EP3882519A1 - Verfahren zum betrieb einer brennereinrichtung - Google Patents

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EP3882519A1
EP3882519A1 EP21163308.6A EP21163308A EP3882519A1 EP 3882519 A1 EP3882519 A1 EP 3882519A1 EP 21163308 A EP21163308 A EP 21163308A EP 3882519 A1 EP3882519 A1 EP 3882519A1
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EP
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ignition
burner
voltage
electrode
measured
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Pending
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EP21163308.6A
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Inventor
Sebastian Hack
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Viessmann Climate Solutions SE
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • 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
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/20—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays
    • F23N5/203—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/36—Spark ignition, e.g. by means of a high voltage

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a burner device according to the preamble of claim 1.
  • a method of the type mentioned is from the document DE 10 2011 079 325 B4 known.
  • an ignition spark is generated with an ignition electrode assigned to a burner, which is placed under ignition voltage.
  • an electrical voltage is measured with the ignition electrode.
  • This solution in which the ignition electrode for detecting the electrical voltage is separated from the means for generating the ignition voltage, is used to regulate the air ratio of the burner device.
  • the said electrical voltage between the ignition electrode and the burner is temperature-dependent and is therefore also called the flame temperature.
  • the conductivity of the plasma channel established in the area of the ignition spark is greater, the greater the current flow from the voltage source that is used to measure the so-called glowing electrical effect.
  • the invention is based on the object of improving a method of the type mentioned at the beginning.
  • a method for assessing the quality of the ignition spark is to be created.
  • the solution according to the invention is characterized in that the so-called flame temperature is used to assess the quality of the ignition spark, based on the knowledge that this must have a minimum value in order to get from a high quality one, i.e. one for the ignition to be able to emanate well-suited ignition spark. If, for example, the ignition electrode is bent or wetted with a condensate droplet, it can be seen that such a minimum value is just not being reached. Experiments on which the invention is based have shown that this knowledge can be used to conclude that the ignition spark quality is poor.
  • Said measurement begins, as described, preferably when no ignition voltage is applied to the ignition electrode.
  • an electrical potential can (but does not have to) be measurable between the ignition electrode and the burner in the standby mode of the burner device, but this is not a problem since no current flows and therefore no power is consumed.
  • a short circuit is generated during said measurement, so that the current flow through the voltage source increases.
  • the current flowing in the process is recorded with the help of a measuring resistor; the voltage ultimately measured in this way increases with it the current flow.
  • the more intense the spark the more conductive the aforementioned plasma is.
  • An intense ignition spark causes a severe short circuit in the voltage source, that is, as the current increases, the measured value of the so-called flame temperature rises.
  • the measurement ends, as described, preferably at the latest shortly before a flame is formed on the burner, whereby it can ultimately also be provided that the measurement is carried out independently of an actual start of the burner, that is, a start of the burner is required to determine the ignition spark quality not required per se.
  • FIG. 1 a burner device is shown schematically and in perspective, in which an ignition spark is generated with an ignition electrode 2 assigned to a burner 1 and placed under ignition voltage, it being particularly preferably provided that the ignition spark is generated between the ignition electrode 2 and a counter electrode 3, that is, a fuel-air mixture flowing out of the surface of the burner 1 ignites at the ignition spark located between the ignition electrode 2 and the counter electrode 3.
  • the period for measuring the electrical voltage begins when a fan of the burner 1 has reached its starting speed, this scenario typically being preceded by the heating control system determining a heat demand and has given a corresponding request to ignite the burner 1.
  • a voltage reference value (between ignition electrode 2 and burner 1 or counter-electrode 3) is measured. This can be 0 volts; But there are also burner devices in which, as already described above, an electrical potential is applied to the burner 1 or the counter electrode 3 in standby mode, but this is unproblematic with regard to the power consumption of the burner device, since no current flows.
  • a settling phase is waited for, preferably for 1 to 3 seconds, and a resulting voltage ignition value is then measured. Flame formation is prevented in particular by the fact that no fuel is yet fed to burner 1 while the voltage ignition value is being measured.
  • the change in the electrical voltage (between the ignition electrode 2 and the burner 1 or the counter-electrode 3, which occurs in a period of time from before the ignition spark to before a possible flame formation on the burner 1) occurs ) is determined from a difference between the aforementioned voltage ignition value and the aforementioned voltage reference value.
  • a started start of the burner 1 is aborted if the resulting change is smaller in amount than a predetermined minimum value U mini , which is smaller in amount than the predetermined minimum value U min .
  • U mini the actual level of the minimum value U mini depends on the specific measuring circuit used and, in this respect, the specification of a specific one Numerical value, which can easily be determined and determined by a person skilled in the art, is unnecessary at this point.
  • Figure 2 is shown under a) a voltage curve for a high-quality ignition spark, under b) the voltage curve for a worse but still acceptable ignition spark and under c) the voltage curve for an ignition spark that is no longer acceptable.
  • the voltage reference value which may not be zero, has already been taken into account in the representation.
  • the largest value in terms of absolute value of the respective curve i.e. where the slope is zero is used.
  • the course according to b) occurs, for example, if the distance between the ignition electrode 2 and the counter electrode 3 should have changed. In this case, a possible start would not be aborted, but a corresponding error message would be generated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennereinrichtung, bei dem mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner (1) zugeordneten Zündelektrode (2) ein Zündfunke erzeugt wird und bei dem mit der Zündelektrode (2) eine elektrische Spannung gemessen wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner (1) mit der Zündelektrode (2) eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert (U<sub>mind</sub>) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus dem Dokument DE 10 2011 079 325 B4 bekannt. Bei diesem wird mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner zugeordneten Zündelektrode ein Zündfunke erzeugt. Außerdem wird bei diesem mit der Zündelektrode eine elektrische Spannung gemessen. Diese Lösung, bei der die Zündelektrode zur Erfassung der elektrischen Spannung von den Mitteln zur Erzeugung der Zündspannung getrennt wird, dient dabei zur Regelung der Luftzahl der Brennereinrichtung. Die besagte elektrische Spannung zwischen der Zündelektrode und dem Brenner ist dabei temperaturabhängig und wird daher auch Flammentemperatur genannt. Dabei ist die Leitfähigkeit des sich im Bereich des Zündfunkens einstellenden Plasmakanals um so größer, je größer der Stromfluss von der Spannungsquelle ist, die zur Messung des sogenannten glühelektrischen Effekts verwendet wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität des Zündfunkens geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner mit der Zündelektrode eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert ist.
  • Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass die sogenannte Flammentemperatur zur Beurteilung der Qualität des Zündfunkens verwendet wird, und zwar auf Basis der Erkenntnis, dass diese einen Mindestwert haben muss, um von einem qualitativ hochwertigen, also einem für die Zündung gut geeigneten Zündfunken ausgehen zu können. Ist nämlich beispielsweise die Zündelektrode verbogen oder mit einem Kondensattropfen benetzt, so zeigt sich, dass ein solcher Mindestwert gerade nicht erreicht wird. Der Erfindung zugrunde liegende Experimente haben dabei ergeben, dass aus dieser Erkenntnis auf eine schlechte Zündfunkenqualität geschlossen werden kann.
  • Die besagte Messung beginnt dabei, wie beschrieben, vorzugsweise wenn noch keine Zündspannung an der Zündelektrode anliegt. Je nach Ausführung kann dabei (muss aber nicht) bereits im Standby-Betrieb der Brennereinrichtung ein elektrisches Potential zwischen Zündelektrode und Brenner messbar sein, was aber unproblematisch ist, da kein Strom fließt und somit keine Leistung verbraucht wird.
  • Bei der besagten Messung wird ein Kurzschluss erzeugt, so dass der Stromfluss durch die Spannungsquelle steigt. Der dabei fließende Strom wird mit Hilfe eines Messwiderstandes erfasst; die auf diese Weise letztlich gemessene Spannung steigt mit dem Stromfluss. Je intensiver dabei der Zündfunke ist, desto leitfähiger ist das vorgenannte Plasma. Also bewirkt ein intensiver Zündfunke einen starken Kurzschluss der Spannungsquelle, das heißt, mit dem Ansteigen des Stroms steigt der Messwert der sogenannten Flammentemperatur nach oben.
  • Die Messung endet schließlich, wie beschrieben, vorzugsweise spätestens kurz vor einer Flammenbildung am Brenner, wobei letztlich auch vorgesehen sein kann, dass die Messung unabhängig von einem tatsächlichen Start des Brenners durchgeführt wird, das heißt, für die Feststellung der Zündfunkenqualität ist ein Start des Brenners an sich nicht erforderlich.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Der Vollständigkeit halber wird noch auf folgende Dokumente hingewiesen:
    Aus dem Dokument DE 10 2013 226 468 A1 ist ein Diagnosegerät bekannt, bei dem zur Bewertung des Zündfunkens Strom und Spannung (Hochspannung im Bereich von 8 bis 15 kV) direkt gemessen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Energie des Zündfunkens um so größer ist, je größer Strom und Spannung sind. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird im Unterschied dazu, lediglich eine Spannungsänderung bzw. ein Spannungsabfall der Messspannung (im Bereich von 5 V) gemessen und bewertet.
  • Aus dem Dokument WO 2011/117810 A2 ist ein Verfahren zur Kontrolle eines Brenners bekannt, bei dem die elektrische Spannung des Gebläsemotors überwacht wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt schematisch
    • Figur 1
    eine Brennereinrichtung mit einem Brenner, einer Zündelektrode und einer Gegenelektrode; und
    Figur 2
    ein drei verschiedene Zündfunkenqualitäten darstellendes Diagramm.
  • In Figur 1 ist schematisch und perspektivisch eine Brennereinrichtung dargestellt, bei der mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner 1 zugeordneten Zündelektrode 2 ein Zündfunke erzeugt wird, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass der Zündfunke zwischen der Zündelektrode 2 und einer Gegenelektrode 3 erzeugt wird, das heißt, ein aus der Oberfläche des Brenners 1 ausströmendes Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet sich an dem zwischen der Zündelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 befindlichen Zündfunken.
  • Weiterhin ist, wie bereits ausgeführt, vorgesehen, dass mit der Zündelektrode 2 eine elektrische Spannung gemessen wird, wobei ferner besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass zur Messung der elektrischen Spannung die in Figur 1 dargestellte Messeinrichtung 4 (ein Voltmeter) verwendet wird. Weiterhin ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, dass sowohl der Brenner 1 als auch die Gegenelektrode 3 mit der elektrischen Masse ("GND" - siehe: https://de.wikipedia.org/w/index.php? title=Masse_(Elektronik)&oldid=192430333) der Brennereinrichtung verbunden ausgebildet sind.
  • Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner 1 mit der Zündelektrode 2 eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung (welche letztlich einem Stromfluss durch den vorgenannten Plasmakanal des Zündfunkens entspricht) gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert Umind ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass das Verfahren auch dann angewendet werden kann, wenn der Brenner an sich in diesem Moment gar nicht gezündet werden soll. Außerdem ist zu beachten, dass die tatsächliche Höhe des Mindestwertes Umind letztlich von der konkret verwendeten Messschaltung abhängt und sich insofern die Angabe eines konkreten Zahlenwerts, der von einem Fachmann aber leicht selbst ermittelt und festgelegt werden kann, an dieser Stelle erübrigt.
  • Bezüglich der Messung ist dabei - etwas genauer betrachtet - besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Zeitraum zur Messung der elektrischen Spannung beginnt, wenn ein Lüfter des Brenners 1 seine Startdrehzahl erreicht hat, wobei diesem Szenario typischer Weise vorausgegangen ist, dass die Heizungsregelung einen Wärmebedarf ermittelt und eine entsprechende Forderung zum Zünden des Brenners 1 gegeben hat.
  • Weiterhin ist noch besonders bevorzugt vorgesehen, dass nach Erreichen der Startdrehzahl, aber vor Erzeugung eines Zündfunkens zunächst ein Spannungsreferenzwert (zwischen Zündelektrode 2 und Brenner 1 bzw. Gegenelektrode 3) gemessen wird. Dieser kann 0 Volt betragen; es gibt aber auch Brennereinrichtungen, bei denen auch, wie oben schon beschrieben, im Standbybetrieb ein elektrisches Potential am Brenner 1 bzw. der Gegenelektrode 3 anliegt, was aber in Bezug auf den Stromverbrauch der Brennereinrichtung, da kein Strom fließt, unproblematisch ist.
  • Ferner ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass nach Erzeugung eines Zündfunkens für vorzugsweise 1 bis 3 Sekunden eine Einschwingphase abgewartet und anschließend ein sich ergebender Spannungszündwert gemessen wird. Eine Flammenbildung wird dabei insbesondere dadurch verhindert, dass dem Brenner 1 während der Messung des Spannungszündwertes noch kein Brennstoff zugeführt wird.
  • In Kombination der vorstehend genannten Maßgaben ist dann weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass die sich in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner 1 einstellende Änderung der elektrischen Spannung (zwischen der Zündelektrode 2 und dem Brenner 1 bzw. der Gegenelektrode 3) aus einer Differenz zwischen dem vorgenannten Spannungszündwert und dem vorgenannten Spannungsreferenzwert ermittelt wird.
  • Auf Basis der voranstehend beschriebenen Messungen ist dann besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein begonnener Start des Brenners 1 abgebrochen wird, wenn die sich ergebende Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Minimalwert Umini ist, wobei dieser betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Mindestwert Umind ist. Auch hier gilt dabei wieder, dass die tatsächliche Höhe des Minimalwertes Umini von der konkret verwendeten Messschaltung abhängt und sich insofern die Angabe eines konkreten Zahlenwerts, der von einem Fachmann aber leicht selbst ermittelt und festgelegt werden kann, an dieser Stelle erübrigt.
  • In Figur 2 ist unter a) ein Spannungsverlauf bei einem qualitativ hochwertigen Zündfunken, unter b) der Spannungsverlauf bei einem schlechteren, aber immer noch akzeptablen Zündfunken und unter c) der Spannungsverlauf bei einem nicht mehr akzeptablen Zündfunken dargestellt. Dabei wurde der gegebenenfalls nicht null betragende Spannungsreferenzwert bei der Darstellung bereits berücksichtigt. Als für den Vergleich relevanter Wert wird jeweils der betragsmäßig größte Wert der jeweiligen Kurve (also dort, wo die Steigung null ist) verwendet.
  • Der Verlauf gemäß b) tritt dabei zum Beispiel dann auf, falls sich der Abstand zwischen der Zündelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 verändert haben sollte. In diesem Fall würde ein möglicher Start zwar nicht abgebrochen, aber eine entsprechende Fehlermeldung generiert werden.
  • Der Verlauf gemäß c) tritt schließlich zum Beispiel dann auf, falls sich aufgrund von Kondensation zwischen der Zündelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 ein Wassertropfen gebildet haben sollte. In diesem Fall würde ein möglicher Start mit einem entsprechenden Warnhinweis komplett abgebrochen bzw. unterbunden werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brenner
    2
    Zündelektrode
    3
    Gegenelektrode
    4
    Messeinrichtung
    Umind
    Mindestwert
    Umini
    Minimalwert

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennereinrichtung, bei dem mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner (1) zugeordneten Zündelektrode (2) ein Zündfunke erzeugt wird und bei dem mit der Zündelektrode (2) eine elektrische Spannung gemessen wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner (1) mit der Zündelektrode (2) eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert (Umind) ist .
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Zeitraum zur Messung der elektrischen Spannung beginnt, wenn ein Lüfter des Brenners (1) seine Startdrehzahl erreicht hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach Erreichen der Startdrehzahl, aber vor Erzeugung eines Zündfunkens zunächst ein Spannungsreferenzwert gemessen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass nach Erzeugung eines Zündfunkens für vorzugsweise 1 bis 3 Sekunden eine Einschwingphase abgewartet und anschließend ein sich ergebender Spannungszündwert gemessen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die sich in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner (1) einstellende Änderung der elektrischen Spannung aus einer Differenz zwischen dem Spannungszündwert und dem Spannungsreferenzwert ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein begonnener Start des Brenners (1) abgebrochen wird, wenn die sich ergebende Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Minimalwert (Umini) ist, wobei dieser betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Mindestwert (Umind) ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Zündfunke zwischen der Zündelektrode (2) und einer Gegenelektrode (3) erzeugt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sowohl der Brenner (1) als auch die Gegenelektrode (3) mit der elektrischen Masse der Brennereinrichtung verbunden ausgebildet sind.
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