EP2405198B1 - Verfahren zur Kalibrierung der Regelung des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners - Google Patents

Verfahren zur Kalibrierung der Regelung des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners Download PDF

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EP2405198B1
EP2405198B1 EP11005288A EP11005288A EP2405198B1 EP 2405198 B1 EP2405198 B1 EP 2405198B1 EP 11005288 A EP11005288 A EP 11005288A EP 11005288 A EP11005288 A EP 11005288A EP 2405198 B1 EP2405198 B1 EP 2405198B1
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EP
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fuel gas
gas
signal
fuel
ionisation
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Jochen Dr. Wriske
Hans-Josef Weiser
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Vaillant GmbH
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    • F23N2900/05181—Controlling air to fuel ratio by using a single differential pressure detector

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a device for controlling the fuel gas-air ratio of a combustion gas-powered burner.
  • the air ratio is first increased until the flame lifts, which is detected by a flame sensor. Then the mixture is defined again enriched by reducing the air supply.
  • the invention has for its object to provide a method for calibrating a device for controlling the fuel gas-air ratio of a gas-powered burner with differential pressure sensor between the fuel gas and combustion air line without oxygen - or carbon dioxide measurement of the exhaust gas.
  • the object is achieved in that in a fuel gas burner with differential pressure, mass or flow sensor between fuel gas and combustion air line during operation of the burner, the fuel gas-air mixture is emaciated and in this case the ionization signal is measured continuously. From the ionization signal a gradient is formed during the change. If the gradient exceeds a certain value, or if the gradient rises disproportionately in comparison to the previous course, then the emaciation is ended and the fuel gas-air mixture is enriched in a defined manner. In this state, the signal of the differential pressure, mass or volume flow sensor is measured. In the case in which the sensor flows through or is subjected to a differential pressure, the control device must be readjusted. For this purpose, the fuel gas flow is changed by changing the diameter or any other change in the resistance of the throttle.
  • the change in diameter or other change in the resistance of the throttle can be carried out step by step, with ionization calibration again after each step.
  • the process is terminated as soon as after ionization calibration Measuring signal of the differential pressure sensor, flow sensor or mass flow sensor falls below a predetermined limit.
  • the method is terminated only after a lonisationskalibrierung the measurement signal of the differential pressure sensor, flow sensor or mass flow sensor falls below a predetermined limit and then a change in diameter or other change in the resistance of the throttle continuously until the measurement signal of the differential pressure sensor, flow sensor or mass flow sensor balanced pressure , or no volume or mass flow indicates.
  • the diameter change or other change in the resistance of the throttle takes place until the measuring signal of the differential pressure sensor, volume flow sensor or mass flow sensor indicates a balanced pressure or no volume or mass flow.
  • the measurement signal of the ionization signal measurement is highly dependent on deposits on the electrode as well as the position of the electrode. Therefore, it is not appropriate to use exceeding or falling below a certain absolute value as a relevant event.
  • the sharp increase in the gradient is a sure sign that the flame will soon lift off as the proportion of air increases further.
  • the gradient can be determined by dividing the difference signal of the ionization electrode with the differential speed of the fan motor. Alternatively, a division of the difference signal of the ionization with the difference position of the actuator of a gas valve or a differential time unit can be done.
  • the signal of the ionization electrode can be detected by serially connecting a constant voltage source to the flame of the burner and a resistor, and measuring the voltage drop across the resistor.
  • FIG. 1 shows a burner 1 with blower 8 with blower motor 9 in an air inlet 12.
  • air inlet 12 opens a gas line 13, in which a gas valve 10 with actuator 11 and a throttle 15 with actuator 16 is located.
  • the blower motor 9 and the actuator 11 of the gas valve 10 and the actuator 16 of the throttle 15 are connected to a controller 7.
  • a differential pressure sensor 14 Between the gas line 13 and the air inlet 12 is a differential pressure sensor 14, which is also connected to the controller 7.
  • the burner 1 is a flame 2, in which an ionization electrode 3 protrudes.
  • the ionization electrode 3 is connected to a voltage source 4. This is connected to its second electrode with a resistor 5, which in turn is connected to the burner 1. Parallel to the resistor 5, a voltmeter 6 is connected, which is connected to the controller 7.
  • the fan 8 sucks in combustion air via the air inlet 12.
  • the speed n of the fan 8 can be adjusted continuously.
  • the actuator 16 of the throttle 15, preferably a stepper motor, remains in a constant position, so that the throttle has a constant cross-section.
  • the gas valve 10 Via the gas valve 10, the amount of fuel gas supplied, which flows in via the gas line 13, can be changed continuously; In this case, the number of steps n s of the actuator 11 is detected.
  • fuel gas and air are mixed with each other and ignited at the outlet of the burner 1, so that a flame 2 is formed.
  • the controller 7 controls the blower motor 9. The controller 7 adjusts the actuator 11 of the gas valve 10 such that equal pressures are applied to both sides of the differential pressure sensor 14.
  • FIG. 2 shows the course of the measured at the resistor 5 voltage U on the air ratio ⁇ and the fan speed n.
  • a safety device e.g. the gas valve 10 locks the fuel gas supply.
  • the burner 1 first runs with a previously unknown excess of air.
  • the speed n of the blower 8 is increased.
  • the air ratio ⁇ increases.
  • the voltage drop U across the resistor 5 is measured continuously over the time t and passed on to the controller 7.
  • the gradient ⁇ U / ⁇ n is calculated.
  • the air ratio ⁇ is then about 1.6.
  • the speed n of the blower is now deliberately reduced in such a way that an air ratio ⁇ ⁇ 1.25 is established.
  • the air ratio is not measured in this case, but rather the speed is defined defined according blower characteristic, so that a corresponding reduction of the air mass flow is expected. This process is called ionization calibration.
  • the cross section of the throttle 15 is increased by adjusting the actuator 16, so that more fuel gas flows upon activation of the constant pressure control. If the pressure on the fuel gas side is lower than on the combustion air side, the cross section of the throttle 15 is reduced by adjusting the actuator 16 so that less fuel gas flows upon activation of the constant pressure control.
  • an ionization calibration is performed again.
  • an adjustment of the cross-section of the throttle 15 is optionally carried out again. Ionization calibration and adaptation of the cross section of the throttle 15 are repeated until the signal of the differential pressure sensor 14 falls below a predetermined limit value.
  • the cross-sectional change eg number of steps of the stepping motor of the actuator 16
  • the throttle cross-section be changed until equal pressures applied to both sides of the differential pressure sensor.
  • the throttle cross-section can be changed as long as the same pressures are present on both sides of the differential pressure sensor.
  • a gradient of differential voltage .DELTA.U to differential setting position of the actuator .DELTA.n s may be formed alternatively to the gradient determination by means of quotient difference signal to the differential speed .DELTA.U / .DELTA.n s , if instead of increasing the fan speed, a reduction of the fuel gas quantity is made.
  • a gradient of the time can also be formed with constant emaciation ( ⁇ U ⁇ ).
  • the operating state in which liftoff is imminent may be determined by comparing the current gradient to at least one previous gradient, and in the event that the current gradient exceeds the compare value (s) by a certain percentage, the expected state is present. For example, the lowest measured gradient can be used as comparison value. Alternatively, an absolute value can be specified.
  • the time difference or speed difference In order to eliminate the influence of signal noise (fluctuation of the measuring signal by a trend line), the time difference or speed difference must not be selected too small.
  • the voltage of the flame U flame can also be measured directly. In this case, however, the ionization voltage at stoichiometric combustion is maximum and the ionization voltage signal drops as the air ratio is increased.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners.
  • Derartige Einrichtungen zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses sind zum Beispiel aus EP 1 179 159 B1 , EP 1 084 369 B1 und EP 1 082 575 B1 bekannt. All diesen Systemen ist gemein, dass eine Brenngasleitung in eine Verbrennungsluftleitung über eine Drossel mündet. Zwischen der Brenngasleitung und der Verbrennungsluftleitung oder einem Referenzpunkt im Gerätegehäuse ist ein Differenzdrucksensor in Form eines Massenstromsensors angeordnet. Das System ist derart ausgelegt, dass in dem Fall, in dem der Sensor durchströmt wird, der Brenngas- oder Verbrennungsluftmassenstrom solange verändert wird, bis der Sensor nicht mehr durchströmt wird.
  • Diese Systeme regeln bei bekannter, konstanter Brenngasqualität zuverlässig das Brenngas-Luft-Verhältnis. Bei der Installation eines Gerätes mit einer derartigen Regelung ist jedoch eine Erstkalibrierung auf das Brenngas notwendig. Verändert sich die Brenngaszusammensetzung, zum Beispiel durch Schwankungen der Erdgasqualität oder Flüssiggas-Luft-Zumischung, so verändert sich auch das Brenngas-Luft-Verhältnis, was die bekannten Einrichtungen weder feststellen, noch ausgleichen können. Daher wird gemäß dem Stand der Technik bei der Inbetriebnahme das Brenngas-Luft-Verhältnis durch Messung des Sauerstoff- oder Kohlendioxidanteils im Abgas gemessen und durch Änderung des Drosselquerschnitts kalibriert.
  • Aus EP 770 824 B1 ist bekannt, dass das Brenngas-Luft-Verhältnis eines brenngasbetriebenen Brenners mittels Messung der Ionisationsspannung oder des lonisationsstrom an einer Überwachungselektrode eingestellt werden kann. Ausgehend von einem überstöchiometrischen Brennerbetrieb wird der Luftüberschuss so lange reduziert, bis eine geringfügig unterstöchiometrische Verbrennung vorliegt. Hierbei wird die Ionisationsspannung zwischen einer Ionisationselektrode und dem Brenner gemessen. Bei stöchiometrischer Verbrennung (λ = 1,0) ist die Ionisationsspannung maximal. Demzufolge steigt die Ionisationsspannung, ausgehend von überstöchiometrischer Verbrennung, bei der Reduzierung des Luftüberschusses zunächst an, um bei stöchiometrischer Verbrennung ein Maximum zu erreichen. Fällt die Ionisationsspannung bei Weiterreduzierung des Luftanteils ab, so ist dies ein Indikator dafür, dass die Verbrennung unterstöchiometrisch ist. Das aus der EP 770 824 B1 bekannte Verfahren sieht nun vor, dass, ausgehend von der Luftmenge, welche bei maximaler Ionisationsspannung vorliegt, der Luftanteil um einen definierten Betrag erhöht wird, so dass die Soll-Luftzahl erreicht wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses, ausgehend von der stöchiometrischen Verbrennung, um 25% erhöht wird. Ausgestaltungen eines derartigen Regelverfahrens sind aus der DE 40 27 090 C2 , DE 196 18 573 C1 und US 5 971 745 A bekannt.
  • Aus der Patentanmeldung AT 505 442 A1 / EP 2 014 985 ist ein Kalibrierungsverfahren bekannt, bei dem während des Betriebs des Brenners beispielsweise durch Erhöhen der Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses das Brenngas-Luft-Gemisch abgemagert und dabei das Signal der Ionisationselektrode kontinuierlich gemessen und hierbei der Gradient des Signals der Ionisationselektrode gebildet wird. Bei Überschreitung eines bestimmten Gradienten oder beim überproportionalen Anstieg des Gradienten wird die Abmagerung des Brenngas-Luft-Gemischs beendet und das Brenngas-Luft-Gemisch definiert angefettet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses, ausgehend von der Drehzahl bei Beendigung der Abmagerung um 25% verringert wird.
  • Bei dem aus EP 833 106 A2 bekannten Verfahren zur Einstellung des Brenngas-Luft-Gemischs wird zunächst die Luftzahl erhöht bis die Flamme abhebt, was mittels eines Flammenfühlers erkannt wird. Anschließend wird das Gemisch definiert wieder durch Reduzierung der Luftzufuhr angefettet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners mit Differenzdrucksensor zwischen Brenngas- und Verbrennungsluftleitung ohne Sauerstoff - oder Kohlendioxidmessung des Abgases zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem brenngasbetriebenen Brenner mit Differenzdruck-, Massen- oder Volumenstromsensor zwischen Brenngas- und Verbrennungsluftleitung während des Betriebs des Brenners das Brenngas-Luft-Gemisch abgemagert wird und hierbei das Ionisationssignal kontinuierlich gemessen wird. Aus dem Ionisationssignal wird bei der Veränderung ein Gradient gebildet. Überschreitet der Gradient einen bestimmten Wert, bzw. steigt der Gradient im Vergleich zum bisherigen Verlauf überproportional an, so wird die Abmagerung beendet und das Brenngas-Luft-Gemisch definiert angefettet. In diesem Zustand wird das Signal des Differenzdruck-, Massen- oder Volumenstromsensors gemessen. In dem Fall, in dem der Sensor durchströmt oder mit einem Differenzdruck beaufschlagt wird, muss die Regeleinrichtung nachjustiert werden. Hierzu wird der Brenngasstrom durch Veränderung des Durchmessers oder einer sonstigen Veränderung des Widerstandes der Drossel verändert.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
  • Die Durchmesserveränderung oder sonstige Veränderung des Widerstandes der Drossel kann schrittweise erfolgt, wobei nach jedem Schritt wieder eine lonisationskalibrierung erfolgt. Das Verfahren wird beendet, sobald nach einer lonisationskalibrierung das Messsignal des Differenzdrucksensors, Volumenstromsensors oder Massenstromsensors einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Alternativ wird das Verfahren erst dann beendet, wenn nach einer lonisationskalibrierung das Messsignal des Differenzdrucksensors, Volumenstromsensors oder Massenstromsensors einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet und dann eine Durchmesserveränderung oder sonstige Veränderung des Widerstandes der Drossel kontinuierlich erfolgt, bis das Messsignal des Differenzdrucksensors, Volumenstromsensors oder Massenstromsensors einen ausgeglichen Druck, beziehungsweise keinen Volumen- oder Massenstrom, anzeigt.
  • Gemäß einer anderen Option erfolgt die Durchmesserveränderung oder sonstige Veränderung des Widerstandes der Drossel, bis das Messsignal des Differenzdrucksensors, Volumenstromsensors oder Massenstromsensors einen ausgeglichen Druck beziehungsweise keinen Volumen- oder Massenstrom anzeigt.
  • Das Messsignal der Ionisationssignalmessung ist stark von Ablagerungen an der Elektrode sowie der Position der Elektrode abhängig. Daher ist es nicht zielführend, das Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Absolutwertes als relevantes Ereignis zu verwenden. Der starke Anstieg des Gradienten hingegen ist ein sicheres Indiz für das baldige Abheben der Flamme bei weiterem Anstieg des Luftanteils.
  • Der Gradient kann durch die Division des Differenzsignals der Ionisationselektrode mit der Differenzdrehzahl des Gebläsemotors ermittelt werden. Alternativ hierzu kann eine Division des Differenzsignals der Ionisationselektrode mit der Differenzstellposition des Stellantriebs eines Gasventils oder einer Differenzzeiteinheit erfolgen.
  • Das Signal der Ionisationselektrode kann dadurch ermittelt werden, dass eine Konstantspannungsquelle mit der Flamme des Brenners und einem Widerstand seriell verschaltet ist und der Spannungsabfall am Widerstand gemessen wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen
    • Figur 1 einen Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    • Figur 2 den Verlauf des Ionisationssignals als Funktion des Luftüberschusses beziehungsweise der Gebläsedrehzahl.
  • Figur 1 zeigt einen Brenner 1 mit Gebläse 8 mit Gebläsemotor 9 in einem Lufteintritt 12. In den Lufteintritt 12 mündet eine Gasleitung 13, in der sich ein Gasventil 10 mit Stellantrieb 11 sowie eine Drossel 15 mit Stellantrieb 16 befindet. Der Gebläsemotor 9 und der Stellantrieb 11 des Gasventils 10 sowie der Stellantrieb 16 der Drossel 15 sind mit einer Regelung 7 verbunden. Zwischen der Gasleitung 13 und dem Lufteintritt 12 befindet sich ein Differenzdrucksensor 14, der ebenfalls mit der Regelung 7 verbunden ist. Am Brenner 1 befindet sich eine Flamme 2, in welche eine Ionisationselektrode 3 hineinragt. Die Ionisationselektrode 3 ist mit einer Spannungsquelle 4 verbunden. Diese ist mit ihrer zweiten Elektrode mit einem Widerstand 5 verbunden, der wiederum an den Brenner 1 angeschlossen ist. Parallel zum Widerstand 5 ist ein Spannungsmesser 6 angeschlossen, welcher mit der Regelung 7 verbunden ist.
  • Beim Betrieb des Brenners saugt das Gebläse 8 über den Lufteintritt 12 Verbrennungsluft an. Die Drehzahl n des Gebläses 8 kann hierbei kontinuierlich verstellt werden. Der Stellantrieb 16 der Drossel 15, vorzugsweise ein Schrittmotor, verharrt in einer konstanten Position, so dass die Drossel einen konstanten Querschnitt aufweist. Über das Gasventil 10 kann die zugeführte Brenngasmenge, welche über die Gasleitung 13 einströmt, kontinuierlich verändert werden; hierbei wird die Schrittzahl ns des Stellantriebs 11 erfasst. Im Gebläse 8 werden Brenngas und Luft miteinander vermischt und am Austritt des Brenners 1 gezündet, so dass sich eine Flamme 2 bildet.
  • Während des normalen Brennerbetriebs soll auf beiden Seiten des Differenzdrucksensors 14 gleiche Drücke anliegen. Je nach Leistungsanforderung steuert die Regelung 7 den Gebläsemotor 9 an. Die Regelung 7 stellt den Stellantrieb 11 des Gasventils 10 derartig ein, dass an beiden Seiten des Differenzdrucksensors 14 gleiche Drücke anliegen.
  • Da die Ionen der Flamme 2 elektrisch leitend sind, kann zwischen der Ionisationselektrode 3 und dem Brenner 1 ein Strom fließen. Hieraus folgt, dass eine elektrische Spannung UFlamme anliegt. Der Ionenfluss durch die Flamme 2 sorgt dafür, dass der elektrische Kreislauf (Brenner 1, Ionisationselektrode 3, Spannungsquelle 4, Widerstand 5) geschlossen ist.
  • Figur 2 zeigt den Verlauf der am Widerstand 5 gemessenen Spannung U über die Luftzahl λ und die Gebläsedrehzahl n. U0 ist die Spannung der Spannungsquelle 4. Es gilt: U = U 0 - U Flamme
    Figure imgb0001
  • Es ist zu erkennen, dass die am Widerstand 5 gemessene Spannung U bei stöchiometrischer Verbrennung (λ = 1,0) minimal ist. Mit Erhöhen des Luftüberschusses steigt die Spannung U kontinuierlich an. Bei einer Luftzahl von etwa 1,6 steigt die Spannung U deutlich stärker als bisher an. Bei einem Luftüberschuss von etwa λ = 1,7 hebt die Flamme ab. Es kann kein Ionisationssignal mehr gemessen werden; über eine Sicherheitseinrichtung, z.B. das Gasventil 10 wird die Brenngaszufuhr verriegelt.
  • Beim erfindungsgemäßen Kalibrierverfahren läuft zunächst der Brenner 1 mit einem bisher nicht bekannten Luftüberschuss. Bei konstant geöffnetem Gasventil 10 wird die Drehzahl n des Gebläses 8 erhöht. Hierdurch steigt die Luftzahl λ an. Der Spannungsabfall U am Widerstand 5 wird kontinuierlich über der Zeit t gemessen und an die Regelung 7 weitergegeben. In der Regelung 7 wird der Gradient ΔU/Δn berechnet. Steigt der Gradient ΔU/Δn ab einem bestimmten Punkt übermäßig an, so ist dies ein Indiz dafür, dass demnächst die Flamme abhebt und somit abreißt. Die Luftzahl λ beträgt dann etwa 1,6. Ausgehend von diesem Punkt wird nun die Drehzahl n des Gebläses gezielt derartig reduziert, dass sich eine Luftzahl λ ≈1,25 einstellt. Die Luftzahl wird hierbei nicht gemessen, sondern vielmehr wird die Drehzahl gemäß Gebläsekennlinie definiert reduziert, so dass eine entsprechende Reduzierung des Luftmassenstroms zu erwarten ist. Dieser Vorgang wird als lonisationskalibrierung bezeichnet. Bei der so reduzierten Luftmenge wird nun das Signal des Differenzdrucksensors 14 in der Regelung 7 ausgewertet. Zeigt das Sensorsignal, dass der Differenzdrucksensor 14 auf beiden Seiten einen gleichen Druck vorfindet, so ist die Drossel 15 optimal eingestellt. Zeigt sich jedoch, dass der Druck auf der Brenngasseite höher ist als auf der Verbrennungsluftseite, so bedeutet dies, dass dem Brenner zur Einstellung der gewünschten Soll-Luftzahl von λ=1,25 mehr Gas zugeführt werden muss, als dies bei Aktivierung der Gleichdruckregelung über den Differenzdrucksensor der Fall ist. Daher wird der Querschnitt der Drossel 15 durch Verstellen des Stellantriebs 16 vergrößert, so dass bei Aktivierung der Gleichdruckregelung mehr Brenngas strömt. Ist der Druck auf der Brenngasseite niedriger ist als auf der Verbrennungsluftseite, so wird der Querschnitt der Drossel 15 durch Verstellen des Stellantriebs 16 reduziert, so dass bei Aktivierung der Gleichdruckregelung weniger Brenngas strömt.
  • Nach einer definierten Querschnittsveränderung (z.B. 10 Schritte des Schrittmotors des Stellantriebs 16 oder Anzahl der Schritte als Funktion der Druckdifferenz) wird wieder eine lonisationskalibrierung durchgeführt. Nach dieser lonisationskalibrierung erfolgt gegebenenfalls wieder eine Anpassung des Querschnitts der Drossel 15. lonisationskalibrierung und Anpassung des Querschnitts der Drossel 15 werden solange wiederholt, bis das Signal des Differenzdrucksensors 14 einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Hierbei kann optional die Querschnittsveränderung (z.B. Anzahl der Schritte des Schrittmotors des Stellantriebs 16) immer kleiner werden, damit die Anpassung erst grob und dann immer exakter erfolgt. Ebenfalls optional kann in dem Fall, in dem das Signal des Differenzdrucksensors 14 einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, der Drosselquerschnitt solange verändert werden, bis auf beiden Seiten des Differenzdrucksensors gleiche Drücke anliegen.
  • Alternativ kann nach der ersten lonisationskalibrierung gleich der Drosselquerschnitt solange verändert werden, bis auf beiden Seiten des Differenzdrucksensors gleiche Drücke anliegen.
  • Bei der ionisationskalibrierung kann alternativ zur Gradientenermittlung mittels Quotienten aus Differenzsignal zur Differenzdrehzahl ΔU/Δn auch ein Gradient aus Differenzspannung ΔU zu Differenzstellposition des Stellantriebs Δns gebildet werden, wenn anstelle einer Erhöhung der Gebläsedrehzahl eine Reduzierung der Brenngasmenge vorgenommen wird. Als weitere Variante kann bei konstanter Abmagerung auch ein Gradient aus der Zeit gebildet werden (ΔU̇).
  • Der Betriebszustand, bei dem ein Abheben bevorsteht, kann dadurch bestimmt werden, dass der aktuelle Gradient mit mindestens einem früheren Gradienten verglichen wird und in dem Fall, dass der aktuelle Gradient den oder die Vergleichswerte um einen bestimmten Prozentsatz überschreitet, der erwartete Zustand vorliegt. Als Vergleichswert kann zum Beispiel der geringste gemessene Gradient verwendet werden. Alternativ kann ein Absolutwert vorgegeben werden.
  • Um den Einfluss von Signalrauschen (Schwanken des Messsignals um eine Trendlinie) zu eliminieren, darf die Zeitdifferenz beziehungsweise Drehzahldifferenz nicht zu klein gewählt werden.
  • Anstelle des Spannungsabfalls U am Widerstand 5 kann auch direkt die Spannung der Flamme UFlamme gemessen werden. In diesem Fall ist jedoch die Ionisationsspannung bei stöchiometrischer Verbrennung maximal und das Ionisationsspannungssignal fällt bei Erhöhung der Luftzahl ab.
  • Anstelle einer konstanten Spannung U0 kann auch eine Konstantstromquelle mit einem konstanten Strom I0 an die Serienschaltung des Widerstandes 5 mit der Flamme 2 geschaltet werden. In Abhängigkeit des Flammenwiderstandes stellt sich eine bestimmte Spannung ein.
    • Brenner (1)
    • Flamme (2)
    • Ionisationselektrode (3)
    • Spannungsquelle (4)
    • Widerstand (5)
    • Spannungsmesser (6)
    • Regelung (7)
    • Gebläse (8)
    • Gebläsemotor (9)
    • Gasventil (10)
    • Stellantrieb (11)
    • Lufteintritt (12)
    • Gasleitung (13)
    • Differenzdrucksensor (14)
    • Drossel (15)
    • Stellantrieb (16)

Claims (7)

  1. Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners (1) mit einer Verbrennungsluftleitung (12) und einer Brenngasleitung (13), welche über eine Drossel (15) in der Verbrennungsluftleitung (12) endet, wobei der Widerstand oder Innenquerschnitt der Drossel (15) veränderbar ist,
    sowie einem Differenzdrucksensor (14), Volumenstromsensor oder Massenstromsensor zwischen der Brenngasleitung (13) und der Verbrennungsluftleitung (12) oder einem Referenzpunkt, an dem ein vom Verbrennungsluftstrom abhängiger Druck herrscht, und einer Ionisationselektrode (3), mittels derer ein Ionisationsstrom oder eine Ionisationsspannung zwischen der Flamme (2) und einer Referenz, vorzugsweise Masse, gemessen wird,
    wobei
    während des Betriebs des Brenners (1) eine lonisationskalibrierung erfolgt, bei der das Brenngas-Luft-Gemisch abgemagert und dabei das Signal der Ionisationselektrode (3) kontinuierlich gemessen wird, hierbei der Gradient des Signals der Ionisationselektrode (3) gebildet wird, bei Überschreitung eines bestimmten Gradienten oder beim überproportionalen Anstieg des Gradienten die Abmagerung des Brenngas-Luft-Gemischs beendet wird und das Brenngas-Luft-Gemisch definiert angefettet wird, dann das Signal des Differenzdrucksensors (14), Volumenstromsensors oder Massenstromsensors gemessen wird,
    in dem Fall, in dem der Sensor (14) in Richtung Verbrennungsluftleitung (12) durchströmt oder beaufschlagt wird, der Brenngasstrom durch Vergrößern des Durchmessers oder einer sonstigen Reduzierung des Widerstandes der Drossel (15) vergrößert beziehungsweise
    in dem Fall, in dem der Sensor (14) in Richtung Brenngasleitung (13) durchströmt oder beaufschlagt wird, der Brenngasstrom durch Verkleinern des Durchmessers oder einer sonstigen Erhöhung des Widerstandes der Drossel (15) verringert wird.
  2. Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserveränderung oder sonstige Veränderung des Widerstandes der Drossel (15) schrittweise erfolgt,
    nach jedem Schritt wieder eine lonisationskalibrierung erfolgt
    und, sobald nach einer lonisationskalibrierung das Messsignal des Differenzdrucksensors (14), Volumenstromsensors oder Massenstromsensors einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet
    das Verfahren beendet wird oder
    eine Durchmesserveränderung oder sonstige Veränderung des Widerstandes der Drossel (15) kontinuierlich erfolgt, bis das Messsignal des Differenzdrucksensors (14), Volumenstromsensors oder Massenstromsensors einen ausgeglichen Druck beziehungsweise keinen Volumen- oder Massenstrom anzeigt.
  3. Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserveränderung oder sonstige Veränderung des Widerstandes der Drossel (15) erfolgt, bis das Messsignal des Differenzdrucksensors (14), Volumenstromsensors oder Massenstromsensors einen ausgeglichen Druck beziehungsweise keinen Volumen- oder Massenstrom anzeigt.
  4. Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft über ein Gebläse (8) mit Gebläsemotor (9) gefördert wird und der Gradient des Signals der Ionisationselektrode (3) aus der Division des Differenzsignals der Ionisationselektrode (3) mit der Differenzdrehzahl des Gebissemotors (9) ermittelt wird.
  5. Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas über ein Gasventil (10) mit Stellantrieb (11) geleitet wird und der Gradient des Signals der Ionisationselektrode (3) aus der Division des Differenzsignals der Ionisationselektrode (3) mit der Differenzstellposition des Stellantriebs (11) ermittelt wird.
  6. Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient des Signals der Ionisationselektrode (3) aus der Division des Differenzsignals der Ionisationselektrode (3) mit der Differenzzeit ermittelt wird.
  7. Verfahren zur Kalibrierung einer Einrichtung zum Regeln des Brenngas-Luft-Verhältnisses eines brenngasbetriebenen Brenners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konstantspannungsquelle (4) oder Konstantstromquelle mit der Flamme (2) des Brenners (1) und einem Widerstand (5) seriell verschaltet wird und als Signal der Ionisationselektrode (3) der Spannungsabfall am Widerstand (5) gemessen wird.
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