AT505244A1

AT505244A1 - Verfahren zur überprüfung des ionisationselektrodensignals bei brennern

Info

Publication number: AT505244A1
Application number: AT0089707A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Austria Gmbh
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-15
Also published as: AT505244B1; HRP20140289T1; ES2450641T3; PL2017531T3; EP2017531A3; EP2017531A2; DK2017531T3; DE102008027010A1; EP2017531B1

Description

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Vaillant Austria GmbH AT 4235

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überprüfung des lonisationselektrodensignals bei Brennern. lonisationselektroden werden eingesetzt, um das Vorhandensein einer Flamme festzustellen. In einer Flamme können sich Ionen frei bewegen. Wird an zwei Elektroden, die sich im Flammenbereich befinden, eine Spannung angelegt, so fließt in der Flamme ein Strom. Erlischt die Flamme, so kommt auch der Stromfluss zu Erliegen. Unterschreitet der gemessene lonisationsstrom einen bestimmten Grenzwert, so verriegelt die Regelung des Brenners die Gaszufuhr, um unkontrollierten Gasaustritt zu vermeiden.

Der lonisationsstrom ist von einigen Faktoren abhängig. So nimmt beispielsweise der lonisationsstrom ab, wenn die Oberfläche der Elektroden durch den Einfluss der Flamme mit einer Ablagerungsschicht überzogen ist.

Im ungünstigsten Fall kann es trotz Vorhandensein einer Flamme zu einer Brenngasabschaltung kommen, wenn die lonisationselektroden zu stark mit Ablagerungen überzogen sind.

Darüber hinaus ist der lonisationsstrom vom Brenngas-Luft-Verhältnis λ abhängig. Bei stöchiometrischer Verbrennung ist der lonisationsstrom maximal.

Ein Verfahren zur Regelung eines Gasgebläsebrenners einer Heizungsanlage mit Hilfe der Messung der Kohlenmonoxidemission im Abgas ist aus der DE 103 00 602 A1 bekannt. Hierbei wird das Brenngas-Luft-Gemisch des Brenners angefettet, wodurch die Luftzahl sinkt. Ein Abgassensor misst die Kohlenmonoxidemission im Abgasrohr und leitet das Signal an eine Regelung weiter. Unterschreitet der Luftüberschuss einen bestimmten Wert, in der Regel sind dies ca. 8 % Luftüberschuss, so steigen die Kohlenmonoxidemissionen steil an. Registriert die Regelung, dass die Kohlenmonoxidemission einen vorgegebenen Schwellwert überschritten hat, so wird das Gemisch nicht weiter angefettet. Das Gemisch wird dann definiert abgemagert, um eine optimale Verbrennung zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, das eine Veränderung des lonisationselektrodensignals frühzeitig erkennt, um vor dem Ausfall Gegenmaßnahmen einleiten zu können.

Erfindungsgemäß wird dies gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs dadurch gelöst, dass bei einem Gasbrenner mit einer Einrichtung zur getrennten Regelung der Brenngas- und Luftmenge und einem Abgassensor zur Messung der Kohlenmonoxid-Konzentration oder Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, das Brenngas-Luft-Gemisch angefettet wird bis der Abgassensor ein Signal erfasst, das einem vorgegebenen oder errechneten Schwellwert entspricht, zu diesem Zustand das lonisationselektrodensignals einer lonisationselektrode erfasst und mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei in dem Fall, in dem das lonisationselektrodensignals den Referenzwert unterschreitet ein Warnhinweis ausgegeben wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.

So kann der Mittelwert der mindestens zwei letzten lonisationselektrodensignale gebildet werden, um anstelle von Einzeleinflüssen Trends größeres Gewicht zu geben. Wird ein zweiter Referenzwertes, der niedriger als der erste Referenzwert ist, unterschritten, so wird das Heizgerät abgeschaltet, um unsichere Zustände zu vermeiden.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Figur 2 den Verlauf des lonisationsstroms und der Kohlenmonoxidemissionen während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Eine Heizungsanlage gemäß Fig. 1 verfügt über einen Brenner 1 mit einem diesen umgebenden Wärmeaustauscher 10, an den sich ein Abgasrohr 9, in dem sich ein Abgassensor 6 befindet, anschließt. Dem Brenner 1 ist ein Gebläse 2 vorgeschaltet. Auf der Eingangsseite des Gebläses 2 befindet sich eine Luftansaugleitung 13, in die auch eine Brenngasleitung 12, die durch ein Gasventil 4 von der Brenngaszuführung 11 getrennt ist, reicht. Das Gasventil 4 verfügt über einen Stellantrieb 5. Das Gebläse 2 verfügt über einen Antriebsmotor 7 mit Drehzahlerfassung 8. Stellantrieb 5, Antriebsmotor 7, Drehzahlerfassung 8 und Abgassensor 6 sind mit einer Regelung 3, die über ein Speichermodul 31 und Rechenmodul 32 verfügt, verbunden. Ebenfalls mit der Regelung ist eine lonisationselektrode 14, die knapp oberhalb des Brenners 1 positioniert ist, verbunden.

Beim Brennerbetrieb wird von der Regelung 3 z.B. aufgrund eines nicht dargestellten Raumthermostaten in Verbindung mit einer ebenfalls nicht dargestellten Vorlauftemperaturerfassung im Rechenmodul 32 eine Sollleistung des Brenners 1 berechnet. Im Speichermodul 31 ist zu der Sollleistung ein Sollsignal für die Brenngas- und Luftmenge hinterlegt. Mit diesen Sollsignalen wird das Gebläse 2 mit seinem Antriebsmotor 7 und seiner Drehzahlerfassung sowie das Gasventil 4 mit seinem Stellantrieb 5 angesteuert, wodurch ein Brenngas-Luft-Gemisch in das Gebläse 2 und von dort zum Brenner 1 strömt. Das Gemisch wird an der äußeren Oberfläche des Brenners 1 verbrannt, durchströmt den Wärmeaustauscher 10 und strömt anschließend durch das Abgasrohr 9 ins Freie.

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Kohlenmoxidkonzentration CO, lonisationsstrom I und Verbrennungsluftverhältnis λ. Hierbei sind drei unterschiedliche lonisationstromlinien für unterschiedliche Zustände der lonisationselektrode dargestellt. Um eine vollständige Verbrennung zu erreichen, ist theoretisch ein Verbrennungsluftverhältnis λ von 1,0 notwendig. mL,min

Hierbei ist mL die tatsächliche Luftmenge und mL,min die stöchiometrische Luftmenge. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid entsteht stets Kohlenmonoxid als Zwischenprodukt. Aufgrund der begrenzten Reaktionszeit in der wärmebeeinflußten Zone und eine unzureichende Durchmischung von Brenngas und Luft, ist in der Praxis jedoch ein gewisser Luftüberschuss notwendig, um einen vollständigen Ausbrand zu gewährleisten. Daher hat man in der Regel bei knapp überstöchiometrischer Verbrennung einen CO-Wert von weit über 1000 ppm. Erst bei einem Luftüberschuß von ca. 10% fallen die Kohlenmonoxid-Emissionen im ausreagierten Abgas deutlich und erreichen bei üblichen ···· ···· X ·· • ··· • · I • · I ·· ·# ·· ·· ·· * · · · · • · · · ··· • · · · · t • · · · · , ·· ·· ··

Brennern Werte deutlich unter 100 ppm. Mit Erhöhung der Luftzahl fällt jedoch - aufgrund des Anteils inerter Gase - die Verbrennungstemperatur; die Verbrennungsreaktion wird verlangsamt und es kommt zum Abbruch der Reaktion am Wärmeaustauscher. Daher ist ab einem Luftüberschuss von ca. 80 % ein deutlicher Anstieg der Kohlenmonoxidemissionen zu verzeichnen.

Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt ein beliebiges Brenngas-Luft-Verhältnis vor. Die Regelung 3 steuert kontinuierlich den Stellantrieb 5 des Gasventils 4 derartig, dass stetig mehr Brenngas bei gleicher Luftmenge in das Gebläse 2 gelangt. Hierdurch wird das Gemisch angefettet; die Luftzahl sinkt. Der Abgassensor 6 misst die Kohlenmonoxidemission im Abgasrohr 9 und leitet das Signal an die Regelung 3 weiter. Registriert die Regelung 3, dass die Kohlenmonoxidemission einen im Speichermodul 31 vorgegebenen Schwellwert COGrenz erreicht oder überschritten hat, so wird das Gemisch nicht weiter angefettet. Es ist bekannt, dass derartige Kohlenmonoxidemissionen bei einer Luftzahl von ca. 1,08 erreicht werden. Zunächst wird von einer neuwertigen lonisationselektrode ausgegangen; das lonisationselektrodensignal ist demnach nicht gemindert. Das lonisationselektrodensignal h der lonisationselektrode 14 beim vorgegebenen Schwellwert COGrenz wird gemessen und im Rechenmodul 32 der Regelung 3 mit einem ersten Referenzwert lGrenz aus dem Speichermodul 31 verglichen. Da das lonisationselektrodensignal L größer als der erste Referenzwert lGrenz ist, sind keine weiterführenden Maßnahmen notwendig.

Bei einer späteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die lonisationselektrode bereits etwas mit Ablagerungen versehen; das lonisationselektrodensignal ist geringer. Bei dem vorgegebenen Schwellwert COGrenz ist das lonisationselektrodensignal l2 der lonisationselektrode 14 geringer als zu Beginn. Da das lonisationselektrodensignal l2 weiterhin größer als der erste Referenzwert lGrenz ist, sind keine weiterführenden Maßnahmen notwendig. • · · · · • · · · ··· • · · · · · * · · · · · ·* ·· ·«

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Bei einer noch späteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die lonisationselektrode mit starken Ablagerungen versehen; das lonisationselektrodensignal ist deutlich geringer als zu Beginn. Bei dem vorgegebenen Schwellwert COGrenz ist das lonisationselektrodensignal l3 der lonisationselektrode 14 kleiner als der erste Referenzwert IGrenz· Daher gibt die Regelung 3 einen Hinweis zur Wartung aus. Dieser Hinweis kann zum Beispiel in Form einer Warnleuchte oder über eine Datenfernverbindung zu einem Fachhandwerker erfolgen.

Unterschreitet das lonisationselektrodensignal einen zweiten Referenzwert Ubschait. so wird die Brenngaszufuhr zum Brenner 1 abgeschaltet.

Erfindungsgemäß kann anstelle des vorgegebenen Schwellwerts COGrenz auch ein Gradient (Δ CO/Δ X)Grenz vorgegeben werden. Ferner kann anstelle einer Einzelmessung eine Mittelwertbildung über mehrere Messungen erfolgen. Es kann sowohl mit einem vorgegebenen Referenzwert, als auch mit den Messwerten vorhergegangener Messungen verglichen werden.

Claims

06.06.07 1 Vaillant Austria GmbH AT 4235 PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Überprüfung des lonisationselektrodensignals einer lonisationselektrode (14) eines Gasbrenners (1), insbesondere mit Gebläse (2), mit einer elektronischen Regelung (3), welche zu einer vorgegebenen Brennerleistung ein Sollsignal für die Brenngasmenge und die Luftmenge vorgibt, einer Einrichtung zur Regelung der Brenngasmenge (4, 5) und einem Abgassensor (6), der ein der Kohlenmonoxid-Konzentration oder Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen äquivalentes Signal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas-Luft-Gemisch angefettet wird bis der Abgassensor (6) ein Signal erfasst, das alleine oder in Verbindung mit mindestens einem weiteren Signal einem vorgegebenen oder errechneten Schwellwert entspricht, zu diesem Zustand das lonisationselektrodensignals einer lonisationselektrode (14) erfasst und mit einem Referenzwert oder mit mindestens einem Messwert früherer Überprüfungen verglichen wird, wobei in dem Fall, in dem das lonisationselektrodensignals den Referenzwert unterschreitet oder mindestens einen früheren Messwert wesentlich unterschreitet, ein Warnhinweis ausgegeben wird.
2. Verfahren zur Überprüfung des lonisationselektrodensignals einer lonisationselektrode (14) eines Gasbrenners (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der • · · • · · • ♦ · • · · ·♦

Mittelwert der mindestens zwei letzten lonisationselektrodensignale bei Referenzbedingung gebildet und mit dem Referenzwert oder dem Mittelwert der lonisationselektrodensignale bei mindestens zwei vorhergegangenen Referenzbedingung verglichen wird.
3. Verfahren zur Überprüfung des lonisationselektrodensignals einer lonisationselektrode (14) eines Gasbrenners (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung eines zweiten Referenzwertes, der niedriger als der erste Referenzwert ist, oder in dem Fall, in dem mindestens ein früherer Messwert wesentlich unterschritten wird, das Heizgerät abgeschaltet wird.
4. Verfahren zur Überprüfung des lonisationselektrodensignals einer lonisationselektrode (14) eines Gasbrenners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
5. Verfahren zur Überprüfung des lonisationselektrodensignals einer lonisationselektrode (14) eines Gasbrenners (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
6. Außentemperaturfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass