DE102004030299A1

DE102004030299A1 - Verfahren zur Regelung und Steuerung einer Feuerungseinrichtung und Feuerungseinrichtung

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Publication number: DE102004030299A1
Application number: DE102004030299A
Authority: DE
Inventors: Martin Geiger; Ulrich Geiger; Rudolf Tungl
Original assignee: Ebm Papst Landshut GmbH
Current assignee: Ebm Papst Landshut GmbH
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2006-01-12

Abstract

Ein Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbrenners, umfasst die Schritte: Ermittlung eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten gemessenen Temperatur T¶ist¶ abhängt; Vorgabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerleistung P¶soll¶ entspricht; und Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur T¶ist¶ unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur T¶soll¶ entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von einem einer Brennerleistung P entsprechenden ersten Parameter m¶L¶/t, V¶L¶/t darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter lambda, der einem Verhältnis einer Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium in einem der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Gemisch aus Luft und Verbrennungsmedium entspricht, konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbrenners, bei dem ein Wert ermittelt wird, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten gemessenen Temperatur abhängt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Feuerungseinrichtung, insbesondere einen Gasbrenner, der eine Einrichtung zum Messen eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur abhängt, umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbrenners, und eine Feuerungseinrichtung, insbesondere einen Gasbrenner, der ein Gasventil zur Einstellung der Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung umfasst.

Im Haushalt werden Gasbrenner beispielsweise als Durchlauferhitzer, für die Bereitung von Warmwasser in einem Kessel, zur Bereitstellung von Heizwärme u. ä. eingesetzt. In den jeweiligen Betriebszuständen werden an das Gerät unterschiedliche Anforderungen gestellt. Dies betrifft insbesondere die Leistungsabgabe des Brenners und die von der Brennerflamme erzeugte Temperatur. Die Leistungsabgabe und die erforderliche Temperatur werden beispielsweise beim Betreiben eines Durchlauferhitzers geringer sein als beim Erzeugen von Warmwasser in einem Kessel.

Die Leistungsabgabe wird im wesentlichen durch die Einstellung der Zufuhr von Brenngas und Luft, und durch das eingestellte Mischungsverhältnis zwischen Gas und Luft bestimmt. Auch die von der Flamme erzeugte Temperatur ist unter anderem eine Funktion des Mischungsverhältnisses zwischen Gas und Luft. Das Mischungsverhältnis kann beispielsweise als Verhältnis der Massenströme oder der Volumenströme der Luft und des Gases angegeben werden. Es haben jedoch auch andere Parameter, wie die Brennstoffzusammensetzung, Einfluss auf die genannten Größen.

Für jeden vorgegebenen Luft-Massenstrom bzw. Gas-Massenstrom lässt sich zudem ein Mischungsverhältnis bestimmen, bei dem die Effektivität der Verbrennung maximiert wird, d.h. bei dem der Brennstoff möglichst vollständig und sauber verbrennt. Optimale Verbrennung bedeutet gleichzeitig eine Maximierung des Wirkungsgrades der Anlage.

Aus diesem Grund hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Massenströme von Gas und Luft zu regeln und stets so einzustellen, dass ein maximaler Wirkungsgrad der Anlage unter sich verändernden Anforderungen und Randbedingungen erreicht wird. Eine Regelung kann laufend oder in periodi schen Abständen stattfinden. Insbesondere ist eine Regelung bei einer Umstellung des Betriebszustands, jedoch beispielsweise auch auf Grund von Änderungen der Brennstoffzusammensetzung im kontinuierlichen Betrieb erforderlich.

Zur Bereitstellung des Luft-/Gasgemisches, durch das die Brennerflamme gespeist wird, sind bekannte Gasbrenner in der Regel mit einem Radialgebläse ausgestattet, das im Betrieb das Gemisch aus Luft und Gas ansaugt. Die Einstellung der Massenströme von Luft und Gas kann beispielsweise durch die Änderung der Drehzahl und damit der Ansaugleistung des Gebläserads des Radialgebläses erfolgen. Zusätzlich können Ventile in der Gas- und/oder Luftzufuhrleitung vorgesehen sein, die zur Einstellung der einzelnen Massenströme oder ihres Verhältnisses betätigt werden können. Zur Messung einzelner Parameter können verschiedene Sensoren an geeigneten Stellen angeordnet sein. So können zur Messung des Massenstroms und/oder des Volumenstroms des Gases und/oder der Luft und/oder des Gemisches entsprechende Messvorrichtungen vorgesehen sein. Ebenso können Zustandsgrößen wie die Temperatur der Luft, Drücke usw. an geeigneten Stellen gemessen, ausgewertet und für die Regelung verwendet werden.

Die Regelung des Mischungsverhältnisses erfolgt, insbesondere bei im Haushalt eingesetzten Gasbrennern, durch pneumatische Steuerung von Ventilen zur Einstellung der Luft- und Gaszufuhr (Prinzip des pneumatischen Verbunds). Bei der pneumatischen Steuerung werden Drücke oder Druckdifferenzen an Blenden, in Verengungen oder in Venturidüsen gemessen. Diese Größen werden als Steuergrößen für wenigstens ein pneumatisches Gasregelventil, durch das beispielsweise die Gaszufuhr zum Luftstrom eingestellt wird, verwendet. Nachteilhaft an der pneumatischen Steuerung ist jedoch insbe sondere, dass empfindliche mechanische Bauteile eingesetzt werden müssen, die auf Grund der Reibung mit Hystereseeffekten behaftet sind. Besonders bei niedrigen Arbeitsdrücken kommt es zu Ungenauigkeiten in der Steuerung, so dass das Gebläse stets einen bestimmten Mindestdruck erzeugen muss, um eine ausreichend präzise Regelung zu erreichen. Außerdem ist der Aufwand bei der Herstellung der mit Membranen ausgestatteten pneumatischen Gasregelventile wegen der hohen Präzisionsanforderungen beachtlich. Im pneumatischen Verbund kann zudem auf Änderungen der Gasart und -qualität nicht flexibel reagiert werden. Um gewünschte Anpassungen der Gaszufuhr dennoch vornehmen zu können, müssen zusätzliche elektronische Einrichtungen, z.B. Stellglieder, bereitgestellt werden, was jedoch zusätzlichen Aufwand bedeutet.

Aus diesen Gründen ist man dazu übergegangen, Gasbrenner mit einem elektronischen Verbund auszustatten. Bei elektronischer Steuerung können einfach steuerbare Ventile, etwa mit Pulsweiten modulierten Spulen oder mit Schrittmotoren, eingesetzt werden. Der elektronische Verbund funktioniert durch Erfassung wenigstens eines die Verbrennung charakterisierenden Signals, das an einen Regelkreis zum Nachregeln zurückgeführt wird. Beispielsweise können Abgasbestandteile gemessen werden, aus denen Rückschlüsse auf die Verbrennungstemperatur gezogen werden.

Jedoch treten auch beim Einsatz des elektronischen Verbunds Situationen auf, auf die nicht angemessen reagiert werden kann, wie zum Beispiel Änderungen in der Gasqualität oder eine Veränderung der Empfindlichkeit der Sensoren auf Grund von Verschmutzung. Außerdem besteht bei Änderungen der Last bzw. des Betriebszustands oder unmittelbar nach dem Betriebsstart des Gasbrenners die Gefahr, dass die Regelung wegen der Trägheit der Sensoren zeitlich verzögert funktioniert, was zu einer unvollkommenen Verbrennung und im Extremfall zum Erlöschen der Brennerflamme führt.

Die DE 100 45 270 C2 offenbart eine Feuerungseinrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Feuerungseinrichtung bei schwankender Brennstoffqualität. Insbesondere wird bei einer Änderung der Gasqualität das Brennstoff-Luftverhältnis entsprechend verändert. Dabei wird für jede geeignete Brennstoffart die Gemischzusammensetzung so lange nachgeregelt, bis die gewünschte Flammenkerntemperatur erreicht ist. Außerdem werden Kennfelder für verschiedene Brennstoffe verwendet, aus denen bei jeder Änderung der Leistungsanforderungen ein neues, geeignetes Brennstoff-Luftverhältnis ausgelesen wird.

In der GB 2 270 748 A ist ein Steuerungssystem für einen Gasbrenner gezeigt. Die Regelung erfolgt hier unter Verwendung einer an der Brenneroberfläche gemessenen Temperatur. Da die Oberflächentemperatur von der Flußrate des Luft-Gas-Gemisches abhängt, wird bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur die Geschwindigkeit des Gebläserotors gesenkt, wodurch der Luftfluss und damit das Luft-Gas-Verhältnis gesenkt wird.

Aus der AT 411 189 B ist ein Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners bekannt, bei dem die CO-Konzentration in den Abgasen der Brennerflamme mit einem Abgassensor erfasst wird. Ein bestimmter CO-Wert entspricht einem bestimmten Gas-Luft-Verhältnis. Ausgehend von einem bekannten, z.B. experimentell ermittelten, Gas-Luftverhältnis bei einem bestimmten CO-Wert kann ein gewünschtes Gas-Luftverhältnis eingestellt werden.

Die EP 770 824 B1 zeigt eine Regelung des Gas-Luftverhältnisses im Brennstoff-Luftgemisch durch Messen eines Ionisationsstroms, der vom Luftüberschuss in den Abgasen der Brennerflamme abhängt. Bei stöchiometrischer Verbrennung wird bekanntermaßen ein Maximum des Ionisationsstroms gemessen. In Abhängigkeit von diesem Wert kann die Gemischzusammensetzung optimiert werden.

Nachteilhaft an den zuletzt genannten Verfahren ist jedoch, dass das Rückkopplungssignal erst bei brennender Flamme erfasst und an den Regelkreis zurückgeführt werden kann. Außerdem limitiert die Trägheit der Sensoren eine genaue Nachregelung. Zudem unterliegen die verwendeten Sensoren Verschmutzungen, so dass die Verbrennung im Zeitverlauf suboptimal geregelt wird und damit der Wirkungsgrad des Gasbrenners sinkt. Insbesondere beim Startvorgang, bei dem noch kein Verbrennungssignal vorliegt, oder bei Laständerungen, bei denen in kurzer Zeit erhebliche Änderungen der Betriebsparameter erforderlich sind, kann es zu Schwierigkeiten und im Extremfall zu einem Erlöschen der Flamme kommen. Häufig wird aus diesen Gründen zusätzlich auf pneumatische Regler zurückgegriffen, was jedoch eine Erhöhung der Komplexität der Anlage sowie der Kosten nach sich zieht.

Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zu einer brennstoffunabhängigen Regelung einer Feuerungseinrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, auch bei schnellen Lastwechseln und in der Startphase ohne Zeitverzögerungen eine gasunabhängige Brennstoffzufuhr zuverlässig zu gewährleisten.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Feuerungseinrichtung gemäß Anspruch 12 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 25 und eine Feuerungseinrichtung gemäß Anspruch 32.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbrenners, umfasst die Schritte: Ermittlung eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten gemessenen Temperatur abhängt; Vorgabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerleistung entspricht; und Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von einem einer Brennerleistung entsprechenden ersten Parameter darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter, der einem Verhältnis einer Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium in einem der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Gemisch aus Luft und Verbrennungsmedium entspricht, konstant ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Verhältnis einer Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium, nämlich Brenngas, prinzipiell zwar vom Heizwert bzw. der Qualität des Brenngases abhängt, bei lediglich verdünnten Gasen das Verhältnis jedoch praktisch auf einem konstanten Wert gehalten werden kann, ohne wesentliche Einbußen beim Wirkungsgrad der Anlage hinnehmen zu müssen. Es hat sich gezeigt, dass bei Prüfgasen mit Wasserstoff- oder Flüssiggasanteilen Abweichungen des Wirkungsgrads vom optimalen Wert bezogen auf G20 höchstens 2% betragen. Abweichungen in dieser Größenordnung sind im Hinblick auf eine möglichst saubere Verbrennung des Gases vernachlässigbar.

Die Temperatur wird in der Regel durch einen im Flammenkern oder am Brenner selbst, beispielsweise an der Brennerober fläche, angeordneten Sensor gemessen. Sie kann jedoch auch am Flammenfuß, an der Flammenspitze oder in einiger Entfernung im Wirkungsbereich der Flamme gemessen werden. Die gemessenen Temperaturen nehmen, je nachdem, wo der Temperatursensor angebracht ist, und in Abhängigkeit von der Belastung und vom Luft-Brennstoffverhältnis, etwa Werte zwischen 100°C und 1000°C an.

Die für einen konstanten zweiten Parameter dargestellte Kennlinie kann sowohl empirisch als auch rechnerisch ermittelt werden. Als zweiter Parameterwert ist der Wert vorgegeben, bei dem die sauberste Verbrennung, das heißt, die Verbrennung mit dem höchsten Wirkungsgrad, stattfindet. Beispielsweise kann einer solcher zweiter Parameterwert bei λ = 1,3 liegen.

Der Einsatz des Verfahrens wirkt sich insbesondere bei Einsatz des elektronischen Verbunds vorteilhaft aus. Das Verfahren ist unter anderem dadurch besonders einfach und zuverlässig, dass die Regelung unabhängig von der Qualität des Brennstoffes und damit ohne Analyse des Brennstoffs durchgeführt werden kann. Außerdem entfallen laufende oder periodische Korrekturen der Kennlinie oder eine Vorauswahl aus einem Kennlinienfeld für unterschiedliche erste Parameterwerte.

Der erste Parameter entspricht insbesondere einer der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge. Dies bedeutet die Darstellung einer Solltemperatur bei konstantem zweiten Parameterwert in Abhängigkeit von der der Brennerflamme pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge. Ein konstanter zweiter Parameter bedeutet im Umkehrschluss, dass mit der Änderung der Luftmenge die zugeführte Brennstoffmenge um den gleichen Faktor geändert wird, um das für die Verbrennung optimale stöchiometrische Verhältnis zwischen Luft und Brenngas beizubehalten.

Der erste Parameter entspricht bevorzugt einem Massenstrom oder Volumenstrom der der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Luft. Der Massenstrom der Luft kann beispielsweise durch einen Massenstromsensor im Zuführungskanal für die dem Brenner zugeführte Luft bestimmt werden. Bei einer Änderung der Belastung, entsprechend einer Änderung des Luftmassenstroms, ändert sich bei konstanten zweiten Parameter in gleicher Weise der Massenstrom bzw. Volumenstrom des Brennstoffs, der ebenfalls durch einen an geeigneter Stelle angeordneten Massenstromsensor gemessen werden kann.

Die Brennerleistung ist bevorzugt im wesentlichen proportional zu der der Feuerungseinrichtung zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit. Für die verwendete Kennlinie ist es also irrelevant, ob der erste Parameter etwa einen Luft- oder Gasmassenstrom oder aber eine Belastung ausdrückt.

Das Verfahren umfasst vorzugsweise einen Vergleich des von der gemessenen Temperatur abhängigen Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten Sollwert. Wie bei den meisten Regelvorgängen wird aus einer Abweichung der Ist-Temperatur vom Temperatursollwert eine diese Abweichung verringernde Einstellung der Betriebsparameter so lange bzw. so oft vorgenommen, bis die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert ausgeglichen ist. Beispielsweise kann bei einer unter der Solltemperatur liegenden gemessenen Temperatur durch schrittweise Erhöhung der zugeführten Brennstoffmenge das Gemisch so lange angefettet werden, bis die Abweichung des Ist-Werts vom Sollwert nicht mehr besteht. In gleicher Weise kann das Gemisch bei zu hoher Ist-Temperatur entsprechend abgemagert werden.

Der der Solltemperatur entsprechende Wert wird bevorzugt in Abhängigkeit vom ersten Parameter aus der Kennlinie ermittelt. Ist beispielsweise als erster Parameter der Massenstrom der Luft gewählt, so wird der Massenstrom der Luft vorgegeben und die diesem Massenstrom entsprechende Solltemperatur aus der Kennlinie ausgelesen. Die Regelung erfolgt so lange, bis der Wert der Ist-Temperatur dem Solltemperaturwert entspricht.

Der gemessene Wert und/oder der Wertebereich der Kennlinie entspricht insbesondere einem Temperaturunterschied. Zur Temperaturmessung können beispielsweise Thermoelemente eingesetzt werden, die stets einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Lötstellen in Form einer Thermospannung wiedergeben.

In einer besonderen Ausführungsform ist der Temperaturunterschied ein Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brennerflamme erzeugten Temperatur und einer Referenztemperatur.

Die Referenztemperatur kann der Temperatur der Luft oder des Luft-/Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme entsprechen. Ist die Temperatur der Vergleichsstelle bekannt, kann auch die absolute Temperatur ermittelt werden. Alternativ kann beispielsweise die Umgebungstemperatur des Brenners als Referenz dienen.

Die Regelung kann eine Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium umfassen. In dieser Ausführung wird also die Temperatur durch Anfetten oder Abmagern des Gemisches mit Brennstoff geregelt, bis die gemessene Ist-Temperatur mit der Solltemperatur übereinstimmt.

Die Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium wird insbesondere durch Betätigung eines Ventils durchgeführt. Beispielsweise kann ein Schrittmotor ein Stellglied eines Ventils betätigen, oder eine Pulsweite moduliert bzw. eine elektrische Größe bei einer elektrisch gesteuerten Spule verändert werden.

Die erfindungsgemäße Feuerungseinrichtung, insbesondere ein Gasbrenner, umfasst: eine Einrichtung zum Messen eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur abhängt; Mittel zur Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur unter Vorgabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerleistung entspricht und unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von einem einer Brennerleistung entsprechenden ersten Parameter darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter, der einem Verhältnis einer Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium in einem der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Gemisch aus Luft und Verbrennungsmedium entspricht, konstant ist.

Die Einrichtung zur Temperaturmessung kann insbesondere im Flammenkern, an der Brenneroberfläche, am Flammenfuß oder an der Flammenspitze angeordnet sein. Die Trägheit des Temperatursensors ist bei all diesen Anordnungen so gering, dass stets eine effektive Regelung durchgeführt werden kann.

Der erste Parameter kann einer der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge, insbesondere einem Massenstrom oder Volumenstrom der Luft, entsprechen.

Die Feuerungseinrichtung weist bevorzugt eine Messeinrich tung zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Luft und/oder an Brennstoffmedium und/oder an einer Mischung aus Luft und Brennstoffmedium, insbesondere zur Messung eines Massenstroms oder Volumenstroms, auf. Die Sensoren sind so in der Vorrichtung anzuordnen, dass ein möglichst zuverlässiger Rückschluss auf die durchfließenden Massenströme gezogen werden kann. Dies kann beispielsweise in einem Bypass der Fall sein, wobei Wert darauf zu legen ist, dass eine möglichst laminare Strömung vorliegt.

Die Brennerleistung ist in der Regel im wesentlichen proportional zu der dem Gasbrenner zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit.

Die Feuerungseinrichtung kann Mittel zum Vergleichen des der gemessenen Temperatur entsprechenden Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten Sollwert umfassen.

Die Einrichtung zum Messen eines von der erzeugten Temperatur abhängenden Werts kann angepasst sein, einen Wert zu messen, der einem Temperaturunterschied entspricht. Aus diesem Temperaturunterschied kann bei bekannter Referenztemperatur die absolute Temperatur bestimmt werden.

Der Wert entspricht insbesondere einem Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brennerflamme erzeugten Temperatur und einer Referenztemperatur, wobei die Referenztemperatur insbesondere der Temperatur der Luft oder des Luft-/Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme entspricht.

Die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts umfasst bevorzugt einen Teil, der zumindest teilweise im Bereich der Reaktionszone der Brennerflamme angeordnet ist.

Für die Messung der Referenztemperatur kann ein Teil der Einrichtung zum Messen des Temperaturwerts außerhalb der Reaktionszone der Flamme, insbesondere im Bereich einer Eintrittszone für die der Feuerungseinrichtung zugeführte Luft und/oder für das der Feuerungseinrichtung zugeführte Luft-/Verbrennungsmedium-Gemisch, angeordnet sein.

Die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts umfasst bevorzugt ein Thermoelement. Dabei ist eine Lötstelle des Thermoelements im Bereich der Reaktionszone der Brennerflamme angeordnet, die Referenzlötstelle außerhalb dieser Reaktionszone, um einen Temperaturunterschied zwischen der Leistung der Flamme und einem davon thermisch entkoppelten Bereich, beispielsweise einem Umgebungsbereich des Gasbrenners, zu erfassen.

Der von der Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts gemessene Wert ist bevorzugt eine Thermospannung.

Die Mittel zur Regelung können angepasst sein, die Menge des der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Verbrennungsmediums zu erhöhen und/oder zu verringern.

Insbesondere umfasst die Feuerungseinrichtung ein Ventil, welches zur Erhöhung oder zur Verringerung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium betätigbar ist.

Bei dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eine Gasbrenners, wird bei einer Änderung eines Parameters, der der Brennerleistung entspricht, von einem Startwert zu einem Zielwert die Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung durch eine Änderung der Öffnung eines Gasventils von einem ersten zu einem zweiten Öffnungswert und durch Vorgabe eines Soll werts, der von dem Parameter abhängt, angepasst, wobei der zweite Öffnungswert zwischen einem oberen und unteren Grenzwert liegt, und wobei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten zum zweiten Öffnungswert keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt und nach Erreichen des Zielwerts des Parameters, der der Brennerleistung entspricht, eine Regelung von Betriebsparametern der Feuerungseinrichtung durchgeführt wird.

Mit Hilfe dieses Verfahrens können bei schnellem Lastwechsel, insbesondere aber auch beim Startvorgang, unmittelbar stabile Verhältnisse erreicht werden. Eine Nachregelung des Gasventils, welche bei starken Schwankungen der Betriebsparameter viel Zeit in Anspruch nimmt und durch die Trägheit der Sensoren unvollkommen ist, kann somit entfallen. An die Stelle einer Regelung tritt eine Steuerung, wobei die Steuerung unabhängig von Meßwerten und damit unabhängig von den realen Verhältnissen einen Sollwert für eine neue Einstellung vorgibt. Erst im darauf folgenden Schritt wird unter Verwendung realer Messgrößen nachgeregelt. Mit dem Verfahren kann gasartenunabhängig und unabhängig von der Trägheit der für die Regelung verwendeten Sensoren eine schnelle und zuverlässige Einstellung des Gasventils gefunden werden. Die reale Öffnung des Gasventils liegt dabei zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert. Bei schnellen Sollwertänderungen können die Stellglieder, beispielsweise der Ventilator oder ein Gasstellventil, nach einer gewissen Zeitspanne, die von der Trägheit der Sensoren abhängt, nachgeregelt werden. Es erfolgt also bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Übergang von einer reinen Steuerung zu einer Regelung.

Der Parameter, der der Brennerleistung entspricht, kann die der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführende Luft menge, insbesondere ein Massenstrom oder Volumenstrom der der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Luft, sein. Die Öffnungswerte des Gasventils können also in dieser Ausführung in Abhängigkeit vom Massen- oder Volumenstrom der Luft dargestellt sein. Die Kurvenform wird unter anderem durch die Eigenschaften des Gasventils bestimmt.

Die Brennerleistung kann im wesentlichen proportional zu der dem Gasbrenner zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit sein. Damit steht fest, dass die Darstellung der Öffnung des Gasventils in Abhängigkeit von Massenstrom der Luft äquivalent zu einer Darstellung der Öffnung des Gasventils in Abhängigkeit von einer Belastung des Brenners ist.

Die Änderung der Öffnung des Gasventils kann durch die Modulation einer Pulsweite, durch die Variation einer Spannung oder eines Stroms einer Ventilspule, oder durch Betätigung eines Schrittmotors eines Ventils durchgeführt werden. Da das Verfahren im besonderen für den elektronischen Verbund geeignet ist, bietet es sich an, beispielsweise pulsweitenmodulierte Spulen, elektrisch gesteuerte Ventile, oder Ventile mit Schrittmotor einzusetzen, die eine zuverlässige Steuerung erlauben.

Ein Überschreiten des oberen oder des unteren Grenzwerts der Öffnung kann im Rahmen des Verfahrens erfasst werden. Während nach dem Steuerungsprozess die Öffnung des Gasventils zwischen oberem und unterem Grenzwert liegt, kann nach dem Regelungsschritt die Gasöffnung oberhalb oder unterhalb des oberen bzw. unteren Grenzwerts liegen. Dazu kann es insbesondere kommen, wenn die bei Erstellung der Kennlinie festgelegten Sollwerte für die Öffnung des Gasventils von den optimal eingeregelten Werten stark abweichen. Ursachen dafür können Änderungen in der Brennstoffzusammensetzung, Veränderungen der Messcharakteristiken der Sensoren oder der Einstellungen der Anlagenparameter sein.

Eine Kennlinie, die sich aus den Sollwerten für die Öffnung des Gasventils in Abhängigkeit von dem Parameter ergibt, der der Brennerleistung entspricht, kann auf Basis der durch die Regelung eingestellten Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung neu kalibriert werden. Fällt nach der Regelung der Wert der Öffnung des Gasventils aus dem durch den oberen und den unteren Grenzwert begrenzten Bereich, so kann eine Neukalibrierung der Kennlinie durchgeführt werden. Bei dieser Neukalibrierung können beispielsweise die Sollwerte so verschoben werden, dass die neue Sollwertlinie durch den eingeregelten Wert für die Öffnung des Gasventils verläuft. In gleicher Weise können die oberen und die unteren Grenzwerte verschoben werden, so dass die neue Sollwertkurve wie bei der bisher geltenden Kennlinie von einem Toleranzkorridor umgeben ist.

Ein Überschreiten des oberen oder ein Unterschreiten des unteren Grenzwerts kann, insbesondere nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, zum Abschalten der Feuerungseinrichtung führen. Dieser Maßnahme können sowohl Sicherheitsbedenken als auch wirtschaftlich Überlegungen zugrunde liegen. Eine Regelung in einen Bereich außerhalb der gewünschten, durch die Grenzwerte angegebenen Spanne kann beispielsweise eine unerwünschte Änderung der vorgegebenen Einstellungen des Gasbrenners anzeigen, so dass dieser möglicherweise in einem unsicheren oder uneffektiven Betriebsbereich arbeitet. Das Gerät müsste im folgenden überprüft und gewartet werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Feuerungseinrichtung, insbesondere ein Gasbrenner, umfasst: ein Gasventil zur Einstel lung der Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung; einen Speicher zum Abspeichern von Sollwerten, die von einem Parameter abhängen, der der Brennerleistung entspricht, und von oberen und unteren Grenzwerten; eine Einrichtung zur Steuerung der Öffnung des Gasventils, die bei einer Änderung des Parameters, der der Brennerleistung entspricht, von einem Startwert zu einem Zielwert die Öffnung des Gasventils von einem ersten zu einem zweiten Öffnungswert unter Vorgabe eines abgespeicherten Sollwerts anpasst, wobei der zweite Öffnungswert zwischen einem abgespeicherten oberen und einem unteren Grenzwert liegt, und wobei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten zum zweiten Öffnungswert keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt wird; und Mittel zur Regelung, die nach Erreichen des Zielwerts des Parameters, der der Brennerleistung entspricht, Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung regeln. Die Regelung nach dem Steuerungsschritt kann beispielsweise wie in einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 24 erfolgen.

Das Gasventil kann ein Stellglied, insbesondere einen Schrittmotor, eine pulsweitenmodulierte oder eine durch eine elektrische Größe gesteuerte Spule, umfassen.

Die Feuerungseinrichtung weist bevorzugt wenigstens einen Massenstromsensor und/oder Volumenstromsensor zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge und/oder der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Brennstoffmedium und/oder der Menge des zugeführten Gemisches aus Luft und Brennstoffmedium auf.

Insbesondere kann die Feuerungseinrichtung im Bereich der Brennerflamme eine Einrichtung zum Messen einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur aufweisen.

Der Temperatursensor kann beispielsweise im Bereich der Flamme, aber auch am Brenner in der Nähe der Flamme angeordnet sein. Beispielsweise kann auch ein Thermoelement als Temperatursensor verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele. Es zeigen:,
1 eine Feuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Kennlinie, die bei der Durchführung des ersten Verfahrens verwendet wird;
3 eine Kennlinie, wie sie zur Durchführung des zweiten Verfahrens verwendet wird; und
4 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens.
1 zeigt einen Gasbrenner, bei dem ein Gemisch aus Luft L und Gas G vorgemischt und verbrannt wird.
Der Gasbrenner weist einen Luftzufuhrabschnitt 1 auf, über den Verbrennungsluft L angesaugt wird. Ein Massenstromsensor 2 misst den Massenstrom der von einem Gebläse 9 angesaugten Luft L. Der Massenstromsensor 2 ist so angeordnet, dass in seiner Umgebung eine möglichst laminare Strömung erzeugt wird, um Messfehler zu vermeiden. Insbesondere könnte der Massenstromsensor in einem Bypass (nicht gezeigt) und unter Verwendung eines Laminarelements angeordnet werden.
Mittels eines Ventils 3, beispielsweise eines pulsweitenmo dulierten oder elektronisch gesteuerten Ventils, das z.B. mit einem Stellglied mit Schrittmotor ausgestattet ist, kann die Luftzufuhr zu einem Mischbereich 8 gesteuert werden. Da der Brenner nach dem Prinzip des elektronischen Verbunds geregelt wird, sind derartige kostengünstige und zuverlässige Ventile einsetzbar.
Für die Gaszufuhr ist ein Gaszufuhrabschnitt 4 vorgesehen, der an eine Gaszuleitung angeschlossen ist. Das Gas strömt während des Betriebs des Gasbrenners durch den Abschnitt 4, in dem sich ebenfalls ein Massenstromsensor 5 befindet.
Durch ein Ventil 6, das wie das Ventil 3 ein elektronisch gesteuertes Ventil sein kann, strömt das Gas durch eine Leitung 7 in den Mischungsbereich 8. Im Mischungsbereich 8 findet eine Vermischung des Gases G mit der Luft L statt. Der Ventilator des Gebläses 9 wird mit einer einstellbaren Drehzahl angetrieben, um sowohl die Luft L als auch das Gas G anzusaugen.
Die Ventile 3 und 6 sind so eingestellt, dass bei Berücksichtigung der übrigen Betriebsparameter, beispielsweise der Drehzahl des Ventilators, ein vorgegebenes Luft-Gas-Verhältnis in den Mischbereich 8 gelangt. Das Luft-Gas-Verhältnis soll dabei so gewählt sein, dass eine möglichst saubere und effektive Verbrennung stattfindet.
Über eine Leitung 10 strömt das Luft-Gasgemisch vom Gebläse 9 zum Brennerteil 11. Dort tritt es aus und speist die Brennerflamme 13, die eine vorgegebene Wärmeleistung abgeben soll. Der Wirkungsgrad des Gasbrenners hängt vom Aufbau des Geräts, aber auch von der Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemisches ab.
Am Brennerteil 11 ist eine Temperatursensor 12, beispiels weise ein Thermoelement, angeordnet. Mit Hilfe dieses Thermoelements wird eine Ist-Temperatur gemessen, die bei der Durchführung der nachfolgend beschriebenen Verfahren zur Regelung bzw. zur Steuerung des Gasbrenners verwendet wird. Im vorliegenden Beispiel ist der Temperatursensor 12 an einer Oberfläche des Brennerteils 11 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, den Sensor an anderer Stelle im Wirkungsbereich der Flamme 13 anzuordnen. Die Referenztemperatur des Thermoelements wird an einer Stelle außerhalb des Wirkungsbereichs der Flamme 13, beispielsweise in der Luftzufuhrleitung 1, gemessen.
Eine nicht dargestellte Einrichtung zur Steuerung bzw. zur Regelung des Luft- und/oder Gasstroms erhält Eingangsdaten vom Temperatursensor 12 und von den Massenstromsensoren 2 und 5 und gibt Steuersignale an die Ventile 3 und 6 sowie an den Antrieb des Gebläses 9 ab. Die Öffnung der Ventile 3 und 6 und die Drehzahl des Ventilators des Gebläses 9 werden so eingestellt, dass sich die gewünschte Luft- und Gaszufuhr ergibt.
Die Steuerung erfolgt dabei durch Durchführung der nachfolgend beschriebenen Verfahren. Insbesondere weist die Steuereinrichtung einen Speicher zum Abspeichern von Kennlinien bzw. von Sollwerten sowie eine entsprechende Datenverarbeitungseinheit auf, die zur Durchführung der entsprechenden Verfahren eingerichtet ist.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der 2 beschrieben. In 2 ist eine Kennlinie dargestellt, bei der die Solltemperatur T_soll in Abhängigkeit von einem Massenstrom m_L/t der Verbrennungsluft, die einem Gasbrenner zugeführt werden soll, aufgetragen ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist dabei ein konstanter Wert für das Verhältnis λ der Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium vorgegeben. Für andere Werte dieses Verhältnisses λ würde sich eine andere Abhängigkeit der Solltemperatur T_soll vom Luftmassenstrom m_L/t ergeben.
Dem Verfahren liegt die Annahme zugrunde, dass Schwankungen des Luftbedarfs in Abhängigkeit vom Heizwert des Brenngases so gering sind, dass es bei einer Änderung der Qualität des Gases lediglich zu vernachlässigenden Abweichungen von der optimalen Verbrennung kommt. Der Wert λ ist so gewählt, dass eine möglichst saubere Verbrennung und damit ein möglichst hoher Wirkungsgrad des Gasbrenners erreicht wird. Beispielsweise kann ein Wert λ = 1,3 vorgegeben werden. Bei der Durchführung des Verfahrens mit dem festgelegten Verhältnis λ wird somit unabhängig von der Gasart und -qualität eine effektive Regelung erzielt.
Zur Verdeutlichung des Verfahrens wird von einer Änderung ausgehend von einem Betriebszustand 1 zu einem Betriebszustand 2 ausgegangen. Die Änderung des Betriebszustands erfordert einen Lastwechsel, beispielsweise bei einem Übergang von durch den Gasbrenner erzeugten Wärme für die Durchlauferhitzung zu einem anderen Betriebsmodus, beispielsweise dem Aufheizen eines Kessels oder der Bereitstellung von Heizwärme. Dem Betriebszustand 1 entspricht ein Luftmassenstrom m_L1/t, dem Betriebszustand 2 ein Luftmassenstrom m_L2/t. Die Brennerleistung ist bei konstantem Verhältnis λ im wesentlichen proportional zu dem Massenströmen sowohl der Luft als auch des Brennstoffs.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird zunächst der neue Luftmassenstrom m_L2/t, ausgehend von einer im Betriebszustand 2 gewünschten Brennerleistung P_soll2, eingestellt. Der Luftmassenstrom m_L/t kann an einem Massenstromsensor 2 gemessen werden.
In gleicher Weise wird, um das vorgegebene Verhältnis λ zwischen dem Luftmassenstrom m_L/t und Gasmassenstrom m_G/t beizubehalten, der Gasmassenstrom m_G/t durch entsprechende Einstellung eines Gasventils 6 um den gleichen Faktor geändert. Der Gasmassenstrom m_G/t kann ebenfalls durch einen in der Gaszuführung 4 angeordneten Massenstromsensor 5 gemessen werden.
Statt der Massenströme könnten auch Volumenströme mittels einer Blende mit einem Druckmesser oder andere Parameter, beispielsweise die Drehzahl des Ventilators des Gebläses 9, erfasst werden.
Nach der Einstellung des Luftmassenstroms m_L2/t und des Gasmassenstroms m_G2/t wird die am Temperatursensor 12 im Bereich der Brennerflamme 13 gemessene Ist-Temperatur T_ist mit der dem neu eingestellten Luftmassenstrom m_L2/t entsprechenden Solltemperatur T_soll2 gemäß der Kennlinie aus 2 verglichen.
Ergibt sich eine Abweichung zwischen Ist- und Sollwert, so wird nachgeregelt. Die Nachregelung erfolgt dabei durch eine Abmagerung bzw. Anfettung des Luft-Gasgemisches durch Betätigung des Gasventils 6. Das Gasventil 6 wird so lange nachgestellt, bis der Regelungsvorgang abgeschlossen ist, das heißt, bis sich eine der Solltemperatur T_soll2 entsprechende Ist-Temperatur T_ist eingestellt hat.
Statt absoluter Ist- und Solltemperaturen können auch Temperaturunterschiede ΔT_ist, ΔT_soll, wie sie beispielsweise von einem Thermoelement gemessen werden, verwendet werden. Statt der Solltemperatur T_soll kann entsprechend eine Ther mospannung U_soll in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom m_L/t aufgetragen werden. Die Referenztemperatur des Thermoelements 12 kann beispielsweise im Luftzuführungsabschnitt 1, in einem Brennerbereich außerhalb des Wirkungsbereichs der Brennerflamme 13 in der Umgebung des Brenners gemessen werden.
Die in 2 gezeigte Kennlinie ist empirisch oder rechnerisch darstellbar. Für eine schnelle Regelung wäre der Einsatz eines nahe bei der Flamme 13 angeordneten Sensors 12 mit geringer thermischer Trägheit vorteilhaft. Als besonders wirkungsvoll und stabil haben sich gemantelte Thermoelemente mit einer Mantelung aus Materialien, die für Oxidationsprozesse bei hohen Temperaturen geeignet sind, erwiesen. Zur Erhöhung der Lebensdauer des Temperatursensors 12 und zum Schutz vor Überlastung bietet es sich an, den Sensor in einem Bereich anzubringen, der eine gewisse Entfernung von der Flamme 13 aufweist. Die gemessenen Temperaturen T_ist bewegen sich, je nach Anbringungsort, Belastung P_soll und Luft-Gasverhältnis λ zwischen 100 und 1000°C.
Bei einfachen Geräten können Fehler, die auf Grund von Schwankungen der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdrucks sowie des Gasdrucks zustande kommen und zu verändernden Verhältnissen zwischen Luftmassenstrom und Gasmassenstrom führen, bei der Durchführung des Verfahrens vernachlässigt werden.
Anhand der 3 wird ein weiteres verfahren erläutert.
In 3 ist eine Abhängigkeit der Öffnung w des Gasventils 6, welches die Brennstoffzufuhr bestimmt, in Abhängigkeit vom Massenstrom m_L der dem Brenner zugeführten Luft dargestellt. Dabei entspricht die mittlere Kurve K3 einer Sollwertkurve, die die vorgegebenen Öffnungswerte w_soll eines Gasventils 6 in Abhängigkeit von einem entsprechenden Luftmassenstrom m_L/t angibt.
Bei einer Änderung der vorgegebenen Brennerleistung P, beispielsweise bei einer Änderung des Betriebszustandes oder beim Starten der Anlage, wird der Luftmassenstrom m_L/t von einem Anfangswert m_L1/t zu einem zweiten Wert m_L2/t verändert und an die neue Brennerleistung P₂ angepasst.
Da eine Regelung der Gaszufuhr bei dem relativ kurzfristigem Übergang von m_L1/t auf m_L2/t auf Grund der Trägheit der Sensoren zeitlich stark verzögert wäre, wird die Regelung ausgeschaltet und der Öffnungswert w des Gasventils vom bisher eingestellten Wert w₁ auf einen neuen Sollöffnungswert w₂ geändert. Der Wert w₂ liegt auf der Sollöffnungskurve K3.
Die sich einstellende Öffnung des Gasventils liegt jedenfalls zwischen einer oberen Grenzkurve K1 und einer unteren Grenzkurve K2, welche einen Toleranzbereich für die Öffnung des Gasventils angeben. Die obere Grenzkurve K1 entspricht dabei einer maximalen erlaubten Öffnung des Gasventils, die untere Grenzkurve K2 einer minimalen erlaubten Öffnung des Gasventils 6.
Danach schließt sich ein Regelungsvorgang an. Bei dem Regelungsvorgang werden die Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung, insbesondere die Einstellungen der Ventile 3 und 6 sowie die Drehzahl des Ventilators des Gebläses 9 so angepasst, dass die Brennerleistung optimiert wird. Die Regelung kann dabei in beliebiger Weise erfolgen. Im vorliegenden Beispiel erfolgt sie durch Messung einer von der Brennerflamme 13 in ihrem Wirkungsbereich erzeugten Temperatur T_ist durch einen Temperatursensor 12. Die Regelung kann beispielsweise wie im zuvor beschriebenen Verfahren erfolgen.
Da das Verfahren insbesondere für den elektronischen Verbund geeignet ist, bietet es sich an, pulsweitenmodulierte Ventile, ein elektronisch gesteuerte Ventile oder ein Ventile mit einem durch einen Schrittmotor betätigten Stellglied zu verwenden. Das Ansteuersignal zur Einstellung der Öffnung des Gasventils kann entsprechend z.B. die Betätigung eines Schrittmotors auslösen, oder die Pulsweite, die Spannung oder den Strom einer Spule verändern. Die Luftmassenströme m_L/t und Gasmassenströme m_G/t werden durch Massenstromsensoren 2 und 5 gemessen.
Wird nun in einer Phase des Verfahrens vor oder nach Durchführung des Regelvorgangs eine Ventilöffnung w₂, w₃ eingestellt, die oberhalb der oberen Grenzkurve K1 oder unterhalb der unteren Grenzkurve K2 liegt, so können entsprechende Konsequenzen gezogen werden. Beispielsweise kann ein Verlassen des zwischen K1 und K2 liegenden Toleranzkorridors zu einem Kalibriervorgang führen. Bei der Kalibrierung könnten die nach der Regelung eingestellten Bedingungen in einem Speicher der Steuereinrichtung abgelegt und für den nächsten Start verwendet werden. Die Sollwertkurve K3 kann wie die Grenzkurven K1 und K2, verschoben werden, so dass sich auch bei der neuen Kurve ein gleichmäßiger Toleranzkorridor für die Öffnung des Gasventils 6 um die Sollwertkurve K3 ergibt.
Alternativ dazu kann ein Überschreiten der Grenzkurven K1 oder K2 nach oben bzw. nach unten nach einer bestimmten Zeitspanne oder bei wiederholten Über- bzw. Unterschreiten ein Abschalten des Geräts bewirken. Es kann vorkommen, dass sich bestimmte Einstellungen des Gasbrenners im Laufe der Zeit verstellen oder sich bestimmte Randbedingungen so geändert haben, dass ein Sicherheitsrisiko auftritt oder der Gasbrenner in einem nicht effektiven Betriebszustand arbeitet. Eine Abweichung der Öffnung des Gasventils vom erlaubten Korridor kann beispielsweise durch eine Abweichung des Gasdrucks vom zulässigen Eingangsdruckbereich oder durch eine Fehlfunktion der Sensoren ausgelöst werden. Das Abschalten kann somit als Hinweis gewertet werden, dass eine Überprüfung und Wartung des Geräts erforderlich ist.
Durch das beschriebene Verfahren kann sichergestellt werden, dass, bis eine wirksame Regelung der Gaszufuhr einsetzen kann, durch die Steuerung, sei es bei einem Lastwechsel des Gasbrenners oder in der Startphase, eine akzeptable Öffnung w₂ des Gasventils eingestellt wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass etwa die Flamme während der Lastumstellung erlischt.
Durch das Verfahren wird beim Start des Brenners gewährleistet, dass in einem weiten Bereich, angepasst an die vorgegebene Brennerleistung, gezündet werden kann. Ein sofortiges Wiederabschalten des Gasbrenners wird verhindert. Bei Lastwechseln findet eine schnelle Anpassung der Gaszufuhr an die neue Last statt, bevor durch eine nachfolgende Regelung die Feineinstellung gefunden wird.
In 4 ist schematisch und beispielhaft eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung eines der Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt.
Der gemessene Luftmassenstrom m_L/t sowie die im Bereich der Brennerflamme gemessene Ist-Temperatur T_ist dienen der Steuerungseinrichtung als Eingangssignale. Wie aus der Darstellung der Kennlinie im Diagramm A hervorgeht, ist der Luftmassenstrom m_L/t direkt proportional zur vom Gasbrenner erzeugten Wärmeleistung Q. Entsprechend der in Diagramm B dargestellten Kennlinie wird aus der ermittelten Wärmeleistung die Drehzahl n des Gebläses, die proportional zur Wärmeleistung ist, ausgelesen und entsprechend eingestellt.
Andererseits wird bei Laständerungen aus der Eingangsgröße Luftmassenstrom m_L/t, wie im Diagramm C gezeigt, die Solltemperatur T_soll der Brennerflamme ermittelt. Für einen bestimmten Luftmassenstrom wird eine Solltemperatur vorgegeben. In einem Knotenpunkt D wird diese Solltemperatur T_soll mit der gemessenen Ist-Temperatur T_ist verglichen. Ergibt sich eine Temperaturdifferenz ΔT, so setzt ein Regelvorgang ein, der fortgesetzt wird, bis die Ist-Temperatur T_ist der Soll-Temperatur T_soll entspricht. Eine Annäherung der Ist-Temperatur T_ist an die Solltemperatur T_soll wird, wie schematisch durch das Diagramm E dargestellt, durch Betätigung des Schrittmotors eines Gasventils, welches die Brennstoffzufuhr m_G/t bestimmt, verändert. Durch erfolgt ein Anfetten bzw. Abfetten der Brennstoff-Luftmischung, was zu einer Erhöhung bzw. Senkung der vom Brenner erzeugten Temperatur führt.
Im Diagramm F ist die Öffnung des Gasventils in Form der Schritteinstellung des Schrittmotors des Gasventils in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom m_L/t angegeben. Die Kennlinien (1) und (2) geben eine obere bzw. untere Grenzkurve an. Bei vorgegebenem Luftmassenstrom m_L/t muss sich die Öffnung des Gasventils, während und nach den Steuerungs- und Regelungsvorgängen, stets in dem durch die Kurven (1) und (2) begrenzten Zielkorridor befinden. Bei Abweichungen nach oben oder nach unten kann eine entsprechende Maßnahme eingeleitet werden. Beispielsweise kann der Gasbrenner abgeschaltet werden, um Sicherheitsrisiken oder einen uneffektiven Betrieb auszuschließen. Es kann auch lediglich ein Warnhinweis erfolgen oder eine Neukalibrierung bestimmter Kennkurven durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbrenners, umfassend die Schritte: Ermittlung eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten gemessenen Temperatur (T_ist) abhängt; Vorgabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerleistung (P_soll) entspricht; und Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (T_ist) unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur (T_soll) entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von einem einer Brennerleistung (P) entsprechenden ersten Parameter (m_L/t, V_L/t) darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter (λ), der einem Verhältnis einer Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium in einem der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Gemisch aus Luft und Verbrennungsmedium entspricht, konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter einer der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge (m_L/t, V_L/t) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter einem Massenstrom (m_L/t) oder Volumenstrom (V_L/t) der der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Luft entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerleistung (P) im wesentlichen proportional zu der der Feuerungseinrich tung zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit (m_L/t, V_L/t) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Vergleich des von der gemessenen Temperatur (T_ist) abhängigen Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten Sollwert (T_soll) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Solltemperatur (T_soll) entsprechende Wert in Abhängigkeit vom ersten Parameter (m_L/t, V_L/t) aus der Kennlinie ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Wert und/oder der Wertebereich der Kennlinie einem Temperaturunterschied (ΔT_ist, ΔT_soll) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturunterschied (ΔT_ist) ein Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brennerflamme erzeugten Temperatur (T_ist) und einer Referenztemperatur (T_ref) ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenztemperatur (T_ref) der Temperatur der Luft oder des Luft-/Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung eine Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium (m_G/t, V_G/t) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium (m_G/t, V_G/t) durch Betätigung eines Ventils durchgeführt wird.
Feuerungseinrichtung, insbesondere Gasbrenner, umfassend: eine Einrichtung (12) zum Messen eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (T_ist) abhängt; Mittel zur Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (T_ist) unter Vorgabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerleistung (P_soll) entspricht und unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur (T_soll) entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von einem einer Brennerleistung (P) entsprechenden ersten Parameter (m_L/t, V_L/t) darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter (λ), der einem Verhältnis einer Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium in einem der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Gemisch aus Luft und Verbrennungsmedium entspricht, konstant ist.
Feuerungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter einer der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge, insbesondere einem Massenstrom (m_L/t) oder Volumenstrom (V_L/t) der Luft, entspricht.
Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerungseinrichtung eine Messeinrichtung (2, 5) zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Luft und/oder an Brennstoffmedium und/oder an einer Mischung aus Luft und Brennstoffmedium, insbesondere zur Messung eines Massenstroms (m_L/t, m_G/t, m_M/t) oder Volumenstroms (V_L/t, V_G/t, V_M/t), aufweist.
Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerleistung (P) im wesentlichen proportional zu der dem Gasbrenner zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit (m_L/t, V_L/t) ist.
Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerungseinrichtung Mittel zum Vergleichen des der gemessenen Temperatur (T_ist) entsprechenden Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten Sollwert (T_soll) umfasst.
Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtung zum Messen eines von der erzeugten Temperatur abhängenden Werts angepasst ist, einen Wert zu messen, der einem Temperaturunterschied (ΔT_ist) entspricht.
Feuerungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert einem Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brennerflamme erzeugten Temperatur (T_ist) und einer Referenztemperatur (T_ref) entspricht, wobei die Referenztemperatur insbesondere die Temperatur der Luft oder des Luft-/Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme (13) ist.
Feuerungseinrichtung einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts (12) einen Teil umfasst, der zumindest teilweise im Bereich der Reaktionszone der Brennerflamme (13) angeordnet ist.
Feuerungseinrichtung einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Messung der Referenztemperatur (T_ref) ein Teil der Einrichtung zum Messen des Temperaturwerts (12) außerhalb der Reaktionszone der Flamme (13), insbesondere im Bereich einer Eingangszone für die der Feuerungseinrichtung zugeführte Luft und/oder das Luft-/Verbrennungsmedium-Gemisch, angeordnet ist.
Feuerungseinrichtung einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts (12) ein Thermoelement umfasst.
Feuerungseinrichtung einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts (12) gemessene Wert eine Thermospannung ist.
Feuerungseinrichtung einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Regelung angepasst sind, die Menge des der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Verbrennungsmediums (m_G/t, V_G/t) zu erhöhen und/oder zu verringern.
Feuerungseinrichtung einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerungseinrichtung ein Ventil (6) umfasst, welches zur Erhöhung oder zur Verringerung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium (m_G/t, V_G/t) betätigbar ist.
Verfahren zur Steuerung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbrenners, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Änderung eines Parameters (m_L/t, V_L/t), der der Brennerleistung (P) entspricht, von einem Startwert (P₁) zu einem Zielwert (P₂) die Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung durch eine Änderung der Öffnung eines Gasventils (6) von einem ersten (w₁) zu einem zweiten Öffnungswert (w₂) unter Vorgabe eines Sollwerts, der von dem Parameter (m_L/t, V_L/t) abhängt, angepasst wird, wobei der zweite Öffnungswert (w₂) zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert liegt, und wobei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten (w₁) zum zweiten Öffnungswert (w₂) keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt und nach Erreichen des Zielwerts des Parameters (m_L/t, V_L/t), der der Brennerleistung (P) entspricht, eine Regelung von Betriebsparametern der Feuerungseinrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter, der der Brennerleistung (P) entspricht, die der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge, insbesondere ein Massenstrom (m_L/t) oder Volumenstrom (V_L/t) der der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Luft, ist.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerleistung (P) im wesentlichen proportional zu der dem Gasbrenner zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit (m_L/t, V_L/t) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Öffnung des Gasventils durch die Modulation einer Pulsweite, durch die Variation einer Spannung oder eines Stroms einer Ventilspule, oder durch Betätigung eines Schrittmotors eines Ventils durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschreiten des oberen oder des unteren Grenzwerts der Öffnung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie, die sich aus den Sollwerten für die Öffnung (w) des Gasventils in Abhängigkeit von dem Parameter (m_L/t, V_L/t) ergibt, der der Brennerleistung (P) entspricht, auf Basis der durch die Regelung eingestellten Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung neu kalibriert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschreiten des oberen oder ein Unterschreiten des unteren Grenzwerts, insbesondere nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, zum Abschalten der Feuerungseinrichtung führt.
Feuerungseinrichtung, insbesondere Gasbrenner, umfassend: ein Gasventil (6) zur Einstellung der Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung; einen Speicher zum Abspeichern von Sollwerten, die von einem Parameter (m_L/t, V_L/t) abhängen, der der Brenner leistung (P) entspricht, und von oberen und unteren Grenzwerten; eine Einrichtung zur Steuerung der Öffnung des Gasventils, die bei einer Änderung des Parameters (m_L/t, V_L/t), der der Brennerleistung (P) entspricht, von einem Startwert zu einem Zielwert die Öffnung des Gasventils von einem ersten (w₁) zu einem zweiten Öffnungswert (w₂) unter Vorgabe eines abgespeicherten Sollwerts anpasst, wobei der zweite Öffnungswert (w₂) zwischen einem abgespeicherten oberen und einem unteren Grenzwert liegt, und wobei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten (w₁) zum zweiten Öffnungswert (w₂) keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt wird; und Mittel zur Regelung, die nach Erreichen des Zielwerts des Parameters, der der Brennerleistung (P) entspricht, Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung regeln.
Feuerungseinrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasventil (6) ein Stellglied, insbesondere einen Schrittmotor, eine pulsweitenmodulierte oder eine durch eine elektrische Größe gesteuerte Spule, umfasst.
Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerungseinrichtung wenigstens einen Massenstromsensor (2, 5) und/oder Volumenstromsensor zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge (m_L/t, V_L/t) und/oder der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Brennstoffmedium (m_G/t, V_G/t) und/oder der Menge des zugeführten Gemisches (m_M/t, V_M/t) aus Luft und Brenn stoffmedium aufweist.
Feuerungseinrichtung einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerungseinrichtung im Bereich der Brennerflamme (13) eine Einrichtung (12) zum Messen einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (T_ist) aufweist.