WO2006000366A1 - Verfahren zur regelung und steuerung einer feuerungseinrichtung und feuerungseinrichtung - Google Patents

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Martin Geiger
Ulrich Geiger
Rudolf Tungl
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a firing device, in particular a gas burner, in which a value is determined, which depends on a measured temperature generated by the firing device, Furthermore, the invention relates to a firing device, in particular a gas burner, which comprises a device for measuring a value that depends on a temperature generated by the firing device comprises. Furthermore, the invention relates to a method for controlling a firing device, in particular a gas burner, and a firing device, in particular a gas burner, which comprises a gas valve for adjusting the fuel supply to the firing device.
  • the power output is determined essentially by the adjustment of the supply of fuel gas and air and by the set mixing ratio between gas and air.
  • the temperature generated by the flame is also a function of the mixing ratio between gas and air.
  • the mixing ratio can be specified, for example, as the ratio of the mass flows or the volume flows of the air and the gas.
  • other parameters, such as the fuel composition have an influence on the sizes mentioned.
  • a mixing ratio can be determined in which the combustion efficiency is maximized, i. where the fuel burns as completely and clean as possible.
  • a regulation can take place continuously or at regular intervals.
  • a regulation is required when the operating state is changed, but for example also because of changes in the fuel composition in continuous operation.
  • known gas burners are usually equipped with a radial fan, which sucks the mixture of air and gas during operation.
  • the adjustment of the Massen ⁇ streams of air and gas can be done, for example, by changing the speed and thus the intake of the impeller of the radial fan.
  • valves can be provided in the gas and / or air supply line, which can be actuated to adjust the individual mass flows or their ratio.
  • various sensors can be arranged at suitable locations.
  • appropriate measuring devices can be provided for measuring the mass flow and / or the volume flow of the gas and / or the air and / or the mixture.
  • state variables such as the temperature of the air, pressures, etc., can be measured at suitable locations, evaluated and used for the control.
  • the regulation of the mixing ratio is done today by default, especially for gas burners used in the household, by pneumatic control of a gas valve in dependence on the volume flow of the supplied air quantity (principle of pneumatic composite).
  • pneumatic control pressures or pressure differences at orifices, in constrictions or in Venturi nozzles are used as control variables for a pneumatic gas control valve, by means of which the gas supply to the air flow is set.
  • a disadvantage of the pneumatic control is that mechanical components must be used which are subject to hysteresis effects due to the friction.
  • DE 100 45 270 C2 discloses a firing device and a method for controlling the firing device with fluctuating fuel quality.
  • the fuel-air ratio is changed accordingly.
  • the mixture composition readjusted until the desired flame core temperature is reached.
  • characteristic maps are used for various fuels, from which a new, suitable fuel / air ratio is read out whenever the performance requirements change.
  • GB 2 270 748 A shows a control system for a gas burner.
  • the regulation takes place here using a temperature measured at the burner surface. Since the surface temperature depends on the flow rate of the air-gas mixture, falls below a certain temperature, the speed of the fan rotor is lowered, whereby the air flow and thus the air-gas ratio is lowered.
  • a method for controlling a gas burner in which the CO concentration in the exhaust gases of the burner flame is detected by an exhaust gas sensor.
  • a certain CO value corresponds to a certain gas-air ratio.
  • a desired gas-air ratio can be adjusted.
  • EP 770 824 B1 shows a regulation of the gas-air ratio in the fuel-air mixture by measuring an ionization current which depends on the excess air in the exhaust gases of the burner flame. With stoichiometric combustion, a maximum of the ionization current is known to be measured. Depending on this value, the mixture composition can be optimized.
  • a disadvantage of the last-mentioned methods is that the feedback signal is detected only when the flame is burning and can be fed back to the control loop.
  • the inertia of the sensors limits accurate readjustment.
  • the sensors used are subject to contamination so that the combustion is suboptimally controlled over time and thus the pollutant values increase.
  • it can lead to difficulties and in extreme cases to extinguishing the flame.
  • pneumatic regulator which, however, an increase in the complexity of the system and the costs entails.
  • a further object of the invention is to reliably ensure a gas-type-independent fuel supply, even in the event of rapid load changes and in the starting phase without any time delays.
  • the method according to the invention for controlling a firing device comprises the steps of: determining a value which depends on a measured temperature generated by the firing device; Providing a first parameter that corresponds to a certain burner load; and regulating the value of the temperature generated by the furnace by means of a characteristic which represents a value range corresponding to a desired temperature as a function of the first parameter corresponding to a burner load, wherein a second parameter is shown in the representation of the characteristic curve ,
  • the air ratio (D) defined as the ratio of the actual amount of air supplied to the amount of air theoretically required for optimal stoichiometric combustion, is constant.
  • the invention is based on the finding that a characteristic curve for regulating the value dependent on a temperature generated by the firing device does not depend on a type of gas used.
  • the inventive method of control is thus gasartunpli.
  • the temperature generated by the firing device is generally measured by a sensor arranged in the flame core or at the burner itself, for example at the burner surface. However, it can also be measured at the base of the flame, at the tip of the flame, or at some distance within the working range of the flame.
  • the measured temperatures depending on where the temperature sensor is mounted, and depending on the load and the air-fuel ratio, for example, values between 100 0 C and 1000 0 C.
  • the characteristic curve shown for a constant second parameter can be determined both empirically and by calculation.
  • the second parameter value is the value predetermined, in which finds the optimal combustion with the existing burner sau ⁇ .
  • the air ratio ⁇ is defined as the ratio of the actual amount of air supplied to the amount of air theoretically required for optimal stoichiometric combustion.
  • the method is particularly simple and reliable in that the control can be carried out independently of the quality of the fuel and thus without analysis of the fuel.
  • continuous or periodic corrections of the characteristic curve or a pre-selection from a characteristic field for different fuels / gases are dispensed with.
  • the first parameter corresponds in particular to one of the firing devices per unit of time to be supplied air quantity.
  • a constant second parameter means that with the change in the amount of air, the amount of fuel supplied is changed accordingly to maintain the optimal stoichiometric ratio between air and fuel gas for combustion.
  • the first parameter preferably corresponds to a mass flow or volume flow of the air to be supplied to the firing device.
  • the mass flow of the air can be determined, for example, by a mass flow sensor in the feed channel for the air supplied to the burner.
  • the constant second parameter " changes likewise in the mass flow or volumetric flow of the fuel, which can likewise be measured by a mass flow sensor arranged at a suitable point.
  • the burner load is at a constant air ratio substantially proportional to the amount of air supplied to the firing device per unit time. For the characteristic curve used, it is therefore irrelevant whether the first parameter expresses an air or gas mass flow or a load, for example.
  • the method preferably comprises a comparison of the measured value dependent on the temperature with a desired value determined from the characteristic curve.
  • a deviation of the actual temperature from the temperature setpoint value results in a setting of the operating parameters which reduces this deviation so long or until the deviation between the actual value and the setpoint value is compensated.
  • the mixture can be enriched until the deviation of the actual value from the desired value no longer exists by gradually increasing the amount of fuel supplied. In the same way, the mixture can be emaciated accordingly at too high actual temperature.
  • the value corresponding to the setpoint temperature is preferably determined as a function of the first parameter from the characteristic curve. If, for example, the mass flow of the air is selected as the first parameter, then the mass flow of the air is predetermined and the setpoint temperature corresponding to this mass flow is read from the characteristic curve. The regulation takes place until the value of the actual temperature corresponds to the setpoint temperature value.
  • the measured value and / or the value range of the characteristic corresponds in particular to a temperature difference.
  • a temperature difference is a temperature difference between a temperature generated in the region of the burner flame and a reference temperature.
  • the reference temperature may correspond to the temperature of the air or of the mixture of air and combustion medium before it enters the region of the burner flame. If the temperature of the reference junction is known, the absolute temperature can also be determined. Alternatively, for example, the ambient temperature of the burner can serve as a reference.
  • the control may include an increase or decrease in the amount of gas supplied per unit time.
  • the temperature is controlled by enriching or leaning the mixture with fuel until the measured value, which is dependent on the actual temperature, coincides with the desired value.
  • the increase or decrease in the amount of gas supplied per unit time is carried out in particular by actuation of a valve.
  • a stepper motor can actuate an actuator of a valve, or modulate a pulse width or an electrical variable can be changed in an electrically controlled coil.
  • the firing device in particular a gas burner, comprises: means for measuring a value which depends on a temperature generated by the firing device; Means for controlling the temperature generated by the firing device with specification of a first parameter corresponding to a certain burner load, and using a characteristic curve representing a value range corresponding to a desired temperature as a function of the first parameter corresponding to the burner load, wherein in the illustration the characteristic is constant, a second parameter which corresponds to a ratio of an amount of air to an amount of combustion medium in a mixture of air and combustion medium to be supplied to the firing device.
  • the device for measuring the temperature-dependent value can be arranged in particular in the flame kernel, at the burner surface, at the base of the flame or at the tip of the flame.
  • the inertia of the temperature sensor depends essentially on the distance to the flame and on the inert masses of the sensor and its attachment.
  • the first parameter may correspond to one of the firing devices per unit of time to be supplied with the amount of air, in particular a mass flow or volume flow of the air.
  • the firing device preferably has a measuring device for measuring the amount of air and / or fuel medium fed to the firing device per unit time and / or of a mixture of air and fuel medium, in particular for measuring a mass flow or volume flow.
  • the sensors are to be arranged in the device such that the most reliable possible conclusion can be drawn on the mass flows flowing through them. This can for example be the case in a bypass.
  • the burner load at a constant air ratio is generally substantially proportional to the amount of air supplied to the gas burner per unit time.
  • the firing device may comprise means for comparing the value corresponding to the measured temperature with a desired value determined from the characteristic curve.
  • the means for measuring a value dependent on the generated temperature may be adapted to measure a value corresponding to a temperature difference. speaks. From this temperature difference, the absolute temperature can be determined at a known reference temperature.
  • the value corresponds to a temperature difference between a temperature generated in the region of the burner flame and a reference temperature, the reference temperature in particular corresponding to the temperature of the air or of the mixture of air and combustion medium before it enters the region of the burner flame.
  • the device for measuring a temperature value preferably comprises a part which is arranged at least partially in the region of the reaction zone of the burner flame.
  • part of the device for measuring the temperature value outside the reaction zone of the flame in particular in the region of an entry zone for the air supplied to the firing device and / or for the air / mixture mixture supplied to the firing device, can be used ⁇ be orders.
  • the device for measuring a temperature value preferably comprises a thermoelement.
  • a contact point of the different limbs of the thermocouple element is arranged in the region of the reaction zone of the burner flame, the reference point outside this reaction zone in order to detect a temperature difference between the flame and a region thermally decoupled therefrom, for example an environmental region of the gas burner ,
  • the value measured by the device for measuring a temperature value is preferably a thermoelectric voltage.
  • the means for regulating can be adapted to increase and / or reduce the amount of the combustion medium supplied to the combustion device per unit of time.
  • the firing device comprises a valve which can be actuated to increase or reduce the amount of gas supplied per unit of time.
  • the fuel supply to the firing device is adjusted by changing the opening of a gas valve from a first to a second opening value and by presetting a set value that depends on the first parameter, the second opening value being between an upper and lower limit value, and wherein the transition of the opening of the gas valve from the first to the second opening value, no control of the fuel supply performed and only after reaching the target value of the first parameter corresponding to the burner load, a control of operating parameters of the firing device is performed.
  • a Nach ⁇ control of the gas valve which takes a lot of time with strong fluctuations in the operating parameters and is imperfect due to the inertia of the sensors, can thus be omitted.
  • a control that specifies a setpoint value for a new setting as a function of the target value of the first parameter. Only in the following step is readjusted using real measured variables. Regardless of the inertia of the sensors used for the control, the method can be used to find a fast and reliable adjustment of the gas valve.
  • the real opening of the gas valve is between an upper and a lower limit.
  • control elements for example the fan or a gas control valve
  • the control elements can be readjusted after a certain period of time, which depends on the inertia of the sensors. It thus takes place in the execution of the method according to the invention, a transition from a pure control to a control.
  • the parameter corresponding to the burner load may be the quantity of air to be supplied to the firing device per unit time, in particular a mass flow or volume flow of the air to be supplied to the firing device.
  • the opening values of the gas valve can therefore be represented in this embodiment as a function of the mass or mass flow of the air.
  • the characteristic of this characteristic is determined inter alia by the properties of the gas valve.
  • the burner load is essentially proportional to the amount of air supplied to the gas burner per unit of time. It is thus clear that the representation of the opening of the gas valve as a function of the mass flow of the air is equivalent to a depiction of the opening of the gas valve as a function of a load on the burner.
  • the change of the opening of the gas valve may be performed by the modulation of a pulse width, by the variation of a voltage or a current of a valve spool, or by the operation of a stepping motor of a valve. Exceeding the upper or lower limit of the opening of the gas valve can be detected in the process.
  • the gas opening may be above or below the upper or lower limit value. This can occur, in particular, if the setpoint values for the opening of the gas valve, which were never set when the characteristic was generated, deviate greatly from the optimally adjusted values.
  • the reasons for this may be changes in the fuel composition, changes in the measurement characteristics of the sensors or the settings of the system parameters.
  • the characteristic curve which results from the setpoint values for the opening of the gas valve as a function of the parameter which corresponds to the burner load can be recalibrated on the basis of the operating parameters of the firing device set by the control. If, after regulation, the value of the opening of the gas valve falls outside the range bounded by the upper and lower limit values, a recalibration of the characteristic curve can be carried out. For example, during this recalibration, the setpoints may be shifted so that the new setpoint line passes through the adjusted value for the opening of the gas valve. In the same way, the upper and lower limit values can be shifted, so that the new setpoint curve is surrounded by a tolerance corridor, as in the previously valid characteristic curve.
  • Exceeding the upper or falling below the lower limit can, in particular after the expiry of a predetermined period of time, lead to switching off the firing device. This measure can be based on both safety concerns and economic considerations. Regulation in a range outside the desired range indicated by the limit values can, for example, indicate an undesired change in the predetermined settings of the gas burner, so that it may operate in an unsafe or ineffective operating range. The device would have to be checked and maintained below.
  • a further firing device in particular a gas burner, comprises: a gas valve for adjusting the fuel supply to the firing device; a memory for storing set values that depend on a parameter corresponding to the burner load and upper and lower limits; a device for controlling the opening of the gas valve, which adjusts the opening of the gas valve from a first to a second opening value un ⁇ ter specification of a stored desired value in a change of the parameter corresponding to the burner load, from a starting value to a Ziel ⁇ the second opening value lies between a stored upper and a lower limit value, and wherein no control of the fuel supply is carried out during the transition of the opening of the gas valve from the first to the second opening value; and means for controlling which, after reaching the target value of the parameter which corresponds to the burner load, regulate operating parameters of the firing device.
  • the control after the control step for example, as in a method according to the. Proverbs 1 to 24 take place.
  • the gas valve may comprise an actuator, in particular a stepper motor, a pulse width modulated or an electrical size controlled coil.
  • the firing device preferably has at least one mass flow sensor and / or volume flow sensor for measuring the amount of air supplied to the firing device per unit time and / or the amount of fuel medium fed per unit time and / or the amount of mixture of air and fuel medium supplied.
  • the firing device can have a device in the region of the burner flame for measuring a temperature generated by the firing device.
  • the temperature sensor may be arranged, for example, in the region of the flame, but also on the burner in the vicinity of the flame.
  • a thermocouple can be used as a temperature sensor.
  • FIG. 1 shows a firing device according to the present invention
  • FIG. 2 shows a characteristic curve which is used in carrying out the first method
  • FIG. 3 shows a characteristic curve as used for carrying out the second method
  • a schematic representation of a structure of a control for performing a method is shown in FIG. 1 .
  • FIG. 1 shows a gas burner in which a mixture of air L and gas G is mixed and burnt.
  • the gas burner has an air supply section 1, is sucked through the combustion air L.
  • a mass flow sensor 2 measures the mass flow of the air L drawn in by a fan 9.
  • the mass flow sensor 2 is arranged in such a way that a flow which is as laminar as possible is generated in its surroundings in order to avoid measurement errors.
  • the mass flow sensor could be arranged in a bypass (not shown) and using a laminar element.
  • a valve 3 may be arranged for the combustion air.
  • a regulated fan with air mass flow sensor will be used, so that the valve can be dispensed with.
  • a gas supply section 4 is provided, which is connected to a gas supply line.
  • the gas flows through the section 4, during operation of the gas burner.
  • a valve 6, which may be an electronically controlled valve the gas flows through a line 7 into the mixing region 8.
  • a mixing of the gas G with the air L takes place.
  • the fan of the fan 9 is driven at an adjustable speed to suck in both the air L and the gas G.
  • the valve 6 is set so that, taking into account the other operating parameters, for example the speed of the fan, a predetermined air-gas ratio reaches the mixing area 8.
  • the air-gas ratio should be chosen so that the most clean and effective combustion takes place.
  • the air-gas mixture flows from the fan 9 to the burner part 11. There it exits and feeds the burner flame 13, which has a predetermined heat conductivity. to surrender.
  • a temperature sensor 12 for example a thermocouple
  • an actual temperature is measured which is used in the implementation of the methods described below for controlling or controlling the gas burner.
  • the temperature sensor 12 is arranged on a surface of the burner part 11. However, it is also conceivable to arrange the sensor elsewhere in the effective range of the flame 13.
  • the reference temperature of the thermocouple is measured at a position outside the effective range of the flame 13, for example in the air supply line 1.
  • a device for controlling or regulating the air and / or gas flow receives input data from the temperature sensor 12 and from the mass flow sensor 2 and outputs control signals to the valve 6 and to the drive of the blower 9.
  • the opening of the valve 6 and the speed of the fan of the fan 9 are adjusted so that the desired air and gas supply results.
  • control device has a memory for storing characteristic curves or nominal values as well as a corresponding data processing unit which is set up to carry out the corresponding methods.
  • FIG. 2 shows a characteristic curve in which the setpoint temperature T so as a function of a mass flow mi. the combustion air, which is to be supplied to a gas burner, is applied.
  • a temperature is predetermined for the mass flow of the combustion air at a constant air ratio.
  • ⁇ For other values of the air ratio ⁇ , another dependence of the setpoint temperature T so n on the air mass flow m L would result.
  • the method is based on the observation that the target temperature T so n belonging to a specific value of the mass flow of the combustion air for a given air number does not depend on the type of gas. The method thus works independently of gas types.
  • a change starting from an operating state 1 to an operating state 2 is assumed.
  • the change in the operating state requires a load change, for example a changed heat requirement.
  • the operating state 1 corresponds to an air mass flow m L i
  • the operating state 2 an air mass flow m L2 .
  • the burner load is at a constant air ratio ⁇ substantially proportional to the mass flow of both the air and the fuel.
  • the new air mass flow is first m ⁇ . 2 , starting from a desired in operating state 2 burner load Q S0
  • the air mass flow m L can be measured on a mass flow sensor 2.
  • the corresponding opening of the gas valve is adjusted by means of the desired characteristic Gasventilöff ⁇ tion via mass flow
  • readjustment takes place.
  • the readjustment takes place by a leaning or enrichment of the air-gas mixture by actuation of the gas valve 6.
  • the gas valve 6 is adjusted so long until the control process is completed, that is, until the target temperature T S0
  • thermocouple 12 instead of absolute actual and desired temperatures and temperature differences DT is t, DT S0
  • the target temperature T n instead of the target temperature T n as in accordance with a thermal voltage U n as a function of the air mass flow m L are applied.
  • the reference temperature of the thermocouple 12 may, for example, in the air supply section 1, in a burner area outside the range of action of the burner flame 13 in the Umgege- Be measured by the burner.
  • the characteristic curve shown in FIG. 2 can be represented empirically or mathematically.
  • the use of a low thermal inertia sensor 12 located close to the flame 13 would be advantageous.
  • Sheathed thermocouples with a jacket made of materials which are suitable for oxidation processes at high temperatures have proven to be particularly effective and stable.
  • the measured temperatures Tj S t move, depending on the place of installation, burner load Q so n and air ratio ⁇ between 100 and 1000 0 C.
  • the volumetric flow measurement which is generally more cost-effective than the mass flow measurement of the combustion air, can generally be used.
  • FIG. 3 shows a dependency of the opening w of the gas valve 6, which determines the fuel feed, depending on the mass flow mi. the air supplied to the burner shown.
  • the middle curve K3 corresponding to a target value curve, the predetermined opening values w n 6 so a gas valve in response to a corresponding air mass flow m L indicates.
  • the air mass flow m L is changed from an initial value m L1 to a second value m L2 and adapted to the new load Q 2 .
  • the Rege ⁇ ment is turned off and the opening value w of the gas valve from the previously set Value W 1 changed to a new target opening value W 2 .
  • the value W 2 lies on the sol 'lö Stammskurve K3.
  • the adjusting opening of the gas valve is in any case between an upper limit curve K1 and a lower limit curve K2, which indicate a tolerance range for the opening of the gas valve.
  • the upper limit curve K1 corresponds to a maximum permissible opening of the gas valve
  • the lower limit curve K2 to a minimum permissible opening of the gas valve 6.
  • control process In the control process, the operating parameters of the firing device, in particular the setting of the valve 6 and the speed of the fan of the fan 9 are adjusted so that the combustion process is optimized.
  • the scheme can be done in any way. In the present example it is done by measuring a flame from the Brenner ⁇ 13 temperature T produced in their area of influence is tursensor by a Tempera ⁇ 12. Control can be achieved, for example, acids, such as in the previously described procedural.
  • the control signal for adjusting the opening of the gas valve can accordingly trigger, for example, the operation of a stepping motor, or change the pulse width, the voltage or the current of a coil.
  • the air mass flows ⁇ m L and G m Gasmassen ⁇ flows are measured by mass flow sensors 2 and 5.
  • a valve opening w which lies above the upper limit curve K1 or below the lower limit curve K2 is set in a phase of the method before or after execution of the control process, then corresponding consequences can be drawn. For example, leaving the tolerance range between K1 and K2 can lead to a calibration process. During the calibration, the conditions set according to the control could be stored in a memory of the control device and used for the next start. The setpoint curve K3, like the limit curves K1 and K2, can be shifted so that a uniform tolerance corridor for the opening of the gas valve 6 around the setpoint curve K3 also results in the new curve.
  • exceeding the limit curves K1 or K2 upwards or downwards after a certain period of time or with repeated overshoots or undershoots can cause the device to be switched off. It may happen that certain settings of the gas burner are adjusted over time or certain boundary conditions have changed so that a safety risk occurs or the gas burner operates in a non-effective operating state.
  • a deviation of the opening of the gas valve from the permitted corridor can be triggered for example by a deviation of the gas pressure from the permissible inlet pressure range or by a malfunction of the sensors. The shutdown can thus be interpreted as an indication that a review and maintenance of the device is required.
  • FIG. 4 shows schematically and by way of example a control device for carrying out one of the methods according to the invention.
  • the measured air mass flow mi. and gemes ⁇ in the area of the burner flame sene actual temperature T is used to control device as input signals.
  • the air mass flow m L is directly proportional to the load of the burner Q.
  • the speed n of the fan which is proportional to the heat output, is calculated from the determined load. read out and adjusted accordingly.
  • the target temperature T so n the burner flame is determined.
  • a setpoint temperature is specified.
  • this target temperature T so n is compared with the measured actual temperature Tj St. If there is a temperature difference .DELTA.T, so employs a control process, which is continued until the actual temperature Tj S t of the target temperature T corresponds to n.
  • n is, as shown schematically by the diagram E, by actuating the stepping motor of a Gasven ⁇ tils, which determines the fuel supply m G changed. This results in enriching or leaning of the fuel-air mixture, which leads to an increase or decrease in the temperature generated by the burner.
  • the diagram F shows the opening of the gas valve in the form of the step setting of the stepping motor of the gas valve as a function of the air mass flow m L.
  • the curves (1) and (2) indicate an upper or lower limit curve.
  • the opening of the gas valve must always be in the target corridor defined by curves (1) and (2) during and after the control operations.
  • a corresponding measure can be initiated.
  • the gas burner can be switched off in order to exclude safety risks or ineffective operation. It can also be just a warning or recalibration of certain characteristics are performed.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung unter Berücksichti­gung der Temperatur und/oder der Brennerbelastung, insbesondere bei einem Gas­ Brenner vorgeschlagen, umfassend die Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (T;st unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Soll­temperatur (Tso„) entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von einem der Bren­nerbelastung (Q) entsprechenden ersten Parameter (mL, VL) darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter, vorzugsweise die Luftzahl ( ), defi­niert als das Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmenge zu der theoretisch für optimale stöchiometrische Verbrennung erforderliche Luftmenge, konstant ist.

Description

Verfahren zur Regelung und Steuerung einer Feuerungseinrichtung und Feuerungseinrichtung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung, insbe¬ sondere eines Gasbrenners, bei dem ein Wert ermittelt wird, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten gemessenen Temperatur abhängt, Außerdem betrifft die Erfindung eine Feuerungseinrichtung, insbesondere einen Gasbrenner, der eine Einrichtung zum Messen eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur abhängt, umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbrenners, und eine Feuerungseinrichtung, insbesondere einen Gasbrenner, der ein Gasventil zur Einstel- lung der Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung umfasst.
Im Haushalt werden Gasbrenner beispielsweise als Durchlauferhitzer, für die Bereitung von Warmwasser in einem Kessel, zur Bereitstellung von Heizwärme u. ä. eingesetzt. In den jeweiligen Betriebszuständen werden an das Gerät unterschiedliche Anforde¬ rungen gestellt. Dies betrifft insbesondere die Leistungsabgabe des Brenners. Die Leistungsabgabe wird im Wesentlichen durch die Einstellung der Zufuhr von Brenngas und Luft und durch das eingestellte Mischungsverhältnis zwischen Gas und Luft bestimmt. Auch die von der Flamme erzeugte Temperatur ist unter anderem eine Funktion des Mischungsverhältnisses zwischen Gas und Luft. Das Mischungsverhält- nis kann beispielsweise als Verhältnis der Massenströme oder der Volumenströme der Luft und des Gases angegeben werden. Es haben jedoch auch andere Parameter, wie die Brennstoffzusammensetzung, Einfluss auf die genannten Größen.
Für jeden vorgegebenen Luft-Massenstrom bzw. Gas-Massenstrom lässt sich zudem ein Mischungsverhältnis bestimmen, bei dem die Effektivität der Verbrennung maxi- miert wird, d.h. bei dem der Brennstoff möglichst vollständig und sauber verbrennt.
Aus diesem Grund hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Massenströme von Gas und Luft zu regeln und stets so einzustellen, dass jeweils eine optimale Verbrennung unter sich verändernden Anforderungen und Randbedingungen erreicht wird. Eine Regelung kann laufend oder in periodischen Abständen stattfinden. Insbesondere ist eine Rege- lung bei einer Umstellung des Betriebszustands, jedoch beispielsweise auch auf Grund von Änderungen der Brennstoffzusammensetzung im kontinuierlichen Betrieb erforder¬ lich.
Zur Bereitstellung des Luft-/Gasgemisches, durch das die Brennerflamme gespeist wird, sind bekannte Gasbrenner in der Regel mit einem Radialgebläse ausgestattet, das im Betrieb das Gemisch aus Luft und Gas ansaugt. Die Einstellung der Massen¬ ströme von Luft und Gas kann beispielsweise durch die Änderung der Drehzahl und damit der Ansaugleistung des Gebläserads des Radialgebläses erfolgen. Zusätzlich können Ventile in der Gas- und/oder Luftzufuhrleitung vorgesehen sein, die zur Ein¬ stellung der einzelnen Massenströme oder ihres Verhältnisses betätigt werden können. Zur Messung einzelner Parameter können verschiedene Sensoren an geeigneten Stellen angeordnet sein. So können zur Messung des Massenstroms und/oder des Volumenstroms des Gases und/oder der Luft und/oder des Gemisches entsprechende Messvorrichtungen vorgesehen sein. Ebenso können Zustandsgrößen wie die Tempe¬ ratur der Luft, Drücke usw. an geeigneten Stellen gemessen, ausgewertet und für die Regelung verwendet werden.
Die Regelung des Mischungsverhältnisses erfolgt heute standardmäßig, insbesondere bei im Haushalt eingesetzten Gasbrennern, durch pneumatische Steuerung eines Gasventils in Abhängigkeit vom Volumenstrom der zugeführten Luftmenge (Prinzip des pneumatischen Verbunds). Bei der pneumatischen Steuerung werden Drücke oder Druckdifferenzen an Blenden, in Verengungen oder in Venturidüsen als Steuergrößen für ein pneumatisches Gasregelventil, durch das die Gaszufuhr zum Luftstrom einge¬ stellt wird, verwendet. Nachteilhaft an der pneumatischen Steuerung ist jedoch insbe- sondere, dass mechanische Bauteile eingesetzt werden müssen, die auf Grund der Reibung mit Hystereseeffekten behaftet sind. Besonders bei niedrigen Arbeitsdrücken kommt es zu Ungenauigkeiten in der Steuerung, so dass das Gebläse stets einen be¬ stimmten Mindestdruck erzeugen muss, um eine ausreichend präzise Regelung zu erreichen, was umgekehrt aber zu einer Überdimensionierung des Gebläses für die Maximalleistung führt. Außerdem ist der Aufwand bei der Herstellung der mit Membra¬ nen ausgestatteten pneumatischen Gasregelventile wegen der hohen Präzisionsanfor¬ derungen beachtlich. Im pneumatischen Verbund kann zudem auf Änderungen der Gasart und -qualität nicht flexibel reagiert werden. Um gewünschte Anpassungen der Gaszufuhr dennoch vornehmen zu können, müssen zusätzliche Einrichtungen, z.B. Stellglieder, bereit - und eingestellt werden, was erheblichen zusätzlichen Aufwand bei der Montage oder Wartung eines Gasheizgerätes bedeutet.
Aus diesen Gründen geht man dazu über, Gasbrenner mit einem elektronischen Ver¬ bund auszustatten. Bei elektronischer Steuerung können einfach steuerbare Ventile, etwa mit Pulsweiten modulierten Spulen oder mit Schrittmotoren, eingesetzt werden. Der elektronische Verbund funktioniert durch Erfassung wenigstens eines die Verbren¬ nung charakterisierenden Signals, das an einen Regelkreis zum Nachregeln zurück¬ geführt wird.
Jedoch treten auch beim Einsatz des elektronischen Verbunds Situationen auf, auf die nicht angemessen reagiert werden kann, wie zum Beispiel eine Veränderung der Emp- findlichkeit der Sensoren auf Grund von Verschmutzung. Außerdem besteht bei Ände¬ rungen der Last bzw. des Betriebszustands oder unmittelbar nach dem Betriebsstart des Gasbrenners die Gefahr, dass die Regelung wegen der Trägheit der Sensoren zeitlich verzögert funktioniert, was zu einer unvollkommenen Verbrennung und im Ex¬ tremfall zum Erlöschen der Brennerflamme führt.
Die DE 100 45 270 C2 offenbart eine Feuerungseinrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Feuerungseinrichtung bei schwankender Brennstoffqualität. Insbesondere wird bei einer Änderung der Gasqualität das Brennstoff-Luftverhältnis entsprechend verändert. Dabei wird für jede geeignete Brennstoffart die Gemischzusammensetzung so lange nachgeregelt, bis die gewünschte Flammenkerntemperatur erreicht ist. Au¬ ßerdem werden Kennfelder für verschiedene Brennstoffe verwendet, aus denen bei jeder Änderung der Leistungsanforderungen ein neues, geeignetes Brennstoff- Luftverhältnis ausgelesen wird.
In der GB 2 270 748 A ist ein Steuerungssystem für einen Gasbrenner gezeigt. Die Regelung erfolgt hier unter Verwendung einer an der Brenneroberfläche gemessenen Temperatur. Da die Oberflächentemperatur von der Flußrate des Luft-Gas-Gemisches abhängt, wird bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur die Geschwindigkeit des Gebläserotors gesenkt, wodurch der Luftfluss und damit das Luft-Gas-Verhältnis gesenkt wird.
Aus der AT 411 189 B ist ein Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners bekannt, bei dem die CO-Konzentration in den Abgasen der Brennerflamme mit einem Abgassensor erfasst wird. Ein bestimmter CO-Wert entspricht einem bestimmten Gas-Luft- Verhältnis. Ausgehend von einem bekannten, z.B. experimentell ermittelten, Gas- Luftverhältnis bei einem bestimmten CO-Wert kann ein gewünschtes Gas- Luftverhältnis eingestellt werden.
Die EP 770 824 B1 zeigt eine Regelung des Gas-Luftverhältnisses im Brennstoff- Luftgemisch durch Messen eines lonisationsstroms, der vom Luftüberschuss in den Abgasen der Brennerflamme abhängt. Bei stöchiometrischer Verbrennung wird be- kanntermaßen ein Maximum des lonisationsstroms gemessen. In Abhängigkeit von diesem Wert kann die Gemischzusammensetzung optimiert werden.
Nachteilhaft an den zuletzt genannten Verfahren ist jedoch, dass das Rückkopplungs¬ signal erst bei brennender Flamme erfasst und an den Regelkreis zurückgeführt wer¬ den kann. Außerdem limitiert die Trägheit der Sensoren eine genaue Nachregelung. Zudem unterliegen die verwendeten Sensoren Verschmutzungen, so dass die Ver¬ brennung im Zeitverlauf suboptimal geregelt wird und somit die Schadstoffwerte stei¬ gen. Insbesondere beim Startvorgang, bei dem noch kein Verbrennungssignal vorliegt, oder bei Laständerungen, bei denen in kurzer Zeit erhebliche Änderungen der Be¬ triebsparameter erforderlich sind, kann es zu Schwierigkeiten und im Extremfall zu ei- nem Erlöschen der Flamme kommen. Häufig wird aus diesen Gründen zusätzlich auf pneumatische Regler zurückgegriffen, was jedoch eine Erhöhung der Komplexität der Anlage sowie der Kosten nach sich, zieht. Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zu einer brennstoffunabhängigen Regelung einer Feuerungseinrichtung be¬ reitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, auch bei schnellen Lastwechseln und in der Startphase ohne Zeitverzögerungen eine gasartenunabhängi- ge Brennstoffzufuhr zuverlässig zu gewährleisten.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Feue¬ rungseinrichtung gemäß Anspruch 12 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 24 und eine Feuerungseinrichtung gemäß Anspruch 31.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung, insbe- sondere eines Gasbrenners, umfasst die Schritte: Ermittlung eines Werts, der von ei¬ ner von der Feuerungseinrichtung erzeugten gemessenen Temperatur abhängt; Vor¬ gabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerbelastung entspricht; und Regelung des Wertes der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Tempe¬ ratur abhängt unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur ent- sprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von dem einer Brennerbelastung entspre¬ chenden ersten Parameter darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter, vorzugsweise die Luftzahl (D), definiert als das Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmenge zu der theoretisch für optimale stöchiometrische Verbrennung erforderliche Luftmenge, konstant ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kennlinie zur Regelung des von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur abhängigen Wertes nicht von einer von der verwendeten Gasart abhängt. Das erfindungsgemäße Verfahren der Regelung ist somit gasartenunabhängig.
Die von der Feuerungseinrichtung erzeugte Temperatur wird in der Regel durch einen im Flammenkern oder am Brenner selbst, beispielsweise an der Brenneroberfläche, angeordneten Sensor gemessen. Sie kann jedoch auch am Flammenfuß, an der Flammenspitze oder in einiger Entfernung im Wirkungsbereich der Flamme gemessen werden. Die gemessenen Temperaturen nehmen, je nachdem, wo der Temperatursen¬ sor angebracht ist, und in Abhängigkeit von der Belastung und vom Luft- Brennstoffverhältnis, etwa Werte zwischen 1000C und 10000C an.
Die für einen konstanten zweiten Parameter dargestellte Kennlinie kann sowohl empi¬ risch als auch rechnerisch ermittelt werden. Als zweiter Parameterwert ist der Wert vorgegeben, bei dem mit dem vorhandenen Brenner die optimale Verbrennung statt¬ findet. Beispielsweise kann als solcher zweiter Parameterwert die Luftzahl λ verwen¬ det werden, die günstigerweise bei λ = 1 ,3 liegen soll. Die Luftzahl λ ist definiert als das Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmenge zu der theoretisch für optimale stöchiometrische Verbrennung erforderliche Luftmenge.
Das Verfahren ist unter anderem dadurch besonders einfach und zuverlässig, dass die Regelung unabhängig von der Qualität des Brennstoffes und damit ohne Analyse des Brennstoffs durchgeführt werden kann. Somit entfallen laufende oder periodische Kor¬ rekturen der Kennlinie oder eine Vorauswahl aus einem Kennlinienfeld für unterschied- liehe Brennstoffe / Gase.
Der erste Parameter entspricht insbesondere einer der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge. Dies bedeutet die Darstellung eines der Soll¬ temperatur entsprechenden Wertes bei konstantem zweiten Parameterwert in Abhän¬ gigkeit von der der Brennerflamme pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge. Ein kon- stanter zweiter Parameter bedeutet im Umkehrschluss, dass mit der Änderung der Luftmenge die zugeführte Brennstoffmenge entsprechend geändert wird, um das für die Verbrennung optimale stöchiometrische Verhältnis zwischen Luft und Brenngas beizubehalten.
Der erste Parameter entspricht bevorzugt einem Massenstrom oder Volumenstrom der der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Luft. Der Massenstrom der Luft kann bei¬ spielsweise durch einen Massenstromsensor im Zuführungskanal für die dem Brenner zugeführte Luft bestimmt werden. Bei einer Änderung der Belastung, entsprechend einer Änderung des Luftmassenstroms, ändert sich bel konstanten zweiten Parameter" in gleicherweise der Massenstrom bzw. Volumenstrom des Brennstoffs, der ebenfalls durch einen an geeigneter Stelle angeordneten Massenstromsensor gemessen werden kann.
Die Brennerbelastung ist bei konstanter Luftzahl im wesentlichen proportional zu der der Feuerungseinrichtung zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit. Für die verwendete Kennlinie ist es also irrelevant, ob der erste Parameter etwa einen Luft- oder Gas- massenstrom oder aber eine Belastung ausdrückt.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise einen Vergleich des gemessenen von der Tem¬ peratur abhängigen Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten Sollwert. Wie bei den meisten Regelvorgängen wird aus einer Abweichung der Ist-Temperatur vom Temperatursollwert eine diese Abweichung verringernde Einstellung der Betriebspa¬ rameter so lange bzw. so oft vorgenommen, bis die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert ausgeglichen ist. Beispielsweise kann bei einer unter der Solltemperatur lie- genden gemessenen Temperatur durch schrittweise Erhöhung der zugeführten Brenn¬ stoffmenge das Gemisch so lange angefettet werden, bis die Abweichung des Ist- Werts vom Sollwert nicht mehr besteht. In gleicher weise kann das Gemisch bei zu hoher Ist-Temperatur entsprechend abgemagert werden.
Der der Solltemperatur entsprechende Wert wird bevorzugt in Abhängigkeit vom ersten Parameter aus der Kennlinie ermittelt. Ist beispielsweise als erster Parameter der Mas¬ senstrom der Luft gewählt, so wird der Massenstrom der Luft vorgegeben und die die¬ sem Massenstrom entsprechende Solltemperatur aus der Kennlinie ausgelesen. Die Regelung erfolgt so lange, bis der Wert der Ist-Temperatur dem Solltemperaturwert entspricht.
Der gemessene Wert und/oder der Wertebereich der Kennlinie entspricht insbesondere einem Temperaturunterschied. Zur Temperaturmessung können beispielsweise Ther¬ moelemente eingesetzt werden. In einer besonderen Ausführungsform ist der Tempe¬ raturunterschied ein Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brenner¬ flamme erzeugten Temperatur und einer Referenztemperatur.
Die Referenztemperatur kann der Temperatur der Luft oder des Luft- /Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme ent¬ sprechen. Ist die Temperatur der Vergleichsstelle bekannt, kann auch die absolute Temperatur ermittelt werden. Alternativ kann beispielsweise die Umgebungstemperatur des Brenners als Referenz dienen.
Die Regelung kann eine Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Gasmenge umfassen. In dieser Ausführung wird also die Temperatur durch Anfetten oder Abmagern des Gemisches mit Brennstoff geregelt, bis der gemessene von der Ist-Temperatur abhängige Wert mit dem Sollwert übereinstimmt.
Die Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Gas wird insbesondere durch Betätigung eines Ventils durchgeführt. Beispielsweise kann ein Schrittmotor ein Stellglied eines Ventils betätigen, oder eine Pulsweite moduliert bzw. eine elektrische Größe bei einer elektrisch gesteuerten Spule verändert werden. Die erfindungsgemäße Feuerungseinrichtung, insbesondere ein Gasbrenner, umfasst: eine Einrichtung zum Messen eines Werts, der von einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur abhängt; Mittel zur Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur unter Vorgabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerbelastung entspricht, und unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von dem der Brenner¬ belastung entsprechenden ersten Parameter darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter, der einem Verhältnis einer Luftmenge zu einer Menge an Verbrennungsmedium in einem der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Gemisch aus Luft und Verbrennungsmedium entspricht, konstant ist.
Die Einrichtung zur Messung des von der Temperatur abhängigen Wertes kann insbe¬ sondere im Flammenkern, an der Brenneroberfläche, am Flammenfuß oder an der Flammenspitze angeordnet sein. Die Trägheit des Temperatursensors hängt im we¬ sentlichen von der Entfernung zur Flamme und von den trägen Massen des Sensors und seiner Befestigung ab.
Der erste Parameter kann einer der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführen¬ den Luftmenge, insbesondere einem Massenstrom oder Volumenstrom der Luft, ent¬ sprechen.
Die Feuerungseinrichtung weist bevorzugt eine Messeinrichtung zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Luft und/oder an Brenn¬ stoffmedium und/oder an einer Mischung aus Luft und Brennstoffmedium, insbesonde¬ re zur Messung eines Massenstroms oder Volumenstroms, auf. Die Sensoren sind so in der Vorrichtung anzuordnen, dass ein möglichst zuverlässiger Rückschluss auf die durchfließenden Massenströme gezogen werden kann. Dies kann beispielsweise in einem Bypass der Fall sein. Die Brennerbelastung bei konstanter Luftzahl ist in der Regel im wesentlichen proportional zu der dem Gasbrenner zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit.
Die Feuerungseinrichtung kann Mittel zum Vergleichen des der gemessenen Tempe¬ ratur entsprechenden Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten Sollwert umfas- sen.
Die Einrichtung zum Messen eines von der erzeugten Temperatur abhängenden Werts kann angepasst sein, einen Wert zu messen, der einem Temperaturunterschied ent- spricht. Aus diesem Temperaturunterschied kann bei bekannter Referenztemperatur die absolute Temperatur bestimmt werden.
Der Wert entspricht insbesondere einem Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brennerflamme erzeugten Temperatur und einer Referenztemperatur, wo- bei die Referenztemperatur insbesondere der Temperatur der Luft oder des Luft- /Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme ent¬ spricht.
Die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts umfasst bevorzugt einen Teil, der zumindest teilweise im Bereich der Reaktionszone der Brennerflamme angeordnet ist.
Für die Messung der Referenztemperatur kann ein Teil der Einrichtung zum Messen des Temperaturwerts außerhalb der Reaktionszone der Flamme, insbesondere im Be¬ reich einer Eintrittszone für die der Feuerungseinrichtung zugeführte Luft und/oder für das der Feuerungseinrichtung zugeführte Luft-Λ/erbrennungsmedium-Gemisch, ange¬ ordnet sein.
Die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts umfasst bevorzugt ein Thermo¬ element. Dabei ist eine Kontaktstelle der unterschiedlichen Schenkel des Thermoele¬ ments im Bereich der Reaktionszone der Brennerflamme angeordnet, die Referenz¬ stelle außerhalb dieser Reaktionszone, um einen Temperaturunterschied zwischen der Flamme und einem davon thermisch entkoppelten Bereich, beispielsweise einem Um- gebungsbereich des Gasbrenners, zu erfassen.
Der von der Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts gemessene Wert ist be¬ vorzugt eine Thermospannung.
Die Mittel zur Regelung können angepasst sein, die Menge des der Feuerungseinrich¬ tung pro Zeiteinheit zugeführten Verbrennungsmediums zu erhöhen und/oder zu ver- ringern.
Insbesondere umfasst die Feuerungseinrichtung ein Ventil, welches zur Erhöhung oder zur Verringerung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Gas betätigbar ist.
Bei dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Feuerungsein¬ richtung, insbesondere eine Gasbrenners, wird bei einer Änderung des ersten Para- meters, der der Brennerbelastung entspricht, von einem Startwert zu einem Zielwert die Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung durch eine Änderung der Öffnung eines Gasventils von einem ersten zu einem zweiten Öffnungswert und durch Vorgabe eines Sollwerts, der von dem ersten Parameter abhängt, angepasst, wobei der zweite Öff¬ nungswert zwischen einem oberen und unteren Grenzwert liegt, und wobei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten zum zweiten Öffnungswert keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt und erst wieder nach Erreichen des Zielwerts des ersten Parameters, der der Brennerbelastung entspricht, eine Regelung von Betriebsparametern der Feuerungseinrichtung durchgeführt wird.
Mit Hilfe dieses Verfahrens können bei schnellem Lastwechsel, insbesondere aber auch beim Startvorgang, unmittelbar stabile Verhältnisse erreicht werden. Eine Nach¬ regelung des Gasventils, welche bei starken Schwankungen der Betriebsparameter viel Zeit in Anspruch nimmt und durch die Trägheit der Sensoren unvollkommen ist, kann somit entfallen. An die Stelle einer Regelung tritt eine Steuerung, die in Abhän¬ gigkeit vom Zielwert des ersten Parameters einen Sollwert für eine neue Einstellung vorgibt. Erst im darauf folgenden Schritt wird unter Verwendung realer Messgrößen nachgeregelt. Mit dem Verfahren kann unabhängig von der Trägheit der für die Rege¬ lung verwendeten Sensoren eine schnelle und zuverlässige Einstellung des Gasventils gefunden werden. Die reale Öffnung des Gasventils liegt dabei zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert. Bei schnellen Sollwertänderungen können die Stellglie- der, beispielsweise der Ventilator oder ein Gasstellventil, nach einer gewissen Zeit¬ spanne, die von der Trägheit der Sensoren abhängt, nachgeregelt werden. Es erfolgt also bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Übergang von einer reinen Steuerung zu einer Regelung.
Der Parameter, der der Brennerbelastung entspricht, kann die der Feuerungseinrich- tung pro Zeiteinheit zuzuführende Luftmenge, insbesondere ein Massenstrom oder Volumenstrom der der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Luft, sein. Die Öffnungs¬ werte des Gasventils können also in dieser Ausführung in Abhängigkeit vom Massen¬ oder Volumenstrom der Luft dargestellt sein. Die Charakteristik dieser Kennlinie wird unter anderem durch die Eigenschaften des Gasventils bestimmt.
Die Brennerbelastung ist im wesentlichen proportional zu der dem Gasbrenner zuge¬ führten Luftmenge pro Zeiteinheit. Damit steht fest, dass die Darstellung der Öffnung des Gasventils in Abhängigkeit von Massenstrom der Luft äquivalent zu einer Darstel¬ lung der Öffnung des Gasventils in Abhängigkeit von einer Belastung des Brenners ist. Die Änderung der Öffnung des Gasventils kann durch die Modulation einer Pulsweite, durch die Variation einer Spannung oder eines Stroms einer Ventilspule, oder durch Betätigung eines Schrittmotors eines Ventils durchgeführt werden. Ein Überschreiten des oberen oder des unteren Grenzwerts der Öffnung des Gasventils kann im Rahmen des Verfahrens erfasst werden. Während nach dem Steuerungsprozess die Öffnung des Gasventils zwischen oberem und unterem Grenzwert liegt, kann nach dem Rege¬ lungsschritt die Gasöffnung oberhalb oder unterhalb des oberen bzw. unteren Grenz¬ werts liegen. Dazu kann es insbesondere kommen, wenn die bei Erstellung der Kennli¬ nie festgelegten Sollwerte für die Öffnung des Gasventils von den optimal eingeregel- ten Werten stark abweichen. Ursachen dafür können Änderungen in der Brennstoffzu¬ sammensetzung, Veränderungen der Messcharakteristiken der Sensoren oder der Einstellungen der Anlagenparameter sein.
Die Kennlinie, die sich aus den Sollwerten für die Öffnung des Gasventils in Abhängig¬ keit von dem Parameter ergibt, der der Brennerbelastung entspricht, kann auf Basis der durch die Regelung eingestellten Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung neu kalibriert werden. Fällt nach der Regelung der Wert der Öffnung des Gasventils aus dem durch den oberen und den unteren Grenzwert begrenzten Bereich, so kann eine Neukalibrierung der Kennlinie durchgeführt werden. Bei dieser Neukalibrierung können beispielsweise die Sollwerte so verschoben werden, dass die neue Sollwertlinie durch den eingeregelten Wert für die Öffnung des Gasventils verläuft. In gleicher Weise kön¬ nen die oberen und die unteren Grenzwerte verschoben werden, so dass die neue Sollwertkurve wie bei der bisher geltenden Kennlinie von einem Toleranzkorridor um¬ geben ist.
Ein Überschreiten des oberen oder ein Unterschreiten des unteren Grenzwerts kann, insbesondere nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, zum Abschalten der Feuerungseinrichtung führen. Dieser Maßnahme können sowohl Sicherheitsbedenken als auch wirtschaftlich Überlegungen zugrunde liegen. Eine Regelung in einen Bereich außerhalb der gewünschten, durch die Grenzwerte angegebenen Spanne kann bei¬ spielsweise eine unerwünschte Änderung der vorgegebenen Einstellungen des Gas- brenners anzeigen, so dass dieser möglicherweise in einem unsicheren oder uneffekti¬ ven Betriebsbereich arbeitet. Das Gerät müsste im folgenden überprüft und gewartet werden. Eine weitere erfindungsgemäße Feuerungseinrichtung, insbesondere ein Gasbrenner, umfasst: ein Gasventil zur Einstellung der Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung; einen Speicher zum Abspeichern von Sollwerten, die von einem Parameter abhängen, der der Brennerbelastung entspricht, und von oberen und unteren Grenzwerten; eine Einrichtung zur Steuerung der Öffnung des Gasventils, die bei einer Änderung des Parameters, der der Brennerbelastung entspricht, von einem Startwert zu einem Ziel¬ wert die Öffnung des Gasventils von einem ersten zu einem zweiten Öffnungswert un¬ ter Vorgabe eines abgespeicherten Sollwerts anpasst, wobei der zweite Öffnungswert zwischen einem abgespeicherten oberen und einem unteren Grenzwert liegt, und wo- bei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten zum zweiten Öff¬ nungswert keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt wird; und Mittel zur Re¬ gelung, die nach Erreichen des Zielwerts des Parameters, der der Brennerbelastung entspricht, Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung regeln. Die Regelung nach dem Steuerungsschritt kann beispielsweise wie in einem Verfahren gemäß den An- . Sprüchen 1 bis 24 erfolgen.
Das Gasventil kann ein Stellglied, insbesondere einen Schrittmotor, eine pulsweiten- modulierte oder eine durch eine elektrische Größe gesteuerte Spule, umfassen.
Die Feuerungseinrichtung weist bevorzugt wenigstens einen Massenstromsensor und/oder Volumenstromsensor zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeitein- heit zugeführten Luftmenge und/oder der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Brenn¬ stoffmedium und/oder der Menge des zugeführten Gemisches aus Luft und Brenn¬ stoffmedium auf.
Insbesondere kann die Feuerungseinrichtung im Bereich der Brennerflamme eine Ein¬ richtung zum Messen einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur auf- weisen.
Der Temperatursensor kann beispielsweise im Bereich der Flamme, aber auch am Brenner in der Nähe der Flamme angeordnet sein. Beispielsweise kann auch ein Thermoelement als Temperatursensor verwendet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. 1 eine Feuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; -Fig. 2 eine Kennlinie, die bei der Durchführung des ersten Verfahrens verwen¬ det wird;
Fig. 3 eine Kennlinie, wie sie zur Durchführung des zweiten Verfahrens ver¬ wendet wird; und
Fig.4 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Regelung zur Durchführung eines Verfahrens.
Figur 1 zeigt einen Gasbrenner, bei dem ein Gemisch aus Luft L und Gas G vorge¬ mischt und verbrannt wird.
Der Gasbrenner weist einen Luftzufuhrabschnitt 1 auf, über den Verbrennungsluft L angesaugt wird. Ein Massenstromsensor 2 misst den Massenstrom der von einem Ge¬ bläse 9 angesaugten Luft L. Der Massenstromsensor 2 ist so angeordnet, dass in sei¬ ner Umgebung eine möglichst laminare Strömung erzeugt wird, um Messfehler zu vermeiden. Insbesondere könnte der Massenstromsensor in einem Bypass (nicht ge¬ zeigt) und unter Verwendung eines Laminarelements angeordnet werden. .
Im Luftzufuhrabschnitt 1 kann auch ein Ventil 3 für die Verbrennungsluft angeordnet sein. Allerdings wird jedoch in der Regel ein geregeltes Gebläse mit Luftmassenstrom- sensor eingesetzt werden, so dass das Ventil entfallen kann.
Für die Gaszufuhr ist ein Gaszufuhrabschnitt 4 vorgesehen, der an eine Gaszuleitung angeschlossen ist. Das Gas strömt während des Betriebs des Gasbrenners durch den Abschnitt 4,. Durch ein Ventil 6, das ein elektronisch gesteuertes Ventil sein kann, strömt das Gas durch eine Leitung 7 in den Mischungsbereich 8. Im Mischungsbe¬ reich 8 findet eine Vermischung des Gases G mit der Luft L statt. Der Ventilator des Gebläses 9 wird mit einer einstellbaren Drehzahl angetrieben, um sowohl die Luft L als auch das Gas G anzusaugen.
Das Ventil 6 ist so eingestellt, dass bei Berücksichtigung der übrigen Betriebsparame¬ ter, beispielsweise der Drehzahl des Ventilators, ein vorgegebenes Luft-Gas-Verhältnis in den Mischbereich 8 gelangt. Das Luft-Gas-Verhältnis soll dabei so gewählt sein, dass eine möglichst saubere und effektive Verbrennung stattfindet.
Über eine Leitung 10 strömt das Luft-Gasgemisch vom Gebläse 9 zum Brennerteil 11. Dort tritt es aus und speist die Brennerflamme 13, die eine vorgegebene Wärmelei- stung abgeben soll. Am Brennerteil 11 ist eine Temperatursensor 12, beispielsweise ein Thermoelement, angeordnet. Mit Hilfe dieses Thermoelements wird eine Ist- Temperatur gemessen, die bei der Durchführung der nachfolgend beschriebenen Ver¬ fahren zur Regelung bzw. zur Steuerung des Gasbrenners verwendet wird. Im vorlie- genden Beispiel ist der Temperatursensor 12 an einer Oberfläche des Brennerteils 11 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, den Sensor an anderer Stelle im Wirkungsbe¬ reich der Flamme 13 anzuordnen. Die Referenztemperatur des Thermoelements wird an einer Stelle außerhalb des Wirkungsbereichs der Flamme 13, beispielsweise in der Luftzufuhrleitung 1 , gemessen.
Eine nicht dargestellte Einrichtung zur Steuerung bzw. zur Regelung des Luft- und/oder Gasstroms erhält Eingangsdaten vom Temperatursensor 12 und von dem Massen- stromsensor 2 und gibt Steuersignale an das Ventil 6 sowie an den Antrieb des Geblä¬ ses 9 ab. Die Öffnung des Ventils 6 und die Drehzahl des Ventilators des Gebläses 9 werden so eingestellt, dass sich die gewünschte Luft- und Gaszufuhr ergibt.
Die Steuerung erfolgt dabei durch Durchführung der nachfolgend beschriebenen Ver¬ fahren. Insbesondere weist die Steuereinrichtung einen Speicher zum Abspeichern von Kennlinien bzw. von Sollwerten sowie eine entsprechende Datenverarbeitungseinheit auf, die zur Durchführung der entsprechenden Verfahren eingerichtet ist.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Figur 2 beschrieben. In Fi- gur 2 ist eine Kennlinie dargestellt, bei der die Solltemperatur Tson in Abhängigkeit von einem Massenstrom mi. der Verbrennungsluft, die einem Gasbrenner zugeführt werden soll, aufgetragen ist. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist dabei dem Massenstrom der Verbrennungsluft bei konstanter Luftzahl eine Temperatur vorgegeben. Für andere Werte der Luftzahl λ würde sich eine andere Abhängigkeit der Solltemperatur Tson vom Luftmassenstrom mL ergeben. Dem Verfahren liegt die Beobachtung zugrunde, dass die zu einem bestimmten Wert des Massenstromes der Verbrennungsluft für eine vor¬ gegebene Luftzahl gehörende Solltemperatur Tson nicht von der Gasart abhängt. Das Verfahren funktioniert somit gasartenunabhängig. Die Luftzahl λ ist so gewählt, dass eine möglichst hygienische und effiziente Verbrennung erreicht wird. Beispielsweise kann ein Wert λ = 1 ,3 vorgegeben werden. Bei der Durchführung des Verfahrens mit der festgelegten Luftzahl λ wird somit unabhängig von der Gasart und -qualität eine effektive Regelung erzielt. Zur Verdeutlichung des Verfahrens wird von einer Änderung ausgehend von einem Betriebszustand 1 zu einem Betriebszustand 2 ausgegangen. Die Änderung des Be¬ triebszustands erfordert einen Lastwechsel, beispielsweise eine geänderte Wärmean¬ forderung. Dem Betriebszustand 1 entspricht ein Luftmassenstrom mLi, dem Betriebs- zustand 2 ein Luftmassenstrom mL2. Die Brennerbelastung ist bei konstanter Luftzahl λ im wesentlichen proportional zu dem Massenströmen sowohl der Luft als auch des Brennstoffs.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird zunächst der neue Luftmassenstrom mι.2, ausgehend von einer im Betriebszustand 2 gewünschten Brennerbelastung QS0||2, ein- gestellt. Der Luftmassenstrom mL kann an einem Massenstromsensor 2 gemessen werden.
Die entsprechende Öffnung des Gasventils wird anhand der Sollkennlinie Gasventilöff¬ nung über Massenstrom eingestellt
Statt der Massenströme könnten auch Volumenströme mittels einer Blende mit einem Druckmesser oder andere Parameter, beispielsweise die Drehzahl des Ventilators des Gebläses 9, erfasst werden.
Nach der Einstellung des Luftmassenstroms mL2 und des Gasventils wird die am Tem¬ peratursensor 12 im Bereich der Brennerflamme 13 gemessene Ist-Temperatur TjSt mit der dem neu eingestellten Luftmassenstrom mi_2 entsprechenden Solltemperatur TSθιi2 gemäß der Kennlinie aus Figur 2 verglichen.
Ergibt sich eine Abweichung zwischen Ist- und Sollwert, so wird nachgeregelt. Die Nachregelung erfolgt dabei durch eine Abmagerung bzw. Anfettung des Luft- Gasgemisches durch Betätigung des Gasventils 6. Das Gasventil 6 wird so lange nachgestellt, bis der Regelungsvorgang abgeschlossen ist, das heißt, bis sich eine der Solltemperatur TS0||2 entsprechende Ist-Temperatur Tist eingestellt hat.
Statt absoluter Ist- und Solltemperaturen können auch Temperaturunterschiede DTist, DTS0||, wie sie beispielsweise von einem Thermoelement gemessen werden, verwendet werden'. Statt der Solltemperatur Tson kann entsprechend eine Thermospannung Uson in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom mL aufgetragen werden. Die Referenztemperatur des Thermoelements 12 kann beispielsweise im Luftzuführungsabschnitt 1 , in einem Brennerbereich außerhalb des Wirkungsbereichs der Brennerflamme 13 in der Umge- bung des Brenners gemessen werden.
Die in Figur 2 gezeigte Kennlinie ist empirisch oder rechnerisch darstellbar. Für eine schnelle Regelung wäre der Einsatz eines nahe bei der Flamme 13 angeordneten Sensors 12 mit geringer thermischer Trägheit vorteilhaft. Als besonders wirkungsvoll und stabil haben sich gemantelte Thermoelemente mit einer Mantelung aus Materiali¬ en, die für Oxidationsprozesse bei hohen Temperaturen geeignet sind, erwiesen. Zur Erhöhung der Lebensdauer des Temperatursensors 12 und zum Schutz vor Überla¬ stung bietet es sich an, den Sensor in einem Bereich anzubringen, der eine gewisse Entfernung von der Flamme13 aufweist. Die gemessenen Temperaturen TjSt bewegen sich, je nach Anbringungsort, Brennerbelastung Qson und Luftzahl λ zwischen 100 und 10000C.
Bei Gasheizgeräten mit geringen Modulationsgraden können Fehler, die auf Grund von Schwankungen der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdrucks sowie des Gasdrucks zustande kommen und zu verändernden Verhältnissen zwischen Luft- massenstrom und Gasmassenstrom führen, bei der Durchführung des Verfahrens ver¬ nachlässigt werden. Hier kann die im Vergleich zur Massenstrommessung der Ver¬ brennungsluft in der Regel kostengünstigere Volumenstrommessung angewandt wer¬ den.
Anhand der Figur 3 wird ein weiteres Verfahren erläutert.
In Figur 3 ist eine Abhängigkeit der Öffnung w des Gasventils 6, welches die Brenn¬ stoffzufuhr bestimmt, in Abhängigkeit vom Massenstrom mi. der dem Brenner zuge¬ führten Luft dargestellt. Dabei entspricht die mittlere Kurve K3 einer Sollwertkurve, die die vorgegebenen Öffnungswerte wson eines Gasventils 6 in Abhängigkeit von einem entsprechenden Luftmassenstrom mL angibt.
Bei einer Änderung der vorgegebenen Brennerbelastung Q, beispielsweise bei einer Änderung des Betriebszustandes oder beim Starten der Anlage, wird der Luftmassen¬ strom mLvon einem Anfangswert mL1 zu einem zweiten Wert mL2 verändert und an die neue Belastung Q2 angepasst.
Da eine Regelung der Gaszufuhr bei dem relativ kurzfristigem Übergang von mLi auf mL2 auf Grund der Trägheit der Sensoren zeitlich stark verzögert wäre, wird die Rege¬ lung ausgeschaltet und der Öffnungswert w des Gasventils vom bisher eingestellten Wert W1 auf einen neuen Sollöffnungswert W2 geändert. Der Wert W2 liegt auf der SoI- ' löffnungskurve K3.
Die sich einstellende Öffnung des Gasventils liegt jedenfalls zwischen einer oberen Grenzkurve K1 und einer unteren Grenzkurve K2, welche einen Toleranzbereich für die Öffnung des Gasventils angeben. Die obere Grenzkurve K1 entspricht dabei einer ma¬ ximalen erlaubten Öffnung des Gasventils, die untere Grenzkurve K2 einer minimalen erlaubten Öffnung des Gasventils 6.
Danach schließt sich ein Regelungsvorgang an. Bei dem Regelungsvorgang werden die Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung, insbesondere die Einstellung des Ventils 6 sowie die Drehzahl des Ventilators des Gebläses 9 so angepasst, dass der Verbrennungsvorgang optimiert wird. Die Regelung kann dabei in beliebiger Weise erfolgen. Im vorliegenden Beispiel erfolgt sie durch Messung einer von der Brenner¬ flamme 13 in ihrem Wirkungsbereich erzeugten Temperatur Tist durch einen Tempera¬ tursensor 12. Die Regelung kann beispielsweise wie im zuvor beschriebenen Verfah- ren erfolgen.
Es bietet sich an, pulsweitenmodulierte Ventile, ein elektronisch gesteuerte Ventile oder ein Ventile mit einem durch einen Schrittmotor betätigten Stellglied zu verwenden. Das Ansteuersignal zur Einstellung der Öffnung des Gasventils kann entsprechend z.B. die Betätigung eines Schrittmotors auslösen, oder die Pulsweite, die Spannung oder den Strom einer Spule verändern. Die Luftmassenströme ιmL und Gasmassen¬ ströme mG werden durch Massenstromsensoren 2 und 5 gemessen.
Wird nun in einer Phase des Verfahrens vor oder nach Durchführung des Regelvor¬ gangs eine Ventilöffnung w eingestellt, die oberhalb der oberen Grenzkurve K1 oder unterhalb der unteren Grenzkurve K2 liegt, so können entsprechende Konsequenzen gezogen werden. Beispielsweise kann ein Verlassen des zwischen K1 und K2 liegen¬ den Toleranzkorridors zu einem Kalibriervorgang führen. Bei der Kalibrierung könnten die nach der Regelung eingestellten Bedingungen in einem Speicher der Steuerein¬ richtung abgelegt und für den nächsten Start verwendet werden. Die Sollwertkurve K3 kann wie die Grenzkurven K1 und K2, verschoben werden, so dass sich auch bei der neuen Kurve ein gleichmäßiger Toleranzkorridor für die Öffnung des Gasventils 6 um die Sollwertkurve K3 ergibt. Alternativ dazu kann ein Überschreiten der Grenzkurven K1 oder K2 nach oben bzw. nach unten nach einer bestimmten Zeitspanne oder bei wiederholten Über- bzw. Un¬ terschreiten ein Abschalten des Geräts bewirken. Es kann vorkommen, dass sich be¬ stimmte Einstellungen des Gasbrenners im Laufe der Zeit verstellen oder sich be- stimmte Randbedingungen so geändert haben, dass ein Sicherheitsrisiko auftritt oder der Gasbrenner in einem nicht effektiven Betriebszustand arbeitet. Eine Abweichung der Öffnung des Gasventils vom erlaubten Korridor kann beispielsweise durch eine Abweichung des Gasdrucks vom zulässigen Eingangsdruckbereich oder durch eine Fehlfunktion der Sensoren ausgelöst werden. Das Abschalten kann somit als Hinweis gewertet werden, dass eine Überprüfung und Wartung des Geräts erforderlich ist.
Durch das beschriebene Verfahren kann sichergestellt werden, dass, bis eine wirksa¬ me Regelung der Gaszufuhr einsetzen kann, durch die Steuerung, sei es bei einem Lastwechsel des Gasbrenners oder in der Startphase, eine plausible Öffnung W2 des Gasventils eingestellt wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass etwa die Flamme während der Laständerung erlischt.
Durch das Verfahren wird beim Start des Brenners gewährleistet, dass in einem weiten Bereich, angepasst an die vorgegebene Brennerbelastung, gezündet werden kann. Bei Lastwechseln findet eine schnelle Anpassung der Gaszufuhr an die neue Last statt, bevor durch eine nachfolgende Regelung die Feineinstellung gefunden wird.
In Figur 4 ist schematisch und beispielhaft eine Steuerungseinrichtung zur Durchfüh¬ rung eines der Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt.
Der gemessene Luftmassenstrom mi. sowie die im Bereich der Brennerflamme gemes¬ sene Ist-Temperatur Tist dienen der Steuerungseinrichtung als Eingangssignale. Wie aus der Darstellung der Kennlinie im Diagramm A hervorgeht, ist der Luftmassenstrom mL direkt proportional zur Belastung des Brenners Q. Entsprechend der in Diagramm B dargestellten Kennlinie wird aus der ermittelten Belastung die Drehzahl n des Geblä¬ ses, die proportional zur Wärmeleistung ist, ausgelesen und entsprechend eingestellt.
(Die rechte obere optionale Funktion dient nur dazu einem existierenden Feuerungs¬ automaten eine Eingangsdrehzahl vorzugaukeln. Dieser Teil des Diagramms sollte gelöscht werden, da er nur zur Verwirrung beiträgt.) Andererseits wird bei Laständerungen aus der Eingangsgröße Luftmassenstrom mL, wie im Diagramm C gezeigt, die Solltemperatur Tson der Brennerflamme ermittelt. Für einen bestimmten Luftmassenstrom wird eine Solltemperatur vorgegeben. In einem Knotenpunkt D wird diese Solltemperatur Tson mit der gemessenen Ist-Temperatur TjSt verglichen. Ergibt sich eine Temperaturdifferenz ΔT, so setzt ein Regelvorgang ein, der fortgesetzt wird, bis die Ist-Temperatur TjSt der Soll-Temperatur Tson entspricht. Eine Annäherung der Ist-Temperatur TjSt an die Solltemperatur Tson wird, wie schematisch durch das Diagramm E dargestellt, durch Betätigung des Schrittmotors eines Gasven¬ tils, welches die Brennstoffzufuhr mG bestimmt, verändert. Durch erfolgt ein Anfetten bzw. Abmagern des Brennstoff-Luftgemisches, was zu einer Erhöhung bzw. Senkung der vom Brenner erzeugten Temperatur führt.
Im Diagramm F ist die Öffnung des Gasventils in Form der Schritteinstellung des Schrittmotors des Gasventils in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom mL angegeben. Die Kennlinien (1) und (2) geben eine obere bzw. untere Grenzkurve an. Bei vorgege- benem Luftmassenstrom mL muss sich die Öffnung des Gasventils, während und nach den Steuerungs- und Regelungsvorgängen, stets in dem durch die Kurven (1) und (2) begrenzten Zielkorridor befinden. Bei Abweichungen nach oben oder nach unten kann eine entsprechende Maßnahme eingeleitet werden. Beispielsweise kann der Gasbren¬ ner abgeschaltet werden, um Sicherheitsrisiken oder einen uneffektiven Betrieb auszu- schließen. Es kann auch lediglich ein Warnhinweis erfolgen oder eine Neukalibrierung bestimmter Kennkurven durchgeführt werden.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung unter Berücksichtigung der Temperatur und/oder der Brennerbelastung, insbesondere bei einem Gasbrenner, umfassend:
Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (TjSt) unter Ver¬ wendung einer Kennlinie, die einen einer Solltemperatur (Tson) entsprechenden Wer¬ tebereich in Abhängigkeit von einem der Brennerbelastung (Q) entsprechenden er¬ sten Parameter (mι_, VL) darstellt, wobei bei der Darstellung der Kennlinie ein zweiter Parameter, vorzugsweise die Luftzahl (λ), definiert als das Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmenge zu der theoretisch für optimale stöchiometrische Verbrennung erforderliche Luftmenge, konstant ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter ei¬ ner der Feuerun'gseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge (mL, VL) ent- spricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter ei¬ nem Massenstrom (mL) oder Volumenstrom (VL) der der Feuerungseinrichtung zu¬ zuführenden Luft entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerbelastung (Q) im wesentlichen proportional zu der der Feuerungs¬ einrichtung zugeführten Luftmenge pro Zeiteinheit (mL, VL) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Vergleich des gemessenen von der Temperatur (TjSt) ab¬ hängigen Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten und der Solltemperatur (Tson) entsprechenden Sollwert umfaßt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Solltemperatur (TSOιι) entsprechende Wert in Abhängigkeit vom ersten Parameter (mL, VL) aus der Kennlinie ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Wert und/oder der Wertebereich der Kennlinie einem Tempe¬ raturunterschied (ΔTist, ΔTsoii) entsprechen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturunter- schied (ΔTjSt) ein Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brenner¬ flamme erzeugten Temperatur (TjSt) und einer Referenztemperatur (TrΘf) ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenztemperatur (Tref) der Temperatur der Luft oder des Luft-/Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme entspricht.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung eine Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium (mG, V6) umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung oder Verminderung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedium (mG, VQ) durch Betätigung eines Ventils durchgeführt wird.
12. Feuerungseinrichtung, insbesondere Gasbrenner, umfassend:
eine Einrichtung (12) zum Messen eines Werts, der von einer von der Feuerungsein¬ richtung erzeugten Temperatur (Tist) abhängt;
Mittel zur Regelung der von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (Ti3O unter Vorgabe eines ersten Parameters, der einer bestimmten Brennerbelastung (Qsoii) entspricht und unter Verwendung einer Kennlinie, die einen einer Solltempera¬ tur (TSOH) entsprechenden Wertebereich in Abhängigkeit von einem der Brennerbela¬ stung (Q) entsprechenden ersten Parameter (mL, VL) darstellt, wobei bei der Darstel¬ lung der Kennlinie ein zweiter Parameter, vorzugsweise die Luftzahl (λ), definiert als das Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmenge zu der theoretisch für optimale stöchiometrische Verbrennung erforderliche Luftmenge, konstant ist.
13. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Parameter einer der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzuführenden Luftmenge, insbesondere einem Massenstrom (mL) oder Volumenstrom (VL) der Luft, entspricht.
14. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Feuerungseinrichtung eine Messeinrichtung (2, 5) zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Luft und/oder an Brenn¬ stoffmedium und/oder an einer Mischung aus Luft und Brennstoffmedium, insbeson- dere zur Messung eines Massenstroms (mL, mG, mM) oder Volumenstroms (VL, VG, VM), aufweist.
15. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Feuerungseinrichtung Mittel zum Vergleichen des gemessenen von der Temperatur (Tist) abhängigen Werts mit einem aus der Kennlinie ermittelten und der Solltemperatur (TSOιι) entsprechenden Sollwert umfasst.
16. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeich¬ net, dass Einrichtung zum Messen eines von der erzeugten Temperatur abhängen¬ den Werts angepasst ist, einen Wert zu messen, der einem Temperaturunterschied (ΔTiSt) entspricht.
17. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert einem Temperaturunterschied zwischen einer im Bereich der Brennerflamme er¬ zeugten Temperatur (Tist) und einer Referenztemperatur (Trβf) entspricht, wobei die Referenztemperatur insbesondere die Temperatur der Luft oder des Luft- /Verbrennungsmedium-Gemisches vor Eintritt in den Bereich der Brennerflamme (13) ist.
18. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts (12) einen Teil um¬ fasst, der zumindest teilweise im Bereich der Reaktionszone der Brennerflamme (13) angeordnet ist.
19. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeich¬ net, dass für die Messung der Referenztemperatur (Tref) ein Teil der Einrichtung zum Messen des Temperaturwerts (12) außerhalb der Reaktionszone der Flamme (13), insbesondere im Bereich einer Eingangszone für die der Feuerungseinrichtung zu¬ geführte Luft und/oder das Luft-Λ/erbrennungsmedium-Gemisch, angeordnet ist.
20. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts (12) ein Thermoele- ment umfasst.
21. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeich¬ net, dass der von der Einrichtung zum Messen eines Temperaturwerts (12) gemes¬ sene Wert eine Thermospannung ist.
22. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeich¬ net, dass die Mittel zur Regelung angepasst sind, die Menge des der Feuerungsein¬ richtung pro Zeiteinheit zugeführten Verbrennungsmediums (nriG, VG) zu erhöhen und/oder zu verringern.
23. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeich- net, dass die Feuerungseinrichtung ein Ventil (6) umfasst, welches zur Erhöhung oder zur Verringerung der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Verbrennungsmedi¬ um (mG, VG) betätigbar ist.
24. Verfahren zur Steuerung einer Feuerungseinrichtung, insbesondere eines Gasbren¬ ners, dadurch gekennzeichnet, dass
bei einer Änderung eines Parameters (ITIL, VL), der der Brennerbelastung (Q) ent¬ spricht, von einem Startwert (Qi) zu einem Zielwert (Q2) die Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung durch eine Änderung der Öffnung eines Gasventils (6) von ei¬ nem ersten (W1) zu einem zweiten Öffnungswert (w2) unter Vorgabe eines Sollwerts, der von dem Parameter (mL, VL) abhängt, angepasst wird, wobei der zweite Öff- nungswert (w2) zwischen einem oberen und einem unteren Grenzwert liegt und wobei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten (w-i) zum zweiten - Öffnungswert (w2) keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt und nach Errei¬ chen des Zielwerts des Parameters (mL, VL), der der Brennerbelastung (Q) entspricht, eine Regelung von Betriebsparametern der Feuerungseinrichtung durchgeführt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter, der der Brennerbelastung (Q) entspricht, die der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zuzu¬ führenden Luftmenge, insbesondere ein Massenstrom (mL) oder Volumenstrom (VL) der der Feuerungseinrichtung zuzuführenden Luft, ist.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerbe- lastung (Q) im wesentlichen proportional zu der dem Gasbrenner zugeführten Luft¬ menge pro Zeiteinheit (mL, VL) ist.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Änderung der Öffnung des Gasventils durch die Modulation einer Pulsweite, durch die Variation einer Spannung oder eines Stroms einer Ventilspule, oder durch Betätigung eines Schrittmotors eines Ventils durchgeführt wird.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass ein Überschreiten des oberen oder des unteren Grenzwerts der Öff¬ nung erfasst wird.
29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass eine Kennlinie, die sich aus den Sollwerten für die Öffnung (w) des Gasventils in Abhängigkeit von dem Parameter (mι_, VL) ergibt, der der Brennerbela¬ stung (Q) entspricht, auf Basis der durch die Regelung eingestellten Betriebspara¬ meter der Feuerungseinrichtung neu kalibriert wird.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass ein Überschreiten des oberen oder ein Unterschreiten des unteren Grenzwerts, insbesondere nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne, zum Abschalten der Feuerungseinrichtung führt.
31. Feuerungseinrichtung, insbesondere Gasbrenner, umfassend:
ein Gasventil (6) zur Einstellung der Brennstoffzufuhr zur Feuerungseinrichtung;
einen Speicher zum Abspeichern von Sollwerten, die von einem Parameter (mi_, VJ abhängen, der der Brennerbelastung (Q) entspricht, und von oberen und unteren Grenzwerten;
eine Einrichtung zur Steuerung der Öffnung des Gasventils, die bei einer Änderung des Parameters (mL, VL), der der Brennerbelastung (Q) entspricht, von einem Start¬ wert zu einem Zielwert die Öffnung des Gasventils von einem ersten (W1) zu einem zweiten Öffnungswert (w2) unter Vorgabe eines abgespeicherten Sollwerts anpasst, wobei der zweite Öffnungswert (w2) zwischen einem abgespeicherten oberen und ei¬ nem unteren Grenzwert liegt, und wobei während des Übergangs der Öffnung des Gasventils vom ersten (W1) zum zweiten Öffnungswert (w2) keine Regelung der Brennstoffzufuhr durchgeführt wird; und Mittel zur Regelung, die nach Erreichen des Zielwerts des Parameters, der der Bren¬ nerbelastung (Q) entspricht, Betriebsparameter der Feuerungseinrichtung regeln.
32. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gas¬ ventil (6) ein Stellglied, insbesondere einen Schrittmotor, eine pulsweitenmodulierte oder eine durch eine elektrische Größe gesteuerte Spule, umfasst.
33. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Feuerungseinrichtung wenigstens einen Massenstromsensor (2, 5) und/oder Volumenstromsensor zur Messung der der Feuerungseinrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Luftmenge (mL, VL) und/oder der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Brennstoffmedium (ITIG, VG) und/oder der Menge des zugeführten Gemi¬ sches (ΠΓIM, VM) aus Luft und Brennstoffmedium aufweist.
34. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Feuerungseinrichtung im Bereich der Brennerflamme (13) eine Einrich¬ tung (12) zum Messen einer von der Feuerungseinrichtung erzeugten Temperatur (Tist) aufweist.
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