EP2495496A1

EP2495496A1 - Brenneranlage

Info

Publication number: EP2495496A1
Application number: EP11156892A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Dr. Hangauer; Rainer Dr. Lochschmied; Volker Schmid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: ES2536128T3; CA2769900A1; CA2769900C; US9062882B2; EP2495496B1; PL2495496T3; US20120276487A1; JP5355732B2; JP2012198010A

Abstract

Brenneranlage zumindest mit einem an Masse gelegten Brenner, Aktoren mit denen die Zufuhr von Brennstoff und Luft zum Brenner eingestellt wird, einer im Flammenbereich angeordneten Ionisationselektrode, einem Flammenverstärker an der Ionisationselektrode zur Erzeugung eines Ionisationssignals und einer Stelleinrichtung die im Luftzahlregelbetrieb einen ersten Aktor stellt und einen zweiten Aktor mittels des Ionisationssignals und eines Ionisationssignalsollwerts regelt. Dabei ist der Flammenverstärker mit einer Wechselspannungsquelle zur Erzeugung einer Wechselspannung für die Ionisationselektrode, mit einem Spannungsmesser und mit einem Spannungsregler der im Spannungsregelbetrieb die Wechselspannungsquelle mittels der vom Spannungsmesser gemessenen Wechselspannung und eines Spannungssollwerts regelt, sowie mit einem Ionisationsstromverstärker ausgestattet. Der Spannungsmesser ist parallel zu einer Reihenfolge aus der Ionisationselektrode, dem Flammenbereich, dem Brenner und dem Eingang des Ionisationsstromverstärkers geschaltet. Die Anbindung des Spannungsreglers zum Spannungsmesser ist so gestaltet, dass im Spannungsregelbetrieb der vom Spannungsmesser verursachte zeitlich gemittelte Strom durch diese Anbindung kleiner ist als 5% des zeitlich gemittelten Stromes durch die Ionisationselektrode.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brenneranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Um äußere Störeinflüsse wie Änderung der Brennstoffqualität, Temperatur oder Druckschwankungen auf die Verbrennungsqualität korrigieren zu können, kann das Verhältnis von Luft zu Brennstoff, die sogenannte Luftzahl λ, eingeregelt werden. Ein entsprechender Aufbau wird auch als Brennstoff-Luft-Verbund bezeichnet. Ein besonders kostengünstiger Sensor zur Erfassung der Luftzahl ist die Ionisationselektrode. Mit einer angelegten Wechselspannung fließt durch Elektrode und Flamme ein Ionisationsstrom, der auf einen in Abhängigkeit von der jeweiligen Leistung des Brenners vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird. Mit einer solchen Anordnung kann die Luftzahl geregelt werden, da der Ionisationsstrom von der Luftzahl am jeweiligen Leistungspunkt abhängig ist. Die Wechselspannung wird mittels eines Spannungsreglers auf einen Spannungssollwert geregelt.
Eine Signalverarbeitung für eine Brenneranlage der eingangs genannten Art ist in DE-C2-19632983 angedeutet. Dort wird ein Brennstoff-Luft-Verbund mit einer Signalerfassungsschaltung nach DE-A1-4433425 erwähnt, bei dem eine zusätzliche Kompensationsschaltung für die auf die Ionisationselektrode geschaltete Wechselspannung erforderlich sei. Diese Wechselspannung müsse immer auf einer konstanten Größe gehalten, oder gemessen und rechnerisch kompensiert werden. Das Erzeugen einer Wechselspannung konstanter Größe sei schaltungstechnisch aufwendig und erfordere darüber hinaus selbst bei Verwendung der Regelschaltung als eine mit Mikroprozessor arbeitende Digitalschaltung die Digitalisierung des zunächst analog erzeugten Signals um es weitererarbeiten zu können. Darum wird in DE-C2-19632983 eine andere Lösung vorgeschlagen.
Ein Wechselspannungsregler mit einer Regelung auf einen konstanten Effektivwert ist beispielsweise aus DE-A1-10021399 bekannt. Die Einstellung der Wechselspannung erfolgt durch eine gesteuerte Phasenanschnittsteuerung, die in Form eines geschlossenen Regelkreises ausgeführt ist.
Aus EP-A1-2154430 ist ein Flammenverstärker zur Erfassung des Ionisationsstroms mit einer im Flammenbereich eines Gasbrenners angeordneten Ionisationselektrode bekannt, die an eine von einem Sekundärkreis eines Transformators gelieferte Wechselspannung angeschlossen ist. Der Sekundärkreis ist vom Primärkreis galvanisch getrennt. Im Sekundärkreis fließt ein Ionisationsstrom mit einem von der Flamme verursachten Gleichstromanteil zu einem Verstärker. Der Gleichstrom fließt durch die Wechselspannungsquelle zur Ionisationselektrode und bildet mit der Flamme einen geschlossenen Stromkreis. Die Signalverarbeitungsschaltung gibt eine vom Ionisationsstrom abhängige Regelgröße an eine Regeleinrichtung, die diesen Istwert mit einem Sollwert vergleicht. In Abhängigkeit davon generiert die Regeleinrichtung die Stellsignale für die Stellglieder, zum Beispiel für ein Gebläse mit dem die Luftmenge und für ein Gasventil mit dem die Gasmenge für die Verbrennung einstellbar sind. Es wird nicht vorgeschlagen, die an der Ionisationselektrode anliegende Wechselspannung infolge von Netzstörungen zu korrigieren. Ebenso wenig wird daraufhingewiesen, dass manche Bauteile, insbesondere der Transformator, signifikanten Toleranzen aufweisen und daher systematische Messfehler auftreten, die eine systematische Streuung des eingeregelten λ-Wertes zur Folge haben.
Aus der WO-A1-2009/110015 ist ein Verfahren zur Überwachung einer Flamme bekannt, mit dem beim Betrieb auftretende parasitäre Elemente feststellbar und kompensierbar sind. Hierzu wird eine Wechselspannungsquelle aufgrund der gemessenen Ionisationsstrom so gesteuert, dass ein Wechselspannungssignal mit stark unterschiedlichem Tastverhältnis zwischen positiver und negativer Amplitude mit unterschiedlichen Amplitudenwerten erzeugt wird, welches der Ionisationselektrode aufgeschaltet wird. In WO-A1-2009/110015 wird auch dargelegt, dass hohe Wechselspannungen an Ionisationselektrode und Flamme und damit auch hohe Amplituden der Wechselspannungsquelle eine geringere Abhängigkeit des Ionisationssignals von Schichten bewirken, die sich auf Brenner und Ionisationselektrode bilden können. Aufgrund des nichtlinearen Verhaltens der Flamme wird bei den angestrebten hohen Wechselspannungen eine nach DE-C2-19632983 vorgeschlagene lineare Kompensation ungünstig. Die angelegte Wechselspannung muss ausreichend genau sein, um systematische Fehler durch Bauteilstreuungen auszuschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung der Wechselspannung auf einen vorgebbaren Spannungssollwert vorzuschlagen, mit dem bei einer Brennstoff-Luft-Verbundregelung preiswert, einfach und zuverlässig die zur Messung eines Ionisationsstromes verwendete Wechselspannung ausreichend konstant gehalten werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dabei ist ein Spannungsmesser parallel zu einer Serienschaltung in der Folge aus der Ionisationselektrode, dem Flammenbereich, dem Brenner und dem Eingang eines Ionisationsstromverstärkers geschaltet. Der Eingang des Ionisationsstromverstärkers ist dabei an einem Anschluss an die Brennermasse geschaltet. Dies erlaubt eine mit sonstigen aktiven Schaltungskomponenten gemeinsame Speisequelle für den Ionisationsstromverstärker. Der andere Anschluss wird durch den Ionisationsstromverstärker virtuell auf das Potential der Brennermasse gelegt und ist mit der Wechselspannungsquelle verbunden.
In alternativer Reihenfolge, wobei der Eingang des Ionisationsstromverstärkers an einem Anschluss an die Ionisationselektrode geschaltet ist, wäre für den Ionisationsstromverstärker eine spezielle Speisung notwendig, denn es ist vorteilhaft, dass aktive Schaltungskomponenten wie die Stelleinrichtung und die Aktoren ebenfalls mit dem Brenner auf Masse liegen. Gleiches gilt etwaig bei einem mittelbaren Anschluss des Ionisationsverstärkers an den Brenner über einen Begrenzungswiderstand.
In DE-A1-4433425 wird eine auf den ersten Blick attraktive Alternative beschrieben, nämlich den Ionisationsstromverstärker parallel zur Strecke aus der Ionisationselektrode, dem Flammenbereich und dem Brenner zu schalten. Wie dort beschrieben, kann ein Anschluss vom Eingang des Ionisationsverstärkers ebenso wie die Verbindung zur Wechselspannungsquelle problemlos an Brennermasse gelegt werden. Für andere aktiven Schaltungsblöcke des Spannungsregelkreises kann dabei ebenfalls leicht die Brennermasse als Referenzpotential gewählt werden, weshalb eine gemeinsame Speisequelle für alle verwendet werden könnte. Eine solche Anordnung setzt aber die Spannung über der Ionisationselektrode durch einen parallel zur Flamme geschalteten Messwiderstand in Abhängigkeit vom Ionisationsstrom herab. Mit der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung liegt dagegen immer die maximal mögliche, stabile Spannung über der Ionisationselektrode, was sich insbesondere bei hohen Flammenwiderständen oder aber bei Belägen auf Brenner und Ionisationselektrode günstig auswirkt.
Dem Spannungsmesser ist erfindungsgemäß der Spannungsregler angebunden. Der Spannungsregler erhält weiter ein Sollwertsignal und sein Ausgang ist an die Wechselspannungsquelle angeschlossen, wobei die Amplitude der Wechselspannung durch das Ausgangssignal des Spannungsreglers festgelegt wird. Von großem Vorteil ist es, wenn auch das Sollwertsignal, der Spannungsregler und der Eingang der Wechselspannungsquelle auf Masse als Referenzpotential gelegt werden können, damit keine separate Speisung notwendig ist. Der Erfindung liegt auch die Einsicht zugrunde, dass deswegen eine Anbindung des Spannungsmessers an den Spannungsregler einen parasitären Strom vom Spannungsregler über Masse durch den Eingang des Ionisationsverstärkers zur Folge hat; dieser parasitäre Strom jedoch die Luftzahlregelung nur unwesentlich beeinflusst, wenn sein gemittelter Wert kleiner als 5% des gemittelten Wertes des Ionisationsstromes durch die Flamme ist; dafür der Flammenverstärker nicht wesentlich verteuert und nicht in seiner Wirkung beeinträchtigt wird. In der Praxis ist im stabilen, eingeregelten Zustand der Luftzahl ein solches Verhältnis des parasitären Stromes zum Ionisationsstrom von weniger als 0.1% erreichbar.
Durch die beschriebene Maßnahme werden der Regelkreis für die Luftzahlregelung mittels Ionisationssignalsollwert und der Regelkreis für die Spannungsregelung sehr gut entkoppelt, so dass beide Regelvorgänge einander nicht beeinflussen.
Die Schaltung zur Erfassung der angelegten Wechselspannung kann dabei sehr präzise ausgeführt werden. Streuungen und Temperaturgänge von Bauteilen der Wechselspannungsquelle können damit über die Spannungsregelung korrigiert werden.
In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Reihenfolge vor der Ionisationselektrode oder nach dem Eingang des Ionisationsstromverstärkers zusätzlich einen Begrenzungswiderstand und der Spannungsmesser ist mit einer Serie aus Widerständen und mit einer Messeinheit ausgestattet, die im Spannungsregelbetrieb die Spannung zwischen zwei dieser Widerständen abgreift. Dabei sind der wirksame Widerstand der Messeinheit vom Spannungsmesser und der wirksame Widerstand des Spannungsreglers an seinem Eingang zum Spannungsmesser in Summe zumindest 10 Mal größer als der Begrenzungswiderstand. Der parasitäre Strom kann so einfach und zuverlässig unter dem zulässigen Grenzwert gehalten werden. Die Messeinheit des Spannungsmessers umfasst bevorzugt ein Mittel zur Gleichrichtung in der Serie der Widerstände, sowie ein Mittel zur Glättung der zwischen den Widerständen abgegriffenen Spannung.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Wechselspannungsquelle ausgestattet mit einem Spannungsgenerator und mit einem Multiplikator der die Ausgangsspannung des Spannungsgenerators mit dem Signal am Ausgang des Spannungsreglers multipliziert. Der Spannungsgenerator erzeugt ein Spannungssignal, dessen Amplitude und Frequenz vom Netz unabhängig ist. Somit wird die Anforderung an die Reaktionszeit des Spannungsregelkreises reduziert, weil keine Einwirkung von schnellen Netzspannungsschwankungen auf die Luftzahlregelung erfolgt. Vorteilhaft ist die Wechselspannungsquelle mit einem Transformator ausgestattet der ausgangsseitig parallel zur Reihenfolge aus Ionisationselektrode, Flammenbereich, Brenner und Ionisationsstromverstärker geschaltet ist. So wird es auf einfache Weise ermöglicht, den mit der Wechselspannungsquelle verbundenen Anschluss am Eingang des Ionisationsstromverstärkers virtuell und nicht direkt auf das Potential der Brennermasse zu legen.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäßen Brenneranlage, in welcher die Luftzahl über ein Ionisationssignal geregelt wird,
Figur 2 einen ersten Flammenverstärker gemäß der Erfindung,
Figur 3 einen zweiten Flammenverstärker gemäß der Erfindung.

Figur 1 zeigt schematisch eine Brenneranlage mit einer Brennstoff-Luft-Verbund-Regelung. Ein Ionisationsstrom durch eine vom Brenner erzeugte Flamme 1 wird über eine Ionisationselektrode 2 von einem Flammenverstärker 3 erfasst.
Der Stromkreis wird durch den Anschluss des Flammenverstärkers 3 an die Brennermasse geschlossen. Das vom Flammenverstärker 3 verarbeitete Ionisationssignal 4 wird an eine Stelleinrichtung 5 weitergegeben, welche im Normalbetrieb das Ionisationssignal 4 als Eingangssignal für eine Regelung benutzt. Das Ionisationssignal 4 ist als analoges elektrisches Signal ausgeführt, kann aber alternativ als digitales Signal oder Variable zweier Software-Moduleinheiten realisiert sein.
Die Stelleinrichtung 5 erhält ein externes Anforderungssignal 11, mit der die Wärmeleistung vorgegeben wird. Außerdem kann mit dem Anforderungssignal 11 die Regelung ein- und ausgeschaltet werden. Beispielsweise wird eine Wärmeanforderung von einem übergeordneten, hier nicht eingezeichneten, Temperaturregelkreis erzeugt. Eine solche Leistungsvorgabe kann natürlich von einem anderen externen Verbraucher generiert werden oder aber auch direkt von Hand, zum Beispiel über ein Potentiometer vorgegeben werden.
Wie üblich wird das Anforderungssignal 11 mit Hilfe von in der Stelleinrichtung 5 hinterlegten Daten auf einen der beiden Aktoren 6, 7 abgebildet. In bevorzugter Weise wird das Anforderungssignal 11 auf Drehzahlsollwerte für ein Gebläse als ersten Aktor 6 abgebildet. Die Drehzahlsollwerte werden mit einem von einem Gebläse 6 zurückgegebenen Drehzahlsignal 9 verglichen. Mit einem in der Stelleinrichtung 5 integrierten Drehzahlregler wird das Gebläse 6 über ein erstes Stellsignal 8 auf die Sollfördermenge der Luft 12 für das vorgegebene Anforderungssignal 11 gesteuert. Natürlich kann alternativ das Anforderungssignal 11 direkt auf das erste Stellsignal 8 des Gebläses 6 abgebildet werden. Umgekehrt ist auch die Abbildung des Anforderungssignals 11 auf ein Brennstoffventil als ersten, leistungsführenden Aktor 6 möglich.
Mit dem zweiten Aktor 7, in bevorzugter Weise einem Brennstoffventil, wird über die Zufuhr des Brennstoffs 13 die Luftzahl nachgeführt. Dies erfolgt, indem in der Stelleinrichtung 5 das vorgegeben Anforderungssignal 11 über eine Funktion in einen Ionisationssignalsollwert abgebildet wird. Dieser Ionisationssignalsollwert wird mit dem Ionisationssignal 4 verglichen. Mit der Regeldifferenz wird über eine in der Stelleinrichtung 5 realisierte Regeleinheit das die Luftzahl nachführende Brennstoffventil 7 geregelt. Somit bewirkt eine Änderung des Ionisationssignals 4 über ein zweites Stellsignal 10 eine Änderung der Stellung des Brennstoffventils 7 und damit des Durchflusses der Menge des Brennstoffs 13. Der Regelkreis wird geschlossen, indem bei der vorgegebenen Luftmenge eine Änderung der Brennstoffmenge eine Änderung des Ionisationsstromes durch Flamme 1 und Ionisationselektrode 2 bewirkt und damit auch eine Änderung des Ionisationssignals 4, bis sein Istwert wieder gleich dem vorgegebenen Ionisationssignalsollwert ist.
Figur 2 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau und die Funktion eines ersten Flammenverstärkers gemäß der Erfindung. Eine Wechselspannungsquelle 14 umfasst einen Spannungsgenerator 15, einen Multiplikator 16, ein Filter 17 mit einem optional integrierten Verstärker und einen Transformator 18. Im Spannungsregelbetrieb erzeugt der Spannungsgenerator 15 ein rechteckförmiges Spannungssignal, das an einem Eingang des Multiplikators 16 liegt. Am anderen Eingang des Multiplikators 16 liegt ein von einem Spannungsregler 19 bereitgestelltes Signal, mit dem die Amplitude des vom Multiplikator 16 abgegebenen Rechtecksignals einstellbar ist.
Der Multiplikator 16 kann zum Beispiel aus einer Inverterstufe, bestehend aus Schalttransistor und Widerstand, sehr einfach aufgebaut werden, wobei der Versorgungspegel und der Ausgangspegel und damit die Amplitude des am Ausgang des Multiplikators 16 erhaltenen Rechteckssignals vom Spannungsregler 19 bestimmt werden. Das amplitudenmodulierte rechteckförmige Spannungssignal des Multiplikators 16 wird auf das Filter 17 gegeben, der dieses in ein sinusförmiges Wechselspannungssignal umformt, welches gegebenenfalls analog weiter verstärkt werden kann. Alternativ kann auch eine Wechselspannung mit anderer Signalform generiert werden, wobei die Amplitude vom Spannungsregler 19 bestimmt wird.
Der Transformator 18 überträgt das vom Filter 17 auf der Primärseite erhaltene Wechselspannungssignal auf die Sekundärseite, die von der Primärseite galvanisch getrennt ist. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators ist vorzugsweise so gewählt, dass die Amplitude der auf der Sekundärseite des Transformators erhaltenen Wechselspannung deutlich größer ist als die Amplitude der Wechselspannung auf der Primärseite. So kann der erwünschte hohe Signalpegel der Wechselspannung bereitgestellt werden. Reicht der Signalpegel am Ausgang des Filters 17 aus, so kann alternativ auf den Transformator 18 verzichtet und der Ionisationskreis auf andere Weise vom Ausgang des Filters 17 versorgt werden, solange er vom der Brennermasse entkoppelt bleibt.
Die vom Transformator 18 auf der Sekundärseite erhaltene Wechselspannung wird von einem Spannungsmesser 20 erfasst, und in diesem in vorteilhafter Weise gleichgerichtet und geglättet. In der hier vorgestellten Ausführung weist der Spannungsmesser 20 einen Spannungsteiler, eine Diode und einen Kondensator auf. Die Diode führt eine Einweggleichrichtung durch, in der Spannungsteiler und Kondensator als Tiefpass wirken, der das gleichgerichtete Signal glättet. Diode und Kondensator bilden somit eine Messeinheit. Am Kondensator wird das Ausgangssignal für den Spannungsmesser 20 direkt abgegriffen. Beim Ausgangssignal handelt es sich um ein Gleichspannungssignal, welches über den Gleichrichtfaktor proportional zur Amplitude der Wechselspannung am Ausgang des Transformators 18 ist.
Das vom Spannungsmesser 20 generierte Gleichspannungssignal liegt als Istwert am Eingang des Spannungsreglers 19. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Spannungsregler 19 einen PID-Regler 21, sowie einen Komparator 22 als Eingangsstufe der den Istwert mit einem Spannungssollwert 23 vergleicht. Der Komparator 22 generiert ein von der Regelabweichung abhängiges analoges Signal, welches an den Eingang des PID-Reglers 21 gelegt wird. Seine Eingangsimpedanz ist größer als 10 MΩ. Der PID-Regler 21 generiert wiederum ein Signal das an den Eingang des Multiplikators 16 gegeben wird. Dadurch erhält man einen geschlossenen Spannungsregelkreis, mit dem der erfasste Istwert genau auf den Spannungssollwert 23 regelbar ist.
In einer Variante wird die Spannungsregelung nicht nur während der Luftzahlregelung aufrechterhalten, sondern auch während Zeiten, in denen keine Luftzahlregelung stattfindet, wie während des Zündvorgangs der Flamme, oder auch während des Kalibriervorgangs der Luftzahlregelung. In einer weiteren Variante findet die Spannungsregelung bei der Inbetriebnahme der Anlage nur für eine kurze Zeitspanne statt um den Einfluss der Bauteiletoleranzen wegzuregeln. Die Wechselspannungsquelle 14 ist dabei ohnehin für Schwankungen der Netzspannung unempfindlich. In regelmäßigen Zeitabständen wird die Einregelung der Spannung zwecks Kalibrierung wiederholt.
Parallel zu dem Spannungsmesser 20 liegt in Serie ein Begrenzungswiderstand 24 von 600 kΩ, die Ionisationselektrode 2, die Flamme 1 und der Eingang des Ionisationsstromverstärkers 25 mit zwei Anschlüssen. Diese Serienschaltung bildet einen Messpfad zur Erfassung des Ionisationsstroms. Die Flamme 1 ist in Figur 2 in Form eines elektrischen Ersatzschaltbildes dargestellt, welches einen Flammenwiderstand und eine Flammendiode aufweist.
Der Ionisationsstrom fließt zunächst durch den Begrenzungswiderstand 24, durch die in Figur 2 nicht dargestellte Ionisationselektrode 2, durch die Flamme 1, durch den Brenner und durch den Eingang des Ionisationsstromverstärkers 25. Der Begrenzungswiderstand 24 begrenzt den Ionisationsstrom, welcher vom Ionisationsstromverstärker 25 praktisch rückwirkungsfrei verstärkt wird. Der Eingang des Ionisationsstromverstärkers 25 ist an einem Anschluss mit dem Brenner verbunden. Der andere Eingangsanschluss ist an den Transformator 18 geschaltet, wobei er vom Ionisationsverstärker virtuell auf Massepotential eingestellt wird. Dieser Stromkreis wird über den Transformator 18 geschlossen. Am Ausgang des Ionisationsstromverstärkers 25 liegt ein gemitteltes Ionisationssignal 4, welches von der Stelleinrichtung 5 ausgewertet wird.
Figur 3 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau und die Funktion eines weiteren Flammenverstärkers gemäß der Erfindung. Im Unterschied zur Figur 2 erzeugt der Spannungsgenerator 15 ein sinusförmiges Wechselspannungssignal, wodurch das in Figur 2 gezeigte Filter 17 entfallen kann. Die Wechselspannungsquelle 14 zur Erzeugung einer Wechselspannung für die Ionisationselektrode 2 besteht aus Spannungsgenerator 15, Multiplikator 16 und Transformator 18.
Anstelle des Gleichrichtwertes wird in diesem Ausführungsbeispiel der Spitzenwert der Wechselspannung erfasst. Der Spannungsmesser 20 weist dazu einen Spannungsteiler mit einem Spitzenwertfilter 26 als seiner Messeinheit auf. Selbstverständlich kann in einer weiteren Alternative der Effektivwert der Wechselspannung erfasst werden. Das Spitzenwertfilter kann an seinem Eingang mit Werten größer 10 MΩ so hochohmig ausgelegt werden, dass der parasitäre Ionisationsstrom durch den Ionisationsstromverstärker ausreichend gering ist.
In den Figuren 2 und 3 erfolgt die Ankopplung des Spannungsmessers 20 an den Spannungsregler 19 galvanisch, wobei der Eingang des Spannungsreglers hochohmig ausgelegt ist. Natürlich ist es auch möglich, die Anknüpfung des Spannungsmessers 20 zum Spannungsregler 19 galvanisch zu entkoppeln, zum Beispiel durch eine optische Datenübertragung, wobei kein parasitärer Strom durch den Ionisationsverstärker mehr auftritt.
Die aktiven Komponenten der Wechselspannungsquelle 14, des Spannungsmessers 20 und des Spannungsreglers 19, nämlich der Spannungsgenerator 15, der Multiplikator 16, das Filter 17, das Spitzenwertfilter 26, der Komparator 22 und der PID-Regler 21, sind aus praktischen Gründen gegen Masse als Referenzpotential geschaltet, insbesondere um eine gemeinsame Speisequelle mit anderen Schaltungsblöcken zu benutzen.
Das in Figur 2 und 3 gezeigte Blockschaltbild kann zum Beispiel in Form einer Analogschaltung mit passiven und aktiven Komponenten realisiert werden. Insbesondere der Spannungsgenerator 15, der Multiplikator 16, das Filter 17, der Komparator 22, Filter im Spannungsmesser 20 und der PID-Regler 21 können alternativ als Programmablauf innerhalb eines Mikroprozessors ausgeführt werden, wobei die anderen Blöcke dann als analoge Schaltung realisiert sind.

Bezugszeichenliste:

1: Flamme
2: Ionisationselektrode
3: Flammenverstärker
4: Ionisationssignal
5: Stelleinrichtung
6: Erster Aktor
7: Zweiter Aktor
8: Erstes Stellsignal
9: Drehzahlsignal
10: Zweites Stellsignal
11: Anforderungssignal
12: Luft
13: Brennstoff
14: Wechselspannungsquelle
15: Spannungsgenerator
16: Multiplikator
17: Filter
18: Transformator
19: Spannungsregler
20: Spannungsmesser
21: PID-Regler
22: Komparator
23: Spannungssollwert
24: Begrenzungswiderstand
25: Ionisationsstromverstärker
26: Spitzenwertfilter

Claims

Brenneranlage zumindest mit einem an Masse gelegten Brenner, Aktoren mit denen die Zufuhr von Brennstoff und Luft zum Brenner eingestellt wird, einer im Flammenbereich angeordneten Ionisationselektrode, einem Flammenverstärker an der Ionisationselektrode zur Erzeugung eines Ionisationssignals und einer Stelleinrichtung die im Luftzahlregelbetrieb einen ersten Aktor stellt und einen zweiten Aktor mittels des Ionisationssignals und eines Ionisationssignalsollwerts regelt,
wobei der Flammenverstärker ausgestattet ist mit einer Wechselspannungsquelle zur Erzeugung einer Wechselspannung für die Ionisationselektrode, mit einem Spannungsmesser und mit einem Spannungsregler der im Spannungsregelbetrieb die Wechselspannungsquelle mittels der vom Spannungsmesser gemessenen Wechselspannung und eines Spannungssollwerts regelt, sowie mit einem Ionisationsstromverstärker,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Spannungsmesser (20) parallel zu einer Reihenfolge aus der Ionisationselektrode (2), dem Flammenbereich, dem Brenner und dem Eingang des Ionisationsstromverstärkers (25) geschaltet ist, und
die Anbindung des Spannungsreglers (19) zum Spannungsmesser (20) so gestaltet ist, dass im Spannungsregelbetrieb der vom Spannungsmesser (20) verursachte zeitlich gemittelte Strom durch diese Anbindung kleiner ist als 5% des zeitlich gemittelten Stromes durch die Ionisationselektrode (2).
Brenneranlage gemäß Anspruch 1,
wobei
die Reihenfolge vor der Ionisationselektrode (2) oder nach dem Eingang des Ionisationsstromverstärkers (25) zusätzlich einen Begrenzungswiderstand (24) umfasst,
der Spannungsmesser (20) mit einer Serie aus Widerständen und mit einer Messeinheit ausgestattet ist, die in Spannungsregelbetrieb die Spannung zwischen zwei dieser Widerständen abgreift, und
der wirksame Widerstand der Messeinheit vom Spannungsmesser (20) und der wirksame Widerstand des Spannungsreglers (19) an seinem Eingang zum Spannungsmesser (20) in Summe zumindest 10 Mal größer sind als der Begrenzungswiderstand (24).
Brenneranlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
der Spannungsmesser (20) mit einer Serie aus Widerständen und mit einer Messeinheit ausgestattet ist, die in Spannungsregelbetrieb die Spannung zwischen zwei dieser Widerstände abgreift, und
die Messeinheit des Spannungsmessers (20) ein Mittel zur Gleichrichtung in der Serie der Widerstände umfasst, sowie ein Mittel zur Glättung der zwischen den Widerständen abgegriffenen Spannung.
Brenneranlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
die Wechselspannungsquelle (14) ausgestattet ist mit einem Spannungsgenerator (15) und mit einem Multiplikator (16) der die Ausgangsspannung des Spannungsgenerators (15) mit dem Signal am Ausgang des Spannungsreglers (19) multipliziert.
Brenneranlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
die Wechselspannungsquelle (14) ausgestattet ist mit einem Transformator (18) der ausgangsseitig parallel zur Reihenfolge aus Ionisationselektrode (2), Flammenbereich, Brenner und Ionisationsstromverstärker (25) geschaltet ist.