2 erzeugt eine bestimmte Flamme. Stimmt die tatsächliche Gasart, d. h. der Heizwert des tatsächlich vorhandenen Ga ses mit dem in dem Kennfeldblock 19 zugrundegelegten Gas überein, entspricht auch die sich einstellende Flammenlän ge dem erwarteten Wert. Dies wird über den Temperatursen sor 16 und den Flammenlängenerfassungsblock 22 fest gestellt und über die Verbindung 23 entsprechend an den Kennfeldblock 19 zurückgemeldet.
Stimmt die Gasqualität jedoch nicht mit den Grund
annahmen überein, stellt sich eine vom Sollwert verschie
dene Flammenlänge ein. Über den Temperatursensor 16 und
den Auswerteblock 22 wird dies erfasst und an den Kenn
feldblock 19 gemeldet. Dieser sucht nun nach der Gasart,
die bei dem eingestellten Gasstrom und Luftstrom die tat
sächlich vorhandene Flammenlänge ergeben würde. Wird eine
solche Gasart eindeutig aufgefunden, wird diese für die
weitere Steuerung und Einstellung des Brenners 2 zugrunde
gelegt und der Luftstrom DLuft und der Gasstrom DGas werden
entsprechend dem sich für die gegebene Leistung P ergebenden
neuen Werten festgelegt und an dem Gasventil 11 und
dem Gebläse 4 eingestellt.
Kann in dem Kennfeldblock 19 keine Kennlinie gefunden
werden, die für den anfänglich eingestellten Arbeitspunkt
die tatsächlich vorhandene Flammenlänge liefern müßte,
geht die Steuereinrichtung 6 in eine Probebetriebsart
über, in der ein Probegasstrom und ein zugehöriger Luft
gasstrom festgelegt werden. Dieser Probegasstrom und der
zugehörige Luftgasstrom sind so gewählt, dass sie für jede
bekannte und anzunehmende Gasart charateristische Flammen
längen oder eine charakteristische Vergleichsflammenlänge
ergeben. Anhand der sich nun einstellenden Flammenlänge
kann die Steuereinrichtung 6 die Gasart eindeutig unter
scheiden und erfassen und der weiteren Steuerung zugrunde
legen.
Abweichend davon ist es möglich, insbesondere wenn
der Kennfeldblock 19 leer ist oder nicht vorhanden ist,
anstelle des Kennfeldblocks 19 einen Steuerblock einzuset
zen, der bei gegebener Leistung P und daraus einen Gas
strom DGas ableitet und den Luftstrom DLuft so bemisst, dass
die Flammenlänge je nach Anwendungsfall maximal oder mini
mal wird. Alternativ kann die zu dem Gasstrom DGas beige
mischte Luftmenge (Luftstrom) auch so bemessen werden,
dass sich jeweils eine gewünschte Flammenlänge einstellt.
Umgekehrt ist es ebenso möglich, von einem leistungsspezi
fisch vorgegebenen Luftstrom DLuft auszugehen und eine sol
che Gasmenge DGas beizumischen, dass sich die gewünschte
Flammenlänge ergibt. Allerdings wird bei dieser Regel-
oder Steuerstrategie die gewünschte Leistung P nicht prä
zise eingeregelt.
Bei einer erweiterten Ausführungsform der Feuerungs
einrichtung 1, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht ist, ist
zusätzlich zu dem als Flammenlängensensor dienenden Tempe
ratursensor 16 ein räumlich weniger ausgedehnter Tempera
tursensor 26 vorgesehen. Dieser ist ebenfalls ein Keramik
sensor und so angeordnet und ausgebildet, dass er in jedem
Fall vollständig in den Flammenkern 17 eintaucht. Der
Steuer- oder Regeleinrichtung 6 stehen somit ein die Flam
menkerntemperatur T und ein die Flammenlänge L kennzeich
nendes Signal unabhängig voneinander zur Verfügung. Diese
Ausführungsform eignet sich besonders für Feuerungsein
richtungen 1, die mit Brennstoffarten konfrontiert werden,
deren Heizwert im Vorhinein nicht bekannt ist. Die Steuer
einrichtung 6 enthält einen Kennfeldblock 19, der für ge
wünschte Leistungen P jeweils einen zugehörigen Wert für
die Flammenkerntemperatur T und die Flammenkernlänge L
bereithält. Diese werden als Führungssignale für die Tem
peratur TSoll und für die Flammenkernlänge LSoll an entspre
chende Regler 21a, 21b ausgegeben. Dabei wird davon ausge
gangen, dass die Flammentemperatur im Wesentlichen von der
Luftzufuhr und die Flammenlänge im Wesentlichen von der
Gaszufuhr bestimmt werden. Entsprechend regelt der Regel
block 21a für die Temperatur das Gebläse 4, während der
Regelblock 21b für die Flammenlänge das Gasventil 11 re
gelt.
Alternativ können sowohl der Temperatursensor 16 für
die Flammenlänge L als auch der Temperatursensor 26 für
die Flammentemperatur T an den Kennfeldblock 19 an
geschlossen sein, der dann im Wesentlichen wie der Kenn
feldblock 19 nach Fig. 1 arbeitet, wobei zusätzlich die
Flammenkerntemperatur als Regelkriterium herangezogen
wird.
Eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Feue
rungseinrichtung 1 ist in Fig. 5 veranschaulicht. Mit
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen identische oder
funktionsähnliche Baugruppen sind ohne erneute Erläuterung
und Bezugnahme mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Auf
die entsprechenden Teile der vorstehenden Beschreibung
wird in diesem Zusammenhang verwiesen.
Die Besonderheit der in Fig. 5 veranschaulichten
Feuerungseinrichtung 1 liegt gegenüber den vorstehend be
schriebenen Ausführungsformen in dem Temperatursensor 16,
der durch eine Vielzahl einzelner Temperatursensoren 16i
gebildet wird. Jeder der einzelnen Temperatursensoren 16i
liefert ein entsprechendes Temperatursignal Ti an die Steu
ereinrichtung 6. Diese erfasst somit anhand der Anzahl der
heißen und somit im Flammenkern 17 befindlichen Sensor
elemente die Länge des Flammenkerns 17 und über den jewei
ligen Widerstandswert der von dem Flammenkern 17 erfassten
Sensorelemente die Flammenkerntemperatur. Damit sind der.
Steuereinrichtung 6 die Flammenkernlänge L und die Flam
menkerntemperatur T bekannt. Die Steuereinrichtung 6 kann
nun ohne vorhandene Kennfelder die Luftzahl λ bspw. so
einstellen, dass eine gewünschte Flammenkerntemperatur
erreicht wird und die Gesamtgemischmenge so einstellen,
dass eine bei dieser Flammenkerntemperatur der gewünschten
Leistung P entsprechende Flammenkernlänge 17 auftritt.
Damit ist diese Steuereinrichtung prinzipiell dazu geeig
net, mit unbekannten Gasarten umzugehen, ohne für jede
Gasart umfangreiche Testläufe durchführen zu müssen.
Eine weitere Ausführungsform einer Brenneranordnung
mit Flammenlängensensor ist in Fig. 7 veranschaulicht.
Der Brenner 2 ist ein zylindrischer Körper, mit an seiner
Mantelfläche angeordneten Austrittsöffnungen 2a für
Brennstoff/Luftgemisch. Sich ausbildende Flammen 15 er
strecken sich im Wesentlichen radial von dem Brenner weg.
Die Flammen 15 sind dabei in einem entsprechenden Raum
eingeschlossen, bspw. ist koaxial zu dem Brenner 2 eine
Heizfläche H vorgesehen.
Der Temperatursensor 16, der insbesondere zur Erfas
sung der Länge der Flammen oder der Länge der Flammenkerne
17 dienen soll, ist an der Heizfläche H angeordnet oder
durchgreift diese bei einer entsprechenden Öffnung 30. Der
Temperatursensor 16 erstreckt sich somit von einem Punkt,
der von der längstmöglichen Flamme erreichbar ist, bspw.
der Heizfläche H, etwa in Radialrichtung auf den Brenner 2
bis zu einer Stelle, die von der kleinstmöglichen Flamme
15 gerade noch erreicht wird.
Bedarfsweise können mehrere derartige Temperatursen
soren 16 vorgesehen werden, die gemeinsam an eine Auswer
teschaltung oder parallel zueinander an mehrere Auswerte
schaltungen angeschlossen sind, bspw. aus Redundantsgrün
den oder um unterschiedliche Vorgänge zu steuern.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass der Tem
peratursensor 16, 26 auch als Glühzünder betrieben werden
kann, z. B. bei Betriebsbeginn. Die Zündung erfolgt dann
ohne Temperaturkontrolle durch den Temperatursensor. Das
Gas-Luft-Gemisch kann bei der Zündung nach fest vorgegebe
nen Werten oder besser nach den beim vorausgegangenen Be
trieb zuletzt eingestellten, abgespeicherten Werten erfol
gen. Es ist auch möglich, diese Werte für den Zündvorgang
zu Grunde zu legen und eine vorgegebene Abweichung dazu,
z. B. eine zusätzliche Gasmenge, einzustellen.
Eine Feuerungseinrichtung 1 weist einen Temperatur
sensor 16 auf, dessen Länge so groß bemessen ist, dass er
im Teillastbereich des Brenners 2 nur zum Teil von dem
Flammenkern 17, der sich vor dem Brenner 2 ausbildenden
Flamme 15 erfasst wird. Vorzugsweise taucht der Tempera
tursensor 16 frühestens bei Volllast und maximaler denk
barer Flammenlänge vollständig in den Flammenkern 17 ein.
Dieser Temperatursensor 16 ist dazu geeignet, anhand der
sich bei gegebener Gasmenge und Luftmenge einstellenden
Flammenlänge L die Gasart zu bestimmen.
Claims (20)
1. Feuerungseinrichtung (1), insbesondere mit gasför
migen Brennstoffen unterschiedlichen Heizwerts betreibbare
Feuerungseinrichtung,
mit einer Steuereinrichtung (6) zur gesteuerten Er zeugung eines Brennstoff/Luftgemischs mit einstellbarem Brennstoff/Luft-Verhältnis und einstellbarem Volumenstrom zur Anpassung an wenigstens zwei unterschiedliche Wärme leistungen und/oder Brennstoffe,
mit einem Brenner (2), der an die Steuereinrichtung (6) angeschlossen ist und von dieser Brennstoff, Luft oder ein Brennstoff/Luftgemisch erhält und der Austrittsöff nungen (14) für Brennstoff/Luftgemisch aufweist, vor denen sich eine Flamme (15) ausbildet, deren Flammenkern (17) in einem ersten Betriebspunkt eine geringere Länge und in einem zweiten Betriebspunkt eine größere Länge aufweist,
mit einem Temperatursensor (16), der mit der Steuer einrichtung (6) verbunden ist und der eine solche Länge aufweist und derart angeordnet ist, dass er zumindest in dem ersten Betriebspunkt von der Flamme (17) auf einer geringeren Länge erwärmt wird als in dem zweiten Betriebs punkt.
mit einer Steuereinrichtung (6) zur gesteuerten Er zeugung eines Brennstoff/Luftgemischs mit einstellbarem Brennstoff/Luft-Verhältnis und einstellbarem Volumenstrom zur Anpassung an wenigstens zwei unterschiedliche Wärme leistungen und/oder Brennstoffe,
mit einem Brenner (2), der an die Steuereinrichtung (6) angeschlossen ist und von dieser Brennstoff, Luft oder ein Brennstoff/Luftgemisch erhält und der Austrittsöff nungen (14) für Brennstoff/Luftgemisch aufweist, vor denen sich eine Flamme (15) ausbildet, deren Flammenkern (17) in einem ersten Betriebspunkt eine geringere Länge und in einem zweiten Betriebspunkt eine größere Länge aufweist,
mit einem Temperatursensor (16), der mit der Steuer einrichtung (6) verbunden ist und der eine solche Länge aufweist und derart angeordnet ist, dass er zumindest in dem ersten Betriebspunkt von der Flamme (17) auf einer geringeren Länge erwärmt wird als in dem zweiten Betriebs punkt.
2. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Temperatursensor (16) einen sich in
Flammenlängsrichtung erstreckenden länglichen Körper auf
weist, dessen ohmscher Widerstand temperaturabhängig ist.
3. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Temperatursensor (16) mehrere in
Längsrichtung der Flamme (17) hintereinander angeordnete
Sensorelemente (16i) aufweist.
4. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Temperatursensor (16) in der Haupt
reaktionszone (Flammenkern 17) der sich ausbildenden Flam
me (15) angeordnet ist.
5. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) zur gesteu
erten Erzeugung eines Brennstoff-Luftgemischs einen Regel
kreis für die Brennerleistung aufweist und diese anhand
des von dem Temperatursensor (16) gelieferten Signals re
guliert.
6. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass diese mehrere Temperatursensoren (16,
26) aufweist, zu denen ein erster Temperatursensor (16),
dessen erwärmte Länge von der Flammenlänge abhängig ist,
und ein zweiter Temperatursensor (26) gehören, der in je
dem Betriebszustand in dem Flammenkern (17) angeordnet
ist.
7. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor (26) zur
Erfassung der mittleren Flammentemperatur eingerichtet
ist.
8. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor (26) zur
Einstellung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses (λ) dient.
9. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge
kennzeichnet, dass der zweite Temperatursensor (26) eine
in Strömungsrichtung der Flamme gemessene Länge aufweist,
die mit der Länge der Hauptreaktionszone der kleinsten bei
vorgesehenem Betrieb erwarteten Flamme übereinstimmt.
10. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 6, da
durch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (16, 26)
ein Keramikelement ist.
11. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 6, da
durch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (16, 26)
einen stetigen Zusammenhang zwischen Temperatur und ohm
schen Widerstand aufweist.
12. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 6, da
durch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (16, 26)
ein Widerstandselement mit negativem Temperaturkoeffizien
ten (NTC-Charakteristik) ist.
13. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 6, da
durch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) den
Brennstoffstrom, den Luftstrom oder die Zusammensetzung
des Brennstoff/Luft-Stroms derart festlegt, dass die von
dem zweiten Temperatursensor (26) erfasste mittlere Flam
mentemperartur T mit einem vorgegebenen Wert in Überein
stimmung gebracht wird.
14. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) den Brenns
toffstrom, den Luftstrom oder die Zusammensetzung des
Brennstoff/Luft-Stroms derart festlegt, dass die von dem
ersten Temperatursensor (16) erfasste Flammenlänge L mit
einem vorgegebenen Wert in Übereinstimmung gebracht wird.
15. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) zur Erfas
sung der Brennstoffart den Brenner (2) mit einem gegebenen
Gasstrom betreibt und den Luftstrom variiert, bis die ge
wünschte mittlere Flammenlänge L erreicht ist, dass die
Steuereinrichtung (6) anhand des dazu eingestellten
Brennstoff/Luft-Verhältnisses λ und abgespeicherter Ver
gleichswerte für diese die zugeführte Brennstoffart be
stimmt und dass die Steuereinrichtung (6) die Einstellung
des Brennstoff/Luft-Verhältnisses λ für andere Gasströme
anhand der festgestellten Brennstoffart und eines abge
speicherten Kennfeldes vornimmt.
16. Verfahren zum Regeln oder Steuern einer Feue
rungseinrichtung mit einem Brenner, einer Steuereinrich
tung und einem Temperatursensor, wobei die Steuereinrich
tung die Zusammensetzung des Brennstoff/Luft-Gemischs so
reguliert, dass eine vorgegebene mittlere Flammenlänge
erreicht wird und aus dem Brennstoff/Luft-Verhältnis auf
die Brennstoffart schließt und die weitere Regulierung des
Brenners auf der Basis der derart erfassten Brennstoffart
vornimmt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, dass die Bestimmung der Brennstoffart periodisch vor
genommen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, dass die Bestimmung der Brennstoffart ständig vor
genommen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, dass die Bestimmung der Brennstoffart bedarfsweise
vorgenommen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich
net, dass der Temperatursensor zum Zünden einer Flamme als
Glühzünder betrieben wird und dass die Steuereinrichtung
den Temperatursensor dazu während einer entsprechenden
Zündbetriebsphase mit einem Betriebsstrom oder einer Be
triebsspannung beaufschlagt, die den Temperatursensor auf
eine gewünschte Glühtemperatur erhitzt.
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