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Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung nach dem Oberbegnff des Patentanspruches.
Bei solchen Heizeinrichtungen ergibt sich das Problem, wie die Luftzahl für unterschiedliche Belastungen und Gasarten ohne äusseren Eingriff möglichst beim Vorgabewert gehalten werden kann, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten.
In der Fahrzeugindustrie werden seit Jahren in Zusammenhang mit der Abgaskatalysatortechnik 02Sonden zur Luftzahlregelung eingesetzt. Der 02-Messwert ist ausgezeichnet für eine genaue Einstellung der Luftzahl geeignet. Über die Lebensdauer solcher Sonden liegen keine konkreten Zahlen vor. Die Betnebsstundenzahl eines Autos liegt mit 1. 200 Stunden für 100. 000 km jedoch welt unter der eines Heizkessels, so dass davon auszugehen ist, dass die derzeit verfügbaren 02-Sonden die geforderten Standzeiten für eine kontinuierliche Messung nur schwer erreichen können. Weiterhin sind diese Sonden üblicherweise nur für einen kleinen Betriebsbereich nahe der Luftzahl 1 ausgelegt. Mittlerweile wird auch eine 02-Regelung für Gasverbrennung angeboten, deren erwartete Lebensdauer drei Jahre betragen soll.
Im Bereich der haushaltlichen Gasverbrennung wird bisher für modulierende Geräte üblicherweise eine Gas-Luft-Verbund-Steuerung eingesetzt. Hierbei wird der Gemischvordruck oder Brennraumdruck zur Ansteuerung eines Gasmagnetventils verwendet, das einen hierzu direkt proportionalen Düsendruck einstellt.
Naturgemäss kann dieses System nicht auf Schwankungen der Gasqualität reagieren. Bei grossen Leistungeinheiten werden solche Leistungsgrössen häufig vor Ort auf die entsprechende Gasqualität eingestellt.
Dabei kann eine Abweichung in der Luftzahl von etwa -8 % bis + 21 % auftreten.
Die Oberflächentemperatur eines Strahlungsflächenbrenners beziehungsweise dessen Brennerplatte ist in erster Linie eine Funktion von Luftzahl und Belastung. Die Temperatur sinkt mit zunehmender Luftzahl im Bereich grösser 1 stetig ab. Dies beruht zum einen auf der Abnahme der Flammentemperatur und zum anderen auf der Abnahme der Flammengeschwindigkeit aufgrund des steigenden Inertgasanteiles. Andererseits steigt die Brennerplattentemperatur bei gleicher Luftzahl nur bis zu einer bestimmten Flächenbelastung (ca. 50 Wcm) stetig an und fällt dann. Der Grund für diese Abnahme der Brennerplattentemperatur bei einer weiteren Erhöhung der Flächenbelastung beruht darauf, dass dann der Strahlungsbereich verlassen wird und der blau brennende Bereich beginnt. Dies liegt daran, dass die Ausströmgeschwindigkeit in den Poren über der Flammengeschwindigkeit liegt.
Die beabsichtigten Flächenbelastungen liegen jedoch unter diesem Wert. Die Zuordnung zu einer Luftzahl kann daher über ein Kennfeld mit Kenntnis des Düsendrucks beziehungsweise des Gasdurchsatzes erfolgen.
Fehler treten dabei durch die Lufttemperatur und den Strahlungswärmeaustausch mit dem Wärmetauscher auf.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist der Messort beziehungsweise das Messverfahren. Wird eine punktuelle Messung durchgeführt, so entsteht bei Inhomogenitäten im Material ein gewisser Fehlen Auch die Positionierung z. B. eines Thermoelementes im oder am Material ist sehr sensibel, da ein starker Temperaturgradient von der Ober- zur Unterseite der Brennerplatte vorliegt. Eine Messung mittels Thermoelement wird daher als sehr unzuverlässig eingestuft.
Bei einer aus der GB-942 620 A bekannten Gas-Luft-Verbund-Steuerung ist ein optisches oder thermisches Signal als Führungsgrösse vorgesehen, wobei ein entsprechender Sensor direkt im Brennraum angeordnet ist. Dieser Sensor ist folglich starken thermischen und Verschmutzungsgefahren ausgesetzt.
Damit treten die gleichen Nachteile hinsichtlich der Standzeiten und der Genauigkeit wie bei den oben genannten 02-Sonden und Thermoelementen auf.
Ziel der Erfindung ist es, eine Heizeinrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei der auf einfache Weise die Temperatur der Brennerplatte des Strahlungsflächenbrenners über lange Zeiträume hinweg mit gleichbleibend guter Messsicherheit erfasst werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Heizeinrichtung nach der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches erreicht.
Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich eine sehr genaue und dauerhaft zuverlässige Messung der Intensität der Strahlung und damit der Temperatur der Brennerplatte des Strahlungsflächenbrenners, wodurch die bei den bekannten Lösungen auftretenden Probleme vermieden werden. Die Messung erfolgt dabei über einen optischen Zugang zur Brennerplatte, der zumeist ohnehin zur optischen Überwachung der Flammen vorhanden ist.
Ein für die Erfindung vorgesehener optischer Sensor kann auch durch eine einfache Photozelle gebildet sein. die gleichzeitig zur Flammenüberwachung herangezogen werden kann Infrarotsensoren bieten demgegenüber den Vorteil, dass bereits bei geringer Erwärmung der Brennerplatte ein ausreichend starkes Signal geliefert wird und daher die Sicherheitszeit sehr kurz bemessen werden kann. Es muss dabei lediglich sichergestellt sein, dass vor jedem Brennerstart die Temperatur der Brennerplatte unter einem bestimmten Schwellenwert liegt. Da aber bei Gebläsebrennern beziehungsweise bei Strahlungsflächenbrennern üblicherweise eine Vorspülung mit Luft vor einem neuen Start des Brenners erfolgt, wird diese Bedingung sehr
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The invention relates to a heating device according to the Oberbegnff of the claim.
With such heating devices, the problem arises of how the air ratio for different loads and gas types can be kept at the default value without external intervention, if possible, in order to ensure optimal operation.
In the automotive industry, 02 probes have been used for air ratio control in connection with exhaust gas catalytic converter technology. The 02 measured value is excellent for an exact setting of the air ratio. There are no concrete figures on the life of such probes. However, the number of operating hours of a car at 1,200 hours for 100,000 km is lower than that of a boiler, so it can be assumed that the 02 probes currently available can only achieve the required service life for continuous measurement with difficulty. Furthermore, these probes are usually only designed for a small operating range close to air ratio 1. In the meantime, a 02 regulation for gas combustion is also offered, the expected lifespan of which should be three years.
In the field of domestic gas combustion, a gas-air composite control has usually been used for modulating devices. The mixture admission pressure or combustion chamber pressure is used to control a gas solenoid valve which adjusts a nozzle pressure that is directly proportional to this.
Naturally, this system cannot react to fluctuations in gas quality. In the case of large power units, such power quantities are often set to the appropriate gas quality on site.
A deviation in the air ratio of approximately -8% to + 21% can occur.
The surface temperature of a radiant surface burner or its burner plate is primarily a function of the air ratio and load. The temperature drops steadily with increasing air ratio in the range greater than 1. This is based on the one hand on the decrease in flame temperature and on the other hand on the decrease in flame speed due to the increasing proportion of inert gas. On the other hand, the burner plate temperature rises steadily with the same air ratio only up to a certain area load (approx. 50 Wcm) and then drops. The reason for this decrease in the burner plate temperature with a further increase in the surface load is that the radiation area is then left and the blue-burning area begins. This is because the outflow velocity in the pores is above the flame velocity.
However, the intended wing loads are below this value. The assignment to an air ratio can therefore be made via a map with knowledge of the nozzle pressure or the gas throughput.
Errors occur due to the air temperature and the radiant heat exchange with the heat exchanger.
Another important factor is the measuring location or the measuring method. If a selective measurement is carried out, there is a certain lack of inhomogeneities in the material. B. a thermocouple in or on the material is very sensitive, since there is a strong temperature gradient from the top to the bottom of the burner plate. A measurement using a thermocouple is therefore classified as very unreliable.
In a gas-air composite control known from GB-942 620 A, an optical or thermal signal is provided as a reference variable, with a corresponding sensor being arranged directly in the combustion chamber. This sensor is therefore exposed to severe thermal and contamination risks.
This means that the same disadvantages with regard to service life and accuracy occur as with the 02 probes and thermocouples mentioned above.
The aim of the invention is to propose a heating device of the type mentioned in the introduction, in which the temperature of the burner plate of the radiant surface burner can be detected in a simple manner over long periods of time with consistently good measurement reliability.
According to the invention, this is achieved in a heating device according to the type mentioned at the outset by the characterizing features of the patent claim.
The measures proposed according to the invention result in a very precise and permanently reliable measurement of the intensity of the radiation and thus the temperature of the burner plate of the radiant surface burner, as a result of which the problems which occur in the known solutions are avoided. The measurement takes place via an optical access to the burner plate, which is usually already available for optical monitoring of the flames.
An optical sensor provided for the invention can also be formed by a simple photocell. In contrast, infrared sensors offer the advantage that a sufficiently strong signal is delivered even when the burner plate is only slightly warmed, and the safety time can therefore be measured very shortly. It only has to be ensured that the temperature of the burner plate is below a certain threshold value before each burner start. However, since in fan burners or radiant surface burners there is usually a pre-purge with air before the burner starts again, this condition becomes very great
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