DE19963974C2 - Gasbrenner - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung und
einem von dieser gesteuerten Aktor zum Zuführen einer Brenngasmenge oder
Regulieren eines Gas-Luftverhältnisses, die einer Verbrennungsluftmenge zu
geordnet wird, und mit einer Lambdasonde.
Bei derzeit bekannten Brennern wird z. B. über eine pneumatische Verbundsteue
rung eine Brenngasmenge einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet. Die Masse
änderung der Luftmenge infolge von Temperaturänderungen wird durch Tempe
ratur kompensierte Luftstromerfassungseinrichtungen ausgeglichen. Eine Ver
änderung der Gasqualität gegenüber der Qualität bei der Geräteeinstellung wird
nicht erkannt. Veränderungen der Gasqualität treten z. B. zwischen verschie
denen Versorgungsgebieten und bei Spitzenlasteinspeisungen zeitlich auch
innerhalb eines Versorgungsgebietes auf. In dem Gerät werden Abweichungen
der Steuereinrichtung über die Lebensdauer z. B. durch Alterung oder Verschmutzung
nicht erkannt. Der Gasbrenner kann dabei an den Rand
seiner zulässigen λ-Betriebsbandbreite, die z. B. zwischen
1,2 und 1,3 liegt, und gelegentlich auch darüber hinaus ge
raten. Um einen ausreichend sicheren Betrieb zu gewährlei
sten, sind hohe Anforderungen an Genauigkeit und Konstanz
der Fertigung nötig.
Es sind auch Gasbrenner mit einer Lambdasonde zur Regelung
ähnlich den in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Sonden be
kannt (DE 43 24 012 C1). Dabei wird während des gesamten
Brennerbetriebes das Abgas sensiert und ein Gasstellglied
entsprechend angesteuert. Die Lebensdauer von Lambdasonden
reicht für die Betriebsdauer von Brennern in Gasgeräten bei
weitem nicht aus.
Eine Lambdaregelung mittels einer Ionisationselektrode ist
aus der DE 195 02 901 C1 bekannt. Hierbei wird die Tatsache
ausgenutzt, dass eine zur Flammenüberwachung an sich bekann
te Ionisationselektrode, die mit einer Spannung beaufschlagt
wird, einen vom Lambdawert (Luftzahl) abhängigen Ionisati
onsstrom liefert. Mittels einer entsprechenden Auswerte
schaltung wird der Ionisationsstrom als Messsignal aufgenom
men und einer Regelschaltung zugeführt, die die Luftzufuhr
oder zusätzlich die Gaszufuhr für die Verbrennung regelt.
Eine weitere, die Auswertung eines Ionisationssignals einer
Ionisationselektrode nutzenden Verbrennungsregelung ist aus
der DE 196 35 974 A1 bekannt. Hierbei wird mittels der
Lambda-Regelung die Menge des zuzuführenden Gases im Sinne
einer emissionsarmen Verbrennung bestimmt.
Aus der DE 39 08 136 A1 ist weiterhin eine Regelung für ei
nen Brenner einer Heizanlage bekannt, bei der zum Schutz des
Brenners vor zu häufigem Ein- und Ausschalten eine Zeitmes
seinrichtung zur Messung der Einschaltdauer des Brenners und
zur Vorgabe einer davon abhängigen Gegensinnig-variablen
Pausenzeit vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner
der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei dem auf
lange Sicht mit wenig Aufwand der Einsatz einer Lambdarege
lung mittels einer Lambdasonde möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge
löst. Hiernach ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung
ein Zeitglied aufweist, mit dem oder denen Ansteuerphasen
zum Betrieb der Lambdasonde vorgegeben oder auslösbar sind,
und dass die Lambdasonde in deren Betriebspausen, die um ein
Vielfaches länger sind als die Betriebszeiten, in einen War
tezustand geschaltet oder vollständig ausgeschaltet sind.
Mit diesen Maßnahmen wird die Lambdasonde nur gelegentlich während eines
Brennbetriebs, z. B. einmal täglich zu der vorgegebenen Zeit aktiviert, wobei das
Zeitglied programmierbar sein kann, um unter jeweiligen Bedingungen unter
schiedliche Zeitpunkte und Zeitdauern wählen zu können. Durch Auswertung der
Sensorsignale wird auch eine ereignisabhängige Steuerung ermöglicht, wobei
das Ereignis z. B. eine Störung ist. Werden von der in Betrieb gesetzten
Lambdasonde Abweichungen von einem Sollwert festgestellt, kann z. B. ein
vorhandener pneumatischer Verbundregler über einen dort angebrachten Aktor
nachjustiert werden. Dabei ist die Ansteuerung der Lambdasonde vorzugsweise
so ausgebildet, dass dann, wenn die Brennphase zu kurz ist, die Lambdasonde
in Betrieb (aktiv) bleibt, bis die Justierung erfolgt ist.
Weiterhin ist die Steuereinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass dann,
wenn sich während eines nicht überwachten Zeitraumes die Gasqualität so stark
verändert hat, dass ein Zünden des Brenners scheitert, eine Steuerlogik den
pneumatischen Verbundregler in Richtung "fettes Gemisch" verstellt, eine
Startwiederholung bewirkt und den Gasbrenner wieder so justiert, dass er bei
seinem Optimum arbeitet. Ein Betrieb des Gasbrenners in einer günstigen engen
λ-Betriebsbandbreite wird auf diese Weise auf lange Sicht zuverlässig ge
währleistet, wobei auch eine lange Lebensdauer der Lambdasonde sichergestellt
ist. Geeignete Steuereigenschaften können leicht programmiert werden, wenn
die Steuereinrichtung einen Mikrocontroller aufweist.
Die Steuerung kann dabei z. B. so ausgebildet sein, dass mit dem Zeitglied
höchstens vier Ansteuerphasen pro Tag vorgegeben sind, die jeweils kürzer als
eine Stunde sind, wobei z. B. in vielen Fällen eine Ansteuerphase pro Tag günstig
ist. Der Zeitpunkt der Ansteuerphase ist dabei natürlich so gewählt, dass sie mit
dem Betrieb des Brenners zusammenfällt. Dies ist durch entsprechende Program
mierung der Steuereinrichtung leicht zu verwirklichen.
Die Steuerung ist vorteilhaft so ausgelegt, dass die Lambdasonde im Warte
zustand (Stand-by-Zustand) bei einer Temperatur von z. B. etwa 100°C gehalten
ist und die Betriebstemperatur von einigen hundert Grad C nur während ihrer
Betriebszeiten aufgeschaltet ist. Aus dem Wartezustand kann die Lambdasonde
relativ schnell in ihren Betriebszustand übergeführt werden, während sie
insbesondere in längeren Betriebspausen bzw. bei abgeschaltetem Brenner vor
teilhafterweise völlig abgeschaltet ist. Mit der Steuerung kann auch eine
günstige zeitliche Aufteilung der vollständigen Abschaltung der Lambdasonde,
des Wartezustandes und des Betriebszustandes programmiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Auslegung besteht darin, dass die Betriebsabstände und
Betriebsdauern der Lambdasonde so abgestimmt sind, dass ihre Lebensdauer
statistisch der Lebensdauer des Gasbrenners entspricht.
Da die Lambdasonde mit der zugehörigen Steuereinrichtung in relativ großen
Zeitabständen und kurzen Zeitdauern während des Brennerbetriebs aktiviert
wird, erreicht sie eine hohe Lebensdauer bis hin zur Gerätelebensdauer. Dabei ist
gewährleistet, dass die Brenner im günstigsten λ-Bereich arbeiten, wodurch
niedrigste Schadstoff-emissionen, lange Lebensdauer und robuster Betrieb des
Brenners erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Figur zeigt einen Gasbrenner mit einem Wärmetauscher WT, über dem eine
Lambdasonde λ angeordnet ist. Dem Gasbrenner wird ein Brenngas G über einen
pneumatischen Verbundregler mit einem Aktor A zugeführt, wobei die Brenngas
menge einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet wird. Der Aktor A wird mittels
einer Steuereinrichtung ST vorteilhafterweise unter Ausführung eines Rege
lungsvorganges RV angesteuert. Signale der Lambdasonde λ werden von der
Steuereinrichtung ST zur Ansteuerung bzw. Nachjustierung des Verbundreglers
ausgewertet. Die Lambdasonde λ wird lediglich während relativ kurzer Ansteuer
phasen in Betrieb gesetzt, die mittels eines in der Steuereinrichtung ST vor
gegebenen Zeitglieds ZG oder ereignisgesteuert auf der Grundlage von Signalen
eines Sensors S bestimmt werden. Die Steuereinrichtung ST ist zu diesem
Zweck vorzugsweise programmierbar und weist einen dazu geeigneten Mikro
controller auf.
Claims (4)
1. Gasbrenner mit einer Steuereinrichtung (ST) und einem von
dieser gesteuerten Aktor (A) zum Zuführen einer Brenngas
menge oder Regulieren eines Gas-Luftverhältnisses, die
einer Verbrennungsluftmenge zugeordnet wird, und mit ei
ner Lambdasonde (1), wobei das von der Lambdasonde (1)
aufgenommene Signal zur Ansteuerung des Aktors (A) einge
setzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerein
richtung (ST) ein Zeitglied (ZG) aufweist, mit dem An
steuerphasen zum Betrieb der Lambdasonde (1) vorgegeben
oder auslösbar sind, so dass die Lambdasonde (1) nur ge
legentlich während des Brennerbetriebs aktiviert ist, und
dass die Lambdasonde (1) in deren Betriebspausen, die um
ein Vielfaches länger sind als die Betriebszeiten, in ei
nen Wartezustand geschaltet oder vollständig ausgeschal
tet ist.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit dem Zeitglied (ZG) höchstens vier Ansteuerphasen pro Tag vor
gegeben sind, die jeweils kürzer als eine Stunde sind.
3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lambdasonde (λ) im Wartezustand bei einer Temperatur von
etwa 100°C gehalten ist und die Betriebstemperatur von einigen hundert
Grad C nur während der Betriebszeiten aufgeschaltet ist.
4. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Betriebsabstände und Betriebsdauern der Lambdasonde (λ) so
abgestimmt sind, dass ihre Lebensdauer statistisch der Lebensdauer des
Gasbrenners entspricht.
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Also Published As
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EP1113224A3 (de) | 2003-09-17 |
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EP1113224A2 (de) | 2001-07-04 |
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