DE4121924C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Optimierung des Brennstoff-Luftverhältnisses in der Brenngaszuführung eines Strahlungsbrenners - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen des Verhältnisses von einem gasförmigen Brennstoff und Verbrennungsluft in einem Brenn­ stoff/Luftgemisch nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 5.

Zur Überwachung der Flamme eines Flammenbrenners, also nicht eines Strahlungsbrenners, ist es bekannt (DE 27 22 318 A1), die von der Flamme stammende Strahlung in einem Zerhacker mit hoher Frequenz zu modulieren und dann mit Hilfe eines spek­ troskopischen Gitters in zwei unterschiedliche Wellenlängen im Infrarotbereich aufzuteilen und das Verhältnis zwischen den beiden Meßwerten zu bilden, das dann zur Einstellung des Brennstoff/Luftverhältnisses dient. Bei Temperaturstrah­ lungsdetektoren zur Flammenüberwachung (DE 27 36 417 C2 und DE 27 37 089 C2) ist es auch bekannt, wiederum zwei Meßsig­ nale entsprechend zwei unterschiedlichen Wellenlängenberei­ chen der Strahlung zu erzeugen, aus beiden Signalen das Dif­ ferenzsignal zu bilden und dieses mit einem Referenzsignal zu vergleichen. Alle diese Verfahren beruhen darauf, ganz bestimmte Wellenlängen der Flamme zu erfassen und auszuwer­ ten, was zu recht aufwendigen Anordnungen führt.

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 Brennstoff/Luftgemisch eine stöchiometrische Mischung von Gas und Luft ist, d. h., wenn die zugeführte Luftmenge exakt ausreicht, den zuge­ führten Brennstoff 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 ein Brennstoff/Luftgemisch herzustellen, das 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 Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das automatisch sicherstellt, daß einem Strahlungsbrenner ein Brennstoff/Luftgemisch 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 5.

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 Gemisch, so daß dieses 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 Gemisch, 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 Gemisch, 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 Steuer­ ventilen zur konstanten Zuführung von Brenngas, wie sie oft in Heizvorrichtungen und steuerbaren Verbrennungsluftzuführungen verwendet werden, z. B. drehzahlveränderliche Ansaug- oder Zwangsluftgebläse oder Verdichter. Die Erfindung kann mit geeigneten Modifikationen auch mit Brennstoffsteuerventilen 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 ein Signal liefert, das mit der Intensität der aufgenommenen Strahlung variiert, sowie eine Steuervorrichtung und ein Steuergerät für eine drehzahlver­ änderliche Luftzuführung. Beim Start einer Vorrich­ tung, die die Erfindung beinhaltet, erlaubt die Steuer­ vorrichtung, daß sich die Bedingungen stabilisieren, wobei die Steuervorrichtung anschließend die Drehzahl des Gebläses oder des Verdichters verändert und eine Variation in dem Brennstoff-Luftverhältnis 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 Änderungen der In­ tensität, um Steuerparameter abzuleiten. Die Steuerpara­ meter werden verwendet zur Einstellung des Gebläses oder des Verdichters auf eine Drehzahl, 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 Abschaltfunktion 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 Gemisch 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 Gebläsedrehzahl, 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 Gebläsedrehzahl, 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 Gemisch zu bilden, das dann über die Leitung 54 dem Brenner 23 zugeführt wird. Das Gemisch 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 drehzahlveränderlichen Motor 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 liefert ein Signal, das mit der Intensität der von dem Brenner 23 abgegebenen Strahlung variiert. Das Signal 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 Drehzahl des Motors 32 durch das Motorsteuergerät 33. Aufgrund des Regelventils 52 ist die Strömungsgeschwindig­ keit des Brenngases konstant. Durch Drehzahländerung des Motors 32 und somit durch das Ansaugge­ bläse 31 kann die Gesamtströmungsgeschwindigkeit des Gemisches durch den Brenner 23 verändert werden. Bleibt die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches kon­ stant, führt ein Anwachsen der Gesamtströmungsgeschwindig­ keit zu einem Anstieg des relativen Luftanteils in dem Gemisch und somit kann der Betrag des Luftüber­ schusses in dem Gemisch durch Drehzahlsteuerung 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 Gemisch, das dem Brenner zugeführt wird. Die Kurve gemäß Fig. 2 beschreibt die Infrarotstrahlungsintensität für ein Gemisch, das aus 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 optimal 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 das Ausgangssignal des Sensors, 41 in Fig. 1, typi­ scherweise eine Spannung, als eine Funktion der Drehzahl des Ansauggebläses, 31 in Fig. 1. Die Gebläsedrehzahl in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 und wie oben beschrieben, bestimmt den Betrag des Luftüberschusses in, oder des Brennstoff-Luftverhält­ nisses des Gemisches, das dem Brenner zugeführt wird. Wenn die Ansauggebläsedrehzahl 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 Gebläsedrehzahl abfallen. Diese Ausgestaltung des Verfahrens verwen­ det den Peak auf der Intensitätskurve, um einen Steuerpara­ meter abzuleiten und anzuwenden zur Einstellung der Ge­ bläsedrehzahl mit der ein Optimum des Luft­ überschusses erzielt wird. Dies wird begleitet von einem 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 Gebläsedrehzahl führt. Wenn das Ge­ bläse heruntergefahren wird, werden die Datenpunkte für Gebläsedrehzahl und Sensorsignal, V_a-n bzw. I_a-n, abgefragt und gespeichert. Die Steuervorrichtung setzt die Gebläsedrehzahl 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/Gebläsedrehzahl­ kurve ("finds the peak") zu bestimmen, wobei die Kur­ ve von den gemessenen und gespeicherten Datenpunkten (P_a-n) gebildet wird. Die Vorrichtung bestimmt anschließend ein Sollwert-Sensorsignal, I_set, und speichert dieses ab. Dieses Sollwert-Sensorsignal 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 Optimum des Luftüber­ schusses in dem Gemisch, P_set, führt. Die Steuer­ vorrichtung stellt anschließend die Gebläsedrehzahl ein, um die Sollwert-Sensorausgabe zu erzielen und spei­ chert die erforderliche Drehzahl als Sollwert- Gebläsedrehzahl, V_set, ab. Anschließend steuert die Steuervorrichtung die Gebläsedrehzahl um das Sensorsignal auf den Sollwert zu bringen. Die gespeicherte Sollwert-Gebläsedrehzahl kann auch in der nächsten Startsequenz, wie weiter unten beschrieben, verwendet werden. Das gesamte Kalibrierungsprogramm, ein­ schließlich der Verringerung und Wiederherstellung der Geblä­ sedrehzahl, 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/Gebläsedrehzahlkurve um das Optimum des Luftüberschusses abzuleiten. Bei die­ sem Kalibrierungsprogramm verändert die Steuervorrichtung die Gebläsedrehzahl auf einen kleinen Betrag ober­ halb und unterhalb des Anfangswertes, wobei die Datenpunk­ te, V′_a-n bzw. I′_a-n, für Gebläsedrehzahl und Sen­ sorsignal abgefragt und gespeichert werden. Die Steuer­ vorrichtung führt anschließend die Gebläsedrehzahl auf ihren Anfangswert zurück. Die Steuervorrichtung ver­ wendet dann einen Algorithmus, um die Steilheit einer bestangepaßten linearen Annäherung A_lin an die Sensorsignal­ kurve, die durch die Datenpunkte P′_a-n definiert ist, zu berechnen, sowie durch Extrapolation einen Gebläsedreh­ zahl-Referenzpunkt, V_ref, entlang der linearen Annäherung, wo das Sensorsignal 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 Gebläsedrehzahl-Referenzpunkt, die, wenn erreicht, zu einem Optimum des Luftüber­ schusses in der Gemischzuführung führt. Wie in der Ausge­ staltung des Verfahrens nach Fig. 3 justiert die Steuer­ vorrichtung anschließend die Gebläsedrehzahl, um das Sollwert-Sensorsignal zu erhalten und speichert die erforderliche Gebläsedrehzahl als Sollwert, V′_set, ab und steuert weiter die Gebläsedrehzahl auf den Sollwert.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das den Funktionsablauf dar­ stellt, der in der Steuervorrichtung einprogrammiert ist, um die Steuerparameter abzuleiten, die Gebläsedrehzahl 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 Wärmeaufforderung 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 Anfangsdrehzahl die Sollwert-Gebläsedrehzahl, die während des letzten Kalibrierungsprogrammes gemessen und gespeichert wurde. Wenn die Gebläsedrehzahl ihren Anfangswert erreicht hat, öffnet das Gaszuführungsventil und eine Zündein­ richtung zündet den Brenner, Block 103. Der Sensor er­ faßt die Intensität der von dem Brenner emittierten Strah­ lung und die Steuervorrichtung steuert die Gebläse­ drehzahl, um das Sensorsignal mit dem Sollwert zur Deckung zu bringen, Block 104. In der gleichen Weise wie für die anfängliche Gebläsedrehzahl, ist dieser Sollwert 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 Gebläsedrehzahl auf den Sollwert steuert, bestimmt die Steuerlogik, ob der Thermostat weiterhin Wärme anfordert, 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 drehzahl 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 Wärme anfordert, 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- Gebläsedrehzahl 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 Gebläse­ drehzahl kontrollieren zur Aufrechterhaltung der Sen­ sorausgabe an den veränderten Sollwert und somit zur Auf­ rechterhaltung des Betrages des Luftüberschusses in der Gemischzuführung 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 Wärme mehr anfordern, Block 105. Gemäß Block 106 wird die Vorrichtung dann die normale Abschaltungssequenz starten und Signale abgeben zum Schließen der Brenngaszufüh­ rung und zum Abschalten des Gebläses, bis der Thermostat wieder Wärme anfordert.

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 triebszeiten.

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-Gebläsedrehzahl, Block 112. An dieser Verzweigungsstelle wird das Programm unter normalen Bedingungen eine JA Antwort festsetzen und wei­ terhin die Gebläsegedrehzahl steuern, um das Sensor­ signal auf dem Sollwert, Block 104, zu halten. Sollten sich jedoch die Bedingungen in der Vorrichtung verändern, wird die Steuervorrichtung dies 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 sedrehzahl-Sollwert und die Gebläsedrehzahl 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 Zünden des Brenners ist nicht möglich, der Brenner erlischt 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 Wärme anfordert, 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 (6)

1. Verfahren zur Einstellung des Verhältnisses von einem gasförmigen Brennstoff zu einer Verbrennungsluft in einem Brennstoff/Luftgemisch, das einem einer Heizvorrichtung zu­ geordneten Strahlungsbrenner zugeführt wird, dessen Strah­ lung von einem Sensor erfaßt wird, wobei die Strömungsge­ schwindigkeit der Verbrennungsluft zu dem Strahlungsbrenner geregelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) die Zuführung für den gasförmigen Brennstoff wird auf eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit eingestellt,
• b) die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft wird geändert und jeweils die zugehörige Strahlungsintensi­ tät mittels des Sensors gemessen,
• c) aus der sich so ergebenden Meßkurve wird ein Steuerpa­ rameter zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft ermittelt, um ein gewünschtes Ver­ hältnis des Brennstoff/Luftgemisches zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsintensität in dem oberen ultraviolett-, sichtbaren oder nahen Infrarotspektrum gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerparameter wie folgt abgeleitet wird:

• a) die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft wird so verändert, daß die Strahlungsintensität zuerst an­ steigt und dann abfällt, wobei gleichzeitig mehrfache Messungen vorgenommen werden,
• b) der Wert der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungs­ luft wird aus den mehrfachen Messungen dann bestimmt, wenn die Strahlungsintensität ein Maximum I_max auf­ weist, und
• c) der Steuerparameter wird abhängig von dem maximalen In­ tensitätswert berechnet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steuerparameter wie folgt abgeleitet wird:

• a) die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft wird um einen Wert verändert, der schätzungsweise am oder nahe dem Wert liegt, der zu dem gewünschten Brenn­ stoff/Luftgemisch führt, wobei gleichzeitig mehrfache Messungen vorgenommen werden,
• b) eine Referenz-Strömungsgeschwindigkeit V_ref der Ver­ brennungsluft wird unter Berücksichtigung eines aus der Meßkurve extrapolierten Wertes für ein Strahlungsin­ tensitätsminimum ermittelt, und
• c) der Steuerparameter wird abhängig von dem extrapolier­ ten Wert berechnet.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
mit einer Heizvorrichtung (21),
einem Strahlungsbrenner (23),
Mitteln (52) zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu dem Strahlungsbrenner bei wenig­ stens einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit und
Mitteln (31, 32, 53) zum Zuführen der Verbrennungsluft mit ver­ änderlicher Strömungsgeschwindigkeit, wobei die Zuführung des gasförmigen Brennstoffs auf eine vorbestimmte Strömungs­ geschwindigkeit eingestellt wird, die Strahlungsintensität von einem Sensor (41) erfaßt wird, wenn sich die Strömungs­ geschwindigkeit der Verbrennungsluft ändert,
mit einer Ein­ richtung (42) zum Ableiten von Steuerparametern aus den Mes­ sungen der Strahlungsintensität und
mit einer Einrichtung (33) zum Ändern der Strömungsgeschwindigkeit der Verbren­ nungsluft, wobei ein gewünschtes Brennstoff/Luftgemisch-Ver­ hältnis eingestellt und aufrechterhalten wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die von dem Sensor (41) erfaßte Strahlungsintensi­ tät in einem Rechner (42) mit einem Mikroprozessor ver­ arbeitet wird und
die Strömungsgeschwindigkeit der Verbren­ nungsluft mit einem Gebläse (31) verändert wird, das von einem drehzahlveränderlichen Motor (32) angetrieben ist, der von dem Mikroprozessor über eine Steuerstufe (33) ange­ steuert wird.