WO2001004541A1 - Gasbrenner - Google Patents
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- 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
Definitions
- the invention relates to a gas burner with at least one probe arranged in a flame zone within a burner housing for detecting the combustion state of a gas-air mixture by evaluating a probe potential.
- a gas burner of this type is specified in DE 195 02 901 C1.
- a control device with an ionization electrode is provided as a probe for the combustion state of a gas-air mixture.
- the control circuit has an evaluation stage which evaluates the fluctuations in the ionization current, which are due to the fluctuating flame stability depending on the gas / air ratio (lambda value).
- An AC voltage is applied via a capacitive coupling element to operate the probe.
- the invention has for its object to provide a gas burner of the type mentioned, in which the combustion state can be detected reliably with less effort.
- the probe is made of an electrically conductive material which, depending on an impact of ions or electrons from the plasma of the flame, automatically assumes a potential without applying an external voltage.
- the probe potential and the measurement voltage associated therewith are reliably ascertained in that a voltmeter in the form of an electrometer is provided for detecting the probe potential.
- the measuring voltage tapped by means of the voltmeter serves as an input variable of a control device for regulating a supplied gas-air mixture.
- the regulation is carried out in particular by an electrical gas-air
- the probe For spot measurements in the flame zone of the burner, it is advantageous for the probe to be rod-shaped.
- the measure that the probe is designed in the form of a grid ensures a measuring voltage that is relatively independent of the installation location.
- the grid also cools the flame and thus reduces the exhaust gas pollutants (NOx). If the burner is equipped in such a way that, in addition to the at least one probe, ignition electrodes of a high-voltage ignition device are connected as measuring probes, there are further possibilities for determining and regulating the quality of combustion.
- the figure shows a gas burner 1 with a burner housing 2 and a rod-shaped probe 4 which is introduced into a flame 3 or flame zone.
- the probe potential is tapped against the housing mass by means of a voltmeter 5 in the form of an electrometer in order to detect a measuring voltage.
- the measured voltage in the form of a DC voltage can be evaluated directly in order to draw conclusions about the quality of the combustion.
- the measuring voltage serves, for example, as an input variable for an electrical gas-air
- Compound control which regulates the combustion process to an optimal lambda value (air ratio), since the measuring voltage is directly related to the oxygen content in the exhaust gas and thus to the air ratio.
- the measuring method leads to reliable detection of the quality of combustion without the application of an external voltage.
- the circuitry is low.
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit mindestens einer in einer Flammenzone innerhalb eines Brennergehäuses (2) angeordneten Sonde (4) zum Erfassen des Verbrennungszustandes eines Gas-Luft-Gemisches durch Auswertung eines Sondenpotentials. Die Qualität der Verbrennung wird mit relativ geringem Aufwand dadurch zuverlässig erfasst, dass die Sonde (4) aus elektrisch leitendem Material ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von einem Aufprall von Ionen oder Elektronen aus dem Plasma der Flamme ohne Anlegen einer äusseren Spannung von selbst ein Potential annimmt.
Description
Gasbrenner
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit mindestens einer in einer Flammenzone innerhalb eines Brennergehäuses angeordneten Sonde zum Erfassen des Verbrennungszustandes eines Gas-Luft-Gemisches durch Auswertung eines Sondenpotentials.
Ein Gasbrenner dieser Art ist in der DE 195 02 901 C1 angegeben. Bei diesem bekannten Gasbrenner ist eine Regeleinrichtung mit einer lonisationselektrode als Sonde für den Verbrennungszustand eines Gas-Luft-Gemisches vorgesehen. Zur Verbesserung der Erfassung des jeweiligen Verbrennungszustandes weist die Regelschaltung eine Auswertestufe auf, die die Schwankungen des lonisations- stromes auswertet, welche in Folge der in Abhängigkeit von dem Gas- Luftverhältnis (Lambda-Wert) schwankenden Flammenstabilität stehen. Zum Betreiben der Sonde ist über ein kapazitives Koppelglied eine Wechselspannung aufgeschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei dem der Verbrennungszustand mit weniger Aufwand zuverlässig erfaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hiernach ist vorgesehen, dass die Sonde aus elektrisch leitendem Material ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von einem Aufprall von Ionen oder Elektronen aus dem Plasma der Flamme ohne Anlegen einer äußeren Spannung von selbst ein Potential annimmt.
In Untersuchungen der Erfinder hat sich gezeigt, dass der Verbrennungszustand mit einer derartigen, in andersartigen technischen Anwendungen an sich z.B. als Langmuir-Sonde bekannten Sonde, der Verbrennungszustand des Gas-Luft-Gemisches zuverlässig erfaßt werden kann. Beispielsweise wurden Versuchsmessungen in einem Brennwertgerät mit einstellbarem Verhältnis des Gas-Luft- Gemisches vorgenommen. Als Flammensonde wurde eine stabförmige Sonde entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 verwendet. Die gegenüber dem Brennergehäuse isolierte Sonde wurde so montiert, dass sie in die Flamme ragte. Das Potential der Sonde wurde gegen die Brennermasse elek- trometrisch als Meßspannung erfaßt. Gleichzeitig wurde die Sauerstoffkonzen- tration im Abgas mit einer Sauerstoffsonde gemessen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich die Sondenspannung eindeutig und reproduzierbar in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration ändert, so dass das abgegriffene Sondenpotential als Meßspannung auf einfache Weise ohne das Erfordernis einer zusätzlichen
Spannung zur Bestimmung des Verbrenπungszustandes des Gas-Luft-Gemisches ausgenutzt werden kann. Damit ergibt sich auch ein kostengünstiger und wartungsfreundlicher Aufbau.
Das Sondenpotential und die damit verbundene Meßspannung wird dadurch sicher festgestellt, dass zum Erfassen des Sondenpotentials ein Spannungs- messer in Form eines Elektrometers vorgesehen ist.
Zum Einregeln eines optimalen Lambda-Wertes ist vorteilhaft vorgesehen, dass die mittels des Spannungsmessers abgegriffene Meßspannung als Eingangsgröße einer Regeleinrichtung zum Regeln eines zugeführten Gas-Luft-Gemisches dient. Die Regelung erfolgt dabei insbesondere durch eine elektrische Gas-Luft-
Verbundregelung.
Für punktuelle Messungen in der Fiammenzone des Brenners ist es günstig, dass die Sonde stabförmig ausgebildet ist.
Ist vorgesehen, dass mehrere Sonden voneinander isoliert rasterförmig in der Flammenzone angeordnet sind, so können Bereiche mit schlechter Verbrennung erkannt werden. Dadurch kann auch der Verschmutzungsgrad des Brenners beurteilt werden.
Die Maßnahme, dass die Sonde gitterförmig ausgebildet ist, gewährleistet eine vom Einbauort relativ unabhängige Meßspannung. Das Gitter bewirkt zusätzlich eine Kühlung der Flamme und damit eine Reduzierung der Abgasschadstoffe (NOx).
Ist der Brenner in der Weise ausgestattet, dass zusätzlich zu der mindestens einen Sonde Zündelektroden einer Hochspannungszündeinrichtung als Meßsonden geschaltet sind, so ergeben sich weitere Möglichkeiten für die Bestimmung und Regelung der Verbrennungsgüte.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. zeigt einen Gasbrenner 1 mit einem Brennergehäuse 2 und einer in eine Flamme 3 bzw. Flammenzone eingebrachten stabförmigen Sonde 4. Das Son- denpotential wird mittels eines Spannungsmessers 5 in Form eines Elektrometers gegen die Gehäusemasse zum Erfassen einer Meßspannung abgegriffen.
Die erfaßte Meßspannung in Form einer Gleichspannung kann direkt ausgewertet werden, um Rückschlüsse auf die Qualität der Verbrennung zu ziehen. Die Meß- Spannung dient beispielsweise als Eingangsgröße einer elektrischen Gas-Luft-
Verbundregelung, die den Verbrennungsprozeß auf einen optimalen Lambdawert (Luftzahl) einregelt, da die Meßspannung direkt mit dem Sauerstoffgehalt im Abgas und somit mit der Luftzahl zusammen hängt. Die Meßmethode führt im Gegensatz zu anderen Systemen mit Flammensonden zur zuverlässigen Erfas- sung der Verbrennungsgüte ohne Anlegen einer äußeren Spannung. Der Schaltungsaufwand ist dabei gering.
Claims
1 . Gasbrenner mit mindestens einer in einer Flammenzone innerhalb eines Brennergehäuses (2) angeordneten Sonde (4) zum Erfassen des Verbren- nungszustandes eines Gas-Luft-Gemisches durch Auswertung eines Sondenpotentials, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (4) aus elektrisch leitendem Material ausgebildet ist, das in Abhängigkeit von einem Aufprall von Ionen oder Elektronen aus dem Plasma der Flamme ohne Anlegen einer äußeren Spannung von selbst ein
Potential annimmt.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Erfassen des Sondenpotentials ein Spannungsmesser (5) in Form eines Elektrometers vorgesehen ist.
3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Spannungsmessers (5) abgegriffene Meßspannung als Eingangsgröße einer Regeleinrichtung zum Regeln eines zugeführten Gas-Luft-Gemisches (6) dient.
4. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (4) stabförmig ausgebildet ist.
5. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sonden (4) voneinander isoliert rasterförmig in der Flammenzone angeordnet sind.
6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (4) gitterförmig ausgebildet ist. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der mindestens einen Sonde (4) Zündelektroden einer
Hochspannungszündeinrichtung als Meßsonden geschaltet sind.
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