EP2354657B1 - Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners - Google Patents

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EP2354657B1
EP2354657B1 EP11000080.9A EP11000080A EP2354657B1 EP 2354657 B1 EP2354657 B1 EP 2354657B1 EP 11000080 A EP11000080 A EP 11000080A EP 2354657 B1 EP2354657 B1 EP 2354657B1
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EP
European Patent Office
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gas
gas burner
combustion
air mixture
ionization
Prior art date
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EP11000080.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2354657A3 (de
EP2354657A2 (de
Inventor
Wim Munsterhuis
Gerwin Langius
Frank Van Prooijen
Geert S. Meyerink
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Garrett Motion SARL
Original Assignee
Honeywell Technologies SARL
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Publication date
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Publication of EP2354657A3 publication Critical patent/EP2354657A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/20—Calibrating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a gas burner according to the preamble of claim 1 or 3.
  • a gas burner is supplied with a gas-combustion air mixture to burn the gas of the gas-combustion air mixture in the gas burner.
  • a flame is formed in the gas burner, it being already known from the prior art to check the presence of a flame in the gas burner by means of an ionization current provided by an ionization sensor. This can be ensured that when no flame is formed despite supplying a gas-combustion air mixture to the gas burner in the gas burner, that further supply of the gas-combustion air mixture can be suppressed to the gas burner.
  • the EP 1 293 727 A1 and the US 2004/009442 disclose further methods for operating a gas burner.
  • the invention is based on the problem to provide a novel method for operating a gas burner.
  • the composition of the gas-combustion air mixture in terms of calibration in defined operating points of the gas burner is discontinuously adjusted based on the ionization provided with the aid of the ionization, so that depending on the ionization adjusted the opening position of an integrated gas line in a gas valve and then with this Adjusting the amount of the gas burner to be supplied gas-combustion air mixture on the speed of a fan or blower independent of the ionisationsstrom regulated, is determined from the ionization provided by the ionization ionization current, if and if so to what extent the gas burner supplied gas combustion air mixture and a combustion chamber of the gas burner contains impurities, wherein, when it is determined that these impurities or the extent thereof are smaller than a first limit value, based on the de ionization current provided the composition of the gas-combustion air mixture is adjusted in terms of calibration, and when it is determined that these impurities or the extent thereof are
  • the composition and / or the amount of the gas-combustion air mixture in the sense of a control during operation of the gas burner is continuously or continuously or quasi-continuously set on the basis of the provided by means of the ionization Ionisationsstroms such that a dependent of the ionization current value with a corresponding setpoint value is compared and depending on a deviation determined between the setpoint and the actual value, the opening position of a gas valve integrated in a gas line and / or the speed of a fan or blower controlled, is determined from the ionization provided by the ionization sensor, if and where appropriate to what extent the gas burner combustion gas mixture supplied to the gas burner and a combustion chamber of the gas burner contains impurities, and then, if it is found that these impurities or the circumference thereof smaller than a first Gr are valued, on the basis of the provided by means of the ionization Ionisationsstroms the composition and / or amount of
  • the measured value of the ionization sensor is used not only for a new functionality when operating a gas burner, but also the quality in the adjustment of the composition and / or the amount of the gas burner to be supplied gas combustion air mixture can be increased.
  • Fig. 1 shows a highly schematic of a gas burner 10, wherein a combustion chamber 11 of the gas burner 10, a gas-combustion air mixture is supplied to burn the gas of the gas-combustion air mixture in the combustion chamber 11 of the gas burner 10.
  • a gas-combustion air mixture is supplied to burn the gas of the gas-combustion air mixture in the combustion chamber 11 of the gas burner 10.
  • a flame 12 in accordance with Fig. 1 an ionization sensor 13 protrudes.
  • the gas combustion air mixture to be supplied to the combustion chamber 11 of the gas burner 10 is supplied to the combustion chamber 11 of the gas burner 10 by means of a fan 14, which draws combustion air from a combustion air line 15.
  • the sucked combustion air is mixed with also sucked gas, which is conveyed via a gas line 16 in the direction of the combustion air line 15, wherein in the gas line 16, a gas valve 17 is integrated.
  • the composition of the gas-combustion air mixture can be adjusted.
  • the amount of the gas burner to be supplied gas-combustion air mixture can be adjusted.
  • gas valve 17 16 In addition to the gas valve 17 16 further gas valves 18 and 19 are integrated in the illustrated embodiment in the gas line, which serve a safety function.
  • the controller 20 transmits an actuator 21 of the gas valve 17, a control signal.
  • the controller 20 transmits to an actuator 22 of the fan 14, a corresponding control signal.
  • the control device 20 determines whether and / or to what extent or in what quantity the gas-combustion-air mixture fed to the gas burner and the combustion chamber 11 of the gas burner 10 contaminants, namely flammable Impurities, comprises or contains.
  • the controller 20 determines the composition and / or amount of the impurity the gas burner supplied gas-combustion air mixture adjusted by the controller 20 generates a control signal for the actuator 21 of the gas valve 17 and / or an actuating signal for the actuator 22 of the fan 14 depending on the currently provided ionization. If, on the other hand, it is found that these impurities or the extent or amount of impurities is or is greater than a second limit value, the composition and / or the quantity of the gas combustion air is determined on the basis of the ionization current provided by the ionization sensor 13.
  • the controller 20 keeps the composition and / or amount of the combustion chamber 11 of the gas burner 10 to be supplied gas combustion air mixture unchanged or constant, namely until it is found that the impurities or the extent of the impurities in the gas burner to be supplied gas combustion air mixture and in the combustion chamber 11 are smaller than the first limit or is.
  • the second limit may be greater than the first limit to form a hysteresis effect. In contrast, however, it is also possible that the first limit value corresponds to the second limit value.
  • the threshold (s) may be fixed or variable over the modulation range of the gas burner 10.
  • the composition and / or the quantity of the gas combustion air mixture to be supplied to the gas burner 10 are adjusted continuously or continuously or quasi-continuously in the sense of regulation during operation of the gas burner 10, in that an actual value dependent on the ionization current is compared with a corresponding setpoint value and the open position of the gas valve 17 integrated in a gas line 16 and / or the rotational speed of a fan 14 is regulated as a function of a deviation determined in this case.
  • This setting in the sense of a regulation is preferably carried out over the entire modulation range between full load and minimum partial load of the gas burner 10.
  • the composition of the gas burner 10 to be supplied gas combustion air mixture is adjusted discontinuously in the sense of a calibration in defined operating points of the gas burner based on the ionization measured by the ionization 13, that depending on the ionization the opening position of the in the Gas line 16 integrated gas valve 17 is set and then with this setting, the amount of the gas burner to be supplied gas-combustion air mixture is controlled by the speed of a fan or blower 14 regardless of the ionization.
  • a calibrated gas-air composite control is established with the control of fixed composition of the gas-combustion air mixture, the composition is then calibrated according to the invention.
  • This setting in the sense of a calibration is carried out exclusively in a modulation range in the vicinity of the full load of the gas burner 10, in particular in a modulation range between 70% and 100% of the full load of the gas burner 10, in defined operating points.
  • the invention is therefore based on the finding that in the gas-combustion air mixture and in the combustion chamber 11 of the gas burner 10 combustible impurities may be included, which adversely affect the quality of a Ionisationsstroms provided by the ionization 13 to the controller 20 ionization.
  • Fig. 2 two curves 23 and 24 are shown, for each of the time t, the ionization current I is plotted.
  • the curve 23 corresponds to an ionization current I, which then forms when 11 impurities are contained in a relatively large extent in the gas combustion air mixture and / or in the combustion chamber.
  • An ionization current I according to the curve 24 is formed when in the gas-combustion air mixture and in the combustion chamber 11 as well as no or relatively small impurities are included.
  • Fig. 2 shows that combustible impurities in the gas combustion air mixture or in the combustion chamber 11 of the gas burner cause significant fluctuations in the measurement signal or ionization I I.
  • Fig. 3 is over the circumference of the combustible impurities V in the gas-combustion air mixture or in the combustion chamber 11 of the gas burner 10, an ionization current I in the form of three curves 25, 26 and 27 plotted, wherein the curve 25 an average ionization depending on the extent of the combustible Impurities V corresponds, and wherein the curves 26 and 27 correspond to this mean plus or minus a standard deviation of the ionization current.
  • a measured value of the ionization current is detected and stored at defined time intervals for determining whether and / or to what extent the gas combustion gas mixture supplied to the gas burner or the combustion chamber 11 thereof combustible impurities a defined number of successive measurements, the standard deviation of the ionization current is determined.
  • This standard deviation of the ionization current is then compared with a corresponding first limit value and a corresponding second limit value such that, if the standard deviation of the ionization current is smaller than the first limit value, the composition and / or quantity of the gas gas to be supplied to the gas burner is determined on the basis of the ionization current. Combustion air mixture is adjusted.
  • the second limit value may be greater than the first limit value or correspond to the first limit value.
  • the composition and / or amount of the gas combustion air mixture to be supplied to the gas burner is set on the basis of the ionization flow.
  • the composition and / or amount of the gas combustion air mixture to be supplied to the gas burner is not adjusted based on the ionization flow, but kept unchanged.
  • the second limit value may be greater than the first limit value or correspond to the first limit value.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 3.
  • Einem Gasbrenner wird ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt, um das Gas des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Gasbrenner zu verbrennen. Hierbei bildet sich im Gasbrenner eine Flamme aus, wobei es aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist, das Vorhandensein einer Flamme im Gasbrenner anhand eines lonisationsstroms zu überprüfen, der von einem Ionisationssensor bereitgestellt wird. Hiermit kann gewährleistet werden, dass dann, wenn sich trotz Zuführen eines Gas-Verbrennungsluft-Gemischs zum Gasbrenner im Gasbrenner keine Flamme ausbildet, dass weitere Zuführen des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs zum Gasbrenner unterbunden werden kann.
  • Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, auf Grundlage des von einem Ionisationssensor bereitgestellten bzw. gemessenen Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder die Menge des dem Gasbrenner, nämlich einer Brennkammer desselben, zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs einzustellen, insbesondere zu regeln.
  • So ist es aus der EP 1 002 997 A2 bekannt, auf Grundlage eines von einer lonisations-Elektrode gemessenen Ionisationssignals eine Luftzahlregelung eines mit einem Lüfter und einem Gasventil versehenen Gasbrenners auszuführen. Aus der WO 2009/089886 A2 ist es bekannt, mit Hilfe des Ionisationsstroms zu überwachen, ob eine stabile oder instabile Verbrennung im Gasbrenner vorliegt. In der DE 102 58 187 B4 wird vorgeschlagen, auf dem Ionisationsstroms auf einen Verschmutzungs- und/oder Verstopfungszustand eines Siphons zu schließen.
  • Die EP 1 293 727 A1 und die US 2004/009442 offenbaren weitere Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners.
  • Bislang bekannte Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners, die auf Grundlage eines von einem Ionisationssensor gemessenen Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemisch einstellen, lassen außer Betracht, dass der Ionisationsstrom nicht nur von der Zusammensetzung und/oder Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs abhängig ist, sondern auch von brennbaren Verunreinigungen, die in dem der Brennkammer des Gasbrenners zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs sowie in der Brennkammer des Gasbrenners enthalten sind. Falls diese Verunreinigungen gering sind, kann der Effekt derselben auf den Ionisationsstrom vernachlässigt werden. Dann hingegen, wenn Verunreinigungen in großem Umfang vorliegen, ist der Einfluss derselben auf das Ionisationssignal so stark, dass sich Ungenauigkeiten in der Einstellung ergeben können. Dies von Nachteil und muss zuverlässig vermieden werden.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners zu schaffen.
  • Dieses Problem wird nach einem ersten Aspekt durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Hiernach wird auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne einer Kalibrierung in definierten Betriebspunkten des Gasbrenners diskontinuierlich derart eingestellt wird, dass abhängig vom Ionisationsstrom die Öffnungsstellung eines in eine Gasleitung integrierten Gasventils eingestellt und anschließend mit dieser Einstellung die Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs über die Drehzahl eines Lüfters bzw. Gebläses unabhängig vom lonisationsstrom geregelt, wobei aus dem vom Ionisationssensor bereitgestellten lonisationsstrom ermittelt wird, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie eine Brennkammer des Gasbrenners Verunreinigungen enthält, wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben kleiner als ein erster Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne der Kalibrierung eingestellt wird, und wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben größer als ein zweiter Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des lonisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs Sinne der Kalibrierung nicht eingestellt wird.
  • Dieses Problem wird nach einem zweiten Aspekt durch ein Verfahren nach Anspruch 3 gelöst. Hiernach wird auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder die Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne einer Regelung während des Betriebs des Gasbrenners fortlaufend bzw. kontinuierlich oder quasikontinuierlich derart eingestellt wird, dass ein vom Ionisationsstrom abhängiger Istwert mit einem entsprechenden Sollwert verglichen und abhängig von einer hierbei ermittelten Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert die Öffnungsstellung eines in eine Gasleitung integrierten Gasventils und/oder die Drehzahl eines Lüfters bzw. Gebläses geregelt, wobei aus dem vom Ionisationssensor bereitgestellten Ionisationsstrom ermittelt wird, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie eine Brennkammer des Gasbrenners Verunreinigungen enthält, wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben kleiner als ein erster Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne der Regelung eingestellt wird, und wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben größer als ein zweiter Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne der Regelung nicht eingestellt wird.
  • Mit beiden Aspekten der Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, das vom lonisationssensor bereitgestellte Messsignal, also den Ionisationsstrom, dahingehend auszuwerten, dass auf Grundlage des Ionisationsstroms festgestellt wird, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang bzw. in welcher Menge das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie die Brennkammer des Gasbrenners brennbare Verunreinigungen enthalten, welche die Qualität des vom Ionisationssensor bereitgestellten Messsignals beeinträchtigen.
  • Hierdurch wird der Messwert des Ionisationssensors nicht nur für eine neue Funktionalität beim Betreiben eines Gasbrenners genutzt, vielmehr kann auch die Qualität in der Einstellung der Zusammensetzung und/oder der Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs gesteigert werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1:
    ein Blockschaltbild eines Gasbrenners zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Gasbrenners;
    Fig. 2:
    ein erstes Diagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Gasbrenners; und
    Fig. 3:
    ein zweites Diagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Gasbrenners.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners. Fig. 1 zeigt stark schematisiert einen Gasbrenner 10, wobei einer Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch zugeführt wird, um das Gas des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs in der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 zu verbrennen. Bei der Verbrennung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs in der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 bildet sich in der Brennkammer 11 gemäß Fig. 1 eine Flamme 12 aus, in die gemäß Fig. 1 ein Ionisationssensor 13 hineinragt.
  • Das der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 zuzuführende Gas-Verbrennungsluft-Gemisch wird der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 mithilfe eines Lüfters 14 zugeführt, der Verbrennungsluft aus einer Verbrennungsluftleitung 15 ansaugt. Die angesaugte Verbrennungsluft wird mit ebenfalls angesaugtem Gas gemischt, welches über eine Gasleitung 16 in Richtung auf die Verbrennungsluftleitung 15 gefördert wird, wobei in die Gasleitung 16 ein Gasventil 17 integriert ist.
  • Über das Gasventil 17 kann die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs eingestellt werden. Über den Lüfter 14 kann die Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs eingestellt werden.
  • Neben dem Gasventil 17 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in die Gasleitung 16 weitere Gasventile 18 und 19 integriert, die einer Sicherheitsfunktion dienen.
  • Das vom Ionisationssensor 13 bereitgestellte Messsignal, nämlich der vom Ionisationssensor 13 gemessene Ionisationsstrom, wird einer Steuerungseinrichtung 20 zugeführt, wobei die Steuerungseinrichtung 20 auf Grundlage des vom Ionisationssensor 13 bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs einstellt. Zur Einstellung der Zusammensetzung des dem Gasbrenner bzw. der Brennkammer 11 desselben zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs übermittelt die Steuerungseinrichtung 20 einem Aktuator 21 des Gasventils 17 ein Stellsignal. Zur Einstellung der Menge des dem Gasbrenner, nämlich der Brennkammer 11 desselben, zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs übermittelt die Steuerungseinrichtung 20 an einen Aktuator 22 des Lüfters 14 ein entsprechendes Stellsignal.
  • Erfindungsgemäß wird aus dem vom Ionisationssensor 13 bereitgestellten lonisationsstrom, vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung 20, ermittelt, ob und/oder in welchem Umfang bzw. in welcher Menge das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie die Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 Verunreinigungen, nämlich brennbare Verunreinigungen, aufweist bzw. enthält. Dann, wenn festgestellt wird, dass diese Verunreinigungen bzw. der Umfang bzw. die Menge der Verunreinigungen kleiner als ein erster Grenzwert sind bzw. ist, wird auf Basis des mithilfe des Ionisationssensors 13 bereitgestellten Ionisationsstroms von der Steuerungseinrichtung 20 die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs eingestellt, indem die Steuerungseinrichtung 20 abhängig vom aktuell bereitgestellten Ionisationsstrom ein Stellsignal für den Aktuator 21 des Gasventils 17 und/oder ein Stellsignal für den Aktuator 22 des Lüfters 14 erzeugt. Wird hingegen festgestellt, dass diese Verunreinigungen bzw. der Umfang bzw. die Menge der Verunreinigungen größer als ein zweiter Grenzwert sind bzw. ist, so wird auf Basis des mithilfe des Ionisationssensors 13 bereitgestellten lonisationsstroms die Zusammensetzung und/oder die Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs nicht eingestellt, vielmehr hält die Steuerungseinrichtung 20 die Zusammensetzung und/oder Menge des der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs unverändert bzw. konstant, nämlich so lange, bis festgestellt wird, dass die Verunreinigungen bzw. der Umfang der Verunreinigungen im dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs sowie in der Brennkammer 11 kleiner als der erste Grenzwert sind bzw. ist.
  • Der zweite Grenzwert kann dabei größer als der erste Grenzwert sein, um einen Hystereseeffekt auszubilden. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, dass der erste Grenzwert dem zweiten Grenzwert entspricht. Der oder die Grenzwerte können über den Modulationsbereich des Gasbrenners 10 fest oder variabel sein.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird auf Basis des vom Ionisationssensor 13 gemessenen Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder die Menge des dem Gasbrenner 10 zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne einer Regelung während des Betriebs des Gasbrenners 10 fortlaufend bzw. kontinuierlich oder quasikontinuierlich derart eingestellt, dass ein vom Ionisationsstrom abhängiger Istwert mit einem entsprechenden Sollwert verglichen und abhängig von einer hierbei ermittelten Abweichung die Öffnungsstellung des in eine Gasleitung 16 integrierten Gasventils 17 und/oder die Drehzahl eines Lüfters 14 geregelt wird.
  • Diese Einstellung im Sinne einer Regelung wird vorzugsweise über den gesamten Modulationsbereich zwischen Volllast und minimaler Teillast des Gasbrenners 10 durchgeführt.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auf Basis des vom Ionisationssensor 13 gemessenen Ionisationsstroms die Zusammensetzung des dem Gasbrenner 10 zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne einer Kalibrierung in definierten Betriebspunkten des Gasbrenners diskontinuierlich derart eingestellt wird, dass abhängig vom Ionisationsstrom die Öffnungsstellung des in die Gasleitung 16 integrierten Gasventils 17 eingestellt und anschließend mit dieser Einstellung die Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs über die Drehzahl eines Lüfters bzw. Gebläses 14 unabhängig vom Ionisationsstrom geregelt wird. Auf dieser Art und Weise wird dann eine kalibrierte Gas-Luft-Verbundregelung etabliert mit bei der Regelung fester Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs, wobei die Zusammensetzung dann im Sinne der Erfindung kalibrierbar ist.
  • Diese Einstellung im Sinne einer Kalibrierung wird ausschließlich in einem Modulationsbereich in der Nähe der Volllast des Gasbrenners 10 durchgeführt, insbesondere in einem Modulationsbereich zwischen 70% und 100% der Volllast des Gasbrenners 10, und zwar in definierten Betriebspunkten.
  • Der Erfindung liegt demnach die Erkenntnis zugrunde, dass in dem Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie in der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 brennbare Verunreinigungen enthalten sein können, welche die Qualität eines vom lonisationssensor 13 dem Regler 20 bereitgestellten Ionisationsstroms negativ beeinflussen.
  • In Fig. 2 sind zwei Kurven 23 und 24 gezeigt, für die jeweils über der Zeit t der lonisationsstrom I aufgetragen ist. Die Kurve 23 entspricht dabei einem lonisationsstrom I, der sich dann ausbildet, wenn im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch und/oder in der Brennkammer 11 Verunreinigungen in relativ großem Umfang enthalten sind. Ein lonisationsstrom I gemäß der Kurve 24 bildet sich dann aus, wenn im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie in der Brennkammer 11 so gut wie keine bzw. relativ geringe Verunreinigungen enthalten sind. Fig. 2 zeigt, dass brennbare Verunreinigungen im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch bzw. in der Brennkammer 11 des Gasbrenners deutliche Schwankungen im Messsignal bzw. Ionisationsstrom I verursachen.
  • In Fig. 3 ist über dem Umfang der brennbaren Verunreinigungen V im Gas-Verbrennungsluft-Gemisch bzw. in der Brennkammer 11 des Gasbrenners 10 ein lonisationsstrom I in Form von drei Kurven 25, 26 und 27 aufgetragen, wobei die Kurve 25 einem durchschnittlichen Ionisationsstrom abhängig vom Umfang der brennbaren Verunreinigungen V entspricht, und wobei die Kurvenverläufe 26 bzw. 27 diesem Mittelwert zuzüglich bzw. abzüglich einer Standardabweichung des Ionisationsstroms entsprechen. Fig. 3 kann entnommen werden, dass sich mit zunehmendem Umfang der brennbaren Verunreinigungen V der Mittelwert 25 des Ionisationsstroms zwar nur geringfügig ändert, dass jedoch die Standardabweichungen des Ionisationsstroms abhängig von dem Umfang der brennbaren Verunreinigungen V für eine deutliche Änderung in den Kurvenverläufen 26 und 27 sorgen.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für die Ermittlung, ob und/oder in welchem Umfang das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch bzw. die Brennkammer 11 desselben brennbare Verunreinigungen aufweist, in definierten Zeitabständen einen Messwert des Ionisationsstroms erfasst und gespeichert, wobei für eine definierte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen die Standardabweichung des Ionisationsstroms ermittelt wird.
  • Diese Standardabweichung des Ionisationsstroms wird dann mit einem entsprechenden ersten Grenzwert und einem entsprechenden zweiten Grenzwert derart verglichen, dass dann, wenn die Standardabweichung des Ionisationsstroms kleiner als der erste Grenzwert ist, auf Basis des Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs eingestellt wird.
  • Dann hingegen, wenn die Standardabweichung des Ionisationsstroms größer als ein entsprechender zweiter Grenzwert ist, wird auf Basis des Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs nicht eingestellt, sondern unverändert bleibt. Dabei kann, wie bereits ausgeführt, der zweite Grenzwert größer als der erste Grenzwert sein oder dem ersten Grenzwert entsprechen.
  • Im Unterschied zur oben beschriebenen Ermittlung des Umfangs der brennbaren Verunreinigungen auf Basis der Standardabweichung des Ionisationsstroms ist es alternativ auch möglich, in definierten Zeitabständen einen Messwert des Ionisationsstroms zu erfassen und zu speichern, wobei dann überprüft wird, wie viele dieser Messwerte aus einer definierten Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen größer als ein oberer Grenzwert für den Ionisationsstrom oder kleiner als ein unterer Grenzwert für denselben sind. Dann, wenn diese Teilmenge aus der Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen kleiner als ein entsprechender erster Grenzwert ist, wird auf Basis des Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs eingestellt. Dann hingegen, wenn die Teilmenge aus der Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen größer als ein entsprechender zweiter Grenzwert ist, wird auf Basis des Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs nicht eingestellt, sondern wieder unverändert gehalten. Dabei kann der zweite Grenzwert größer als der erste Grenzwert sein oder dem ersten Grenzwert entsprechen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Gasbrenner
    11
    Brennkammer
    12
    Flamme
    13
    Ionisationssensor
    14
    Lüfter
    15
    Verbrennungsluftleitung
    16
    Gasleitung
    17
    Gasventil
    18
    Gasventil
    19
    Gasventil
    20
    Steuerungseinrichtung
    21
    Aktuator
    22
    Aktuator
    23
    Kurve
    24
    Kurve
    25
    Kurve
    26
    Kurve
    27
    Kurve

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners, wobei dem Gasbrenner ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch zur Verbrennung im Gasbrenner zugeführt wird, wobei mit Hilfe eines einen Ionisationsstrom als Messgröße bereitstellenden Ionisationssensors eine sich bei der Verbrennung im Gasbrenner ausbildende Flamme des Gasbrenners überwacht wird, und wobei auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder die Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten lonisationsstroms die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne einer Kalibrierung in definierten Betriebspunkten des Gasbrenners diskontinuierlich derart eingestellt wird, dass abhängig vom Ionisationsstrom die Öffnungsstellung eines in eine Gasleitung integrierten Gasventils eingestellt und anschließend mit dieser Einstellung die Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs über die Drehzahl eines Lüfters bzw. Gebläses unabhängig vom Ionisationsstrom geregelt wird, wobei aus dem vom Ionisationssensor bereitgestellten Ionisationsstrom ermittelt wird, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch und eine Brennkammer des Gasbrenners Verunreinigungen enthält, wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben kleiner als ein erster Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne der Kalibrierung eingestellt wird, und wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben größer als ein zweiter Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten lonisationsstroms die Zusammensetzung des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne der Kalibrierung nicht eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung im Sinne der Kalibrierung ausschließlich in einem Modulationsbereich in der Nähe der Volllast des Gasbrenners durchgeführt wird.
  3. Verfahren zum Betreiben eines Gasbrenners, wobei dem Gasbrenner ein Gas-Verbrennungsluft-Gemisch zur Verbrennung im Gasbrenner zugeführt wird, wobei mit Hilfe eines einen Ionisationsstrom als Messgröße bereitstellenden Ionisationssensors eine sich bei der Verbrennung im Gasbrenner ausbildende Flamme des Gasbrenners überwacht wird, und wobei auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder die Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten lonisationsstroms die Zusammensetzung und/oder die Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne einer Regelung während des Betriebs des Gasbrenners fortlaufend bzw. kontinuierlich oder quasikontinuierlich derart eingestellt wird, dass ein vom Ionisationsstrom abhängiger Istwert mit einem entsprechenden Sollwert verglichen und abhängig von einer hierbei ermittelten Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert die Öffnungsstellung eines in eine Gasleitung integrierten Gasventils und/oder die Drehzahl eines Lüfters bzw. Gebläses geregelt wird, wobei aus dem vom Ionisationssensor bereitgestellten lonisationsstrom ermittelt wird, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch und eine Brennkammer des Gasbrenners Verunreinigungen enthält, wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben kleiner als ein erster Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des Ionisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne der Regelung eingestellt wird, und wobei dann, wenn festgestellt wird, das diese Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben größer als ein zweiter Grenzwert sind, auf Basis des mit Hilfe des lonisationssensors bereitgestellten Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des Gas-Verbrennungsluft-Gemischs im Sinne der Regelung nicht eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung im Sinne der Regelung über den gesamten Modulationsbereich des Gasbrenners durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn festgestellt wird, das die in dem Gasbrenner zugeführten Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie in der Brennkammer des Gasbrenners enthaltenen Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben größer als ein zweiter Grenzwert sind, die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs unverändert gehalten wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs solange unverändert gehalten wird, bis festgestellt wird, das die in dem Gasbrenner zugeführten Gas-Verbrennungsluft-Gemisch sowie in der Brennkammer des Gasbrenners enthaltenen Verunreinigungen bzw. der Umfang derselben kleiner als der erste Grenzwert sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Grenzwert größer als der erste Grenzwert ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Grenzwert dem ersten Grenzwert entspricht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch und die Brennkammer des Gasbrenners Verunreinigungen enthält, in definierten Zeitabständen ein Messwert des Ionisationsstroms erfasst und gespeichert wird, wobei über eine definierte Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen die Standartabweichung des Ionisationsstroms ermittelt wird, wobei die Standartabweichung des lonisationsstroms mit dem ersten Grenzwert und dem zweiten Grenzwert derart verglichen wird, dass dann, wenn die Standartabweichung des Ionisationsstroms kleiner als der erste Grenzwert ist, auf Basis des aktuellen Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs geregelt wird, und dass dann, wenn die Standartabweichung des Ionisationsstroms größer als der zweite Grenzwert ist, auf Basis des aktuellen Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs nicht geregelt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang das dem Gasbrenner zugeführte Gas-Verbrennungsluft-Gemisch und die Brennkammer des Gasbrenners Verunreinigungen enthält, in definierten Zeitabständen ein Messwert des Ionisationsstroms erfasst und gespeichert wird, wobei überprüft wird, wie viele Messwerte aus einer definierten Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen größer als ein oberer Grenzwert oder kleiner als ein unterer Grenzwert sind, wobei diese Teilmenge aus der Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen mit dem ersten Grenzwert und dem zweiten Grenzwert derart verglichen wird, dass dann, wenn die Teilmenge aus der Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen kleiner als der erste Grenzwert ist, auf Basis des aktuellen Ionisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs geregelt wird, und dass dann, wenn die Teilmenge aus der Anzahl von aufeinanderfolgenden Messungen größer als der zweite Grenzwert ist, auf Basis des aktuellen lonisationsstroms die Zusammensetzung und/oder Menge des dem Gasbrenner zuzuführenden Gas-Verbrennungsluft-Gemischs nicht geregelt wird.
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