EP3712501A1 - Verfahren und vorrichtung zur regeneration einer elektrode für eine ionisationsmessung in einem flammbereich eines brenners - Google Patents
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- EP3712501A1 EP3712501A1 EP20158669.0A EP20158669A EP3712501A1 EP 3712501 A1 EP3712501 A1 EP 3712501A1 EP 20158669 A EP20158669 A EP 20158669A EP 3712501 A1 EP3712501 A1 EP 3712501A1
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for regenerating an electrode for measuring the ionization in a flame area of a burner, in particular a burner operated with a fuel gas and air. Such measurements can be used to control and regulate many devices, in particular for hot water preparation or heating, and must then deliver values that are as reliable as possible over long periods of time.
- the basic structure of burners with measuring systems for ionization measurement and their use to control a burner are for example from the EP 0 770 824 B1 and the EP 2 466 204 B1 known. This is particularly about regulating the ratio of air to fuel gas, the so-called lambda value.
- ionization electrodes used for measurement are subject to high thermal and / or corrosive loads. In the case of the ionization electrodes, special metallic alloys that also contain aluminum are usually used. When used during operation of the burner, over time this forms an aluminum oxide layer on the surface of the electrode, which protects against corrosion, but is electrically and thermally insulating.
- One mechanical approach would be to make at least a portion of the ionization electrode made of a material, e.g. B. a nickel-tungsten alloy, which does not form an oxide layer under the conditions in the flame area.
- a material e.g. B. a nickel-tungsten alloy
- the object of the present invention is to at least partially solve the problems explained with reference to the prior art and, in particular, to create a method and a device which, in the case of an ionization electrode of any type, in particular also in the case of a conventional ionization electrode with aluminum content, regeneration and thus enable reliable measurement over long periods of time and in particular during cold start phases of a burner.
- the method proposed here for regenerating an ionization electrode for a measurement of the ionization in a flame area of a burner with a first alternating voltage of a first frequency is applied after the burner has been started for a predeterminable time interval ⁇ t the ionization electrode with a second alternating voltage with a second frequency which is higher than the first frequency used for continuous operation.
- the method could be carried out after each cold start, but it can be useful to carry out a regeneration only when certain predefinable criteria are reached. Since the application of the invention requires the presence of plasma in the area of the ionization electrode, the second alternating voltage with the second frequency should only be applied when the burner is running stably with its usual regulation of the lambda value after a cold start. Such cold starts are not very easy to carry out in terms of control technology, because a good signal is not always available from the ionization electrode, but they have already been controlled and / or regulated in a stable manner by using empirical values or similar measures. Suitable criteria for regeneration can e.g. B.
- control electronics can be derived from conventional control electronics, for example, if a drift of the ionization electrode has exceeded a threshold value.
- the burner is preferably restarted after a regeneration in order to enable the control electronics to be updated.
- the second frequency of the second alternating voltage is preferably in the range from 10 to 100 MHz [megahertz], in particular in the range from 13.5 to 50 MHz.
- the second alternating voltage is preferably in a range from 50 to 300 V [volts], particularly preferably between 100 and 200 V.
- the first frequency of the first alternating voltage corresponds to the values suitable for such ionization measurements and is preferably in the range from 50 to 1000 Hz [Hertz], where the voltage is between 100 and 300 V [volts]. In particular, an alternating voltage of 170 V and 107 Hz has proven to be suitable.
- a switching device which determines from sensor data or other data whether the burner is in a (predefined) cold or (predefined) warm state, and which only uses the ionization electrode when started in a determined warm state applied to the first alternating current of the first frequency.
- the application of the second alternating voltage and the second frequency to the ionization electrode during the ionization measurement can be suppressed despite the presence of the predeterminable criteria. This avoids unnecessary effort during a warm start and the regeneration is made up at a suitable time.
- An electronic module preferably evaluates the electrical current flowing through the ionization electrode and uses this measurement signal in a manner known per se to regulate the burner, specifically to regulate the air-to-fuel ratio (lambda value), in the case of a cold start a regulation and / or control is initially carried out until stable combustion is reached, is then replaced by a control for the predefinable time interval ⁇ t, and after the predefinable time interval ⁇ t, the first alternating current is regulated again at the first frequency.
- a “control” is understood here in particular to mean that the lambda value is specified or set without the actual lambda value being taken into account.
- a “regulation” is understood here in particular to mean that the lambda value is set, with this setting measuring the current ACTUAL lambda value on the basis of the ionization current and adjusting it to the predetermined target lambda value.
- the predeterminable time interval ⁇ t is preferably in the range from 10 to 100 s [seconds], preferably from 20 to 30 s.
- the second alternating voltage and second frequency are selected to be so high during the predeterminable time interval ⁇ t that the plasma generated by the combustion is additionally heated in the vicinity of the ionization electrode.
- this leads to a reduction in the thickness of an oxide layer on the ionization electrode due to the impact of fast ions and, on the other hand, promotes the oxide layer cracking open or flaking off due to thermal effects, so that aging of the ionization electrode is at least partially reversed.
- the object of the invention is also achieved by a device, in particular for carrying out the method described above.
- a device for this purpose, there is an ionization electrode which is arranged in a burner in such a way that it can measure an ionization current in a flame area when the burner is in operation.
- a switching device switches on the second alternating current source during operation according to specifiable criteria.
- the second alternating current source is preferably set up for a frequency between 10 and 100 MHz, in particular for 13.5 to 50 MHz. Such a frequency range has proven to be suitable for rapid heating of the ionization electrode.
- the first alternating current source is set up for a frequency between 50 and 1000 Hz and a voltage between 100 and 300 V.
- the first AC power source must be cannot be distinguished from AC voltage sources for ionization measurements already known, but can also be designed differently through the additional use of the second current source.
- the second alternating current source should preferably be set up for a second frequency and a second alternating voltage which are so high that the plasma in the vicinity of the ionization electrode is heated to excess temperature during operation. This is precisely why the use of the second alternating current source can develop its best effect.
- an electronic module is preferably used to regulate the burner, which is set up for regulation by means of an ionization current determined during operation of the second alternating current source, this regulation being able to be switched off during operation of the second alternating current source and being replaced by a control system according to specifiable criteria.
- the burner can be controlled for a short time according to empirical values, in which the ionization electrode is heated up and regenerated, while the usual regulation with the first alternating current for measuring the ionization is then resumed.
- the switching device is preferably connected to sensors, for example temperature sensors and / or data sources of the electronic module, which enable a distinction between the cold and warm state of the burner, so that the second alternating current source cannot be switched on or blocked in the warm state.
- sensors for example temperature sensors and / or data sources of the electronic module, which enable a distinction between the cold and warm state of the burner, so that the second alternating current source cannot be switched on or blocked in the warm state.
- the switching device and / or the second alternating current source are preferably designed in such a way that the second alternating current source can only be switched on for a predefinable time interval ⁇ t of 10 to 100 s, preferably 20 to 30 s.
- the first alternating current source and the second alternating current source can be formed by a single alternating voltage source which can be changed or switched in frequency and voltage, which does not change the other functions described.
- FIG. 1 illustrates that a flame area 2 is formed in a burner 1 during operation, in which an ionization current is to be measured.
- an ionization electrode 3 protrudes into the flame area 2.
- a metallic component in the area where the fuel gas and air enters the burner 1 typically serves as the counter electrode 4.
- the counter electrode 4 is typically electronically connected to ground.
- Ionization electrode 3 and counterelectrode 4 are connected after a cold start with the presence of predefinable criteria with a second alternating current source 5, which supplies an alternating current of high frequency, which leads to rapid heating of the plasma in the Environment of the ionization electrode 3 and thus also the ionization electrode 3 itself leads.
- a switching device 7 switches from the second alternating current source 5 again to a first alternating current source 6, which can correspond in terms of its properties to known alternating current sources for ionization measurements.
- Their measurement signal can be fed via a measurement signal line 13 to an electronics module 10, which carries out a conventional control of the burner 1 with the measurement signal, which is now reliable.
- Such a control typically takes place in that commands are given to actuators in an air inlet 11 and / or fuel gas inlet 12 via an actuating signal line, so that an optimal mixture of air and fuel gas is always supplied.
- the switching device 7 is connected to at least one sensor 8 for determining the burner temperature and / or via a data line 9 to other data sources of the electronics module 10 in order to be able to decide whether a cold start is present or not.
- This data line 9 can also be used in the event of a cold start in order to provide the electronics module 10 with the information that a cold start has been initiated and that the combustion process should therefore not be regulated by means of an ionization current, but rather briefly. Control based on empirical values is also carried out while the regeneration is being carried out by means of the second alternating current.
- the present invention avoids malfunctions during cold starts of a burner due to measurement errors in the ionization current and enables regeneration of the ionization electrode through accelerated heating during a cold start at predeterminable time intervals and / or according to predeterminable criteria to ensure further interference-free control.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration einer Elektrode für eine Messung der Ionisation in einem Flammbereich eines Brenners, insbesondere eines mit einem Brenngas und Luft betriebenen Brenners. Solche Messungen können zur Steuerung und Regelung von vielen Geräten, insbesondere zur Warmwasserbereitung oder Heizung, eingesetzt werden und müssen dann über lange Zeiträume möglichst zuverlässig genaue Werte liefern.
- Der grundsätzliche Aufbau von Brennern mit Messystemen zur lonisationsmessung und deren Benutzung zur Regelung eines Brenners sind beispielsweise aus der
EP 0 770 824 B1 und derEP 2 466 204 B1 bekannt. Dabei geht es insbesondere um die Regelung des Verhältnisses von Luft zu Brenngas, dem sogenannten Lambda-Wert. Es ist auch bekannt, dass zur Messung verwendete lonisationselektroden hohen thermischen und/oder korrosiven Belastungen unterliegen. Es werden bei den lonisationselektroden meist spezielle metallische Legierungen verwendet, die auch einen Anteil an Aluminium enthalten. Dieses bildet beim Einsatz während des Betriebes des Brenners im Laufe der Zeit an der Oberfläche der Elektrode eine Aluminiumoxidschicht, die zwar vor Korrosion schützt, aber elektrisch und thermisch isolierend ist. Dies hat wiederum zur Folge, dass ein von der Elektrode geliefertes Messsignal geschwächt und in kaltem Zustand möglicherweise sogar vollständig unterdrückt wird. Die thermische Isolierung durch die Aluminiumoxidschicht verhindert auch, dass sich die Elektrode schnell aufheizt. So wird das Messsignal einerseits wegen der nur langsam ansteigenden Temperatur und andererseits wegen der elektrischen Isolierung in einer Kaltstartphase besonders stark beeinträchtigt. Häufig bilden sich durch thermische Wechselbelastungen auch nachträglich noch Risse in der Aluminiumoxidschicht, die sogar zum Abplatzen von Teilbereichen des Aluminiumoxids führen können, wodurch das Messignal wieder stärker wird. Allerdings hilft dies nicht in allen Fällen, so dass gerade in einer Kaltstartphase des Brenners eine zuverlässige Messung nicht immer sichergestellt werden kann. - Ein mechanischer Lösungsansatz bestünde darin, mindestens einen Teilbereich der lonisationselektrode aus einem Material, z. B. einer Nickel-Wolfram-Legierung, zu gestalten, welches bei den Bedingungen im Flammbereich keine Oxidschicht ausbildet.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik erläuterten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die bei einer lonisationselektrode beliebiger Bauart, insbesondere auch bei einer herkömmlichen lonisationselektrode mit Aluminiumanteil, eine Regeneration und damit eine zuverlässige Messung über lange Zeiträume und insbesondere während Kaltstartphasen eines Brenners ermöglichen.
- Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Figur, präzisiert den Gegenstand der Erfindung und führt weitere Ausführungsbeispiele an.
- Das hier vorgeschlagene Verfahren zur Regeneration einer lonisationselektrode für eine Messung der Ionisation in einem Flammenbereich eines Brenners mit einer ersten Wechselspannung einer ersten Frequenz beaufschlagt nach einem Start des Brenners für ein vorgebbares Zeitintervall Δt die lonisationselektrode mit einer zweiten Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz, die höher ist als die für einen Dauerbetrieb benutzte erste Frequenz.
- Das Verfahren könnte nach jedem Kaltstart durchgeführt werden, es kann aber sinnvoll sein, nur bei Erreichen bestimmter vorgebbarer Kriterien eine Regeneration durchzuführen. Da die Anwendung der Erfindung das Vorhandensein von Plasma im Bereich der lonisationselektrode erfordert, sollte die zweite Wechselspannung mit der zweiten Frequenz erst angelegt werden, wenn der Brenner nach einem Kaltstart stabil mit seiner üblichen Regelung des Lambda-Wertes läuft. Solche Kaltstarts sind regelungstechnisch zwar nicht ganz einfach durchzuführen, weil eben nicht immer ein gutes Signal von der lonisationselektrode zur Verfügung steht, werden aber durch Verwendung von Erfahrungswerten oder ähnliche Maßnahmen auch bisher schon stabil gesteuert und/oder geregelt. Geeignete Kriterien für eine Regeneration können z. B. aus einer üblichen Regelungselektronik abgeleitet werden, beispielsweise, wenn eine Drift der lonisationselektrode einen Schwellwert überschritten hat. Natürlich ist es auch möglich, einfach nach einer bestimmten Anzahl von Betriebszyklen oder nach bestimmten Zeitintervallen eine Regeneration durchzuführen. Vorzugsweise wird nach einer Regeneration der Brenner neu gestartet, um eine Aktualisierung der Regelungselektronik zu ermöglichen.
- Bevorzugt liegt die zweite Frequenz der zweiten Wechselspannung im Bereich von 10 bis 100 MHz [Megahertz], insbesondere im Bereich von 13,5 bis 50 MHz.
- Bevorzugt liegt die zweite Wechselspannung in einem Bereich von 50 bis 300 V [Volt], besonders bevorzugt zwischen 100 und 200 V.
- Die erste Frequenz der ersten Wechselspannung entspricht den bei solchen lonisationsmessungen geeigneten Werten und liegt bevorzugt im Bereich von 50 bis 1000 Hz [Hertz], wobei die Spannung zwischen 100 und 300 V [Volt] liegt. Insbesondere hat sich eine Wechselspannung von 170 V und 107 Hz als geeignet erwiesen.
- In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Umschalteinrichtung vorhanden, welche aus Sensordaten oder anderen Daten ermittelt, ob der Brenner in einem (vordefinierten) kalten oder (vordefinierten) warmen Zustand ist, und die bei einem Start in einem festgestellten warmen Zustand die lonisationselektrode nur mit dem ersten Wechselstrom der ersten Frequenz beaufschlagt. Mit anderen Worten kann die Beaufschlagung der lonisationselektrode mit der zweiten Wechselspannung und der zweiten Frequenz während der lonisationsmessung trotz Vorliegens der vorgebbaren Kriterien unterdrückt werden. So wird ein unnötiger Aufwand bei einem Warmstart vermieden und die Regeneration zu einem geeigneten Zeitpunkt nachgeholt.
- Bevorzugt wertet ein Elektronikmodul den durch die lonisationselektrode fließenden elektrischen Strom aus und nutzt dieses Messsignal in an sich bekannter Weise zur Regelung des Brenners, und zwar zur Regelung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda-Wert), wobei im Falle eines Starts in kaltem Zustand eine Regelung und/oder Steuerung zunächst bis zum Erreichen einer stabilen Verbrennung durchgeführt, dann für das vorgebbare Zeitintervall Δt durch eine Steuerung ersetzt wird und nach dem vorgebbaren Zeitintervall Δt eine Regelung wieder des ersten Wechselstromes mit der ersten Frequenz erfolgt. Unter einer "Steuerung" wird hier insbesondere verstanden, dass der Lambda-Wert vorgegeben oder eingestellt wird, ohne dass hierbei der tatsächliche Lambda-Wert berücksichtigt wird. Unter einer "Regelung" wird hier insbesondere verstanden, dass der Lambda-Wert eingestellt wird, wobei bei dieser Einstellung der aktuelle IST-Lambda-Wert anhand des lonisationsstromes gemessen und durch Nachstellen dem vorgegebenen SOLL-Lambda-Wert angeglichen wird.
- Das vorgebbare Zeitintervall Δt liegt bevorzugt im Bereich von 10 bis 100 s [Sekunden], vorzugsweise bei 20 bis 30 s.
- Da sich aus dem zweiten Wechselstrom kein gutes Messsignal für den lonisationsstrom im Flammenbereich ableiten lässt, ist es von Vorteil, das Zeitintervall Δt nicht zu lang zu wählen, weil während dieser Zeit möglicherweise keine optimale Regelung des Verbrennungsvorganges möglich ist.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Wechselspannung und zweite Frequenz während des vorgebbaren Zeitintervalls Δt so hoch gewählt werden, dass das durch die Verbrennung erzeugte Plasma in der Nähe der lonisationselektrode zusätzlich aufgeheizt wird. Dies führt einerseits durch auftreffende schnelle Ionen zu einer Verringerung der Dicke einer Oxidschicht auf der lonisationselektrode und begünstigt andererseits durch thermische Effekte ein Aufplatzen oder Abplatzen der Oxidschicht, so dass eine Alterung der lonisationselektrode zumindest teilweise rückgängig gemacht wird.
- Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des bisher beschriebenen Verfahrens, gelöst. Dazu ist eine lonisationselektrode vorhanden, die in einem Brenner so angeordnet ist, dass sie beim Betrieb des Brenners einen lonisationsstrom in einem Flammenbereich messen kann. Weiter gibt es eine erste Wechselstromquelle für einen ersten Wechselstrom mit einer ersten Frequenz und eine zweite Wechselstromquelle für einen zweiten Wechselstrom mit einer zweiten, höheren Frequenz. Eine Umschalteinrichtung schaltet im Betrieb nach vorgebbaren Kriterien die zweite Wechselstromquelle ein.
- Die zweite Wechselstromquelle ist bevorzugt für eine Frequenz zwischen 10 und 100 MHz eingerichtet ist, insbesondere für 13,5 bis 50 MHz. Ein solcher Frequenzbereich hat sich als geeignet für eine schnelle Aufheizung der lonisationselektrode erwiesen.
- Die erste Wechselstromquelle ist für eine Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz und eine Spannung zwischen 100 und 300 V eingerichtet ist. Die erste Wechselstromquelle muss sich nicht von bisher schon bekannten Wechselspannungsquellen für lonisationsmessungen unterscheiden, kann aber durch den zusätzlichen Einsatz der zweiten Stromquelle auch anders ausgelegt werden.
- Wie schon erwähnt sollte die zweite Wechselstromquelle bevorzugt für eine zweite Frequenz und eine zweite Wechselspannung eingerichtet ist, die so hoch sind, dass bei ihrem Betrieb eine Aufheizung von Plasma in der Nähe der lonisationselektrode auf eine Übertemperatur erfolgt. Gerade dadurch kann der Einsatz der zweiten Wechselstromquelle seine beste Wirkung entfalten.
- Erfindungsgemäß dient bevorzugt ein Elektronikmodul zur Regelung des Brenners, das für eine Regelung mittels eines beim Betrieb der zweiten Wechselstromquelle ermittelten lonisationsstromes eingerichtet ist, wobei während des Betriebes der zweiten Wechselstromquelle diese Regelung abschaltbar und durch eine Steuerung nach vorgebbaren Kriterien ersetzbar ist. So kann der Brenner nach einem Kaltstart nach Erfahrungswerten für eine kurze Zeit gesteuert werden, in der die lonisationselektrode aufgeheizt und regeneriert wird, während anschließend wieder eine übliche Regelung mit dem ersten Wechselstrom zur Messung der Ionisation aufgenommen wird.
- Die Umschalteinrichtung steht bevorzugt mit Sensoren, z.B. Temperatursensoren und/oder Datenquellen des Elektronikmoduls in Verbindung, die eine Unterscheidung zwischen kaltem und warmem Zustand des Brenners ermöglichen, so dass die zweite Wechselstromquelle in warmem Zustand nicht einschaltbar bzw. blockierbar ist. Im einfachsten Fall reicht es, wenn das Elektronikmodul die Zeit speichert, seit der Brenner zuletzt ausgeschaltet wurde. Schon mit dieser Information kann ermittelt werden, ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht. Genauer sind natürlich Messwerte der Temperatur des Brenners bzw. der Ionisationselektrode.
- Die Umschalteinrichtung und/oder die zweite Wechselstromquelle sind bevorzugt so ausgelegt, dass die zweite Wechselstromquelle nur für ein vorgebbares Zeitintervall Δt von 10 bis 100 s einschaltbar ist, vorzugsweise 20 bis 30 s.
- Trotz des großen Frequenzunterschiedes können die erste Wechselstromquelle und die zweite Wechselstromquelle durch eine einzige in Frequenz und Spannung veränderbare oder umschaltbare Wechselspannungsquelle gebildet sein, was an den übrigen beschriebenen Funktionen nichts ändert.
- Weiter wird auch ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass die hier erläuterte Vorrichtung das vorgeschlagene Verfahren ausführt.
- Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung detailliert erläutert. Es stellt dar:
- Fig. 1:
- schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Messung der Ionisation in einem Flammenbereich eines Brenners mit einer lonisationselektrode.
-
Figur 1 veranschaulicht, dass sich in einen Brenner 1 beim Betrieb ein Flammenbereich 2 ausbildet, in dem ein lonisationsstrom gemessen werden soll. Dazu ragt eine lonisationselektrode 3 in den Flammenbereich 2. Als Gegenelektrode 4 dient typischerweise ein metallisches Bauteil im Bereich des Eintritts von Brenngas und Luft in den Brenner 1. Die Gegenelektrode 4 ist typischerweise elektronisch mit Masse verbunden. lonisationselektrode 3 und Gegenelektrode 4 werden nach einem Kaltstart bei Vorliegen vorgebbarer Kriterien mit einer zweiten Wechselstromquelle 5 verbunden, die einen Wechselstrom hoher Frequenz liefert, der zu einer schnellen Aufheizung von Plasma in der Umgebung der lonisationselektrode 3 und damit auch der lonisationselektrode 3 selbst führt. Nach einem kurzen Zeitintervall Δt schaltet eine Umschalteinrichtung 7 von der zweiten Wechselstromquelle 5 wieder auf eine erste Wechselstromquelle 6 um, die in ihren Eigenschaften an sich bekannten Wechselstromquellen für lonisationsmessungen entsprechen kann. Deren Messsignal kann über eine Messsignalleitung 13 einem Elektronikmodul 10 zugeführt werden, welches eine übliche Regelung des Brenners 1 mit dem nun zuverlässigen Messsignal durchführt. Eine solche Regelung erfolgt typischerweise, indem über eine Stellsignalleitung Befehle an Stellorgane in einem Lufteinlass 11 und/oder Brenngaseinlass 12 gegeben werden, damit immer eine optimale Mischung von Luft und Brenngas zugeführt wird. Die Umschalteinrichtung 7 steht mit mindestens einem Sensor 8 zur Ermittlung der Brennertemperatur und/oder über eine Datenleitung 9 mit anderen Datenquellen des Elektronikmoduls 10 in Verbindung, um entscheiden zu können, ob ein Kaltstart vorliegt oder nicht. Diese Datenleitung 9 kann auch im Falle eines Kaltstarts genutzt werden, um dem Elektronikmodul 10 die Information zu geben, dass ein Kaltstart eingeleitet wurde und daher evtl. keine Regelung mittels lonisationsstrom, sondern kurzzeitig eine Steuerung des Verbrennungsprozesses erfolgen soll. Auch während der Durchführung der Regeneration mittels des zweiten Wechselstromes wird eine Steuerung nach Erfahrungswerten durchgeführt. - Die vorliegende Erfindung vermeidet selbst im Langzeitbetrieb Störungen bei Kaltstarts eines Brenners durch Messfehler beim lonisationsstrom und ermöglicht durch beschleunigtes Aufheizen bei einem Kaltstart in vorgebbaren Zeitintervallen und/oder nach vorgebbaren Kriterien eine Regeneration der lonisationselektrode zur Sicherstellung einer weiteren störungsfreien Regelung.
-
- 1
- Brenner
- 2
- Flammenbereich
- 3
- lonisationselektrode
- 4
- Gegenelektrode (Masse)
- 5
- erste Wechselstromquelle
- 6
- zweite Wechselstromquelle
- 7
- Umschalteinrichtung
- 8
- Sensor (Temperatur)
- 9
- Steuerleitung
- 10
- Elektronikmodul
- 11
- Lufteinlass
- 12
- Brenngaseinlass
- 13
- Messsignalleitung
- 14
- Stellsignalleitung
Claims (14)
- Verfahren zur Regeneration einer lonisationselektrode (3) für eine Messung der Ionisation in einem Flammenbereich (2) eines Brenners (1) mit einer ersten Wechselspannung mit einer ersten Frequenz, wobei nach einem Start des Brenners (1) bei Vorliegen vorgebbarer Kriterien für ein vorgebbares Zeitintervall (Δt) die lonisationselektrode (3) mit einer zweiten Wechselspannung mit einer zweiten Frequenz beaufschlagt wird, die höher ist als die für einen Dauerbetrieb benutzte erste Frequenz.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Frequenz im Bereich von 10 bis 100 MHz liegt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Frequenz im Bereich von 50 bis 1.000 Hz liegt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Umschalteinrichtung (7) vorhanden ist, welches aus Sensordaten oder anderen Daten ermittelt, ob der Brenner (1) in einem kalten oder warmen Zustand ist, und bei einem Start in einem festgestellten warmen Zustand die lonisationselektrode (3) trotz Vorliegen der vorgebbaren Kriterien nicht mit dem zweiten Wechselstrom der zweiten Frequenz beaufschlagt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Elektronikmodul (10) den durch die lonisationselektrode (3) fließenden elektrischen Strom auswertet und zur Regelung des Brenners (1), und zwar zur Regelung des Verhältnisses von Luft zu Brennstoff (Lambda-Wert), nutzt und wobei im Falle eines Starts in kaltem Zustand und bei Vorliegen der vorgebbaren Kriterien die Regelung für das vorgebbare Zeitintervall (Δt) durch eine Steuerung ersetzt wird und nach dem vorgebbaren Zeitintervall (Δt) eine Regelung wieder anhand des ersten Wechselstromes mit der ersten Frequenz erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorgebbare Zeitintervall (Δt) im Bereich von 10 bis 100 s liegt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Wechselspannung und zweite Frequenz während des vorgebbaren Zeitintervalls (Δt) so hoch gewählt sind, dass eine Aufheizung von Plasma in der Nähe der lonisationselektrode (3) auf eine Übertemperatur erfolgt.
- Vorrichtung mit einer lonisationselektrode (3), die in einem Brenner (1) so angeordnet ist, dass sie beim Betrieb des Brenners (1) einen lonisationsstrom in einem Flammenbereich (2) messen kann, einer ersten Wechselstromquelle (5) für einen ersten Wechselstrom mit einer ersten Frequenz, einer zweiten Wechselstromquelle (6) für einen zweiten Wechselstrom mit einer zweiten, höheren Frequenz und einer Umschalteinrichtung (7), die im Betrieb nach vorgebbaren Kriterien die zweite Wechselstromquelle (6) einschaltet.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite Wechselstromquelle (5) für eine Frequenz zwischen 10 und 100 MHz und eine Spannung zwischen 50 und 300 V eingerichtet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Wechselstromquelle (6) für eine Frequenz zwischen 50 und 1000 Hz und eine Spannung zwischen 100 und 300 V eingerichtet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Elektronikmodul (10) für die Regelung des Brenners (1) vorhanden ist, die für eine Regelung mittels eines beim Betrieb der ersten Wechselstromquelle (6) ermittelten lonisationsstromes eingerichtet ist und wobei während des Betriebes der zweiten Wechselstromquelle (5) diese Regelung abschaltbar und durch eine Steuerung nach vorgebbaren Kriterien ersetzbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Umschalteinrichtung (7) mit Sensoren (8) und/oder Datenquellen des Elektronikmoduls (10) verbunden ist, die eine Unterscheidung zwischen kaltem und warmem Zustand des Brenners (1) ermöglichen, so dass die zweite Wechselstromquelle (5) in warmem Zustand nicht einschaltbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die erste (5) und zweite (6) Wechselstromquelle durch eine einzige in Frequenz und Spannung veränderbare oder umschaltbare Wechselspannungsquelle (5, 6) gebildet sind.
- Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.
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