WO2001098711A1 - Regelungsverfahren für gasbrenner - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a control method for gas burners according to the preamble of claim 1.
  • Control methods for gas burners serve to provide a gas / air mixture, that is to say to supply a gas stream and a ner combustion air stream to a burner.
  • the gas burner In order to ensure optimal and complete combustion of the fuel, namely the gas, within the gas burner, the gas burner must be supplied with an appropriately coordinated gas / air mixture.
  • the ratio between the gas flow and the ner combustion air flow or the gas pressure and the ner combustion air pressure is referred to as the transmission ratio.
  • the quality of the gas provided by the gas supply fluctuates - the quality of gas is defined by a so-called Wobbe index - the gas / air mixture must be varied accordingly depending on the quality of the gas to ensure optimal and complete combustion ,
  • control methods are known from the prior art, in which a signal from a sensor is used to adapt the gas / air mixture to different gas qualities.
  • a signal from a sensor is used to adapt the gas / air mixture to different gas qualities.
  • an ionization signal from a measuring electrode protruding into the burner flame of the gas burner is used to adapt the gas / air mixture to different gas qualities.
  • the signal from the sensor is used over the entire working range or operating range of the burner to adapt the gas / air mixture to different gas qualities.
  • control methods also use the signal from the sensor over the entire operating time of the burner.
  • the signal from an ionization sensor does not provide reliable information about the combustion conditions actually prevailing in the burner at low burner operating loads
  • a control method for gas burners is proposed in DE 198 24 523 AI, in which the signal from the sensor is only in a region nearby a burner full load operation is used to adjust the transmission ratio depending on the gas quality. As soon as the working state of the burner leaves this area in the vicinity of the burner full load operation, the gas / air mixture is regulated while maintaining the gear ratio last determined.
  • the control method according to DE 198 24 523 AI insofar as the burner is operated in the area in the vicinity of the burner at full load, the signal from the sensor is used over the entire operating time of the burner.
  • the present invention addresses the problem of providing an improved control method for gas burners.
  • the control process for gas burners involves the provision of a gas / air mixture for a burner.
  • a gas stream and a combustion air stream are fed to the burner.
  • the ratio between gas flow and combustion air flow or the relationship between gas pressure and combustion air pressure is called the transmission ratio.
  • the combustion process in the burner is monitored with the aid of a signal generated by a sensor.
  • the sensor can be, for example, an ionization sensor, another flame monitoring sensor, a gas quality sensor, a noise gas sensor, a combustion gas sensor or the like. Information about the combustion process and thus about the existing gas quality can be obtained from the sensor signal.
  • the signal from the sensor is used exclusively at selected times to adapt the gas / air mixture to different gas qualities. This ensures that the control is not negatively influenced by the aging processes of the sensor.
  • the signal from the sensor is preferably used only immediately following the installation of the sensor to adapt the gas / air mixture to different gas qualities. This ensures that the gear ratio is only adjusted for new sensors that are not subject to any aging.
  • Restart should be understood to mean that it can be a new start of operation after a power failure. Because the transmission ratio is only adjusted at selected times in this configuration of the control method, negative influences by aging processes of the sensor can be minimized.
  • the signal from the sensor is then used to adapt the gas / air mixture to different gas qualities if, following the installation of the sensor, following a restart of the gas burner and / or following a reset, stable operating conditions of the Gas burners have been reached. This improves the accuracy and quality of the scheme.
  • a ratio with an upper limit and a lower limit for the ratio of the gas / air mixture is determined, and that when the ratio determined with the aid of the sensor signal leaves this range, the
  • Upper limit or lower limit is used as the ratio of the gas / air mixture. If the upper limit is exceeded, the
  • control procedure according to the invention is independent of the type of sensor or system used.
  • conventional systems as described in DE 196 39 487 or also in the case of so-called electronic gas regulators according to WO99 / 63272 and WO99 / 63273.
  • electronic gas regulators according to WO99 / 63272 and WO99 / 63273.
  • the disclosure content of WO99 / 63272 and WO99 / 63273 is expressly referred to here and is intended to be part of this description.
  • the adaptation of the gas / air mixture according to the invention to different gas qualities can also be referred to as calibration.
  • the method according to the invention can also be used in modulating gas regulators, in which immediately after the installation of the sensor, immediately after a restart of the gas burner and / or immediately after a reset not only is the gas / air mixture adapted to different gas qualities, but also the input signal for the modulating gas controller is optimized at these times.
  • the gas burner is always started with an optimized gas / air mixture and an optimized input signal for the modulating gas controller. This has the advantage that a calibration between the input signal and the output signal of such a modulating gas regulator can be omitted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches. Ein Signal eines Sensors wird verwendet, um das Gas/Luft-Gemisch an unterschiedliche Gasqualitäten anzupassen. Erfindungsgemäss wird das Signal des Sensors ausschliesslich bei bestimmten Zeitpunkten zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird. Hierdurch wird die Regelung von Alterungsprozessen des Sensors unabhängig.

Description

Regelungsverfahren für Gasbrenner
Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Regelungsverfahren für Gasbrenner dienen der Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, also dem Zuführen eines Gasstroms und eines Nerbrennungsluftstroms zu einem Brenner.
Um innerhalb des Gasbrenners für eine optimale und vollständige Verbrennung des Brennstoffs, nämlich des Gases, zu sorgen, muß der Gasbrenner mit einem entsprechend abgestimmten Gas/Luft-Gemisch versorgt werden. Das Verhältnis zwischen dem Gasstrom und dem Nerbrennungsluftstrom bzw. dem Gasdruck und dem Nerbrennungsluftdruck bezeichnet man als Übersetzungsverhältnis. Da jedoch die Qualität des von der Gasversorgung bereitgestellten Gases - die Qualität von Gas wird durch einen sogenannten Wobbe-Index definiert - schwankt, muß zur Gewährleistung einer optimalen und vollständigen Verbrennung das Gas/Luft-Gemisch in Abhängigkeit von der Qualität des Gases entsprechend variiert werden.
Um die Qualität des bereitgestellten Gases berücksichtigen zu können, sind aus dem Stand der Technik Regelungsverfahren bekannt, bei denen ein Signal eines Sensors zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird. So wird bei den Regelungsverfahrön gemäß DE-A-44 33 425, DE 39 37290 AI sowie DE 195 39 568 Cl ein Ionisationssignal einer in die Brennerflamme des Gasbrenners ragenden Meßelektrode zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet. Bei den bekannten Regelungsverfahren gemäß DE-A-44 33 425, DE 39 37290 AI sowie DE 19539 568 Cl wird das Signal des Sensors über den gesamten Arbeitsbereich bzw. Betriebsbereich des Brenners zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet. Auch wird bei diesen Regelungsverfahren das Signal des Sensors über die gesamte Betriebszeit des Brenners verwendet. Da jedoch bei geringen Betriebslasten des Brenners das Signal eines Ionisationssensors keine verläßliche Auskunft über die tatsächlich im Brenner herrschenden Verbrennungsverhältnisse liefert, wird in der DE 198 24 523 AI ein Regelungsverfahren für Gasbrenner vorgeschlagen, bei dem das Signal des Sensors ausschließlich in einem Bereich in der Nähe eines Brenner- Vollastbetriebs zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit der Gasqualität verwendet wird. Sobald der Arbeitszustand des Brenners diesen Bereich in der Nähe des Brenner- Vollastbetriebs verläßt, wird das Gas/Luft- Gemisch unter Beibehaltung des zuletzt bestimmten Übersetzungsverhältnisses geregelt. Auch bei dem Regelungsverfahren gemäß DE 198 24 523 AI wird jedoch, insofern der Brenner in den Bereich in der Nähe des Brenner- Vollastbetriebs betrieben wird, das Signal des Sensors über die gesamte Betriebszeit des Brenners verwendet.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, ein verbessertes Regelungsverfahren für Gasbrenner bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Regelungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Bei dem Regelungsverfahren für Gasbrenner geht es um die Bereitstellung eines Gas/Luft- Gemisches für einen Brenner. Hierzu wird dem Brenner ein Gasstrom und ein Verbrennungsluftstrom zugeführt. Das Verhältnis zwischen Gasstrom und Verbrennungsluftstrom bzw. das Verhältnis zwischen Gasdruck und Verbrennungsluftdruck bezeichnet man als Übersetzungsverhältnis.
Mit Hilfe eines von einem Sensor erzeugten Signal wird der Verbrennungsprozeß im Brenner überwacht. Bei dem Sensor kann es sich zum Beispiel um einen Ionisationssensor, einen anderen Flammenüberwachungssensor, einen Gasqualitätssensor, einen Rauschgassensor, einen Verbrennungsgassensor oder dergleichen handeln. Aus dem Sensorsignal können Informationen über den Verbrennungsprozeß und somit über die vorhandene Gasqualität gewonnen werden.
Erfindungsgemäß wird das Signal des Sensors ausschließlich zu ausgewählten Zeitpunkten zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Regelung durch Alterungsprozesse des Sensors nicht negativ beeinflußt wird. Vorzugsweise wird das Signal des Sensors ausschließlich im unmittelbaren Anschluß an die Installation des Sensors zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses nur bei neuen Sensoren erfolgt, die noch keinerlei Alterung unterworfen sind.
Auch ist es denkbar das Signal des Sensors ausschließlich im unmittelbaren Anschluß an die Installation des Sensors, im unmittelbaren Anschluß an einen Neustart des Gasbrenner und im unmittelbaren Anschluß an einen Reset zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten zu verwenden. Neustart soll so verstanden werden, daß es sich hierbei um eine erneute Betriebsaufnahme nach einem Spannungsausfall handeln kann. Dadurch, daß auch bei dieser Ausgestaltung des Regelungsverfahren nur zu ausgewählten Zeitpunkten die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt, können negative Einflüsse durch Alterungsprozesse des Sensors minimiert werden.
Bevorzugt ist, daß das Signal des Sensors dann zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird, wenn im Anschluß an die Installation des Sensors, im Anschluß an einen Neustart des Gasbrenner und/oder im Anschluß an einen Reset stabile Betriebsbedingungen des Gasbrenner erreicht worden sind. Dies verbessert die Genauigkeit und Qualität der Regelung.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens besteht darin, daß das Signal des Sensors im unmittelbaren Anschluß an die Installation des
Sensors, im unmittelbaren Anschluß an einen Neustart des Gasbrenner und/oder im unmittelbaren Anschluß an einen Reset zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird, daß in Abhängigkeit des hierbei ermittelten
Übersetzungsverhältnisses ein Bereich mit einer Obergrenze und einer Untergrenze für das Übersetzungsverhältnis des Gas/Luft-Gemisches ermittelt wird, und daß dann, wenn das mit Hilfe des Sensorsignals ermittelte Übersetzungsverhältnis diesen Bereich verläßt, die
Obergrenze oder die Untergrenze als Übersetzungsverhältnis des Gas/Luft-Gemisches verwendet wird. Beim Überschreiten der Obergrenze wird selbstverständlich die
Obergrenze und beim Unterschreiten der Untergrenze wird die Untergrenze als Übersetzungsverhältnis verwendet. Hierdurch lassen sich auch negative Einflüsse auf die
Regelung bedingt durch Alterungsprozesse des Sensors minimieren.
Das erfindungsgemäße Regelungsverfaliren ist unabhängig von der Art des verwendeten Sensors oder Systems. Es kann bei herkömmlichen Systemen wie beschrieben in DE 196 39 487 oder auch bei sogenannten elektronischen Gasreglern gemäß WO99/63272 und WO99/63273 zum Eisatz kommen. Auf den Offenbarungsgehalt von WO99/63272 und WO99/63273 wird hier ausdrücklich bezug genommen und soll Teil dieser Beschreibung sein.
Die erfindungsgemäße Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten kann auch als Kalibrierung bezeichnet werden.
In diesem Zusammenhang soll des weiteren angemerkt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch bei modulierenden Gasreglern zum Einsatz kommen kann, bei denen im unmittelbaren Anschluß an die Installation des Sensors, im unmittelbaren Anschluß an einen Neustart des Gasbrenner und/oder im unmittelbaren Anschluß an einen Reset nicht nur das Gas/Luft-Gemisch an unterschiedliche Gasqualitäten angepaßt wird, sondern auch das Eingangssignal für den modulierenden Gasregler zu diesen Zeitpunkten optimiert wird. In diesem Fall wird der Gasbrenner dann stets mit einem optimierten Gas/Luft-Gemisch und einem optimierten Eingangssignal für den modulierenden Gasregler gestartet. Dies hat den Vorteil, daß eine Kalibrierung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal eines derartigen modulierenden Gasreglers entfallen kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Regelungsverfahren für Gasbrenner zur Bereitstellung eines Gas/Luft-Gemisches, nämlich zum Zufahren eines Gasstroms und eines Verbrennungsluftstroms zu einem Brenner, wobei ein Signal eines Sensors verwendet wird um das Gas/Luft-Gemisch an unterschiedliche Gasqualitäten anzupassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Sensors ausschließlich zu ausgewählten Zeitpunkten zur Anpassung des Gas/Luft- Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird.
2. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Sensors ausschließlich im unmittelbaren Anschluß an die Installation des Sensors zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird.
3. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Sensors ausschließlich im unmittelbaren Anschluß an die Installation des Sensors, im unmittelbaren Anschluß an einen Neustart des Gasbrenner und/oder im unmittelbaren Anschluß an einen Reset zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird.
4. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Sensors dann zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird, wenn im Anschluß an die Installation des Sensors, im Anschluß an einen Neustart des Gasbrenner oder im Anschluß an einen Reset stabile Betriebsbedingungen des Gasbrenner erreicht worden sind.
5. Regelungsverfahren für Gasbrenner nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Sensors im unmittelbaren Anschluß an die Installation des Sensors, im unmittelbaren Anschluß an einen Neustart des Gasbrenner und/oder im unmittelbaren Anschluß an einen Reset zur Anpassung des Gas/Luft-Gemisches an unterschiedliche Gasqualitäten verwendet wird, daß in Abhängigkeit des hierbei ermittelten Übersetzungsverhältnisses ein Bereich mit einer Obergrenze und einer Untergrenze für das Übersetzungsverhältnis des Gas/Luft-Gemisches " ermittelt wird, und daß dann, wenn das mit Hilfe des Sensorsignals ermittelte Übersetzungsverhältnis diesen Bereich verläßt, die Obergrenze oder die Untergrenze als Übersetzungsverhältnis des Gas/Luft-Gemisches verwendet werden.
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