DE102010001307B4 - Verfahren und Vorrichtung zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung sowie Flammenüberwachungssystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung sowie Flammenüberwachungssystem Download PDF

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Abstract

Verfahren zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner (22) mit einem ersten Betriebszustand, der eine Startphase des Brenners (22) darstellt und einem zweiten Betriebszustand, der einen Modulationsbetrieb des Brenners (22) darstellt, mit den Schritten: Erzeugen einer ersten Messspannung (12a) zum Erzeugen eines ersten Ionisationsstroms (16a) an einer Ionisationselektrode (16) des Flammenüberwachungssystems in dem ersten Betriebszustand des Brenners (22), wobei die erste Messspannung (12a) größer als eine Sättigungsspannung ist, und Erzeugen einer zweiten Messspannung (12b) zum Erzeugen eines zweiten Ionisationsstroms (16b) an der Ionisationselektrode (16) des Flammenüberwachungssystems in dem zweiten Betriebszustand des Brenners (22), wobei die zweite Messspannung (12b) kleiner als die Sättigungsspannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messspannung (12a) und die zweite Messspannung (12b) von einer Vorrichtung (12) zum Erzeugen einer Messspannung des Flammenüberwachungssystems erzeugt werden, die dazu geeignet ist, die erzeugte Messspannung zwischen einem Spannungswert größer der Sättigungsspannung und einem Spannungswert kleiner der Sättigungsspannung zu variieren, wobei die Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung die erzeugte Messspannung von der ersten Messspannung (12a) zu der zweiten Messspannung (12b) ändert, wenn der Brenner (22) von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechselt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner, sowie eine Vorrichtung zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner.
  • Stand der Technik
  • Zur Überwachung von Gasflammen werden häufig Flammenüberwachungssysteme eingesetzt, die die Gleichrichterwirkung der Flamme ausnutzen, die also nach dem sogenannten Ionisationsprinzip arbeiten. Dabei wird zwischen zwei Elektroden eine Wechselspannung angelegt. Die momentane Leistung des Brenners wird durch das Volumen, das die Flamme ausfüllt, bestimmt. Die Höhe des Gleichstromanteils gibt daher ein Maß für die Intensität der Flamme, wobei das Nichtvorhandensein einer Flamme der Intensität Null entspricht, deren Detektion zuverlässig und zeitnah festgestellt werden muss, um ein Ausströmen von unverbranntem Gas in den Brennerraum zu vermeiden.
  • Bekannte Flammenüberwachungssysteme weisen in der Regel eine Spannungserzeugungseinheit zum Erzeugen einer Zündspannung zum Betreiben einer Zündvorrichtung eines Brenners und/oder zum Erzeugen einer Messspannung einer Ionisationselektrode zum Überwachen einer Flamme des Brenners und eine Messeinheit zum Messen eines durch die Messspannung erzeugten Ionisationsstroms auf. Das Flammenüberwachungssystem kann alternativ auch eine Spannungserzeugungseinheit zum Erzeugen einer Zündspannung zum Betreiben einer Zündvorrichtung eines Brenners und eine separate Spannungserzeugungseinheit zum Erzeugen einer Messspannung einer Ionisationselektrode zum Überwachen einer Flamme des Brenners aufweisen. Ferner umfasst das Flammenüberwachungssystem eine Steuereinheit zum Steuern der Spannungserzeugungseinheit und zum Auswerten von Messwerten der Messeinheit.
  • Es ist bekannt, dass bei einer auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung bei Messspannungen oberhalb einer Sättigungsspannung Messungenauigkeiten auftreten, da eine Variation der Messspannung bei Spannungen oberhalb der Sättigungsspannung zu Sättigungseffekten führt, die die Messgenauigkeit beeinflussen, da die zu messende Änderung des Flammenwiderstands im Sättigungsbereich keine lineare Änderung des Ionisationsstroms bewirkt (siehe 1).
  • Aus diesem Grund wird bei verbrennungsgeregelten Systemen, bei denen eine hohe Messgenauigkeit erzielt werden muss, mit Spannungen unterhalb der Sättigungsgrenze gearbeitet, bei denen der Ionisationsstrom im Wesentlichen durch Ladungsträgerrekombination bestimmt wird und somit eine Veränderung des Flammenwiderstands bei gleicher Messspannung eine messbare Änderung des Ionisationsstroms bewirkt.
  • Es ist jedoch ebenfalls bekannt, dass beim Brennerstart verschiedene andere nichtlineare Effekte eine Messung des Ionisationsstroms unterhalb der Sättigungsgrenze erschweren. So beeinflussen z. B. die Brennertemperatur, die Elektrodenbeschaffenheit und andere Einflussgrößen eine sichere Flammenerkennung. Aus diesem Grund arbeiten Flammenüberwachungssysteme, die nicht zur Verbrennungsregelung benötigt werden und gegebenenfalls nur binär erfassen müssen, ob eine Flamme existiert oder nicht, in der Regel oberhalb der obengenannten Sättigungsgrenzen.
  • Um die negative Auswirkung der geschilderten Effekte zu umgehen, gibt es im Stand der Technik bisher Ansätze, in verbrennungsgeregelten Systemen abhängig vom Betriebszustand des Brenners zwischen zwei unterschiedlich ausgelegten Flammensignalverstärkern umzuschalten. Mit einem bei höherer Spannung oberhalb der Sättigungsspannung messenden Flammensignalverstärker kann die Flamme beim Brennerstart zuverlässig erkannt werden, und nach Umschalten auf einen mit niedrigerer Spannung unterhalb der Sättigungsspannung arbeitenden Flammensignalverstärker kann im modulierenden Betrieb, d. h. im Regelbetrieb, in dem z. B. ein Luft-Brennstoff-Verhältnis basierend auf der Ionisationsstrommessung geregelt wird, genau genug gemessen werden. Hierfür müssen jedoch zwei Flammensignalverstärker sowie ein Umschaltrelais vorgesehen werden, was zusätzliche Kosten verursacht und die Komplexität des Systems erhöht.
  • In der DE 10 2007 018 122 A1 wird ein Flammensignalverstärker beschrieben, bei dem eine von einer Spannungserzeugungseinheit erzeugte Spannung von einer steuernden Überwachungseinrichtung verändert werden kann. Hierbei ist die Spannungserzeugungseinheit in der Lage, sowohl eine Zündspannung, als auch eine. Messspannung zu erzeugen.
  • Die Messspannung kann über ein von der Überwachungseinrichtung an die Spannungserzeugungseinheit übertragenes pulsweitenmoduliertes Signal variiert werden. Liegt eine Abweichung zwischen der von der Spannungserzeugungseinheit erzeugten Messspannung und der von einer Messvorrichtung erfassten Messspannung vor, so kann die Abweichung erfasst und kompensiert werden. Jedoch ist hier nur ein Flammensignalverstärker vorgesehen, d. h. es kann keine Umschaltung zwischen einem ersten und einem zweiten Flammensignalverstärker erfolgen, um mit einem bei höherer Spannung messenden Flammensignalverstärker beim Brennerstart, d. h. in einer ersten Betriebsphase des Brenners die Flamme zuverlässig zu erkennen und nach Umschalten auf einen mit niedrigerer Spannung arbeitenden Flammensignalverstärker im modulierenden Betrieb, d. h. in einer zweiten Betriebsphase des Brenners genau genug zu messen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei welchen sowohl in einem ersten Betriebszustand als auch in einem zweiten Betriebszustand des Brenners eine auf Ionisationsstrommessung basierende Flammenerkennung mit einfachen Mitteln realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
  • Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 wird ein Verfahren zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner mit einem ersten Betriebszustand, welcher eine Startphase des Brenners darstellt und einem zweiten Betriebszustand, welcher einen Modulationsbetrieb des Brenners darstellt, vorgesehen. Gemäß dem Verfahren wird eine erste Messspannung, welche größer als eine Sättigungsspannung ist, zum Erzeugen eines ersten Ionisationsstroms an einer Ionisationselektrode des Flammenüberwachungssystems in einem ersten Betriebszustand des Brenners erzeugt und eine zweite Messspannung, welche kleiner als die Sättigungsspannung ist, zum Erzeugen eines zweiten Ionisationsstroms an der Ionisationselektrode des Flammenüberwachungs-Systems in dem zweiten Betriebszustand des Brenners erzeugt, wobei die erste Messspannung und die zweite Messspannung von einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung des Flammenüberwachungssystems erzeugt werden, die dazu geeignet ist, die erzeugte Messspannung zwischen einem Spannungswert größer der Sättigungsspannung und einem Spannungswert kleiner der Sättigungsspannung zu variieren, und wobei die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung die erzeugte Messspannung von der ersten Messspannung zu der zweiten Messspannung ändert, wenn der Brenner von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechselt.
  • Im Vergleich zu einer Anordnung, welche zwei Flammensignalverstärker, d. h. zwei Vorrichtungen zum Erzeugen einer Messspannung aufweist, kann bei der vorliegenden Anordnung, welche nur eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung aufweist, auf ein Umschaltrelais verzichtet werden. Somit ergibt sich ein in Summe einfacherer und kostengünstigerer Aufbau. Dadurch, dass die Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung in der Lage ist, die Messspannung zu variieren, ist es möglich in verschiedenen Betriebszuständen stets im Bereich der besten Auflösung, d. h. während der Startphase des Brenners oberhalb der Sättigungsgrenze und während des modulierenden Betriebs des Brenners unterhalb der Sättigungsgrenze zu arbeiten.
  • Das Flammenerfassungssystem weist vorzugsweise eine mit der Ionisationselektrode elektrisch verbundene Messeinheit auf, die den von der Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung erzeugten Ionisationsstrom erfasst. Die Messeinheit erfasst den ersten Ionisationsstrom im ersten Betriebszustand des Brenners und den zweiten Ionisationsstrom im zweiten Betriebszustand des Brenners. Somit kann das Flammenüberwachungssystem während der Startphase des Brenners und des Modulationsbetriebs des Brenners stets im Bereich der besten Auflösung arbeiten. Ein Luft-Brennstoff-Verhältnis des Brenners wird im Modulationsbetrieb des Brenners in Abhängigkeit des von der Messeinheit erfassten zweiten Ionisationsstroms geregelt.
  • Die Messeinheit wechselt von einem ersten Messbereich zu einem zweiten Messbereich, wenn die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung die erzeugte Messspannung von der ersten Messspannung zu der zweiten Messspannung ändert. Die Flammenerkennung weist einen Schritt Vergleichen zumindest eines Schwellwerts und des von der Messeinheit erfassten Ionisationsstroms auf. Das Vergleichen des von der Messeinheit erfassten Ionisationsstroms mit zumindest einem Schwellwert dient z. B. in der Startphase des Brenners dem zuverlässigen Erkennen einer Flamme. Die Flamme wird dann erkannt, wenn der Ionisationsstrom beispielsweise über einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Darüber hinaus kann das Flammenüberwachungssystem mittels Schwellwerten auf Defekte wie beispielsweise eine fehlerhafte Zündung, eine Unterbrechung der Gaszufuhr oder einen Fehler der Ionisationselektrode überwacht werden. Die Steuereinheit zum Steuern der Spannungserzeugungseinheit ist dazu ausgelegt, einen von der Messeinheit erfassten Ionisationsstrom mit wenigstens einem vorgegebenen oberen und/oder unteren Schwellenwert zu vergleichen und ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn der Ionisationsstrom den oberen Schwellenwert übertrifft oder kleiner als der untere Schwellenwert ist. Dadurch kann für einen Bediener in einer einfachen Weise erkennbar gemacht werden, dass die Betriebskenngrößen des Flammenüberwachungssystems einen durch den oberen Schwellenwert und den unteren Schwellenwert begrenzten Normalbereich verlassen haben. Das Fehlersignal kann als Warnsignal an einen Benutzer und/oder zum Erzeugen einer Notabschaltung des Brenners benutzt werden. Bei dem Ändern der erzeugten Messspannung durch die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung von der ersten Messspannung zu der zweiten Messspannung wird der zumindest eine Schwellwert neu bestimmt, da bei Vorsehen der zweiten Messspannung, welche vorzugsweise geringer als die erste Messspannung ist, der erzeugte Ionisationsstrom ebenfalls geringer ist.
  • Der Brenner wechselt von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand vorzugsweise in Reaktion auf ein Betriebszustandssignal einer Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems. Das Betriebszustandssignal der Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems kann ein pulsweitenmoduliertes Signal sein. Das Betriebszustandssignal der Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems wird vorzugsweise von der Steuereinheit an die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung und die Messeinheit übertragen. Das Betriebszustandssignal der Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems wird mit einem Steuersignal an die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung übertragen und die Messspannung wird derart moduliert, dass diese eine Information über den Betriebszustand des Brenners aufweist. Somit kann eine Umschaltung von dem ersten Betriebszustand des Brenners in den zweiten Betriebszustand des Brenners erfolgen, sobald das Vorhandensein einer Flamme von der Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems erkannt wird.
  • Eine Sicherheitszeit zwischen einem Start des Brenners und dem Umschalten in den zweiten Betriebszustand ist einstellbar.
  • Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 13 wird des Weiteren eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner mit einem ersten Betriebszustand, welcher eine Startphase des Brenners darstellt und einem zweiten Betriebszustand, welcher einen Modulationsbetrieb darstellt, vorgesehen. Die Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung enthält Mittel zum Erzeugen einer ersten Messspannung, welche größer als eine Sättigungsspannung ist, zum Erzeugen eines ersten Ionisationsstroms an einer Ionisationselektrode des Flammenüberwachungssystems in einem ersten Betriebszustand des Brenners und zum Erzeugen einer zweiten Messspannung, welche kleiner als die Sättigungsspannung ist, zum Erzeugen eines zweiten Ionisationsstroms an der Ionisationselektrode des Flammenüberwachungssystems in einem zweiten Betriebszustand des Brenners, wobei die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung dazu geeignet ist, die erzeugte Messspannung zwischen einem Spannungswert größer der Sättigungsspannung und einem Spannungswert kleiner der Sättigungsspannung zu variieren, und wobei die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung die erzeugte Messspannung von der ersten Messspannung zu der zweiten Messspannung ändert, wenn der Brenner von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechselt. Die Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung weist vorzugsweise Mittel zum Bestimmen eines Betriebszustands des Brenners auf. Durch die Mittel zum Bestimmen des Betriebszustands des Brenners ist vorzugsweise der Betriebszustand des Brenners in Reaktion auf ein Betriebszustandssignal einer Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems des Brenners bestimmbar.
  • Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 16 wird des Weiteren ein Flammenüberwachungssystem eines Brenners mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung, einer Messeinheit und einer Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems vorgesehen, wobei das Flammenüberwachungssystem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung aufweist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, sind in den Zeichnungen dargelegt. Es zeigt schematisch:
  • 1 ein Diagramm eines Ionisationsstroms in Funktion einer Messspannung entsprechend dem Stand der Technik;
  • 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Flammenüberwachungssystem mit einer Spannungserzeugungs- und Messanordnung entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Variieren einer Messspannung einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung eines Brenners (22) mit den nachfolgenden Schritten.
  • In Schritt S10 wird eine erste Messspannung zum Erzeugen eines ersten Ionisationsstroms an einer Ionisationselektrode eines Flammenüberwachungssystems in einem ersten Betriebszustand eines Brenners durch eine Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung erzeugt, wobei der erste Betriebszustand des Brenners (22) eine Startphase des Brenners (22) ist.
  • In Schritt S20 erfolgt ein Erfassen der ersten, durch die Spannungserzeugungseinheit zum Erzeugen der Messspannung vorgesehene Messspannung und des ersten Ionisationsstroms durch eine Messeinheit.
  • Sofern der Ionisationsstrom größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist, fährt das Verfahren mit Schritt S30 fort. Falls der Ionisationsstrom kleiner als der vorbestimmte Schwellwert ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück.
  • In Schritt S30 wird infolge dessen, dass der Ionisationsstrom größer als der vorbestimmte Schwellwert ist, eine Flamme durch eine Steuereinheit zum Steuern des Flammenüberwachungssystems erkannt. Daraufhin wird ein Betriebszustandssignal durch die Steuereinheit an die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung zum Wechseln von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand vorgesehen.
  • In Schritt S40 wird in Reaktion auf das Betriebszustandssignal der Steuereinheit eine zweite Messspannung zum Erzeugen eines zweiten Ionisationsstroms an einer Ionisationselektrode eines Flammenüberwachungssystems in einem zweiten Betriebszustand des Brenners durch die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung erzeugt.
  • In Schritt S50 erfolgt ein Erfassen der zweiten, durch die Spannungserzeugungseinheit zum Erzeugen der Messspannung vorgesehenen Messspannung und des zweiten Ionisationsstroms durch die Messeinheit.
  • 3 zeigt schematisch ein Flammenüberwachungssystem zum Überwachen eines Brenners 22 mit einer Spannungserzeugungs- und Messanordnung 10 entsprechend der bevorzugten Ausführungsform. Die Spannungserzeugungs- und Messanordnung umfasst des Weiteren eine Vorrichtung 12 zum Erzeugen einer Messspannung. Eine Steuereinheit 24 dient zum Überwachen einer Flamme 18 des Brenners 22. Des Weiteren umfasst die Spannungserzeugungs- und Messanordnung 10 eine Messeinheit 20 zum Messen eines durch die Messspannung erzeugten Ionisationsstroms. Die Messspannung ist eine Wechselspannung, die über der Flamme 18 des Brenners 22 abfällt.
  • Die Flamme 18 ist vorzugsweise eine Gasflamme und hat eine Gleichrichtereigenschaft, da in der Flamme 18 Ladungsträger unterschiedlicher Polaritäten vorliegen, deren Mobilität sich stark unterscheidet. Dadurch fließt vorwiegend während einer Halbperiode der Messspannung, während welcher letztere ein bestimmtes Vorzeichen hat, der Ionisationsstrom von oder zu der Ionisationselektrode 16. Wenn die Flamme 18 erlischt, kommt auch der Ionisationsstrom zum Erliegen, was durch die Messeinheit 20 messbar ist. Falls dies geschieht, können geeignete Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, beispielsweise kann die Gaszufuhr abgeschaltet werden.
  • Die Auswertung der Signale der Messeinheit und die Steuerung der Spannungserzeugungseinheit 12 erfolgt in der Steuereinheit 24 der Flammenüberwachungsvorrichtung. Die Steuereinheit 24 steuert die Spannungserzeugungseinheit 12 mittels eines ersten, vorzugsweise pulsweitenmodulierten Steuersignals 26a, das über eine erste Signalleitung 28a von der Steuereinheit 24 an die Spannungserzeugungseinheit 12 übertragen wird. Über eine zweite Signalleitung 28b überträgt die Steuereinheit 24 ein zweites, vorzugsweise pulsweitenmoduliertes Steuersignal 26b an die Messeinheit 20. Das erste und zweite Steuersignal können jedoch ebenfalls eine andere Modulationsart aufweisen. Das zweite Steuersignal 26b dient vorwiegend zur Vorgabe einer Messfrequenz, kann jedoch auch zum Steuern von Betriebsparametern der Messeinheit 20 genutzt werden. Über eine dritte Signalleitung 28c empfängt die Steuereinheit 24 eine erste dynamische Rückmeldung 30a von der Spannungserzeugungseinheit 12 der Spannungserzeugungs- und Messanordnung 10. Über eine vierte Signalleitung 28d empfängt die Steuereinheit 24 eine zweite dynamische Rückmeldung 30b von der Messeinheit 20. Die erste dynamische Rückmeldung 30a und die zweite dynamische Rückmeldung 30b sind jeweils vorzugsweise pulsweitenmodulierte Signale, wobei ein Tastverhältnis der ersten dynamischen Rückmeldung 30a und der zweiten dynamischen Rückmeldung 30b einen kontinuierlichen Wertebereich hat und zeitabhängig ist. Der Wert des Tastverhältnisses kodiert eine tatsächlich erzeugte Spannung in der Spannungserzeugungseinheit 12 bzw. eine von der Messeinheit 20 gemessene Spannung oder einen von der Messeinheit 20 gemessenen Ionisationsstrom.
  • In einer Startphase bzw. einem ersten Betriebszustand des Brenners 22 wird von der Vorrichtung 12 zum Erzeugen einer Messspannung eine erste Messspannung 12a erzeugt, welche an der Ionisationselektrode 16 einen ersten Gleichstromanteil bzw. ersten Ionisationsstrom 16a aufweist. Die erste Messspannung 12a wird sodann durch die Messeinheit 20 erfasst. Falls der erste Ionisationsstrom 16a größer als der vorbestimmte Schwellwert ist, wird eine Flamme durch die Steuereinheit 24 zum Steuern des Flammenüberwachungssystems erkannt. Daraufhin wird nach Ablauf einer einstellbaren Sicherheitszeit, wobei der erste Ionisationsstrom 16a während der Sicherheitszeit größer als der vorbestimmte Schwellwert sein muss, ein Betriebszustandssignal durch die Steuereinheit 24 an die Vorrichtung 12 zum Erzeugen der Messspannung zum Wechseln von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand vorgesehen und es erfolgt eine Umschaltung von dem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand bzw. einem modulierenden Betrieb des Brenners 22. Das Betriebszustandssignal der Steuereinheit 24 zum Steuern des Flammenüberwachungssystems wird mit dem Steuersignal an die Spannungserzeugungseinheit 12 zum Erzeugen der Ionisationsspannung übertragen; wobei das Steuersignal derart moduliert wird, dass dieses eine Information über den Betriebszustand des Brenners aufweist.
  • Bei Umschaltung von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wird von der Vorrichtung 12 zum Erzeugen einer Messspannung eine zweite Messspannung 12b erzeugt, welche an der Ionisationselektrode 16 einen zweiten Gleichstromanteil bzw. zweiten Ionisationsstrom 16b aufweist. Die zweite Messspannung wird durch die Messeinheit 20 erfasst.
  • Die Steuereinheit 24 ist dazu ausgelegt, den von der Messeinheit 20 erfassten zweiten Ionisationsstrom 16b mit wenigstens einem vorgegebenen oberen und/oder unteren Schwellenwert zu vergleichen und ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn der Messwert den oberen Schwellenwert übertrifft oder kleiner ist als der untere Schwellenwert. Die Steuereinheit kann ebenfalls basierend auf dem oberen Schwellwert und dem unteren Schwellwert eine Korrektur bzw. Nachregelung der Verbrennungsgüte vornehmen.
  • Die Erfindung wurde anhand konkreter Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkreten Ausführungsformen begrenzt zu sein. Insbesondere ist es möglich, Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen auch in den anderen Ausführungsformen einzusetzen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Spannungserzeugungs- und Messanordnung
    12
    Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung
    12a
    erste Messspannung
    12b
    zweite Messspannung
    16
    Ionisationselektrode
    16a
    erster Ionisationsstrom
    16b
    zweiter Ionisationsstrom
    18
    Flamme
    20
    Messeinheit
    22
    Brenner
    24
    Steuereinheit
    26a
    erstes pulsweitenmoduliertes Steuersignal
    26b
    zweites pulsweiten moduliertes Steuersignal
    28a
    erste Signalleitung
    28b
    zweite Signalleitung
    28c
    dritte Signalleitung
    28d
    vierte Signalleitung
    30a
    erste dynamische Rückmeldung
    30b
    zweite dynamische Rückmeldung

Claims (16)

  1. Verfahren zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner (22) mit einem ersten Betriebszustand, der eine Startphase des Brenners (22) darstellt und einem zweiten Betriebszustand, der einen Modulationsbetrieb des Brenners (22) darstellt, mit den Schritten: Erzeugen einer ersten Messspannung (12a) zum Erzeugen eines ersten Ionisationsstroms (16a) an einer Ionisationselektrode (16) des Flammenüberwachungssystems in dem ersten Betriebszustand des Brenners (22), wobei die erste Messspannung (12a) größer als eine Sättigungsspannung ist, und Erzeugen einer zweiten Messspannung (12b) zum Erzeugen eines zweiten Ionisationsstroms (16b) an der Ionisationselektrode (16) des Flammenüberwachungssystems in dem zweiten Betriebszustand des Brenners (22), wobei die zweite Messspannung (12b) kleiner als die Sättigungsspannung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messspannung (12a) und die zweite Messspannung (12b) von einer Vorrichtung (12) zum Erzeugen einer Messspannung des Flammenüberwachungssystems erzeugt werden, die dazu geeignet ist, die erzeugte Messspannung zwischen einem Spannungswert größer der Sättigungsspannung und einem Spannungswert kleiner der Sättigungsspannung zu variieren, wobei die Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung die erzeugte Messspannung von der ersten Messspannung (12a) zu der zweiten Messspannung (12b) ändert, wenn der Brenner (22) von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechselt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammenerfassungssystem eine mit der Ionisationselektrode (16) elektrisch verbundene Messeinheit (20) aufweist, die den von der Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung erzeugten Ionisationsstrom erfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit den ersten Ionisationsstrom (16a) im ersten Betriebszustand des Brenners (22) und den zweiten Ionisationsstrom (16b) im zweiten Betriebszustand des Brenners (22) erfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Luft-Brennstoff-Verhältnis des Brenners (22), insbesondere ein Luft-Gas-Verhältnis des Brenners (22), im Modulationsbetrieb des Brenners (22) in Abhängigkeit des von der Messeinheit (20) erfassten zweiten Ionisationsstroms (16b) geregelt wird.
  5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit von einem ersten Messbereich zu einem zweiten Messbereich wechselt, wenn die Vorrichtung zum Erzeugen der Messspannung die erzeugte Messspannung von der ersten Messspannung zu der zweiten Messspannung ändert.
  6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammenerkennung einen Schritt Vergleichen zumindest eines Schwellwerts und des von der Messeinheit (20) erfassten Ionisationsstroms aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ändern der erzeugten Messspannung durch die Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung von der ersten Messspannung (12a) zu der zweiten Messspannung (12b) der zumindest eine Schwellwert neu bestimmt wird.
  8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (22) von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand in Reaktion auf ein Betriebszustandssignal einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Flammenüberwachungssystems wechselt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandssignal der Steuereinheit (24) zum Steuern des Flammenüberwachungssystems ein pulsweitenmoduliertes Signal ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandssignal der Steuereinheit (24) zum Steuern des Flammenüberwachungssystems von der Steuereinheit (24) an die Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung und die Messeinheit (20) übertragen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandssignal der Steuereinheit (24) zum Steuern des Flammenüberwachungssystems mit einem Steuersignal an die Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung zum Erzeugen einer Ionisationsspannung übertragen wird und die Messspannung derart moduliert wird, dass diese eine Information über den Betriebszustand des Brenners (22) aufweist.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitszeit zwischen einem Start des Brenners (22) und dem Umschalten in den zweiten Betriebszustand einstellbar ist.
  13. Vorrichtung zum Erzeugen einer Messspannung zur auf Ionisationsstrommessung basierenden Flammenerkennung mit einem Flammenüberwachungssystem in einem Brenner (22) mit einem ersten Betriebszustand, welcher eine Startphase des Brenners (22) darstellt und einem zweiten Betriebszustand, welcher einen Modulationsbetrieb des Brenners (22) darstellt, aufweisend: Mittel zum Erzeugen einer ersten Messspannung (12a), welche größer als eine Sättigungsspannung ist, zum Erzeugen eines ersten Ionisationsstroms (16a) an einer Ionisationselektrode (16) des Flammenüberwachungssystems in dem ersten Betriebszustand des Brenners (22) und zum Erzeugen einer zweiten Messspannung (12b), welche kleiner als die Sättigungsspannung ist, zum Erzeugen eines zweiten Ionisationsstroms (16b) an der Ionisationselektrode (16) des Flammenüberwachungssystems in dem zweiten Betriebszustand des Brenners (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung dazu geeignet ist, die erzeugte Messspannung zwischen einem Spannungswert größer der Sättigungsspannung und einem Spannungswert kleiner der Sättigungsspannung zu variieren, wobei die Vorrichtung (12) zum Erzeugen der Messspannung die erzeugte Messspannung von der ersten Messspannung (12a) zu der zweiten Messspannung (12b) ändert, wenn der Brenner (22) von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand wechselt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel zum Bestimmen eines Betriebszustands des Brenners (22) aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mittel zum Bestimmen des Betriebszustands des Brenners (22) in Reaktion auf ein Betriebszustandssignal einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Flammenüberwachungssystems des Brenners (22) der Betriebszustand des Brenners (22) bestimmbar ist.
  16. Flammenüberwachungssystem eines Brenners (22) mit einer Vorrichtung (12) zum Erzeugen einer Messspannung, einer Messeinheit (20) und einer Steuereinheit (24) zum Steuern des Flammenüberwachungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammenüberwachungssystem eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 aufweist.
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