EP1176364A1 - Verbrennungseinrichtung und Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung. - Google Patents

Verbrennungseinrichtung und Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung. Download PDF

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EP1176364A1
EP1176364A1 EP01202810A EP01202810A EP1176364A1 EP 1176364 A1 EP1176364 A1 EP 1176364A1 EP 01202810 A EP01202810 A EP 01202810A EP 01202810 A EP01202810 A EP 01202810A EP 1176364 A1 EP1176364 A1 EP 1176364A1
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EP
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throttle
gas
flow opening
ionization signal
combustion device
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Klaas Ophoff
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Nefit Buderus BV
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    • F23N2235/12—Fuel valves
    • F23N2235/18—Groups of two or more valves

Definitions

  • the invention relates to a combustion device with a burner for burning a gas-air mixture, a gas supply line, into the one or more gas valves and gas valve regulating means for regulating the Gas supply to the burner and an air supply line are included a control device for controlling the combustion process, and an ionization measuring device coupled to the control device, being in series connection with the gas supply Gas valve or the gas valves or in the air supply line Throttle device with one by the control device adjustable flow opening is arranged. Also affects the Invention a method for controlling a combustion device.
  • composition of the gas varies regionally. It can also Gas composition deviate from a norm or vary over time. This gives rise to the problem that in a combustion device the required gas-air ratio for an optimal, if possible clean combustion varies. That means one Combustion device adapted to the composition of the gas must become.
  • throttle or throttle device is in Understanding the scope of the invention also an injection nozzle.
  • the Throttle affects the gas-air ratio of the burner supplied gas-air mixture.
  • EP 0 962 703 describes a method for regulating a gas burner known, wherein an ionization signal of an ionization sensor for Adaptation of the gas-air mixture to different gas qualities is used.
  • the ionization signal is in the range of Maximum output of the burner, namely in the range from 60% to 100% of the Maximum power used to adjust the gas-air ratio that there is a fixed, predetermined value of the ionization signal results.
  • the gas-air ratio is outside the range of maximum power depending on that in the area of maximum power certain ratio, for example proportional.
  • a disadvantage of this method is that this regulation for Changes over time is sensitive.
  • the ionization signal and thus the selected setting of the gas-air ratio changes changes with time due to aging, due to the spread of the Position of the ionization sensor in the flame, for example by Warping of the sensor, and / or due to contamination of the Ionization sensor, as well as due to fluctuations in the Burner delivered power.
  • Another disadvantage is that this The procedure is not suitable for regulating the burner if it is with low power burns because of the ionization sensor signal delivered the combustion process when the burner with low power burns, does not reflect well. Since the Control device for burning with low power not for Is able to determine the optimal gas-air ratio and a proportional setting must be used instead, higher emissions of harmful components may occur.
  • the object of the invention is to provide a combustion device which can be adapted to the circumstances of use in a cost-effective manner.
  • the combustion device is characterized in that the control device is set up to set the flow opening of the throttle device on the basis of a change in the flow opening of the throttle device caused by the control device and a resultant change in an ionization signal generated by the ionization measuring device ,
  • the universal applicability of the combustion device is advantageous since it can be optimally adjusted to different compositions of the gas.
  • Another advantage is the logistical simplicity and the consequently smaller stocks, since a single version of the combustion device can be used in all countries and regions. It is also advantageous that the combustion device is less susceptible to malfunction, since the burner is always set essentially optimal.
  • control device is for this set up a first value of the ionization signal at a first adjustment of the adjustable flow opening of the Throttle device to measure and a second value of Ionization signal at a second, different from the first distinctive setting of the flow opening of the Throttle device to measure, as well as the flow opening of the throttle due to the relative change in the second measured value of the Ionization signal compared to the first measured value of the Adjust ionization signal.
  • a major advantage is that the setting of the incinerator insensitive against aging, pollution or positional tolerances of the Ionization sensor is.
  • a measurement of ionization in a flame by means of an ionization sensor is sensitive to Soiling of the sensor and is caused by the burner delivered performance and other sources of error, such as aging or Curving the sensor, depending.
  • other sources of error such as aging or Curving the sensor, depending.
  • Throttle device executes and the flow opening of the Throttle device due to the relative change in Sets ionization signal, one eliminates said Sources of error.
  • control device is for this set up the relative change of the second measured Ionization signal compared to the first measured ionization signal with one or more previously determined values.
  • the means that the relative change in the ionization signal in through these previously defined values are divided into areas. Through these areas, groups of possible Defined gas compositions, whereby the control device for each area one or more choices for hiring the flow opening of the throttle device are offered. This offers the advantage of enabling simple control.
  • control device is for this set up the flow opening of the throttle device in essential once when starting up the Adjust combustion device, wherein the control device is preferably set up within the ionization signal to measure a certain time after the flame is ignited, whereby the control device is preferably set up to the Readjust the flow opening of the throttle device when the The value of the ionization signal is not within a certain range matches a previously measured value.
  • the combustion device adapts completely autonomously since the combustion device the first time the desired throttling itself.
  • the throttle device is a continuously variable Can have flow opening
  • the throttle device is in a preferred embodiment from a finite number of and chokes that can be switched off, preferably one or more and turnable chokes different areas of the Flow opening and thus a different throttle value have or at least two throttles on and off one same area of the flow opening and thus the same Have throttle value. It is advantageous that the adjustable Throttle device thereby by switching on and off a number of Throttles with the same or different flow opening is easy to implement.
  • At least two of the throttles are connected in parallel, the throttle is connected to a gas feed means or air feed means by means of a distributor, and there is a switching means which connects the throttle to the throttle by opening and closing a passage of the gas feed means or air feed means. and switches off, wherein the switching means preferably includes a pneumatic piston or a solenoid valve. It is advantageous here that the adjustable throttle device can be manufactured in a simple, inexpensive and reliable manner, since use is made of proven means for guiding a gas flow.
  • the invention further includes a method for controlling a combustion device for burning a gas-air mixture, characterized by measuring a first ionization signal at a first setting of a throttle device with an adjustable flow opening that is incorporated into the gas supply line or into the air supply line, and measuring a second ionization signal in the case of a second setting of the throttle device which differs from the first, and the setting of the flow opening of the throttle device on the basis of the relative change in the second measured ionization signal compared to the first measured ionization signal.
  • the gas-air ratio setting is correct; because it is matched to the local gas composition measured via the ionization signal.
  • a second advantage is the accuracy of the setting, as it does not depend on the aging, contamination or positional tolerances of the ionization sensor.
  • Figure 1 shows a combustion device with a burner 1 and an ionization sensor 2 which measures the ionization in the flame and via a connection indicated by a broken line Ionization signal transmitted to a control device 3.
  • the burner is connected via an air supply line with one of the control device 3 forth adjustable and controllable fan 4 supplied with air.
  • the air is then fed to a mixing device 5, where the air with gas is mixed.
  • the gas to be burned is fed through a gas feed line 6 supplied with a gas shut-off device 7 arranged therein.
  • This Gas shut-off device 7 includes a safety valve 8, by means of whose control device 3 can shut off the gas supply, and a control valve 9, which is released by the control device 3 and in this example, the amount of gas supplied depending on the by the Fan 4 controls the amount of air sucked in.
  • a throttle device 15 with an adjustable flow opening arranged, which in the present example three in parallel switched, non-adjustable chokes 10, 11 and 12 with different flow area and as a result different throttle value includes.
  • the chokes 11 and 12 are by means of corresponding ones controlled by the control device 3 Switch valves 13 and 14 on and off.
  • the valves 13 and 14 are in a known manner by the control device 3 open and close in a known manner by spring force.
  • the adjustable throttle device 15 can in the Mixing device 5 the amount of gas admixed to the air and thereby the gas-air ratio of the mixture supplied to burner 1.
  • the Control device 3 When the combustion device is started up, the Control device 3, the throttle device 15 to a first Setting the flow opening at which the valve 13 is opened and Valve 14 is closed. After igniting the gas-air mixture in the Burner 1 guides the control device with the ionization sensor 2 a first measurement of the ionization signal. Then the Control device 3 a second measurement of the ionization signal a second setting of the flow opening of the throttle device 15, wherein both valve 13 and valve 4 are open by. Thereafter, the control device 3 determines the relative change in Ionization signal between the first and the second measurement. This relative change is made by the control device 3 with two Thresholds compared.
  • the setting of the throttle device 15 is measured by the control device 3 the combustion device after each subsequent ignition of the burner 1 the ionization using the ionization sensor 2 and compares it Ionization signal with the ionization signal Inormal, which, as before mentioned, immediately after adjusting the throttle device 15 was measured. If the ionization signal is not correct within one determined tolerance with this previously measured value of the Ionization signal coincides, the control device performs the Setting of the throttle device described above again out. However, the ionization signal is already correct within this Tolerance with the previously measured signal Inormal, so changes the control device does not adjust the throttle device.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the throttle device 15 with an adjustable flow opening.
  • separate throttles 10, 11, 12 are connected to a cylinder 20, in which a movable piston 21 is received.
  • a movable piston 21 By Pushing in or pushing out the piston 21 can one or several chokes 10, 11, 12 are closed or opened.
  • the Piston 21 can be in a known manner, for example pneumatically the control device 3 can be pushed in or out.
  • the throttle device not in the gas supply line, but in an air supply duct is arranged, which for adjusting the gas-air ratio of the gas mixture fed to the burner is not the gas supply, but the air supply is adjusted.
  • the flow opening of the throttle device be that the desired setting depending on the region in a Table saved and the control device during assembly the Region is communicated, or by the control device desired setting or the gas composition offered via a possibly wireless network connection, for example a Internet connection or a wireless telephone connection becomes.

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Abstract

Eine Verbrennungseinrichtung umfaßt einen Brenner (1) zum Verbrennen eines Gas-Luft-Gemischs, eine Gaszuleitung (6), in die ein oder mehrere Gasventile (8, 9) und Gasventilregelmittel zum Regeln der Gaszufuhr zum Brenner (1) aufgenommen sind, eine Luftzuleitung (4) und eine Steuervorrichtung (3) zum Steuern des Verbrennungsprozesses. In der Gaszuleitung (6) in Serienschaltung mit dem Gasventil oder den Gasventilen (8, 9) oder in der Luftzuleitung (4) ist eine Drosselvorrichtung (15) mit einer durch die Steuervorrichtung (3) aufgrund eines Ionisationssignals einstellbaren Durchflußöffnung angeordnet, um das Gas-Luft-Verhältnis einzustellen. Die Durchflußöffnung wird aufgrund einer durch die Steuervorrichtung bewirkten Veränderung der Durchflußöffnung und einer sich dadurch ergebenden Veränderung des Ionisationssignals eingestellt. Auch umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungseinrichtung mit einem Brenner zum Verbrennen eines Gas-Luft-Gemischs, einer Gaszuleitung, in die ein oder mehrere Gasventile und Gasventilregelmittel zum Regeln der Gaszufuhr zum Brenner aufgenommen sind, sowie einer Luftzuleitung, einer Steuervorrichtung zum Steuern des Verbrennungsprozesses, und einer mit der Steuervorrichtung gekuppelten Ionisationsmessvorrichtung, wobei in der Gaszuleitung in Serienschaltung mit dem Gasventil oder den Gasventilen oder in der Luftzuleitung eine Drosselvorrichtung mit einer durch die Steuervorrichtung einstellbaren Durchflußöffnung angeordnet ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung.
Die Zusammensetzung des Gases variiert regional. Auch kann die Gaszusammensetzung von einer Norm abweichen oder zeitlich variieren. Damit ergibt sich das Problem, daß in einer Verbrennungseinrichtung das erforderliche Gas-Luft-Verhältnis für eine optimale, möglichst saubere Verbrennung variiert. Das bedeutet, daß eine Verbrennungseinrichtung an die Zusammensetzung des Gases angepaßt werden muß.
Unter dem Begriff Drossel bzw. Drosselvorrichtung ist übrigens im Rahmen der Erfindung auch eine Einspritzdüse zu verstehen. Die Drossel beeinflußt das Gas-Luft-Verhältnis des dem Brenner zugeführten Gas-Luft-Gemischs.
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zum Einstellen oder Anpassen einer Verbrennungseinrichtung bekannt.
Aus EP 0 962 703 ist ein Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners bekannt, wobei ein Ionisationssignal eines Ionisationssensors zur Anpassung des Gas-Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten benutzt wird. Dabei wird das Ionisationssignal im Bereich der Maximalleistung des Brenners, nämlich im Bereich von 60% bis 100% der Maximalleistung, benutzt, um das Gas-Luft-Verhältnis so einzustellen, daß sich ein fixer, vorherbestimmter Wert des Ionisationssignals ergibt. Außerhalb des Bereichs der Maximalleistung wird das Gas-Luft-Verhältnis in Abhängigkeit von dem im Bereich der Maximalleistung bestimmten Verhältnis, beispielsweise proportional, eingestellt.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß diese Regelung für Veränderungen im Lauf der Zeit empfindlich ist. Das Ionisationssignal und damit die gewählte Einstellung des Gas-Luft-Verhältnisses ändert sich mit der Zeit infolge von Alterung, infolge der Streuung der Position des Ionisationssensors in der Flamme, beispielsweise durch Krummziehen des Sensors, und/oder infolge einer Verschmutzung des Ionisationssensors, sowie auch infolge von Schwankungen der durch den Brenner gelieferten Leistung. Ein weiterer Nachteil ist dass dieses Verfahren sich nicht zum Regeln des Brenners eignet, wenn dieser mit niedriger Leistung brennt, da das durch den Ionisationssensor gelieferte Signal den Verbrennungsprozeß dann, wenn der Brenner mit niedriger Leistung brennt, nicht gut widerspiegelt. Da die Regelvorrichtung bei Brennen mit niedriger Leistung nicht zur Ermittlung des optimalen Gas-Luft-Verhältnisses in der Lage ist und anstatt dessen eine proportionale Einstellung benutzt werden muss, kann eine höhere Emission von schädlichen Komponenten auftreten.
Aus US 5 971 745 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer Gasflamme bekannt, die einen Ionisationssensor und ein regelbares Gasventil und/oder eine regelbare Luftzuleitung aufweist. Bei dem Regelvorgang wird durch Nachstellen der Luftzuleitung oder Nachstellen des Regelsignals des Gasventils mittels eines bestimmten Algorithmus der Spitzenwert im Ionisationssignal ermittelt, bei dem eine annähernd stöchiometrische Verbrennung erfolgt. Dann wird durch Nachregeln der Luftzuleitung oder des Regelsignals für das Gasventil das Gas-Luft-Verhältnis auf eine bestimmte Abweichung von der stöchiometrischen Verbrennung eingestellt. Auch wird in dieser Druckschrift die Möglichkeit beschrieben, nach Ermittlung der Einstellung wie vorstehend dargelegt, den Brenner auf eine andere Leistung einzustellen, indem die Neueinstellung der Luft- und Gaszuleitung aus einer Tabelle abgelesen oder berechnet wird, beispielsweise durch ein proportionales Verfahren.
Nachteilig ist, daß regelmäßig schädliche Bestandteile ausgestoßen werden können, da der Brenner jedesmal, wenn der Regler den Einstellprozeß durchläuft, während der Ermittlung des Spitzenwerts des Ionisationssignals vorübergehend bei einem nicht optimalen Gas-Luft-Verhältnis brennt. Zweitens ist nachteilig, daß die Regelung ungenau ist, da die jeweils gewählte Einstellung des Brenners vom erfaßten Spitzenwert des Ionisationssignals als Funktion des Gas-Luft-Verhältnisses abhängig ist. Dieser Spitzenwert des Ionisationssignals ist jedoch durch den allmählichen Verlauf sehr flach und daher nicht exakt zu bestimmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbrennungseinrichtung zur Verfügung zu stellen, die günstig an die Nutzungsumstände angepasst werden kann. Gelöst werden diese wie auch andere Aufgaben, indem die Verbrennungseinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung aufgrund einer durch die Steuervorrichtung bewirkten Veränderung der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung und einer sich dadurch ergebenden Veränderung eines durch die Ionisationsmeßvorrichtung erzeugten Ionisationssignals einzustellen. Vorteilhaft ist die universale Einsetzbarkeit der Verbrennungseinrichtung, da diese optimal auf unterschiedliche Zusammensetzungen des Gases abstellbar ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die logistische Einfachheit und die infolgedessen kleineren Vorräte, da eine einzige Version der Verbrennungeinrichtung in allen Ländern und Regionen eingesetzt werden kann. Vorteilhaft ist ferner, daß die Verbrennungseinrichtung weniger störungsanfällig ist, da der Brenner stets im wesentlichen optimal eingestellt ist.
Vorteilhaft ist dabei weiterhin, daß eine erhöhte Emission von umweltverschmutzenden Gasen durch eine falsche Einstellung vermieden wird, da Irrtümer bei der Installation, etwa durch Wahl einer falschen Gaseinblasedüse, ausgeschlossen sind. Noch ein Vorteil ist, daß dies einen geringeren Arbeitsaufwand für den Monteur bedeutet, da keine Kontrollen oder Einstellvorgänge seitens des Monteurs erforderlich sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, einen ersten Wert des Ionisationssignals bei einer ersten Einstellung der einstellbaren Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung zu messen und einen zweiten Wert des Ionisationssignals bei einer zweiten, sich von der ersten unterscheidenden Einstellung der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung zu messen, sowie die Durchflußöffnung der Drossel aufgrund der relativen Änderung des zweiten gemessenen Werts des Ionisationssignals gegenüber dem ersten gemessenen Wert des Ionisationssignals einzustellen. Ein wesentlicher Vorteil dabei ist, daß die Einstellung der Verbrennungseinrichtung unempfindlich gegenüber Alterung, Verschmutzung oder Positionstoleranzen des Ionisationssensors ist. Eine Messung der Ionisation in einer Flamme mittels eines Ionisationssensors ist nämlich empfindlich für Verschmutzung des Sensors und ist von der durch den Brenner gelieferten Leistung und anderen Fehlerquellen, wie Alterung oder Krummziehen des Sensors, abhängig. Indem man jedoch zwei Messungen bei unterschiedlicher Einstellung der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung ausführt und die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung aufgrund der relativen Änderung des Ionisationssignals einstellt, eliminiert man die besagten Fehlerquellen. Dies bedeutet, daß mit der Messung des Ionisationssignals zusammenhängende Ungenauigkeiten eliminiert werden, daß Eichungen wie die bei bekannten Gasbestimmungssystemen regelmässig auszuführenden überflüssig sind, und daß die Messung des Ionisationssignals und die Einstellung der Verbrennungseinrichtung lastunabhängig sind und dadurch über den gesamten Bereich des Brenners durchgeführt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die relative Änderung des zweiten gemessenen Ionisationssignals gegenüber dem ersten gemessenen Ionisationssignal mit einem oder mehreren vorher bestimmten Werten zu vergleichen. Das bedeutet, daß die relative Änderung des Ionisationssignals in durch diese vorher bestimmten Werte begrenzte Bereiche eingeteilt wird. Durch diese Bereiche werden Gruppen von möglichen Gaszusammensetzungen definiert, wodurch der Steuereinrichtung für jeden Bereich eine oder mehrere Wahlmöglichkeiten für die Einstellung der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung geboten werden. Dies bietet den Vorteil, eine einfache Steuerung zu ermöglichen.
In, bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung im wesentlichen ein einziges Mal bei der ersten Inbetriebnahme der Verbrennungseinrichtung einzustellen, wobei die Steuervorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, das Ionisationssignal innerhalb einer bestimmten Zeit nach einem Zünden der Flamme zu messen, wobei die Steuervorrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung erneut einzustellen, wenn der Wert des Ionisationssignals nicht innerhalb eines bestimmten Bereichs mit einem vorher gemessenen Wert übereinstimmt. Vorteilhaft dabei ist, daß die Verbrennungseinrichtung sich völlig autonom anpaßt, da die Verbrennungseinrichtung bei der ersten Inbetriebnahme die gewünschte Drosselung selbst einstellt. Vorteilhaft ist ferner, daß auch nach langfristiger Benutzung die Emission von giftigen Verbrennungsgasen aufgrund einer falschen Einstellung, beispielsweise infolge einer zeitlich variierenden Gaszusammensetzung, vermieden wird, da die Verbrennungseinrichtung sich selbst vorzugsweise regelmäßig kontrolliert und vorzugsweise sich selbst nachstellt, falls sich bei dieser Kontrolle herausstellt, daß das gemessene Ionisationssignal zu sehr von einem vorher gemessenen Wert abweicht.
Wenngleich die Drosselvorrichtung eine kontinuierlich variable Durchflußöffnung aufweisen kann, besteht die Drosselvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform aus einer endlichen Zahl von zu- und abschaltbaren Drosseln, wobei vorzugsweise eine oder mehrere zu- und abschaltbare Drosseln unterschiedliche Flächen der Durchflußöffnung und damit einen unterschiedlichen Drosselwert aufweisen oder mindestens zwei zu- und abschaltbare Drosseln eine gleiche Fläche der Durchflußöffnung und damit einen gleichen Drosselwert aufweisen. Vorteilhaft ist dabei, daß die einstellbare Drosselvorrichtung dadurch durch Zu- und Abschalten einer Anzahl von Drosseln mit gleicher oder unterschiedlicher Durchflußöffnung auf einfache Weise zu realisieren ist.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind mindestens zwei der Drosseln parallel geschaltet, ist die Drossel mittels eines Verteilers mit einem Gaszuleitungsmittel oder Luftzuleitungsmittel verbunden, und ist ein Umschaltmittel vorhanden, das die Drossel durch Öffnen und Schließen eines Durchlasses des Gaszuleitungsmittels oder Luftzuleitungs-mittels zur Drossel zu- und abschaltet, wobei das Umschaltmittel vorzugsweise einen pneumatischen Kolben oder ein Magnetventil beinhaltet. Vorteilhaft ist dabei, daß die einstellbare Drosselvorrichtung dadurch auf einfache, preiswerte und zuverlässige Weise herzustellen ist, da von bewährten Mitteln zur Führung eines Gasstroms Gebrauch gemacht wird.
Ferner beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen eines Gas-Luft-Gemischs, gekennzeichnet durch das Messen eines ersten Ionisationssignals bei einer ersten Einstellung einer in die Gaszuleitung oder in die Luftzuleitung aufgenommenen Drosselvorrichtung mit einer einstellbaren Durchflußöffnung sowie das Messen eines zweiten Ionisationssignals bei einer zweiten, sich von der ersten unterscheidenden Einstellung der Drosselvorrichtung, sowie das Einstellen der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung aufgrund der relativen Änderung des zweiten gemessenen Ionisationssignals gegenüber dem ersten gemessenen Ionisationssignal. Ein Vorteil dabei ist, daß die Einstellung des Gas-Luft-Verhältnisses korrekt ist; da sie auf die örtliche, über das Ionisationssignal gemessene Gaszusammensetzung abgestimmt ist. Ein zweiter Vorteil ist die Genauigkeit der Einstellung, da diese nicht von Alterung, Verschmutzung oder Positionstoleranzen des Ionisationssenors abhängt.
Weitere Ansprüche, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein die Erfindung nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wobei:
  • Figur 1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtung; und
  • Figur 2 einen schematischen Aufbau einer alternativen Ausführungsform der Drosselvorrichtung mit einstellbarer Durchflußöffnung darstellt.
    • Figur 1 zeigt eine Verbrennungseinrichtung mit einem Brenner 1 und einem Ionisationssensor 2, der die Ionisation in der Flamme mißt und über eine durch eine gebrochene Linie angedeutete Verbindung ein Ionisationssignal einer Steuervorrichtung 3 übermittelt. Der Brenner wird über eine Luftzuleitung mit einem von der Steuereinrichtung 3 her regelbaren und steuerbaren Lüfter 4 mit Luft versorgt. Die Luft wird dann einer Mischvorrichtung 5 zugeführt, wo die Luft mit Gas vermischt wird. Das zu verbrennende Gas wird über eine Gaszuleitung 6 mit einer darin angeordneten Gasabsperrvorrichtung 7 zugeführt. Diese Gasabsperrvorrichtung 7 beinhaltet ein Sicherheitsventil 8, mittels dessen die Steuervorrichtung 3 die Gaszufuhr absperren kann, sowie ein Regelventil 9, das durch die Steuervorrichtung 3 freigegeben wird und in diesem Beispiel die zugeführte Gasmenge je nach der durch den Lüfter 4 angesaugten Luftmenge regelt. Ferner ist in der Gaszuleitung 6 eine Drosselvorrichtung 15 mit einstellbarer Durchflußöffnung angeordnet, die in dem vorliegenden Beispiel drei parallel geschaltete, nicht einstellbare Drosseln 10, 11 und 12 mit unterschiedlicher Durchflußöffnungsfläche und infolgedessen unterschiedlichem Drosselwert umfaßt. Die Drosseln 11 und 12 sind mittels entsprechenden, durch die Steuervorrichtung 3 angesteuerten Ventilen 13 bzw. 14 zu- und abzuschalten. Die Ventile 13 und 14 sind auf bekannte Weise durch die Steuervorrichtung 3 elektromagnetisch zu öffnen und schließen sich auf bekannte Weise durch Federkraft. Mittels der einstellbaren Drosselvorrichtung 15 läßt sich die in der Mischvorrichtung 5 der Luft zugemischte Gasmenge und dadurch das Gas-Luft-Verhältnis des dem Brenner 1 zugeführten Gemischs einstellen.
    Bei Inbetriebnahme der Verbrennungseinrichtung stellt die Steuervorrichtung 3 die Drosselvorrichtung 15 auf eine erste Einstellung der Durchflußöffnung, bei der das Ventil 13 geöffnet und Ventil 14 geschlossen ist, ein. Nach Zünden des Gas-Luft-Gemischs im Brenner 1 führt die Steuervorrichtung mit dem Ionisationssensor 2 eine erste Messung des Ionisationssignals aus. Danach führt die Steuervorrichtung 3 eine zweite Messung des Ionisationssignals bei einer zweiten Einstellung der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung 15, wobei sowohl Ventil 13 als auch Ventil 4 geöffnet sind, durch. Danach ermittelt die Steuervorrichtung 3 die relative Änderung des Ionisationssignals zwischen der ersten und der zweiten Messung. Diese relative Änderung wird von der Steuervorrichtung 3 mit zwei Schwellenwerten verglichen. Liegt die soeben berechnete relative Änderung des Ionisationssignals unter dem ersten Schwellenwert, so entscheidet sich die Steuervorrichtung 3 dafür, nur Drossel 10 durch Schließen der Ventile 13 und 14 zu den Drosseln 11 und 12 zuzuschalten. Liegt die relative Änderung zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert, so öffnet die Steuervorrichtung 3 das Ventil 13 und schließt Ventil 14, wodurch die Drosseln 10 und 11 parallel geschaltet werden. Liegt die relative Änderung des Ionisationssignals über dem zweiten Schwellwert, so werden die Ventile 13 und 14 beide geöffnet, wodurch die Drosseln 10, 11 und 12 nunmehr parallel geschaltet sind. Jetzt ist die Drosselvorrichtung 15 so eingestellt, daß dem Brenner 1 ein Gemisch mit einem passenden, eine saubere Verbrennung ermöglichenden Gas-Luft-Verhältnis zugeführt wird. Schließlich wird durch die Steuervorrichtung eine Messung des Ionisationssignals bei der gewählten Einstellung der Drosselvorrichtung durchgeführt und dieser Vergleichswert Inormal gespeichert.
    Durch Vergleich der relativen Änderung des Ionisationssignals mit zwei Festwerten wird die Variation der Zusammensetzung des Gases praktisch in drei Gruppen eingeteilt, wobei für jede Gruppe eine dazu passende Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung 15 gewählt wird. Diese Einteilung in Gruppen gründet sich auf das tatsächlich benötigte Gas-Luft-Verhältnis. Nach der vorstehend beschriebenen Einstellung der Drosselvorrichtung 15 mißt die Steuervorrichtung 3 der Verbrennungseinrichtung nach jedem folgenden Zünden des Brenners 1 die Ionisation mittels des Ionisationssensors 2 und vergleicht das Ionisationssignal mit dem Ionisationssignal Inormal, das, wie schon erwähnt, unmittelbar nach dem Einstellen der Drosselvorrichtung 15 gemessen wurde. Stimmt das Ionisationssignal nicht innerhalb einer bestimmten Toleranz mit diesem vorher gemessenen Wert des Ionisationssignals überein, so führt die Steuervorrichtung die vorstehend beschriebene Einstellung der Drosselvorrichtung neuerlich aus. Stimmt das Ionisationssignal dagegen aber schon innerhalb dieser Toleranz mit dem vorher gemessenen Signal Inormal überein, so ändert die Steuervorrichtung die Einstellung der Drosselvorrichtung nicht.
    Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Drosselvorrichtung 15 mit einer einstellbaren Durchflußöffnung. In dieser Ausführungsform sind gesonderte Drosseln 10, 11, 12 mit einem Zylinder 20 verbunden, in den ein beweglicher Kolben 21 aufgenommen ist. Durch Hineinschieben bzw. Hinausschieben des Kolbens 21 können eine oder mehrere Drosseln 10, 11, 12 geschlossen bzw. geöffnet werden. Der Kolben 21 kann auf bekannte Weise, beispielsweise pneumatisch, durch die Steuervorrichtung 3 hinein- oder hinausgeschoben werden.
    Neben den vorstehend beschriebenen Beispielen sind auch Alternativausführungsformen möglich, bei denen die Drosselvorrichtung nicht in der Gaszuleitung, sondern in einem Luftzuleitungskanal angeordnet ist, wodurch zum Nachstellen des Gas-Luft-Verhältnisses des dem Brenner zugeführten Gasgemischs nicht die Gaszufuhr, sondern die Luftzufuhr angepaßt wird. In weiteren Alternativausführungsformen kann die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung so eingestellt werden, daß die gewünschte Einstellung je nach Region in einer Tabelle gespeichert und der Steuereinrichtung bei der Montage die Region mitgeteilt wird, oder indem der Steuervorrichtung die gewünschte Einstellung oder die angebotene Gaszusammensetzung über eine gegebenenfalls drahtlose Netzverbindung, beispielsweise eine Internet-Verbindung oder eine drahtlose Telefonverbindung, mitgeteilt wird.

    Claims (15)

    1. Verbrennungseinrichtung mit einem Brenner (1) zum Verbrennen eines Gas-Luft-Gemischs, einer Gaszuleitung (6), in die ein oder mehrere Gasventile (8, 9) und Gasventilregelmittel zum Regeln der Gaszufuhr zum Brenner (1) aufgenommen sind, sowie einer Luftzuleitung (4), einer Steuervorrichtung (3) zum Steuern des Verbrennungsprozesses, und eine mit der Steuervorrichtung gekuppelten Ionisationsmessvorrichtung, wobei in der Gaszuleitung (6) in Serienschaltung mit dem Gasventil oder den Gasventilen (8, 9) oder in der Luftzuleitung (4) eine Drosselvorrichtung (15) mit einer durch die Steuervorrichtung (3) einstellbaren Durchflußöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung (15) aufgrund einer durch die Steuervorrichtung (3) bewirkten Veränderung der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung (15) und einer sich dadurch ergebenden Veränderung eines durch die Ionisationsmeßvorrichtung (2) erzeugten Ionisationssignals einzustellen.
    2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, einen ersten Wert des Ionisationssignals bei einer ersten Einstellung der einstellbaren Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung (15) zu messen und einen zweiten Wert des Ionisationssignals bei einer zweiten, sich von der ersten unterscheidenden Einstellung der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung (15) zu messen, sowie die Durchflußöffnung der Drossel (15) aufgrund der relativen Änderung des zweiten gemessenen Werts des Ionisationssignals gegenüber dem ersten gemessenen Wert des Ionisationssignals einzustellen.
    3. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die relative Änderung des zweiten gemessenen Ionisationssignals gegenüber dem ersten gemessenen Ionisationssignal mit einem oder mehreren vorher bestimmten Werten zu vergleichen.
    4. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung (15) im wesentlichen ein einziges Mal bei der ersten Inbetriebnahme der Verbrennungseinrichtung einzustellen.
    5. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, das Ionisationssignal innerhalb einer bestimmten Zeit nach einem Zünden der Flamme zu messen.
    6. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, die Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung (15) erneut einzustellen, wenn der Wert des Ionisationssignals nicht innerhalb eines bestimmten Bereichs mit einem vorher gemessenen Wert übereinstimmt.
    7. Verbrennungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (15) aus einer endlichen Zahl von zu- und abschaltbaren Drosseln (10, 11, 12) besteht.
    8. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere zu- und abschaltbare Drosseln (11, 12) unterschiedliche Flächen der Durchflußöffnung und damit einen unterschiedlichen Drosselwert aufweisen.
    9. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zu- und abschaltbare Drosseln (11, 12) eine gleiche Fläche der Durchflußöffnung und damit einen gleichen Drosselwert aufweisen.
    10. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Drosseln parallel (10, 11, 12) geschaltet werden können.
    11. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (10, 11, 12) mittels eines Verteilers mit einem Gaszuleitungsmittel (6) oder Luftzuleitungsmittel (4) verbunden ist.
    12. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltmittel (13, 14) vorhanden ist, das die Drossel (11, 12) durch Öffnen und Schließen eines Durchlasses des Gaszuleitungsmittels (6) oder Luftzuleitungsmittels (4) zur Drossel (11, 12) zu- und abschaltet.
    13. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltmittel (13, 14) einen pneumatischen Kolben beinhaltet.
    14. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltmittel (13, 14) ein Magnetventil beinhaltet.
    15. Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung zum Verbrennen eines Gas-Luft-Gemischs, wobei
      eine Ionisation gemessen wird;
      und ein Gas-Luft-Verhältnis in der Verbrennungseinrichtung aufgrund der gemessenen Ionisation eingestellt wird,
      gekennzeichet durch:
      das Messen eines ersten Ionisationssignals bei einer ersten Einstellung einer in die Gaszuleitung (6) oder in die Luftzuleitung (4) aufgenommenen Drosselvorrichtung (15) mit einer einstellbaren Durchflußöffnung sowie das Messen eines zweiten Ionisationssignals bei einer zweiten, sich von der ersten unterscheidenden Einstellung der Drosselvorrichtung (15), sowie
      das Einstellen der Durchflußöffnung der Drosselvorrichtung (15) aufgrund der relativen Änderung des zweiten gemessenen Ionisationssignals gegenüber dem ersten gemessenen Ionisationssignal.
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