DE4121924A1

DE4121924A1 - Verfahren und vorrichtung zur optimierung des brennstoff-luftverhaeltnisses in der brenngaszufuehrung eines strahlungsbrenners

Info

Publication number: DE4121924A1
Application number: DE4121924A
Authority: DE
Inventors: Daniel Reed Clark
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1991-07-03
Publication date: 1992-02-06
Anticipated expiration: 2011-07-04
Also published as: CA2043551A1; AR243667A1; AU8126591A; FR2665241A1; SE9102010L; KR920002992A; US5037291A; KR950011460B1; BR9102981A; AU635478B2; DE4121924C2; CA2043551C; FR2665241B1; SE9102010D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung eines Strah lungsbrenners, der in verschiedenen Typen von Heizvorrich tungen benutzt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfin dung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstel lung und Erhaltung des Verhältnisses von Gas zu Luft in der brennbaren Gasmischung, die einem Strahlungsbrenner mit einem optimalen Wert zugeführt wird.

Unter idealen Bedingungen würde ein Strahlungsbrenner mit der höchsten thermischen Effizienz und der niedrigsten Produktion von nicht-erwünschten Emissionen verbrennen, wenn das dem Brenner zugeführte, brennbare Gas eine stöchiometrische Mischung von Gas und Luft ist, d. h., wenn der zugeführte Luftbetrag exakt ausreicht, den zuge führten Brennstoffbetrag vollkommen zu oxidieren. Wenn je doch das Verhältnis von Brennstoff zu Luft über den stöchiometrischen Wert ansteigt oder die Mischung zu brennstoffreich wird, wird unverbrannter Brennstoff und Kohlenmonoxid in den von dem Brenner gebildeten Verbren nungsgasen vorliegen.

Unter aktuellen Betriebsbedingungen können, falls ein Strahlungsbrenner so ausgestattet wurde, daß er mit dem stöchiometrischen Verhältnis exakt arbeitet, Konstruk tions- oder Herstellungsmängel sowie transiente oder chronische Abweichungen von dem stöchiometrischen Ver hältnis zu der brennstoffreichen Bedingung, entweder all gemein oder lokal an der Brennoberfläche, dazu führen, daß nicht erwünschte und gefährliche Emissionen von dem Bren ner produziert werden. Es ist deshalb allgemeine Konstruk tions- und Betriebspraxis, Strahlungsbrenner mit einem Brennstoff-Luftgemisch zu betreiben, das einen gewissen Betrag eines Luftüberschusses aufweist, d. h. das brennbare Gas ist ein Magerbrennstoff oder das Brennstoff-Luftver hältnis liegt unterhalb des stöchiometrischen Verhältnis ses. Der Betrieb unter einer Luftüberschußbedingung hilft sicherzustellen, daß der gesamte Brennstoff verbrannt wird und keine gefährlichen Verbrennungsprodukte gebildet wer den. Der optimale Betrag an Luftüberschuß, der in einer bestimmten Brennereinrichtung notwendig ist, hängt von ei ner Reihe von Faktoren ab, z. B. von der Konstruktion und der Geometrie des Brenners, seiner Umlagerung sowie von dem Typ und der Zusammensetzung des Brennstoffes, der ver brannt wird. Im allgemeinen wird der typische Strahlungs brenner dann nicht erwünschte Verbrennungscharakteristika zeigen, wenn der Luftüberschuß unter 5 bis 10% absinkt. Solche Brenneranordnungen werden im allgemeinen für einen Überschuß im Bereich von 15 bis 30% konstruiert. Ein Be trieb mit Luftüberschuß-Prozentsätzen, die größer sind als der Optimumsbereich, führt zu einer Senkung der Brenner leistung, einem Verlust an Effizienz oder zu einem Erlö schen.

Obwohl es möglich ist, das Strömungsverhältnis von Brenn stoff und Luft, das einem Brenner zugeführt wird, direkt zu messen und einer oder beide Ströme zu regulieren, um eine brennbare Gasmischung herzustellen, die optimal ist, würde solch ein Detektions- und Steuersystem sehr komplex und für viele Anwendungen untragbar teuer sein. Die Kon struktionen von einigen Brenneranwendungen beinhalten Druckschalter zur Bestimmung der Rate des Luftstroms, aber solche Schalter sind nur fähig, Bruttoabweichungen von dem optimalen Luftüberschußwert zu bestimmen, wobei eine Steuerung des Luftüberschußprozentsatzes nicht möglich ist. Andere Konstruktionen verwenden Sensoren, die die Gegenwart und die Konzentration von Bestandteilen der Rauchgase, z. B. Sauerstoff, die den Brenner verlassen, an zeigen. Solche Konstruktionen unterliegen jedoch Sensor beschädigungen und können unzuverlässig und ungenau sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein ökono misches, genaues und zuverlässiges Mittel zu schaffen, das automatisch sicherstellt, daß einem Strahlungsbrenner ein brennbares Gas zugeführt wird, das den optimalen Betrag an Luftüberschuß enthält.

Diese Aufgabe wird gelöst, durch die Merkmale des Verfah rens nach Patentanspruch 1 sowie durch die Merkmale der Vorrichtung nach Patentanspruch 7.

Die Erfindung offenbart ein neues Verfahren und Vorrich tung für die automatische Erfassung der Leistung eines Strahlungsbrenners und für die Steuerung des Verhältnisses von Brenngas zu Luft in dem brennbaren, dem Brenner zuge führten Gas, so daß die Gasmischung am oder nahe am Opti mumswert des Luftüberschusses gehalten wird.

Es ist allgemein bekannt, daß in Betrieb befindliche Strahlungsbrenner Strahlung im oberen Ultraviolett, sicht baren und nahen Infrarotspektrum emittieren. Die Intensi tät dieser Strahlung variiert mit dem Prozentsatz an Luft überschuß in der Brenngaszuführung. Die Variation ist nicht linear, wobei ein Peak nahe dem stöchiometrischen Verhältnis auftritt. Da eine direkte Messung des Verhält nisses von Brennstoff und Luft in dem brennbaren Gas, das Brennern in Heizvorrichtungen zugeführt wird, für allge meine Wohn- und kommerzielle Anwendungen nicht praktikabel und unverhältnismäßig teuer ist, verwendet vorteilhafter weise die vorliegende Erfindung die Beziehung zwischen der Brennerstrahlungsintensität und dem Brennstoff-Luftver hältnis, in dem die Intensität als indirekter Wert benutzt wird für den Luftüberschuß in dem brennbaren Gas, welches dem Brenner zugeführt wird.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung werden die durch den Wechsel des Brennstoff-Luftverhält nisses hervorgerufenen und gemessenen Variationen in der Intensität der von dem Brenner ausgestrahlten Strahlung benutzt, um Steuerparameter abzuleiten, die dann dazu ver wandt werden das Verhältnis auf einen Wert am oder nahe am Optimum einzustellen und zu erhalten.

Die Erfindung ist geeignet für die Verwendung mit Stell ventilen zur konstanten Zuführung von Brennstoff, die zahlreich in Heizvorrichtungen und kontrollierbaren, variablen Verbrennungsluftzuführungen zu der Vorrichtung verwendet werden, z. B. ein variables Luftgeschwindigkeits ansaug- oder Zwangsluftgebläse oder ein Verdichter. Die Erfindung kann mit geeigneten Modifikationen auch mit Brennstoffstellventilen eines anderen Typs als der des konstanten Zuführungstyps benutzt werden.

Die Erfindung verwendet einen Sensor, der sensitiv ist für Strahlung im oberen Ultraviolett, sichtbaren oder nahen Infrarotbereich, und der eine Ausgabe besitzt, die mit der Intensität der aufgenommenen Strahlung variiert, sowie eine Steuervorrichtung und ein Steuergerät für eine variable Luftgeschwindigkeitszuführung. Beim Start einer Vorrich tung, die die Erfindung beinhaltet, erlaubt die Steuer vorrichtung, daß sich die Bedingungen stabilisieren, wobei die Steuervorrichtung anschließend die Geschwindigkeit des Gebläses oder des Verdichters verändert und eine Variation in dem Brennstoff-Luftverhältnis in der Brenngaszuführung hervorruft. Die Veränderung in dem Gas-Luftverhältnis führt zu einem Wechsel in der Intensität der von dem Bren ner emittierten Strahlung. Der Sensor erfaßt und mißt den Wechsel der Strahlungsintensität. Die Steuervorrichtung benutzt anschließend die gemessenen Variationen in der In tensität, um Steuerparameter abzuleiten. Die Steuerpara meter werden verwendet zur Einstellung des Gebläses oder des Verdichters auf eine Geschwindigkeit, die in einem Brennstoff-Luftverhältnis zu einem oder beinahe einem optimalen Wert an Luftüberschuß führt. Die Steuervorrich tung kann auch so programmiert werden, daß das Abweichungs- oder Kalibrierungsprogramm für den Sollwert periodisch durchgeführt wird, z. B. täglich, während kontinuierlichem Vorrichtungsbetrieb sowie bei Anzeige einer transienten Veränderung in der Brennerstrahlungsintensität, die ein Abweichen von den Gleichgewichtsbedingungen anzeigt, wobei dies bei einer Blockade der abzugebenden Rauchgase der Vorrichtung auftreten kann. Die Vorrichtung kann auch als Sicherheitsvorrichtung benutzt werden durch Einbau einer Abschaltungsfunktion in der Steuervorrichtung, die dann den Brenner abschaltet, wenn das Sollwert-Abweichungsver fahren einen Bedarf für eine Verdichtungs- oder Gebläse geschwindigkeit anzeigt, die größer als ein vorbestimmter Maximumwert oder geringer als ein vorbestimmter Minimum wert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an hand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Heizvorrich tung, die eine Vorrichtung nach der Erfindung ver wendet.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm der von einem Strahlungsbrenner emittierten Strahlungsintensität, wobei der Brenner ein aus einer Mischung von Methan und Luft beste hendes, brennbares Gas verbrennt, als eine Funktion des Brennstoff-Luftverhältnisses, ausgedrückt als Prozentsatz Luftüberschuß in der Brenngaszuführung.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm einer optischen Sensorausgabe als Funktion der Gebläsegeschwindigkeit, womit das Verfahren zur Ableitung des Steuerparameters gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm einer optischen Sensorausgabe als Funktion der Gebläsegeschwindigkeit, womit das Verfahren zur Ableitung des Steuerparameters gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung beschrie ben ist.

Fig. 5 zeigt eine logische Darstellung des logisch in die Steuervorrichtung einprogrammierten Funktionsab laufs, um den Steuerparameter abzuleiten, den Luft überschuß zu regeln und die Brennerleistung zu überwachen.

Fig. 1 zeigt eine Heizvorrichtung 21, z. B. einen Ofen oder einen Wassererhitzer, mit einer Verbrennungskammer 22, in der ein Strahlungsbrenner 23 angeordnet ist. Brenngas wird der Vorrichtung über eine Brennstoffleitung 51 und über ein Ventil 52 zur Regulierung eines konstanten Stroms zu geführt. Luft wird zugeleitet und mit dem Brenngas in der Luftbox 53 gemischt, um ein brennbares Gas zu bilden, das dann über die Brenngasleitung 54 dem Brenner 23 zugeführt wird. Das brennbare Gas wird in und durch den Brenner 23 geleitet und die Rauchgase, welche die von dem Brenner 23 gebildeten Verbrennungsprodukte enthalten, werden von der Verbrennungskammer 22 durch das Absauggebläse 31 abgezo gen, das von einem variablen Geschwindigkeitsmotor 32, der ein Motorsteuergerät 33 hat, angetrieben wird. Durch ein Fenster 24 in der Wand der Verbrennungskammer 22 kann ein Sensor 41 die Oberfläche des Brenners 23 erfassen. Der Sensor 41 ist sensitiv für eine Strahlung in dem oberen Ultraviolett, sichtbaren oder nahen Infrarotbereich und bildet eine Ausgabe, die mit der Intensität der von dem Brenner 23 abgegebenen Strahlung variiert. Die Ausgabe des Sensors 41 wird zu einer Steuervorrichtung 42 geleitet, die einen Mikroprozessor besitzt, der Berechnungen zur Ab leitung der Steuerparameter durchführt. Die Steuerparame ter werden benutzt zur Einstellung und Erhaltung der Ge schwindigkeit des Motors 32 durch das Motorsteuergerät 33. Aufgrund des Regelventils 52 ist die Strömungsgeschwindig keit des Brenngases konstant. Durch Variation der Ge schwindigkeit des Motors 32 und somit durch das Ansaugge bläse 31 kann die Gesamtströmungsgeschwindigkeit des brennbaren Gases durch den Brenner 23 verändert werden. Bleibt die Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases kon stant, führt ein Anwachsen der Gesamtströmungsgeschwindig keit zu einem Anstieg des relativen Luftanteils in dem brennbaren Gas und somit kann der Betrag des Luftüber schusses in dem brennbaren Gas durch Kontrolle der Ge schwindigkeit des Ansauggebläses 31 reguliert werden.

Die in Fig. 2 aufgetragene Kurve zeigt die Veränderung in der Intensität der von einem typischen Strahlungsbrenner emittierten Strahlung als eine Funktion des Brennstoff- Luftverhältnisses, ausgedrückt in dem Diagramm als Pro zentsatz Luftüberschuß, in dem brennbaren Gas, das dem Brenner zugeführt wird. Die Kurve gemäß Fig. 2 beschreibt die Infrarotstrahlungsintensität für ein brennbares Gas, das aus einer Mischung von Methan und Luft besteht. Eine Kurve der Intensitätsveränderung für den gleichen Brenner und Brennstoffzuführung würde für den oberen Ultraviolett- und sichtbaren Anteil des Spektrums ähnlich sein. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, erreicht die Strahlungsintensität einen Peak (bei Punkt A in der Figur) nahe dem stöchiome trischen Verhältnis (wo der Prozentsatz des Luftüberschus ses 0 ist). Es ist anzumerken, daß zwischen dem Punkt B und dem Punkt C im Bereich von 15 bis 30% Luftüberschuß die Kurve nicht linear ist. Ein Punkt D auf der Kurve zeigt die Position auf der Kurve an, bei der der Luftüber schußprozentsatz im Optimum ist. Intensitäts/Luftüberschuß kurven für Brenner, die andere gasförmige Brennstoffe ver brennen, sind etwas verschieden, zeigen jedoch ähnliche Intensitätspeaks und Fast-Linearität in einem Kurvenbe reich auf der positiven Luftüberschußseite des Peaks.

Fig. 3 zeigt grafisch eine Ausgestaltung des Verfahrens, mit dem ein Steuerparameter zur Erhaltung des optimalen Betrages des Luftüberschusses abgeleitet werden kann in einer Heizvorrichtung wie in Fig. 1 gezeigt. Die in Fig. 3 dargestellte Kurve ist in ihrer Form ähnlich der von Fig. 2, zeigt aber die Ausgabe des Sensors, 41 in Fig. 1, typi scherweise eine Spannung, als eine Funktion der Geschwin digkeit des variablen Geschwindigkeitsansauggebläses, 31 in Fig. 1. Die Gebläsegeschwindigkeit in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 und wie oben beschrieben, bestimmt den Betrag des Luftüberschusses in, oder des Brennstoff-Luftverhält nisses von dem brennbaren Gas, das dem Brenner zugeführt wird. Wenn die Ansauggebläsegeschwindigkeit von einem etwas geringeren Wert ansteigt, wird deshalb die optische Sensorausgabe zuerst auf ein Maximum nahe des stöchiome trischen Verhältnisses S (0 Prozent Luftüberschuß) anstei gen und dann bei weiterem Anstieg der Gebläsegeschwindig keit abfallen. Diese Ausgestaltung des Verfahrens verwen det den Peak in der Intensitätskurve um einen Steuerpara meter abzuleiten und anzuwenden zur Einstellung der Ge bläsegeschwindigkeit mit der ein Optimumswert des Luft überschusses erzielt wird. Dies wird begleitet durch ein Kalibrierungsprogramm, welches in dem Programm der Steuer vorrichtung enthalten ist. Bei diesem Programm führt die Steuervorrichtung zuerst einen Schritt durch, der zu einer Reduktion der Gebläsegeschwindigkeit führt. Wenn das Ge bläse heruntergefahren wird, werden die Datenpunkte für Gebläsegeschwindigkeit und Sensorausgabe, V_a-n bzw. I_a-n, abgefragt und gespeichert. Die Steuervorrichtung setzt die Gebläsegeschwindigkeit dann auf ihren Anfangswert. Die Vorrichtung verwendet dann eine Kurve, die von einem Algo rithmus in dem Programm abgeleitet ist, um den Maximum punkt, I_max, auf der Sensorausgabe/Gebläsegeschwindig keitskurve ("finds the peak") zu bestimmen, wobei die Kur ve von den gemessenen und gespeicherten Datenpunkten (P_a-n) gebildet wird. Die Vorrichtung bestimmt anschließend eine Sollwert-Sensorausgabe, I_set, und speichert diesen ab. Diese Sollwert-Sensorausgabe ist eine vorbestimmte Abwei chung, I_os, z. B. ein bestimmter Prozentsatz, von dem be rechneten Maximumintensitätswert oder Peak der Kurve, der, wenn er erreicht ist, zu einem Optimumbetrag des Luftüber schusses in dem brennbaren Gas, P_set, führt. Die Steuer vorrichtung justiert anschließend die Gebläsegeschwindig keit, um die Sollwert-Sensorausgabe zu erzielen und spei chert die erforderliche Geschwindigkeit als eine Sollwert- Gebläsegeschwindigkeit, V_set, ab. Anschließend kontrol liert die Steuervorrichtung die Gebläsegeschwindigkeit zur Erhaltung der Sensorausgabe an ihrem Sollwertpunkt. Die gespeicherte Sollwert-Gebläsegeschwindigkeit kann auch in der nächsten Startsequenz, wie weiter unten beschrieben, verwendet werden. Das gesamte Kalibrierungsprogramm, ein schließlich der Reduktion und Wiederherstellung der Geblä segeschwindigkeit, kann in weniger als 15 Sekunden durch geführt werden.

Fig. 4 zeigt grafisch eine andere Ausgestaltung des Ver fahrens, mit dem der Steuerparameter abgeleitet werden kann. Unterschiedlich von dem in Fig. 3 gezeigten Verfah ren, verwendet das in der Steuervorrichtung programmierte Kalibrierungsprogramm die Nahe-Linearitätscharakteristik des Teils der Intensitäts/Gebläsegeschwindigkeitskurve um den Optimumswert des Luftüberschusses abzuleiten. Bei die sem Kalibrierungsprogramm verändert die Steuervorrichtung die Gebläsegeschwindigkeit auf einen kleinen Betrag ober halb und unterhalb des Anfangswertes, wobei die Datenpunk te, V′_a-n bzw. I′_a-n, für Gebläsegeschwindigkeit und Sen sorausgabe abgefragt und gespeichert werden. Die Steuer vorrichtung führt anschließend die Gebläsegeschwindigkeit auf ihren Anfangswert zurück. Die Steuervorrichtung ver wendet dann einen Algorithmus, um die Steilheit einer bestangepaßten linearen Annäherung A_lin an die Sensoraus gabekurve, die durch die Datenpunkte P′_a-n definiert ist, zu berechnen sowie durch Extrapolation einen Gebläsege schwindigkeits-Referenzpunkt, V_ref, entlang der linearen Annäherung, wo die Sensorausgabe einen freien Minimums wert, z. B. Null, erreichen würde. Die Steuervorrichtung berechnet dann eine Sollwert-Sensorausgabe, I′_set, und speichert diese ab. Diese Sollwert-Ausgabe ist eine Abwei chung, basierend sowohl auf der Steilheit der linearen An näherung wie auf dem Gebläsegeschwindigkeits-Referenzpunkt, die, wenn erreicht, zu einem Optimumswert des Luftüber schusses in der Brenngaszuführung führt. Wie in der Ausge staltung des Verfahrens nach Fig. 3 justiert die Steuer vorrichtung anschließend die Gebläsegeschwindigkeit, um die Sollwert-Sensorausgabe zu erreichen und speichert die erforderliche Gebläsegeschwindigkeit als eine Sollwert-Ge bläsegeschwindigkeit, V′_set, ab und kontrolliert weiter die Gebläsegeschwindigkeit zur Erhaltung der Sollwert-Sen sorausgabe.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das den Funktionsablauf dar stellt, der in der Steuervorrichtung einprogrammiert ist, um die Steuerparameter abzuleiten, die Gebläsegeschwindig keit zu kontrollieren und die Brennerleistung zu erfassen. Zusätzlich zeigt das Diagramm, wie die vorliegende Vor richtung als Sicherheitsvorrichtung verwendet werden kann.

Wie in Block 101 angezeigt, startet das Verfahren durch einen Hitzeaufruf des externen Thermostaten. Zu dieser Zeit beginnt die Vorrichtung mit einer Startsequenz, Block 102, bei der das Gebläse gestartet und das Steuergerät für den Gebläsemotor auf einen vorbestimmten Anfangswert ein gestellt wird. Für das anfängliche Starten nach Installa tion der Vorrichtung, oder falls eine Energieunterbrechung für die Steuervorrichtung aufgetreten ist, stellt dieser Anfangswert einen Standardwert dar, der in dem Programm der Steuervorrichtung enthalten ist. Für das Starten unter anderen Bedingungen ist die Anfangsgeschwindigkeit die Sollwert-Gebläsegeschwindigkeit, die während des letzten Kalibrierungsprogrammes gemessen und gespeichert wurde. Wenn die Gebläsegeschwindigkeit ihren Anfangswert erreicht hat, öffnet das Gaszuführungsventil und eine Zündungsein richtung entzündet den Brenner, Block 103. Der Sensor er faßt die Intensität der von dem Brenner emittierten Strah lung und die Steuervorrichtung steuert die Gebläsege schwindigkeit, um die Sensorausgabe mit der Sollwert-Sen sorausgabe zur Deckung zu bringen, Block 104. In der gleichen Weise wie für die anfängliche Gebläsegeschwindig keit, ist diese Sollwert-Sensorausgabe ein vorbestimmter Wert, der entweder der Sollwert ist, der während des letzten Kalibrierungsprogrammes berechnet und abgespei chert wurde, oder falls kein Sollwert gespeichert ist, ein Standardwert, der in der Steuervorrichtung einprogrammiert ist.

Nachdem die Vorrichtung gestartet ist und die Steuervor richtung die Gebläsegeschwindigkeit auf der Sollwert-Sen sorausgabe kontrolliert, bestimmt die Steuerlogik, ob der Thermostat weiterhin Hitze abruft, Block 105. Bei den anfänglichen Kreisläufen durch die Programmlogik wird die Antwort wahrscheinlich JA sein und das Steuerteil wird dann bestimmen, ob der Einschaltvorgang, der mit dem Star ten der Vorrichtung assoziiert ist, komplett ist, Block 107. Diese Funktion würde typischerweise eine einfache Zeitverzögerung sein. Bis die Zeitverzögerung abgelaufen ist, wird das Steuerteil bei Block 107 eine NEIN Antwort bestimmen und zurück zu Block 104 gehen, um die Gebläse geschwindigkeit zu steuern zur Erreichung einer Sensoraus gabe, die gleich dem Sollwert ist. Wenn die Zeitverzöge rung abgelaufen ist und unter der Annahme, daß in Block 105 der Thermostat weiterhin Hitze abruft, wird das Steuerteil dann eine JA Antwort in Block 107 aufnehmen und bestimmen, ob ein Kalibrierungsprogramm abgelaufen ist, Block 108. Beim Starten der Vorrichtung wird die Antwort NEIN sein und die Steuer- und Verrechnungsvorrichtung wird dann fortfahren in der Durchführung des Kalibrierungspro grammes, Block 109, entsprechend dem Verfahren wie gezeigt und beschrieben in Zusammenhang mit Fig. 3 oder Fig. 4. Wie weiter oben beschrieben, als Teil des Kalibrierungs programmes, wird das Programm in der Steuervorrichtung eine veränderte Sollwert-Sensorausgabe und eine Sollwert- Gebläsegeschwindigkeit bestimmen. Beide veränderte Soll werte werden gespeichert, Block 110, für die Verwendung während des nächsten Start- und Anfangsbetriebes in Zu sammenhang mit dem nächsten Zyklus des Vorrichtungsbetrie bes. Nach Vollendung des Kalibrierungsprogrammes, Block 111, wird die Steuervorrichtung weiterhin die Gebläsege schwindigkeit kontrollieren zur Aufrechterhaltung der Sen sorausgabe an den veränderten Sollwert und somit zur Auf rechterhaltung des Betrages des Luftüberschusses in der Brenngaszuführung zu dem Strahlungsbrenner auf den ge wünschten Wert.

Zu gegebener Zeit während des Betriebes der Vorrichtung und während die Steuervorrichtung ihre Programmlogik zyklisch wiederholt, wird der Thermostat keine weitere Hitze mehr abrufen, Block 105. Gemäß Block 106 wird die Vorrichtung dann die normale Abschaltungssequenz starten und Signale abgeben zur Verschließung der Brenngaszufüh rung und zum Abschalten des Gebläses bis der Thermostat wieder Hitze abruft.

Wird das beschriebene Verfahren und die Vorrichtung in einer Heizvorrichtung verwendet, die kontinuierlich über längere Zeiträume betrieben wird, kann die Programmlogik in der Steuervorrichtung so eingestellt werden, daß ein Kalibrierungsprogramm in periodischen Zeiträumen durchge führt wird, z. B. täglich während solcher verlängerten Be triebszeiträume.

Die Steuervorrichtung kann auch die Brennerleistung über wachen und als Sicherheitsvorrichtung dienen. Nachdem das Kalibrierungsprogramm beendet worden ist, wird die Logik eine JA Antwort gemäß Block 108 erhalten. Die Logik der Vorrichtung wird dann die Differenz zwischen der aktuellen und der Sollwert-Sensorausgabe bestimmen sowie die ak tuelle und die Sollwert-Gebläsegeschwindigkeit, Block 112. An dieser Verzweigungsstelle wird das Programm unter normalen Bedingungen eine JA Antwort festsetzen und wei terhin die Gebläsegeschwindigkeit steuern, um die Sensor ausgabe auf dem Sollwert, Block 104, aufrechtzuerhalten. Sollten sich jedoch die Bedingungen in der Vorrichtung verändern, wird die Steuervorrichtung diese Inkonsistenz entdecken und eine NEIN Antwort bestimmen. Die Logik wird dann, wobei die Blöcke 113, 114 und 115 für die Beschrei bung zunächst hier nicht beachtet werden, in ein neues Kalibrierungsprogramm eintreten, Block 109, und eine neue Sollwert-Sensorausgabe berechnen sowie einen neuen Geblä segeschwindigkeits-Sollwert und die Gebläsegeschwindigkeit steuern zur Aufrechterhaltung der Sensorausgabe auf den neuen Sollwert.

Im folgenden werden nun die Blöcke 113, 114 und 115 be trachtet, wobei angenommen wird, daß eine größere Abwei chung von den Normalbetriebsbedingungen auftritt, z. B. ein Entzünden des Brenners ist nicht möglich, der Brenner wird ausgelöscht oder eine Blockade in dem externen Abzugskanal der Vorrichtung tritt auf. Dabei würde die Nichtüberein stimmung so groß sein, daß auch nach Ablauf eines Kali brierungsprogrammes die Steuervorrichtung ein NEIN bei Block 111 empfangen würde und ein weiteres Kalibrierungs programm starten würde, um eine Übereinstimmung zu erzie len. Die Programmlogik zählt diese aufeinanderfolgenden Versuche zur Erreichung von Übereinstimmung, Block 113, und, falls der Zähler einen programmierten Wert, Block 114, überschreitet, startet die Steuervorrichtung eine Sicherheitsabschaltung und eine Sperrsequenz, Block 115. Diese Sequenz ist ähnlich einer normalen Abschaltungsse quenz, beinhaltet aber eine Sperrfunktion, die ein Starten der Vorrichtung, auch wenn der externe Thermostat Hitze abruft, verhindert. Die Vorrichtung kann nicht neu ge startet werden bis die Sperre manuell behoben ist, vor zugsweise nachdem der Grund für die Sicherheitsabschaltung bestimmt und beseitigt wurde.

Claims

1. Verfahren zur Einstellung des Verhältnisses von einem gasförmigen Brennstoff zu einer Verbrennungsluft in einem brennbaren Gas auf ein gewünschtes Verhältnis, wobei eine Heizvorrichtung (21) einen Strahlungsbren ner (23) aufweist, der das aus einer Mischung von gas förmigem Brennstoff und Verbrennungsluft bestehende, brennbare Gas verbrennt, und der während der Verbren nung des brennbaren Gases Strahlung emittiert, Mittel (52) zur Zuführung des gasförmigen Brennstoffs zu dem Strahlungsbrenner mit wenigstens einer Strömungsge schwindigkeit und Mittel (53, 31, 32) zur Steuerung der Zuführungsrate der Verbrennungsluft zu dem Strah lungsbrenner, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Einstellen des Zuführungsmittels für den gasförmigen Brennstoff auf eine vorgegebene Strömungsgeschwindig keit;
Messung der Intensität der Strahlung;
Ableiten eines Steuerparameters basierend auf den Mes sungen der Intensität der Strahlung, die während der Variation der Verbrennungsluft-Strömungsgeschwindig keit aufgenommen werden; und
Anwenden des Steuerparameters auf die Mittel zur Steuerung der Zuführungsrate der Verbrennungsluft, um eine Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft zu erreichen und aufrechtzuerhalten, die zu dem gewünsch ten Verhältnis führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsinten sität in dem oberen Ultraviolett-, sichtbaren oder nahem Infrarotspektrum gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Schritt zur Ab leitung des Steuerparameters die Unterschritte umfaßt: Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbren nungsluft, so daß die Intensität der Strahlung an steigt und abfällt;
Bestimmung des Wertes der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft aus der ansteigenden und abfallenden Intensität, bei dem die Intensität der Strahlung ein Maximum aufweist; und
Berechnung der Steuerparameter basierend auf dem maxi malen Intensitätswert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem die Strahlungsinten sität in dem oberen Ultraviolett-, sichtbaren oder nahem Infrarotspektrum gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Schritt zur Ab leitung des Steuerparameters die Unterschritte umfaßt:
Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbren nungsluft um eine Rate, die schätzungsweise am oder nahe an einem Wert liegt, der zu dem gewünschten Ver hältnis führt;
Bestimmung des Wertes der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft aus der veränderten der Strömungsge schwindigkeit der Verbrennungsluft, wenn die Intensi tät der Strahlung ein Minimum aufweisen würde; und
Berechnung der Steuerparameter basierend auf dem mini malen Intensitätswert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, in dem die Strahlung im obe ren Ultraviolett-, sichtbaren oder nahem Infrarotbe reich liegt.

7. Vorrichtung zur Einstellung des Verhältnisses von einem gasförmigen Brennstoff zu einer Verbrennungsluft in einem brennbaren Gas auf ein gewünschtes Verhält nis, wobei eine Heizvorrichtung (21) einen Strahlungs brenner (23) aufweist, der das aus einer Mischung von gasförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft bestehende brennbare Gas verbrennt, und der während der Verbren nung des brennbaren Gases Strahlung emittiert, Mittel (52) sind zur Zuführung des gasförmigen Brennstoffs zu dem Strahlungsbrenner mit wenigstens einer Strömungs geschwindigkeit und Mittel (53, 31, 32) zur Zuführung der Verbrennungsluft mit einer variablen Strömungsge schwindigkeit, mit
einem Mittel (52) zur Einstellung des Zuführungsmit tels für den gasförmigen Brennstoff auf eine gegebene Strömungsgeschwindigkeit;
einem Mittel (41) zur Messung der Intensität der Strahlung während der Veränderung der Zuführungsrate der Verbrennungsluft;
einem Mittel (42) zur Ableitung von Steuerparametern aus den Messungen der Strahlungsintensität des Bren ners; und
einem Mittel (33) zur Anwendung der Steuerparameter zur Steuerung der Zuführungsmittel der Verbrennungs luft, um eine Strömungsgeschwindigkeit der Verbren nungsluft zu erreichen und aufrechtzuerhalten, die zu dem gewünschten Verhältnis führt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, in der das Meßmittel die Strahlungsintensität in dem oberen Ultraviolett-, sichtbaren oder nahem Infrarotbereich mißt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, in der das Meßmittel ei nen Sensor (41) aufweist, der auf die Strahlung mit einer Ausgabe antwortet, die mit der Intensität der Strahlung variiert;
das Ableitungsmittel und das Anwendungsmittel eine Steuervorrichtung (42) aufweisen, die einen Mikropro zessor besitzt; und
das Zuführungsmittel für die Verbrennungsluft eine An sauggebläseeinheit (31) aufweist, die einen variablen Geschwindigkeitsmotor (32) und ein Steuergerät (33) besitzt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, in der das Meßmittel die Strahlungsintensität in dem oberen Ultraviolett-, sichtbaren oder nahem Infrarotbereich mißt.