DE10149383C2 - Gasbrenner mit einer Flammenüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einer Flammenüberwachung aus einer Reihenschaltung von Ionisationselektrode, Flamme und Versorgungsspannung, wobei die Ionisationselektrode in die Flamme ragt, die Flammenüberwachung einen Ionisationsstrom zur Kennzeichnung des Betriebes des Gasbrenners abgibt und die Gaszufuhr über eine Gasarmatur einstellbar ist.

Wie beispielsweise aus Gaswärme international, 49 (2000), Heft 4/5, Seite 221-227, "Grundlagen der Flammenüberwachung" bekannt ist, werden bei Gasbrennern Ionisationselektroden zur Flamenüberwachung eingesetzt. Die Ionisationselektroden sind meist stabförmig ausgebildet und so im Brennraum befestigt, dass sie mit ihrer Spitze in den Flammenbereich ragen. Beim Betrieb des Brenners vervollständigt die Flamme die Überwachungs-Reihenschaltung so, dass ein Ionisationsstrom fließt. Der Ionisationsstrom wird in der Steuerelektronik des Gerätes selektiert und ohne Aufbereitung als Eingangssignal der Steuerlogik zugeführt. Die Steuerlogik stellt nur fest, ob ein Strom fließt oder nicht fließt.

Da sich die Ionisationselektrode während des Betriebs dauernd in dem Flammenbereich befindet, zeigt sie starke Verschleißerscheinungen. Zum einen bildet sich auf der Oberfläche eine Querdichte aus, die als elektrischer Isolator wirkt und den Ionisationsstrom stark verringert. Zum anderen führt der Abbrand des Elektrodenmaterials zu einer Verkleinerung der im Flammenbereich liegenden Oberfläche und damit ebenfalls zur Verringerung des Ionisationsstromes. Erreicht der Verschleiß ein bestimmtes Stadium, dann kann der Ionisationsstrom nicht mehr sicher ausgewertet werden. Die Steuerelektronik erhält kein Kennzeichen des Vorhandenseins der Flamme mehr und setzt das Gerät außer Betrieb.

Aus der DE 199 56 395 A1 ist eine Einrichtung zur Flammenüberwachung bei Gasbrennern bekannt, bei der neben der Flammenüberwachungseinrichtung ein zusätzlicher Temperatursensor vorgesehen ist, der das Ausgangssignal der Flammenüberwachungseinrichtung fortlaufend verifiziert.

Das Ionisationssignal einer Ionisationselektrode zur Verbrennungsreglung bei Gasbrennern heranzuziehen ist aus der DE 195 39 568 C1 und DE 198 54 824 C1 bekannt. Ein Kalibrierverfahren für eine Ionisationselektrode, deren Ionisationssignal zur Verbrennungsregelung verwendet wird, ist aus der DE 195 39 586 C1 bekannt, wobei nach einer bestimmten Betriebzeit in einem Kalibrierzyklus das Gas-Luft-Verhältnis von einem Lamda-Wert < 1 auf einen Wert < 1 verändert und der bei Lambda = 1 sich ergebende Maximalwert gespeichert wird. Um aufgrund unterschiedlicher Verbrennungszustände eine zu starke Änderung der Ionisationsspannung zu kompensieren, wird in der DE 198 54 824 C1 vorgeschlagen, ein zweites Ionisationssignal von der gleichen Ionisationselektrode zu erfassen, dieses auszuwerten und zu Kalibrierzwecken zu verwenden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einem Gasbrenner der eingangs erwähnten Art die verschleißbedingte Abschwächung des Ionisationssignals so auszugleichen, dass zeitlich länger eine sichere Auswertung des Ionisationsstromes gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass der Ionisationsstrom als Mess-Signal einer Signalaufbereitungseinheit mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zuführbar und an einen Mikrocontroller weiterleitbar ist, dass der Mikrocontroller in Abhängigkeit von der zeitlichen Abnahme des Ionisationsstromes während der Betriebsdauer den Verstärkungsfaktor der Signalverarbeitungseinheit zum sicheren Ansprechen der Flammenüberwa­ chung entsprechend erhöht und dass bei einem vorgegebe­ nen, maximalen Verstärkungsfaktor der Mikrocontroller ein Anzeige-Fehlersignal auslöst.

Die Signalaufbereitungseinheit mit dem verstellba­ ren Verstärkungsfaktor wird mit Hilfe des Mikrocontrollers so verändert, dass der sich abschwächende Ionisationsstrom sicher ausgewertet und als Steuersignal an die Steuerlogik weitergeleitet werden kann. Gibt man einen maximalen Ver­ stärkungsfaktor für den Mikrocontroller vor, dann wird die Betriebsdauer auch verlängert, aber sichergestellt, dass bei einem vorgegebenen, maximalen Verschleiß der Ionisati­ onselektrode ein Anzeige-Fehlersignal abgeleitet, das auf die notwendige Wartung der Ionisationselektrode hinweist. Das Anzeige-Fehlersignal ist als Kundendienst-Anforde­ rung für den Kunden zu verstehen.

Eine derartige Flammenüberwachung hat verschie­ dene Vorteile. Es wird nicht nur die Zuverlässigkeit der Flammenüberwachung erhöht, der wahrscheinliche Ausfall­ zeitpunkt der Ionisationselektrode ist bestimmbar. Durch die rechtzeitige Kundendienst-Anforderung kann ein Ausfall des Brennars und der damit betriebenen Anlage verhindert werden. Die Verfügbarkeit der Anlage wird erhöht und die Wartungsintervalle für die Ionisationselektrode orientierten sich am tatsächlichen Verschleißzustand der Ionisations­ elektrode.

Aus Sicherheitsgründen kann zur Verhinderung der endgültigen Abschaltung der Anlage beim Auftreten des Anzeige-Fehlersignals vorgesehen sein, dass der Mikrocon­ troller bei vorgegebenem, maximalem Verstärkungsfaktor für die Signalaufbereitungseinrichtung der Gasarmatur ein Stellsignal für einen Notbetrieb mit erhöhter Gaszufuhr zu­ führt.

Die Signalaufbereitungseinheit weist eine Mess­ richtung und einen im Verstärkungsfaktor einstellbaren Ver­ stärker auf.

Ist nach einer Ausgestaltung weiterhin vorgesehen, dass einer Steuerlogik des vom Gasbrenner bedienten Gerä­ tes, das über die Signalaufbereitungseinheit und den Mikro­ controller veränderte Mess-Signal zuführbar ist, dann bleibt die Steuerung des vom Gasbrenner bedienten Gerätes ohne Einfluss von dem Verschlusszustand der Ionisationselek­ trode.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels nä­ her erläutert.

Ein Gasbrenner 10 umschließt mit einem Gehäuse eine Brennkammer, der über eine Gasarmatur 13 ein Gas- Volumenstrom 15 zuführbar ist. Der Gas-Volumenstrom 15 wird mit einem Luftstrom 14 zu einem Gas-Luftgemisch aufbereitet, das dem Brenner 10 als Verbrennungsgas zuge­ führt wird. Bei der Verbrennung bilden sich im Brennraum Flammen 11. Eine in der Brennkammer befestigte Ionisati­ onselektrode 12 ragt mit der Spitze in den Flammenbereich und beim Betrieb des Brenners 10 in die Flamme 11. Die Io­ nisationselektrode 12 bildet mit der Flamme 11 und einer Versorgungsspannung eine Überwachungs-Reihenschal­ tung, in der ein Ionisationsstrom fließt. Die Flamme 11 kann in dieser Reihenschaltung als Diode mit Widerstand be­ trachtet werden. Aufgrund der Verschleißerscheinungen der Ionisationselektrode 12 ändert sich während der Betriebs­ dauer des Gasbrenners 10 auch deren Widerstand. Die Folge davon ist, dass mit zunehmender Betriebsdauer der Ionisati­ onsstrom in der Überwachungs-Reihenschaltung mehr und mehr abnimmt.

Der Ionisationsstrom wird als Mess-Signal einer Signalaufbereitungseinheit 21 zugeführt, die eine Messein­ richtung und einen im Verstärkungsfaktor einstellbaren Ver­ stärker aufweist. Die Signalaufbereitungseinheit 21 arbeitet mit einem Mikrocontroller 22 so zusammen, dass der Ver­ stärkungsfaktor des Verstärkers in der Signalaufbereitungs­ einheit 21 in Abhängigkeit der zeitlichen Abnahme des Ioni­ sationsstromes entsprechend so erhöht wird, dass eine si­ chere Auswertung der Flammenüberwachung erreicht ist, d. h., die vom Mikrocontroller 22 an ein annähernd gleiches Stellsignal 23 für die Gasarmatur 13 angibt, das vom abneh­ menden Ionisationsstrom nicht mehr beeinflusst wird und eine sichere Auswertung - Betrieb oder Nichtbetrieb des Gasbrenners 10 - garantiert.

In dem Mikrocontroller 22 ist ein maximal zulässi­ ger Verstärkungsfaktor vorgegeben. Wird dieser erreicht, dann ist dies ein Kennzeichen dafür, dass der Verschleißzu­ stand der Ionisationselektrode 12 einen kritischen Wert er­ reicht hat. Der Mikrocontroller 22 leitet daraus ein Anzeige- Fehlersignal 24 ab, das dem Kunden anzeigt, das eine War­ tung der Ionisationselektrode 12 angebracht ist. Zum weite­ ren ungehinderten Notbetrieb des Gasbrenners 10 wird je­ doch über erhöhtes Stellsignal 23 auch die Gaszufuhr 15 über die Gasarmatur 13 erhöht.

Claims (4)

1. Gasbrenner mit einer Flammenüberwachung aus ei­ ner Reihenschaltung von Ionisationselektrode, Flamme und Versorgungsspannung, wobei die Ionisationselek­ trode in die Flamme ragt, die Flammenüberwachung einen Ionisationsstrom zur Kennzeichnung des Betrie­ bes des Gasbrenners abgibt und die Gaszufuhr über eine Gasarmatur einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Ionisationsstrom als Mess-Signal einer Signal­ aufbereitungseinheit (21) mit einstellbarem Verstär­ kungsfaktor zuführbar und an einen Mikrocontroller (22) weiterleitbar ist,
dass der Mikrocontroller (22) in Abhängigkeit von der zeitlichen Abnahme des Ionisationsstromes während der Betriebsdauer den Verstärkungsfaktor der Signal­ verarbeitungseinheit (21) zum sicheren Ansprechen der Flammenüberwachung entsprechend erhöht und
dass bei einem vorgegebenen, maximalen Verstär­ kungsfaktor der Mikrocontroller (22) ein Anzeige-Feh­ lersignal (24) auslöst.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Mikrocontroller (22) bei vorgegebe­ nem, maximalem Verstärkungsfaktor für die Signalauf­ bereitungseinrichtung (21) der Gasarmatur (13) ein Stellsignal (23) für einen Notbetrieb mit erhöhter Gas­ zufuhr (15) zuführt.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Signalaufbereitungseinheit (21) eine Messeinrichtung für den Ionisationsstrom und ei­ nen im Verstärkungsfaktor einstellbaren Verstärker aufweist.

4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, dass einer Steuerlogik des vom Gasbrenner bedienten Gerätes das über die Signalauf­ bereitungseinheit (21) und den Mikrocontroller (22) veränderte Mess-Signal zuführbar ist.