DE19831451B4

DE19831451B4 - Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Gasbrenners

Info

Publication number: DE19831451B4
Application number: DE19831451A
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr. Bienzle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: DE19831451A1

Abstract

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Gasbrenners, bei welchem sich eine Hauptreaktionszone des zugeführten Brennstoff-Luftgemisches unter Flammenbildung stromab von Austrittsöffnungen des Brenners ausbildet, und bei welchem über ein temperaturempfindliches Sensorelement die Temperatur im Flammenbereich erfaßt wird und dessen Signal den Verbrennungsprozeß beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Sensorelement (26) ein zweites, im wesentlichen baugleiches temperaturabhängiges Sensorelement (28) an einem Ort mit ähnlichem Temperaturniveau zugeordnet wird, daß beide Thermoelemente (26, 28) über ihre einen Schenkel (26b, 28b) so miteinander verbunden werden, daß ihre Thermospannungen entgegengerichtet sind, und daß das Steuer- bzw. Regelsignal von der Meßdifferenz der beiden Sensorelemente (26, 28) abgeleitet wird.

Description

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Gasbrenners Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines vormischenden Gasbrenners nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Das bei einem bekannten Verfahren Gattung verwendete Sensorelement ist durch Temperatureinflüsse Alterungserscheinungen unterworfen, so daß das Sensorsignal nach längerer Betriebszeit vom Ursprungswert abweicht. Das wirkt sich besonders bei einer Temperaturmessung im Flammenfußbereich aus, weil dort schon geringe Meßwertänderungen verhältnismäßig große Änderungen des Belastungszustandes oder anderer Verbrennungsparameter (z.B. Luftzahl λ) signalisieren. Eine Kompensation der alterungsbedingten Abweichungen des Sensorsignals vom Ursprungswert, z.B. durch Hinterlegung einer Alterungskurve wäre jedoch elektronisch sehr aufwendig. Ferner kann bei einer Temperaturmessung im Flammenfußbereich unter Umständen auch die Umgebungstemperatur das Sensorsignal so beeinflussen, daß sich unerwünschte steuerungs- oder regeltechnische Abweichungen ergeben.
Aus der DE-AS 155 19 96 ist eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung mit zwei in Zonen unterschiedlicher Temperatur der Flamme oder der Brennerkammer eintauchenden, gegeneinander geschalteten Temperaturfühlern bekannt, wobei die Temperaturfühler etwa die gleiche thermische Ansprechempfindlichkeit aufweisen und über eine Überwachungsvorrichtung sowohl beim Unterschreiten als auch beim Überschreiten eines Sollwertes ein Signal liefern. Aus dem gelieferten Signal wird Rückschluß auf das Vorhandensein einer Brennerflamme und/oder auf einen Kurzschluß des Thermoelements bzw. auf einen Thermoelementausfall gezogen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß alterungsbedingte Veränderungen des Sensorsignals nahezu kompensiert werden und daß auch ein Einfluß der Umgebungstemperatur ausgeschaltet wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach dem Hauptanspruch möglich.
Da sich die Lage der Flammen in Bezug zur Brenneroberfläche in Abhängigkeit vom Lastzustand des Brenners bzw. in Abhängigkeit von den Verbrennungsparametern ändert, wird vorgeschlagen, der Meßdifferenz der beiden Sensorelemente eine diese Parameter berücksichtigende Kennlinie zugrundezulegen.
Als Materialien für die beiden Thermoelemente können handelsübliche Paarungen, wie Fe-CuNi, Ni-CrNi, Pt-PtRh vorgesehen werden. Der Durchmesser der Thermoelemente kann so gewählt werden, daß er nicht größer als die Ausdehnung einer Flammenfußzone ist.
Das zweite Sensorelement kann vorteilhaft an der Wand eines zwischen Brenner und Wärmeübertrager vorgesehenen Verbrennungsschachtes angeordnet werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Die 1 zeigt schematisch einen Gasbrenner und einen darüber angeordneten Innenkörper eines Wassererhitzers mit einer Meßanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. In 2 ist vergrößert ein Flammenbereich eines Gasbrenners nach 1 dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der Wassererhitzer hat einen durch ein Brennstoff-Luftgemisch gespeisten Brenner 10, über welchem ein Verbrennungsschacht 12 angeordnet ist, der oben durch einen mit Wasserrohren 14 ausgestatteten Wärmeübertrager 16 abgeschlossen ist. Der Brenner 10 hat eine Brennerplatte 18 mit Austrittsöffnungen 20 und ist so ausgebildet, daß sich eine Hauptreaktionszone des zugeführten Brennstoff-Luftgemisches unter Bildung von Flammen 22 über den Austrittsöffnungen 20 ergibt. Darin nehmen die Flammenfüsse 24 einen Abstand h von der Brennerplatte 18 bzw. den Austrittsöffnungen 20 ein, der vom Belastungszustand des Brenners, d.h. von der Austrittsgeschwindigkeit und von der Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit des Brenngas-Luftgemisches abhängig ist.
Über einer Austrittsöffnung 20 ist ein Thermoelement 26 angeordnet, das mit seiner Spitze in die Flammenfußzone hineinragt. Da sich innerhalb der Flammenfußzone ein steiler und positiver Temperaturgradientenverlauf ergibt, können bereits geringfügige Lageänderungen der Flamme durch das wärmeabhängige Signal des Thermoelements 26 erfaßt werden. Die sich ergebenden Abweichungen von Referenzwerten, z.B. aufgrund von Änderungen des Gaszustandes (Druck, Temperatur, Feuchte), werden korrigiert, indem z.B. über eine nicht dargestellte Gasarmatur das Brenngas-Luftverhältnis (Luftzahl λ) so angepaßt wird, daß in jedem Lastzustand die Stabilisierungshöhe, d.h. der Abstand h, auf einem der vorgegebenen Luftzahl entsprechenden Wert gehalten wird.
Der eine Schenkel 26a des Thermoelementes 26 kann beispielsweise aus Fe, Ni oder Pt bestehen, wogegen der andere Schenkel 26b gemäß handelsüblicher Paarung aus CuNi, CrNi, PtRh gebildet sein kann. Dem Thermoelement 26 ist als Referenzmeßwertgeber ein zweites, baugleiches Thermoelement 28 zugeordnet, daß an der Wand 30 des Verbrennungsschachtes 12 über der Flammenzone angeordnet ist. Die aus gleichem Material bestehenden Schenkel 26a und 28a der Thermoelemente 26, 28 sind an einen Spannungsdifferenzmesser 32 angeschlossen. Während die beiden anderen Schenkel 26b und 28b fest miteinander verbunden sind.
Der Spannungsdifferenzmesser 32 ermittelt die Spannungsdifferenz, die sich aus den entgegengesetzt gerichteten Thermospannungen der beiden Thermoelemente 26, 28 ergeben. Während sich die durch das Thermoelement 26 erzeugten Spannungswerte mit der Lage der Flammenfußzone bzw. mit Änderung des Abstandes h verändern, bleibt, bei gleichem Lastzustand des Brenners, die durch das Thermoelement 28 erfaßte Temperatur an der Wand des Verbrennungsschachtes 12 und damit der erzeugte Spannungswert im wesentlichen konstant.
Da beide Thermoelemente 26, 28 an Orten mit ähnlichem Temperaturniveau angeordnet sind, unterliegen sie den gleichen Alterungserscheinungen, so daß sich die gemessene Spannungsdifferenz zwischen den beiden Thermoelementen 26, 28 aufgrund der Alterung nicht ändert, da sich deren Signale im gleichen Sinne und Maße ändern. Der Einfluß der Umgebungstemperatur auf die ermittelte Spannungsdifferenz ist weitgehend eliminiert, da es sich um eine Differenzschaltung zweier Thermoelemente handelt und an den am Spannungsdifferenzmesser 32 angeschlossenen Enden der Schenkel 26a, 28a dieselbe temperaturbedingte Spannung anliegt. Die Spannungsdifferenz wird in einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung des Brenners gemäß einer Kennlinie mit einer von der Belastung des Brenners 10 bzw. von Verbrennungsparametern abhängigen Charakteristik ausgewertet.

Claims

Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Gasbrenners, bei welchem sich eine Hauptreaktionszone des zugeführten Brennstoff-Luftgemisches unter Flammenbildung stromab von Austrittsöffnungen des Brenners ausbildet, und bei welchem über ein temperaturempfindliches Sensorelement die Temperatur im Flammenbereich erfaßt wird und dessen Signal den Verbrennungsprozeß beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Sensorelement (26) ein zweites, im wesentlichen baugleiches temperaturabhängiges Sensorelement (28) an einem Ort mit ähnlichem Temperaturniveau zugeordnet wird, daß beide Thermoelemente (26, 28) über ihre einen Schenkel (26b, 28b) so miteinander verbunden werden, daß ihre Thermospannungen entgegengerichtet sind, und daß das Steuer- bzw. Regelsignal von der Meßdifferenz der beiden Sensorelemente (26, 28) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdifferenz eine Kennlinie mit einer von der Belastung des Brenners (10) bzw. von Verbrennungsparametern abhängigen Charakteristik zugrundegelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Sensorelement an der Wand des zwischen Brenner und einem Wärmeüberträger vorgesehenen Verbrennungsschachtes plaziert wird.