EP3841326A1 - Heating device and method for regulating a fan-operated gas burner - Google Patents

Heating device and method for regulating a fan-operated gas burner

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EP3841326A1
EP3841326A1 EP19758669.6A EP19758669A EP3841326A1 EP 3841326 A1 EP3841326 A1 EP 3841326A1 EP 19758669 A EP19758669 A EP 19758669A EP 3841326 A1 EP3841326 A1 EP 3841326A1
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EP
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ionization voltage
current
speed
ionization
gradient
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EP19758669.6A
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EP3841326B1 (en
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Ulrich Höflinger
Wilhelm Laux
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Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
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    • F23N2233/00—Ventilators
    • F23N2233/06—Ventilators at the air intake
    • F23N2233/08—Ventilators at the air intake with variable speed

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating a gas burner, the gas burner having a fan for supplying combustion air, the speed of which can be variably adjusted. Furthermore, the invention relates to a Schuvorrich device with a correspondingly adjustable gas burner.
  • Ionization flame detection in which the ionization effect of a flame is used to detect whether the burner is generating a flame or not, is particularly reliable.
  • an alternating voltage is applied in the area of the flame, usually with the aid of an ionization electrode and a ground electrode.
  • an ionization electrode When the flame burns, it causes a rectifying effect on the AC voltage, which causes current to flow from the ground to the ionization electrode.
  • This current flow is evaluated or worked up by measuring electronics and can be provided in the form of an ionization voltage.
  • the ionization voltage provided as the measurement result at the output of the measuring electronics thus correlates with the ionization current.
  • the measuring electronics output an ionization voltage that exceeds a certain limit, this is recognized as the presence of a flame. On the other hand, falling below a corresponding limit value can be interpreted as meaning that no flame is burning.
  • Gas burners in particular fan-operated gas burners, are frequently exposed to changing environmental conditions, which can lead to changing combustion behavior.
  • environmental parameters are, for example, air pressure, temperature of the combustion supply air, gas pressure (pressure at which the fuel gas is supplied), type of gas and also the energy value of the gas.
  • gas pressure pressure at which the fuel gas is supplied
  • type of gas and also the energy value of the gas.
  • the composition of the fuel gas can often vary.
  • typical gas mixtures such as LPG (liquefied petroleum gas - LPG) or typical propane / butane mixtures can be changed.
  • LPG liquefied petroleum gas - LPG
  • propane / butane mixtures can be changed.
  • DE 199 47 181 A1 discloses a method for determining a signal representative of the current air ratio.
  • DE 198 31 648 A1 is concerned with a method for the functional adaptation of control electronics to a gas appliance.
  • the invention has for its object to provide a method for controlling a gas burner with which a defined operating point for a burner operation can be ensured. The operating point should then be close to the op timum for burner operation.
  • a method for regulating a gas burner is specified, the gas burner having a blower for supplying combustion air, the speed of which can be variably adjusted.
  • the method has the following steps in particular:
  • the process is usually carried out by a processing and control unit, which processes the process steps and communicates with the corresponding components (flame detector or ionization voltage sensor, fan motor, etc.).
  • a processing and control unit which processes the process steps and communicates with the corresponding components (flame detector or ionization voltage sensor, fan motor, etc.).
  • the fan of the gas burner is thus operated in order to supply combustion air.
  • the fan speed is recorded in a suitable manner, for example by one or more Hall sensors or by determining the so-called commutation harmonics of the rotor and stator packets on the supply voltage of the rotor.
  • pulses can be generated per minute by a measuring device and made available to a processing and control unit.
  • Other methods for detecting the speed are also known which are suitable for the control described here.
  • the processing and control unit is able to change the fan speed, ie to reduce or increase it. To do this, it can control the blower motor accordingly.
  • an ionization voltage is measured which correlates to an ionization current in a flame area of the gas burner.
  • the voltage value is generated by a rectified frequency signal from the burner flame and made available to the processing and control unit via a so-called shunt resistor and by means of an analog / digital conversion.
  • ionization current due to the rectifying effect of the flame on the AC voltage applied.
  • This ionization current is converted into a representative voltage (ionization voltage) with the aid of an evaluation circuit with differential amplifier, so that the further evaluation can be carried out voltage-based or - after the analog / digital conversion - digitally.
  • the voltage values can thus be digitized and further processed.
  • the fan speed is being changed, an attempt is made to find a minimum of a gradient of the measured ionization voltage to the current fan speed.
  • the fan speed is thus specifically changed, i.e. decreased or increased.
  • the ionization voltage is determined. As long as the ionization voltage changes more than the fan speed, the fan speed will continue to vary. Only when the optimum in the form of the minimum of the gradient has been found is there no further change in speed.
  • the specified gradient describes the ionization voltage change measured in the flame in relation to the speed change of the combustion air blower.
  • the gradient minimum is exactly the point that serves as a distinguishing feature or boundary between a rich or a lean operation of the gas burner.
  • the so-called “rich area” begins, in which the combustion air supplied by the combustion air blower is not sufficient to completely burn the fuel gas.
  • the so-called “lean area” exists, in which more combustion air is supplied than is necessary. This decision criterion cannot be determined with absolute values alone, since it always has to take into account the changes that belong together.
  • the gradient thus describes the reaction of the burner (in the form of the ionization voltage) to the change in speed.
  • an operating point for the ionization voltage is determined and stored, the current ionization voltage and the corresponding fan speed.
  • the parameters fan speed or the correspondingly changing ionization voltage
  • the parameters can also be changed in advance, as will be explained later.
  • This state is considered to be optimal in which the gas burner is to be operated on the basis of the environmental parameters given at this point in time.
  • the measurement of the current ionization voltage is carried out continuously or continuously, that is to say, for example, at certain time intervals.
  • the currently measured ionization voltage is compared with the operating point or the previously stored ionization voltage at the operating point. A deviation is determined.
  • the additional step is carried out that the fan speed is increased by an offset value.
  • the offset value is burner-dependent or device-specific and thus represents the device-specific distance from the minimum speed at which the burner works as optimally as possible with regard to exhaust gas values and / or output.
  • the method aims to find a minimum of the gradient of the ionization voltage to the fan speed so that the burner can be operated in the optimal operating state. From practice, however, it is known that in typical burners, even small deviations, for example in relation to the environmental parameters, can result in the burner's combustion behavior changing drastically at this speed minimum. It has therefore proven to be expedient that the burner should not be operated at this minimum, but just above it. This leads to a "good-natured" burner behavior.
  • the offset value is determined in such a way that the legal limit values are observed even when operating with extreme values of the operating parameters. For example, in practice there are cases where e.g. (Fuel) gas supplied from a gas bottle contains more butane than is the case with a generally customary propane / butane mixture. There is therefore a risk that CO emissions will increase.
  • the offset is set in such a way that even with operation with a higher butane content in the fuel gas, the legally maximum permissible limit value is not exceeded.
  • the offset is chosen so that you are as far away from the sensitive minimum value as possible, but not so far that you can change special, but actually existing and therefore known or predictable effect changes outside of the legal. Norms lies.
  • the determination of the offset value follows from the measurement of the burner type and is therefore also dependent on how far the manufacturer should be allowed to move away from the minimum (optimum). Typically can such an offset value is in the range from 50 rpm to 1,000 rpm, although other values can also be useful.
  • the gradient is less than zero (0), decrease the fan speed and repeat the above steps of measuring the current ionization voltage and finding the gradient. If the gradient is greater than zero, increase the fan speed and repeat the above steps of measuring the current ionization voltage and finding the gradient. If the gradient is zero, determine the gradient as the minimum and continue the procedure.
  • the criterion that the gradient can be "zero" does not have to mean that it must be exactly “0". Rather, it is sufficient here if the gradient is below a predetermined threshold, that is to say also just above zero or below zero.
  • the output speed of the fan when starting the process should sensibly be set to a high value.
  • the output speed of the fan can be set to a value in the upper third of the speed range of the fan, particularly in the upper quarter, in the upper fifth or in the upper 10% of the speed range. It is also possible to select the maximum speed of the fan as the output speed and then to reduce the speed in order to find the minimum gradient.
  • Fan-assisted gas burners are known in which the so-called first ignition point when the burner is started by means of a so-called ramp start. is determined table. With a fixed gas flow rate and a permanently running ignition device, the speed of the combustion air blower is continuously reduced from a very high speed until the gas / air mixture has the best possible composition and ignites automatically. The speed measured here is then the output speed for the further regulation according to the method described above.
  • the output speed of the blower can be set to a previously known ignition speed.
  • a known ignition speed (depending on the barometric air pressure, the temperature of the combustion air and the gas flow) can also be selected as the starting point.
  • a typical starting speed can be, for example, 4,000 rpm.
  • the ionization voltage can be determined based on the ionization current such that the ionization current is determined as the current flow that occurs when rectification of an AC voltage caused by the presence of a flame is applied to an ionization electrode arranged in the flame region, the ionization current being passed through an evaluation circuit is converted into a corresponding ionization voltage.
  • a heating device has at least one gas burner which has a combustion air blower driven by a motor, in particular by a speed-controllable motor, and a flame ionization voltage measuring device for detecting an ionization voltage which is dependent on a flame generated by the gas burner.
  • a processing and control unit is also provided, which is coupled to the motor and the flame ionization voltage measuring device. The processing and control unit can be designed to carry out the method described above and regulate the speed of the motor of the combustion air blower in particular on the basis of an evaluation of the ionization voltage.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram for a control system for
  • Fig. 2 is a flowchart with a control method for a ge-powered gas burner.
  • Fig. 1 shows a very rough representation of the basic structure of a Regelsys system, on which the inventive method for regulating a blower-operated gas burner can be carried out.
  • the control system has a processing and control unit 1. Furthermore, a sensor 2 is provided with which the ionization current is measured in the area of a flame generated by the burner and converted into an ionization voltage U ION using a suitable evaluation circuit. The ionization voltage U ION is output as a measured value and passed to the processing and control unit 1.
  • the ionization voltage U ION at the output of the measuring circuit in the presence of a flame can, for example, be in the range between 0.3 V to 3.3 V depending on the quality of the combustion. If the voltage is less than 0.3 V, the flame is recognized as extinguished. In order to increase the robustness of the detection, a hysteresis window of, for example, 0.3 V to 0.7 V is provided. This means that when the flame is detected for the first time, it is only recognized as existing when the ionization voltage reaches at least 0.7 V. In contrast, the flame is only recognized as extinguished when the voltage drops below 0.3 V.
  • the processing and control unit 1 is also connected to a motor 3 of a combustion air blower, not shown.
  • the processing and control unit 1 can control the speed of the motor 3 and thus the combustion air blower.
  • the speed information can be determined in a suitable manner. So it is possible that the processing and control unit 1 itself also specifies the speed by a corresponding control of the motor 3.
  • 3 sensors for example one or more Hall sensors
  • Various options are known for this, which need not be deepened here.
  • the control of the rotational speed of the motor 3 and thus the speed of the combustion air blower can be achieved, for example, by a pulse width Modulation can be specified in a range from 0% to 100% of the rotational speed.
  • the drive voltage of the motor 3 or the drive current of the motor for speed control can also be set directly.
  • FIG. 2 shows a flow diagram with a method for regulating a blown gas burner.
  • the combustion air blower is operated at an output speed which should correspond to a relatively high speed at a starting point SO.
  • the speed n VBL is reduced in a step S 10.
  • the ionization voltage U ION is measured in the manner described above.
  • a gradient of the ionization voltage U ION to the speed n VBL is subsequently determined. If the gradient is less than 0, the method goes to step S 10, so that the speed n VBL is further reduced.
  • step S30 if the gradient in step S30 is greater than 0, the speed is increased in step S40. Subsequently, the ionization voltage U ION is measured again in a step S50 and the gradient is determined in a step S60.
  • step S40 If the gradient is then still greater than 0, the rotational speed is increased further in step S40 and a gradient is determined again in step S60.
  • the "minimum of the gradient” is to be understood as the absolute value. The minimum of the gradient is therefore found at the value 0, while values greater or less than 0 lie above the minimum.
  • This operating point thus recognized means that the ratio between the air supply (determined by the combustion air blower) and the fuel gas supply is optimal for the burner, so that the energy content of the fuel gas can be optimally utilized, with at the same time minimal pollutant emissions.
  • the burner is therefore operated in an optimal operating state. A further reduction in the fan speed would result in too little combustion air being supplied, so that the mixture to be burned would be set too rich. This would result in unnecessarily high fuel gas consumption.
  • step S70 the speed is changed using an offset speed n x .
  • This change in step S70 is optional and does not necessarily have to be carried out.
  • the minimum value for the rotational speed just found in steps S30 and S60 is increased by the offset value n x .
  • the n x value follows from measurements of the type of burner used and can be determined by the manufacturer depending on the design goal.
  • the ionization voltage is measured for the "optimal" speed thus established in step S80 and stored as the operating point U B.
  • the burner can be operated optimally at this operating point, provided that the environmental parameters do not change or only change slightly.
  • the ionization voltage is continuously measured in step S90 and the quality of the flame is thus detected.
  • the ionization voltage can be measured continuously or at regular or widely specified intervals.
  • step S 100 a difference between the ionization voltage U ION measured in step S90 and the ionization voltage U B determined as the operating point in step S80 is determined in the form of the value delta U ION .
  • This deviation of the ionization voltage values is then compared with a value U Y , which represents a decision criterion for the permissible change in the ionization voltage.
  • step S 100 If it is determined in step S 100 that the deviation of the current ionization voltage U ION from the ionization voltage U B specified for the operating point is less than or equal to the value U Y , the measurement is continued in step S90 and the burner operates kept unchanged. However, if it is determined in step S 100 that the deviation is too large, the method determines that a readjustment of the operating point is necessary. One reason for this can be a change in one or more environmental parameters, for example, which means that the burner can no longer be operated at the optimum operating point at this point in time.
  • step S 10 The method is then carried out again, by reducing the speed in step S 10. Before that, it is sensible to raise the speed to a higher value (output speed) in order to be able to change the speed over a larger range.

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Abstract

A method for regulating a gas burner, wherein the gas burner has a combustion air supply fan whose rotational speed can be set variably, has the following steps: – operating the fan and detecting a fan rotational speed (nVBL); – changing the fan rotational speed; – measuring an ionization voltage (UION) which correlates with an ionization flow in a flame region of the gas burner; – finding a minimum of a gradient of the measured ionization voltage at the current fan rotational speed; – determining an operating point by measuring the current ionization voltage and storing as an operating point; – while the burner is operating, continuously measuring the current ionization voltage; – determining a deviation between the currently measured ionization voltage and the operating point; – checking whether the deviation (Delta UION) is within a predefined limit (UY) and carrying out a case differentiation: + if the deviation is within the predefined limit (UY), continuing the continuous measurement of the current ionization voltage; + if the deviation is not within the predefined limit (UY), repeating the method from the above change in the fan rotational speed.

Description

Heizvorrichtung und  Heater and
Verfahren zum Regeln eines gebläsebetriebenen Gasbrenners Method of controlling a blower gas burner
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners, wobei der Gasbrenner ein Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft aufweist, dessen Drehzahl variabel einstellbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Heizvorrich tung mit einem entsprechend regelbaren Gasbrenner. The invention relates to a method for regulating a gas burner, the gas burner having a fan for supplying combustion air, the speed of which can be variably adjusted. Furthermore, the invention relates to a Heizvorrich device with a correspondingly adjustable gas burner.
Zur Überwachung des Vorhandenseins einer Flamme bei einem Gasbrenner sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die insbesondere auf thermischen, optischen oder elektrischen Prinzipien beruhen. Als besonders zuverlässig gilt die Ionisati- ons-Flammerkennung, bei der die Ionisationswirkung einer Flamme genutzt wird, um zu erkennen, ob der Brenner eine Flamme erzeugt oder nicht. Various possibilities are known for monitoring the presence of a flame in a gas burner, which are based in particular on thermal, optical or electrical principles. Ionization flame detection, in which the ionization effect of a flame is used to detect whether the burner is generating a flame or not, is particularly reliable.
Beispiele für derartige Vorrichtungen sind zum Beispiel in der EP 2 357 410 A2 und der DE 10 2005 012 388 Al beschrieben. Examples of such devices are described, for example, in EP 2 357 410 A2 and DE 10 2005 012 388 A1.
Bei der Flammionisationserkennung wird, meist mit Hilfe einer Ionisationselekt rode und einer Masseelektrode, im Bereich der Flamme eine Wechselspannung angelegt. Wenn die Flamme brennt, bewirkt dies einen Gleichrichtereffekt auf die Wechselspannung, der einen Stromfluss von der Masse zur Ionisationselektrode bewirkt. Dieser Stromfluss wird von einer Messelektronik ausgewertet bzw. aufge arbeitet und kann in Form einer Ionisationsspannung bereitgestellt werden. Die am Ausgang der Messelektronik als Messergebnis zur Verfügung gestellte Ionisati onsspannung korreliert somit mit dem Ionisationsstrom. In flame ionization detection, an alternating voltage is applied in the area of the flame, usually with the aid of an ionization electrode and a ground electrode. When the flame burns, it causes a rectifying effect on the AC voltage, which causes current to flow from the ground to the ionization electrode. This current flow is evaluated or worked up by measuring electronics and can be provided in the form of an ionization voltage. The ionization voltage provided as the measurement result at the output of the measuring electronics thus correlates with the ionization current.
Wenn die Messelektronik eine Ionisationsspannung ausgibt, die einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird dies als Vorhandensein einer Flamme erkannt. Das Unterschreiten eines entsprechenden Grenzwerts kann hingegen dahingehend in terpretiert werden, dass keine Flamme brennt. If the measuring electronics output an ionization voltage that exceeds a certain limit, this is recognized as the presence of a flame. On the other hand, falling below a corresponding limit value can be interpreted as meaning that no flame is burning.
Gasbrenner, insbesondere gebläsebetriebene Gasbrenner sind häufig wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt, die zu einem veränderlichen Brennverhalten führen können. Derartige Umgebungsparameter sind zum Beispiel Luftdruck, Temperatur der Verbrennungszuluft, Gasdruck (Druck, mit dem das Brenngas zugeführt wird), Gasart und auch der Energiewert des Gases. Dabei ist zu berück sichtigen, dass häufig die Zusammensetzung des Brenngases variieren kann. Zum Beispiel kann bei typischen Gasgemischen wie LPG (Liquefied Petroleum Gas - Autogas) bzw. typischen Propan/Butan-Gemischen die Zusammensetzung verän derlich sein. So ist es je nach Gaszufuhr möglich, dass reines Propan, reines Bu tan oder auch ein Undefiniertes Propan/Butan-Gemisch zugeführt wird. Gas burners, in particular fan-operated gas burners, are frequently exposed to changing environmental conditions, which can lead to changing combustion behavior. Such environmental parameters are, for example, air pressure, temperature of the combustion supply air, gas pressure (pressure at which the fuel gas is supplied), type of gas and also the energy value of the gas. It should be borne in mind that the composition of the fuel gas can often vary. To the For example, the composition of typical gas mixtures such as LPG (liquefied petroleum gas - LPG) or typical propane / butane mixtures can be changed. Depending on the gas supply, it is possible for pure propane, pure butane or an undefined propane / butane mixture to be supplied.
Aufgrund der veränderlichen Umgebungsparameter besteht die Möglichkeit, dass der Gasbrenner nicht im optimalen Betriebspunkt betrieben wird, bei dem der Brennstoff optimal verbrannt wird und der Schadstoffausstoß minimal ist. Häufig wird dieser Zustand mit l = 1 gekennzeichnet, bei dem sich Brenngas und Sauer stoff in einem stöchiometrisch bestimmten Verhältnis befinden. Due to the changing environmental parameters, there is a possibility that the gas burner will not be operated at the optimal operating point at which the fuel is optimally burned and the pollutant emissions are minimal. This state is often identified with l = 1, in which the fuel gas and oxygen are in a stoichiometrically determined ratio.
In der DE 10 2017 204 012 Al wird ein Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners beschrieben. DE 10 2017 204 012 A1 describes a method for regulating a gas burner.
Aus der DE 10 2008 027 010 Al ist ein Verfahren zum Überprüfen eines Ionisati onssignals eines Brenners bekannt. From DE 10 2008 027 010 Al a method for checking an ionization signal of a burner is known.
Die DE 10 2015 1 16 458 Al beschreibt ein Verfahren zur Unterscheidung zweier für einen Verbrennungsprozess vorgesehener Brenngase mit unterschiedlich ho hen Energiegehalten. DE 10 2015 1 16 458 A1 describes a method for distinguishing two combustion gases with different energy levels provided for a combustion process.
Ein anderes Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners wird in der US 5 971 745 A beschrieben. Another method for regulating a gas burner is described in US Pat. No. 5,971,745.
In der DE 199 47 181 Al wird ein Verfahren zur Bestimmung eines für die aktuel le Luftzahl repräsentativen Signals offenbart. DE 199 47 181 A1 discloses a method for determining a signal representative of the current air ratio.
Schließlich befasst sich die DE 198 31 648 Al mit einem Verfahren zum funktio neilen Adaptieren einer Regelelektronik an ein Gasgerät. Finally, DE 198 31 648 A1 is concerned with a method for the functional adaptation of control electronics to a gas appliance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln eines Gas brenners anzugeben, mit dem ein definierter Betriebspunkt für einen Brennerbe trieb sichergestellt werden kann. Der Betriebspunkt soll sich dann nahe beim Op timum für den Brennerbetrieb befinden. The invention has for its object to provide a method for controlling a gas burner with which a defined operating point for a burner operation can be ensured. The operating point should then be close to the op timum for burner operation.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprü chen angegeben. Es wird ein Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners angegeben, wobei der Gas brenner ein Gebläse zum Zuführen von Verbrennungsluft aufweist, dessen Dreh zahl variabel einstellbar ist. Das Verfahren weist insbesondere die folgenden Schritte auf: The object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1. Advantageous refinements are specified in the dependent claims. A method for regulating a gas burner is specified, the gas burner having a blower for supplying combustion air, the speed of which can be variably adjusted. The method has the following steps in particular:
Betreiben des Gebläses und Erfassen einer Gebläsedrehzahl;  Operating the blower and sensing a blower speed;
Verändern der Gebläsedrehzahl;  Changing the fan speed;
Messen einer Ionisationsspannung, die zu einem Ionisationsstrom in einem Flammbereich des Gasbrenners korreliert;  Measuring an ionization voltage that correlates to an ionization current in a flame region of the gas burner;
Finden eines Minimums eines Gradienten der gemessenen Ionisationsspan nung zu der aktuellen Gebläsedrehzahl;  Finding a minimum of a gradient of the measured ionization voltage to the current fan speed;
Bestimmen eines Betriebspunkts durch Messen der aktuellen Ionisations spannung und Abspeichern als Betriebspunkt;  Determining an operating point by measuring the current ionization voltage and storing it as an operating point;
während des Brennerbetriebs fortlaufendes Messen der aktuellen Ionisati onsspannung;  continuous measurement of the current ionization voltage during burner operation;
Bestimmen einer Abweichung zwischen der aktuell gemessenen Ionisations spannung und dem Betriebspunkt;  Determining a deviation between the currently measured ionization voltage and the operating point;
Prüfen, ob die Abweichung innerhalb einer vorgegebenen Grenze liegt und Durchführen einer Fallunterscheidung: wenn die Abweichung innerhalb der vorgegebenen Grenze liegt, Fortführen des fortlaufenden Messens der aktu ellen Ionisationsspannung; wenn hingegen die Abweichung nicht innerhalb der vorgegebenen Grenze liegt, Wiederholen des Verfahrens ab dem obigen Schritt "Verändern der Gebläsedrehzahl" .  Check whether the deviation is within a predefined limit and carry out a case distinction: if the deviation is within the predefined limit, continue the continuous measurement of the current ionization voltage; if, on the other hand, the deviation is not within the predetermined limit, repeat the process from the above step "changing the fan speed".
Das Verfahren wird in der Regel durch eine Verarbeitungs- und Steuereinheit durchgeführt, die die Verfahrensschritte verarbeitet und dabei mit den entspre chenden Komponenten (Flammdetektor bzw. Ionisationsspannungs-Sensor, Geblä semotor etc. ) kommuniziert. The process is usually carried out by a processing and control unit, which processes the process steps and communicates with the corresponding components (flame detector or ionization voltage sensor, fan motor, etc.).
Mit Hilfe des Verfahrens wird somit das Gebläse des Gasbrenners betrieben, um Verbrennungsluft zuzuführen. Dabei wird die Gebläsedrehzahl in geeigneter Weise erfasst, zum Beispiel durch einen oder mehrere Hall-Sensoren oder durch Be stimmung der sogenannten Kommutierungs-Oberwellen des Rotor- und Statorpa ketes auf der Versorgungsspannung des Rotors. Entsprechend können durch eine Messeinrichtung zum Beispiel Pulse pro Minute erzeugt werden und einer Verar beitungs- und Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden. Zur Erfassung der Drehzahl sind auch andere Verfahren bekannt, die sich für die hier beschriebene Regelung eignen. Die Verarbeitungs- und Steuereinheit ist in der Lage, die Gebläsedrehzahl zu ver ändern, d.h. zu verringern oder zu erhöhen. Dazu kann sie den Gebläsemotor ent sprechend ansteuern. With the aid of the method, the fan of the gas burner is thus operated in order to supply combustion air. The fan speed is recorded in a suitable manner, for example by one or more Hall sensors or by determining the so-called commutation harmonics of the rotor and stator packets on the supply voltage of the rotor. Correspondingly, for example, pulses can be generated per minute by a measuring device and made available to a processing and control unit. Other methods for detecting the speed are also known which are suitable for the control described here. The processing and control unit is able to change the fan speed, ie to reduce or increase it. To do this, it can control the blower motor accordingly.
Gemäß dem Verfahren wird eine Ionisationsspannung gemessen, die zu einem Io nisationsstrom in einem Flammbereich des Gasbrenners korreliert. Der Span nungswert wird durch ein gleichgerichtetes Frequenzsignal der Brennerflamme erzeugt und über einen sogenannten Shunt-Widerstand und mittels einer Analog- / Digital- Wandlung der Verarbeitungs- und Steuereinheit zur Verfügung gestellt. According to the method, an ionization voltage is measured which correlates to an ionization current in a flame area of the gas burner. The voltage value is generated by a rectified frequency signal from the burner flame and made available to the processing and control unit via a so-called shunt resistor and by means of an analog / digital conversion.
Wie oben dargelegt, ergibt sich bei Vorhandensein einer Flamme ein Stromfluss (Ionisationsstrom) aufgrund der Gleichrichtungswirkung der Flamme auf die ange legte Wechselspannung. Dieser Ionisationsstrom wird mit Hilfe einer Auswer teschaltung mit Differenzverstärker in eine repräsentative Spannung (Ionisations spannung) umgewandelt, damit die weitere Auswertung spannungsbasiert bzw. - nach der Analog- /Digital- Wandlung - digital durchgeführt werden kann. Somit können die Spannungswerte digitalisiert und weiterverarbeitet werden. As stated above, when a flame is present, there is a current flow (ionization current) due to the rectifying effect of the flame on the AC voltage applied. This ionization current is converted into a representative voltage (ionization voltage) with the aid of an evaluation circuit with differential amplifier, so that the further evaluation can be carried out voltage-based or - after the analog / digital conversion - digitally. The voltage values can thus be digitized and further processed.
Gemäß dem Verfahren wird während des Veränderns der Gebläsedrehzahl ver sucht, ein Minimum eines Gradienten der gemessenen Ionisationsspannung zu der aktuellen Gebläsedrehzahl zu finden. Die Gebläsedrehzahl wird somit gezielt verändert, d.h. verringert oder erhöht. Gleichzeitig wird die Ionisationsspannung ermittelt. Solange sich die Ionisationsspannung stärker ändert als die Geblä sedrehzahl, wird die Gebläsedrehzahl weiter variiert. Erst dann, wenn das Opti mum in Form des Minimums des Gradienten gefunden wurde, erfolgt keine weite re Drehzahlveränderung. According to the method, while the fan speed is being changed, an attempt is made to find a minimum of a gradient of the measured ionization voltage to the current fan speed. The fan speed is thus specifically changed, i.e. decreased or increased. At the same time, the ionization voltage is determined. As long as the ionization voltage changes more than the fan speed, the fan speed will continue to vary. Only when the optimum in the form of the minimum of the gradient has been found is there no further change in speed.
Der angegebenen Gradient beschreibt die in der Flamme gemessene Ionisations spannungsänderung in Bezug auf die Drehzahländerung des Verbrennungsluftge bläses. Beim Gradientenminimum liegt genau der Punkt, der als Unterschei dungsmerkmal bzw. Grenze zwischen einem fetten oder einem mageren Betrieb des Gasbrenners dient. Bei einer geringeren Drehzahl beginnt der sog. „fette Be reich“, in dem die durch das Verbrennungsluftgebläse zugeführte Verbrennungs luft nicht ausreicht, um das Brenngas vollständig zu verbrennen. Bei einer höhe ren Drehzahl liegt der sog. „magere Bereich“ vor, in dem mehr Verbrennungsluft zugeführt wird als erforderlich. Dieses Entscheidungskriterium kann mit Absolutwerten alleine nicht bestimmt werden, da es immer die zueinander gehörenden Änderungen berücksichtigen muss. The specified gradient describes the ionization voltage change measured in the flame in relation to the speed change of the combustion air blower. The gradient minimum is exactly the point that serves as a distinguishing feature or boundary between a rich or a lean operation of the gas burner. At a lower speed, the so-called “rich area” begins, in which the combustion air supplied by the combustion air blower is not sufficient to completely burn the fuel gas. At a higher speed, the so-called “lean area” exists, in which more combustion air is supplied than is necessary. This decision criterion cannot be determined with absolute values alone, since it always has to take into account the changes that belong together.
Der Gradient beschreibt also die Reaktion des Brenners (in Form der Ionisations spannung) auf die Drehzahländerung. The gradient thus describes the reaction of the burner (in the form of the ionization voltage) to the change in speed.
Ausgehend von dem somit gefundenen Betriebszustand, d.h. der aktuellen Ionisa tionsspannung und der entsprechenden Gebläsedrehzahl, wird ein Betriebspunkt für die Ionisationsspannung bestimmt und abgespeichert. Dazu können die Para meter (Gebläsedrehzahl bzw. die sich dann entsprechend ändernde Ionisations spannung) auch vorab noch verändert werden, wie später noch erläutert wird. Based on the operating state thus found, i.e. an operating point for the ionization voltage is determined and stored, the current ionization voltage and the corresponding fan speed. For this purpose, the parameters (fan speed or the correspondingly changing ionization voltage) can also be changed in advance, as will be explained later.
Dieser Zustand wird als optimal betrachtet, in dem der Gasbrenner aufgrund der zu diesem Zeitpunkt gegebenen Umgebungsparameter betrieben werden soll. This state is considered to be optimal in which the gas burner is to be operated on the basis of the environmental parameters given at this point in time.
Nachfolgend wird kontinuierlich bzw. fortlaufend, also auch beispielsweise in be stimmten Zeitintervallen, die Messung der aktuellen Ionisationsspannung durch geführt. Die jeweils aktuell gemessene Ionisationsspannung wird mit dem Be triebspunkt bzw. der vorab gespeicherten Ionisationsspannung im Betriebspunkt verglichen. Dabei wird eine Abweichung bestimmt. Subsequently, the measurement of the current ionization voltage is carried out continuously or continuously, that is to say, for example, at certain time intervals. The currently measured ionization voltage is compared with the operating point or the previously stored ionization voltage at the operating point. A deviation is determined.
Nachfolgend wird geprüft, ob die somit bestimmte Abweichung innerhalb einer vorgegebenen Grenze liegt. Solange die Abweichung innerhalb der vorgegebenen Grenze liegt, erfolgt ein Fortführen des fortlaufenden Messens der aktuellen Ioni sationsspannung. In the following it is checked whether the deviation thus determined is within a predetermined limit. As long as the deviation lies within the specified limit, the current ionization voltage is continuously measured.
Wenn hingegen die Abweichung nicht innerhalb der vorgegebenen Grenze liegt und somit zu groß ist, wird das oben beschriebene Verfahren zum Bestimmen ei nes neuen Betriebspunkts wiederholt. In diesem Fall wird nämlich erkannt, dass sich die Umgebungsparameter derart geändert haben, dass der Brenner nicht mehr im optimalen Zustand betrieben werden kann, was eine Neujustierung durch Bestimmen eines neuen Betriebspunkts erforderlich macht. On the other hand, if the deviation is not within the predetermined limit and is therefore too large, the above-described method for determining a new operating point is repeated. In this case, it is recognized that the environmental parameters have changed such that the burner can no longer be operated in the optimum state, which necessitates a readjustment by determining a new operating point.
Zum Starten des Verfahrens ist es möglich, vor dem Messen der Ionisationsspan nung zunächst das Gebläse mit einer vorgegebenen Ausgangsdrehzahl zu betrei ben und nachfolgend die Gebläsedrehzahl zu verringern. Erst dann beginnt das Messen der Ionisationsspannung und das nachfolgende Finden des Gradienten- Minimums. Dabei macht das Messen und weitere Verarbeiten der Ionisations- Spannung in der oben beschriebenen Weise nur dann Sinn, wenn auch eine Flamme vom Brenner erzeugt wird, also eine Flamme gezündet wurde. To start the method, it is possible to operate the blower at a predetermined output speed and then to reduce the blower speed before measuring the ionization voltage. Only then does the measurement of the ionization voltage begin and the subsequent finding of the gradient minimum. The measurement and further processing of the ionization Voltage in the manner described above only makes sense if a flame is also generated by the burner, i.e. a flame has been ignited.
Bei einer Variante wird nach dem Schritt des "Findens eines Minimums eines Gradienten der gemessenen Ionisationsspannung zu der aktuellen Gebläsedreh- zahl" und vor dem Schritt "Bestimmen eines Betriebspunkts" der zusätzliche Schritt durchgeführt, dass die Gebläsedrehzahl um einen Offsetwert erhöht wird. In one variant, after the step of “finding a minimum of a gradient of the measured ionization voltage relative to the current fan speed” and before the step “determining an operating point”, the additional step is carried out that the fan speed is increased by an offset value.
Der Offsetwert ist brennerabhängig bzw. gerätespezifisch und repräsentiert damit den gerätespezifischen Abstand vom Drehzahlminimum, bei dem der Brenner möglichst optimal in Bezug auf Abgaswerte und / oder Leistung arbeitet. The offset value is burner-dependent or device-specific and thus represents the device-specific distance from the minimum speed at which the burner works as optimally as possible with regard to exhaust gas values and / or output.
Wie oben ausgeführt, strebt das Verfahren das Finden eines Minimums des Gradi enten der Ionisationsspannung zur Gebläsedrehzahl an, so dass der Brenner im optimalen Betriebszustand betrieben werden kann. Aus der Praxis ist es jedoch bekannt, dass bei typischen Brennern in diesem Drehzahlminimum bereits kleine Abweichungen, zum Beispiel in Bezug auf die Umgebungsparameter, dazu führen können, dass sich das Brennverhalten des Brenners drastisch ändert. Daher hat es sich als zweckmäßig ergeben, dass der Brenner nicht in diesem Minimum be trieben werden soll, sondern knapp darüber. Dies führt zu einem "gutmütigeren" Brennerverhalten. As stated above, the method aims to find a minimum of the gradient of the ionization voltage to the fan speed so that the burner can be operated in the optimal operating state. From practice, however, it is known that in typical burners, even small deviations, for example in relation to the environmental parameters, can result in the burner's combustion behavior changing drastically at this speed minimum. It has therefore proven to be expedient that the burner should not be operated at this minimum, but just above it. This leads to a "good-natured" burner behavior.
Der Offsetwert wird so bestimmt, dass auch bei einem Betrieb mit Extremwerten der Betriebsparameter die gesetzlichen Grenzwerte eingehalten werden. Zum Bei spiel treten in der Praxis Fälle auf, in denen das z.B. aus einer Gasflasche zuge führte (Brenn-)Gas mehr Butan enthält als dies bei einer allgemein üblichen Pro pan/Butan-Mischung der Fall ist. Somit besteht das Risiko, dass der CO-Ausstoss ansteigt. Für diesen Extremfall wird der Offset gerade derart gesetzt, dass auch bei einem Betrieb mit einem höhreren Butan-Anteil im Brenngas der gesetzlich maximal zulässige Grenzwert nicht überschritten wird. Mit anderen Worten: Der Offset wird so gewählt, dass man sich möglichst weit vom empfindlichen Mini mumwert entfernt, aber nicht so weit, dass man bei besonderen, aber real existie renden und somit bekannten bzw. im Effekt vorausberechenbaren Parameterände rungen außerhalb der gesetzl. Normen liegt. The offset value is determined in such a way that the legal limit values are observed even when operating with extreme values of the operating parameters. For example, in practice there are cases where e.g. (Fuel) gas supplied from a gas bottle contains more butane than is the case with a generally customary propane / butane mixture. There is therefore a risk that CO emissions will increase. For this extreme case, the offset is set in such a way that even with operation with a higher butane content in the fuel gas, the legally maximum permissible limit value is not exceeded. In other words: The offset is chosen so that you are as far away from the sensitive minimum value as possible, but not so far that you can change special, but actually existing and therefore known or predictable effect changes outside of the legal. Norms lies.
Die Bestimmung des Offsetwerts folgt aus der Vermessung des Brennertyps und ist damit auch abhängig davon, wie weit es von Seiten des Herstellers zulässig sein soll, sich von dem Minimum (Optimum) zu entfernen. Typischerweise kann ein derartiger Offsetwert im Bereich von 50 U/ min bis 1 .000 U/min liegen, wobei aber auch andere Werte sinnvoll sein können. The determination of the offset value follows from the measurement of the burner type and is therefore also dependent on how far the manufacturer should be allowed to move away from the minimum (optimum). Typically can such an offset value is in the range from 50 rpm to 1,000 rpm, although other values can also be useful.
Für den Schritt des "Findens eines Minimums eines Gradienten der gemessenen Ionisationsspannung zu der aktuellen Gebläsedrehzahl" können die folgenden Schritte durchgeführt werden: The following steps can be carried out for the step of "finding a minimum of a gradient of the measured ionization voltage at the current fan speed":
Verringern der Gebläsedrehzahl;  Reducing fan speed;
Messen der aktuellen Ionisationsspannung;  Measuring the current ionization voltage;
Bestimmen des Gradienten der gemessenen Ionisationsspannung zu der aktuellen Gebläsedrehzahl;  Determining the gradient of the measured ionization voltage to the current fan speed;
Durchführen einer Fallunterscheidung:  To make a case distinction:
Wenn der Gradient kleiner als Null (0) ist, Verringern der Gebläsedrehzahl und Wiederholen der obigen Schritte des Messens der aktuellen Ionisati onsspannung und des Findens des Gradienten. Wenn der Gradient größer als Null ist, Erhöhen der Gebläsedrehzahl und Wiederholen der obigen Schritte des Messens der aktuellen Ionisationsspannung und des Findens des Gradienten. Wenn der Gradient gleich Null ist, Bestimmen des Gradien ten als Minimum und Fortführen des Verfahrens.  If the gradient is less than zero (0), decrease the fan speed and repeat the above steps of measuring the current ionization voltage and finding the gradient. If the gradient is greater than zero, increase the fan speed and repeat the above steps of measuring the current ionization voltage and finding the gradient. If the gradient is zero, determine the gradient as the minimum and continue the procedure.
Das Kriterium, dass der Gradient "gleich Null" sein kann, muss nicht bedeuten, dass er exakt gleich "0" sein muss. Hier ist es vielmehr ausreichend, wenn der Gradient unterhalb einer vorgegebenen Schwelle, also auch knapp über Null oder unter Null liegt. The criterion that the gradient can be "zero" does not have to mean that it must be exactly "0". Rather, it is sufficient here if the gradient is below a predetermined threshold, that is to say also just above zero or below zero.
Mit Hilfe der hier beschriebenen Schritte ist es möglich, durch Variation der Ge bläsedrehzahl das Gradienten-Minimum zu finden, so dass nachfolgend dieses Minimum als Betriebspunkt bestimmt werden kann, gegebenenfalls nach Anpas sung um einen Offsetwert, wie oben bereits erläutert. With the help of the steps described here, it is possible to find the gradient minimum by varying the fan speed, so that this minimum can subsequently be determined as the operating point, if necessary after adjustment by an offset value, as already explained above.
Die Ausgangsdrehzahl des Gebläses beim Starten des Verfahrens sollte sinnvoll erweise auf einen hohen Wert eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Aus gangsdrehzahl des Gebläses auf einen Wert im oberen Drittel des Drehzahlbe reichs des Gebläses eingestellt werden, insbesondere im oberen Viertel, im oberen Fünften oder in den oberen 10% des Drehzahlbereichs. Ebenso ist es auch mög lich, als Ausgangsdrehzahl die Maximaldrehzahl des Gebläses zu wählen und nachfolgend die Drehzahl zu verringern, um das Gradienten-Minimum zu finden. The output speed of the fan when starting the process should sensibly be set to a high value. For example, the output speed of the fan can be set to a value in the upper third of the speed range of the fan, particularly in the upper quarter, in the upper fifth or in the upper 10% of the speed range. It is also possible to select the maximum speed of the fan as the output speed and then to reduce the speed in order to find the minimum gradient.
Es sind Gebläse-unterstützte Gasbrenner bekannt, bei denen der sogenannte ers te Zündpunkt beim Brennerstart durch einen sogenannten Rampenstart automa- tisch ermittelt wird. Dabei wird bei einem festgelegten Gasdurchfluss und einer dauerhaft laufenden Zündeinrichtung die Geschwindigkeit des Verbrennungsluft gebläses von einer sehr hohen Drehzahl laufend verringert, bis das Gas- Luftgemisch eine möglichst optimale Zusammensetzung hat und automatisch zündet. Die dabei gemessene Drehzahl ist dann die Ausgangsdrehzahl für die wei tere Regelung nach dem oben beschriebenen Verfahren. Fan-assisted gas burners are known in which the so-called first ignition point when the burner is started by means of a so-called ramp start. is determined table. With a fixed gas flow rate and a permanently running ignition device, the speed of the combustion air blower is continuously reduced from a very high speed until the gas / air mixture has the best possible composition and ignites automatically. The speed measured here is then the output speed for the further regulation according to the method described above.
Alternativ ist es möglich, die Ausgangsdrehzahl des Gebläses auf eine vorbekann te Zünddrehzahl einzustellen. So kann auch eine bekannte Zünddrehzahl (abhän gig vom barometrischen Luftdruck, der Temperatur der Verbrennungsluft und dem Gasdurchsatz) fest als Startpunkt gewählt werden. Alternatively, it is possible to set the output speed of the blower to a previously known ignition speed. A known ignition speed (depending on the barometric air pressure, the temperature of the combustion air and the gas flow) can also be selected as the starting point.
Eine übliche Anfangsdrehzahl kann zum Beispiel bei 4.000 U/min liegen. A typical starting speed can be, for example, 4,000 rpm.
Die Ionisationsspannung kann auf der Grundlage des Ionisationsstroms bestimmt werden, derart, dass der Ionisationsstrom als Stromfluss bestimmt wird, der bei einer durch das Vorhandensein einer Flamme bewirkten Gleichrichtung einer Wechselspannung auftritt, die an eine im Flammbereich angeordnete Ionisations elektrode angelegt wird, wobei der Ionisationsstrom durch eine Auswerteschaltung in eine entsprechende Ionisationsspannung umgewandelt wird. The ionization voltage can be determined based on the ionization current such that the ionization current is determined as the current flow that occurs when rectification of an AC voltage caused by the presence of a flame is applied to an ionization electrode arranged in the flame region, the ionization current being passed through an evaluation circuit is converted into a corresponding ionization voltage.
Eine Heizvorrichtung weist wenigstens einen Gasbrenner auf, der ein durch einen Motor, insbesondere durch einen drehzahlregelbaren Motor angetriebenes Ver brennungsluftgebläse aufweist, sowie eine Flammionisationsspannungs- Messeinrichtung zum Erfassen einer Ionisationsspannung, die von einer durch den Gasbrenner erzeugten Flamme abhängig ist. Weiterhin ist eine Verarbeitungs und Steuereinheit vorgesehen, die mit dem Motor und der Flammionisationsspan- nungs-Messeinrichtung gekoppelt ist. Die Verarbeitungs- und Steuereinheit kann dazu ausgebildet sein, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen und dabei insbesondere aufgrund einer Auswertung der Ionisationsspannung die Drehzahl des Motors des Verbrennungsluftgebläses regeln. A heating device has at least one gas burner which has a combustion air blower driven by a motor, in particular by a speed-controllable motor, and a flame ionization voltage measuring device for detecting an ionization voltage which is dependent on a flame generated by the gas burner. A processing and control unit is also provided, which is coupled to the motor and the flame ionization voltage measuring device. The processing and control unit can be designed to carry out the method described above and regulate the speed of the motor of the combustion air blower in particular on the basis of an evaluation of the ionization voltage.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend an hand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläu tert. Es zeigen: These and other advantages and features of the invention are explained in more detail below using examples with the aid of the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm für ein Regelsystem zum Fig. 1 is a schematic block diagram for a control system for
Regeln eines Gasbrenners; und Fig. 2 ein Flussdiagramm mit einem Regelverfahren für einen ge bläsebetriebenen Gasbrenner. Regulating a gas burner; and Fig. 2 is a flowchart with a control method for a ge-powered gas burner.
Fig. 1 zeigt in sehr grober Darstellung den prinzipiellen Aufbau eines Regelsys tems, auf dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln eines gebläsebetrie benen Gasbrenners durchgeführt werden kann. Fig. 1 shows a very rough representation of the basic structure of a Regelsys system, on which the inventive method for regulating a blower-operated gas burner can be carried out.
Das Regelsystem weist eine Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 auf. Weiterhin ist ein Sensor 2 vorgesehen, mit dem der Ionisationsstrom in dem Bereich einer durch den Brenner erzeugten Flamme gemessen und mit Hilfe einer geeigneten Auswerteschaltung in eine Ionisationsspannung UION gewandelt wird. Die Ionisati onsspannung UION wird als Messwert ausgegeben und an die Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 geführt. The control system has a processing and control unit 1. Furthermore, a sensor 2 is provided with which the ionization current is measured in the area of a flame generated by the burner and converted into an ionization voltage U ION using a suitable evaluation circuit. The ionization voltage U ION is output as a measured value and passed to the processing and control unit 1.
In einer praktischen Anwendung kann die Ionisationsspannung UION am Ausgang der Messschaltung bei Vorhandensein einer Flamme zum Beispiel im Bereich zwi schen 0,3 V bis 3,3 V je nach Qualität der Verbrennung liegen. Bei Spannungen von kleiner als 0,3 V wird die Flamme als erloschen erkannt. Um die Robustheit der Erkennung zu erhöhen, ist ein Hysteresefenster von zum Beispiel 0,3 V bis 0, 7 V vorgesehen. Das bedeutet, dass bei einem erstmaligen Erkennen die Flamme erst dann als existent erkannt wird, wenn die Ionisationsspannung mindestens 0, 7 V erreicht. Dagegen wird die Flamme erst bei Unterschreiten von 0,3 V als erloschen erkannt. In a practical application, the ionization voltage U ION at the output of the measuring circuit in the presence of a flame can, for example, be in the range between 0.3 V to 3.3 V depending on the quality of the combustion. If the voltage is less than 0.3 V, the flame is recognized as extinguished. In order to increase the robustness of the detection, a hysteresis window of, for example, 0.3 V to 0.7 V is provided. This means that when the flame is detected for the first time, it is only recognized as existing when the ionization voltage reaches at least 0.7 V. In contrast, the flame is only recognized as extinguished when the voltage drops below 0.3 V.
Die Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 ist weiterhin mit einem Motor 3 eines nicht dargestellten Verbrennungsluftgebläses verbunden. Insbesondere kann die Verarbeitungs- und Steuereinheit 1 die Drehzahl des Motors 3 und damit des Ver brennungsluftgebläses ansteuern. Umgekehrt ist es erforderlich, dass die Verar beitungs- und Steuereinheit 1 eine Information über die Drehzahl nVBL des Motors 3 und damit des Verbrennungsluftgebläses erhält. Die Drehzahlinformation kann in geeigneter Weise ermittelt werden. So ist es möglich, dass die Verarbeitungs und Steuereinheit 1 bereits selbst durch eine entsprechende Ansteuerung des Mo tors 3 auch die Drehzahl vorgibt. Ebenso können am Motor 3 Sensoren (z.B. einer oder mehrere Hall-Sensoren) vorgesehen sein, um die Drehzahl des Motors 3 zu ermitteln. Hierzu sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die an dieser Stelle nicht vertieft werden müssen. The processing and control unit 1 is also connected to a motor 3 of a combustion air blower, not shown. In particular, the processing and control unit 1 can control the speed of the motor 3 and thus the combustion air blower. Conversely, it is necessary for the processing and control unit 1 to receive information about the speed n VBL of the engine 3 and thus of the combustion air blower. The speed information can be determined in a suitable manner. So it is possible that the processing and control unit 1 itself also specifies the speed by a corresponding control of the motor 3. Likewise, 3 sensors (for example one or more Hall sensors) can be provided on the motor in order to determine the speed of the motor 3. Various options are known for this, which need not be deepened here.
Die Ansteuerung der Drehgeschwindigkeit des Motors 3 und damit der Geschwin digkeit des Verbrennungsluftgebläses kann zum Beispiel durch eine Pulsweiten- Modulation in einem Bereich von 0% bis 100% der Drehgeschwindigkeit vorgege ben werden. Alternativ kann auch direkt die Antriebsspannung des Motors 3 oder der Antriebsstrom des Motors zur Geschwindigkeitsregelung eingestellt werden. The control of the rotational speed of the motor 3 and thus the speed of the combustion air blower can be achieved, for example, by a pulse width Modulation can be specified in a range from 0% to 100% of the rotational speed. Alternatively, the drive voltage of the motor 3 or the drive current of the motor for speed control can also be set directly.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Verfahren zum Regeln eines gebläsebe triebenen Gasbrenners. FIG. 2 shows a flow diagram with a method for regulating a blown gas burner.
Zum Start des Verfahrens wird in einem Startpunkt SO das Verbrennungsluftge bläse mit einer Ausgangsdrehzahl betrieben, die einer relativ hohen Drehzahl ent sprechen sollte. Ausgehend von dieser Drehzahl wird die Drehzahl nVBL in einem Schritt S 10 reduziert. In einem Schritt S20 erfolgt die Messung der Ionisations spannung UION in der oben beschriebenen Weise. At the start of the method, the combustion air blower is operated at an output speed which should correspond to a relatively high speed at a starting point SO. Starting from this speed, the speed n VBL is reduced in a step S 10. In a step S20, the ionization voltage U ION is measured in the manner described above.
Nachfolgend wird in einem Schritt S30 ein Gradient der Ionisationsspannung UION zu der Drehzahl nVBL bestimmt. Wenn der Gradient kleiner als 0 ist, geht das Ver fahren zu Schritt S 10, so dass die Drehzahl nVBL weiter reduziert wird. In a step S30, a gradient of the ionization voltage U ION to the speed n VBL is subsequently determined. If the gradient is less than 0, the method goes to step S 10, so that the speed n VBL is further reduced.
Wenn hingegen der Gradient im Schritt S30 größer als 0 ist, wird die Drehzahl in einem Schritt S40 erhöht. Nachfolgend wird in einem Schritt S50 die Ionisations spannung UION erneut gemessen und in einem Schritt S60 der Gradient bestimmt. On the other hand, if the gradient in step S30 is greater than 0, the speed is increased in step S40. Subsequently, the ionization voltage U ION is measured again in a step S50 and the gradient is determined in a step S60.
Sofern dann der Gradient immer noch größer als 0 ist, wird die Drehzahl im Schritt S40 weiter erhöht und erneut ein Gradient im Schritt S60 bestimmt. If the gradient is then still greater than 0, the rotational speed is increased further in step S40 and a gradient is determined again in step S60.
Wenn in den Schritten S30 bzw. S60 erkannt wurde , dass der Gradient 0 ist bzw. sehr nahe bei 0 liegt, wird dies als Minimum des Gradienten (bezogen auf den Be tragswert) und damit als Optimum erkannt. Gleichzeitig entspricht dieser Punkt auch einem Drehzahlminimum für die Gebläsedrehzahl. If it was recognized in steps S30 or S60 that the gradient is 0 or very close to 0, this is recognized as the minimum of the gradient (based on the amount) and thus as the optimum. At the same time, this point also corresponds to a minimum speed for the fan speed.
Unter dem "Minimum des Gradienten" ist dabei der Absolutwert zu verstehen. Das Minimum des Gradienten wird also bei dem Wert 0 gefunden, während Werte grö ßer oder kleiner 0 oberhalb von dem Minimum liegen. The "minimum of the gradient" is to be understood as the absolute value. The minimum of the gradient is therefore found at the value 0, while values greater or less than 0 lie above the minimum.
Dieser somit erkannte Betriebspunkt bedeutet, dass das Verhältnis zwischen Luftzufuhr (festgelegt durch das Verbrennungsluftgebläse) und Brenngaszufuhr für den Brenner optimal ist, so dass der Energieinhalt des Brenngases optimal ausgenutzt werden kann, bei gleichzeitig minimalem Schadstoffausstoß . Der Brenner wird also in einem optimalen Betriebszustand betrieben. Eine weitere Verringerung der Gebläsedrehzahl würde dazu führen, dass zu wenig Verbrennungsluft zugeführt wird, so dass das zu verbrennende Gemisch zu fett eingestellt wäre. Ein unnötig hoher Brenngasverbrauch wäre die Folge. This operating point thus recognized means that the ratio between the air supply (determined by the combustion air blower) and the fuel gas supply is optimal for the burner, so that the energy content of the fuel gas can be optimally utilized, with at the same time minimal pollutant emissions. The burner is therefore operated in an optimal operating state. A further reduction in the fan speed would result in too little combustion air being supplied, so that the mixture to be burned would be set too rich. This would result in unnecessarily high fuel gas consumption.
In Schritt S70 wird die Drehzahl mit Hilfe einer Offset-Drehzahl nx verändert. Diese Veränderung in Schritt S70 ist optional und muss nicht zwingend durchge führt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei üblichen Brennern bei einem Betrieb in dem oben beschriebenen Drehzahlminimum bereits kleine Ab weichungen zum Beispiel in Bezug auf die Umgebungsparameter dazu führen können, dass sich das Brennverhalten des Brenners erheblich ändert. Um hier eine größere Toleranz und damit ein gutmütigeres Verhalten zuzulassen, wird der soeben im Rahmen der Schritte S30 bzw. S60 gefundene Minimalwert für die Drehzahl durch den Offsetwert nx erhöht. Der nx-Wert folgt aus Vermessungen des verwendeten Brennertyps und kann je nach Auslegungsziel vom Hersteller festgelegt werden. In step S70, the speed is changed using an offset speed n x . This change in step S70 is optional and does not necessarily have to be carried out. However, it has been found that, in the case of conventional burners, even small deviations, for example in relation to the environmental parameters, can result in the combustion behavior of the burner changing significantly when operating in the speed minimum described above. In order to allow a greater tolerance and thus a more good-natured behavior here, the minimum value for the rotational speed just found in steps S30 and S60 is increased by the offset value n x . The n x value follows from measurements of the type of burner used and can be determined by the manufacturer depending on the design goal.
Nachfolgend wird für die somit neu festgesetzte "optimale" Drehzahl im Schritt S80 die Ionisationsspannung gemessen und als Betriebspunkt UB abgespeichert. In diesem Betriebspunkt kann der Brenner optimal betrieben werden, unter der Voraussetzung, dass die Umgebungsparameter sich nicht ändern bzw. sich nur geringfügig ändern. In the following, the ionization voltage is measured for the "optimal" speed thus established in step S80 and stored as the operating point U B. The burner can be operated optimally at this operating point, provided that the environmental parameters do not change or only change slightly.
Im nachfolgenden Betrieb wird im Schritt S90 fortlaufend die Ionisationsspan nung gemessen und damit die Qualität der Flamme erfasst. Die Messung der Ioni sationsspannung kann dabei kontinuierlich oder auch in regelmäßigen bzw. an derweitig vorgegebenen Zeitabständen erfolgen. In the subsequent operation, the ionization voltage is continuously measured in step S90 and the quality of the flame is thus detected. The ionization voltage can be measured continuously or at regular or widely specified intervals.
Im Schritt S 100 wird eine Differenz der im Schritt S90 gemessenen Ionisations spannung UION von der im Schritt S80 als Betriebspunkt festgelegten Ionisations spannung UB in Form des Wertes Delta UION ermittelt. Diese Abweichung der Ioni sationsspannungswerte wird dann gegen einen Wert UY abgeglichen, der ein Ent scheidungskriterium für die zulässige Änderung der Ionisationsspannung dar stellt. In step S 100, a difference between the ionization voltage U ION measured in step S90 and the ionization voltage U B determined as the operating point in step S80 is determined in the form of the value delta U ION . This deviation of the ionization voltage values is then compared with a value U Y , which represents a decision criterion for the permissible change in the ionization voltage.
Wenn in Schritt S 100 festgestellt wird, dass die Abweichung der aktuellen Ionisa tionsspannung UION von der für den Betriebspunkt vorgegebenen Ionisationsspan nung UB kleiner oder gleich dem Wert UY ist, wird die Messung im Schritt S90 wei ter fortgeführt und der Betrieb des Brenners unverändert beibehalten. Wenn jedoch im Schritt S 100 festgestellt wird, dass die Abweichung zu groß ist, bestimmt das Verfahren, dass eine Neujustierung des Betriebspunkts erforderlich ist. Ein Grund dafür kann zum Beispiel eine Veränderung eines oder mehrerer Umgebungsparameter sein, die dazu führt, dass der Brenner zu diesem Zeitpunkt nicht mehr im optimalen Betriebspunkt betrieben werden kann. If it is determined in step S 100 that the deviation of the current ionization voltage U ION from the ionization voltage U B specified for the operating point is less than or equal to the value U Y , the measurement is continued in step S90 and the burner operates kept unchanged. However, if it is determined in step S 100 that the deviation is too large, the method determines that a readjustment of the operating point is necessary. One reason for this can be a change in one or more environmental parameters, for example, which means that the burner can no longer be operated at the optimum operating point at this point in time.
Daraufhin wird das Verfahren erneut durchgeführt, durch Reduktion der Drehzahl im Schritt S 10. Vorher kann sinnvollerweise die Drehzahl auch wieder auf einen höheren Wert (Ausgangsdrehzahl) angehoben werden, um die Drehzahländerung über einen größeren Bereich durchführen zu können. The method is then carried out again, by reducing the speed in step S 10. Before that, it is sensible to raise the speed to a higher value (output speed) in order to be able to change the speed over a larger range.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zum Regeln eines Gasbrenners, wobei der Gasbrenner ein Geblä se zum Zuführen von Verbrennungsluft aufweist, dessen Drehzahl variabel ein stellbar ist, 1 . Method for regulating a gas burner, the gas burner having a fan for supplying combustion air, the speed of which can be set variably,
mit den Schritten with the steps
Betreiben des Gebläses und Erfassen einer Gebläsedrehzahl (nVBL); Operating the blower and sensing a blower speed (n VBL );
Verändern der Gebläsedrehzahl;  Changing the fan speed;
Messen einer Ionisationsspannung (UION) . die zu einem Ionisationsstrom in einem Flammbereich des Gasbrenners korreliert;  Measuring an ionization voltage (UION). which correlates to an ionization current in a flame area of the gas burner;
Finden eines Minimums eines Gradienten der gemessenen Ionisationsspan nung zu der aktuellen Gebläsedrehzahl;  Finding a minimum of a gradient of the measured ionization voltage to the current fan speed;
Bestimmen eines Betriebspunkts durch Messen der aktuellen Ionisations spannung und Abspeichern als Betriebspunkt;  Determining an operating point by measuring the current ionization voltage and storing it as an operating point;
während des Brennerbetriebs fortlaufendes Messen der aktuellen Ionisati onsspannung;  continuous measurement of the current ionization voltage during burner operation;
Bestimmen einer Abweichung zwischen der aktuell gemessenen Ionisations spannung und dem Betriebspunkt;  Determining a deviation between the currently measured ionization voltage and the operating point;
Prüfen, ob die Abweichung (Delta UION) innerhalb einer vorgegebenen Gren ze (UY) liegt und Durchführen einer Fallunterscheidung: Check whether the deviation (Delta U ION ) is within a specified limit (U Y ) and carry out a case distinction:
+ wenn die Abweichung innerhalb der vorgegebenen Grenze (UY) liegt, Fortführen des fortlaufenden Messens der aktuellen Ionisationsspannung; + if the deviation is within the predetermined limit (U Y ), continuing to measure the current ionization voltage continuously;
+ wenn die Abweichung nicht innerhalb der vorgegebenen Grenze (UY) liegt, Wiederholen des Verfahrens ab dem obigen Verändern der Gebläsedrehzahl. + if the deviation is not within the specified limit (U Y ), repeat the procedure from the above changing the fan speed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zum Starten des Verfahrens die folgen den Schritte vor dem Messen der Ionisationsspannung durchgeführt werden: 2. The method according to claim 1, wherein to start the method, the following steps are carried out before measuring the ionization voltage:
Betreiben des Gebläses mit einer Ausgangsdrehzahl;  Operating the blower at an output speed;
Verringern der Gebläsedrehzahl.  Reduce the fan speed.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei nach dem Schritt "Finden eines Minimums eines Gradienten der gemessenen Ionisationsspannung zu der aktuel len Gebläsedrehzahl" und vor dem Schritt "Bestimmen eines Betriebspunkts" der zusätzliche Schritt durchgeführt wird: 3. The method of claim 1 or 2, wherein after the step "Finding a minimum of a gradient of the measured ionization voltage to the current fan speed" and before the step "Determining an operating point", the additional step is carried out:
Erhöhen der Gebläsedrehzahl um einen Offsetwert (nx). Increase the fan speed by an offset value (n x ).
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei für den Schritt "Finden eines Minimums eines Gradienten der gemessenen Ionisationsspannung zu der aktuellen Gebläsedrehzahl" die folgenden Schritte durchgeführt werden: Verringern der Gebläsedrehzahl; 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein for the step "Finding a minimum of a gradient of the measured ionization voltage at the current fan speed", the following steps are carried out: Reducing fan speed;
Messen der aktuellen Ionisationsspannung;  Measuring the current ionization voltage;
Bestimmen des Gradienten der gemessenen Ionisationsspannung zu der aktuellen Gebläsedrehzahl;  Determining the gradient of the measured ionization voltage to the current fan speed;
Durchführen einer Fallunterscheidung:  To make a case distinction:
+ wenn der Gradient kleiner als Null ist, Verringern der Gebläsedreh zahl und Wiederholen der obigen Schritte des Messens der aktuellen Ionisations spannung und des Findens des Gradienten;  + if the gradient is less than zero, reduce the fan speed and repeat the above steps of measuring the current ionization voltage and finding the gradient;
+ wenn der Gradient größer als Null ist, Erhöhen der Gebläsedrehzahl und Wiederholen der obigen Schritte des Messens der aktuellen Ionisationsspan nung und des Findens des Gradienten;  + if the gradient is greater than zero, increase the fan speed and repeat the above steps of measuring the current ionization voltage and finding the gradient;
+ wenn der Gradient gleich Null ist, Bestimmen des Gradienten als Minimum und Fortführen des Verfahrens.  + if the gradient is zero, determine the gradient as a minimum and continue the method.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ausgangs drehzahl des Gebläses auf einen Wert im oberen Drittel des Drehzahlbereichs des Gebläses eingestellt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the output speed of the blower is set to a value in the upper third of the speed range of the blower.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ausgangs drehzahl des Gebläses auf eine vorbekannte Zünddrehzahl eingestellt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the output speed of the fan is set to a known ignition speed.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ionisations spannung (UION) auf der Grundlage des Ionisationsstroms bestimmt wird, derart, dass 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the ionization voltage (UION) is determined on the basis of the ionization current, such that
der Ionisationsstrom als Stromfluss bestimmt wird, der bei einer durch das Vorhandensein einer Flamme bewirkten Gleichrichtung einer Wechselspannung auftritt, die an eine im Flammbereich angeordnete Ionisationselektrode angelegt wird; und dass  the ionization current is determined as the current flow which occurs in the rectification of an AC voltage caused by the presence of a flame, which is applied to an ionization electrode arranged in the flame region; and that
der Ionisationsstrom durch eine Auswerteschaltung in eine entsprechende Ionisationsspannung umgewandelt wird.  the ionization current is converted into a corresponding ionization voltage by an evaluation circuit.
8. Heizvorrichtung, mit 8. Heater, with
wenigstens einem Gasbrenner, der ein durch einen Motor (3) angetriebenes Verbrennungsluftgebläse aufweist;  at least one gas burner having a combustion air blower driven by a motor (3);
einer Flammionisationsspannungs-Messeinrichtung (2), zum Erfassen einer Ionisationsspannung (UION) . die von einer durch den Gasbrenner erzeugten Flam me abhängig ist; und mit  a flame ionization voltage measuring device (2) for detecting an ionization voltage (UION). which is dependent on a flame generated by the gas burner; and with
einer Verarbeitungs- und Steuereinheit ( 1 ), die mit dem Motor (3) und der Flammionisationsspannungs-Messeinrichtung (2) gekoppelt ist; wobei a processing and control unit (1), which is coupled to the motor (3) and the flame ionization voltage measuring device (2); in which
die Verarbeitungs- und Steuereinheit ( 1 ) dazu ausgebildet ist, das Verfah ren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.  the processing and control unit (1) is designed to carry out the method according to one of the preceding claims.
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