ES2898392T3

ES2898392T3 - Procedimiento y dispositivo para la regeneración de un electrodo para una medición de la ionización en una zona de llama de un quemador

Info

Publication number: ES2898392T3
Application number: ES20158669T
Authority: ES
Inventors: Heinz-Jörg Tomczak; Sabrina Resch
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2022-03-07
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: CN111720851A; EP3712501B1; DE102019107367A1; PL3712501T3; EP3712501A1

Abstract

Procedimiento para la regeneración de un electrodo de ionización (3) para una medición de la ionización en una zona de llama (2) de un quemador (1) con una primera tensión alterna de una primera frecuencia, sometiéndose el electrodo de ionización (3) para un intervalo de tiempo predefinible (Δt) en presencia de criterios predefinibles, después de un arranque del quemador (1), a una segunda tensión alterna con una segunda frecuencia que es superior a la primera frecuencia utilizada para un funcionamiento continuo.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para la regeneración de un electrodo para una medición de la ionización en una zona de llama de un quemador

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para la regeneración de un electrodo para una medición de la ionización en una zona de llama de un quemador, en particular un quemador que funciona con un gas combustible y aire. Tales mediciones se pueden utilizar para el control y la regulación de un gran número de aparatos, en particular el calentamiento del agua o la calefacción, y deben proporcionar en lo posible valores exactos fiables durante largos períodos de tiempo.

El diseño básico de quemadores con sistemas de medición para la medición de la ionización y su utilización para la regulación de un quemador son conocidos, por ejemplo, de los documentos EP0770824B1 y EP2466204B1. En este caso se trata en particular de la regulación de la proporción de aire y gas combustible, el llamado valor Lambda. De los documentos WO2020/020494A1 o US2006/0257801A1 es conocido también utilizar alternativamente dos frecuencias y/o tensiones diferentes para generar una señal de ionización. Esto se lleva a cabo para mejorar la regulación o la monitorización de un calefactor, pero no sirve para la regeneración de un electrodo de ionización. Es conocido también someter a los electrodos de ionización utilizados a cargas térmicas y/o corrosivas altas para la medición. En el caso de los electrodos de ionización se utilizan mayormente aleaciones metálicas especiales que tienen también un porcentaje de aluminio. Al utilizarse durante el funcionamiento del quemador, el aluminio forma con el tiempo sobre la superficie del electrodo una capa de óxido de aluminio que protege contra la corrosión, pero que es un aislante eléctrico y térmico. Esto provoca a su vez que la señal de medición, suministrada por el electrodo, se debilite e incluso se suprima completamente en estado frío. El aislamiento térmico mediante la capa de óxido de aluminio impide también que el electrodo se caliente con rapidez, lo que afecta considerablemente la señal de medición debido, por una parte, a un aumento lento de la temperatura y debido, por la otra parte, al aislamiento eléctrico en una fase de arranque en frío. A menudo, como resultado de cargas alternas térmicas se forman después también grietas en la capa de óxido de aluminio que pueden causar incluso el desprendimiento de zonas parciales del óxido de aluminio y, por consiguiente, la señal de medición vuelve a ser más fuerte. Sin embargo, esto no sirve de ayuda en todos los casos, de modo que precisamente en una fase de arranque en frío del quemador no se puede garantizar siempre una medición fiable.

Una solución mecánica se basaría en diseñar al menos una zona parcial del electrodo de ionización a partir de un material, por ejemplo, una aleación de níquel y tungsteno, que no forma una capa de óxido en las condiciones presentes en la zona de llama.

El objetivo de la presente invención es solucionar al menos parcialmente los problemas explicados con respecto al estado de la técnica y crear en particular un procedimiento y un dispositivo que posibiliten en el caso de un electrodo de ionización de cualquier tipo, en particular también un electrodo de ionización convencional con porcentaje de aluminio, una regeneración y, por tanto, una medición fiable durante largos períodos de tiempo y en particular durante la fase de arranque en frío de un quemador.

Para conseguir este objetivo se utiliza un procedimiento, un dispositivo y un producto de programa informático de acuerdo con las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes respectivas aparecen variantes y configuraciones ventajosas, a las que no está limitada la invención. La descripción, en particular en relación con la figura 1, precisa el objeto de la invención e indica otros ejemplos de realización.

El procedimiento propuesto aquí para la regeneración de un electrodo de ionización para una medición de la ionización en una zona de llama de un quemador con una primera tensión alterna de una primera frecuencia somete durante un intervalo de tiempo predefinible Dt, después de un arranque del quemador, al electrodo de ionización a una segunda tensión alterna con una segunda frecuencia que es superior a la primera frecuencia utilizada para un funcionamiento continuo.

El procedimiento se podría ejecutar después de cada arranque en frío, aunque puede resultar conveniente ejecutar una regeneración solo al alcanzarse determinados criterios predefinibles. Dado que la aplicación de la invención requiere la presencia de plasma en la zona del electrodo de ionización, la segunda tensión alterna con la segunda frecuencia se deberá aplicar solo si el quemador funciona de manera estable después de un arranque en frío con su regulación usual del valor Lambda. Tales arranques en frío no son fáciles de ejecutar desde el punto de vista de la técnica de regulación, porque no siempre se dispone de una buena señal del electrodo de ionización, pero se controlan y/o se regulan también hasta el momento de una manera estable mediante la utilización de valores empíricos o medidas similares. Los criterios adecuados para una regeneración se pueden encontrar, por ejemplo, en un sistema electrónico de regulación convencional, por ejemplo, si una deriva del electrodo de ionización ha superado un valor umbral. Es posible también naturalmente ejecutar fácilmente una regeneración después de un número determinado de ciclos operativos o después de intervalos de tiempo determinados. El quemador se vuelve a poner en marcha preferentemente después de una regeneración para posibilitar una actualización del sistema electrónico de regulación.

La segunda frecuencia de la segunda tensión alterna está situada preferentemente en el intervalo de 10 a 100 MHz [megahercio], en particular en el intervalo de 13,5 a 50 MHz.

La segunda tensión alterna está situada preferentemente en un intervalo de 100 a 300 V [voltio], en particular preferentemente entre 100 y 200 V.

La primera frecuencia de la primera tensión alterna corresponde a los valores adecuados en tales mediciones de ionización y está situada preferentemente en el intervalo de 50 a 1000 Hz [hercio], estando situada la tensión entre 100 y 300 V [voltio]. En particular ha resultada adecuada una tensión alterna de 170 V y 107 Hz.

En una forma de realización especial de la invención está presente un dispositivo de conmutación que determina a partir de datos de sensor u otros datos si el quemador se encuentra en un estado frío (predefinido) o un estado caliente (predefinido) y que somete al electrodo de ionización solo a la primera corriente alterna de la primera frecuencia en caso de un arranque en un estado caliente determinado. En otras palabras, se suprime la solicitación del electrodo de ionización con la segunda tensión alterna y la segunda frecuencia durante la medición de la ionización a pesar de existir criterios predefinibles, evitándose así un esfuerzo innecesario durante un arranque en caliente y realizándose la regeneración en un momento adecuado.

Un módulo electrónico evalúa preferentemente la corriente eléctrica, circulante a través del electrodo de ionización, y utiliza de manera conocida esta señal de medición para regular el quemador, específicamente para regular la proporción de aire y combustible (valor Lambda), ejecutándose primero en caso de un arranque en estado frío una regulación y/o un control hasta alcanzarse una combustión estable, sustituyéndose a continuación por un control durante el intervalo de tiempo predefinible Dt y realizándose nuevamente después del intervalo de tiempo predefinible Dt una regulación de la primera corriente alterna con la primera frecuencia. Por un “control” se entiende aquí en particular que el valor Lambda se predefine o se ajusta, sin considerarse en este sentido el valor Lambda real. Por una “regulación” se entiende aquí en particular que se ajusta el valor Lambda, midiéndose durante este ajuste el valor Lambda real actual por medio de la corriente de ionización y adaptándose al valor Lambda nominal predefinido por ajuste.

El intervalo de tiempo predefinible Dt está situado preferentemente en el intervalo de 10 a 100 s [segundos], preferentemente 20 a 30 s.

Dado que a partir de la segunda corriente alterna no se puede derivar una buena señal de medición para la corriente de ionización en la zona de llama, es ventajoso seleccionar un intervalo de tiempo Dt no demasiado largo, porque durante este tiempo no se puede realizar posiblemente una regulación óptima del proceso de combustión.

Es muy ventajoso que la segunda tensión alterna y la segunda frecuencia seleccionadas sean tan altas durante el intervalo de tiempo predefinible Dt que se calienta adicionalmente el plasma producido por la combustión en la proximidad del electrodo de ionización. Esto provoca, por una parte, una reducción del grosor de una capa de óxido sobre el electrodo de ionización debido a los iones rápidos incidentes y favorece, por la otra parte, un agrietamiento o desprendimiento de la capa de óxido por los efectos del calor, de modo que se anula al menos parcialmente un envejecimiento del electrodo de ionización.

El objetivo de la invención se consigue también mediante un dispositivo, en particular para la ejecución del procedimiento descrito hasta el momento. A tal efecto, está presente un electrodo de ionización que se puede disponer en un quemador de manera que puede medir una corriente de ionización en la zona de llama durante el funcionamiento del quemador. Asimismo, hay una primera fuente de corriente alterna para una primera corriente alterna con una primera frecuencia utilizada para un funcionamiento continuo y una segunda fuente de corriente alterna para una segunda corriente alterna con una segunda frecuencia mayor. Un dispositivo de conmutación conecta la segunda fuente de corriente alterna para un intervalo de tiempo predefinible (Dt) durante el funcionamiento de acuerdo con criterios predefinibles. Un módulo electrónico sirve para regular el quemador y está diseñado para una regulación mediante una corriente de ionización determinada durante el funcionamiento de la segunda fuente de corriente alterna, conectándose la segunda fuente de corriente alterna (6) para el intervalo de tiempo predefinible en presencia de los criterios predefinibles, mientras que esta regulación se desconecta durante el funcionamiento de la segunda fuente de corriente alterna y se sustituye por un control de acuerdo con criterios predefinibles. El quemador se puede controlar entonces brevemente después de un arranque en frío de acuerdo con valores empíricos, mientras que una regulación convencional se vuelve a realizar a continuación con la primera corriente alterna para la medición de la ionización.

La segunda fuente de corriente alterna está diseñada preferentemente para una frecuencia de 10 a 100 MHz, en particular 13,5 a 50 MHz. Tal intervalo de frecuencia ha resultado adecuado para un calentamiento rápido del electrodo de ionización.

La primera fuente de corriente alterna está diseñada para una frecuencia de 50 a 1000 Hz y una tensión de 100 a 300 V. La primera fuente de corriente alterna no se tiene que diferenciar de fuentes de tensión alterna, conocidas hasta el momento, para mediciones de ionización, pero se puede configurar también de otra manera mediante la utilización adicional de la segunda fuente de corriente.

Como ya se mencionó, la segunda fuente de corriente alterna deberá estar diseñada preferentemente para una segunda frecuencia y una segunda tensión alterna que son tan altas que durante su funcionamiento se produce un calentamiento de plasma en la proximidad del electrodo de ionización a una temperatura excesiva. De esta manera, la utilización de la segunda fuente de corriente alterna puede dar los mejores resultados.

El dispositivo de conmutación está conectado preferentemente a sensores, por ejemplo, sensores de temperatura y/o fuentes de datos del módulo electrónico que posibilitan una diferenciación entre el estado frío y caliente del quemador, de modo que la segunda fuente de corriente alterna no se puede conectar o bloquear en el estado caliente. En el caso más simple es suficiente que el módulo electrónico almacene el tiempo desde el que se desconectó el quemador por última vez. Con esta información ya se puede determinar si se ha producido un arranque en frio o no. Son más exactos naturalmente los valores de medición de la temperatura del quemador o del electrodo de ionización.

El dispositivo de conmutación y/o la segunda fuente de corriente alterna están configurados preferentemente de tal modo que la segunda fuente de corriente alterna se puede conectar solo para un intervalo de tiempo predefinible Dt de 10 a 100 s, preferentemente 20 a 30 s.

A pesar de la gran diferencia de frecuencia, la primera fuente de corriente alterna y la segunda fuente de corriente de alterna pueden estar formadas por una única fuente de tensión alterna variable o conmutación en frecuencia y tensión, lo que no cambia nada en las demás funciones descritas.

Se propone también un producto de programa informático que comprende instrucciones que dan lugar a que el dispositivo explicado ejecute el procedimiento propuesto.

Un ejemplo de realización esquemático de la invención, al que no está limitada la misma, y el funcionamiento del procedimiento según la invención se explican ahora detalladamente por medio del dibujo. Muestra:

Fig. 1 esquemáticamente un dispositivo para la ejecución de un procedimiento para la medición de la ionización en una zona de llama de un quemador con un electrodo de ionización.

La figura 1 muestra que durante el funcionamiento se forma en un quemador 1 una zona de llama 2, en la que se debe medir una corriente de ionización. Con este fin, un electrodo de ionización 3 se extiende hacia la zona de llama 2. Como contraelectrodo 4 se utiliza normalmente un componente metálico en la zona de la entrada de gas combustible y aire en el quemador 1. Por lo general, el contraelectrodo 4 está conectado electrónicamente a masa. El electrodo de ionización 3 y el contraelectrodo 4 se conectan después de un arranque en frío, en presencia de criterios predefinibles, a una segunda fuente de corriente alterna 5 que suministra una corriente alterna de alta frecuencia que produce un calentamiento rápido de plasma en el entorno del electrodo de ionización 3 y también, por tanto, del propio electrodo de ionización 3. Después de un corto intervalo de tiempo Dt, un dispositivo de conmutación 7 conmuta nuevamente de la segunda fuente de corriente alterna 5 a una primera fuente de corriente alterna 6, cuyas propiedades pueden corresponder a las de fuentes de corriente alterna conocidas para mediciones de ionización. Su señal de medición se puede alimentar mediante una línea de señal de medición 13 a un módulo electrónico 10 que ejecuta una regulación convencional del quemador 1 con la señal de medición fiable ahora. Tal regulación se realiza normalmente al enviarse instrucciones a elementos de ajuste en una entrada de aire 11 y/o una entrada de gas combustible 12 a través de una línea de señal de ajuste con el fin de suministrar siempre una mezcla óptima de aire y gas combustible. El dispositivo de conmutación 7 está conectado al menos a un sensor 8 para determinar la temperatura del quemador y/o a otras fuentes de datos del módulo electrónico 10 mediante una línea de datos 9 para poder decidir si hay o no un arranque en frío. Esta línea de datos 9 se puede utilizar también en caso de un arranque en frío para informar al módulo electrónico 10 de que se ha iniciado un arranque en frío y de que, por tanto, no se ha de realizar eventualmente una regulación mediante la corriente de ionización, sino brevemente un control del proceso de combustión. Durante la ejecución de la regeneración mediante la segunda corriente alterna se ejecuta un control de acuerdo con valores empíricos.

La presente invención evita incluso durante el funcionamiento prolongado fallos en el arranque en frío de un quemador a causa de errores de medición en la corriente de ionización y posibilita una regeneración del electrodo de ionización mediante el calentamiento acelerado en caso de un arranque en frío en intervalos de tiempo predefinibles y/o de acuerdo con criterios predefinibles para garantizar así una regulación adecuada.

Lista de números de referencia

1 Quemador

2 Zona de llama

3 Electrodo de ionización

4 Contraelectrodo (masa)

5 Primera fuente de corriente alterna

Segunda fuente de corriente alterna Dispositivo de conmutación Sensor (temperatura)

Línea de control

Módulo electrónico

Entrada de aire

Entrada de gas combustible Línea de señal de medición Línea de señal de ajuste

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la regeneración de un electrodo de ionización (3) para una medición de la ionización en una zona de llama (2) de un quemador (1) con una primera tensión alterna de una primera frecuencia, sometiéndose el electrodo de ionización (3) para un intervalo de tiempo predefinible (Dt) en presencia de criterios predefinibles, después de un arranque del quemador (1), a una segunda tensión alterna con una segunda frecuencia que es superior a la primera frecuencia utilizada para un funcionamiento continuo.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la segunda frecuencia está situada en el intervalo de 10 a 100 MHz.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la primera frecuencia está situada en el intervalo de 50 a 1000 Hz.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que un dispositivo de conmutación (7) determina a partir de datos de sensor u otros datos si el quemador (1) se encuentra en un estado frío o un estado caliente y en el que el electrodo de ionización (3) no se somete a la segunda corriente alterna de la segunda frecuencia en caso de un arranque en un estado caliente determinado a pesar de existir los criterios predefinibles.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que un módulo electrónico (10) evalúa la corriente eléctrica circulante a través del electrodo de ionización (3) y la utiliza para regular el quemador (1), específicamente para regular la proporción de aire y combustible (valor Lambda), y en el que en caso de un arranque en estado frío y en presencia de los criterios predefinibles se sustituye la regulación por un control para el intervalo de tiempo predefinible (Dt) y después del intervalo de tiempo predefinible (Dt) se vuelve a realizar una regulación por medio de la primera corriente alterna con la primera frecuencia.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el intervalo de tiempo predefinible (Dt) está situado en el intervalo de 10 a 100 s.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la segunda tensión alterna y la segunda frecuencia seleccionadas son tan altas durante el intervalo de tiempo predefinible (Dt) que se produce un calentamiento de plasma a una temperatura excesiva en la proximidad del electrodo de ionización (3).

8. Dispositivo con un electrodo de ionización (3) que se puede disponer en un quemador (1) de tal modo que puede medir una corriente de ionización en una zona de llama (2) durante el funcionamiento del quemador (1), con una primera fuente de corriente alterna (5) para una primera corriente alterna con una primera frecuencia utilizada para un funcionamiento continuo, una segunda fuente de corriente alterna (6) para una segunda corriente alterna con una segunda frecuencia mayor y un dispositivo de conmutación (7) que conecta la segunda fuente de corriente alterna (6) para un intervalo de tiempo predefinible (Dt) durante el funcionamiento de acuerdo con criterios predefinibles, estando presente un módulo electrónico (10) para la regulación del quemador (1), que está diseñado para una regulación mediante una corriente de ionización determinada durante el funcionamiento de la primera fuente de corriente alterna (6), conectándose la segunda fuente de corriente alterna (6) para el intervalo de tiempo predefinible (Dt) en presencia de los criterios predefinibles, mientras que esta regulación se desconecta durante el funcionamiento de la segunda fuente de corriente alterna (5) y se sustituye por un control de acuerdo con criterios predefinibles.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la segunda fuente de corriente alterna (5) está diseñada para una frecuencia de 10 a 100 MHz.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, en el que la primera fuente de corriente alterna (6) está diseñada para una frecuencia de 50 a 1000 Hz y una tensión de 100 a 300 V.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que el dispositivo de conmutación (7) está conectado a sensores (8) y/o fuentes de datos del módulo electrónico (10), que posibilitan una diferenciación entre el estado frío y caliente del quemador (1), de modo que la segunda fuente de corriente alterna (5) no se puede conectar en el estado caliente.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 11, en el que la primera (5) y la segunda (6) fuente de corriente alterna están formadas por una única fuente de tensión alterna (5, 6) variable o conmutable en frecuencia y tensión.

13. Producto de programa informático que comprende instrucciones que dan lugar a que el dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 12, ejecute el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.