DE10058417C2 - Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Gattungsgemäße Gasbrenner besitzen einen Zündbrenner zum Starten des Hauptbren­ ners sowie eine Messelektrode, insbesondere eine Ionisationselektrode zur Erfassung von Flammensignalen, welche durch die Gleichrichterwirkung der Flamme entstehen. Diese elektrische Größe wird an eine Regelschaltung gelegt, um Flammensignale mit unter­ schiedlichen Zeitkonstanten zu erzeugen. Zusätzlich zum Ionisationssignal, mit dem das Vorhandensein einer Flamme erfasst wird, steht noch ein gedämpftes bzw. gefiltertes Flammensignal mit einer wesentlich größeren Zeitkonstante zur Verfügung. Das Gas-/Luft- Verhältnis des Brenners kann nach den Messwerten auf einen entsprechenden Lambda- Wert eingestellt werden. Die Ionisationselektrode gibt dabei eine von der Verbrennungs­ temperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung weiter, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und ent­ sprechende Regelparameter als Vorgaben einstellt.

Aus der DE 196 18 573 C1 ist ein Verfahren zur Kalibrierung einer Regeleinrichtung an einem Gasbrenner bekannt, welches nach bestimmten Betriebszeiten aktiviert wird. Dadurch werden - der vorhandenen Gasart entsprechend - Sollwerte für das Flammensignal ermit­ telt, die während des Hauptbrennerbetriebes für die Einstellung des Gas-/Luft- Verhältnisses maßgebend sind. Weil das Flammensignal im Betrieb schwankt, gilt um den Sollwert ein relativ enges, toleriertes Werteband. Dieses ist an den Sollwert gebunden, so dass sich die oberen und unteren Grenzen dementsprechend parallel verändern. Aller­ dings ist dabei ein Driften des Sollwertes in eine Richtung, beispielsweise durch veränderte Umgebungsbedingungen bei aufeinanderfolgenden Kalibrierungen, nicht erfasst. Bei un­ günstigen Verhältnissen kann daher die Verbrennung nicht mehr optimal sein, weil der Regelbereich des Gasbrenners möglicherweise eingeschränkt ist.

Bei einem Gasbrenner beginnt normalerweise ein Startvorgang mit der Inbetriebnahme des Zündbrenners. Anschließend öffnet ein zweites Absperrventil an einer Gasarmatur und es wird die Hauptgaszufuhr freigegeben. Innerhalb einer Sicherheitszeit muss dann ein Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner erfolgt sein. Erkennt der Feuerungsautomat aufgrund der Flammensignalwerte, dass dies nicht der Fall ist, so wird sofort eine Si­ cherheits- bzw. Störabschaltung eingeleitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum sicheren, emissionsarmen Betreiben eines Gasbrenners für ein Heizgerät zu schaffen.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeich­ net, dass die Flammensignale vom Feuerungsautomaten überwacht und mit vorgegebe­ nen, absoluten Grenzwerten verglichen werden, die im Regelbetrieb nicht über- oder un­ terschritten werden dürfen. Dabei bilden die Grenzwerte im Betrieb einen engeren zulässi­ gen Wertebereich für das Flammensignal als in der Startphase, weil in dieser das Über­ zünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner, die Stabilisierung und/oder die Kalibrierung durchgeführt wird, wobei das Flammensignal andere Werte einnimmt als im Betrieb.

Während der Startphase gilt ab dem Beginn des Hauptbrennerbetriebes ein neuer oberer Grenzwert für das Flammensignal. Dieser liegt über dem für den stationären Brennerbe­ trieb gültigen oberen Grenzwert. Die Anhebung des oberen Grenzwertes endet nach ei­ nem sogenannten Vorbetrieb als Abschluss der Startphase, d. h. ab dem stationären Hauptbrennerbetrieb, in dem das Gas-/Luft-Verhältnis nach den Flammensignalen geregelt wird, gilt ein niedrigerer oberer Grenzwert.

Weiterhin muss der Wert für das Flammensignal im Zündbrennerbetrieb bis zum Ende einer ersten Stabilisierungsphase über einem Mindestwert, nämlich dem Ausschaltwert für den Zündbrenner, und unter einem vorgegebenen Schwellwert liegen. Nach der Sicher­ heitszeit für das Überzünden auf den Hauptbrenner muss dann der Wert für das Flam­ mensignal immer größer als der Schwellwert sein. Ist dies nicht der Fall oder wird ein vor­ gegebener oberer oder unterer Grenzwert für das Flammensignal über- bzw. unterschritten, so erfolgt eine Sicherheitsabschaltung. Dasselbe tritt ein, wenn der vorgegebene Schwellwert für die aus dem Ionisationssignal abgeleitete elektrischen Größe während des Zündbrennerbetriebes nicht erreicht wird und/oder während des anschließenden Haupt­ brennerbetriebes nicht überschritten wird.

Generell sind der Schwellwert für den Zünd- bzw. Hauptbrennerbetrieb, alle Grenzwerte für das Flammensignal sowie der Ausschaltwert für den Zündbrenner vorzugsweise in einem vorgegebenen Wertebereich am Feuerungsautomaten einstellbar. Damit können bei Instal­ lations- und Wartungsarbeiten am Gasbrenner die vorhandenen Umgebungsbedingungen bei Bedarf berücksichtigt werden.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren für den funktionssicheren, emissionsarmen Betrieb und/oder zur Überwachung eines Gasbrenners für ein Heizgerät geschaffen. Ausgenutzt wird der Effekt, dass grundsätzlich das Flammensignal, insbesondere das Ionisationssig­ nal, im Zündbrennerbetrieb deutlich niedriger als beim Betrieb des Hauptbrenners ist. Mög­ liche Fehler durch beispielsweise stark veränderte Umgebungsbedingungen oder Mängel an Bauteilen werden durch die analoge Überwachung sofort erkannt, so dass falsche In­ terpretationen der Signale, die zu einer unsauberen Verbrennung oder zu Materialschäden führen, ausgeschlossen sind. Das Flammensignal darf somit beim Regeln im Betrieb um einen variabel ermittelten Sollwert mit einem Werteband aus parallel veränderlichen obe­ ren und unteren Grenzen schwanken. Zusätzlich verhindern die erfindungsgemäßen Grenzwerte ein Driften des Sollwertes in eine Richtung durch eine Sicherheitsabschaltung. Ein Starten des Gasbrenners ist nur mit dem vollständigen Erfüllen aller Bedingungen möglich.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Ein Diagramm zeigt die vorgegebenen Grenzen für das Flammensignal beim Starten eines Gasbrenners. Dabei ist über der Zeitachse der Flammensignal-Wert aufgetragen.

Der Startablauf bei einem Gasbrenner beginnt zunächst mit einer Anlaufphase für den Zündbrenner. Daran schließt sich eine erste Sicherheitszeit SZ1 an, während der sich die Zündflamme bilden muss. Bereits in der nachfolgenden Stabilisierungsphase 1 muss der Wert für das Flammensignal über einem Mindestwert, nämlich der Ausschaltwert AZB für den Zündbrenner, liegen. Zusätzlich darf das Flammensignal während der gesamten Anlaufphase, der Sicherheitszeit SZ1 und der Stabilisierungsphase 1 einen vorgegebenen Schwellwert SW nicht überschreiten.

Der Hauptbrennerbetrieb beginnt mit dem Öffnen des Hauptgasventils am Anfang einer Sicherheitszeit SZ2, in der die Hauptflamme durch Überzünden vom Zündbrenner voll­ ständig gebildet sein muss. Danach folgt eine Stabilisierungsphase 2, in der beispielsweise die gemessenen Werte auf Plausibilität geprüft werden, und gegebenenfalls eine Kalibrie­ rung, wenn die aktuellen Flammensignale zu stark von den Vorgaben und/oder von den Werten des letzten Brennerbetriebes abweichen. Es schließt sich nur noch ein Vorbetrieb an, bevor der stationäre Betrieb beginnt.

Für den stationären Betrieb des Hauptbrenners nach der gesamten Startphase ist ein obe­ rer und ein unterer Grenzwert B-OHB bzw. UHB für das Flammensignal festgelegt. Wei­ terhin muss der Wert des aktuellen Flammensignals ab dem Beginn der Sicherheitszeit SZ2 oberhalb des Schwellwertes SW liegen. Um Abschaltungen zu vermeiden, ist es da­ her günstig, wenn der untere Grenzwert UHB einen größeren Wert und somit etwas Ab­ stand zum Schwellwert SW hat.

Während der Startphase gilt ab dem Beginn des Hauptbrennerbetriebes, d. h. ab der Si­ cherheitszeit 2, ein anderer oberer Grenzwert S-OHB für das Flammensignal. Dieser liegt über dem für den stationären Brennerbetrieb festgelegten oberen Grenzwert B-OHB. Die Anhebung des oberen Grenzwertes S-OHB endet nach dem Vorbetrieb, so dass ab dem stationären Betrieb des Hauptbrenners der niedrigere obere Grenzwert B-OHB maßge­ bend ist. Somit ergibt sich ein engerer zulässiger Wertebereich zwischen den Grenzwerten B-OHB und UHB für das Flammensignal im Betrieb, nachdem die Startphase mit den zwangsläufigen Schwankungen der Flammensignal-Werte bei Überzündung, Stabilisierung und/oder Kalibrierung absolviert ist.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät mit einem Zündbrenner und einer Überwachung der Funktion von Zünd- und Hauptbrenner mit einer Ionisationselektrode als Messelektrode im Flammenbereich, welche durch die Gleichrichterwirkung der Flamme und in Abhängigkeit von der Verbrennung eine von der Verbrennungstemperatur bzw. der Luftzahl abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung legt, wobei Flammensignale mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erzeugt und an einen Feuerungsautomaten weitergeleitet, dort überwacht und mit vorgegebenen, absoluten Grenzwerten verglichen werden, die im Regelbetrieb nicht über- oder unterschritten werden dürfen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte (B-OHB oder UHB) im Betrieb einen engeren zulässigen Wertebereich für das Flammensignal bilden als in der Startphase, um in dieser ein Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner mit einer Stabilisierung und/oder eine Kalibrierung durchzuführen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Startphase, ab dem Beginn des Hauptbrennerbetrie­ bes, der obere Grenzwert (S-OHB) für das Flammensignal über den für den stationären Brennerbetrieb festgelegten oberen Grenzwert (B-OHB) angehoben wird und dass nach einem Vorbetrieb als Abschluss der Startphase der obere Grenzwert (B-OHB) gilt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für das Flammensignal im Zündbrennerbetrieb bis zum Ende einer ersten Stabilisierungsphase über einem Mindestwert, nämlich dem Aus­ schaltwert (AZB) für den Zündbrenner, sowie unter einem vorgegebenen Schwellwert (SW) liegen muss und dass der Wert für das Flammensignal nach der Sicherheitszeit (SZ2) für das Überzünden auf den Hauptbrenner größer als der Schwellwert (SW) sein muss.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn ein vorgegebe­ ner, absoluter oberer oder unterer Grenzwert (S-OHB, B-OHB oder UHB) für das Flam­ mensignal über- bzw. unterschritten wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn der vorgegebene Schwellwert (SW) der aus dem Flammensignal abgeleiteten elektrischen Größe während des Zündbrennerbetriebes nicht erreicht wird und/oder während des anschließenden Hauptbrennerbetriebes nicht überschritten wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (SW) für den Zünd- bzw. Hauptbrennerbe­ trieb, alle Grenzwerte (S-OHB, B-OHB oder UHB) für das Flammensignal sowie der Aus­ schaltwert (AZB) für den Zündbrenner vorzugsweise in einem vorgegebenen Wertebereich am Feuerungsautomaten einstellbar sind.