DE10001251A1 - Gasbrenner - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung (ST) und einem von dieser gesteuerten Aktor (A) zum Zuführen einer Brenngasmenge oder Einstellen eines Gas-Luftverhältnisses, die einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet wird, und mit einer an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossenen Lambdasonde (lambda). Eine dauerhafte Sicherstellung eines optimalen Gas-Luftverhältnisses bei der Verbrennung wird dadurch erreicht, dass ein an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossener Grobsensor (S) zum Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases vorgesehen ist, dass die Steuereinrichtung (ST) derart ausgebildet ist, dass sie eine Grobänderung der Brenngasqualität erkennt und sie die Lambdasonde (lambda) in Betrieb setzt (aktiviert), wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe überschreitet, und dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde (lambda) und/oder des Grobsensors (S) der Aktor (A) zur Justierung des Gas-Luftgemisches angesteuert wird (Fig.).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung und
einem von dieser gesteuerten Aktor zum Zuführen einer Brenngasmenge oder
Einstellen eines Gas-Luftverhältnisses, die einer Verbrennungsluftmenge
zugeordnet wird, und mit einer an die Steuereinrichtung angeschlossenen Lamb
dasonde.
Bei derzeit bekannten Brennern wird die Brenngasmenge einer Verbrennungs
luftmenge über eine pneumatische Verbundsteuerung zugeordnet. Eine Masse
änderung der Luft infolge von Temperaturänderungen wird dabei durch Tempe
ratur kompensierte Luftstromerfassungseinrichtungen ausgeglichen. Eine Ver
änderung der Gasqualität gegenüber der Qualität bei der Geräteeinstellung wird
dabei nicht erkannt. Veränderungen der Gasqualität treten zwischen verschie
denen Versorgungsgebieten sowie bei Spitzenlasteinspeisungen innerhalb eines
Versorgungsgebietes auf. Um einen ausreichend sicheren Betrieb bei günstiger,
enger λ-Betriebsbandbreite zu gewährleisten, sind hohe Anforderungen an
Genauigkeit und Konstanz der Fertigung nötig.
Es sind auch Gasbrenner bekannt, bei denen die Regelung mit einer Lambda
sonde erfolgt. Dabei wird während des gesamten Brennerbetriebes das Abgas
sensiert und ein Aktor bzw. Gasstellglied entsprechend angesteuert. Die
Lebensdauer bekannter Lambdasonden reicht für die Betriebsdauer von Gas
brennern bei weitem nicht aus.
In der DE 195 02 901 C1 ist vorgeschlagen, bei einem Gasbrenner mit einer
Regeleinrichtung zur Verbesserung der Erfassung des jeweiligen Verbrennungs
zustandes Schwankungen eines Ionisationsstromes mittels einer Ionisations
elektrode zu erfassen. In der Praxis ist eine derartige Lambdaregelung bei der
vorgesehenen Änderung der Luftzufuhr oder der Gaszufuhr jedoch schwierig.
Der Ionisationsstrom spiegelt vielmehr die Strömungsverhältnisse bzw. die
Strömungsgeschwindigkeit wider.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs ge
nannten Art bereit zu stellen, bei dem ein optimales Gas-Luftverhältnis bei der
Verbrennung auf Dauer mit möglichst einfachen gerätetechnischen Maßnahmen
sicher gestellt ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vor
gesehen, dass ein an die Steuereinrichtung angeschlossener Grobsensor zum
Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases vorgesehen
ist, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie eine Grobänderung
der Brenngasqualität erkennt und sie die Lambdasonde in Betrieb setzt (akti
viert), wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe überschreitet, und dass
auf der Basis der Signale der Lambdasonde und/oder des Grobsensors der Aktor
zur Justierung des Gas-Luftgemisches angesteuert wird.
Die Grobänderung kann mit relativ robusten Sensoren, deren Standzeit etwa der
Lebensdauer des Brenners entspricht, erfasst werden. Die relativ empfindliche
Lambdasonde braucht dann lediglich zur Justierung in den erforderlichen Fällen
aktiviert zu werden, die bezogen auf die Gesamtlebensdauer, einen geringen
Bruchteil ausmachen, so dass die Lambdasonde relativ selten in Betrieb mit der
relativ hohen erforderlichen Temperatur von z. B. 700°C bis 900°C genommen
werden muss. Die Steuereinrichtung kann dann erforderlichenfalls auf der Basis
der Signale der Lambdasonde eine Feinjustierung des Gas-Luftgemisches über
den Aktor veranlassen, so dass der Gasbrenner in der günstigen engen λ-Be
triebsbandbreite von ca. 1,2 bis 1,3 betrieben wird, um eine hinsichtlich
Schadstoffemissionen optimierte Verbrennung, Zündgrenze, Lebensdauerkrite
rien und Pfeif- bzw. Dröhngeräuschen vorteilhafte Ansteuerung dauerhaft zu
gewährleisten.
Die grobe Änderung der Gasqualität kann vorteilhaft dadurch überwacht werden,
dass der Grobsensor zum Erfassen der Verbrennungsgüte ausgebildet und ange
ordnet ist.
Geeignete Ausführungsformen für einen robusten Grobsensor bestehen u. a.
darin, dass der Grobsensor als Thermoelement oder Widerstandsfühler zur
Messung eines von einer Flammenfußtemperatur abhängigen Wertes, als in die
Flamme hängender Draht zum Erfassen einer Ionisationsspannung oder eines
Ionisationsstroms oder als optischer Sensor zum Erfassen der Flammenfarbe
ausgebildet ist.
Für eine optimale Auswertung der Sensorsignale der Steuerung des Lambdason
den-Betriebs und des Gas-Luftverhältnisses über den Aktor sind desweiteren die
Maßnahmen vorteilhaft, dass ein Schwellenwert zum Aktivieren der Lambdason
de und/oder Steuervorgänge aufgrund von Signalen der Lambdasonde und/oder
des Grobsensors in der Steuereinrichtung programmierbar sind, wobei die
Programmierung leicht mit einem in der Steuereinrichtung vorgesehenen Mikro
controller vorgenommen werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
Die Figur zeigt in schematischer Ansicht einen Gasbrenner mit einer Steuer
einrichtung ST, an die eine im Bereich eines Wärmetauschers WT angeordnete
Lambdasonde λ, ein Grobsensor S und ein Aktor A z. B. eines Verbundreglers in
einer Zuführung für ein Gas G angeschlossen sind. Mit der Steuereinrichtung ST
kann ein Regelvorgang bzw. eine Justierung eines Gas-Luftgemisches über den
Aktor A erfolgen.
Der Grobsensor S ist vorliegend im Flammenbereich angeordnet und kann z. B.
als Thermoelement oder Widerstandsfühler zur Messung eines von der Flammenfußtemperatur
abhängigen Wertes, als ein oder mehrere in die Flamme ragende
Drähte zur Erfassung einer Ionisationsspannung oder eines Ionisationsstromes,
als optischer Sensor zur Flammfarbenerfassung oder ähnlicher dauerhafter Sen
sor zur groben Erfassung starker Signaländerungen ausgebildet sein, wie sie z. B.
bei einer sogenannten SRG (Sommers-Ruhrgas-Methode)-Umstellung seitens der
Gasversorgungsunternehmen vorkommen können. Übersteigt die Größe der Än
derung einen in der Steuereinrichtung ST vorgegebenen oder z. B. durch ent
sprechende Programmierung vorgebbaren Wert, so wird zur Feinmessung die
wesentlich empfindlichere Lambdasonde λ in Betrieb genommen und mit der
erforderlichen Betriebstemperatur von z. B. 700°C bis 900°C beheizt. Ins
besondere aufgrund der von der Lambdasonde λ gelieferten Signale wird dann
die Justierung des Gas-Luftgemisches z. B. durch entsprechende Änderung der
Gaszufuhr oder der Luftzufuhr vorgenommen. Dabei kann auch das Signal des
Grobsensors S zusätzlich oder unter bestimmten Bedingungen schon allein
ausgenutzt werden, wobei ein entsprechendes Auswerte- und Ansteuerpro
gramm in einem Mikrocontroller der Steuereinrichtung ST hinterlegt sein kann.
Durch die nur gelegentliche Inbetriebnahme der Lambdasonde λ kann deren
Lebensdauer im Gegensatz zu einem ständigen Betrieb die Lebensdauer des
Brenners erreichen.
Claims (4)
1. Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung (ST) und einem von dieser ge
steuerten Aktor (A) zum Zuführen einer Brenngasmenge oder Einstellen
eines Gas-Luftverhältnisses, die einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet
wird, und mit einer an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossenen Lamb
dasonde (λ),
dadurch gekennzeichnet,
dass ein an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossener Grobsensor (S) zum Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases vorgesehen ist,
dass die Steuereinrichtung (ST) derart ausgebildet ist, dass sie eine Grobänderung der Brenngasqualität erkennt und sie die Lambdasonde (λ) in Betrieb setzt (aktiviert), wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe überschreitet, und
dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde (λ) und/oder des Grob sensors (S) der Aktor (A) zur Justierung des Gas-Luftgemisches ange steuert wird.
dass ein an die Steuereinrichtung (ST) angeschlossener Grobsensor (S) zum Erfassen von Änderungen der Qualität des zugeführten Brenngases vorgesehen ist,
dass die Steuereinrichtung (ST) derart ausgebildet ist, dass sie eine Grobänderung der Brenngasqualität erkennt und sie die Lambdasonde (λ) in Betrieb setzt (aktiviert), wenn die Grobänderung eine vorgegebene Größe überschreitet, und
dass auf der Basis der Signale der Lambdasonde (λ) und/oder des Grob sensors (S) der Aktor (A) zur Justierung des Gas-Luftgemisches ange steuert wird.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Grobsensor (S) zum Erfassen der Verbrennungsgüte ausgebildet
und angeordnet ist.
3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Grobsensor (S) als Thermoelement oder Widerstandsfühler zur
Messung eines von einer Flammenfußtemperatur abhängigen Wertes, als
in die Flamme hängender Draht zum Erfassen einer Ionisationsspannung
oder eines Ionisationsstroms oder als optischer Sensor zum Erfassen der
Flammenfarbe ausgebildet ist.
4. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schwellenwert zum Aktivieren der Lambdasonde (λ) und/oder
Steuervorgänge aufgrund von Signalen der Lambdasonde (λ) und/oder des
Grobsensors (S) in der Steuereinrichtung (ST) programmierbar sind.
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