DE102019107367A1 - Procedure for checking the presence of a non-return valve in a heating system - Google Patents

Procedure for checking the presence of a non-return valve in a heating system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration einer lonisationselektrode (3) für eine Messung der Ionisation in einem Flammenbereich (2) eines Brenners (1), wobei bei einem Start des Brenners (1) für ein vorgebbares Zeitintervall (Δt) die lonisationselektrode (3) mit einer zweiten Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird, die höher ist als eine für einen Dauerbetrieb benutzte erste Frequenz einer ersten Wechselspannung. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des obigen Verfahrens, mit einer lonisationselektrode (3), die in einem Brenner (1) so angeordnet ist, dass sie beim Betrieb des Brenners (1) einen Ionisationsstrom in einem Flammenbereich (2) messen kann, einer ersten Wechselstromquelle (5) für einen ersten Wechselstrom mit einer ersten Frequenz, einer zweiten Wechselstromquelle (6) für einen zweiten Wechselstrom mit einer zweiten, höheren Frequenz und einer Umschalteinrichtung (7), die im Betrieb nach vorgebbaren Kriterien die zweite Wechselstromquellen (6) einschaltet. Die vorliegende Erfindung vermeidet selbst im Langzeitbetrieb Störungen bei Kaltstarts eines Brenners durch Messfehler beim Ionisationsstrom und ermöglicht durch beschleunigtes Aufheizen bei einem Kaltstart eine Regeneration der Ionisationselektrode und eine Sicherstellung einer störungsfreien Regelung.The invention relates to a method for the regeneration of an ionization electrode (3) for a measurement of the ionization in a flame area (2) of a burner (1), the ionization electrode (3) when the burner (1) is started for a predeterminable time interval (Δt) is applied with a second AC voltage with a second frequency which is higher than a first frequency of a first AC voltage used for continuous operation. The invention also relates to a device, in particular for carrying out the above method, with an ionization electrode (3) which is arranged in a burner (1) so that it measures an ionization current in a flame area (2) when the burner (1) is in operation can, a first alternating current source (5) for a first alternating current with a first frequency, a second alternating current source (6) for a second alternating current with a second, higher frequency and a switching device (7), which during operation according to specifiable criteria, the second alternating current sources ( 6) turns on. Even in long-term operation, the present invention avoids malfunctions during cold starts of a burner due to measurement errors in the ionization current and, through accelerated heating during a cold start, enables regeneration of the ionization electrode and ensures trouble-free regulation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration einer Elektrode für eine Messung der Ionisation in einem Flammbereich eines Brenners, insbesondere eines mit einem Brenngas und Luft betriebenen Brenners. Solche Messungen können zur Steuerung und Regelung von vielen Geräten, insbesondere zur Warmwasserbereitung oder Heizung, eingesetzt werden und müssen dann über lange Zeiträume möglichst zuverlässig genaue Werte liefern.The invention relates to a method and a device for regenerating an electrode for measuring the ionization in a flame area of a burner, in particular a burner operated with a fuel gas and air. Such measurements can be used to control and regulate many devices, in particular for hot water preparation or heating, and must then deliver values that are as reliable as possible over long periods of time.

Der grundsätzliche Aufbau von Brennern mit Messystemen zur Ionisationsmessung und deren Benutzung zur Regelung eines Brenners sind beispielsweise aus der EP 0 770 824 B1 und der EP 2 466 204 B1 bekannt. Dabei geht es insbesondere um die Regelung des Verhältnisses von Luft zu Brenngas, dem sogenannten Lambda-Wert. Es ist auch bekannt, dass zur Messung verwendete Ionisationselektroden hohen thermischen und/oder korrosiven Belastungen unterliegen. Es werden bei den Ionisationselektroden meist spezielle metallische Legierungen verwendet, die auch einen Anteil an Aluminium enthalten. Dieses bildet beim Einsatz während des Betriebes des Brenners im Laufe der Zeit an der Oberfläche der Elektrode eine Aluminiumoxidschicht, die zwar vor Korrosion schützt, aber elektrisch und thermisch isolierend ist. Dies hat wiederum zur Folge, dass ein von der Elektrode geliefertes Messsignal geschwächt und in kaltem Zustand möglicherweise sogar vollständig unterdrückt wird. Die thermische Isolierung durch die Aluminiumoxidschicht verhindert auch, dass sich die Elektrode schnell aufheizt. So wird das Messsignal einerseits wegen der nur langsam ansteigenden Temperatur und andererseits wegen der elektrischen Isolierung in einer Kaltstartphase besonders stark beeinträchtigt. Häufig bilden sich durch thermische Wechselbelastungen auch nachträglich noch Risse in der Aluminiumoxidschicht, die sogar zum Abplatzen von Teilbereichen des Aluminiumoxids führen können, wodurch das Messignal wieder stärker wird. Allerdings hilft dies nicht in allen Fällen, so dass gerade in einer Kaltstartphase des Brenners eine zuverlässige Messung nicht immer sichergestellt werden kann.The basic structure of burners with measuring systems for ionization measurement and their use to control a burner are, for example, from EP 0 770 824 B1 and the EP 2 466 204 B1 known. This is particularly about regulating the ratio of air to fuel gas, the so-called lambda value. It is also known that ionization electrodes used for measurement are subject to high thermal and / or corrosive loads. Special metallic alloys, which also contain aluminum, are usually used for the ionization electrodes. When used during operation of the burner, over time this forms an aluminum oxide layer on the surface of the electrode, which protects against corrosion, but is electrically and thermally insulating. This in turn has the consequence that a measurement signal supplied by the electrode is weakened and possibly even completely suppressed in the cold state. The thermal insulation provided by the aluminum oxide layer also prevents the electrode from heating up quickly. The measurement signal is particularly severely impaired in a cold start phase on the one hand because of the only slowly rising temperature and on the other hand because of the electrical insulation. Often, as a result of alternating thermal loads, cracks form in the aluminum oxide layer afterwards, which can even lead to partial areas of the aluminum oxide flaking off, making the measurement signal stronger again. However, this does not help in all cases, so that a reliable measurement cannot always be ensured, especially in a cold start phase of the burner.

Ein mechanischer Lösungsansatz bestünde darin, mindestens einen Teilbereich der lonisationselektrode aus einem Material, z. B. einer Nickel-Wolfram-Legierung, zu gestalten, welches bei den Bedingungen im Flammbereich keine Oxidschicht ausbildet.One mechanical approach would be to make at least a portion of the ionization electrode made of a material, e.g. B. a nickel-tungsten alloy, which does not form an oxide layer under the conditions in the flame area.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik erläuterten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die bei einer Ionisationselektrode beliebiger Bauart, insbesondere auch bei einer herkömmlichen Ionisationselektrode mit Aluminiumanteil, eine Regeneration und damit eine zuverlässige Messung über lange Zeiträume und insbesondere während Kaltstartphasen eines Brenners ermöglichen.It is the object of the present invention to at least partially solve the problems explained with reference to the prior art and, in particular, to create a method and a device which, in the case of an ionization electrode of any type, in particular also in the case of a conventional ionization electrode with aluminum content, regeneration and thus enable reliable measurement over long periods of time and in particular during cold start phases of a burner.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Figur, präzisiert den Gegenstand der Erfindung und führt weitere Ausführungsbeispiele an.A method, a device and a computer program product according to the independent claims serve to solve this problem. Advantageous further developments and refinements, to which the invention is not limited, are specified in the respective dependent claims. The description, in particular in connection with the figure, specifies the subject matter of the invention and provides further exemplary embodiments.

Das hier vorgeschlagene Verfahren zur Regeneration einer lonisationselektrode für eine Messung der Ionisation in einem Flammenbereich eines Brenners mit einer ersten Wechselspannung einer ersten Frequenz beaufschlagt nach einem Start des Brenners für ein vorgebbares Zeitintervall Δt die lonisationselektrode mit einer zweiten Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die höher ist als die für einen Dauerbetrieb benutzte erste Frequenz.The method proposed here for the regeneration of an ionization electrode for a measurement of the ionization in a flame area of a burner with a first alternating voltage of a first frequency acts upon the ionization electrode with a second alternating voltage of a second frequency, which is higher, after the burner has been started for a predeterminable time interval Δt than the first frequency used for continuous operation.

Das Verfahren könnte nach jedem Kaltstart durchgeführt werden, es kann aber sinnvoll sein, nur bei Erreichen bestimmter vorgebbarer Kriterien eine Regeneration durchzuführen. Da die Anwendung der Erfindung das Vorhandensein von Plasma im Bereich der lonisationselektrode erfordert, sollte die zweite Wechselspannung mit der zweiten Frequenz erst angelegt werden, wenn der Brenner nach einem Kaltstart stabil mit seiner üblichen Regelung des Lambda-Wertes läuft. Solche Kaltstarts sind regelungstechnisch zwar nicht ganz einfach durchzuführen, weil eben nicht immer ein gutes Signal von der lonisationselektrode zur Verfügung steht, werden aber durch Verwendung von Erfahrungswerten oder ähnliche Maßnahmen auch bisher schon stabil gesteuert und/oder geregelt. Geeignete Kriterien für eine Regeneration können z. B. aus einer üblichen Regelungselektronik abgeleitet werden, beispielsweise, wenn eine Drift der lonisationselektrode einen Schwellwert überschritten hat. Natürlich ist es auch möglich, einfach nach einer bestimmten Anzahl von Betriebszyklen oder nach bestimmten Zeitintervallen eine Regeneration durchzuführen. Vorzugsweise wird nach einer Regeneration der Brenner neu gestartet, um eine Aktualisierung der Regelungselektronik zu ermöglichen.The method could be carried out after each cold start, but it can be useful to carry out a regeneration only when certain predefinable criteria are reached. Since the application of the invention requires the presence of plasma in the area of the ionization electrode, the second alternating voltage with the second frequency should only be applied when the burner is running stably with its usual regulation of the lambda value after a cold start. Such cold starts are not very easy to carry out in terms of control technology, because a good signal is not always available from the ionization electrode, but they have already been controlled and / or regulated in a stable manner by using empirical values or similar measures. Suitable criteria for regeneration can e.g. B. can be derived from conventional control electronics, for example, if a drift of the ionization electrode has exceeded a threshold value. Of course, it is also possible to simply carry out a regeneration after a certain number of operating cycles or after certain time intervals. The burner is preferably restarted after a regeneration in order to enable the control electronics to be updated.

Bevorzugt liegt die zweite Frequenz der zweiten Wechselspannung im Bereich von 10 bis 100 MHz [Megahertz], insbesondere im Bereich von 13,5 bis 50 MHz.The second frequency of the second alternating voltage is preferably in the range from 10 to 100 MHz [megahertz], in particular in the range from 13.5 to 50 MHz.

Bevorzugt liegt die zweite Wechselspannung in einem Bereich von 50 bis 300 V [Volt], besonders bevorzugt zwischen 100 und 200 V.The second alternating voltage is preferably in a range from 50 to 300 V [volts], particularly preferably between 100 and 200 V.

Die erste Frequenz der ersten Wechselspannung entspricht den bei solchen lonisationsmessungen geeigneten Werten und liegt bevorzugt im Bereich von 50 bis 1000 Hz [Hertz], wobei die Spannung zwischen 100 und 300 V [Volt] liegt. Insbesondere hat sich eine Wechselspannung von 170 V und 107 Hz als geeignet erwiesen.The first frequency of the first alternating voltage corresponds to the values suitable for such ionization measurements and is preferably in the range from 50 to 1000 Hz [Hertz], the voltage being between 100 and 300 V [volts]. In particular, an alternating voltage of 170 V and 107 Hz has proven to be suitable.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Umschalteinrichtung vorhanden, welche aus Sensordaten oder anderen Daten ermittelt, ob der Brenner in einem (vordefinierten) kalten oder (vordefinierten) warmen Zustand ist, und die bei einem Start in einem festgestellten warmen Zustand die Ionisationselektrode nur mit dem ersten Wechselstrom der ersten Frequenz beaufschlagt. Mit anderen Worten kann die Beaufschlagung der Ionisationselektrode mit der zweiten Wechselspannung und der zweiten Frequenz während der Ionisationsmessung trotz Vorliegens der vorgebbaren Kriterien unterdrückt werden. So wird ein unnötiger Aufwand bei einem Warmstart vermieden und die Regeneration zu einem geeigneten Zeitpunkt nachgeholt.In a special embodiment of the invention, a switching device is provided which determines from sensor data or other data whether the burner is in a (predefined) cold or (predefined) warm state, and which only switches the ionization electrode to a warm state when started applied to the first alternating current of the first frequency. In other words, the application of the second alternating voltage and the second frequency to the ionization electrode during the ionization measurement can be suppressed despite the presence of the specifiable criteria. This avoids unnecessary effort during a warm start and the regeneration is made up at a suitable time.

Bevorzugt wertet ein Elektronikmodul den durch die Ionisationselektrode fließenden elektrischen Strom aus und nutzt dieses Messsignal in an sich bekannter Weise zur Regelung des Brenners, und zwar zur Regelung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda-Wert), wobei im Falle eines Starts in kaltem Zustand eine Regelung und/oder Steuerung zunächst bis zum Erreichen einer stabilen Verbrennung durchgeführt, dann für das vorgebbare Zeitintervall Δt durch eine Steuerung ersetzt wird und nach dem vorgebbaren Zeitintervall Δt eine Regelung wieder des ersten Wechselstromes mit der ersten Frequenz erfolgt. Unter einer „Steuerung“ wird hier insbesondere verstanden, dass der Lambda-Wert vorgegeben oder eingestellt wird, ohne dass hierbei der tatsächliche Lambda-Wert berücksichtigt wird. Unter einer „Regelung“ wird hier insbesondere verstanden, dass der Lambda-Wert eingestellt wird, wobei bei dieser Einstellung der aktuelle IST-Lambda-Wert anhand des lonisationsstromes gemessen und durch Nachstellen dem vorgegebenen SOLL-Lambda-Wert angeglichen wird.An electronics module preferably evaluates the electrical current flowing through the ionization electrode and uses this measurement signal in a manner known per se to regulate the burner, specifically to regulate the air-to-fuel ratio (lambda value), with a cold start in the case of a start a regulation and / or control is initially carried out until stable combustion is reached, is then replaced by a control for the predefinable time interval Δt, and after the predefinable time interval Δt, the first alternating current is regulated again at the first frequency. A “control” is understood here in particular to mean that the lambda value is specified or set without the actual lambda value being taken into account. A “regulation” is understood here, in particular, to mean that the lambda value is set, with this setting measuring the current ACTUAL lambda value using the ionization current and adjusting it to the specified target lambda value.

Das vorgebbare Zeitintervall Δt liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 100 s [Sekunden], vorzugsweise bei 20 bis 30 s.The predeterminable time interval Δt is preferably in the range from 10 to 100 s [seconds], preferably from 20 to 30 s.

Da sich aus dem zweiten Wechselstrom kein gutes Messsignal für den lonisationsstrom im Flammenbereich ableiten lässt, ist es von Vorteil, das Zeitintervall Δt nicht zu lang zu wählen, weil während dieser Zeit möglicherweise keine optimale Regelung des Verbrennungsvorganges möglich ist.Since no good measurement signal for the ionization current in the flame area can be derived from the second alternating current, it is advantageous not to select the time interval Δt too long, because optimal control of the combustion process may not be possible during this time.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Wechselspannung und zweite Frequenz während des vorgebbaren Zeitintervalls Δt so hoch gewählt werden, dass das durch die Verbrennung erzeugte Plasma in der Nähe der Ionisationselektrode zusätzlich aufgeheizt wird. Dies führt einerseits durch auftreffende schnelle Ionen zu einer Verringerung der Dicke einer Oxidschicht auf der Ionisationselektrode und begünstigt andererseits durch thermische Effekte ein Aufplatzen oder Abplatzen der Oxidschicht, so dass eine Alterung der Ionisationselektrode zumindest teilweise rückgängig gemacht wird.It is particularly advantageous if the second alternating voltage and second frequency are selected to be so high during the predeterminable time interval Δt that the plasma generated by the combustion is additionally heated in the vicinity of the ionization electrode. On the one hand, this leads to a reduction in the thickness of an oxide layer on the ionization electrode due to the impact of fast ions and, on the other hand, promotes the oxide layer cracking or flaking off due to thermal effects, so that aging of the ionization electrode is at least partially reversed.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des bisher beschriebenen Verfahrens, gelöst. Dazu ist eine Ionisationselektrode vorhanden, die in einem Brenner so angeordnet ist, dass sie beim Betrieb des Brenners einen lonisationsstrom in einem Flammenbereich messen kann. Weiter gibt es eine erste Wechselstromquelle für einen ersten Wechselstrom mit einer ersten Frequenz und eine zweite Wechselstromquelle für einen zweiten Wechselstrom mit einer zweiten, höheren Frequenz. Eine Umschalteinrichtung schaltet im Betrieb nach vorgebbaren Kriterien die zweite Wechselstromquelle ein.The object of the invention is also achieved by a device, in particular for carrying out the method described above. For this purpose, there is an ionization electrode which is arranged in a burner in such a way that it can measure an ionization current in a flame area when the burner is in operation. There is also a first alternating current source for a first alternating current with a first frequency and a second alternating current source for a second alternating current with a second, higher frequency. A switching device switches on the second alternating current source during operation according to specifiable criteria.

Die zweite Wechselstromquelle ist bevorzugt für eine Frequenz zwischen 10 und 100 MHz eingerichtet ist, insbesondere für 13,5 bis 50 MHz. Ein solcher Frequenzbereich hat sich als geeignet für eine schnelle Aufheizung der Ionisationselektrode erwiesen.The second alternating current source is preferably set up for a frequency between 10 and 100 MHz, in particular for 13.5 to 50 MHz. Such a frequency range has proven to be suitable for rapid heating of the ionization electrode.

Die erste Wechselstromquelle ist für eine Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz und eine Spannung zwischen 100 und 300 V eingerichtet ist. Die erste Wechselstromquelle muss sich nicht von bisher schon bekannten Wechselspannungsquellen für lonisationsmessungen unterscheiden, kann aber durch den zusätzlichen Einsatz der zweiten Stromquelle auch anders ausgelegt werden.The first alternating current source is set up for a frequency between 50 and 1000 Hz and a voltage between 100 and 300 V. The first alternating current source does not have to differ from previously known alternating voltage sources for ionization measurements, but can also be designed differently through the additional use of the second current source.

Wie schon erwähnt sollte die zweite Wechselstromquelle bevorzugt für eine zweite Frequenz und eine zweite Wechselspannung eingerichtet ist, die so hoch sind, dass bei ihrem Betrieb eine Aufheizung von Plasma in der Nähe der lonisationselektrode auf eine Übertemperatur erfolgt. Gerade dadurch kann der Einsatz der zweiten Wechselstromquelle seine beste Wirkung entfalten.As already mentioned, the second alternating current source should preferably be set up for a second frequency and a second alternating voltage which are so high that the plasma in the vicinity of the ionization electrode is heated to excess temperature during operation. This is precisely why the use of the second alternating current source can develop its best effect.

Erfindungsgemäß dient bevorzugt ein Elektronikmodul zur Regelung des Brenners, das für eine Regelung mittels eines beim Betrieb der zweiten Wechselstromquelle ermittelten lonisationsstromes eingerichtet ist, wobei während des Betriebes der zweiten Wechselstromquelle diese Regelung abschaltbar und durch eine Steuerung nach vorgebbaren Kriterien ersetzbar ist. So kann der Brenner nach einem Kaltstart nach Erfahrungswerten für eine kurze Zeit gesteuert werden, in der die Ionisationselektrode aufgeheizt und regeneriert wird, während anschließend wieder eine übliche Regelung mit dem ersten Wechselstrom zur Messung der Ionisation aufgenommen wird.According to the invention, an electronic module is preferably used to regulate the burner, which is set up for regulation by means of an ionization current determined during operation of the second alternating current source, with during operation the second alternating current source, this control can be switched off and replaced by a control system according to specifiable criteria. Thus, after a cold start, the burner can be controlled for a short time according to empirical values, in which the ionization electrode is heated up and regenerated, while the usual regulation with the first alternating current for measuring the ionization is then resumed.

Die Umschalteinrichtung steht bevorzugt mit Sensoren, z.B. Temperatursensoren und/oder Datenquellen des Elektronikmoduls in Verbindung, die eine Unterscheidung zwischen kaltem und warmem Zustand des Brenners ermöglichen, so dass die zweite Wechselstromquelle in warmem Zustand nicht einschaltbar bzw. blockierbar ist. Im einfachsten Fall reicht es, wenn das Elektronikmodul die Zeit speichert, seit der Brenner zuletzt ausgeschaltet wurde. Schon mit dieser Information kann ermittelt werden, ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht. Genauer sind natürlich Messwerte der Temperatur des Brenners bzw. der Ionisationselektrode.The switching device is preferably provided with sensors, e.g. Temperature sensors and / or data sources of the electronic module in connection, which enable a distinction between the cold and warm state of the burner, so that the second alternating current source cannot be switched on or blocked in the warm state. In the simplest case, it is sufficient if the electronic module saves the time since the burner was last switched off. This information alone can be used to determine whether or not a cold start is present. Measured values of the temperature of the burner or the ionization electrode are of course more precise.

Die Umschalteinrichtung und/oder die zweite Wechselstromquelle sind bevorzugt so ausgelegt, dass die zweite Wechselstromquelle nur für ein vorgebbares Zeitintervall Δt von 10 bis 100 s einschaltbar ist, vorzugsweise 20 bis 30 s.The switching device and / or the second alternating current source are preferably designed in such a way that the second alternating current source can only be switched on for a predefinable time interval Δt of 10 to 100 s, preferably 20 to 30 s.

Trotz des großen Frequenzunterschiedes können die erste Wechselstromquelle und die zweite Wechselstromquelle durch eine einzige in Frequenz und Spannung veränderbare oder umschaltbare Wechselspannungsquelle gebildet sein, was an den übrigen beschriebenen Funktionen nichts ändert.Despite the large frequency difference, the first alternating current source and the second alternating current source can be formed by a single alternating voltage source which can be changed or switched in frequency and voltage, which does not change the other functions described.

Weiter wird auch ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass die hier erläuterte Vorrichtung das vorgeschlagene Verfahren ausführt.Furthermore, a computer program product is also proposed which comprises commands which cause the device explained here to carry out the proposed method.

Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung detailliert erläutert. Es stellt dar:

  • 1: schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Messung der Ionisation in einem Flammenbereich eines Brenners mit einer Ionisationselektrode.
A schematic embodiment of the invention, to which it is not limited, and the mode of operation of the method according to the invention will now be explained in detail with reference to the drawing. It shows:
  • 1 : schematically a device for performing a method for measuring the ionization in a flame area of a burner with an ionization electrode.

1 veranschaulicht, dass sich in einen Brenner 1 beim Betrieb ein Flammenbereich 2 ausbildet, in dem ein lonisationsstrom gemessen werden soll. Dazu ragt eine Ionisationselektrode 3 in den Flammenbereich 2. Als Gegenelektrode 4 dient typischerweise ein metallisches Bauteil im Bereich des Eintritts von Brenngas und Luft in den Brenner 1. Die Gegenelektrode 4 ist typischerweise elektronisch mit Masse verbunden. Ionisationselektrode 3 und Gegenelektrode 4 werden nach einem Kaltstart bei Vorliegen vorgebbarer Kriterien mit einer zweiten Wechselstromquelle 5 verbunden, die einen Wechselstrom hoher Frequenz liefert, der zu einer schnellen Aufheizung von Plasma in der Umgebung der lonisationselektrode 3 und damit auch der lonisationselektrode 3 selbst führt. Nach einem kurzen Zeitintervall Δt schaltet eine Umschalteinrichtung 7 von der zweiten Wechselstromquelle 5 wieder auf eine erste Wechselstromquelle 6 um, die in ihren Eigenschaften an sich bekannten Wechselstromquellen für lonisationsmessungen entsprechen kann. Deren Messsignal kann über eine Messsignalleitung 13 einem Elektronikmodul 10 zugeführt werden, welches eine übliche Regelung des Brenners 1 mit dem nun zuverlässigen Messsignal durchführt. Eine solche Regelung erfolgt typischerweise, indem über eine Stellsignalleitung Befehle an Stellorgane in einem Lufteinlass 11 und/oder Brenngaseinlass 12 gegeben werden, damit immer eine optimale Mischung von Luft und Brenngas zugeführt wird. Die Umschalteinrichtung 7 steht mit mindestens einem Sensor 8 zur Ermittlung der Brennertemperatur und/oder über eine Datenleitung 9 mit anderen Datenquellen des Elektronikmoduls 10 in Verbindung, um entscheiden zu können, ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht. Diese Datenleitung 9 kann auch im Falle eines Kaltstarts genutzt werden, um dem Elektronikmodul 10 die Information zu geben, dass ein Kaltstart eingeleitet wurde und daher evtl. keine Regelung mittels lonisationsstrom, sondern kurzzeitig eine Steuerung des Verbrennungsprozesses erfolgen soll. Auch während der Durchführung der Regeneration mittels des zweiten Wechselstromes wird eine Steuerung nach Erfahrungswerten durchgeführt. 1 illustrates that in a burner 1 a flame area during operation 2 forms in which an ionization current is to be measured. An ionization electrode protrudes for this 3 into the flame area 2 . As a counter electrode 4th Typically, a metallic component is used in the area where fuel gas and air enter the burner 1 . The counter electrode 4th is typically electronically connected to ground. Ionization electrode 3 and counter electrode 4th are started after a cold start with a second alternating current source if predefinable criteria are present 5 connected, which supplies an alternating current of high frequency, which leads to rapid heating of plasma in the vicinity of the ionization electrode 3 and thus also the ionization electrode 3 himself leads. After a short time interval Δt, a switching device switches 7th from the second AC power source 5 back to a first AC power source 6th around, which can correspond in their properties known AC sources for ionization measurements. Their measurement signal can be transmitted via a measurement signal line 13 an electronics module 10 are supplied, which is a common control of the burner 1 with the now reliable measurement signal. Such a regulation is typically carried out by sending commands to actuators in an air inlet via an actuating signal line 11 and / or fuel gas inlet 12th given so that an optimal mixture of air and fuel gas is always supplied. The switching device 7th stands with at least one sensor 8th to determine the burner temperature and / or via a data line 9 with other data sources of the electronic module 10 in connection to be able to decide whether a cold start is present or not. This data line 9 can also be used in the event of a cold start to control the electronics module 10 to give the information that a cold start has been initiated and therefore possibly no regulation by means of ionization current, but rather a short-term control of the combustion process. Control based on empirical values is also carried out while the regeneration is being carried out by means of the second alternating current.

Die vorliegende Erfindung vermeidet selbst im Langzeitbetrieb Störungen bei Kaltstarts eines Brenners durch Messfehler beim lonisationsstrom und ermöglicht durch beschleunigtes Aufheizen bei einem Kaltstart in vorgebbaren Zeitintervallen und/oder nach vorgebbaren Kriterien eine Regeneration der Ionisationselektrode zur Sicherstellung einer weiteren störungsfreien Regelung.Even in long-term operation, the present invention avoids malfunctions during cold starts of a burner due to measurement errors in the ionization current and, through accelerated heating during a cold start, enables regeneration of the ionization electrode at predefinable time intervals and / or according to predefinable criteria to ensure further trouble-free control.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Brennerburner
22
FlammenbereichFlame area
33
lonisationselektrodeionization electrode
44th
Gegenelektrode (Masse)Counter electrode (ground)
55
erste Wechselstromquellefirst AC power source
66th
zweite Wechselstromquellesecond AC power source
77th
UmschalteinrichtungSwitching device
88th
Sensor (Temperatur)Sensor (temperature)
99
SteuerleitungControl line
1010
ElektronikmodulElectronics module
1111
LufteinlassAir inlet
1212
BrenngaseinlassFuel gas inlet
1313
MesssignalleitungMeasuring signal line
1414th
StellsignalleitungControl signal line

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  • EP 0770824 B1 [0002]EP 0770824 B1 [0002]
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Claims (14)

Verfahren zur Regeneration einer lonisationselektrode (3) für eine Messung der Ionisation in einem Flammenbereich (2) eines Brenners (1) mit einer ersten Wechselspannung mit einer ersten Frequenz, wobei nach einem Start des Brenners (1) bei Vorliegen vorgebbarer Kriterien für ein vorgebbares Zeitintervall (Δt) die lonisationselektrode (3) mit einer zweiten Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird, die höher ist als die für einen Dauerbetrieb benutzte erste Frequenz.Method for the regeneration of an ionization electrode (3) for a measurement of the ionization in a flame area (2) of a burner (1) with a first alternating voltage with a first frequency, after the burner (1) has been started for a predefinable time interval if predefinable criteria are present (Δt) the ionization electrode (3) is acted upon by a second alternating voltage with a second frequency which is higher than the first frequency used for continuous operation. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Frequenz im Bereich von 10 bis 100 MHz liegt.Procedure according to Claim 1 , the second frequency being in the range of 10 to 100 MHz. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Frequenz im Bereich von 50 bis 1.000 Hz liegt.Procedure according to Claim 1 or 2 , the first frequency being in the range of 50 to 1,000 Hz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Umschalteinrichtung (7) vorhanden ist, welches aus Sensordaten oder anderen Daten ermittelt, ob der Brenner (1) in einem kalten oder warmen Zustand ist, und bei einem Start in einem festgestellten warmen Zustand die Ionisationselektrode (3) trotz Vorliegen der vorgebbaren Kriterien nicht mit dem zweiten Wechselstrom der zweiten Frequenz beaufschlagt.Method according to one of the preceding claims, wherein a switching device (7) is present which determines from sensor data or other data whether the burner (1) is in a cold or warm state, and when starting the ionization electrode ( 3) the second alternating current of the second frequency is not applied despite the prescribable criteria. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Elektronikmodul (10) den durch die Ionisationselektrode (3) fließenden elektrischen Strom auswertet und zur Regelung des Brenners (1), und zwar zur Regelung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda-Wert), nutzt und wobei im Falle eines Starts in kaltem Zustand und bei Vorliegen der vorgebbaren Kriterien die Regelung für das vorgebbare Zeitintervall (Δt) durch eine Steuerung ersetzt wird und nach dem vorgebbaren Zeitintervall (Δt) eine Regelung wieder anhand des ersten Wechselstromes mit der ersten Frequenz erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein an electronic module (10) evaluates the electrical current flowing through the ionization electrode (3) and uses it to regulate the burner (1), specifically to regulate the ratio of air to fuel (lambda value) and in the case of a start in a cold state and when the predeterminable criteria are present, the control for the predefinable time interval (Δt) is replaced by a controller and, after the predefinable time interval (Δt), regulation is carried out again using the first alternating current at the first frequency. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorgebbare Zeitintervall (Δt) im Bereich von 10 bis 100 s liegt.Method according to one of the preceding claims, wherein the predeterminable time interval (Δt) is in the range from 10 to 100 s. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Wechselspannung und zweite Frequenz während des vorgebbaren Zeitintervalls (Δt) so hoch gewählt sind, dass eine Aufheizung von Plasma in der Nähe der lonisationselektrode (3) auf eine Übertemperatur erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the second alternating voltage and second frequency are selected so high during the predeterminable time interval (Δt) that the plasma in the vicinity of the ionization electrode (3) is heated to an excess temperature. Vorrichtung mit einer lonisationselektrode (3), die in einem Brenner (1) so angeordnet ist, dass sie beim Betrieb des Brenners (1) einen lonisationsstrom in einem Flammenbereich (2) messen kann, einer ersten Wechselstromquelle (5) für einen ersten Wechselstrom mit einer ersten Frequenz, einer zweiten Wechselstromquelle (6) für einen zweiten Wechselstrom mit einer zweiten, höheren Frequenz und einer Umschalteinrichtung (7), die im Betrieb nach vorgebbaren Kriterien die zweite Wechselstromquelle (6) einschaltet.Device with an ionization electrode (3) which is arranged in a burner (1) so that it can measure an ionization current in a flame area (2) when the burner (1) is in operation, with a first alternating current source (5) for a first alternating current a first frequency, a second alternating current source (6) for a second alternating current with a second, higher frequency and a switching device (7) which switches on the second alternating current source (6) during operation according to predeterminable criteria. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite Wechselstromquelle (5) für eine Frequenz zwischen 10 und 100 MHz und eine Spannung zwischen 50 und 300 V eingerichtet ist.Device according to Claim 8 , wherein the second alternating current source (5) is set up for a frequency between 10 and 100 MHz and a voltage between 50 and 300 V. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Wechselstromquelle (6) für eine Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz und eine Spannung zwischen 100 und 300 V eingerichtet ist.Device according to Claim 8 or 9 , wherein the first alternating current source (6) is set up for a frequency between 50 and 1000 Hz and a voltage between 100 and 300 V. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Elektronikmodul (10) für die Regelung des Brenners (1) vorhanden ist, die für eine Regelung mittels eines beim Betrieb der ersten Wechselstromquelle (6) ermittelten Ionisationsstromes eingerichtet ist und wobei während des Betriebes der zweiten Wechselstromquelle (5) diese Regelung abschaltbar und durch eine Steuerung nach vorgebbaren Kriterien ersetzbar ist.Device according to one of the Claims 8 to 10 , an electronic module (10) for regulating the burner (1) being provided, which is set up for regulation by means of an ionization current determined during operation of the first alternating current source (6) and wherein this regulation can be switched off during operation of the second alternating current source (5) and can be replaced by a control system based on specifiable criteria. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Umschalteinrichtung (7) mit Sensoren (8) und/oder Datenquellen des Elektronikmoduls (10) verbunden ist, die eine Unterscheidung zwischen kaltem und warmem Zustand des Brenners (1) ermöglichen, so dass die zweite Wechselstromquelle (5) in warmem Zustand nicht einschaltbar ist.Device according to one of the Claims 8 to 11 , wherein the switching device (7) is connected to sensors (8) and / or data sources of the electronic module (10) which enable a distinction between the cold and warm state of the burner (1), so that the second alternating current source (5) is in the warm state cannot be switched on. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die erste (5) und zweite (6) Wechselstromquelle durch eine einzige in Frequenz und Spannung veränderbare oder umschaltbare Wechselspannungsquelle (5, 6) gebildet sind.Device according to one of the Claims 8 to 12th wherein the first (5) and second (6) alternating current sources are formed by a single alternating voltage source (5, 6) which can be changed or switched in frequency and voltage. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.Computer program product, comprising instructions that cause the device to be one of the Claims 8 to 13 the method according to one of the Claims 1 to 7th executes.
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