DE19831451B4

DE19831451B4 - Method for controlling a gas burner

Info

Publication number: DE19831451B4
Application number: DE19831451A
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr. Bienzle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: DE19831451A1

Abstract

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Gasbrenners, bei welchem sich eine Hauptreaktionszone des zugeführten Brennstoff-Luftgemisches unter Flammenbildung stromab von Austrittsöffnungen des Brenners ausbildet, und bei welchem über ein temperaturempfindliches Sensorelement die Temperatur im Flammenbereich erfaßt wird und dessen Signal den Verbrennungsprozeß beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Sensorelement (26) ein zweites, im wesentlichen baugleiches temperaturabhängiges Sensorelement (28) an einem Ort mit ähnlichem Temperaturniveau zugeordnet wird, daß beide Thermoelemente (26, 28) über ihre einen Schenkel (26b, 28b) so miteinander verbunden werden, daß ihre Thermospannungen entgegengerichtet sind, und daß das Steuer- bzw. Regelsignal von der Meßdifferenz der beiden Sensorelemente (26, 28) abgeleitet wird.method for controlling a gas burner, in which a Main reaction zone of the supplied Fuel-air mixture with flame formation downstream of outlet openings of the burner, and in which a temperature-sensitive Sensor element, the temperature is detected in the flame area and whose signal affects the combustion process, characterized that the first sensor element (26) a second, substantially identical temperature-dependent Sensor element (28) assigned to a location with a similar temperature level will that both Thermocouples (26, 28) via their one leg (26b, 28b) are interconnected that their thermoelectric voltages contrary to that, and that the tax or control signal from the measuring difference the two sensor elements (26, 28) is derived.

Description

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Gasbrenners Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines vormischenden Gasbrenners nach der Gattung des Hauptanspruchs.method for controlling a gas burner The invention is accomplished from a method of controlling a premixing Gas burner according to the preamble of the main claim.

Stand der TechnikState of technology

Das bei einem bekannten Verfahren 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 in a known method genus is used sensor element due to temperature influences Subjected to aging phenomena, so that the sensor signal after a long period of operation deviates from the original value. This especially affects a temperature measurement in the flame foot area, because even there small changes in the measured value relatively large changes the load condition or other combustion parameters (e.g. Air ratio λ) signal. A compensation of age-related deviations the sensor signal from the original value, e.g. by depositing a Aging curve would be but electronically very expensive. Furthermore, at a temperature measurement in the flame foot area in certain circumstances the ambient temperature also influence the sensor signal in such a way that unwanted control or rule technical deviations result.

Aus der DE-AS 155 19 96 ist eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung mit zwei in Zonen unterschiedlicher Temperatur der Flamme oder der Brennerkammer eintauchenden, gegeneinander geschalteten Temperaturfühlern bekannt, wobei die Temperaturfühler etwa die gleiche thermische Ansprechempfindlichkeit aufweisen und über eine Überwachungsvorrichtung sowohl beim Unterschreiten als auch beim Überschreiten eines Sollwertes ein Signal liefern. Aus dem gelieferten Signal wird Rückschluß auf das Vorhandensein einer Brennerflamme und/oder auf einen Kurzschluß des Thermoelements bzw. auf einen Thermoelementausfall gezogen.Out DE-AS 155 19 96 is a device for flame monitoring with two zones of different temperature of flame or burner chamber immersed, mutually connected temperature sensors known where the temperature sensor have about the same thermal responsiveness and via a monitoring device both falling below and exceeding a setpoint provide a signal. From the supplied signal is inferred to the Presence of a burner flame and / or on a short circuit of the thermocouple or pulled to a thermocouple failure.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß alterungsbedingte Veränderungen des Sensorsignals nahezu kompensiert werden und daß auch ein Einfluß der Umgebungstemperatur ausgeschaltet wird.The inventive method with the features of the main claim has the advantage that age-related changes the sensor signal are almost compensated and that also an influence of the ambient temperature is turned off.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach dem Hauptanspruch möglich.By in the subclaims listed activities are advantageous embodiments of the method according to the main claim 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.There The position of the flames in relation to the burner surface depending on changes depending on the load state of the burner or in dependence on the combustion parameters proposed, the difference in measurement the two sensor elements taking into account these parameters Characteristic curve.

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.When Materials for the two thermocouples can commercial Pairings such as Fe-CuNi, Ni-CrNi, Pt-PtRh are provided. The diameter the thermocouples can be chosen that he not bigger than the extent of a flame foot zone is.

Das zweite Sensorelement kann vorteilhaft an der Wand eines zwischen Brenner und Wärmeübertrager vorgesehenen Verbrennungsschachtes angeordnet werden.The second sensor element may advantageously on the wall of an intermediate Burner and heat exchanger provided combustion shaft are arranged.

Zeichnungdrawing

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

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

Der Wassererhitzer hat einen durch ein Brennstoff-Luftgemisch 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-Luftgemisches 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-Luftgemisches abhängig ist.The water heater has a powered by a fuel-air mixture burner 10 over which a combustion shaft 12 is arranged, the top by one with water pipes 14 equipped heat exchanger 16 is completed. The burner 10 has a burner plate 18 with outlet openings 20 and is designed so that a main reaction zone of the supplied fuel-air mixture to form flames 22 over the outlet openings 20 results. In it take the flames feet 24 a distance h from the burner plate 18 or the outlet openings 20 a, which is dependent on the load state of the burner, that is, the exit velocity and 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.Above an outlet 20 is a thermocouple 26 arranged, which protrudes with its tip in the Flammenfußzone. Since a steep and positive gradient of the temperature gradient results within the flame foot zone, even minor changes in the position of the flame can be caused by the thermoelement's heat-dependent signal 26 be detected. The resulting deviations from reference values, for example, due to changes in the gas state (pressure, temperature, humidity) are corrected by, for example, via a gas fitting, not shown, the fuel gas air ratio (air ratio λ) is adjusted so that in each load state Sta bilisierungshöhe, ie the distance h, is maintained at a value corresponding to the predetermined air number.

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.The one leg 26a of the thermocouple 26 may for example consist of Fe, Ni or Pt, whereas the other leg 26b may be formed according to commercial pairing of CuNi, CrNi, PtRh. The thermocouple 26 is a Referenzmeßwertgeber a second, identical thermocouple 28 assigned to the wall 30 of the combustion shaft 12 is arranged above the flame zone. The leg made of the same material 26a and 28a the thermocouples 26 . 28 are connected to a voltage difference meter 32 connected. While the other two thighs 26b and 28b 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 resulting from the oppositely directed thermoelectric voltages of the two thermocouples 26 . 28 result. While passing through the thermocouple 26 change the voltage values generated with the position of the flame root zone or with a change in the distance h remains, with the same load condition of the burner, through the thermocouple 28 detected temperature on the wall of the combustion shaft 12 and thus the generated voltage value substantially 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.As 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 due to aging, since their signals change in the same sense and 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 at the voltage difference meter 32 connected ends of the legs 26a . 28a the same temperature-related voltage is applied. The voltage difference is in a controller of the burner according to a characteristic with one of the load of the burner 10 or characteristics dependent on combustion parameters.

Claims

A method of controlling a gas burner in which a main reaction zone of the supplied fuel-air mixture is formed with flame formation downstream of outlet openings of the burner, and wherein the temperature is detected in the flame region via a temperature-sensitive sensor element and whose signal influences the combustion process, characterized in that the first sensor element ( 26 ) a second, substantially identical temperature-dependent sensor element ( 28 ) is assigned at a location with a similar temperature level that both thermocouples ( 26 . 28 ) over her one thigh ( 26b . 28b ) are connected to one another in such a way that their thermoelectric voltages are opposite, and in that the control signal is dependent on the measuring difference of the two sensor elements ( 26 . 28 ) is derived.

Method according to claim 1, characterized in that the measuring difference has a characteristic with one of the load of the burner ( 10 ) or dependent on combustion parameters characteristic is used.

Method according to claim 1, characterized in that that this second sensor element on the wall of the between burner and a Heat exchanger provided Burning shaft is placed.