DE10057233C2 - Gasbrenner für ein Heizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Gasbrenners für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Gattungsgemäße Gasbrenner besitzen einen Feuerungsautomaten, einen Zündbrenner zum Starten des Hauptbrenners sowie eine Überwachungseinrichtung für die Funktion von Zünd- und Hauptbrenner mit einem Verbrennungssensor. Im Flammenbereich wird dafür häufig eine Messelektrode, insbesondere eine Ionisationselektrode eingesetzt, um Flam­ mensignale zu erfassen bzw. zu bilden. Dabei entsteht ein Ionisationssignal durch die Gleichrichterwirkung der Flamme an der Ionisationselektrode. Zusätzlich wird ein gedämpf­ tes bzw. gefiltertes Signal mit einer wesentlich größeren Zeitkonstante mit einem Flam­ menverstärker erzeugt. Das Gas-/Luft-Verhältnis des Brenners kann nach den Messwerten auf einen entsprechenden Lambda-Wert eingestellt werden. Die Ionisationselektrode gibt dabei eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektri­ sche Größe an eine Regelschaltung weiter, welche diese Größe mit einem gewählten elek­ trischen Sollwert vergleicht und entsprechende Regelparameter als Vorgaben einstellt (EP 0 806 610 A2). Weiterhin wird die Gaszufuhr zum Hauptbrenner gattungsgemäß in einen Haupt- und ei­ nen Nebengasstrom aufgegliedert. Dabei wird der Nebengasstrom mit einem Stellglied in Abhängigkeit vom aktuellen Flammensignal und einem Sollwert geregelt und das Gas-/­ Luft-Verhältnis des Brenners auf einen entsprechenden Lambda-Wert eingestellt. Selbst bei im Betrieb wechselnden Gasarten ist der Gasbrenner dadurch immer automatisch auf eine optimale Verbrennung eingestellt (DE 196 29 966 A1).

Ein normaler Startvorgang bei einem Gasbrenner beginnt mit der Inbetriebnahme des. Zündbrenners. Anschließend öffnet ein zweites Absperrventil an einer Gasarmatur und es wird die Hauptgaszufuhr freigegeben. Innerhalb dieser Sicherheitszeit muss dann ein Ü­ berzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner erfolgt sein. Ist dies nicht der Fall, wird sofort vom Feuerungsautomaten eine Sicherheitsabschaltung eingeleitet.

Probleme können bei Zündbrennern mit einem einzigen Verbrennungssensor zur Überwa­ chung der Funktion von Zünd- und Hauptbrenner entstehen, die nach der Sicherheitszeit nicht abgeschaltet werden. Es muss dabei aus Sicherheitsgründen eine Erfassung gewährleistet sein, ob das Überzünden auf den Hauptbrenner stattgefunden hat. Zudem ist beim Starten eines derartigen atmosphärischen Gasbrenners zunächst die vorherrschende Gasart noch unbekannt. Es kann daher vorkommen, dass die Überzündung vom Zünd- auf den Hauptbrenner nach Freigabe der Hauptgaszufuhr nicht erfolgt, weil das Gas-/Luft- Gemisch gasartbedingt zu mager ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Starten eines Gasbrenners für ein Heizge­ rät ein sicheres Überzünden vom Zündbrenner auf den Hauptbrenner bei verschiedenen Gasarten zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Gasbrenner für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Freigabe des Hauptgasstromes das Stellglied für den Nebengasstrom um einen Vorgabe­ wert geöffnet wird, damit eine fetteres Gas-/Luft-Gemisch als im stationären Betrieb für das Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner zur Verfügung steht. Grundsätzlich wird im gesamten Brennerbetrieb das Ionisationssignal überwacht. Es erfolgt eine Sicherheits­ abschaltung, wenn ein vorgegebener Schwellwert der aus dem Ionisationssignal abgeleite­ ten elektrischen Größe während des Zündbrennerbetriebes nicht erreicht wird und/oder während des anschließenden Hauptbrennerbetriebes nicht überschritten wird.

Der Nebengasstrom bzw. am Stellglied der Vorgabewert für die Überzündung wird für eine Zeitdauer von vorzugsweise bis zu 4 Sekunden nach der Freigabe des Hauptgasstromes konstant gehalten und während dieser Zeit wird das zusätzliche Flammensignal mit der größeren Zeitkonstante überwacht. Erreicht das zusätzliche Flammensignal mit der größe­ ren Zeitkonstante während der vorgegebenen Zeitdauer nach der Freigabe des Hauptgas­ stromes einen Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb nicht, so wird der Nebengasstrom erhöht bzw. das Stellglied über den Vorgabewert hinaus geöffnet. Dadurch wird ein noch fetteres Gemisch hergestellt, um eventuell gasartbedingte Überzündprobleme auszugleichen. Vorzugsweise erfolgt die Erhöhung des Nebengasstromes bzw. des Öffnungszu­ standes am Stellglied mit einer auf dem Vorgabewert für die Überzündung beginnenden Rampenfunktion und zwar solange, bis das zusätzliche Flammensignal mit der größeren Zeitkonstante den Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb erreicht. Dann ist die Erhöhung des Nebengasstromes beendet und die Nebengasmenge wird konstant auf diesem für den sicheren Hauptbrennerbetrieb ermittelten Wert gehalten. Nachfolgend können sich weitere Bestandteile eines Startablaufs, wie zum Beispiel eine Kalibrierung des Brenners, an­ schließen. Die Rampenfunktion für die Erhöhung des Nebengasstromes hat eine Laufzeit von bis zu 6 Sekunden, so dass sich insgesamt, einschließlich der Zeitdauer mit konstan­ tem Nebengasstrom, eine Sicherheitszeit von maximal 10 Sekunden ergibt. Hat innerhalb dieser Sicherheitszeit keine Überzündung stattgefunden, erfolgt eine Sicherheitsabschal­ tung.

Werte für den Vorgabewert, den Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb, die Zeitdauer nach der Freigabe des Hauptgasstromes, die Laufzeit und die Steigung der Rampenfunktion sind innerhalb von vorgegebenen Grenzwerten einstellbar. Wesentlich ist, dass die Ionisa­ tionselektrode durch ihre Positionierung und Gestaltung den Flammenbereich von Zünd- und Hauptbrenner erfasst.

Mit der Erfindung wird die Funktionssicherheit und Verfügbarkeit eines Gasbrenners erhöht und in der Startphase ein sicheres Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner gewähr­ leistet. Selbst bei unbekannten, beispielsweise niederkalorischen Gasarten, kann durch die automatische Erhöhung der Nebengasmenge innerhalb der Sicherheitszeit noch ein Über­ zünden herbeigeführt werden. Ansonsten wäre bereits eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, die eine Entriegelung durch Bedienungspersonal und eventuell Komforteinbußen in ange­ schlossenen Heizkreisen nach sich gezogen hätte.

Die Zeichnung stellt als Ausführungsbeispiel der Erfindung in Diagrammen die Startphase eines Gasbrenners mit dem Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner dar. Dabei sind über der Zeitachse der Flammensignalwert und der Stellgliedzustand für den Nebengas­ strom aufgetragen. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Überzünden mit einer konstanten Nebengasmenge und

Fig. 2 ein Überzünden mit einer Erhöhung der Nebengasmenge.

Das Starten eines Gasbrenners beginnt zunächst mit einer Anlauf- und einer Stabilisie­ rungsphase für den Zündbrenner. Danach folgt der Hauptbrennerbetrieb mit der Freigabe des Hauptgasstromes und während einer Sicherheitszeit muss eine Überzündung vom Zünd- auf den Hauptbrenner stattgefunden haben.

Bereits in der nachfolgenden Stabilisierungsphase und dem gesamten Hauptbrennerbe­ trieb muss der von der Ionisationselektrode erfasste Wert für das Flammensignal über einem nicht dargestellten Schwellwert, nämlich der Ausschaltgrenze für den Zündbrenner, liegen.

Mit der Freigabe des Hauptgasstromes wird das Stellglied für den Nebengasstrom um ei­ nen Vorgabewert Ü für die Überzündung geöffnet, damit eine fetteres Gas-/Luft-Gemisch als im nachfolgenden Regelbetrieb zum Überzünden zur Verfügung steht. Für eine Zeit­ dauer Z nach der Freigabe des Hauptgasstromes bleibt der Nebengasstrom bzw. am Stellglied der Vorgabewert Ü für die Überzündung konstant. Kommt es in dieser Phase, wie in Fig. 1 dargestellt, zu einer Überzündung mit einem Anstieg des Flammensignals über einen Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb SHB, so wird der Nebengasstrom bzw. am Stellglied der Vorgabewert Ü für die Überzündung weiterhin konstant beibehalten. In Fig. 2 ist dargestellt, wenn das Flammensignal während der vorgegebenen Zeitdauer Z nach der Freigabe des Hauptgasstromes den Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb SHB nicht erreicht. Dann wird der Nebengasstrom nach Ablauf der Zeitdauer Z erhöht bzw. das Stellglied über den Vorgabewert Ü hinaus geöffnet, um ein noch fetteres Gemisch herzu­ stellen. Die Erhöhung des Nebengasstromes bzw. des Öffnungszustandes am Stellglied erfolgt mit einer vom Vorgabewert Ü für die Überzündung beginnenden Rampenfunktion und zwar solange, bis das Flammensignal den Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb SHB erreicht. Dann ist die Rampenfunktion beendet und die Nebengasmenge wird konstant auf diesem zuletzt erreichten Wert gehalten, mit dem ein sicherer Hauptbrennerbetrieb mit einer Regelung der Nebengasmenge in Abhängigkeit von Flammensignalen möglich ist. Nachfolgend können sich auch zunächst weitere Funktionen im Startablauf, wie zum Bei­ spiel eine Kalibrierung des Brenners, anschließen.

Die Rampenfunktion für die Erhöhung des Nebengasstromes hat eine auf die Sicherheits­ zeit begrenzte, maximale Laufzeit. Ist es innerhalb der Sicherheitszeit nicht zum Überzün­ den gekommen, erfolgt eine Sicherheitsabschaltung. Ein Starten des Gasbrenners ist so­ mit nur mit dem vollständigen Erfüllen aller Bedingungen möglich.

Claims (4)

1. Verfahren zum Starten eines Gasbrenners für ein Heizgerät mit einem Feuerungsautomaten, einem Zündbren­ ner, einer Überwachung der Funktion von Zünd- und Hauptbrenner mit einem Verbren­ nungssensor, insbesondere einer Ionisationselektrode als Messelektrode im Flammenbe­ reich, welche in Abhängigkeit von der Verbrennung eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung legt, wobei einerseits das Ionisationssignal durch die Gleichrichterwirkung der Flamme an der Ionisati­ onselektrode entsteht und andererseits ein zusätzliches Flammensignal mit einer wesent­ lich größeren Zeitkonstante mit einem Flammenverstärker erzeugt wird, sowie einer Auf­ gliederung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom mit einem Stellglied, welches in Ab­ hängigkeit von aktuellen Flammensignalen und einem Sollwert betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Freigabe des Hauptgasstromes das Stellglied für den Nebengasstrom um einen Vorgabewert (Ü) geöffnet wird, und dass der Nebengasstrom bzw. der Vorgabewert (Ü) für die Überzündung für eine Zeitdauer (Z) von bis zu 4 Sekunden nach der Freigabe des Hauptgasstromes konstant gehalten wird und dass während der Zeitdauer (Z) das zusätzliche Flammensignal mit der größeren Zeitkon­ stante überwacht wird, wobei der Nebengasstrom erhöht bzw. das Stellglied über den Vor­ gabewert (Ü) für die Überzündung hinaus geöffnet wird, wenn das zusätzliche Flammen­ signal mit der größeren Zeitkonstante während der vorgegebenen Zeitdauer (Z) nach der Freigabe des Hauptgasstromes einen Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb (SHB) nicht erreicht, und wobei die Erhöhung des Nebengasstromes bzw. des Öffnungszustandes am Steilglied mit einer auf dem Vorgabewert (Ü) für die Überzündung beginnenden Rampen­ funktion solange erfolgt, bis das zusätzliche Flammensignal mit der größeren Zeitkonstan­ te den Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb (SHB) erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn ein vorgegebe­ ner Schwellwert der aus dem Ionisationssignal abgeleiteten elektrischen Größe während des Zündbrennerbetriebes nicht erreicht wird und/oder während des anschließenden Hauptbrennerbetriebes nicht überschritten wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenfunktion eine Laufzeit von bis zu 6 Sekunden hat, so dass sich insgesamt mit der Zeitdauer (Z) eine Sicherheitszeit von maximal 10 Se­ kunden ergibt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Werte für den Vorgabewert (Ü), den Sollwert für den Hauptbrennerbetrieb (SHB), die Zeitdauer (Z) nach der Freigabe des Hauptgasstromes, die Laufzeit und die Steigung der Rampenfunktion innerhalb von vorgegebenen Grenzwer­ ten einstellbar sind.