DE102011002324A1

DE102011002324A1 - Regulating device for premix burner, has throttle element arranged downstream to throttle device in fuel supply spacer, and mixer arranged downstream from fan to air supply pipe and downstream from throttle element to fuel supply spacer

Info

Publication number: DE102011002324A1
Application number: DE102011002324A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Berger; Rudolf Haug; Harald Petermann
Original assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Current assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-10-31

Abstract

The device (10) has a fixed throttle element (31) arranged downstream to a controlled throttle device (30) in a fuel supply spacer (28). A controllable fan (24) is arranged in an air supply pipe (23). A mixer (22) is arranged downstream from the fan to the air supply pipe and downstream from the throttle element to the fuel supply spacer. The fixed throttle element is formed by a nozzle (32). A burner spacer (21) is attached to the mixer, and the air supply pipe supplies air/fuel-air mixture (M) to the mixer. An independent claim is also included for a method for operating a burner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung zur Regelung eines Brenners, insbesondere eines Vormischbrenners sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb.The invention relates to a control device for controlling a burner, in particular a premix burner and a method for its operation.

Eine Regeleinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners ist beispielsweise aus der DE 39 37 290 A1 bekannt. Dem Brenner ist eine Ionisationselektrode zugeordnet, die einen Ionisationsstrom erzeugt, sobald eine Flamme am Brenner brennt. In einer Regeleinrichtung wird der Istwert des Ionisationsstromes mit einem Sollwert verglichen. Einem Mischer wird über ein Gebläse Luft und über eine Brennstoffversorgungsleitung Brenngas zugefuhrt. In der Brennstoffzufuhrleitung ist ein steuerbares Ventil angeordnet. Der Motor zum Betreiben des Geblases ist ebenfalls ansteuerbar. Weicht der Ionisationsstrom von einem vorgegebenen Sollwert ab, so kann beispielsweise die Drehzahl des Gebläses durch die Regeleinrichtung geändert werden, um die Soll-Ist-Abweichung des Ionisationsstroms zu reduzieren. Auf diese Weise kann eine gewünschte Luftzahl (λ) eingestellt.A control device and a method for operating a burner, for example, from DE 39 37 290 A1 known. The burner is associated with an ionization electrode that generates an ionization current as soon as a flame burns on the burner. In a control device, the actual value of the ionization current is compared with a desired value. A mixer is supplied via a fan air and fuel supply line via a fuel line. In the fuel supply line, a controllable valve is arranged. The motor for operating the blower is also controllable. If the ionization current deviates from a predetermined desired value, then, for example, the rotational speed of the fan can be changed by the control device in order to reduce the nominal-actual deviation of the ionization current. In this way, a desired air ratio (λ) can be set.

Eine Regeleinrichtung zum Betreiben eines Vormischbrenners ist auch in DE 100 244 10 A1 beschrieben. Dort ist erlautert, dass laminare Strömungswiderstande einen Druckverlust verursachen, der proportional zum Volumenstrom ist und daher solche laminaren Strömungswiderstande gegenuber turbulenten Stromungswiderständen zu bevorzugen sind. Die Regeleinrichtung weist eine Brennstoffzufuhrleitung auf, in der ein Regler eingesetzt ist. Dem Regler wird übe eine Steuerleitung der am Ausgang des Geblases stromaufwarts eines laminaren Stromungswiderstands herrschende Luftdruck als Steuergroße uber eine Leitung ubermittelt. Abhangig von dieser Steuergröße regelt der Regler die über die Brennstoffzufuhrleitung zum Mischer zugeführte Brennstoffmenge. Auf diese Weise kann das Brennstoff-Luft-Verhältnis angepasst werden.A control device for operating a premix burner is also known in DE 100 244 10 A1 described. There it is explained that laminar flow resistances cause a pressure loss which is proportional to the volume flow and therefore such laminar flow resistances are to be preferred to turbulent flow resistances. The control device has a fuel supply line in which a controller is used. The control is transmitted via a control line of the prevailing at the outlet of the fan upstream of a laminar flow resistance air pressure as a control amount via a line. Depending on this control variable, the controller regulates the amount of fuel supplied to the mixer via the fuel supply line. In this way, the fuel-air ratio can be adjusted.

Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache und betriebssichere Regeleinrichtung fur einen Brenner, beispielsgemaß einen Vormischbrenner, zu schaffen.Based on this, it is an object of the present invention to provide a simple and reliable control device for a burner, for example a premix burner.

Diese Aufgabe wird durch eine Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelost. Erfindungsgemäß sind eine Brennstoffzufuhrleitung sowie eine Luftzufuhrleitung an einen Mischer angeschlossen. Dort wird der Brennstoff, beispielsgemäß Gas, mit der Luft gemischt und zur Verbrennung an einen Brenner weitergegeben. Ein Lambdasensor erfasst ein der Luftzahl der Verbrennung entsprechendes Sensorsignal, beispielsweise den Ionisationsstrom, und übermittelt dieses an eine Steuereinheit. In der Luftzufuhrleitung ist ein ansteuerbares Gebläse angeordnet, das dem Mischer Luft zugefuhrt. Insbesondere kann die Drehzahl des Gebläses uber die Steuereinheit gesteuert oder geregelt werden. In der Brennstoffzufuhrleitung sitzen in Stromungsrichtung hintereinander geschaltet ein Druckregler, insbesondere ein Nulldruckregler, eine durch die Steuereinheit ansteuerbare Drosseleinrichtung mit einstellbarem Drosselquerschnitt sowie ein Drosselelement mit fest vorgegebenem Drosselkanal. Als Drosselelement dient vorzugsweise eine Duse.This object is achieved by a control device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 10. According to the invention, a fuel supply line and an air supply line are connected to a mixer. There, the fuel, for example gas, mixed with the air and passed on to a burner for combustion. A lambda sensor detects a sensor signal corresponding to the air ratio of the combustion, for example the ionization current, and transmits this to a control unit. In the air supply line a controllable fan is arranged, which supplies the mixer air. In particular, the speed of the fan can be controlled or regulated via the control unit. In the fuel supply line sitting in the flow direction in series, a pressure regulator, in particular a zero pressure regulator, a controllable by the control unit throttle device with adjustable throttle cross section and a throttle element with fixed throttle channel. As a throttle element is preferably a Duse.

Bei dieser Anordnung wird der Brennstoff ausgangsseitig des Drosselelements durch Erzeugung eines Unterdrucks angesaugt und dem Mischer zugefuhrt. Beispielsweise kann der Verbindungsbereich zwischen Luftzufuhrleitung und Brennstoffzufuhrleitung zwischen dem Drosselelement und dem Mischer nach Art eine Strahlpumpe bzw. eines Injektors ausgestaltet sein. Abhangig vom durch das Geblase erzeugten Unterdruck wird dadurch eine Druckdifferenz in der Brennstoffzufuhrleitung uber dem Drosselelement bewirkt, die als zweite Druckdifferenz bezeichnet ist. Eine weitere, erste Druckdifferenz bewirkt der einstellbare Drosselquerschnitt der ansteuerbaren Drosseleinrichtung. Damit liegt auch ein Unterdruck am Ausgang des Druckreglers in der Brennstoffzufuhrleitung an, wobei dessen Größe von der ersten und zweiten Druckdifferenz abhängt. Der Druckregler ist dazu eingerichtet, an seinem Ausgang einen vorgegebenen Ausgangsdruck einzustellen, vorzugsweise einen Ausgangsdruck im Bereich vom etwa null Bar, beispielsweise einen Druck von betragsmäßig kleiner als funf Millibar. Der Druckregler stellt die zugeführte Gasmenge derart ein, dass der Istwert des Ausgangsdrucks dem vorgegebenen Sollwert entspricht, abgesehen von einem Reglertoleranzbereich. Auf diese Weise dient die Brennstoffzufuhrleitung selbst als Steuerleitung zur Einstellung der zugeführten Gasmenge über dem Druckregler. Die zugeführte Gasmenge hängt dabei zum einen von der zugefuhrten Luftmenge und damit dem stromabwarts des Drosselelements erzeugten Unterdruck in der Brennstoffzufuhrleitung und zum anderen von dem uber die Steuereinheit an der einstellbaren Drosseleinrichtung eingestellten Drosselquerschnitt ab. Über den Drosselquerschnitt kann das Brennstoff-Luft-Verhaltnis sehr einfach und schnell variiert werden.In this arrangement, the fuel is sucked on the output side of the throttle element by generating a negative pressure and supplied to the mixer. For example, the connection region between the air supply line and the fuel supply line between the throttle element and the mixer may be designed in the manner of a jet pump or an injector. Depending on the negative pressure generated by the blower thereby a pressure difference in the fuel supply line is effected via the throttle element, which is referred to as a second pressure difference. Another, first pressure difference causes the adjustable throttle cross section of the controllable throttle device. This is also a negative pressure at the output of the pressure regulator in the fuel supply line, the size of which depends on the first and second pressure difference. The pressure regulator is adapted to set at its output a predetermined outlet pressure, preferably an outlet pressure in the range of about zero bar, for example, a pressure of magnitude less than five millibars. The pressure regulator adjusts the amount of gas supplied in such a way that the actual value of the outlet pressure corresponds to the predetermined setpoint, apart from a regulator tolerance range. In this way, the fuel supply line itself serves as a control line for adjusting the amount of gas supplied via the pressure regulator. The amount of gas supplied depends on the one hand on the zugefuhrten amount of air and thus the downstream of the throttle element generated negative pressure in the fuel supply line and on the other of the set via the control unit on the adjustable throttle device throttle cross section. About the throttle cross section, the fuel-air ratio can be varied very easily and quickly.

Der durch des Drosselelements erzeugte Druckverlust in der Brennstoffzufuhrleitung sorgt dafur, dass unzulässige Brennstoff-Luft-Verhältnisse nicht auftreten konnen. Der Drosselkanal des Drosselelements ist vorzugsweise an die Leistung des Brenners angepasst und vermeidet einen zu hohen Gasanteil im Brennstoff-Luft-Gemisch. Ein unzulassig hoher Gasanteil im brennbaren Gemisch wurde eine erhöhte Kohlendioxid- und/oder eine Kohlenmonoxidbildung bei der Verbrennung mit sich bringen. Auch bei einem Fehler in der Steuereinheit oder in der einstellbaren Drosseleinrichtung ist aufgrund des nachgeschalteten Drosselelements ein unzulässig hoher Brennstoffanteil im Brennstoff-Luft-Gemisch verhindert. Es ist außerdem moglich, abhangig vom Anwendungsfall unterschiedliche einstellbare Drosseleinrichtungen zu verwenden oder die Drosseleinrichtung auszutauschen. Durch das separate Drosselelement ist immer sichergestellt, dass im Verbrennungsgas kein unerwünscht hoher Kohlendioxidanteil oder Kohlenmonoxid erzeugt wird.The pressure loss in the fuel supply line produced by the throttle element ensures that inadmissible fuel-air ratios can not occur. The throttle channel of the throttle element is preferably adapted to the performance of the burner and avoids too high a gas content in the fuel-air mixture. An impermissibly high proportion of gas in the combustible mixture was increased carbon dioxide and / or a Carbon monoxide formation during combustion bring with it. Even with a fault in the control unit or in the adjustable throttle device an unacceptably high proportion of fuel in the fuel-air mixture is prevented due to the downstream throttle element. It is also possible, depending on the application to use different adjustable throttle devices or replace the throttle device. Due to the separate throttle element is always ensured that no undesirable high carbon dioxide content or carbon monoxide is generated in the combustion gas.

Es ist vorteilhaft, wenn die Drosseleinrichtung zur Einstellung des Drosselquerschnitts ein bewegbares, beispielsweise schwenkbares Einstellelement aufweist, das mit Hilfe eines Elektromotors bewegbar bzw. schwenkbar ist. Der Elektromotor ist vorzugsweise als Schrittmotor ausgeführt. Dadurch ergibt sich eine einfache Möglichkeit, den Drosselquerschnitt über die Steuereinheit durch Ansteuerung des Schrittmotors einzustellen. Ferner lassen sich dabei die Drosselquerschnitte sehr fein justieren und ein gewunschtes Brennstoff-Luft-Gemisch einstellen.It is advantageous if the throttle device for adjusting the throttle cross-section has a movable, for example pivotable adjusting element, which is movable or pivotable by means of an electric motor. The electric motor is preferably designed as a stepper motor. This results in a simple way to set the throttle cross-section via the control unit by controlling the stepper motor. Furthermore, the throttle cross-sections can be very finely adjusted and set a desired fuel-air mixture.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die ansteuerbare Drosseleinrichtung ein Einstellelement mit ersten Durchgangsoffnungen aufweisen, das beispielsweise als verschwenkbare oder drehbare Einstellscheibe ausgefuhrt ist. Das Einstellelement kann gegenüber zweiten Durchgangsöffnungen der Drosseleinrichtung bewegt werden, so dass sich die ersten und zweiten Durchgangsoffnungen vollständig oder nur teilweise uberlappen und entsprechend den Drosselquerschnitt, der fur das Durchstromen des Brennstoffs zur Verfügung steht, einstellen. Eine solche Ausfuhrung ist robust und fehlerunanfällig.In a preferred embodiment, the controllable throttle device may have an adjustment element with first passage openings, which is designed, for example, as a pivotable or rotatable adjustment disk. The adjusting element can be moved relative to the second passage openings of the throttle device, so that the first and second Durchgangsoffnungen completely or only partially overlap and adjust the throttle cross-section, which is available for the passage of the fuel. Such an execution is robust and error-prone.

Die Steuereinheit der Regeleinrichtung ist außerdem dazu eingerichtet, beim Start des Brenners folgende Schritte durchzuführen. Zunächst wird dem Mischer über das Gebläse eine vorgegebene Luftmenge zugefuhrt. Außerdem stellt die Steuereinheit an der Drosseleinrichtung zunachst den maximal möglichen Drosselquerschnitt ein, so dass das Brennstoff-Luft-Gemisch den maximal zulässigen Brennstoffanteil aufweist. Anschließend wird das Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet. Durch die Flammenbildung nach der Zündung erzeugt der Lambdasensor ein Sensorsignal, wobei dann der Drosselquerschnitt abhängig vom Sensorsignal eingestellt wird, um die vorgegebene Luftzahl und dadurch ein bestimmtes Brennstoff-Luft-Verhaltnis zu erhalten. Bei einer alternativen Möglichkeit zum Brennerstart wird zunächst der maximale Drosselquerschnitt eingestellt und anschließend von dieser Ausgangsposition der Drosselquerschnitt wieder reduziert und sozusagen ein Startquerschnitt eingestellt, so dass der Brennstoffanteil im Gemisch ausreichend groß ist, um das Zünden des Verbrennung sicherzustellen. Ausgehend von dem maximalen Drosselquerschnitt können dem Schrittmotor dabei eine entsprechende Anzahl von Schritten durch die Steuereinheit vorgegeben werden, so dass der Startquerschnitt erreicht ist.The control unit of the control device is also adapted to perform the following steps when starting the burner. First, a predetermined amount of air is supplied to the mixer via the blower. In addition, the control unit on the throttle device initially sets the maximum possible throttle cross-section, so that the fuel-air mixture has the maximum allowable fuel fraction. Subsequently, the fuel-air mixture is ignited. By the flame formation after ignition of the lambda sensor generates a sensor signal, in which case the throttle cross-section is adjusted depending on the sensor signal to obtain the predetermined air ratio and thereby a certain fuel-air ratio. In an alternative way to burner start the maximum throttle cross section is first set and then reduced again from this starting position of the throttle cross-section and set a starting cross-section, so to speak, so that the fuel content in the mixture is sufficiently large to ensure the ignition of the combustion. Starting from the maximum throttle cross section, the stepper motor can be given a corresponding number of steps by the control unit, so that the starting cross section is reached.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Sensoren wie etwa Dekoderscheiben oder ahnliches, zur Ermittlung des Drosselquerschnitts bzw. der Position des Einstellelements der Drosseleinrichtung entfallen. Unzulassig hohe Brennstoffanteile bei der Gemischbildung werden durch die erfindungsgemäße Anordnung mit dem nachgeschalteten unveränderlichem Drosselelement ausgeschlossen. Es wird somit eine einfache Steuerung bzw. Regelung erreicht und gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit gewahrleistet.In the device according to the invention, sensors such as decoder disks or the like can be dispensed with for determining the throttle cross section or the position of the adjusting element of the throttle device. Inadmissibly high fuel fractions in the mixture formation are excluded by the arrangement according to the invention with the downstream fixed throttle element. It is thus achieved a simple control or regulation while ensuring high reliability.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Regeleinrichtung bzw. des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der Beschreibung. Die Beschreibung erläutert die wesentlichen Merkmale der Erfindung anhand von bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen. Die Zeichnung ist ergänzend heranzuziehen. Es zeigen:Advantageous embodiments of the control device and the method emerge from the dependent claims and the description. The description explains the essential features of the invention based on preferred exemplary embodiments. The drawing is to be used as a supplement. Show it:

1 ein Blockschaltbild eines Ausfuhrungsbeispiels der Regeleinrichtung, 1 a block diagram of an exemplary embodiment of the control device,

2 den Zusammenhang zwischen dem Sensorsignal I und der Luftzahl λ, 2 the relationship between the sensor signal I and the air ratio λ,

3 zulässige und unzulässige Brennstoff-Luft-Verhältnisse in schematischer Darstellung, 3 permissible and impermissible fuel-air ratios in a schematic representation,

4 eine schematische Draufsicht auf ein Einstellelement einer einstellbaren, ansteuerbaren Drosseleinrichtung beim Ausführungsbeispiel der Regeleinrichtung nach 1 und 4 a schematic plan view of an adjustment of an adjustable, controllable throttle device in the embodiment of the control device according to 1 and

5 Blockschaltbild des Prinzips des Regelverfahrens beim Betrieb des Brenners. 5 Block diagram of the principle of the control method during operation of the burner.

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung 10 zum Betreiben eines Brenners 11, der beim Ausfuhrungsbeispiel als Vormischbrenner ausgefuhrt ist. Der Brenner 11 weist eine Düsenanordnung 12 auf, die in einer Brennkammer 13 angeordnet ist. Aus der Düsenanordnung 12 wird ein brennbares Brennstoff-Luft-Gemisch M ausgestoßen. Eine Zündeinrichtung 14 des Brenners 11 kann einen Zündfunken erzeugen, um das aus der Düsenanordnung 12 ausgestoßene Brennstoff-Luft-Gemisch M zu entzünden, so dass sich Flammen 15 bilden. Die Zündeinrichtung 14 wird beispielsgemäß durch eine Steuereinheit 16 angesteuert. 1 shows a block diagram of a control device 10 to operate a burner 11 , which is executed in the exemplary embodiment as a premix burner. The burner 11 has a nozzle arrangement 12 on that in a combustion chamber 13 is arranged. From the nozzle arrangement 12 a combustible fuel-air mixture M is ejected. An ignition device 14 of the burner 11 may generate a spark to that from the nozzle assembly 12 ignited ejected fuel-air mixture M, causing flames 15 form. The ignition device 14 is for example by a control unit 16 driven.

In der Brennkammer 13 ist ein Lambdasensor 20 angeordnet, um eine Sensorsignal zu erfassen, dass der Luftzahl λ der Verbrennung in der Brennkammer 13 entspricht. Beim Ausfuhrungsbeispiel misst der Lambdasensor 20 die Ionisation in de Brennkammer 13 und gibt als Sensorsignal den Istwert I_ist des Ionisationsstroms I an die Steuereinheit 16 weiter. In 2 ist schematisch der Zusammenhang zwischen dem Ionisationsstrom I und der Luftzahl λ dargestellt. Dieser Zusammenhang kann genutzt werden, um den Ionisationsstrom I auf einen Sollwert I_soll zu regeln und dadurch einen vorgegebenen Sollwert λ_soll für die Luftzahl λ einzustellen.In the combustion chamber 13 is a lambda sensor 20 arranged to receive a sensor signal grasp that the air ratio λ of combustion in the combustion chamber 13 equivalent. In the exemplary embodiment, the lambda sensor measures 20 the ionization in the combustion chamber 13 and outputs as the sensor signal the actual value I _{ist of} the ionization current I to the control unit 16 further. In 2 schematically the relationship between the ionization I and the air ratio λ is shown. This relationship can be used to control the ionization current I to a setpoint I _soll and thereby set a predetermined setpoint λ _soll for the air ratio λ.

Das Brennstoff-Luft-Gemisch M wird dem Brenner 11 uber eine Brennerleitung 21 zugefuhrt. Die Brennerleitung 21 ist an einen Mischer 22 angeschlossen, in dem das Brennstoff-Luft-Gemisch M gebildet wird. Als Brennstoff dient beispielsgemäß ein Gas, wie etwa Erdgas oder Biogas.The fuel-air mixture M is the burner 11 over a burner line 21 fed to. The burner line 21 is at a mixer 22 connected, in which the fuel-air mixture M is formed. As fuel, for example, a gas, such as natural gas or biogas used.

Zur Gemischbildung wird dem Mischer 22 uber eine Luftzufuhrleitung 23 Luft zugeführt. Hierfür erzeugt ein Geblase 24, das von einem Geblasemotor 25 angetrieben wird, eine Luftstromung in der Luftzufuhrleitung 23 zum Mischer 22 hin. Abhängig von der Drehzahl des Gebläsemotors 25 bzw. des Gebläses 24 kann die dem Mischer 22 zugeführte Luftmenge L eingestellt werden. Der Gebläsemotor 25 wird hierfür von der Steuereinheit 16 angesteuert, die die Motordrehzahl vorgibt. Die Luftmenge L wird anhand der angeforderten Brennerleistung P durch die Steuereinheit eingestellt.For mixture formation is the mixer 22 via an air supply line 23 Supplied with air. For this creates a blower 24 that of a blower motor 25 is driven, an air flow in the air supply line 23 to the mixer 22 out. Depending on the speed of the fan motor 25 or the blower 24 Can the mixer 22 supplied amount of air L can be adjusted. The blower motor 25 This is done by the control unit 16 controlled, which dictates the engine speed. The air quantity L is set by the control unit on the basis of the requested burner power P.

Dem Mischer 22 werden über eine Brennstoffzufuhrleitung 28 ein Brennstoff und beispielsweise ein Gas zugeführt. In Strömungsrichtung des Gases in der Brennstoffzufuhrleitung 28 sind in Reihenschaltung ein Druckregler 29 eine durch die Steuereinheit 16 ansteuerbare Drosseleinrichtung 30 mit einstellbarem Drosselquerschnitt Q und ein Drosselelement 31 angeordnet. Das Drosselelement 31 ist beim Ausführungsbeispiel als Düse 32 ausgeführt, deren Düsenkanal 33 einen unveränderlichen Querschnitt aufweist. Das von der Düse 32 gebildete Drosselelement 31 ist an die Leistung des Brenners 11 und/oder die Leistung des Gebläses 24 angepasst. Anstelle der Düse 32 könnte auch eine Blende mit festem Blendenquerschnitt verwendet werden.The mixer 22 be via a fuel supply line 28 supplied a fuel and, for example, a gas. In the direction of flow of the gas in the fuel supply line 28 are in series a pressure regulator 29 one by the control unit 16 controllable throttle device 30 with adjustable throttle cross-section Q and a throttle element 31 arranged. The throttle element 31 is in the embodiment as a nozzle 32 executed, whose nozzle channel 33 has a fixed cross-section. That from the nozzle 32 formed throttle element 31 is due to the performance of the burner 11 and / or the power of the fan 24 customized. Instead of the nozzle 32 could also be a diaphragm with a fixed aperture cross section can be used.

Die ansteuerbare Drosseleinrichtung 30 weist einen Elektromotor und beim Ausführungsbeispiel einen Schrittmotor 37 zur Betätigung eines Einstellelements 38 der Drosseleinrichtung 30 auf. Über das betatigbare Einstellelement 38 kann der Drosselquerschnitt Q verandert und durch die Steuereinheit 16 eingestellt werden. Ein Ausführungsbeispiel eines Einstellelements 38 ist in 4 schematisch gezeigt. Das Einstellelement 38 ist als Einstellscheibe 39 gestaltet. Es weist mehrere erste Durchgangsoffnungen 40 auf, die beim Ausfuhrungsbeispiel die Form von Kreisringabschnitten haben. Die Anzahl, Größe und Kontur der ersten Durchgangsoffnungen 40 des Einstellelements 38 kann angepasst an die Bauform und die Geometrie der Drosseleinrichtung 30 variieren. Beispielsgemäß sind vier erste Durchgangsoffnungen 40 dargestellt, die uber den Umfang verteilt gleichmäßig an der kreisformigen Einstellscheibe 39 angeordnet sind. In Abwandlung hierzu kann die Einstellscheibe 39 auch als Halbkreis, Ringabschnitt oder in einer anderen Form ausgeführt sein.The controllable throttle device 30 has an electric motor and in the embodiment a stepper motor 37 for actuating a setting element 38 the throttle device 30 on. About the adjustable adjustment element 38 can the throttle cross-section Q changed and by the control unit 16 be set. An embodiment of a setting 38 is in 4 shown schematically. The adjustment element 38 is as a dial 39 designed. It has several first Durchgangsoffnungen 40 on, which have the form of circular ring sections in the exemplary embodiment. The number, size, and contour of the first passes 40 of the adjusting element 38 can be adapted to the design and the geometry of the throttle device 30 vary. By way of example, there are four first through holes 40 represented, distributed over the circumference evenly on the circular shim 39 are arranged. In a modification to this, the shim 39 also be designed as a semicircle, ring section or in another form.

Zu jeder ersten Durchgangsöffnung 40 weist die Drosseleinrichtung 30 jeweils eine zweite Durchgangsöffnung 41 auf. Insbesondere sind die ersten und zweiten Durchgangsöffnungen 40, 41 in ihrer Größe und der Kontur identisch ausgestaltet. Das Einstellelement 38 mit den ersten Durchgangsoffnungen 40 ist relativ zu den zweiten Durchgangsoffnungen 41 bewegbar und beim Ausführungsbeispiel drehbar. Jede erste Durchgangsöffnung 40 kann abhängig von der Drehstellung einen Uberlappungsbereich U mit der zugeordneten zweiten Durchgangsöffnung 41 aufweisen. Die Summe der Überlappungsbereiche ergibt den Drosselquerschnitt Q, durch den der Brennstoff durch die Drosseleinrichtung 30 strömen kann. Der Drosselquerschnitt Q ist in 4 durch eine Kreuzschraffur der Überlappungsbereiche U veranschaulicht. Zwischen dem Schrittmotor 37 und dem betatigbaren oder bewegbaren Einstellelement 38 kann ein nicht naher dargestelltes Getriebe angeordnet sein, um die Drehbewegung des Schrittmotors 37 in eine Verstellbewegung des Einstellelements 38 umzusetzen. Wird dabei ein untersetzendes Getriebe realisiert, kann die Feinheit der Einstellbewegung pro Drehschnitt des Schrittmotors 37 vergrößert werden, so dass sich der Drosselquerschnitt Q sehr genau einstellen lasst.At every first opening 40 has the throttle device 30 in each case a second passage opening 41 on. In particular, the first and second passage openings 40 . 41 their size and the contour are identical. The adjustment element 38 with the first Durchgangsoffnungen 40 is relative to the second Durchgangsoffnungen 41 movable and rotatable in the embodiment. Each first through hole 40 may, depending on the rotational position, an overlap area U with the associated second passage opening 41 exhibit. The sum of the overlap areas gives the throttle cross section Q, through which the fuel through the throttle device 30 can flow. The throttle cross-section Q is in 4 illustrated by a cross-hatching of the overlapping areas U. Between the stepper motor 37 and the actuatable or movable adjustment member 38 may be arranged not shown gear closer to the rotational movement of the stepping motor 37 in an adjustment of the adjustment 38 implement. If a gear reduction gear is realized, the fineness of the adjustment movement per rotary section of the stepping motor 37 be increased so that the throttle cross-section Q can be set very accurately.

Der Druckregler 29 stellt an seinem Ausgang 45 einen Ausgangsdruck p0 ein, der dem Druckregler 29 vorgegeben wird. Die Vorgabe des Ausgangsdrucks p0 kann manuelle am Druckregler 29 selbst erfolgen. Optional ist es auch möglich, dem Druckregler 29 den Wert für den Ausgangsdruck p0 durch die Steuereinheit 16 elektrisch vorzugeben, wie dies anhand der gestrichelten elektrischen Leitung 46 in 1 veranschaulicht ist. Bei dem hier beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ist der Druckregler 29 als sogenannter Nulldruckregler ausgeführt, der an seinem Ausgang 45 einen Ausgangsdruck p0 von im Wesentlichen null Bar einstellt, wobei eine Reglertoleranz von betragsmaßig 3 bis 5 Millibar vorgesehen bzw. toleriert werden kann.The pressure regulator 29 puts at its exit 45 an output pressure p0, the pressure regulator 29 is given. The specification of the output pressure p0 can be done manually on the pressure regulator 29 yourself. Optionally it is also possible to use the pressure regulator 29 the value for the output pressure p0 by the control unit 16 pretend electrically, as indicated by the dashed electrical line 46 in 1 is illustrated. In the exemplary embodiment described here is the pressure regulator 29 designed as a so-called zero-pressure regulator, which at its output 45 sets an output pressure p0 of substantially zero bar, wherein a regulator tolerance of magnitude 3 to 5 millibars can be provided or tolerated.

Die Reglereinrichtung 10 bzw. das Verfahren zum Betreiben des Brenners 11 arbeitet wie folgt:
Zum Zünden des Brenners 11 wird durch die Steuereinheit 16 zunächst eine gewünschte Luftmenge L über die Ansteuerung des Gebläsemotors 25 durch das Gebläse 24 zum Mischer 22 gefordert. Im Anschlussbereich des Ausgangs der Düse 32 an die Luftzufuhrleitung 23 bzw. den Mischer 22 wird durch die Luftströmung in der Brennstoffzufuhrleitung 28 ein Unterdruck erzeugt und Brennstoff bzw. Gas nachgesaugt und gemeinsam mit der Luft dem Mischer 22 zugeführt. Über der Düse 32 entsteht dadurch eine zweite Druckdifferenz Δp2.The regulator device 10 or the method for operating the burner 11 works as follows:
To ignite the burner 11 is through the control unit 16 first a desired amount of air L via the control of the fan motor 25 through the blower 24 to the mixer 22 required. In the connection area of the outlet of the nozzle 32 to the Air Supply Line 23 or the mixer 22 is due to the air flow in the fuel supply line 28 generates a negative pressure and sucked in fuel or gas and together with the air to the mixer 22 fed. Above the nozzle 32 This results in a second pressure difference Δp2.

Abhängig vom eingestellten Drosselquerschnitt Q entsteht an der ansteuerbaren Drosselreinrichtung 30 eine erste Druckdifferenz Δp1. Vor dem Zünden der Verbrennung wird der Drosselquerschnitt Q durch die Steuereinheit 16 zunächst in eine Anschlagstellung gefahren, in der der Drosselquerschnitt Q vorzugsweise maximal ist. Diese Stellung kann als Startstellung des Einstellelements 38 dienen. In Abwandlung hierzu ist es auch möglich, ausgehend von der Anschlagstellung mit maximalen Drosselquerschnitt durch einen oder mehrere Drehschnitte des Schrittmotors 37 das Einstellelement 38 um die entsprechende Anzahl der Schritte zu bewegen und dadurch einen Startquerschnitt fur den Drosselquerschnitt Q einzustellen, der kleiner ist als der Maximalquerschnitt. Der Startquerschnitt ist ausreichend groß, dass ein leicht zundfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch M entsteht.Dependent on the set throttle cross-section Q arises at the drivable throttle device 30 a first pressure difference Δp1. Before the ignition of the combustion, the throttle cross-section Q by the control unit 16 initially moved into a stop position in which the throttle cross-section Q is preferably a maximum. This position can be used as the starting position of the adjusting element 38 serve. In a modification to this, it is also possible, starting from the stop position with maximum throttle cross-section through one or more rotary cuts of the stepping motor 37 the adjustment element 38 to move the corresponding number of steps and thereby set a starting cross section for the throttle cross section Q, which is smaller than the maximum cross section. The starting cross-section is sufficiently large that an easily ignitable fuel-air mixture M is formed.

Aufgrund des ersten Differenzdrucks Δp1 und des zweiten Differenzdrucks Δp2 entsteht daher zwischen dem Ausgang 45 des Druckreglers 29 und dem Übergang zwischen Brennstoffleitung 28 und Mischer 22 eine Gesamtdruckdifferenz, die zumindest der zweiten Druckdifferenz Δp2 entspricht. Der Druckregler 29 steuert die Gasmenge G, die durch den Druckregler 29 fliest, selbsttatig derart, dass der Ausgangsdruck p0 dem vorgegebenen Ausgangsdrucksollwert entspricht.Due to the first differential pressure Δp1 and the second differential pressure Δp2, therefore, arises between the output 45 of the pressure regulator 29 and the transition between fuel line 28 and mixers 22 a total pressure difference corresponding to at least the second pressure difference Δp2. The pressure regulator 29 controls the amount of gas G passing through the pressure regulator 29 flies, selbsttatig such that the output pressure p0 corresponds to the predetermined output pressure setpoint.

Sobald das Brennstoff-Luft-Gemisch M in der Brennkammer 13 durch die Zündeinrichtung 14 gezündet wurde, erfasst der Lambdasensor 20 einen Ionisationsstrom-Istwert I_ist. Die Steuereinheit 20 veranlasst abhangig vom erfassten Ionisationsstrom-Istwert I_ist eine Einstellung des Drosselquerschnitts Q der ansteuerbaren Drosseleinrichtung 30, so dass der gemessene Ionisationsstrom-Istwert I_ist einem der Steuereinheit 16 vorgegebenen Ionisationsstrom-Sollwert I_soll entspricht. Der Ionisationsstrom-Sollwert I_Soll fur den Ionisationsstrom I ist über den in 2 angegebenen Zusammenhang einem Sollwert λ_Soll zugeordnet, so dass durch die Einstellung des Drosselquerschnitts Q und die dadurch bewirkte Anderung des ersten Differenzdrucks Δp1 das Brennstoff-Luft-Verhaltnis zur Erreichung der gewünschten Luftzahl verändert wird.Once the fuel-air mixture M in the combustion chamber 13 through the ignition device 14 was ignited, detects the lambda sensor 20 an ionization current actual value I _is . The control unit 20 depending on the detected ionization current actual value I _is an adjustment of the throttle cross-section Q of the controllable throttle device 30 , So that the measured ionisation current actual value I _is one of the control unit 16 predetermined ionization current setpoint I _soll corresponds. The ionization current setpoint I _setpoint for the ionization current I is above the in 2 given relationship assigned to a desired value λ _target , so that the fuel-air ratio is changed to achieve the desired air ratio by adjusting the throttle cross-section Q and thereby caused change in the first differential pressure Ap1.

In 3 sind beispielhaft drei verschiedene Geraden I, II und III veranschaulicht, die unterschiedliche Steigungen aufweisen. Jede Steigung beschreibt ein bestimmtes Verhaltnis zwischen der Gasmenge G und der Luftmenge L, die dem Mischer 22 bzw. dem Brenner 11 zugeführt werden. Der in 3 schraffiert dargestellte Bereich markiert ein nicht zulassiges Verhältnis zwischen der Gasmenge G und der Luftmenge L. In diesem Bereich wurde bei der Verbrennung ein unerwunscht großer Anteil an Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid entstehen. Dies ist erfindungsgemäß durch das Anordnen des nicht einstellbaren Drosselelements 31 in der Brennstoffzufuhrleitung 28 verhindert. Durch das Drosselelement 31 wird ein Mindestdifferenzdruck in der Brennstoffleitung 28 erzeugt, der bei jeder Einstellung des Drosselquerschnitts Q das Zufuhren einer Gasmenge G zum Mischer 22 bewirkt, die unzulässig hohe Gasanteile im Gemisch M vermeidet. Fehleinstellung oder Defekte der ansteuerbaren Drosseleinrichtung 30 können daher nicht dazu führen, dass bei der Verbrennung zuviel Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid entsteht. Die Regeleinrichtung 10 ist sozusagen fehlertolerant gegenüber einem Fehler in der Drosseleinrichtung 30. Sensoren zum Erfassen des Drosselquerschnitts Q konnen daher entfallen. Die Einstellung des Drosselquerschnitts Q erfolgt abhängig von der Regelung des Ionisationsstromes I auf einen Sollwert I_Soll.In 3 By way of example, three different straight lines I, II and III are illustrated, which have different slopes. Each slope describes a certain ratio between the amount of gas G and the amount of air L flowing to the mixer 22 or the burner 11 be supplied. The in 3 hatched area marks an unacceptable ratio between the amount of gas G and the amount of air L. In this area, an undesirably large proportion of carbon dioxide or carbon monoxide was formed during combustion. This is inventively by arranging the non-adjustable throttle element 31 in the fuel supply line 28 prevented. Through the throttle element 31 will be a minimum differential pressure in the fuel line 28 generates, with each setting of the throttle cross-section Q, the supply of a gas amount G to the mixer 22 causes the unacceptably high gas content in the mixture M avoids. Incorrect setting or defects of the controllable throttle device 30 Therefore, they can not cause the combustion of too much carbon dioxide or carbon monoxide. The control device 10 is, so to speak, fault tolerant of a fault in the throttle device 30 , Sensors for detecting the throttle cross section Q can therefore be omitted. The adjustment of the throttle cross-section Q is carried out depending on the control of the ionization current I to a target value I _target .

Das Grundprinzip der Regelung ist in 5 veranschaulicht. Die Brennerleitung P dient als als Eingangsgroße. Abhängig von der Brennerleistung P wird durch die Steuereinheit anhand eines vorgegebenen Zusammenhangs die Luftmenge L über die Drehzahlregelung des Geblasemotors 25 eingestellt. Dadurch ändert sich bei einer veränderten Brennerleistung dann das Verhältnis von Luftmenge zu Brennstoffmenge im Brennstoff-Luft-Gemisch M, was wiederum den Ionisationsstrom-Istwert I_ist verandert. um die Regelanbweichung ΔI = I_soll – I_ist auszuregeln wird durch die Steuereinheit der Drosselquerschnitt Q verändert. Dadurch erfolgt eine Änderung der ersten Druckdifferenz Δp1 in der Brennstoffleitung 28, was den Druckregler 29 zur Anpassung der durch ihn fließenden Gasmenge G veranlasst, um den Ausgangsdruck p0 auf wieder den Sollwert zu regeln.The basic principle of the regulation is in 5 illustrated. The burner line P serves as an input. Depending on the burner power P, the control unit uses a predetermined relationship to determine the air quantity L via the speed control of the blower motor 25 set. Thus, the ratio of air flow to the fuel quantity in the fuel-air mixture M, in turn, the ionization current actual value I _is changed then changes with a change in burner output. In order to control the control deviation ΔI = I _soll - I _is changed by the control unit of the throttle cross-section Q. This results in a change of the first pressure difference Δp1 in the fuel line 28 what the pressure regulator 29 for adjusting the amount of gas G flowing through it to regulate the output pressure p0 back to the target value.

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung 16 für einen Vormischbrenner 11 sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb. Einem Mischer 22 wird eine Luftmenge L über eine Luftzufuhrleitung 23 zugeführt. Die Luftströmung in der Luftzufuhrleitung 23 erzeugt am Ende einer Brennstoffzufuhrleitung 28 über einen Venturi-Effekt einen Unterdruck und saugt Brennstoff an. In der Brennstoffleitung 28 sind in Stromungsrichtung des Brennstoffs ein Druckregler 29, eine ansteuerbare Drosseleinrichtung 30 mit variablem Drosselquerschnitt Q sowie ein Drosselelement 31 mit festem Drosselquerschnitt bzw. Drosselkanal 33 angeordnet. Der Druckregler regelt an seinem Ausgang 45 einen vorgegebenen Ausgangsdruck p0 ein. Über den einstellbaren Drosselquerschnitt Q der Drosseleinrichtung 30 sowie die fest vorgegebenen Querschnittsänderung durch das in Reihe geschaltete Drosselelement 31 entsteht eine Gesamtdruckdifferenz zwischen dem Ausgang 45 des Druckreglers 29 und dem in Stromungsrichtung des Brennstoffs befindlichen Ende des Brennstoffleitung 28. Die Gasmenge G durch den Druckregler 29 wird von diesem selbsttatig so eingestellt, dass der Ausgangsdruck p0 dem Sollwert fur den Ausgangsdruck entspricht. Auf diese Weise kann durch eine Steuereinheit 16 und die Veranderung des Drosselquerschnitts Q der ansteuerbaren Drosseleinrichtung 30 das Brennstoff-Luft-Verhaltnis verandert und wunschgemaß eingestellt werden. Aufgrund des baulich von der Drosseleinrichtung 30 getrennten und fest eingebauten Drosselelements 31 wird das versehentliche Einstellen eines unzulässigen Verhältnisses zwischen Brennstoff und Luft vermieden.The invention relates to a control device 16 for a premix burner 11 and a method for its operation. A mixer 22 is an amount of air L via an air supply line 23 fed. The air flow in the air supply line 23 generated at the end of a fuel supply line 28 via a Venturi effect a negative pressure and sucks fuel. In the fuel line 28 are in the flow direction of the fuel, a pressure regulator 29 , a controllable throttle device 30 with variable throttle cross-section Q and a throttle element 31 with fixed throttle cross-section or throttle channel 33 arranged. The pressure regulator regulates at its output 45 a predetermined output pressure p0. About the adjustable throttle cross section Q of the throttle device 30 and the fixed predetermined cross-sectional change by the in series switched throttle element 31 creates a total pressure difference between the output 45 of the pressure regulator 29 and the end of the fuel line in the flow direction of the fuel 28 , The amount of gas G through the pressure regulator 29 is automatically set by the latter so that the outlet pressure p0 corresponds to the setpoint for the outlet pressure. In this way, by a control unit 16 and the change of the throttle cross-section Q of the controllable throttle device 30 the fuel-air ratio changed and adjusted as desired. Due to the structural of the throttle device 30 separate and permanently installed throttle element 31 prevents the accidental setting of an inadmissible ratio between fuel and air.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Regeleinrichtungcontrol device
1111: Brennerburner
1212: DusenanordnungDusenanordnung
1313: Brennkammercombustion chamber
1414: Zündeinrichtungignition device
1515: Flammeflame
1616: Steuereinheitcontrol unit
2020: Lambdasensorlambda sensor
2121: BrennerleitungBrenner line
2222: Mischermixer
2323: LuftzufuhrleitungAir supply line
2424: Gebläsefan
2525: Gebläsemotorblower motor
2828: BrennstoffzufuhrleitungFuel supply line
2929: Druckreglerpressure regulator
3030: ansteuerbare Drosseleinrichtungcontrollable throttle device
3131: Drosselelementthrottle element
3232: Düsejet
3333: Düsenkanalnozzle channel
3737: Schrittmotorstepper motor
3838: Einstellelementadjustment
3939: EinstellscheibeFocusing
4040: erste Durchgangsoffnungfirst passage opening
4141: zweite Durchgangsöffnungsecond passage opening
4545: Ausgangoutput
4646: elektrische Leitungelectrical line
GG: Gasmengeamount of gas
II: Ionisationsstromionisation
I_soll I _should: Ionisationsstrom-SollwertIonization current setpoint
I_ist I _is: Ionisationsstrom-IstwertIonization current actual value
LL: Luftmengeair flow
MM: Brennstoff-Luft-GemischFuel-air mixture
PP: Brennerleistungburner output
p0p0: Ausgangsdruckoutput pressure
Δp1.DELTA.P1: erste Druckdifferenzfirst pressure difference
Δp2.DELTA.P2: zweite Druckdifferenzsecond pressure difference
QQ: DrosselquerschnittThrottle cross section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3937290 A1 [0002]
DE 10024410 A1 [0003]

Claims

Control device ( 10 ) for a burner ( 11 ), with a burner ( 11 ) associated Lamda sensor ( 20 for detecting a sensor signal (I) corresponding to the air ratio (λ) of the combustion, which is supplied to a control unit ( 16 ) with one in a fuel supply line ( 28 ) arranged on the input side pressure regulator ( 29 ) for setting a predetermined outlet pressure (p0) at the outlet ( 45 ) of the pressure regulator ( 29 ), with one through the control unit ( 16 ) controlled throttle device ( 30 ) downstream of the pressure regulator ( 29 ) in the fuel supply line ( 28 ) is arranged, wherein the control unit ( 16 ) is adapted to set the throttle cross-section (Q) as a function of the sensor signal (I), with a fixed throttle element ( 31 ) located downstream of the controlled throttle device ( 30 ) in the fuel supply line ( 28 ) is arranged, with a controllable blower ( 24 ) in an air supply line ( 23 ) and with a mixer ( 22 ) downstream of the blower ( 24 ) to the air supply line ( 23 ) and downstream of the throttle element ( 31 ) to the fuel supply line ( 28 ) connected.

Control device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the controlled throttle device ( 30 ) for adjusting the throttle cross section (Q) a movable adjusting element ( 38 ), which by means of an electric motor and in particular a stepping motor ( 37 ) is movable.

Control device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the controlled throttling device (10) for setting the throttle cross-section (Q) has an adjusting element ( 38 ) with first passage openings ( 40 ), which relative to second passage openings ( 41 ) are movable, so that the first passage openings (16) and second passage openings (16) overlap at least partially.

Control device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the fixed throttle element ( 31 ) through a nozzle ( 32 ) is formed.

Control device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the downstream end of the fuel supply line ( 28 ) with the air supply line ( 23 ) forms an injector so that through the air supply line ( 23 ) flowing air downstream of the throttle element ( 31 ) generates a negative pressure through which fuel from the fuel supply line ( 28 ) is sucked.

Control device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the controlled throttle device ( 30 ) in the fuel supply line ( 28 ) causes a first pressure difference (Δp1).

Control device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the throttle element ( 31 ) in the fuel supply line ( 28 ) causes a second pressure difference (Δp2).

Control device ( 10 ) according to claim 6 and / or 7, characterized in that by the pressure regulator ( 29 ) flowing gas quantity (G) is dependent on the first pressure difference (Δp1) and / or the second pressure difference (Δp2).

Control device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the change in cross section of the throttle element ( 31 ) is adapted to the performance of the burner ( 11 ).

Method for operating a burner ( 11 ), Detecting a sensor signal (I) corresponding to the air ratio (λ) of the combustion, 11 ) supplied air volume (L) using an adjustable blower ( 24 ), - adjusting the outlet pressure (p0) in a fuel supply line ( 28 ) at the exit ( 45 ) of a pressure regulator ( 29 ), - adjusting the throttle cross-section (Q) of a downstream of the pressure regulator ( 29 ) in the fuel supply line ( 28 ) arranged controlled throttle device ( 30 ) depending on the sensor signal (I) for setting a first pressure difference (Δp1) in the fuel supply line ( 28 ), - Specifying a fixed cross-sectional change in the fuel supply line ( 28 ) by a downstream of the controlled throttle device ( 30 ) fixed throttle element ( 31 ) for presetting a second pressure difference (Δp2) in the fuel supply line ( 28 ).

Method according to claim 10, characterized in that at the start of the burner ( 11 ) the following steps are carried out: - supplying a predetermined amount of air (L) and setting the maximum throttle cross section (Q), - igniting the fuel-air mixture, - adjusting the throttle cross-section (Q) depending on the sensor signal (I) following the ignition of the fuel-air mixture.

A method according to claim 11, characterized in that after setting the maximum throttle cross-section (Q) and before the ignition of the fuel-air mixture as the throttle cross-section (Q), a predetermined starting cross-section is set.