Stand der Technik
-
Es ist bereits ein Verfahren zur Kalibrierung einer Flammenüberwachungsvorrichtung vorgeschlagen worden, bei welchem einer Brennervorrichtung ein Brennstoff zu einer Erzeugung einer Flamme zugeführt wird und bei welchem der Brennervorrichtung ein Umgebungsluftstrom zu einer Erzeugung eines Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs zugeführt wird, wobei in zumindest einem Kalibrierschritt ein Verbrennungsmaximum der Flamme überschritten wird.
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Kalibrierung einer Flammenüberwachungsvorrichtung, für eine bei einer vorbestimmbaren Leistung betreibbaren Brennervorrichtung mittels eines Messsignals, bei welchem der Brennervorrichtung ein Brennstoff zum Erzeugen einer Flamme zugeführt wird und bei welchem der Brennervorrichtung ein Umgebungsluftstrom zum Erzeugen eines Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs zugeführt wird, wobei in zumindest einem Kalibrierschritt ein Verbrennungsmaximum der Flamme überschritten wird, in dem zumindest in dem Kalibrierschritt ein fettes Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt wird.
-
Das Verfahren zeichnet sich durch aus, dass bei fortschreitender Alterung der Flammenüberwachungseinrichtung von einer Auswertung eines Doppelpeaks zu einer Auswertung eines Wechselpeaks gewechselt wird.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens kann vorteilhaft auf eine Alterung eingegangen werden. Wenn die Komponenten der Flammenüberwachungseinrichtung altern, erhöht sich in aller Regel der Innenwiderstand des Systems. Dadurch ist es möglich, dass das zur Kalibrierung ursprünglich verwendete Messsignal nicht mehr ausgewertet werden kann. Das ursprüngliche Messsignal ist in aller Regel ein Doppelpeak, an dem eindeutig ein Durchfahren des fetten Bereiches erkannt wird. Erfindungsgemäß soll nun beim Ausbleiben des Doppelpeaks oder wenn dieser nicht mehr eindeutig auswertbar ist, auf einen Wechselpeak übergegangen werden. Dieser kann dann zur exakten Lagebestimmung der Kalibrierposition herangezogen werden. Der Wechselpeak kann sich je nach Alter von selbst einstellen. Es können aber auch Parameter wie eine Vorspannung, eine Verstärkung und/oder eine vorgewählte Stromdichte so angepasst werden, dass das System auf den Wechselpeak übergeht.
-
Der Wechselpeak kann von einem Grundmesslevel zuerst absinken, um dann im weiteren zeitlichen Verlauf zu einer Überhöhung über das Grundmesslevel zu gelangen.
-
Der Wechselpeak kann von einem Grundmesslevel zuerst ansteigen, um dann im weiteren zeitlichen Verlauf zu einem Unterschreiten unter das Grundmesslevel zu gelangen.
-
Unter einem Grundmesslevel soll ein Wert eines zu messenden Parameters verstanden werden, der in einem üblichen Gebrauch oder vor einer Kalibrierung gemessen wird. Der Parameter kann insbesondere eine Spannung, ein Strom, ein Widerstand, eine Kapazität, eine Induktivität oder dergleichen sein.
-
Die Messung wird genau oder eindeutig, wenn ein erstes bzw. das erste Absinken beziehungsweise Überschreiten mindestens so groß ist, dass das Messsignal (56) erkennbar von einem aktuellen Level (67) abweicht, insbesondere um mindestens 10%, vorzugsweise um 15% gegenüber dem aktuellen Level (67) abweicht.
-
Unter einer erkennbaren Abweichung soll dabei verstanden werden, dass das Messignal, dem in der Regel ein Rauschen überlagert ist, zumindest aus dem Rauschsignalbereich herauskommt und bestimmt oder ein Verlauf des Messsignals bestimmt werden kann.
-
Ein fettes Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch kann einfach erzeugt werden, wenn für den Kalibrierschritt der Umgebungsluftstrom reduziert wird.
-
Ein fettes Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch kann einfach erzeugt werden, wenn in dem zumindest einen Kalibrierschritt (38) die Zufuhr des Brennstoffs er höht wird.
-
Das Kalibrierverfahren kann schnell durchgeführt werden, wenn in dem zumindest einen Kalibrierschritt über eine vorbestimmbare Impulszeitdauer ein fettes Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt wird.
-
Unter einer Zeitdauer soll verstanden werden, dass der Schritt oder Vorgang zeitlich begrenzt ist. Dass während eines Betriebs, insbesondere eines kontinuierlichen Betriebs der Brennervorrichtung eine gewisse Zeitspanne genutzt wird, in der die bestimmt Zeitdauer liegt. Die Zeitdauer hat einen Startzeitpunkt und einen zeitlich danach liegenden Endzeitpunkt. Unter einem kontinuierlichen Betrieb ist ein Betrieb zu verstehen, während dessen die Brennervorrichtung im üblichen Gebrauch arbeitet. Das kann mit einer konstanten oder auch einer dem üblichen Gebrauch angepassten Leistung erfolgen.
-
Vorzugsweise weist die Flammenüberwachungsvorrichtung zumindest einen lonisationssensor auf. Alternativ oder zusätzlich könnte die Flammenüberwachungsvorrichtung auch zumindest eine Lambda-Sonde oder einen Temperatursensor und/oder ein vergleichbares direktes und/oder indirektes Messverfahren zur Messung der Verbrennungsqualität aufweisen. Vorzugsweise ist die Brennervorrichtung als ein Durchlauferhitzer und/oder Boiler ausgebildet. Insbesondere wird von der Brennervorrichtung ein Wasser erwärmt. Vorzugsweise wird dem Wasser von der Brennervorrichtung, insbesondere einem Brenner der Brennervorrichtung, eine Wärmeenergie zugeführt. Vorzugsweise wird die Wärmeenergie durch die Flamme erzeugt. Vorzugsweise ist der Brennstoff als ein Brennfluid, insbesondere als ein Brenngas, ausgebildet. Beispielsweise könnte die Flamme durch die Oxidation von Brennstoff, insbesondere Erdgas und/oder Wasserstoff und/oder Methan, erzeugt werden. Vorzugsweise wird der Brennstoff in den Brenner der Brennervorrichtung eingebracht. Vorzugsweise wird der Brennstoff, beispielsweise von einer Pumpe, unter Druck in den Brenner eingespritzt. Vorzugsweise weist der Umgebungsluftstrom zumindest Sauerstoff auf. Vorzugsweise wird der Umgebungsluftstrom erzeugt, indem eine Umgebungsluft von einem Gebläse angesaugt wird. Vorzugsweise wird der Umgebungsluftstrom in den Brenner der Brennervorrichtung eingebracht. Vorzugsweise wird von dem Gebläse ein Druck im Brenner erzeugt, welcher größer ist als ein Umgebungsdruck. Vorzugsweise wird der Brennstoff, insbesondere in dem Brenner, mit dem Umgebungsluftstrom gemischt. Vorzugsweise wird ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch weist ein Mischungsverhältnis auf. Das Mischungsverhältnis ist als das Verhältnis von Brennstoff zu Sauerstoff gebildet. Vorzugsweise wird der Brennstoff mit zumindest dem Sauerstoff aus dem Umgebungsluftstrom, beispielsweise in dem Brenner, oxidiert/verbrannt. Unter einem "fetten Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch" soll dabei insbesondere ein Mischungsverhältnis, welches weniger Sauerstoff aufweist, als zu einer vollständigen Verbrennung/Oxidation des Brennstoffs benötigt wird, verstanden werden. Unter einem "Ionisationssensor" soll dabei insbesondere zumindest ein Messsensor, beispielsweise eine Ionisationselektrode, welcher dazu eingerichtet ist, einen Ionisationsstrom zu messen, verstanden werden. Insbesondere wird eine elektrische Spannung an der Flamme, beispielsweise zwischen Gehäuse und Ionisationssensor, angelegt, von welcher der Ionisationsstrom, insbesondere bei einem Vorliegen einer Flamme, erzeugt wird. Vorzugsweise hängt der Ionisationsstrom zumindest von einer Flammenintensität ab. Vorzugsweise wird der Ionisationsstrom umso größer, je größer eine Flammenintensität ist. Vorzugweise wird der Ionisationsstrom im Verbrennungsmaximum zumindest im Wesentlichen maximal. Vorzugsweise wird der Ionisationsstrom bei einem Überschreiten des Verbrennungsmaximums, welches insbesondere bei einem fetten Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch vorliegt, umso kleiner, je geringer die Flammenintensität wird. Beispielsweise könnte ein Verbrennungsmaximum zumindest im Wesentlichen bei einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis erreicht werden. Beispielsweise ist die Flammenintensität bei einem magereren und/oder bei einem fetteren Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch kleiner als im Verbrennungsmaximum mit einer stöchiometrischen Verbrennung. Unter "stöchiometrisch" soll dabei insbesondere ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch, welches genau gleich viel Sauerstoff aufweist, wie für die Oxidation des im Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch enthaltenen Brennstoffs theoretisch benötigt wird, verstanden werden.
-
Vorzugsweise wird das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch angefettet/verfettet, bis das Verbrennungsmaximum der Flamme überschritten wird. Vorzugsweise ist eine lonenbildungsrate in der Flamme im Verbrennungsmaximum zumindest im Wesentlichen maximal. Vorzugsweise wird das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch im Verbrennungsmaximum stöchiometrisch verbrannt. Insbesondere wird die Verbrennungstemperatur zumindest im Wesentlichen im Verbrennungsmaximum maximal. Insbesondere muss das Verbrennungsmaximum überschritten werden, um das Verbrennungsmaximum identifizieren zu können. Vorzugsweise wird das fette Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch, insbesondere entlang eines ansteigenden Mischungsverhältnisses, in dem zumindest einen Kalibrierschritt zumindest im Wesentlichen oberhalb des Verbrennungsmaximums verbrannt.
-
Vorzugsweise umfasst der Kalibrierschritt zumindest einen Impulsschritt und einen Auswertungsschritt. Vorzugsweise wird in dem Impulsschritt zumindest das Mischungsverhältnis des Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs über eine Impulszeitdauer insbesondere von weniger als 5 s, bevorzugt weniger als 1 s und vorzugsweise weniger als 0,5 s erhöht. Vorzugsweise wird in dem Auswertungsschritt zeitlich auf den Impulsschritt folgend zumindest eine Impulsantwort über eine Auswertungsdauer gemessen und ausgewertet. Vorzugsweise ist die Auswertungsdauer zumindest im Wesentlichen gleich lang wie die Impulszeitdauer. Vorzugsweise weist die gesamte Zeitdauer des Kalibrierschritts weniger als 20 s, bevorzugt weniger als 10 s auf. Insbesondere weist die gesamte Zeitdauer des Kalibrierschritts zumindest die doppelte Impulszeitdauer auf. Unter einem "Verbrennungsmaximum" soll dabei insbesondere eine Oxidierung eines Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs bei einem Mischungsverhältnis, welches ein maximales Messsignal des Ionisationssensors und/oder welches eine maximale Verbrennungstemperatur bewirkt, verstanden werden. Unter "zumindest im Wesentlichen" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 10% und besonders bevorzugt weniger als 5% des vorgegebenen Werts abweicht.
-
Es wird vorgeschlagen, dass das das Wechseln der auszuwertenden Peak-Form und dessen Auswertung mittels einer die Brennervorrichtung steuernden oder regelnden Software erfolgt.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Wechseln der auszuwertenden Peak-Form und dessen Auswertung Teil eines das Kalibrieren steuernden oder regelnden Software-Moduls ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform ist eine Brennervorrichtung mit zumindest einer Flammenüberwachungsvorrichtung mit zumindest einem Gebläse, welches dazu eingerichtet ist, einem Brenner einen Umgebungsluftstrom zuzuführen, mit zumindest einem Brennstoffzuführungsventil, welches dazu eingerichtet ist, eine Brennstoffmenge einzustellen, und mit zumindest einer Steuer- und/oder Regeleinheit, welche zumindest dazu eingerichtet ist, die Flammenüberwachungsvorrichtung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu kalibrieren. Vorteilhaft kann ein hoher Komfort bereitgestellt werden, da insbesondere während des Kalibrierschritts eine Temperaturschwankung reduziert/begrenzt werden kann. Vorteilhaft kann eine Konstruktion mit geringen Kosten bereitgestellt werden, da insbesondere zur Durchführung des Verfahrens keine zusätzlichen Bauteile verbaut werden müssen. Vorzugsweise weist die Flammenüberwachungsvorrichtung zumindest einen Ionisationssensor auf.
-
In einem einfachen Verfahren wird in vorteilhafter Weise in dem zumindest einen Kalibrierschritt zur Erzeugung des fetten Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs der Umgebungsluftstrom reduziert. Vorteilhaft kann ein hoher Komfort bereitgestellt werden, da insbesondere durch die Reduzierung des Umgebungsluftstroms eine Temperaturschwankung reduziert/begrenzt werden kann. Vorzugsweise wird das fette Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt, indem ein Sauerstoffanteil des Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs reduziert wird. Insbesondere wird das fette Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt, indem das Mischungsverhältnis erhöht wird. Vorzugsweise wird der Umgebungsluftstrom reduziert, indem dem Brenner weniger Umgebungsluft bei gleicher Brennstoffmenge zugeführt wird. Beispielsweise könnte der Umgebungsluftstrom reduziert werden, indem ein Durchströmquerschnitt eines Umgebungsluftkanals der Brennervorrichtung verringert wird. Alternativ könnte auch ein Bypass-Ventil geöffnet werden.
-
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das fette Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt wird, indem eine Gebläsedrehzahl reduziert wird. Vorteilhaft kann eine Konstruktion mit geringen Kosten bereitgestellt werden, da insbesondere zur Durchführung der Kalibrierung keine zusätzlichen Bauteile verbaut werden müssen. Vorzugsweise wird die Gebläsedrehzahl reduziert, indem zumindest eine reduzierte Gebläsedrehzahl und eine Zeitdauer für die reduzierte Gebläsedrehzahl vorgegeben werden. Es ist denkbar, dass für die Reduzierung der Gebläsedrehzahl eine, insbesondere maximale, Zeitdauer vorgegeben wird, in welcher die Drehzahländerung durchgeführt wird. Insbesondere wird in dem zumindest einen Kalibrierschritt von dem Gebläse eine minimale Gebläsedrehzahl nicht unterschritten. Beispielsweise könnte eine Differenz zwischen einer Ausgangsdrehzahl und der reduzierten Drehzahl als eine Pulshöhe ausgebildet sein. Beispielsweise könnte die Zeitdauer zwischen einem Startzeitpunkt der Reduzierung der Gebläsedrehzahl und einem Erreichen der reduzierten Gebläsedrehzahl als eine Haltezeit ausgebildet sein.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung und die erfindungsgemäße Brennervorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Kalibrierung und die erfindungsgemäße Brennervorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Zeichnung
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Brennervorrichtung mit einer Flammenüberwachungsvorrichtung,
- Fig. 2
- ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung der Flammenüberwachungsvorrichtung,
- Fig. 3
- ein schematisches Kalibrierdiagramm und
- Fig. 4
- einen Wechselpuls.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
Die Figur 1 zeigt eine Brennervorrichtung 12. Die Brennervorrichtung 12 ist dazu eingerichtet, ein Wasser in einem Durchlauferhitzer oder Boiler oder dergleichen zu erwärmen.
-
Die Brennervorrichtung 12 weist eine Flammenüberwachungsvorrichtung 10 auf. Die Flammenüberwachungsvorrichtung 10 weist einen Ionisationssensor 52 auf. Der Ionisationssensor 52 ist dazu eingerichtet, ein Messsignal 56 zu erzeugen, vgl. Fig. 3. Das Messsignal ist als ein Ionisationsstrom ausgebildet.
-
Die Brennervorrichtung 12 weist ein Gebläse 26 auf. Die Brennervorrichtung 12 weist einen Brenner 28 auf. Das Gebläse 26 ist dazu eingerichtet, dem Brenner 28 einen Umgebungsluftstrom 16 zuzuführen. Der Brenner 28 und das Gebläse 26 sind über einen Umgebungsluftkanal 24 fluidisch miteinander verbunden.
-
Die Brennervorrichtung 12 weist ein Brennstoffzuführungsventil 30 auf. Das Brennstoffzuführungsventil 30 ist dazu eingerichtet, dem Brenner 28 einen Brennstoff zuzuführen. Der Brennstoff ist als ein Brenngas ausgebildet. Das Brenngas könnte als ein Erdgas, Methan, Wasserstoff oder dergleichen ausgebildet sein. Das Brennstoffzuführungsventil 30 ist dazu eingerichtet, eine Brennstoffzufuhr 34 einzustellen.
-
Der Brenner 28 weist ein Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch auf. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch weist ein Mischungsverhältnis 54 auf, vgl. Fig. 3. Das Mischungsverhältnis 54 ist als ein Verhältnis von Brennstoff zu Sauerstoff gebildet. Der Brenner 28 ist dazu eingerichtet, das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch zu verbrennen. Der Brenner 28 ist dazu eingerichtet, eine Flamme 14 zu erzeugen.
-
Die Brennervorrichtung 12 weist eine Steuer- und/oder Regeleinheit 32 auf. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 32 ist dazu eingerichtet, die Flammenüberwachungsvorrichtung 10 mittels des Verfahrens zu kalibrieren. Die Brennervorrichtung 12 weist einen Brennstofftank 18 auf. Der Brennstofftank 18 ist als eine Gasflasche ausgebildet. Der Brennstofftank 18 könnte jedoch auch als ein öffentliches Brennstoffnetz oder dergleichen ausgebildet sein.
-
Die Figur 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung der Flammenüberwachungsvorrichtung 10.
-
In zumindest einem Vorbereitungsschritt 36 wird ein Betriebsparameter ermittelt. Der Betriebsparameter wird von der Steuer- und/oder Regeleinheit 32 abgerufen/ausgelesen. Der Betriebsparameter ist als eine Gebläsedrehzahl ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich könnte der Betriebsparameter als ein Druck in einer Brennkammer 22 der Brennervorrichtung 12 und/oder in dem Umgebungsluftkanal 24 der Brennervorrichtung 12 ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich könnte der Betriebsparameter auch als ein Mischungsverhältnis 54 des Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs in einem Regelbetrieb der Brennervorrichtung 12 ausgebildet sein. Der Betriebsparameter weist einen Grenzwert auf. Anhand des Grenzwerts wird entschieden, ob ein weiterer Kalibrierschritt 38 oder ein weiterer Kalibrierschritt 40 ausgeführt wird.
-
In dem zumindest einen weiteren Kalibrierschritt 38 wird ein Kalibrierimpuls 60 erzeugt, vgl. Fig. 3. Der Kalibrierimpuls 60 wird erzeugt, indem ein Mischungsverhältnis 54 des Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs fett eingestellt wird. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 wird für eine Impulszeitdauer 44 von 0,1 s ein fettes Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch erzeugt. Alternativ könnte die Impulszeitdauer 44 auch größer als 0,1 s ausgebildet sein. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch wird anhand einer Pulshöhe 58 des Kalibrierimpulses 60 fett eingestellt. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch wird aus einem Regelbetrieb heraus angereichert. Zur Erzeugung des fetten Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs wird im Ausführungsbeispiel der Umgebungsluftstrom reduziert. Der Umgebungsluftstrom wird reduziert, indem die Gebläsedrehzahl verringert wird. Der Umgebungsluftstrom wird zur Anreicherung des Brennstoff-Sauerstoff Gemischs reduziert, wenn der Betriebsparameter mindestens den Grenzwert aufweist. Nach der Impulszeitdauer 44 von 0,1 s wird der Umgebungsluftstrom wieder auf den Wert des Regelbetriebs zurückgesetzt. In dem zumindest einen Kalibrierschritt 38 wird die Brennstoffzufuhr 34 konstant gehalten.
-
In dem zumindest einen weiteren Kalibrierschritt 40 wird bei einem Unterschreiten des Grenzwerts das fette Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch durch eine Erhöhung der Brennstoffzufuhr 34 erzeugt, vgl. Fig. 1. In dem zumindest einen weiteren Kalibrierschritt 40 wird sichergestellt, dass das Mischungsverhältnis 54 in jedem Kalibrierzustand so stark erhöht werden kann, dass ein Verbrennungsmaximum 20 der Flamme 14 erreicht wird. In dem zumindest einen weiteren Kalibrierschritt 40 wird die Gebläsedrehzahl konstant gehalten. In dem zumindest einen weiteren Kalibrierschritt 40 wird der Umgebungsluftstrom 16 konstant gehalten.
-
In zumindest einem Auswerteschritt 42 wird das Verbrennungsmaximum 20 der Flamme 14 detektiert. Das detektierte Messsignal 56 wird von der Steuerund/oder Regeleinheit 32 ausgewertet. Das Verbrennungsmaximum 20 der Flamme 14 wird zeitlich nach Abschluss der Impulszeitdauer 44 erreicht. Das Verbrennungsmaximum 20 wird zeitlich versetzt zu dem Kalibrierimpuls 60 erzeugt. Alternativ ist denkbar, dass das Verbrennungsmaximum 20 der Flamme 14, beispielsweise bei einer langen Impulszeitdauer 44, zeitlich während des Kalibrierimpulses 60 erreicht wird.
-
Die Figur 3 zeigt ein schematisches Kalibrierdiagramm. Das schematische Kalibrierdiagramm zeigt einen schematischen Verlauf des Messsignals 56 von dem lonisationssensors 52. Ferner zeigt das schematische Kalibrierdiagramm einen schematischen Verlauf eines Mischungsverhältnisses 54 des Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches über eine Kalibrierzeitdauer 50. Das schematische Kalibrierdiagramm weist eine Ordinate 46 auf. Auf der Ordinate 46 ist das Messsignal 56 des Ionisationssensors 52 aufgetragen. Das Messsignal 56 ist als der von dem Ionisationssensors 52 detektierte Ionisationsstrom ausgebildet. Ferner ist auf der Ordinate 46 das Mischungsverhältnis 54 des Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs aufgetragen. Das schematische Kalibrierdiagramm weist eine Abszisse 48 auf. Auf der Abszisse 48 ist eine Zeit aufgetragen. Der Kalibrierimpuls 60 weist eine Pulshöhe 58 des Mischungsverhältnisses 54 auf. Die Impulszeitdauer 44 des Kalibrierimpulses 60 beträgt 0,1 s. Es ist denkbar, dass die Impulszeitdauer 44 mehr oder weniger als 0,1 s beträgt. Die Impulszeitdauer 44 kann unterschiedliche Werte haben. Sie ist, wenn einmal vorgewählt fix. Sie kann in Abhängigkeit unterschiedlicher Einflüsse und Parameter vorgewählt werden. Solche Einflüsse und Parameter sind beispielsweise das Mischungsverhältnis 54 des Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs im Regelbetrieb oder die aktuelle Leistung. Die Impulszeitdauer 44 beträgt in jedem Kalibrierzustand weniger als 2s.
-
Alternativ beträgt die Impulszeitdauer 44 in jedem Kalibrierzustand weniger als 5 s. Das Verbrennungsmaximum 20 der Flamme 14 tritt zeitlich versetzt zu der Impulszeitdauer 44 auf. Das Messsignal 56 des Ionisationssensors 52 wird zeitlich nachfolgend auf die Impulszeitdauer 44 erzeugt. Die gesamte Kalibrierzeitdauer 50 beträgt 1 s. Die gesamte Kalibrierzeitdauer 50 beträgt in jedem Kalibriervorgang weniger als 10s. Die gesamte Kalibrierzeitdauer 50 beträgt in jedem Kalibriervorgang mindestens die doppelte Impulszeitdauer 44. Mit 60' und 58' ist ein nächster Kalibriervorgang bezeichnet.
-
In einer modernen Brennervorrichtung 12 wird der Kalibriervorgang derart durchgeführt, dass bei konstanter Ventilstellung des Brennstoffzuführungsventils 30 die Gebläsedrehzahl des Gebläses 26 reduziert wird. Dies hat den Vorteil, dass die Leistung der Brennervorrichtung nicht oder nur kaum bemerkbar geändert wird.
-
Ein fettes Gemisch kann auch dadurch erzeugt werden, dass das Brennstoffzuführungsventil 30 etwas geöffnet und so mehr Brennstoff, als dies für die aktuelle Verbrennung notwendig ist, zuführt.
-
Insbesondere bei einer solchen Kalibrierung kann bei zunehmender Alterung das Verbrennungsmaximum 20 der Flamme 14 nicht mehr sicher erkannt werden. In Figur 3 ist ein Messignal 56 einer neuen oder noch nicht wesentlich gealterten Brennervorrichtung 12 bzw. Flammenüberwachungseinrichtung 10 dargestellt.
-
Dieses Messsignal 56 kann sich im Laufe der Zeit, mit zunehmender Alterung ändern. Es kann dann eine Signalform annehmen, wie sie in Figur 4 dargestellt ist. Eine solche Signalform ist nicht mehr eindeutig der ursprünglichen Signalform zuordenbar. Dadurch wird eine optimale Kalibrierung schwierig, wenn nicht unmöglich.
-
In Figur 4 ist die Abszisse eine Zeitleiste, über die auf der Ordinate das Messsignal 56 aufgetragen ist. Typische Einheiten sind Millisekunden für die Zeitleiste und Mikroampere für die Ordinate.
-
Die Erfindung geht davon aus, dass bei zunehmender Alterung der Flammenüberwachungseinrichtung 10 von der Auswertung eines Doppelpeaks 62, wie er beispielhaft in Figur 3 dargestellt ist, gewechselt wird zu einer Auswertung eines Wechselpeaks 64, wie er beispielhaft in Figur 4 dargestellt ist. Die genaue Verlaufsform hängt im Einzelfall von dem genauen Aufbau der Brennervorrichtung 12 und den Alterungsbedingungen ab.
-
Je nach aktuell eingestellter Leistung der Brennervorrichtung kann es vorkommen, dass noch ein Doppelpeak 62 vorhanden und das Verbrennungsmaximum 20 erkannt wird oder auch nicht. Gerade bei niederen Leistungen kann es vorkommen, dass Doppelpeak 62 als Messsignalverlauf nicht mehr ausgebildet ist.
-
Die Regeleinheit 32 erkennt im Ausführungsbeispiel, dass das Verbrennungsmaximum 20 nicht mehr eindeutig bestimmbar ist. Dies kann dadurch erfolgen, dass trotz gestarteten Kalibriervorgangs in absehbarer Zeit kein Verbrennungsmaximum 20 auftaucht. Dieser Vorgang kann mehrfach ausgeführt werden, um eine Sicherheit in dem Fehlen der Bestimmung des Verbrennungsmaximums 20 zu erhalten.
-
Wenn erkannt ist, dass das Verbrennungsmaximum 20 nicht erreicht wird, schaltet die Regeleinheit 32 um, von einer Auswertung eines Doppelpeaks 62 zu einer Auswertung eines Wechselpeaks 64.
-
Ein solches Umschalten bzw. Wechseln kann auch von außen veranlasst werden. Das kann zum Beispiel über das Internet erfolgen.
-
Der Kalibriervorgang wird gestartet. Zur Auswertung des Wechselpeaks 64 wird eine erste Abweichung 66 des Messignals 56 des Ionisationssensors 52 überwacht ausgehend von einem Level 67, das die aktuelle Leistung bei gegebenem Gemisch charakterisiert. Erreicht die erste Abweichung 66 einen Sollwert, wird überwacht, ob ein erster Wechsel 68 des Messsignals 56 beobachtet werden kann. Eine weitere Überwachung sollte ein entgegen der ersten Abweichung 66 beobachtbare zweite Abweichung 70 ergeben. Eine weitere Überwachung sollte dann einen zweiten Wechsel 72 mit einer dritten Abweichung 74 beobachtbar machen. Sind solche Abweichungen 66, 70, 74 und Wechsel 68, 72 beobachtbar, wird auf einen vollständigen Wechselpeak geschlossen und eine Kalibrierung kann vorgenommen werden.
-
Die Kalibrierung kann dann anhand des ersten Wechsels 68 oder anhand des zweiten Wechsels 72 vorgenommen werden. Es ist auch denkbar, dass beide Wechsel 68 und 72 zur Kalibrierung herangezogen werden.
-
In der Regel wird sich ein Wechselpeak 64 derart einstellen, dass die erste Abweichung 66 ein Absinken des Messsignals 56 ausgehend vom Level 67 zeigt. Der erste Wechsel 68 stellt dann ein lokales Minimum dar. Die zweite Abweichung 70 stellt ein Ansteigen des Messignals 56 dar. Das Messsignal 56 steigt über das ursprüngliche Level 67 hinaus bis zum zweiten Wechsel 72, der ein lokales Maximum darstellt. Über die dann abfallende dritte Abweichung 74 bewegt sich das Messsignal 56 wieder auf das ursprüngliche Level 67 zu. Diese Level 67, das die ursprüngliche Leistung bei eingestelltem Gemisch charakterisiert, wird entweder annähernd asymptotisch erreicht oder auch mit einem über- und unterschwingenden Verlauf.
-
Es kann sich ein Wechselpeak 64 auch derart einstellen (nicht explizit dargestellt, entspricht aber einer Siegelung der Figur4 an der Abszisse), dass die erste Abweichung ein Ansteigen des Messsignals 56 zeigt. Der erste Wechsel stellt dann ein lokales Maximum dar. Die zweite Abweichung 70 stellt ein Absinken des Messignals 56 dar. Das Messsignal 56 fällt unter das ursprüngliche Level 67 bis zum zweiten Wechsel, der ein lokales Minimum darstellt. Über die dann ansteigende dritte Abweichung bewegt sich das Messsignal 56 wieder auf das ursprüngliche Level 67 zu. Dieses Level 67, das die ursprüngliche Leistung bei eingestelltem Gemisch charakterisiert, wird entweder annähernd asymptotisch erreicht oder auch mit einem über- und unterschwingenden Verlauf.
-
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ein deutliches Absinken des Messsignals 56 vom ursprünglichen Level 67 erkennbar. Ein solches Signal kann eindeutig ausgewertet werden. Anzustreben ist eine Signalabweichung von mindestens 10%, um ein eindeutiges Erkennen, dass ein Kalibrierungsvorgang vorliegt, und eine eindeutige Auswertung des Messsignals 56 zu ermöglichen. Vorzugsweise sollte die Flammenüberwachungsvorrichtung 10 so eingerichtet sein, dass eine Abweichung von 15% erreicht wird. Einstellparameter hierfür sind unter anderem eine Größe einer angelegten Messspannung, eine Signalverstärkung, oder eine Rauschunterdrückung.
-
Im Ausführungsbeispiel wird in einer ersten Variante zum Erzeugen des fetten Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs der Umgebungsluftstrom 16 reduziert. Die Ventilstellung des Brennstoffzuführungsventils 30 wird zumindest annähernd konstant gehalten. Das ist eine sehr elegante Methode, die durch einfaches Absenken der Gebläsedrehzahl erreicht werden kann. Die Leistung der Brennervorrichtung bleibt dabei nahezu konstant.
-
In einer anderen Variante wird zum Erzeugen des fetten Brennstoff-Sauerstoff-Gemischs das Brennstoffzuführungsventil 30 etwas weiter geöffnet. Die Gebläsedrehzahl wird annähernd konstant gehalten. Dadurch wird zum einem das Gemisch angefettet, also mit einem Brennstoffüberschuss zur Verbrennung gebracht. Zum anderen wird die Leistung etwas erhöht. Ein solches Verfahren wird dann angewandt, wenn die Brennervorrichtung in einem unteren Leistungsbereich betrieben wird und es möglich ist, dass das Messsignal 56 schwer auszuwerten ist.
-
Beide Verfahrensvarianten können auch kombiniert werden. Sie können nacheinander angewandt werden. Dadurch erhöht sich die Sicherheit, ein auswertbares Signal zu erhalten. Die Verfahrensvarianten können auch gemeinsam angewandt werden. Dabei ist zu erreichen, dass zumindest eine Reduzierung des zugeführten Umgebungsluftstroms 16 überwiegt oder dass eine Erhöhung der Brennstoffzufuhr 34 überwiegt.
-
Im Ausführungsbeispiel wird das Verfahren derart ausgeführt, dass das Mischungsverhältnis 54 des Brennstoff-Sauerstoff-Gemisches nur für eine kurze Impulsdauer angefettet wird. Das System reagiert aufgrund der Gemischlaufzeit im System etwas verzögert, was in Figur 3 angedeutet ist. Doppelpeak 62 oder auch der Wechselpeak 64 kommen verspätet an.
-
Die Impulsdauer 60 wird im Ausführungsbeispiel vorbestimmt. Sie kann aber auch von aktuellen Gegebenheiten, wie Leistung, Signalstärke oder dem Alter der Brennervorrichtung 12 abhängen.
-
In einem nicht dargestellten Verfahren wird das Gemisch kontinuierlich über einen Zeitraum angefettet, so, dass das Messsignal quasikontinuierlich nachgefahren wird.
-
In der Steuer- und/oder Regeleinheit 32 ist das Verfahren abgelegt. Im Ausführungsbeispiel wird es in Form einer Software ausgeführt. Die Software greift dabei auf Speicher, Prozessoren und weiter Komponenten der Regeleinheit 32 zurück. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 32 ist dazu entsprechend eingerichtet. Sie weist die Komponenten auf, die notwendig sind um beispielsweise das Messsignal 56 korrekt auswerten zu können oder um Verfahrensschritte, wie das Einleiten des Kalibrierens und prüfen, ob eine auswertbarer Doppelpuls erkannt werden kann oder ob auf eine Auswertung eines Wechselpuls umgestellt werden muss.
-
Die Software ist im Ausführungsbeispiel als einzelne Module in der Steuerund/oder Regeleinheit 32 abgelegt. Dies hat den Vorteil, dass einzelne Module, die zum Beispiel das Anfetten des der Brennervorrichtung 12 aufgrund der Alterung ausgetauscht werden müssen. Hier stellt sich ein kombinatorischer Effekt ein, der direkten Einfluss auf das erfindungsgemäße Verfahren hat, das gerade bei einem alternden System greift