DE19831451A1

DE19831451A1 - Means for control and regulation of gas water heater has an arrangement of two thermocouples or temperature sensors and a difference voltmeter for determination of the combustion chamber temperature from a calibration curve

Info

Publication number: DE19831451A1
Application number: DE19831451A
Authority: DE
Inventors: Marcus Bienzle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: DE19831451B4

Abstract

A gas burner has a temperature sensor (26) in the combustion zone that is used by the control system to control air and fuel flows and mixing. An additional temperature sensor (28) is placed in the combustion zone in an area where a similar temperature is expected. The temperature difference of the two sensors is measured and used with a predetermined calibration curve to determine temperature. A characteristic curve for the temperature difference of the two sensors is determined for the expected temperature range and it can be used to compensate any changes in sensor behavior caused by aging and also to eliminate undesired influences caused by changes in surrounding temperature. An Independent claim is made for a gas burner using a two temperature sensor arrangement.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Steuern bzw. Regeln eines vormischenden Gasbrenners nach der Gattung der Hauptansprüche. Das bei einem bekannten Verfahren dieser Gattung verwendete Sensorelement ist durch Temperatureinflüsse Alterungserscheinungen unterworfen, so daß das Sensorsignal nach längerer Betriebszeit vom Ursprungswert abweicht. Das wirkt sich besonders bei einer Temperaturmessung im Flammenfußbereich aus, weil dort schon geringe Meßwertänderungen verhältnismäßig große Änderungen des Belastungszustandes oder anderer Verbrennungsparameter (z. B. Luftzahl λ) signalisieren. Eine Kompensation der alterungsbedingten Abweichungen des Sensorsignals vom Ursprungswert, z. B. durch Hinterlegung einer Alterungskurve wäre jedoch elektronisch sehr aufwendig. Ferner kann bei einer Temperaturmessung im Flammenfußbereich unter Umständen auch die Umgebungstemperatur das Sensorsignal so beeinflussen, daß sich unerwünschte steuerungs- oder regeltechnische Abweichungen ergeben. The invention is based on a method and one Device for controlling a premixing Gas burner according to the genus of the main claims. That at a known method of this genus used Sensor element is affected by temperature Subjects of aging, so that the sensor signal deviates from the original value after a long period of operation. The is particularly effective when measuring temperature in the Flame foot area because there is already little Changes in measured values relatively large changes in Load condition or other combustion parameters (e.g. Signal air ratio λ). A compensation of the age-related deviations of the sensor signal from Original value, e.g. B. by depositing an aging curve would be very expensive electronically. Furthermore, at a temperature measurement in the flame base area under certain circumstances also the ambient temperature the sensor signal so influence that unwanted control or technical deviations result.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der Hauptansprüche haben demgegenüber den Vorteil, daß alterungsbedingte Veränderungen des Sensorsignals nahezu kompensiert werden und daß auch ein Einfluß der Umgebungstemperatur ausgeschaltet wird.The inventive method and the inventive Have device with the features of the main claims in contrast, the advantage that age-related Changes in the sensor signal are almost compensated for and that also an influence of the ambient temperature is turned off.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung nach den Hauptansprüchen möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous embodiments of the method and Device according to the main claims possible.

Da sich die Lage der Flammen in Bezug zur Brenneroberfläche in Abhängigkeit vom Lastzustand des Brenners bzw. in Abhängigkeit von den Verbrennungsparametern ändert, wird vorgeschlagen, der Meßdifferenz der beiden Sensorelemente eine diese Parameter berücksichtigende Kennlinie zugrundezulegen.Because the position of the flames in relation to the burner surface depending on the load condition of the burner or in Dependence on the combustion parameters changes proposed the measurement difference of the two sensor elements a characteristic curve taking these parameters into account to take as a basis.

Eine bei der Überwachung von Gasflammen bewährte Ausführung ergibt sich, wenn als Sensorelemente zwei vorzugsweise baugleiche Thermoelemente verwendet werden, die über ihre einen Schenkel so miteinander verbunden werden, daß ihre Thermospannungen entgegengerichtet sind. Als Materialien für die beiden Thermoelemente können handelsübliche Paarungen, wie Fe-CuNi, Ni-CrNi, Pt-PtRh vorgesehen werden. Der Durchmesser der Thermoelemente kann so gewählt werden, daß er nicht größer als die Ausdehnung einer Flammenfußzone ist.A tried and tested version for monitoring gas flames arises if two are preferred as sensor elements Identical thermocouples are used, which over their one leg are connected so that their Thermal voltages are opposite. As materials for the two thermocouples can be commercially available pairings, such as Fe-CuNi, Ni-CrNi, Pt-PtRh can be provided. The Diameter of the thermocouples can be chosen so that it is not larger than the extent of a flame foot zone.

Das zweite Sensorelement kann vorteilhaft an der Wand eines zwischen Brenner und Wärmeübertrager vorgesehenen Verbrennungsschachtes angeordnet werden.The second sensor element can advantageously on the wall of a provided between burner and heat exchanger Combustion shaft can be arranged.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Gasbrenner und einen darüber angeordneten Innenkörper eines Wassererhitzers mit einer Meßanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. In Fig. 2 ist vergrößert ein Flammenbereich eines Gasbrenners nach Fig. 1 dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Fig. 1 shows schematically a gas burner and an inner body of a water heater arranged above it with a measuring arrangement according to the inventive method. FIG. 2 shows an enlarged flame area of a gas burner according to FIG. 1.

Description of the embodiment

Der Wassererhitzer hat einen durch ein Brennstoff-Luft gemisch gespeisten Brenner 10, über welchem ein Verbrennungsschacht 12 angeordnet ist, der oben durch einen mit Wasserrohren 14 ausgestatteten Wärmeübertrager 16 abgeschlossen ist. Der Brenner 10 hat eine Brennerplatte 18 mit Austrittsöffnungen 20 und ist so ausgebildet, daß sich eine Hauptreaktionszone des zugeführten Brennstoff-Luft gemisches unter Bildung von Flammen 22 über den Austrittsöffnungen 20 ergibt. Darin nehmen die Flammenfüsse 24 einen Abstand h von der Brennerplatte 18 bzw. den Austrittsöffnungen 20 ein, der vom Belastungszustand des Brenners, d. h. von der Austrittsgeschwindigkeit und von der Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit des Brenngas-Luft gemisches abhängig ist.The water heater has a burner 10 fed by a fuel-air mixture, above which a combustion shaft 12 is arranged, which is closed at the top by a heat exchanger 16 equipped with water pipes 14 . The burner 10 has a burner plate 18 with outlet openings 20 and is designed such that a main reaction zone of the supplied fuel-air mixture results in the formation of flames 22 over the outlet openings 20 . Therein, the flame feet 24 are at a distance h from the burner plate 18 or the outlet openings 20 , which is dependent on the load condition of the burner, ie on the exit speed and on the flame propagation speed of the fuel gas / air mixture.

Über einer Austrittsöffnung 20 ist ein Thermoelement 26 angeordnet, das mit seiner Spitze in die Flammenfußzone hineinragt. Da sich innerhalb der Flammenfußzone ein steiler und positiver Temperaturgradientenverlauf ergibt, können bereits geringfügige Lageänderungen der Flamme durch das wärmeabhängige Signal des Thermoelements 26 erfaßt werden. Die sich ergebenden Abweichungen von Referenzwerten, z. B. aufgrund von Änderungen des Gaszustandes (Druck, Temperatur, Feuchte), werden korrigiert, indem z. B. über eine nicht dargestellte Gasarmatur das Brenngas-Luftverhältnis (Luftzahl λ) so angepaßt wird, daß in jedem Lastzustand die Stabilisierungshöhe, d. h. der Abstand h, auf einem der vorgegebenen Luftzahl entsprechenden Wert gehalten wird.A thermocouple 26 is arranged above an outlet opening 20 and protrudes with its tip into the flame base zone. Since a steep and positive temperature gradient curve results within the flame base zone, even slight changes in the position of the flame can be detected by the heat-dependent signal of the thermocouple 26 . The resulting deviations from reference values, e.g. B. due to changes in the gas state (pressure, temperature, humidity) are corrected by z. B. via a gas valve, not shown, the fuel gas-air ratio (air ratio λ) is adjusted so that the stabilization height, ie the distance h, is kept at a value corresponding to the predetermined air ratio in each load condition.

Der eine Schenkel 26a des Thermoelementes 26 kann beispielsweise aus Fe, Ni oder Pt bestehen, wogegen der andere Schenkel 26b gemäß handelsüblicher Paarung aus CuNi, CrNi, PtRh gebildet sein kann. Dem Thermoelement 26 ist als Referenzmeßwertgeber ein zweites, baugleiches Thermoelement 28 zugeordnet, daß an der Wand 30 des Verbrennungsschachtes 12 über der Flammenzone angeordnet ist. Die aus gleichem Material bestehenden Schenkel 26a und 28a der Thermoelemente 26, 28 sind an einen Spannungsdifferenzmesser 32 angeschlossen. Während die beiden anderen Schenkel 26b und 28b fest miteinander verbunden sind.One leg 26 a of the thermocouple 26 can consist, for example, of Fe, Ni or Pt, whereas the other leg 26 b can be formed from CuNi, CrNi, PtRh in accordance with the commercial pairing. A second, identical thermocouple 28 is assigned to the thermocouple 26 as a reference sensor, which is arranged on the wall 30 of the combustion shaft 12 above the flame zone. The legs 26 a and 28 a of the thermocouples 26 , 28 made of the same material are connected to a voltage difference meter 32 . While the other two legs 26 b and 28 b are firmly connected.

Der Spannungsdifferenzmesser 32 ermittelt die Spannungsdifferenz, die sich aus den entgegengesetzt gerichteten Thermospannungen der beiden Thermoelemente 26, 28 ergeben. Während sich die durch das Thermoelement 26 erzeugten Spannungswerte mit der Lage der Flammenfußzone bzw. mit Änderung des Abstandes h verändern, bleibt, bei gleichem Lastzustand des Brenners, die durch das Thermoelement 28 erfaßte Temperatur an der Wand des Verbrennungsschachtes 12 und damit der erzeugte Spannungswert im wesentlichen konstant.The voltage difference meter 32 determines the voltage difference that result from the oppositely directed thermal voltages of the two thermocouples 26 , 28 . While the voltage values generated by the thermocouple 26 change with the position of the flame base zone or with a change in the distance h, the temperature detected by the thermocouple 28 on the wall of the combustion shaft 12 and thus the voltage value generated in the burner remains at the same load state essentially constant.

Da beide Thermoelemente 26, 28 an Orten mit ähnlichem Temperaturniveau angeordnet sind, unterliegen sie den gleichen Alterungserscheinungen, so daß sich die gemessene Spannungsdifferenz zwischen den beiden Thermoelementen 26, 28 aufgrund der Alterung nicht ändert, da sich deren Signale im gleichen Sinne und Maße ändern. Der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die ermittelte Spannungsdifferenz ist weitgehend eliminiert, da es sich um eine Differenzschaltung zweier Thermoelemente handelt und an den am Spannungsdifferenzmesser 32 angeschlossenen Enden der Schenkel 26a, 28a dieselbe temperaturbedingte Spannung anliegt. Die Spannungsdifferenz wird in einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung des Brenners gemäß einer Kennlinie mit einer von der Belastung des Brenners 10 bzw. von Verbrennungsparametern abhängigen Charakteristik ausgewertet.Since both thermocouples 26 , 28 are arranged at locations with a similar temperature level, they are subject to the same aging phenomena, so that the measured voltage difference between the two thermocouples 26 , 28 does not change due to aging, since their signals change in the same sense and to the same extent. The influence of the ambient temperature on the determined voltage difference is largely eliminated, since it is a differential circuit of two thermocouples and the same temperature-related voltage is present at the ends of the legs 26 a, 28 a connected to the voltage difference meter 32 . The voltage difference is evaluated in a control or regulating device of the burner in accordance with a characteristic curve with a characteristic which is dependent on the load on the burner 10 or on combustion parameters.

Claims

1. A method for controlling or regulating a gas burner, in which a main reaction zone of the supplied fuel-air mixture is formed downstream of outlet openings of the burner with the formation of flames, and in which the temperature in the flame area is detected via a temperature-sensitive sensor element and the signal of which influences the combustion process, characterized in that a second, temperature-dependent sensor element ( 28 ) is assigned to the first sensor element ( 26 ) at a location with a similar temperature level and in that the control signal is derived from the measurement difference of the two sensor elements ( 26 , 28 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement difference is based on a characteristic curve with a characteristic of the load on the burner ( 10 ) or of combustion parameters.

3. burner, in particular premixing gas burner, with a burner plate ( 18 ) provided with outlet openings ( 20 ) for a fuel gas / air mixture and a combustion shaft ( 12 ), and with a temperature-sensitive sensor element ( 26 ) with which the temperature in the flame area is detected, characterized in that a second, preferably structurally identical thermocouple ( 28 ) is arranged in the combustion shaft ( 12 ), both thermocouples ( 26 , 28 ) being connected to one another via one limb ( 26 b, 28 b) in such a way that their thermal voltages are opposite .

4. Burner according to claim 3, characterized in that the second sensor element ( 28 ) on the wall ( 30 ) between the burner ( 10 ) and a heat exchanger ( 16 ) provided combustion shaft ( 12 ) is arranged.