DE19501749C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Gas-Gebläsebrenners - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Brennvorgangs, insbesondere beim Zünden, eines Gasgebläsebrenners mit einem Gas/Luft-Verbrennungsregler, bei dem vom in einer luftseitigen Steuerleitung herrschenden Staudruck ein Gasventil eingestellt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In der DE 31 05 862 A1 ist ein Gas-Gebläsebrenner mit einem Gas/Luft- Verbrennungsregler beschrieben. Eine Festdrossel dient der Anpassung des Luft/Gasverhältnisses im Leistungsbereich. Die Steuerleitung erfaßt den Staudruck vor der Festdrossel; entsprechend dem Staudruck stellt sich die strömende Gasmenge ein.

Eine stellbare Luftdrossel ist zwischen dem Gebläse und vor der Einmündung der Steuerleitung in die Luftleitung lediglich vorgesehen, um alternativ zur Steuerung der Gebläsedrehzahl die Leistung des Brenners einzustellen.

Die DE 39 37 290 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung eines Brennstoff-Verbrennungsluftgemisches. Es ist kein Gas/Luft-Verbrennungsregler vorgesehen. Vielmehr ist ein steuerbares Gasventil von einer Steuerelektronik gesteuert. Das Gebläse fördert das Gas-Luftgemisch aus einer Vormischkammer in die Brennkammer. Eine Ionisationselektrode überwacht die elektrische Leitfähigkeit in der Verbrennungszone und steuert dementsprechend den Luft- oder Gasanteil des Gemisches.

Ein Gasgebläsebrenner mit mindestens zwei Arbeitsstufen und mit Anpassung der Gasmenge an die Luftmenge ist aus der DE 44 08 801 bekannt. Die Umschaltung von einer niedrigen zu einer höheren Drehzahl des Gebläses erfolgt über ein Zeitrelais ZR 1. Hiermit sind zu häufige Umschaltungen vermieden, die dann auftreten können, wenn das Gerät im Leistungsgrenzbereich der 1. Stufe arbeitet.

In der EP 0 225 655 B1 ist ein Verfahren zum Zünden eines Gasbrenners beschrieben. Ein Gas/Luft-Verbrennungsregler ist nicht vorgesehen. Die Gaszufuhr und die Luftzufuhr sind von einer Steuerelektronik separat gesteuert. Zum Zünden wird ein unterhalb des normalen Wertes liegendes Luft/Brennstoff-Verhältnis verwendet, das nach erfolgter Zündung auf einen normalen Betriebswert angehoben wird. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis wird von einem Wert oberhalb des Maximalwertes, bei dem unter den gegebenen Bedingungen die Zündung erfolgt, nach und nach bis zum Eintritt der Zündung erniedrigt.

Ein modulierend oder mehrstufig leistungsgesteuerter Gas- Gebläsebrenner mit Gas/Luft-Verbrennungsregler soll äußerst schadstoffarm arbeiten. Es wird hierfür ein sehr "mageres" Gas- Luftgemisch eingestellt, also ein überstöchiometrisches Luft- Gasverhältnis mit einem Lambdawert von beispielsweise 1,15 bis 1,3 gewählt. Daraus ergibt sich das Problem, dass es trotz Zündbefehls gelegentlich nicht zum Zünden kommt, was insbesondere geschieht, wenn sich die Gasqualität (Wobbe-Zahl) verschlechtert. Das Gasgerät geht dann auf "Störung", was die Zuverlässigkeit des Betriebs beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Zünden (Starten) des Brenners zu verbessern.

Zur Lösung der genannten Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist vorgesehen, dass der Staudruck von einem Steuerelement beeinflußt wird, das von einem Fühler gesteuert wird, der den jeweiligen Brennzustand des Brenners erfaßt, wobei beim Nichtzünden des Brenners trotz Zündbefehls der Fühler das Steuerelement so verstellt, dass der Staudruck und damit die strömende Gasmenge erhöht wird.

Erfolgt demnach trotz Zündbefehls und brennender Zündflamme kein Zünden des Brenners, dann erfaßt dies der Fühler und erhöht - wie beschrieben - über das Steuerelement und das von diesem gesteuerte Gasventil die strömende Gasmenge, so dass es sicher zum Zünden kommt. Nach dem Zünden stellt der Fühler das Steuerelement zurück, wodurch sich die strömende Gasmenge auf einen für eine schadstoffarme Verbrennung günstigen Wert herabsetzt.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens bzw. der Vorrichtung besteht darin, dass eine Anpassung der jeweils strömenden Gasmenge an die Gasqualität (Wobbe-Zahl) erfolgt, indem der Fühler, der insbesondere eine Ionisationselektrode ist, einen "schlechten" Brennvorgang erfaßt und über das Steuerelement den Staudruck zur Nachstellung der Gasmenge entsprechend ändert.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in der vom Gebläse zum Brenner führenden Luftleitung in Luftströmungsrichtung nach der Mündung der Steuerleitung als Steuerelement eine Drosselklappe angeordnet ist, die von einem in der Verbrennungszone angeordneten Fühler steuerbar ist.

Eine Alternative hierzu besteht darin, dass die Steuerleitung an zwei Zugangsleitungen angeschlossen ist, in denen jeweils ein Steuerdruckventil liegt, wobei die eine Zugangsleitung zwischen dem Gebläse und dem Brenner abzweigt und die andere Zugangsleitung an einer Stelle höheren Luftdrucks abzweigt, wobei der Fühler die Steuerdruckventile wechselweise öffnet und schließt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Gasgerät schematisch mit Drosselklappe und Luftkanal,

Fig. 2 ein Gasgerät schematisch mit zwei Zugangsleitungen zum Gas/Luft-Verbrennungsregler.

In einer Gaszuleitung 1 eines Gasgeräts liegt ein Gasventil 2 eines Gas/Luft-Verbrennungsreglers 3, der eine Druck-Membrandose 4 zur Steuerung des Gasventils 2 aufweist. An die Membrandose 4 ist einerseits der Membran eine Steuerleitung 5 angeschlossen. An der anderen Seite liegt die Membran am Umgebungsluftdruck.

Die Gaszuleitung 1 mündet in einen Mischraum 6, der in Strömungsrichtung einem Brenner 7 vorgeschaltet ist. In den Mischraum 6 mündet auch eine Luftkammer 8, in der ein Gebläse 9 installiert ist. Das Gebläse 9 saugt Umgebungsluft an einer Öffnung 10 in Richtung des Pfeiles L an und fördert diese in den Mischraum 6.

In der Verbrennungszone 11 ist als Fühler für den Brennvorgang eine Ionisationselektrode 12 angeordnet, die an eine beispielsweise mit einem Mikroprozessor arbeitende Steuerelektronik 13 angeschlossen ist. Mit der Steuerelektronik 13 ist ein Leistungs-Steuerungsteil 14 verbunden, das über die Steuerelektronik 13 entsprechend der jeweils gewünschten Brennerleistung die Drehzahl des Gebläses 9 zwischen Null und einer Maximaldrehzahl steuert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mündet die Steuerleitung 5 an einer Stelle 15 direkt an der Luftkammer 8. Zwischen der Stelle 15 und dem Mischraum 6 ist in der Luftkammer 8 eine Drosselklappe 16 als Steuerelement angeordnet. Diese liegt also in der vom Gebläse 9 zum Brenner 7 führenden Luftleitung in Luftströmungsrichtung nach der Mündungsstelle 15 der Steuerleitung 5. Die Drosselklappe 16 ist von der Ionisationselektrode 12 über die Steuerelektronik 13 so steuerbar, dass sie einen mehr oder weniger hohen Staudruck zwischen sich und dem Gebläse 9 erzeugt, welcher auf die Steuerleitung 5 wirkt.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ist im wesentlichen folgende:
Im normalen Brennerbetrieb steht die Drosselklappe 16 in einer Grundstellung a. Sie erzeugt dabei einen der Drehzahl des Gebläses 9 entsprechenden Staudruck in der Steuerleitung 5. Dadurch wird das Gasventil 2 so eingestellt, dass am Brenner 7 ein Gas-Luftgemisch vorliegt, welches den gewünschten, schadstoffarmen Verbrennungsvorgang gewährleistet. Die Ionisationselektrode 12 erfaßt diesen Brennvorgang und kann über die Steuerelektronik 13 die Grundstellung a entsprechend der jeweiligen Gasqualität ändern.

Zündet der Brenner 7 nach einem Abschalten nicht erneut, obwohl das Leistungs-Steuerungsteil 14 bzw. die Steuerelektronik 13 einen Zündbefehl gibt, indem sie das Gebläse 9 einschaltet, dann erfaßt die Ionisationselektrode 12 dieses Nichtzünden und bringt über die Steuerelektronik 13 die Drosselklappe 16 in eine Startstellung b. In dieser Startstellung b erzeugt die Drosselklappe 16 einen besonders hohen Staudruck in der Steuerleitung 5, so dass das Gasventil 2 entsprechend weit öffnet und sich ein Gas-Luftverhältnis einstellt, welches mit Sicherheit zum Zünden führt. Anschließend an diesen "Zwangs"-Startvorgang stellt die diesen erfassenden Ionisationselektrode 12 über die Steuerelektronik 13 die Drosselklappe 16 in die jeweilige Grundstellung a zurück.

Die Steuerelektronik 13 schaltet das Gasgerät nach einigen mißglückten Zündungen auf "Störung", wonach das Gasgerät erst durch manuelle Beeinflussung wieder in Betrieb genommen werden kann. Die Häufigkeit solcher Störungsfälle ist durch das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung erheblich verringert, weil das Zünden des Brenners 7 in der beschriebenen Weise verbessert ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind statt der Drosselklappe 16 als Steuerelement eine erste Zugangsleitung 17 und eine zweite Zugangsleitung 18 zur Steuerleitung 5 vorgesehen. In jeder Zugangsleitung 17, 18 ist ein Steuerdruckventil 19 bzw. 20, insbesondere Magnetventil, angeordnet. Die Zugangsleitung 17 mündet zwischen dem Gebläse 9 und dem Mischraum 6 an einer Stelle 21 an der Luftkammer 8. Die Zugangsleitung 18 mündet an einer Stelle 22 an der Luftkammer 8, wobei an der Stelle 22 bei laufendem Gebläse 9 in jedem Fall ein höherer Staudruck herrscht als an der Stelle 21. Die Steuerdruckventile 19, 20 sind über die Steuerelektronik 13 von der Ionisationselektrode 12 gesteuert, wobei die Steuerdruckventile 19, 20 jeweils wechselweise offen bzw. geschlossen sind.

Die Funktionsweise dieser Einrichtung ist - soweit sie von der Funktionsweise nach Fig. 1 abweicht - folgende:
Im Normalbetrieb ist das Steuerdruckventil 20 geschlossen und das Steuerdruckventil 19 ist geöffnet (Grundstellung), so dass auf die Steuerleitung 5 der Staudruck wirkt, der sich zwischen dem Gebläse 9 und dem Mischraum 6 einstellt. Dieser steuert das Gasventil 2 entsprechend der vom Gebläse 9 geförderten Luftmenge. Erfolgt trotz Zündbefehls kein Zünden des Brenners 7, dann erfaßt dies die Ionisationselektrode 12. Sie schließt dann das Steuerventil 19 und öffnet das Steuerventil 20, so dass nun - bei laufendem Gebläse 9 - an der Steuerleitung 5 ein höherer Luftdruck als zuvor herrscht. Dementsprechend weiter wird das Gasventil 2 geöffnet, so dass es zum Zünden des Brenners 7 kommt. Nach dem von der Ionisationselektrode 12 erfaßten Zünden wird über die Steuerelektronik 13 das Steuerdruckventil 20 geschlossen und das Steuerdruckventil 19 geöffnet, so dass nun die Gaszuführung in Abhängigkeit vom an der Stelle 21 auftretenden Staudruck erfolgt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern eines Brennvorgangs, insbesondere beim Zünden, eines Gas-Gebläsebrenners mit einem Gas/Luft- Verbrennungsregler, bei dem vom in einer luftseitigen Steuerleitung herrschenden Staudruck ein Gasventil eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Staudruck von einem Steuerelement (16; 17 bis 20) beeinflusst wird, der den jeweiligen Brennzustand des Brenners (7) erfaßt, wobei beim Nichtzünden des Brenners (7) trotz Zündbefehls der Fühler (12) das Steuerelement (16; 17 bis 20) so verstellt, dass der Staudruck und damit die strömende Gasmenge erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem höheren Staudruck eine größere Gasmenge strömt als bei einem niedrigeren Staudruck.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zünden das Steuerelement (16; 17 bis 20) in seine Grundstellung (a) zurückgeht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstellung (a) entsprechend der jeweiligen Gasqualität vom Fühler (12) eingestellt wird.

5. Vorrichtung zum Steuern eines Brennvorgangs, insbesondere Zündvorgangs, eines Gas-Gebläsebrenners mit einem Gas/Luft- Verbrennungsregler, bei dem ein in einer luftseitigen Steuerleitung herrschender Staudruck ein Gasventil einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass in der vom Gebläse (9) zum Brenner (7) führenden Luftleitung in Luft-Strömungsrichtung nach der Mündungsstelle (15) der Steuerleitung (5) als Steuerelement eine Drosselklappe (16) angeordnet ist, die von einem in der Verbrennungszone (11) des Brenners (7) angeordneten Fühler (12) steuerbar ist.

6. Vorrichtung zum Steuern eines Brennvorgangs, insbesondere Zündvorgangs, eines Gas-Gebläsebrenners mit einem Gas/Luft- Verbrennungsregler, bei dem ein in einer luftseitigen Steuerleitung herrschender Staudruck ein Gasventil einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (5) an zwei Zugangsleitungen (17, 18) angeschlossen ist, in denen jeweils ein Steuerdruckventil (19, 20) liegt, wobei die eine Zugangsleitung (17) zwischen dem Gebläse (9) und dem Brenner (7) abzweigt und die andere Zugangsleitung (18) an einer Stelle (22) höheren Luftdrucks abzweigt, wobei der Fühler (12) die Steuerdruckventile (19, 20) wechselweise öffnet oder schließt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler (12) eine Ionisationselektrode ist.