DE19963974C2 - Gasbrenner - Google Patents

Description

Stand der Technik

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.