EP1176364B1 - Verbrennungseinrichtung und Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung. - Google Patents

Verbrennungseinrichtung und Verfahren zum Steuern einer Verbrennungseinrichtung. Download PDF

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EP1176364B1
EP1176364B1 EP01202810A EP01202810A EP1176364B1 EP 1176364 B1 EP1176364 B1 EP 1176364B1 EP 01202810 A EP01202810 A EP 01202810A EP 01202810 A EP01202810 A EP 01202810A EP 1176364 B1 EP1176364 B1 EP 1176364B1
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EP
European Patent Office
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throttle
combustion
flow opening
ionisation
control device
Prior art date
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EP01202810A
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EP1176364A1 (de
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Klaas Ophoff
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Nefit Buderus BV
Original Assignee
Nefit Buderus BV
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Publication date
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    • F23N1/027—Regulating fuel supply conjointly with air supply using mechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
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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, in which one or more gas valves and gas valve control means are accommodated for controlling the gas supply to the burner, and an air supply line, a control device for controlling the combustion process, and a with the control device coupled ionization measuring device, wherein in the gas supply line in series with the gas valve or the gas valves or in the air supply line a throttle device is arranged with an adjustable flow rate through the control device.
  • the invention also relates to a method for controlling a combustion device.
  • the composition of the gas varies regionally. Also, the gas composition may deviate from a standard or vary over time. This results in the problem that varies in a combustion device, the required gas-air ratio for optimal, cleanest possible combustion. This means that a combustion device must be adapted to the composition of the gas.
  • throttle or throttling device also means an injection nozzle.
  • the throttle affects the gas-air ratio of the gas-air mixture supplied to the burner.
  • a method for controlling a gas burner wherein an ionization signal of an ionization sensor is used to adapt the gas-air mixture to different gas qualities.
  • the ionization signal in the range of the maximum power of the burner namely in the range of 60% to 100% of the maximum power, used to adjust the gas-air ratio so that results in a fixed, predetermined value of the ionization signal.
  • the gas-air ratio is set as a function of the ratio determined in the area of the maximum power, for example proportionally.
  • a disadvantage of this method is that this scheme is sensitive to changes over time.
  • the ionization signal, and thus the selected setting of the gas-air ratio changes with time due to aging, due to the scattering of the position of the ionization sensor in the flame, for example, by cocking of the sensor, and / or contamination of the ionization sensor, as well due to variations in the power delivered by the burner.
  • Another disadvantage is that this method does not lend itself to controlling the burner when it burns at low power, because the signal provided by the ionization sensor does not well reflect the combustion process when the burner burns at low power. Since the control device is incapable of determining the optimum gas-air ratio for low power firing and instead requires a proportional adjustment, higher emission of harmful components may occur.
  • a disadvantage is that regularly harmful components can be ejected, since the burner burns each time when the controller passes through the setting process, during the determination of the peak value of the ionization temporarily at a non-optimal gas-air ratio.
  • this peak value of the ionization signal is very flat due to the gradual course and therefore can not be determined exactly.
  • the object of the invention is to provide a combustion device available that can be conveniently adapted to the conditions of use.
  • the combustion device characterized in that the control device is adapted to adjust the flow opening of the throttle device due to a change in the flow opening of the throttle device caused by the control device and a resulting change in an ionization signal generated by the Ionisationsmeßvorraum .
  • the universal applicability of the combustion device since it is optimally offset to different compositions of the gas.
  • Another advantage results from the logistical simplicity and consequently smaller inventories, since a single version of the incinerator can be used in all countries and regions.
  • a further advantage is that the combustion device is less prone to failure, since the burner is always set to be substantially optimal.
  • a further advantage is that an increased emission of polluting gases is avoided by an incorrect setting, since errors in the installation, such as by choosing a wrong Gaseinblasedüse be excluded. Another advantage is that this means less work for the installer, since no checks or adjustments by the installer are required.
  • control device is adapted to a first value of the ionization signal at a first setting the adjustable flow opening of the throttle device and measuring a second value of the ionization signal at a second differing from the first setting the flow opening of the throttle device and the flow opening of the throttle due to the relative change of the second measured value of the ionization signal from the first set the measured value of the ionization signal.
  • a measurement of the ionization in a flame by means of an ionization sensor is sensitive to contamination of the sensor and is dependent on the power supplied by the burner and other sources of error, such as aging or kinking of the sensor.
  • sources of error such as aging or kinking of the sensor.
  • control device is set up to compare the relative change of the second measured ionization signal compared to the first measured ionization signal with one or more previously determined values. That is, the relative change of the ionization signal is divided into ranges limited by these predetermined values. These ranges define groups of possible gas compositions, thereby providing the controller with one or more choices for setting the flow opening of the throttle device for each region. This offers the advantage of enabling easy control.
  • control device is adapted to adjust the flow opening of the throttle device substantially once at the first start-up of the combustion device, wherein the control device is preferably adapted to measure the ionization signal within a certain time after ignition of the flame Control device is preferably adapted to readjust the flow opening of the throttle device, if the value of the ionization signal does not coincide within a certain range with a previously measured value.
  • the combustion device preferably controls itself regularly and preferably adjusts itself, if it turns out in this control, that the measured ionization signal deviates too much from a previously measured value.
  • the throttling device may have a continuously variable flow opening
  • the throttling device consists of a finite number of throttles which can be switched on and off, wherein preferably one or more throttles which can be switched on and off have different areas of the flow opening and thus a different throttle value or at least two reactors which can be switched on and off have the same area of the flow opening and thus have the same throttle value. It is advantageous that the adjustable throttle device is thereby realized by switching on and off a number of throttles with the same or different flow opening in a simple manner.
  • the throttle is by means of a distributor with a gas supply means or air supply means connected, and is provided a switching means, the throttle by opening and closing a passage of the gas supply means or air supply means to the throttle on and off, wherein the switching means preferably includes a pneumatic piston or a solenoid valve.
  • the invention 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 received in the gas supply or in the air supply line with an adjustable flow opening and measuring a second ionization signal at a second setting of the throttle device different from the first, and adjusting the flow opening of the throttle device due to the relative change of the second measured ionization signal from the first measured ionization signal.
  • An advantage is that the adjustment of the gas-air ratio is correct; since it is tuned to the local gas composition measured by the ionization signal.
  • a second advantage is the accuracy of the setting, as it does not depend on aging, contamination or positional tolerances of the ionisation.
  • Figure 1 shows a combustion device with a burner 1 and an ionization sensor 2, which measures the ionization in the flame and a compound indicated by a broken line Ionization signal of a control device 3 transmitted.
  • the burner is supplied via an air supply line with a controllable from the controller 3 ago and controllable fan 4 with air.
  • the air is then supplied to a mixing device 5, where the air is mixed with gas.
  • the gas to be burned is supplied via a gas supply line 6 with a Gasabsperrvorettidron 7 arranged therein.
  • This Gasabsperrvortechnisch 7 includes a safety valve 8, by means of which the control device 3 can shut off the gas supply, and a control valve 9, which is released by the control device 3 and controls in this example, the amount of gas supplied depending on the amount of air sucked by the fan 4.
  • a throttle device 15 is arranged with adjustable flow opening, which comprises in the present example, three parallel, non-adjustable throttles 10, 11 and 12 with different fürflußö réelles founded and consequently different throttle value.
  • the throttles 11 and 12 are switched on and off by means of corresponding, controlled by the control device 3 valves 13 and 14, respectively.
  • the valves 13 and 14 are to be opened in a known manner by the control device 3 electromagnetically and close in a known manner by spring force.
  • the adjustable throttle device 15 can be adjusted in the mixing device 5 of the air mixed gas quantity and thereby the gas-air ratio of the burner 1 supplied mixture.
  • the control device 3 sets the throttle device 15 to a first setting of the flow opening, in which the valve 13 is open and the valve 14 is closed.
  • the control device with the ionization sensor 2 performs a first measurement of the ionization signal.
  • the control device 3 performs a second measurement of the ionization signal at a second setting of the flow opening of the throttle device 15, wherein both valve 13 and valve 4 are opened by.
  • the controller 3 determines the relative change of the ionization signal between the first and second measurements. This relative change is compared by the control device 3 with two threshold values.
  • the control device 3 decides to switch on only throttle 10 by closing the valves 13 and 14 to the throttles 11 and 12. If the relative change between the first and the second threshold value, the control device 3 opens the valve 13 and closes valve 14, whereby the throttles 10 and 11 are connected in parallel. If the relative change in the ionization signal is above the second threshold value, the valves 13 and 14 are both opened, as a result of which the throttles 10, 11 and 12 are now connected in parallel. Now, the throttle device 15 is set so that the burner 1, a mixture with an appropriate, clean combustion enabling gas-air ratio is supplied. Finally, the control device performs a measurement of the ionization signal at the selected setting of the throttle device and stores this comparison value Inormal.
  • the controller 3 of the combustion device measures the ionization by means of the ionization sensor 2 after each subsequent firing of the burner 1 and compares the ionization signal with the ionization signal Inormal which, as already mentioned, is measured immediately after the throttle device 15 has been adjusted has been.
  • the control device carries out the above-described setting of the throttle device again. On the other hand, if the ionization signal already agrees with the previously measured signal Inormal within this tolerance, then the control device does not change the setting of 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, one or more throttles 10, 11, 12 can be closed or opened.
  • the piston 21 can be pushed in or out in a known manner, for example pneumatically, by the control device 3.
  • the throttle device is not arranged in the gas supply line, but in an air supply passage, whereby the gas supply, but the air supply is adapted to readjust the gas-air ratio of the gas mixture supplied to the burner.
  • the flow opening of the throttling device may be adjusted so that the desired setting is stored in a table depending on the region and the control device is notified of the region during assembly or by the control device providing the desired setting or offered gas composition via an optional wireless network connection For example, an Internet connection or a wireless telephone connection is communicated.

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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.
  • Gemäß der Erfindung 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.
  • Weiterhin 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 (13)

  1. Verbrennungseinrichtung mit einem Brenner (1) zum Verbrennen eines Gas-Luft-Gemischs, einer Gaszuleitung (6), sowie einer Luftzuleitung (4), einer Steuervorrichtung (3) zum Steuern des Verbrennungsprozesses, und eine mit der Steuervorrichtung gekuppelten Ionisationsmessvorrichtung, wobei in der Gaszuleitung (6) oder in der Luftzuleitung (4) eine Drosselvorrichtung (15) mit einer durch die Steuervorrichtung (3) einstellbaren Durchflußöffnung angeordnet ist, wobei 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, und
    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, 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.
  2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, 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.
  3. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, das Ionisationssignal innerhalb einer bestimmten Zeit nach einem Zünden der Flamme zu messen.
  4. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 3, 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.
  5. 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.
  6. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere zu- und abschaltbare Drosseln (11, 12) unterschiedliche Flächen der Durchflußöffnung und damit einen unterschiedlichen Drosselwert aufweisen.
  7. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zu- und abschaltbare Drosseln (11, 12) eine gleiche Fläche der Durchflußöffnung und damit einen gleichen Drosselwert aufweisen.
  8. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Drosseln parallel (10, 11, 12) geschaltet werden können.
  9. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (10, 11, 12) mittels eines Verteilers mit einem Gaszuleitungsmittel (6) oder Luftzuleitungsmittel (4) verbunden ist.
  10. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 9, 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.
  11. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltmittel (13, 14) einen pneumatischen Kolben beinhaltet.
  12. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschaltmittel (13, 14) ein Magnetventil beinhaltet.
  13. 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,
    und weiter Schritte sind:
    - 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, gekennzeichnet, durch
    das vergleichen der relative Änderung des zweiten gemessenen Ionisationssignals gegenüber dem ersten gemessenen Ionisationssignal mit einem oder mehreren vorher bestimmten Werten.
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