CN113339841A - 用于在功率可变的情况下调节加热装置中的燃气-空气混合物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过在加热装置(1)的火焰区域(2)中测得的电离信号(I)调节加热装置(1)中燃烧的方法，所述电离信号基于从电离电极(8)到对电极(9)流过火焰区域(2)的离子电流推导得出，所述离子电流由具有指定的频率(f)的电离交流电压(U)产生，其中，当在加热装置(1)燃烧过程时，燃烧空气与燃气的比例(λ值)根据基于电离信号(I)的调校数据来确定，并通过调整燃气的输送和/或燃烧空气的输送而得到调节。这实现了，无需在加热装置上进行明显改变，仅通过额外的电子器件就实现了在可变功率下进行可靠的调节，这也实现了对针对不同的功率的现有调节方案的(后续)调校。

Description

用于在功率可变的情况下调节加热装置中的燃气-空气混合 物的方法和装置

技术领域

本发明涉及的是针对加热装置中的燃烧过程对燃气-空气混合物加以调节的领域，所述加热装置特别是用于建筑物的热水供应或取暖。为了测量主要依赖于燃烧期间燃烧空气与燃气的比例(λ值，也称为空气比或者说空燃比)的燃烧质量，尤其是在许多加热设备中，在火焰区域中进行电离测量。此类测量旨在实现长时间内的稳定调节。如果调节失败，则在大多数情况下必须关闭加热装置，这当然应该尽可能少地发生。

背景技术

根据现有技术，迄今为止在运行期间通过借助单独的电离电极来进行调节。与电极的类型无关地，确定出火焰区域中电离的相应实际值，该实际值与当前的λ值成正比，以便可以从电离测量中得出当前的λ值。在此，向电离电极施加交流电压，其中，在存在火焰的情况下，电离的火焰区域具有整流作用，因此电离电流主要分别仅在交流电的半周期内流动。对该电流或从中得出的成正比的电压信号(以下称为电离信号)加以测量，如果需要，在模拟/数字转换器中进行数字化后，进一步处理为电离信号。于是，可以测量λ值并通过调节电路将其调节到额定值。空气和/或燃气的输送通过合适的调节器进行更改，直到达到所需的λ额定值。通常，例如力求达到λ值＞1(1相当于是化学计量比)例如λ＝1.3，以确保提供足够的空气以进行清洁燃烧，基本上不会产生一氧化碳。但是，λ必须保持小到确保稳定的燃烧。该调节尤其可以通过用于供应燃气的阀和/或用于供应环境空气的风扇进行。

例如从DE 196 18 573 C1和DE 195 02 901 C1中已知这样的燃烧调节，其通过存储的电离电流调节曲线调节期望的燃烧质量(λ值)。

例如从EP 0 770 824 B1和EP 2 466 204 B1中也已知这种加热装置的基本结构，涉及的是用于电离测量的测量***及其用于调节的使用方案。其中还介绍了：由于各种影响，特别是由于对电离电极的状态或形状的影响，可以随时间改变调节精度。此处给出了在需要时各种用于后续调校的方法。

但是，在调节中必须考虑另一个参数，即加热装置工作的功率。实际上，所测得的电离信号不仅依赖于λ值，而且还依赖于加热装置的相应功率，因此对于精确调节必须知道该参数。在第一近似中，如果假定在转速与功率之间存在固定关系，则该功率可以与用于燃烧空气(或燃烧空气和燃气的混合物)的风扇的速度相关联。但是，例如，如果加热装置的工作和/或环境条件发生变化，则不一定会实现精确的调节。原则上，如果使用流量计测量燃烧空气或燃烧混合物的流量，则可以进行精确测量，但是这需要一定的额外测量耗费(自检传感器等)。

发明内容

本发明的目的是在此提供一种辅助措施，以实现加热装置的安全可靠运行以及以很小的耗费就可以在不同功率下进行稳定而精确的调节。

根据独立权利要求的方法、设备和计算机程序产品有助于实现该目的。在相应的从属权利要求中给出了本发明的有利的设计方案和改进方案。该说明书、特别是结合附图阐释了本发明并给出其他实施例。

迄今为止，在针对燃烧过程中阻燃性的电离测量原理的介绍中，作为简化的等效电路图使用了二极管和串联连接的电阻器。这可以用来介绍到目前为止所使用的***，其中，阻燃性具有叠加了电阻的整流功能。实际上，阻燃性的另一特性可以通过使用与二极管并联连接的附加电阻器(所谓的反向电阻器)在扩展的等效电路图中重现。(无论如何在燃气燃烧器中的典型火焰或含碳的火焰中)火焰的二极管效应(整流效应)不是完美的(仅沿此处指定为正的方向导通)，而是在相反的方向上(在此指定为负的部分)流过一定的电流。然而，在二极管的导通方向上，反向电阻比所谓的正向电阻大几个数量级，因此其影响很小的原因。但是，研究表明，正向电阻不仅依赖于λ值，而且还以如下方式依赖于加热装置的功率，正向电阻在功率增大并且调校数据不变的情况下，会导致过高的λ值。反向电阻定性地几乎完全依赖于加热装置的功率，但程度很小。但是，可以通过灵敏的测量来评估该部分，并将其用于确定功率对电离信号正向部分的影响。因此，在例如由风扇的转速确定额定功率与通过例如环境变量为某些实际功率之间的偏差可以得到补偿。

所提出的方法涉及的是在功率可变的情况下对在加热装置中的燃烧通过在凭借燃烧空气和燃气运行的加热装置的火焰区域中测量的电离信号加以调节的方案，该电离信号基于从电离电极到对电极流经火焰区域的离子流而推导出。离子流由具有预定频率的电离交流电压产生，在加热装置中燃烧时燃烧空气与燃气的比例(λ值)使用来自电离信号的调校数据来确定并通过对燃气输送和/或燃烧空气输送的调整而得到调节。在此，至少执行以下步骤：

1.1电离信号包含正的部分和负的部分，将这两部分分开观察。

1.2正的部分依赖于燃烧空气与燃气的比例(λ值)，并用于确定电离信号(I1)。

1.3负的部分和/或其与正的部分的量的比例依赖于加热装置的当前功率，当前功率通过分析单元(14)基于经验值或调校数据确定。

1.4有关加热装置当前功率的信息用于选取针对该功率合适的调校数据，以调节燃烧空气与燃气的比例(λ值)。

在此及下文中，电离信号中更依赖于λ值的部分被定义为正的部分，另一部分为负的部分。但是，这与信号评估的类型有关，因此实际上，根据评估电子器件而定，也可能是相反的。

通过分析负的部分，可以几乎独立于λ值地确定加热装置的功率的实际值(至少在对于调节重要的区域中)。在任何情况下，都可以根据经验值或调校数据确定加热装置的当前功率，而无需在加热装置中使用额外的传感器。

对于该方法，在一种实施方式中，使用在10和10000Hz[赫兹]之间的电离交流电压的频率，优选地在50和300Hz之间，特别是为大约100Hz。这意味着可以使用在这些范围内工作的已知电离测量设备。

在一种优选的实施方式中，确定电离信号的正的部分的振幅的最大值和负的部分的振幅的最小值，并针对不同的目的分别对其进行进一步处理。但是，该实施方式不是评估的唯一可行方案。于是，例如相应的半周期的修正平均值也可以用作量度。

特别地，可以借助来自电离信号的负的部分的、关于加热装置的当前功率的信息来连续地修正对λ值的调节。

在替代的实施方式中，如果需要，利用加热装置的当前功率的测量结果来修正借助风扇的速度来调节加热装置的调校数据。以这种方式，可以使用已知类型的调节，但是可以反复地对变化的运行条件进行适配。

还提出了一种加热装置，其具有空气输送件和燃气输送件，空气输送件和燃气输送件由调节单元使用电离信号来调节，包括电离电极、对电极、用于预定频率的电离交流电压源和用于确定电离信号的正的部分的评估电子装置，该正的部分可被输送给调节单元，其中，存在分析单元，用于评估电离信号的负的部分，以便确定加热装置的当前功率。

分析单元优选地与评估电子器件连接或集成到评估电子器件中。

此外，还提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于使此处介绍的加热装置执行所提出的方法的指令。

附图说明

现在将参考附图更详细地解释本发明的对本发明不构成限定的示意性实施例以及根据本发明的方法的工作原理。其中：

图1示出针对燃烧过程中的阻燃性的扩展等效电路图，以及

图2示出根据本发明的加热装置的示意图，具有通过电离信号进行调节的机制。

具体实施方式

图1示意性地示出用于火焰的扩展的等效电路图10，由电离电压源11产生的电离电流在所述火焰中流动。一方面，火焰如二极管D那样起作用，即电流基本上只能沿一个方向通流，并且还具有一定的电阻，即正向电阻RF，该电阻可以由与二极管D串联连接的电阻来表示。然而此外，二极管D也允许一定电流沿其截止方向通过，这可以由与二极管D并联连接的反向电阻RR表示。在所介绍的应用示例中，反向电阻RR比正向电阻RF大几个数量级，因此反向电阻RR的存在在许多等效电路图和电路中都被忽略。然而，对于本发明而言，重要的是，该电阻随加热装置的功率、而很大程度上或者说尽可能与当前的λ值无关地变化，而正向电阻随λ值和功率而变化，因此，仅对λ值的调节在不同的功率下很复杂。但可行的是，通过测量反向电阻来确定关于功率的信息，这在测量技术上是可能的，则可以消除功率对正向电阻的影响，这正是本发明的主题。

图2示意性地示出这里提出的装置的实施例。在用于在燃烧室内用空气燃烧燃气的加热装置1中，在运行期间形成火焰区域2。空气通过空气输送件3和风扇5进入加热装置1。燃气通过燃气输送件4和燃气阀6与空气混合。可通过控制管路7来调节燃气的输送和风扇5的转速。通过电离电极8来测量火焰区域2中的电离信号I。为此，使用一种测量***，通过该测量***，电离电极8被加载来自电离交流电压源11的预定频率f的电离交流电压U，第一评估电子装置13测量所得的电离信号I，并根据存储在调校数据存储器15中的调校数据(调节曲线)将其换算为λ值，也就是空气与燃料的混合比例。能够以简化的方式规定或者说预设电离信号的额定值。以该值作为实际值，调节单元16可以调节风扇5和/或燃气阀6，使得将λ的实际值设置为期望值。

除了基本上基于电离信号I在这里称为正的部分的已知调节之外，还可以评估电离信号I的负的部分。电离信号I经由数据线12传递至分析单元14，分析单元基于负的部分或负的部分与正的部分的比例获得关于加热装置1的功率的信息。这优选可以根据经验值或调校数据来完成。分析单元14当然可以是评估电子器件13的一部分，该评估电子器件然后分别评估电离信号I的正的部分和负的部分。尽管反向电阻RR对火焰中离子电流的影响很小，但是可以使用当今的测量技术毫无问题地进行测量。实际上，常规的电离信号具有正的半周期和负的半周期，可以确定其相应的最大值或最小值，然后从中分别获得用于调节的所需信息。实验表明，要对应于反向电阻RR的最小值在很大范围内几乎与λ值无关，而是强烈依赖于加热装置的真实存在的功率(实际值)。这使得可以消除功率对具有电离信号正的部分的最大值的λ值的调节的影响。

本发明使得可以在不对加热装置本身进行显着改变的情况下，仅通过附加的电子器件而在可变的功率下进行可靠调节，这还实现了针对不同功率对现有调节的(后续)调校。

附图标记列表

1 具有燃烧室的加热装置

2 火焰区域

3 空气输送件

4 燃气输送件

5 风扇

6 燃气阀

7 控制管路

8 电离电极

9 燃烧器电极/对电极

10 火焰的等效电路图

11 电极交流电压源

12 信号线路

13 评估电子器件

14 分析单元

15 调校数据存储器

16 调节单元

U 电离交流电压

f 频率

I 电离信号

D 二极管

RF 正向电阻

RR 反向电阻

Claims (8)

1.一种用于通过在以燃烧空气和燃气运行的加热装置(1)的火焰区域(2)中测得的电离信号(I)在可变的功率下调节加热装置(1)中的燃烧的方法，所述电离信号基于从电离电极(8)到对电极(9)流过火焰区域(2)的离子电流推导得出，所述离子电流由具有指定的频率(f)的电离交流电压(U)产生，其中，当在加热装置(1)燃烧过程时，燃烧空气与燃气的比例(λ值)根据基于电离信号(I)的调校数据来确定并通过调整燃气的输送和/或燃烧空气的输送而得到调节，所述方法包括如下步骤：

1.1电离信号包含正的部分和负的部分，将这两部分分开观察；

1.2正的部分依赖于燃烧空气与燃气的比例(λ值)，并用于确定电离信号(I)；

1.3负的部分和/或其与正的部分的量的比例依赖于加热装置(1)的当前功率，所述当前功率通过分析单元(14)基于经验值或调校数据确定；

1.4有关加热装置(1)的当前功率的信息用于选取针对该功率合适的调校数据，以调节燃烧空气与燃气的比例(λ值)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电离交流电压(U)的频率(f)在10至10000Hz[赫兹]之间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，确定所述电离信号(I)的正的部分的振幅的最大值和所述负的部分的振幅的最小值。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，连续地借助基于电离信号(I)的负的部分的关于加热装置(1)的当前功率的信息，对燃烧空气与燃气的比例(λ值)的调节加以修正。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，根据所述加热装置(1)的当前功率的测量结果，在需要时借助风扇的转速来修正所述加热装置的调节的调校数据。

6.一种加热装置(1)，其具有空气输送件(3)和燃气输送件(4)，空气输送件和燃气输送件由调节单元(16)在使用电离信号(I)的情况下调节，包括电离电极(8)、对电极(9)，用于具有频率(f)的电离交流电压(U)的电离交流电压源(11)和用于确定电离信号(I)的正的部分的评估电子器件(13)，电离信号能够输送给调节单元(16)，存在分析单元(14)，用于评估电离信号(I)的负的部分，以确定加热装置(1)的当前功率。

7.根据权利要求6所述的加热装置(1)，其中，所述分析单元(14)与所述评估电子器件(13)连接。

8.一种计算机程序产品，包括使根据权利要求6或7中任一项所述的加热装置执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法的指令。

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