WO2023012019A1 - Brenner mit steuerung und zünd- und ionisationselektrode und verfahren zur überwachung und zündung der flamme eines brenners - Google Patents

Brenner mit steuerung und zünd- und ionisationselektrode und verfahren zur überwachung und zündung der flamme eines brenners Download PDF

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WO2023012019A1
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burner
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ignition
ionization
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PCT/EP2022/071157
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Sebastian Uchman
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Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/28—Ignition circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/36—Spark ignition, e.g. by means of a high voltage

Definitions

  • the invention relates to a burner with a controller and an ignition and ionization electrode for monitoring and igniting the burner flame, particularly in the type of burners operated with gaseous fuels that are used in heating systems for heating liquids (e.g. service water) and/or air serve and are installed in mobile spaces such as mobile homes and caravans. Furthermore, the invention relates to a circuit arrangement of a burner. The invention also relates to a method for monitoring and igniting the flame of a burner.
  • An ignition electrode arranged in the flame area is typically used to ignite the flame. This is normally coupled to a discharge circuit. When the flame on the burner is to be ignited, the fuel is released and flows out of a burner nozzle as a mixture with air. At the same time, the discharge circuit discharges via the ignition electrode, creating an ignition spark that ignites the fuel flowing out of the burner nozzle.
  • the flame must be continuously monitored to ensure that if the flame goes out, the supply of fuel is stopped.
  • An ionization electrode is commonly used to continuously monitor the flame. When the flame burns, an ionization current is established between the ionization electrode and an electrical ground, which is typically formed by the burner. The ionization current is continuously monitored. If the flame goes out, this can be recognized by a decrease and finally a termination of the ionization current. This can be responded to by the fuel supply is turned off. Alternatively, an attempt can be made to re-ignite the burner flame by discharging the ignition electrode again. If this is not successful, the fuel supply must be shut off.
  • the signal provided by the ionization electrode for detecting the flame reacts very sensitively to deposits or contamination of the ionization electrode.
  • the ionization electrode therefore has to be cleaned or even replaced frequently.
  • the object of the invention is to create a burner in which the flame can be reliably ignited with little effort and without an AC voltage source and it can then be monitored whether the flame has been ignited and whether it is burning.
  • a burner is provided according to the invention with a controller and an ignition and ionization electrode for igniting and monitoring the burner flame, the ignition and ionization electrode being arranged in the flame area of the burner, being electrically coupled to a discharge circuit and with the flame of the burner switched on supplies an ionization signal, the controller being based on the ionization signal provides an output signal for controlling the burner and wherein the discharge circuit is connected to a DC voltage source.
  • the invention is based on the basic idea of combining the functions of the ignition electrode and the ionization electrode in a single electrode. This results in lower manufacturing costs, since only one electrode has to be manufactured and only one electrode has to be mounted.
  • a single electrode also simplifies the maintenance of the burner, since only this one electrode checks and, if necessary, replaces it. needs to be cleaned and aligned.
  • the burner can be operated with a DC voltage source, so that no complex AC voltage supply is required.
  • the supply voltage provided by the DC voltage source is between 8 and 50 V.
  • on-board power supply systems with 24 or 48 V would also be conceivable as the supply voltage, such as those available in trucks or occasionally in mobile homes and caravans.
  • a voltage converter is preferably provided, with which the controller varies the supply voltage of the DC voltage source before the discharge circuit is fed with it.
  • an increase in the voltage is advantageous since the reliability improves when the ignition and ionization electrode is operated with voltages above the normal vehicle electrical system voltages. With a higher voltage, the flame can be monitored in a way that is little or not affected by the level of contamination or deposits on the electrode.
  • the voltage converter can advantageously vary the voltage of the DC voltage source between 100 and 300 V. These values represent a good compromise between the ignition and monitoring advantages described above on the one hand and acceptable costs for the voltage converter on the other.
  • the DC voltage source can be a battery or an accumulator. This means that the burner can be operated independently of the site infrastructure become. In addition, no additional power source is required, since the on-board power supply battery or additional battery already installed in the vehicle can serve as a DC voltage source.
  • the discharge energy of the discharge circuit can preferably be adjustable by the controller by changing the frequency of a pulse width modulation.
  • pulse width modulation the discharge energy that is used during ignition can be adapted to external influences that affect ignition. This ensures that the flame is reliably ignited even under different boundary conditions.
  • the discharge circuit may include a capacitor and an ignition transformer. These components are inexpensive and allow the discharge circuitry to be easily constructed in a manner that maintains a long service life.
  • An operational amplifier is preferably provided, which amplifies the ionization signal which is present at the controller when the burner flame is switched on.
  • the operational amplifier in particular the direct voltage component of the ionization signal, which indicates the existence and indirectly the quality of the flame, can be amplified and made available to the control.
  • a circuit arrangement with a controller and an ignition and ionization electrode for igniting and monitoring the burner flame of a burner, the ignition and ionization electrode being arranged in the flame area of the burner, being electrically coupled to a discharge circuit and, when the Flame of the burner supplies an ionization signal, the controller based on the ionization signal supplying an output signal for controlling the burner and the discharge circuit is connected to a DC voltage source.
  • the circuit arrangement can be referred to as the “ignition and ionization circuit arrangement” of a burner, in particular a gas burner with an electrode.
  • the circuit arrangement is assigned to a burner.
  • the circuit arrangement can therefore also be designed in accordance with these aspects. To avoid repetition, reference is made to the preceding and following explanations.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a method for monitoring and igniting the flame of a burner, with the following steps: a) a discharge circuit is fed by a DC voltage source, b) a flame is ignited by controlling the gas flow in the burner releases and causes the discharge circuit to discharge via an ignition and ionization electrode, c) an ionization signal generated and amplified by the ignition and ionization electrode is detected and monitored by the controller, d) the controller emits an output signal based on the amplified ionization signal, depending on which the air supply and/or the gas supply of the burner is controlled.
  • the supply voltage of the DC voltage electrode can be varied in step a) by controlling it using a voltage converter depending on one or more of the following influencing factors: the burner, the burner temperature and the degree of contamination or the deposits on the ignition and ionization electrode, which can be determined based on the service life or the resistance of a protective circuit can be estimated.
  • the burner the burner temperature and the degree of contamination or the deposits on the ignition and ionization electrode, which can be determined based on the service life or the resistance of a protective circuit can be estimated.
  • the discharge energy when the flame is ignited in step b) can preferably be varied by the controller as a function of the ambient temperature and/or the atmospheric humidity. Adjusting the discharge energy ensures that there is a clean ignition spark between the electrode and the burner and that the burner flame is reliably ignited in a wide variety of situations.
  • the controller detects in step d) that the amplified ionization signal is below a predetermined limit value the fuel supply can be shut off or, after further discharge of the discharge circuit, it can be checked whether the controller detects an ionization signal above the limit value. This ensures that when the flame goes out, which can be detected by a drop in the ionization signal, no unburned fuel flows out of the burner.
  • FIG. 1 schematically shows a burner with an assembly for igniting and monitoring the burner flame.
  • Figure 1 shows a burner with a burner nozzle 10 and with an ignition and ionization electrode 20.
  • the burner is used to heat air and/or water and can be installed in mobile homes and caravans, for example.
  • the ignition and ionization electrode 20 is arranged in the flame area of the burner nozzle 10 and, when the flame is switched on, generates an ionization signal which is routed to a controller 40 via a protective circuit 22 and an operational amplifier 30 .
  • the ignition and ionization electrode 20 and the protection circuit 22 are electrically coupled to a discharge circuit 50 .
  • the discharge circuit 50 includes a capacitor 52 and an ignition transformer 54.
  • the discharge circuit 50 and the protection circuit 22 are fed by a supply voltage of a DC voltage source 70 that has been converted by a voltage converter 60 .
  • the supply voltage of the DC voltage source 70 can be between 8 and 50V. It is conceivable to use a battery 72 or an accumulator 74 as the direct voltage source 70 . Alternatively, a power pack can be used.
  • the supply voltage of the DC voltage source 70 is variably converted by the controller 40 with the aid of the voltage converter 60 .
  • This can be done by means of pulse width modulation, the frequency of which is in the range from a few kHz to 1 MHz 4 . It is conceivable that the voltage can be varied between 100 and 300 V, but is usually 180 V.
  • the supply voltage of the DC voltage source 70 can be varied by the voltage converter 60 depending on various influencing factors, such as the burner type, the burner temperature and the degree of contamination or the deposits on the ignition and ionization electrode 20.
  • the degree of contamination and the deposits on the electrode are the period of use or based on the resistance present in the protection circuit 22 .
  • controller 40 can include a proportional-integral-derivative controller or a proportional-integral controller, with the aid of which the converted voltage can be regulated to a desired value.
  • the controller 40 releases the fuel supply so that the fuel-air mixture flows out at the burner nozzle 10 .
  • the discharge circuit 50 is discharged via the ignition and ionization electrode 20 and is ignited.
  • the discharge energy of the discharge circuit 50 released during ignition can be variably adjusted by the controller 40 .
  • the discharge energy can be varied by changing the number of discharges per second.
  • the discharge frequency is in the range of 8 to 50 Hz.
  • the controller 40 it is conceivable for the controller 40 to control the discharge energy of the discharge circuit 50 as a function of external influencing factors such as the ambient temperature and/or the air temperature.
  • an ionization signal is generated at the ignition and ionization electrode 20 .
  • the converted supply voltage of the DC voltage source 70 is applied to the protective circuit 22 as an external voltage.
  • the operational amplifier 30 only amplifies the DC voltage component of the ionization signal, which is due to the rectifier property of the flame at the ignition and ionization electrode 20 .
  • the controller 40 detects the amplified ionization signal which is present at the burner nozzle 10 due to the burner flame and, depending on the ionization signal, emits an output signal which controls the gas supply to the burner nozzle 10 . If there is no ionization signal at the controller 40 when the fuel supply is enabled, or an ionization signal whose amount falls below a predetermined limit value, the controller 40 stops the further supply of fuel. This prevents further fuel from flowing out of the burner nozzle, which would then not be burned.
  • the controller 40 activates the discharge circuit 50 again when the ionization signal falls below a predetermined limit value. If a stable flame then occurs again at the burner nozzle 10, an ionization signal is also present at the controller 40 again and the burner can continue operate. If no ionization signal is detected after an ignition attempt, the controller 40 stops the further supply of fuel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einer Steuerung (40) und einer Zünd- und lonisationselektrode (20) zur Zündung und Überwachung der Brennerflamme, wobei die Zünd- und lonisationselektrode (20) im Flammbereich des Brenners angeordnet ist, elektrisch mit einer Entladeschaltung (50) gekoppelt ist und bei eingeschalteter Flamme des Brenners ein lonisationssignal liefert, wobei die Steuerung (40) auf Basis des lonisationssignals ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des Brenners liefert und wobei die Entladeschaltung (50) mit einer Gleichspannungsquelle (70) verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung und Zündung der Flamme eines Brenners sowie eine Schaltungsanordnung für einen Brenner.

Description

Brenner mit Steuerung und Zünd- und lonisationselektrode und
Verfahren zur Überwachung und Zündung der Flamme eines Brenners
Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einer Steuerung und einer Zünd- und lonisationselektrode zur Überwachung und Zündung der Brennerflamme, insbesondere in der Art von mit gasförmigen Brennstoffen betriebenen Brennern, die in Heizungsanlagen zum Erhitzen von Flüssigkeiten (z. B. Brauchwasser) und/oder Luft dienen und in fahrbaren Räumen, wie Wohnmobilen und Wohnwagen installiert sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung eines Brenners. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Überwachung und Zündung der Flamme eines Brenners.
Für den sicheren Betrieb von Brennern ist es essenziell, dass die Flamme zuverlässig zündet und dass die Flamme zuverlässig überwacht werden kann.
Zum Zünden der Flamme wird typischerweise eine im Flammenbereich angeordnete Zündelektrode verwendet. Diese ist im Normalfall mit einer Entladeschaltung gekoppelt. Soll die Flamme am Brenner gezündet werden, wird der Brennstoff freigegeben, und er strömt als Gemisch mit Luft aus einer Brennerdüse aus. Gleichzeitig kommt es zu einer Entladung der Entladeschaltung über die Zündelektrode, wodurch ein Zündfunken entsteht, der den aus der Brennerdüse ausströmenden Brennstoff entzündet.
Sobald die Flamme des Brenners entzündet ist, muss die Flamme kontinuierlich überwacht werden, um sicherzustellen, dass beim Erlöschen der Flamme die Zufuhr von Brennstoff gestoppt wird. Um die Flamme kontinuierlich zu überwachen, wird üblicherweise eine lonisationselektrode verwendet. Dabei stellt sich, wenn die Flamme brennt, ein lonisationsstrom zwischen der lonisationselektrode und einer elektrischen Masse, welche typischerweise vom Brenner gebildet wird, ein. Der lonisationsstrom wird kontinuierlich überwacht. Erlöscht die Flamme, kann dies an einem Absinken und schließlich einem Abbruch des lonisationsstroms erkannt werden. Hierauf kann reagiert werden, indem die Brennstoffzufuhr abgestellt wird. Alternativ kann durch ein abermaliges Entladen der Zündelektrode versucht werden, die Brennerflamme erneut zu zünden. Ist dies nicht erfolgreich, muss die Brennstoffzufuhr abgestellt werden.
Es sind im Stand der Technik auch Lösungen bekannt, bei denen die Zündelektrode und die lonisationselektrode in einer gemeinsamen Elektrode vereinigt sind. Hierbei kommt eine Wechselspannungsquelle zum Einsatz, und es wird der gleichrichtende Effekt der lonisationselektrode genutzt, um die Flammenüberwachung zu realisieren.
Der Nachteil dieser Lösung ist, dass eine Wechselspannungsquelle vorhanden sein muss. Dies ist üblicherweise nur dann der Fall, wenn das Gerät, in dem der Brenner verwendet wird, an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen ist. Für mobile Anwendungen wie in Wohnmobilen oder Campinganhängern ist dies selten der Fall.
Andere Lösungen, bei denen eine gemeinsame Zünd- und lonisationselektrode verwendet wird, arbeiten, ohne dass eine äußere Spannung an die lonisationsschaltung angelegt wird, und nutzen ausschließlich die Flamme als Spannungsquelle. Dabei wird der dabei vorliegende lonisationsstrom überwacht.
Wird ausschließlich der lonisationsstrom überwacht, ohne eine äußere Spannung anzulegen, so hat dies zur Folge, dass das von der lonisationselektrode bereitgestellte Signal zur Erfassung der Flamme sehr empfindlich auf Ablagerungen oder Verschmutzungen der lonisationselektrode reagiert. Daher muss die lonisationselektrode häufig gereinigt oder gar ausgetauscht werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Brenner zu schaffen, bei dem mit geringem Aufwand und ohne eine Wechselspannungsquelle zuverlässig die Flamme gezündet und dann überwacht werden kann, ob die Flamme gezündet wurde und ob sie brennt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Brenner mit einer Steuerung und einer Zünd- und lonisationselektrode zur Zündung und Überwachung der Brennerflamme vorgesehen, wobei die Zünd- und lonisationselektrode im Flammbereich des Brenners angeordnet ist, elektrisch mit einer Entladeschaltung gekoppelt ist und bei eingeschalteter Flamme des Brenners ein lonisationssignal liefert, wobei die Steuerung auf Basis des lonisationssignals ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des Brenners liefert und wobei die Entladeschaltung mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Funktionen der Zündelektrode und der lonisationselektrode in einer einzigen Elektrode zu vereinen. Hierdurch ergeben sich geringere Herstellungskosten, da nur eine Elektrode hergestellt werden muss und auch nur eine Elektrode montiert werden muss. Außerdem vereinfacht eine einzelne Elektrode auch die Wartung des Brenners, da nur diese eine Elektrode überprüft und ggfls. gereinigt und ausgerichtet werden muss. Darüber hinaus kann der Brenner mit einer Gleichspannungsquelle betrieben werden, sodass keine aufwendige Versorgung mit einer Wechselspannung notwendig ist.
Vorteilhafterweise liegt die durch die Gleichspannungsquelle bereitgestellte Versorgungspannung zwischen 8 bis 50 V. Somit ist eine Bordnetzspannung von 12 V, welche für Wohnmobile und Campinganhänger üblich ist, vollkommen ausreichend, um als Versorgungsspannung zu dienen. Des Weiteren wären als Versorgungsspannung auch Bordnetze mit 24 oder auch 48 V denkbar, wie sie in LKW oder vereinzelt auch in Wohnmobilen und Wohnwagen zur Verfügung stehen.
Bevorzugt ist ein Spannungswandler vorgesehen, mit dem die Steuerung die Versorgungsspannung der Gleichspannungsquelle variiert, bevor die Entladeschaltung mit dieser gespeist wird. Dabei ist eine Erhöhung der Spannung vorteilhaft, da sich die Zuverlässigkeit bei einem Betrieb der Zünd- und lonisationselektrode mit Spannungen oberhalb der üblichen Bordnetzspannungen verbessert. Mit einer höheren Spannung kann die Flamme in einer Weise überwacht werden, die kaum oder gar nicht vom Verschmutzungsgrad oder von Ablagerungen auf der Elektrode beeinflusst wird.
Vorteilhafterweise kann der Spannungswandler die Spannung der Gleichspannungsquelle zwischen 100 bis 300 V variieren. Diese Werte stellen einen guten Kompromiss dar zwischen einerseits der vorstehend beschriebenen Vorteile beim Zünden und Überwachen und andererseits akzeptablen Kosten für den Spannungswandler.
Die Gleichspannungsquelle kann eine Batterie oder ein Akkumulator sein. Somit kann der Brenner unabhängig von der Standortinfrastruktur betrieben werden. Außerdem ist keine zusätzliche Stromquelle nötig, da die ohnehin im Fahrzeug verbaute Bordnetzbatterie oder Zusatzbatterie als Gleichspannungsquelle dienen kann.
Bevorzugt kann die Entladeenergie der Entladeschaltung durch die Steuerung mittels Frequenzänderung einer Pulsweitenmodulation einstellbar sein. Mittels der Pulsweitenmodulation kann die Entladeenergie, die beim Zünden verwendet wird, an äußere Einflüsse angepasst werden, die die Zündung beeinflussen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Flamme auch bei unterschiedlichen Randbedingungen zuverlässig gezündet wird.
Die Entladeschaltung kann einen Kondensator und einen Zündtransformator umfassen. Diese Komponenten sind kostengünstig und erlauben es, die Entladeschaltung einfach so aufzubauen, dass eine lange Lebensdauer erhalten wird.
Bevorzugt ist ein Operationsverstärker vorgesehen, der das lonisationssignal verstärkt, welches bei eingeschalteter Brennerflamme an der Steuerung anliegt. Mit dem Operationsverstärker kann insbesondere der Gleichspannungsanteil des lonisationssignals verstärkt werden, das die Existenz und mittelbar die Qualität der Flamme anzeigt, und der Ansteuerung zur Verfügung gestellt werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit einer Steuerung und einer Zünd- und lonisationselektrode zur Zündung und Überwachung der Brennerflamme eines Brenners, wobei die Zünd- und lonisationselektrode im Flammbereich des Brenners angeordnet ist, elektrisch mit einer Entladeschaltung gekoppelt ist und bei eingeschalteter Flamme des Brenners ein lonisationssignal liefert, wobei die Steuerung auf Basis des lonisationssignals ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des Brenners liefert und wobei die Entladeschaltung mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die Schaltungsanordnung kann alternativ als „Zünd- und lonisationsschaltungsanordnung“ eines Brenners, insbesondere eines Gasbrenners mit einer Elektrode bezeichnet werden. Die Schaltungsanordnung ist wie in den vorangehenden und folgenden Ausgestaltungen und Ausführungen einem Brenner zugeordnet. Daher kann die Schaltungsanordnung auch entsprechend diesen Aspekten ausgeführt sein. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangehenden und folgenden Erläuterungen verwiesen. Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung und Zündung der Flamme eines Brenners, mit den folgenden Schritten: a) es wird eine Entladeschaltung durch eine Gleichspannungsquelle gespeist, b) es wird eine Flamme gezündet, indem eine Steuerung den Gasstrom im Brenner freigibt und eine Entladung der Entladeschaltung über eine Zünd- und lonisationselektrode hervorruft, c) es wird ein von der Zünd- und lonisationselektrode erzeugtes und verstärktes lonisationssignal durch die Steuerung erfasst und überwacht, d) die Steuerung gibt ein Ausgangssignal auf Basis des verstärkten lonisationssignals aus, in dessen Abhängigkeit die Luftzufuhr oder/und die Gaszufuhr des Brenners gesteuert wird.
Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen zum Brenner verwiesen.
Vorteilhafterweise kann die Versorgungsspannung der Gleichspannungselektrode im Schritt a) durch die Steuerung mittels eines Spannungswandlers in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Einflussfaktoren variiert werden: dem Brenner, der Brennertemperatur und dem Verschmutzungsgrad oder den Ablagerungen an der Zünd- und lonisationselektrode, welche anhand der Nutzungsdauer oder des Widerstandes einer Schutzschaltung abgeschätzt werden können. Wie bereits zuvor erläutert, hat die Berücksichtigung dieser äußeren Einflussfaktoren eine positive Auswirkung auf ein erfolgreiches Zünden der Flamme und ein zuverlässiges Überwachen der Flamme.
Bevorzugt kann die Entladeenergie beim Zünden der Flamme in Schritt b) durch die Steuerung in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit variiert werden. Durch ein Anpassen der Entladeenergie ist gewährleistet, dass ein sauberer Zündfunken zwischen der Elektrode und dem Brenner überschlägt und die Brennerflamme in den verschiedensten Situationen zuverlässig gezündet wird. Bevorzugt kann, sobald die Steuerung in Schritt d) erfasst, dass das verstärkte lonisationssignal unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, die Brennstoffzufuhr abgestellt werden oder nach einer weiteren Entladung der Entladeschaltung geprüft werden, ob durch die Steuerung ein lonisationssignal oberhalb des Grenzwerts erfasst wird. Dies stellt sicher, dass bei einem Erlöschen der Flamme, was durch ein Absinken des lonisationssignals erkannt werden kann, kein unverbrannter Brennstoff aus dem Brenner ausströmt. Alternativ zum Abstellen der Brennstoffzufuhr kann versucht werden, den ausströmenden Brennstoff durch eine automatische Neuzündung wieder zu entzünden, um den Betrieb fortsetzen zu können, ohne das Komforteinbußen entstehen. Alternativ kann durch die Steuerung der Zufuhr von Luft und/oder Brennstoff eine Stabilisierung des Brennverhaltens oder z. B. das Erreichen eines bestimmten Brennwerts (sogenannter Lambda-Wert) angestrebt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. In dieser zeigt:
Figur 1 schematisch einen Brenner mit einer Baugruppe zur Zündung und Überwachung der Brennerflamme.
Figur 1 zeigt einen Brenner mit einer Brennerdüse 10 und mit einer Zünd- und lonisationselektrode 20.
Der Brenner dient zum Erhitzen von Luft und/oder Wasser und kann z.B. in Wohnmobilen und Wohnwagen installiert werden.
Die Zünd- und lonisationselektrode 20 ist im Flammenbereich der Brennerdüse 10 angeordnet und erzeugt bei eingeschalteter Flamme ein lonisationssignal, welches über eine Schutzschaltung 22 und einen Operationsverstärker 30 zu einer Steuerung 40 geleitet wird. Die Zünd- und lonisationselektrode 20 und die Schutzschaltung 22 sind elektrisch mit einer Entladeschaltung 50 gekoppelt.
Die Entladeschaltung 50 umfasst einen Kondensator 52 und einen Zündtransformator 54.
Die Entladeschaltung 50 und die Schutzschaltung 22 werden von einer durch einen Spannungswandler 60 gewandelten Versorgungsspannung einer Gleichspannungsquelle 70 gespeist. Die Versorgungsspannung der Gleichspannungsquelle 70 kann zwischen 8 bis 50 V betragen. Dabei ist es denkbar, als Gleichspannungsquelle 70 eine Batterie 72 oder einen Akkumulator 74 einzusetzen. Alternativ kann ein Netzteil eingesetzt werden.
Es wird in der dargestellten Ausführung die Versorgungsspannung der Gleichspannungsquelle 70 variabel durch die Steuerung 40 mit Hilfe des Spannungswandlers 60 gewandelt. Dies kann mittels Pulsweitenmodulation erfolgen, deren Frequenz im Bereich von einigen kHz bis zu einem 1 MHz 4 liegt. Dabei ist es denkbar, dass die Spannung zwischen 100 bis 300 V variiert werden kann, im Regelfall allerdings 180 V beträgt.
Das Variieren der Versorgungsspannung der Gleichspannungsquelle 70 durch den Spannungswandler 60 kann in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren erfolgen, wie dem Brennertyp, der Brennertemperatur und dem Verschmutzungsgrad oder den Ablagerungen an der Zünd- und lonisationselektrode 20. Der Verschmutzungsgrad und die Ablagerungen an der Elektrode werden dabei anhand der Nutzungsdauer oder anhand des in der Schutzschaltung 22 vorliegenden Widerstandes abgeschätzt.
Zudem ist es denkbar, einen Spannungsteiler und einen Tiefpassfilter einzubringen, um die durch den Spannungswandler 60 gewandelte Spannung mittels der Steuerung 40 messen zu können.
Darüber hinaus kann die Steuerung 40 einen Proportional-Integral-Derivativ- Regler oder einen Proportional-Integral-Regler umfassen, mithilfe dessen die gewandelte Spannung auf einen Sollwert geregelt werden kann.
Um die Brennerflamme zu zünden, gibt die Steuerung 40 die Brennstoffzufuhr frei, sodass das Brennstoff-Luft-Gemisch an der Brennerdüse 10 ausströmt. Gleichzeitig wird durch ein Entladen der Entladeschaltung 50 über die Zünd- und lonisationselektrode 20 gezündet.
Die bei der Zündung freigesetzte Entladeenergie der Entladeschaltung 50 kann variabel durch die Steuerung 40 eingestellt werden. Durch die Änderung der Anzahl der Entladungen pro Sekunde lässt sich die Entladeenergie variieren. Typischerweise liegt die Entladefrequenz im Bereich von 8 bis 50 Hz. Bei dieser Ausgestaltung ist es denkbar, die Entladeenergie der Entladeschaltung 50 durch die Steuerung 40 in Abhängigkeit von äußeren Einflussfaktoren wie der Umgebungstemperatur und/oder der Lufttemperatur zu steuern.
Wenn die Brennerflamme brennt, entsteht an der Zünd- und lonisationselektrode 20 ein lonisationssignal. Gleichzeitig liegt die gewandelte Versorgungsspannung der Gleichspannungsquelle 70 als äußere Spannung an der Schutzschaltung 22 an. Der Operationsverstärker 30 verstärkt ausschließlich den Gleichspannungsanteil des lonisationssignals, welcher aufgrund der Gleichrichtereigenschaft der Flamme an der Zünd- und lonisationselektrode 20 besteht.
Die Steuerung 40 erfasst das verstärkte lonisationssignal, welches durch die Brennerflamme an der Brennerdüse 10 vorliegt, und gibt abhängig von dem lonisationssignal ein Ausgangssignal ab, welches die Gaszufuhr zur Brennerdüse 10 steuert. Liegt an der Steuerung 40 bei freigegebener Brennstoffzufuhr kein lonisationssignal oder ein lonisationssignal, dessen Betrag einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, so stoppt die Steuerung 40 die weitere Brennstoffzufuhr. Dadurch ist verhindert, dass weiter Brennstoff aus der Brennerdüse ausströmt, der dann nicht verbrannt würde.
Gemäß einer Alternative aktiviert die Steuerung 40, wenn das lonisationssignal unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt, erneut die Entladeschaltung 50. Falls daraufhin wieder eine stabile Flamme an der Brennerdüse 10 entsteht, liegt an der Steuerung 40 auch wieder ein lonisationssignal an, und der Brenner kann weiter betrieben werden. Falls nach einem Zündversuch kein lonisationssignal erfasst wird, unterbindet die Steuerung 40 die weitere Zufuhr von Brennstoff.

Claims

- 9 - Patentansprüche
1 . Brenner mit einer Steuerung (40) und einer Zünd- und lonisationselektrode (20) zur Zündung und Überwachung der Brennerflamme, wobei die Zünd- und lonisationselektrode (20) im Flammbereich des Brenners angeordnet ist, elektrisch mit einer Entladeschaltung (50) gekoppelt ist und bei eingeschalteter Flamme des Brenners ein lonisationssignal liefert, wobei die Steuerung (40) auf Basis des lonisationssignals ein Ausgangssignal zur Ansteuerung (40) des Brenners liefert und wobei die Entladeschaltung (50) mit einer Gleichspannungsquelle (70) verbunden ist.
2. Brenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Gleichspannungsquelle (70) bereitgestellte Versorgungsspannung zwischen 8 bis 50 V liegt.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spannungswandler (60) vorgesehen ist, mit dem die Steuerung (40) die Versorgungsspannung der Gleichspannungsquelle (70) variiert, bevor die Entladeschaltung (50) mit dieser gespeist wird.
4. Brenner nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (60) die Spannung der Gleichspannungsquelle (70) zwischen 100 bis 300 V variiert.
5. Brenner nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (70) eine Batterie (72) oder ein Akkumulator (74) ist.
6. Brenner nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeenergie der Entladeschaltung (50) durch die Steuerung (40) mittels Frequenzänderung einer Pulsweitenmodulation einstellbar ist.
7. Brenner nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (50) einen Kondensator (52) und/oder einen Zündtransformator (54) umfasst.
8. Brenner nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Operationsverstärker (30) vorgesehen ist, der das lonisationssignal, welches bei eingeschalteter Brennerflamme besteht, verstärkt.
9. Schaltungsanordnung mit einer Steuerung (40) und einer Zünd- und lonisationselektrode (20) zur Zündung und Überwachung der Brennerflamme eines Brenners, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zünd- und lonisationselektrode (20) im Flammbereich des Brenners angeordnet ist, elektrisch mit einer Entladeschaltung (50) gekoppelt ist und bei eingeschalteter Flamme des Brenners ein lonisationssignal liefert, wobei die Steuerung (40) auf Basis des lonisationssignals ein Ausgangssignal zur Ansteuerung (40) des Brenners liefert und wobei die Entladeschaltung (50) mit einer Gleichspannungsquelle (70) verbunden ist.
10. Verfahren zur Überwachung und Zündung der Flamme eines Brenners, mit den folgenden Schritten: a) es wird eine Entladeschaltung (50) durch eine Gleichspannungsquelle (70) gespeist, b) es wird eine Flamme gezündet, indem eine Steuerung (40) die Brennstoffzufuhr im Brenner freigibt und eine Entladung der Entladeschaltung (50) über eine Zünd- und lonisationselektrode (20) hervorruft, c) es wird ein von der Zünd- und lonisationselektrode (20) erzeugtes und verstärktes lonisationssignal durch die Steuerung (40) erfasst und überwacht, d) die Steuerung (40) gibt ein Ausgangssignal auf Basis des verstärkten lonisationssignals aus, in dessen Abhängigkeit die Gas- und/oder Luftzufuhr des Brenners gesteuert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung der Gleichspannungsquelle (70) im Schritt a) durch die Steuerung (40) mittels eines Spannungswandlers (60) in Abhängigkeit von einem oder mehreren der folgenden Einflussfaktoren variiert wird: dem Brenner, der Brennertemperatur und dem Verschmutzungsgrad oder den Ablagerungen an der Zünd- und lonisationselektrode (20), welche anhand der Nutzungsdauer oder des Widerstandes einer Schutzschaltung (22) abgeschätzt werden können. - 11 -
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeenergie beim Zünden der Flamme in Schritt b) durch die Steuerung (40) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und/oder der Luftfeuchtigkeit variiert.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sobald die Steuerung (40) in Schritt d) erfasst, dass das verstärkte lonisationssignal unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt, die Brennstoffzufuhr abgestellt wird oder nach einer weiteren Entladung der Entladeschaltung (50) geprüft wird, ob durch die Steuerung (40) ein lonisationssignal oberhalb des Grenzwerts erfasst wird.
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