Hintergrund
[0001] Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit der Erkennung einer Blockierung im Zuluftkanal
oder Abgaskanal einer Brennereinrichtung. Insbesondere befasst sich die vorliegende
Offenbarung mit Blockierungen in Form von Abdeckungen und mit Brennereinrichtungen
zur Verbrennung fossiler Brennstoffe.
[0002] In Brenneranlagen lässt sich die Luftzahl während der Verbrennung anhand eines Ionisationsstromes
durch eine Ionisationselektrode ermitteln und / oder einregeln. An die Ionisationselektrode
wird zunächst eine Wechselspannung angelegt. Aufgrund der Gleichrichterwirkung einer
Flamme fliesst ein Ionisationsstrom als Gleichstrom in nur einer Richtung.
[0003] In einer Regelsollwertkurve wird der Sollwert für den an der Ionisationselektrode
erfassten Ionisationsstrom über der Drehzahl des Gebläses eines Gasbrenners aufgetragen.
Der Ionisationsstrom wird typisch in Mikroampere gemessen. Die Drehzahl des Gebläses
eines Gasbrenners wird typisch in Umdrehungen pro Minute gemessen. Die Drehzahl des
Gebläses eines Gasbrenners ist zugleich ein Mass für den Luftvolumenstrom und für
die Leistung der Brenneranlage, das heisst für eine Wärmemenge pro Zeit.
[0004] Wird der Zuluftkanal / Abgaskanal abgedeckt und / oder blockiert, kommt es zu einer
deutlichen Verringerung des Luftvolumenstromes. Dabei detektiert die Drehzahl-Erfassung
die Änderung des Volumenstroms aufgrund der Zuluftkanal- / Abgaskanal-Änderung praktisch
nicht. Wenn kein weiterer Indikator für den Luftvolumenstrom vorhanden ist, wird daher
aufgrund der funktionalen Beziehung zwischen Ionisationsstrom Sollwert und Gebläsedrehzahl
der Sollwert des Ionisationsstromes nicht angepasst. Damit wird bezüglich des tatsächlichen
Luftvolumenstroms mit einem falschen lonisationsstrom-Sollwert geregelt.
[0005] Insbesondere bei mittleren und kleinen Brennerleistungen erfolgt dadurch typisch
eine Verschiebung zu kleineren Werten der Luftzahl λ. Der Grund dafür liegt in der
Form der lonisationsstrom-Kennlinie über der Drehzahl. Bei stärkeren Änderungen des
Zuluftkanals / Abgaskanals, insbesondere bei starken Abdeckungen und / oder Blockierungen,
kann es in Grenzfällen zu erhöhten CO-Werten kommen.
[0006] Neben der Abdeckung des Zuluftkanals / Abgaskanals gibt es weitere Bedingungen, die
in einer vergleichbaren Situation münden können. Darunter fällt unter anderem Abgas
in der Zuluft durch fehlerhafte Abgas-Rezirkulation.
[0007] Weiter kann, ähnlich wie durch eine Abdeckung des Zuluftkanals / Abgaskanals, eine
Drift des Ionisationssignals die Luftzahl λ so verstellen, dass λ nahe an λ=1 rückt.
Auch dann kann eine kritische Verbrennung mit erhöhten CO-Werten auftreten. Die Drift
kann durch Verbiegen der Ionisationselektrode und / oder Belagbildung und / oder Beschädigung
der Ionisationselektrode auftreten. Tests, welche diese Drift korrigieren, müssen
üblicherweise an bestimmten, festgelegten Drehzahlpunkten durchgeführt werden. Werden
diese Punkte nicht erreicht, weil beispielsweise die Wärme nicht abgeführt werden
kann, müsste die Brenneranlage abgeschaltet und / oder verriegelt werden. Denn ohne
Abschaltung und / oder Verriegelung ist nicht sichergestellt, dass keine kritische
Emissionen auftreten.
[0008] Die europäische Patentanmeldung
EP3045816A1, Einrichtung zur Regelung einer Brenneranlage, wurde am 19. Januar 2015 angemeldet
und am 20. Juli 2016 veröffentlicht.
EP3045816A1 offenbart und beansprucht eine Einrichtung zur Regelung einer Brenneranlage, welche
die Abschätzung eines Ionisationsstromes selbst dann erlaubt, wenn eine Messung desselben
scheitert. Dazu wird eine Abschätzung des Ionisationsstromes zu einem Luftvolumenstrom,
der zu einer Brennerleistung gehört, an welcher unter Umständen keine Messung möglich
war, vorgenommen.
[0009] Das europäische Patent
EP2466204B1 ist angemeldet am 16. Dezember 2010 und erteilt am 13. November 2013.
EP2466204B1 offenbart und beansprucht eine Regeleinrichtung für eine Brenneranlage. Dabei führt
eine Regeleinrichtung ein Testverfahren in mehreren Schritten aus. In einem zweiten
Schritt werden die Aktoren einer Brennereinrichtung auf ein Zufuhrverhältnis gesteuert,
welches einer Luftzahl über dem stöchiometrischen Wert λ=1 liegt.
[0010] Das europäische Patent
EP1293727B1, Regeleinrichtung für einen Brenner und Einstellverfahren, ist erteilt am 23. November
2005.
EP1293727B1 beschreibt, wie im geschlossenen Regelkreis der lonisationsstrom-Sollwert erhöht
wird. Als Reaktion wird die Veränderung der Gasventil-Stellung oder eines Äquivalents
wie beispielsweise eines Scharparameters gemessen. Mit dem in
EP1293727B1 beschriebenen Verfahren kann zwar eine Änderung der Abdeckung ermittelt werden. Allerdings
kann dieses Verfahren aufgrund festgelegter Referenzpunkte und aufgrund der Stabilität
des Ionisationssignals nur an definierten Brenner-Leistungspunkten angewandt werden.
Ausserdem beeinflusst die Exemplar-Streuung der Ventile das Ergebnis deutlich. Dadurch
wird die Anwendbarkeit des dort beschriebenen Verfahrens eingeschränkt.
[0011] Die europäische Patentanmeldung
EP0806610A2, Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines Gasbrenners, wurde am 9. April 1997
angemeldet und am 12. November 1997 veröffentlicht.
EP0806610A2 befasst sich mit dem Abschalten eines Gasbrenners, falls ein lonisationssignal länger
als eine vorgegebene Zeitdauer einen zulässigen Regelbereich verlässt. Der zulässige
Regelbereich umfasst dabei einen oberen Maximalwert des Ionisationssignals und einen
unteren Grenzwert. Der untere Grenzwert liegt über einem Grenzwert, bei dem die Verbrennung
nicht mehr emissionsarm ist.
[0012] Die europäische Patentanmeldung
EP0770824A2, Verfahren und Schaltung zur Regelung eines Gasbrenners, wurde am 1. Oktober 1996
angemeldet und am 2. Mai 1997 veröffentlicht. Nach dem in
EP0770824A2 offenbarten Verfahren wird ein Ionisationssignal gemessen und dessen Maximalwert
gespeichert. Mit jenem Maximalwert wird ein elektrischer Sollwert einer Regelschaltung
nachgestellt. Ziel ist, dass die Regelschaltung auf den gleichen Lambda-Sollwert regelt.
[0013] Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren und / oder ein Regler zur
Detektion von Blockierungen im Zuluftkanal und / oder Abgaskanal, womit die vorgenannten
Nachteile zumindest teilweise überwunden werden.
[0014] Weiterer Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren und / oder ein
Regler zur Detektion von Drift des Ionisationssignals aufgrund von Belagbildung und
/ oder Verbiegen der Ionisationselektrode ohne dass bestimmte, festgelegte Drehzahlen
innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne erreicht werden müssen.
Zusammenfassung
[0015] Die vorliegende Offenbarung lehrt ein Verfahren und / oder eine Regeleinrichtung
für eine Brennereinrichtung mit dem Ziel der Erkennung von Abdeckungen und / oder
Blockierungen. Damit einher geht die Vermeidung unerwünschter Emissionen an Kohlenstoffmonoxid
(CO-Emissionen). Das Verfahren basiert auf einer technischen Untersuchung der Regelgrenzen
eines lonisationsstrom-Regelkreises, nachdem der lonisationsstrom-Sollwert gegenüber
dem normalen Regelbetrieb verändert wurde. Von einer Abdeckung und / oder Blockierung
des Zuluftkanals und / oder Abgaskanals einer Brennereinrichtung wird ausgegangen,
wenn der Regelkreis ausserhalb seiner Regelgrenzen arbeitet.
[0016] Weiterhin lehrt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren, mit dem unerwünschte Emissionen
durch Drift aufgrund von Belagbildung und / oder Verbiegen der Ionisationselektrode
aufgedeckt werden. Vorteilhaft kann das Verfahren an jedem Drehzahlpunkt durchgeführt
werden, ohne dass spezielle Kennwerte für einzelne Drehzahlpunkte hinterlegt sein
müssen.
[0017] Konkret wird dabei zunächst die Drehzahl eines Gebläses im Zuluftkanal und / oder
im Abgaskanal einer Brennereinrichtung bestimmt. Aus der Drehzahl des Gebläses wird
vorzugsweise unter Verwendung einer Kennlinie ein Sollwert eines Ionisationsstromes
einer Ionisationselektrode bestimmt. Der bestimmte lonisationsstrom-Sollwert wird
anschliessend um ein Inkrement erhöht. Daraufhin wird versucht, den Brennstoffaktor
der Brennereinrichtung bei konstanter Gebläsedrehzahl unter Verwendung des erhöhten
Ionisationsstromes zu regeln. Falls der Regelkreis bei diesem Versuch ausfällt, wird
auf eine Verbrennung mit und / oder nahe von unerwünschten Emissionen geschlossen.
Eine solche Verbrennung wird beispielsweise aufgrund von Abdeckung und / oder Blockierung
und / oder aufgrund von Belagbildung und / oder Verbiegen verursacht. Entsprechend
wird ein Fehler ausgegeben.
[0018] Das beschriebene Verfahren soll hier Prüfung auf stationäre Regelung mit erhöhtem
lonisationsstrom-Sollwert und / oder Prüfung auf stationäre Regelung bezeichnet werden.
[0019] Das genannte Problem Erkennung von Abdeckungen und / oder Blockierungen im Zuluftkanal
und / oder im Abgaskanal sowie Erkennen von Drift aufgrund von Belägen und / oder
Verbiegen bei beliebigen Drehzahlen wird anhand der Hauptansprüche der vorliegenden
Offenbarung angegangen. Besondere Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen
behandelt.
[0020] Es ist ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und / oder
eine Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, wobei als Reaktion
auf den Ausfall des Regelkreises die Brennereinrichtung abgeschaltet und / oder verriegelt
wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Brennereinrichtung durch Schliessen eines
Brennstoff-Aktors abgeschaltet und / oder verriegelt wird.
[0021] Es ist ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und
/ oder eine Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, wobei versucht
wird, den Brennstoff-Aktor der Brennereinrichtung bei konstanter Gebläsedrehzahl unter
Verwendung des erhöhten lonisationsstrom-Sollwerts gemäss einer proportionalen und
integralen oder gemäss einer proportionalen und integralen und derivativen Regelung
zu regeln.
[0022] Es ist auch ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und /
oder eine Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, wobei vor
der Erhöhung des Sollwerts des Ionisationsstromes versucht wird, die Brennereinrichtung
so zu regeln, dass Gebläsedrehzahl und Ionisationsstrom innerhalb vorgegebener Grenzen
stabil gehalten werden. Falls dies möglich ist, kommt es zu einer Erhöhung des Sollwerts
des Ionisationsstromes um ein vorgegebenes Inkrement.
[0023] Es ist auch ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und /
oder eine Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, wobei vor
der Erhöhung des Sollwerts des Ionisationsstromes das Verhalten der Stellung eines
Brennstoff-Aktors in Bezug auf die Gebläsedrehzahl auf Veränderungen und / oder Stabilität
untersucht wird. Dazu werden die aktuelle Stellung eines Brennstoff-Aktors und eine
Drehzahl des Gebläses ermittelt. Aus der Drehzahl des Gebläses wird unter Verwendung
einer niederkalorischen Kennlinie eine niederkalorische Stellung des Brennstoff-Aktors
bestimmt, welche zu der niederkalorischen Kennlinie gehört. Aus der Drehzahl des Gebläses
wird weiterhin unter Verwendung einer hochkalorischen Kennlinie eine hochkalorische
Stellung des Brennstoff-Aktors bestimmt, welche zu der hochkalorischen Kennlinie gehört.
Die aktuelle Stellung wird mit der niederkalorischen Stellung und mit der hochkalorischen
Stellung des Brennstoff-Aktors verglichen. Es wird eine relative Lage, vorzugsweise
in Prozent, ermittelt, welche die Lage der aktuellen Stellung relativ zur niederkalorischen
und zur hochkalorischen Stellung des Brennstoff-Aktors angibt.
[0024] Insbesondere ist vorgesehen, die zeitliche Änderung und / oder zeitliche Schwankung
der relativen Lage anhand eines ersten Tiefpassfilters mit einer ersten Zeitkonstanten
zu einem ersten Mittelwert zu mitteln. Weiterhin wird zeitliche Schwankung der relativen
Lage anhand eines zweiten Tiefpassfilters mit einer zweiten Zeitkonstanten zu einem
zweiten Mittelwert gemittelt. Der erste und der zweite Mittelwert werden miteinander
verglichen. Falls der erste und der zweite Mittelwert um einen vorgegebenen Schwellwert
voneinander abweichen, kommt es zu einer Erhöhung des Sollwerts des Ionisationsstromes
um ein vorgegebenes Inkrement.
[0025] Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und / oder eine
Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, wobei die Erkennung
einer Abdeckung und / oder Blockierung auch dann möglich ist, wenn der Fluidstrom
im Zuluftkanal und / oder Abgaskanal anhand einer Gebläsedrehzahl eingestellt und
nicht anhand eines Sensors erkannt wird.
[0026] Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und / oder eine
Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, wobei mindestens ein
Aktor anhand eines Pulsweiten-modulierten Signals gesteuert und / oder geregelt ist.
[0027] Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und / oder
eine Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, wobei mindestens
ein Aktor anhand eines Umrichters gesteuert und / oder geregelt ist.
[0028] Es ist ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und
/ oder eine Regeleinrichtung für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, anhand dessen
eine Abdeckung und / oder Blockierung des Zuluftkanals und / oder Abgaskanals während
des Betriebs einer Brenneranlage erkannt werden kann. Insbesondere ist vorgesehen,
dass die Anlage zur Erkennung einer Abdeckung und / oder Blockierung nicht ausser
Betrieb genommen werden muss.
[0029] Weiterhin lehrt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und / oder eine Regeleinrichtung
für eine Brennereinrichtung bereitzustellen, bei dem die Regeleinrichtung den einstellbaren
Drehzahlbereich in einzelne Bänder unterteilt, wobei eine Prüfung auf stationäre Regelung
mit erhöhtem Ionisationsstrom bei irgendeiner Drehzahl innerhalb eines Bandes repräsentativ
für Prüfungen auf stationäre Drehzahl bei jeder Drehzahl innerhalb des Bandes ist.
[0030] Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Drehzahlband, in dem eine
Prüfung auf stationäre Regelung mit erhöhtem Ionisationsstrom erfolgreich durchgeführt
wurde, zu markieren und während eines Betriebs innerhalb eines markierten Bandes keine
Prüfung auf stationäre Regelung mehr durchzuführen und / oder bei einem Betrieb innerhalb
eines nicht markierten Bandes eine Prüfung auf stationäre Regelung anzufordern und
/ oder durchzuführen.
[0031] Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und / oder
eine Regeleinrichtung bereitzustellen, wobei in festgelegten Zeitabschnitten die Markierungen
oder alle Markierungen gleichzeitig gelöscht / zurückgesetzt werden.
[0032] Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren und / oder eine
Regeleinrichtung bereitzustellen, wobei eine Prüfung auf stationäre Regelung gestartet
wird, wenn andere Methoden der Überwachung einer Drift der Ionisationselektrode eine
vorgegebene Zeitdauer nicht durchgeführt werden können, weil die vorgegebenen Drehzahlpunkte
nicht erreicht werden können.
[0033] Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Brennereinrichtung mit einem
Verfahren und / oder mit einer Regeleinrichtung gemäss der vorliegenden Offenbarung
bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Figuren
[0034] Verschiedene Details werden dem Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung
zugänglich. Die einzelnen Ausführungsformen sind dabei nicht einschränkend. Die Zeichnungen,
welche der Beschreibung beigefügt sind, lassen sich wie folgt beschreiben:
FIG 1 zeigt schematisch eine Brennereinrichtung mit Luftzufuhrkanal und Brennstoffzufuhrkanal.
FIG 2 zeigt eine Kennlinie eines Ionisationsstromes über einer Gebläsedrehzahl.
FIG 3 zeigt einen niederkalorischen, einen aktuell verwendeten und einen hochkalorischen
Verlauf der Brennstoffzufuhr über der Gebläsedrehzahl.
FIG 4 zeigt den Verlauf eines lonisationsstrom-Sollwerts über einer Luftzahl bei nicht
vorhandener Blockierung.
FIG 5 zeigt den Verlauf eines lonisationsstrom-Sollwerts über einer Luftzahl bei teilweise
vorhandener Blockierung.
FIG 6 zeigt den Verlauf eines lonisationsstrom-Sollwerts über einer Luftzahl bei fortgeschrittener
Blockierung.
FIG 7 zeigt eine Kennlinie eines Ionisationsstromes über einer Gebläsedrehzahl mit
segmentierter Unterteilung in Drehzahlbereiche.
Detaillierte Beschreibung
[0035] FIG 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Brennersystems bestehend aus Brenner 1 und einem
Feuerraum 2 mit Wärmetauscher. Ein motorisch angetriebenes Gebläse 3 fördert die Verbrennungszuluft
4 zum Brenner 1 hin. Vor dem Brenner 1 wird der Brennstoff 6, vorzugsweise ein Brenngas,
zur Verbrennungsluft zugemischt. Die Menge des zugemischten Brennstoffs 6 wird über
ein motorisch verstellbares Brennstoffventil 5 eingestellt. Die Brennstoffmenge wird
über das Stellsignal 13 von der Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 10
an das Brennstoffventil 5 übermittelt. Dies kann mit einem Analog-Signal, als Pulsweiten-moduliertes
Signal oder aber auch digital, beispielsweise über ein Bussystem erfolgen. Die Luftmenge
wird über das Signal 11 von der Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 10
an das Gebläse 3 übermittelt. Der Wert 11 kann gleichermassen als Analog-Signal, als
Pulsweiten-moduliertes Signal oder aber auch digital, zum Beispiel über ein Bussystem
übermittelt werden. Das Gebläse stellt dann die Luftmenge gemäss dem übermittelten
Signal ein. Es gibt ein Drehzahlsignal 12, das der Drehzahl des Lüfterrades entspricht,
an die Regel-, Steuer und Überwachungseinheit 10 zurück. Grund hierfür ist, dass das
Gebläse nicht ausreichend reproduzierbar auf das Steuersignal 11 reagiert, zum Beispiel
wegen der Reibung des Lagers vom Lüfterrad aufgrund unterschiedlicher Betriebsbedingungen
wie Temperatur und / oder Startverhalten. Daher kann die Luftmenge erst über die Drehzahl
12 von der Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 10 zum Beispiel über einen
geschlossenen Drehzahlregelkreis (reproduzierbar) eingestellt werden.
[0036] Mit Hilfe einer Ionisationselektrode 7 wird nicht nur überwacht, ob eine Flamme am
Brenner 1 vorhanden ist oder nicht. Es kann auch anhand des Ionisationssignals 14,
das mit Hilfe der Elektrode 7 in die Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit
10 eingelesen wird, das Brennstoff-Luft-Verhältnis ermittelt werden. Dies geschieht
dadurch, dass eine Wechselspannung an die Ionisationselektrode 7 gelegt wird. Gemessen
wird dabei der mittlere Gleichstromanteil des Stromes durch die Ionisationselektrode
7.
[0037] Eine Ionisationselektrode 7 erfasst einen Ionisationsstrom. An der Ionisationselektrode
7 liegt typisch eine Wechselspannung im Bereich 110 V ... 240 V an. Durch die Diodenwirkung
der Flamme im Stromkries zwischen der Ionisationselektrode 7 und der Gegenelektrode,
üblicherweise dem Brenner 1, fliesst durch den Ionisationskreis ein Gleichstrom überlagert
mit einem Wechselstrom. Dieser Gleichstrom steigt mit zunehmender Ionisation des Gases
im Flammenbereich. Der Gleichstrom sinkt andererseits mit zunehmendem Luftüberschuss
der Verbrennung. Zur Weiterverarbeitung des Signals der Ionisationselektrode ist es
gängig, ein Tiefpass zu verwenden, sodass aus dem gefilterten Ionisationssignal der
Ionisationsstrom entsteht. Der auftretende Gleichstrom liegt typisch im Bereich kleiner
150 Mikroampere, häufig sogar deutlich unterhalb dieses Wertes.
[0038] Eine Vorrichtung zur Trennung von Gleichstrom und Wechselstrom einer Ionisationselektrode
ist beispielsweise in
EP1154203B1, FIG 1, gezeigt und unter anderem in Abschnitt 12 der Beschreibung erklärt. Auf die
relevanten Teile der Offenbarung von
EP1154203B1 wird hier Bezug genommen.
[0039] Ionisationselektroden 7 wie hier eingesetzt sind kommerziell erhältlich. Als Material
der Ionisationselektroden 7 kommt vielfach KANTHAL®, z.B. APM® oder A-1®, zum Einsatz.
Auch Elektroden aus Nikrothal® werden vom Fachmann in Betracht gezogen.
[0040] Das vom Verbrennungsprozess erzeugte und im Wärmetauscher 2 abgekühlte Abgas 9 wird
durch einen Abgaskanal 8 nach aussen geführt, dessen Länge von Anlage zu Anlage unterschiedlich
sein kann. Der Abgaskanal 8 kann weiterhin durch äussere Einflüsse ganz oder teilweise
verschlossen und / oder blockiert sein. Im Fall eines teilweisen Verschlusses und
/ oder einer teilweisen Blockierung des Abgaskanals 8 ist ein erster Abschnitt des
Abgaskanals 8 offen und ein zweiter Abschnitt des Abgaskanals 8 verschlossen und /
oder blockiert. Solche äusseren Einflüsse sind zum Beispiel ein fehlerhaftes Verengen
und / oder eine Abdeckung des Abgasweges 8 durch Handwerker, durch Fehlfunktion einer
Abgasklappe und / oder ein Vereisen des Abgasweges 8 im Winter. Durch gleiche Ursachen
kann der Querschnitt für die Luftzufuhr 4 fehlerhaft verengt sein Der Zuluftkanal
4 ist somit in der Wirkung dem Abgaskanal 8 zugeordnet. Durch die Verengung im Zuluft-
oder Abgasweg 8 wird das gemessene Drehzahlsignal 12 einem anderen Luftdurchsatz 4
zugeordnet, als dies bei der Einstellung der Kennlinie nach FIG 2 der Fall war.
[0041] In FIG 2 wird der gemessenen Drehzahl 12 über eine Kennlinie 16 ein lonisationsstrom-Sollwert
15 zugeordnet. Die Drehzahl 12 entspricht dabei einem Luftdurchsatz 4 entsprechend
dem Strömungswiderstand des Zuluft- / Abgaswegs 8 wie bei der Aufnahme der Kennlinie
16. Änderungen in der Länge, im Querschnitt, Biegungen etc. des Zuluft-Abgasweges
8 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz des Strömungswiderstands wirken sich nur geringfügig
auf die Zuordnung von Drehzahl 12 zu Luftdurchsatz 4 aus. Somit wird ausreichend genau
über eine vorgegebene Drehzahl 12 ein Luftdurchsatz 4 vorgegeben. Über die Kennlinie
16 wird ein lonisationsstrom-Sollwert eingestellt. Damit wird die Brennstoffmenge
6 über einen geschlossenen Regelkreis so geregelt, dass der gemessene Ionisationsstrom
14 gleich dem vorgegebenen Sollwert aus der Kennlinie 16 ist. Also wird innerhalb
der vorgegebenen Toleranzen die Luftmenge der Brennstoffmenge zugeordnet.
[0042] Ändert sich der Strömungswiderstand infolge einer Abdeckung, so kann sich die lineare
Zuordnung der Drehzahl 12 zum Luftdurchsatz 4 ändern. Es wird dann für eine vorgegebene
Drehzahl 12 nicht mehr der korrekte Luftdurchsatz 4 zur Brennstoffmenge 6, die über
Kennlinie 16 und Regelkreis und Ionisationsstrom 14 eingestellt wird, zugeordnet.
Dieser Fehler kann so stark sein, dass die Luftzahl λ näher Richtung λ=1 rückt. Die
Folgen sind schlechte Verbrennungswerte mit hohem CO-Gehalt.
[0043] Mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren wird dieser Zustand aufgedeckt.
[0044] Für die in FIG 2 dargestellte Kennlinie 16 des lonisationsstrom-Sollwerts 15 über
der gemessenen Gebläsedrehzahl 12 ergibt sich über den geschlossenen Regelkreis eine
Abhängigkeit des Brennstoffdurchsatzes 6 über der Drehzahl 12. Der geschlossene Regelkreis
regelt die Brennstoffmenge 6 derart aus, dass der Ionisationsstrom-Istwert 14 gleich
dem Sollwert 15 wird. Der Brennstoffdurchsatz 6 wird durch die Brennstoffventil-Ansteuerung
13 repräsentiert, da Ansteuerung 13 und Brennstoffdurchsatz 6 einander umkehrbar eindeutig
zugeordnet werden können. Dies gilt zumindest solange, als dass die Luftmenge konstant
gehalten wird. Alternativ könnte der Brennstoffdurchsatz 6 direkt beispielsweise durch
eine Strömungsmesseinrichtung ermittelt werden.
[0045] Die Abhängigkeit der Brennstoff-Aktor-Ansteuerung 13 als Mass für den Brennstoffdurchsatz
6 von der Gebläsedrehzahl 12 als Mass für den Luftdurchsatz 4 ist in FIG 3 aufgezeichnet.
Da die Kennlinie neben der Ventilcharakteristik von äusseren Gegebenheiten wie Brennstoff
und / oder Brennstoff-Eingangsdruck abhängt, sind zunächst zwei Kennlinien 17 und
18 in der Brennersteuerung 10 hinterlegt. Die beiden Kennlinien 17 und 18 entsprechen
festen, aber unterschiedlichen äusseren Gegebenheiten. So wurde die Kennlinie 17 beispielsweise
mit einem niederkalorischen Brennstoff und / oder einem geringen Brennstoff-Eingangsdruck
ermittelt. Kennlinie 18 hingegen wurde mit einem höherkalorischen Brennstoff und /
oder einem hohen Brennstoff-Eingangsdruck ermittelt. Die aktuell gültige Kennlinie
19 wird aus der durch die Regeleinrichtung 10 ermittelten aktuellen, stationären Brennstoffstellung
13 bei Gleichheit von Sollwert 15 und Istwert 14 des Ionisationsstromes ermittelt.
Alle anderen Kennlinienpunkte der Kennlinie 19 sind dann aus diesem Punkt und den
beiden Kennlinien 17 und 18 als mit einem Faktor R gewichteten (geometrischen und
/ oder arithmetischen) Mittelwert bestimmt. R kann aus dem Positionspunkt 13 des Brennstoffventils
bei gegebener Drehzahl 12 und den beiden auf den Kennlinien 17 und 18 liegenden Punkten
zur gleichen Drehzahl 12 ermittelt werden. Mit anderen Worten: Bei jeder Drehzahl
12 ist das Verhältnis des Abstandes zwischen den Kennlinien 19 und 17 zum Abstand
zwischen den Kennlinien 19 und 18 gleich. Durch diese Massnahme kann die Leistung
schnell verändert werden. Man liegt also schon sehr dicht an dem Zielpunkt, ohne dass
die Regeleinrichtung 10 bei der Leistungsveränderung stark eingreifen muss.
[0046] Durch Überwachen des Gewichtungsfaktors R kann eine potentielle Abdeckung und / oder
Blockierung des Zuluft- / Abgasweges 8 aufgedeckt werden. Bei einer Abdeckung rückt
aufgrund der falschen Zuordnung zwischen Drehzahl und Luftdurchsatz die Kennlinie
19 näher an die Kennlinie 17 für niederkalorisches Gas, was sich durch eine Änderung
des Gewichtungsfaktors R bemerkbar macht. Um dies zu erkennen, wird der Gewichtungsfaktor
R auf zwei Arten gemittelt. Der Gewichtungsfaktor R wird zum einen über eine Zeit
von beispielsweise 10 Sekunden, 15 Sekunden oder 20 Sekunden gemittelt. Der Gewichtsfaktor
R wird zum anderen über eine längere Zeit von beispielsweise 30 Sekunden, 45 Sekunden
oder 60 Sekunden gemittelt. Durch die Mittelungen lassen sich Schwankungen im System
noch besser dämpfen. Als Mittelung kommen beispielsweise gleitende Mittelwert-Filter
und / oder Tiefpass-Filter zum Einsatz.
[0047] Weicht die normalisierte Differenz zwischen kürzerem Mittelwert und längerem Mittelwert
um einen vorgegebenen Schwellwert ab, so könnte eine weitgehende, vorzugsweise vollständige
oder im Wesentlichen vollständige, Abdeckung und / oder Teilabdeckung aufgetreten
sein. Infolge der Teilabdeckung könnte die Verbrennung kritisch werden. Als Schwellwert
für die normalisierte Differenz kommt beispielsweise ein Wert von 5 Prozent des geringeren
Wertes, oder von 20 Prozent des geringeren Wertes, oder sogar von 100 Prozent des
geringeren Wertes in Betracht.
[0048] Es muss dann mit einem gesonderten Testablauf geprüft werden, ob tatsächlich eine
Abdeckung und / oder eine Blockierung vorliegt. Die besondere Prüfung ist erforderlich,
da auch andere Ursachen für eine Änderung des Gewichtungsfaktors R in Frage kommen,
insbesondere eine Änderung des Brennstoffs und / oder des Brennstoft-Eingangsdrucks.
[0049] Der Testablauf auf Abdeckung wird durch FIG 4 verdeutlicht. Darin ist der lonisationsstrom-Sollwert
15 über der Luftzahl λ 20 dargestellt. Für jede Leistung, repräsentiert durch die
Drehzahl 12, ergibt sich eine Kennlinie 21, die vom Brenner- Elektroden-System 1,
7 und dem Zuluft- / Abgasweg 8 bestimmt wird. Befindet man sich im Normalbetrieb,
so wird für die aktuell vorgegebene Drehzahl 12 der Sollwertstrom 22 aus der Kennlinie
16 in FIG 2 ermittelt. Über den geschlossenen Ionisations-Regelkreis wird dann der
gemessene Ionisationsstrom 14 gleich dem Sollwert 15 eingeregelt. Der Sollwert 15
ist für diese Drehzahl identisch mit Sollwertstrom 22. Über die Kennlinie 21 ergibt
sich der gewünschte λ-Wert 23 für den aktuellen Drehzahlwert 12. Bei Durchführung
des Tests auf Abdeckung wird die aktuelle Drehzahl 12 festgehalten. Es wird geprüft,
ob Drehzahl 12 und Ionisationsstrom 14 stationär auf dem gewünschten Sollwert liegen,
damit die Erzeugung einer Testanforderung auf stationäre Regelung nicht durch den
Einfluss von schnellen Leistungsänderungen der Brennereinrichtung verfälscht wird.
Gemäss einer speziellen Ausführungsform liegt ein ausreichend stationärer Zustand
vor, wenn die Drehzahl 12 und der Ionisationsstrom 14 jeweils um weniger als 1 Prozent,
bevorzugt weniger als 10 Prozent, weiter bevorzugt um weniger als 50 Prozent, um ihren
Mittelwert fluktuieren. Als Mass für die Abweichung um den Mittelwert kommen dabei
insbesondere Varianz und Standardabweichung in Betracht. Gemäss einer speziellen Ausführungsform
darf über eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise mindestens 2 Sekunden, mindestens
10 Sekunden oder mindestens 20 Sekunden, kein abgetasteter Messwert ausserhalb des
Bandes liegen. Alternativ werden Drehzahl-Messwerte 12 in regelmässigen Abständen
miteinander verglichen. Ein stationärer Zustand herrscht auch hier, wenn die zuletzt
gemessene Drehzahl 12 um weniger als 1 Prozent, weniger als 10 Prozent, oder weiter
um weniger als 50 Prozent von dem davor gemessenen Drehzahlwert 12 abweicht. Typische
regelmässige Abstände zum Vergleich sind Drehzahlwerte 12 von mindestens 2 Sekunden,
mindestens 10 Sekunden oder mindestens 20 Sekunden.
[0050] Erst wenn ein ausreichender stationärer Zustand und / oder Stabilität gegeben ist,
wird der nächste Testschritt eingeleitet, bei dem der lonisationsstrom-Sollwert 15
bei geschlossenem Regelkreis auf einen Wert 24 erhöht wird. Die Erhöhung des lonisationsstrom-Sollwerts
bei geschlossenem Regelkreis auf einen Wert 24 ist beispielsweise eine Erhöhung um
5 Prozent, um 20 Prozent oder um 100 Prozent gemessen an dem zuvor eingeregelten lonisationsstrom-Sollwert.
[0051] Dabei wird die Drehzahl 12 konstant gehalten. Hat sich wie in FIG 4 die Kennlinie
21 nicht geändert, weil keine Abdeckung vorhanden ist, so wird nach kurzer Zeit der
Istwert 14 ebenfalls auf den Sollwert 24 geregelt. Die kurze Zeit ist beispielsweise
3 Sekunden oder 10 Sekunden oder 20 Sekunden. Es ergibt sich gemäss Kennlinie 21 der
λ-Wert 25. Der lonisationsstrom-Regelkreis liefert ein stabiles Ergebnis. Wie man
in FIG 4 sieht, ist Wert 23 für diesen Fall noch ausreichend weit vom kritischen λ-Bereich
26 weg, in dem CO-Emissionen auftreten. Der kritische λ-Bereich umfasst beispielsweise
Luftzahlen λ kleiner als 1.15, insbesondere kleiner als 1.10, kleiner als 1.05 oder
gar kleiner als 1.00.
[0052] Nach Beenden des Tests, wenn der Regelkreis stabil bleibt, wird der Sollwert wieder
auf den Betriebswert 22 gesetzt. Nach kurzer Wartezeit zum Einschwingen des Regelkreises
wird das Einfrieren der Drehzahl 12 aufgehoben. Die kurze Wartezeit bis zum Einschwingen
des Regelkreises ist beispielsweise 1 Sekunde oder 5 Sekunden oder 10 Sekunden. Die
Drehzahlvorgabe und damit die Leistungseinstellung kann wieder von übergeordneten
Einheiten, zum Beispiel einer Temperaturregelung, vorgenommen werden.
[0053] Wird der Test wie im vorgestellten Fall bestanden, so können in kurzen Zeitabständen
von beispielsweise mehr als einer Minute weitere Tests erfolgen. Die weiteren Tests
erfolgen solange, bis eine festgelegte Anzahl an Tests, zum Beispiel 5 Tests oder
10 Tests oder 15 Tests, bestanden wurden. Weiterhin kann ein Test auch nach einer
Leistungsänderung, das heisst nach einer Brennermodulation, und / oder nach einem
Brennerstart angefordert und / oder durchgeführt werden.
[0054] Der Fachmann erkennt weitere Möglichkeiten für eine Testanforderung. So kann beispielsweise
ein Test nach einer Drehzahländerung um einen bestimmten Wert angefordert werden,
wenn die Drehzahl 12 ausreichend stabil an einem Zustand ist. Ein Test kann ebenfalls
zyklisch in bestimmten vorgegebenen Zeitabständen angefordert werden. In einem anderen
Fall liegt eine Testanforderung nach vorgegebenen Zeitintervallen zyklisch und / oder
nach Drehzahländerungen an. Die genannten Möglichkeiten bieten sich an, wenn etwa
ein anderer Regelalgorithmus ohne Gewichtungsfaktor verwendet wird.
[0055] In FIG 5 ist das Verhalten des Testablaufs dargestellt, wenn eine Abdeckung und /
oder Blockierung so vorhanden ist, dass gerade noch keine kritischen Verbrennungswerte
im Normalbetrieb auftreten. Für diesen Fall ist die vom Brennersystem abhängige Kennlinie
21 verändert und zeigt einen Verlauf wie durch Kennlinie 27 dargestellt.
[0056] Für die gegebene Drehzahl 12 ergibt sich wieder aus Kennlinie 16 aus FIG 2 der gleiche
lonisationsstrom-Sollwert 22. Durch den geänderten Verlauf der Kennlinie 27 gegenüber
Kennlinie 21 verschiebt sich der resultierende λ-Wert 28 für den Betriebsfall zu einem
kleineren Wert gegenüber dem Wert 23. Wird der oben beschriebene Testablauf durchgeführt,
so kann bei Anheben des lonisationsstrom-Sollwerts 15 bei geschlossenem Regelkreis
auf den Wert 24 an der Kennlinie 27 gerade noch ein Punkt gefunden werden. Jener Punkt
erlaubt eine stabile Einregelung des lonisationsstrom-Regelkreises auf Wert 24. Es
ergibt sich für den Testfall ein λ-Wert 29, bei dem bereits CO-Emissionen erzeugt
werden. Dies ist jedoch nicht kritisch, da dieser Zustand nur sehr kurz dauert, denn
nach bestandenem Test wird der Ionisationsstrom 15 wieder auf den Betriebswert 22
gesetzt. Weiterhin wird nach bestandenem Test die Drehzahl 12 freigegeben. Der Zustand
mit CO-Emissionen dauert vorzugsweise weniger als 15 Sekunden, besonders bevorzugt
weniger als 10 Sekunden, weiter bevorzugt weniger als 5 Sekunden.
[0057] In FIG 6 ist das Verhalten des Testablaufs dargestellt, wenn eine Abdeckung und /
oder Blockierung vorhanden ist, die kritische Verbrennungswerte erzeugt. Im Betriebsfall
wird bei stabiler Drehzahl 12 wiederum der Wert 22 des lonisationsstrom-Sollwerts
durch Kennlinie 16 ermittelt. Für die durch Abdeckung des Zuluft- / Abgasweges 8 noch
weiter gegenüber der richtigen Kennlinie 21 veränderten Kennlinie 30 ergibt sich für
den Betriebsfall ein λ-Wert 31. Der λ-Wert 31 liegt bereits im kritischen Verbrennungsbereich
mit zu hohen CO-Emissionen. Wird jetzt der oben beschriebene Testablauf durchgeführt,
so kann für den eingestellten lonisationsstrom-Sollwert 24 kein Punkt auf der Kennlinie
30 gefunden werden. Der lonisationsstrom-Regelkreis sucht einen entsprechenden Wert,
indem er λ durch immer weitere Erhöhung der Brennstoffmenge, insbesondere der Gasmenge,
verringert. Der Regelkreis bricht auf. Durch die Abnahme des Ionisationsstromes mit
der Luftzahl λ 20 in Kennlinie 30 für λ < 1 verstärkt sich der Effekt sogar. Das Brennstoffventil
5 kommt an seine maximal mögliche Öffnungsstellung. Es fährt an den Anschlag oder
es kommt bereits vorher zu einem Flammenabriss.
[0058] Im vorliegenden Fall gibt der Regelkreis unter Berücksichtigung eines Sollwerts des
Ionisationsstromes ein Signal an ein Brennstoff-Ventil aus. Bei einem Ausfall des
Regelkreises findet der lonisationsstrom-Regelkreis zu einem gegebenen lonisationsstrom-Sollwert
also keine passende Luftzahl λ und keine passende stationäre Stellung des Brennstoff-Ventils
mehr. Folglich existiert im kritischen Verbrennungsbereich mindestens ein Sollwert
des Ionisationsstromes, für den eine stationäre mathematische Übertragungsfunktion
nicht endlich bleibt. Dabei beschreibt die mathematische Übertragungsfunktion die
Ausgabe des Regelkreises an das Brennstoff-Ventil als Antwort auf einen endlichen
Messwert des Ionisationsstromes. Insbesondere beschreibt die mathematische Übertragungsfunktion
die Ausgabe des Regelkreises ohne Berücksichtigung technischer Grenzen für das Ausgabesignal
eines elektrischen Regelkreises.
[0059] Stationäre Regelung (einer Verbrennung durch die Brenneranlage) bedeutet, dass bei
konstanten (Änderungen der) Eingangsgrössen (in die) der Übertragungsfunktion nach
endlicher Zeit und nach Abklingen von Einschwingvorgängen keine Änderung der Ausgangsgrösse
an das Brennstoff-Stellglied mehr auftritt. Eingangsgrössen sind in diesem Zusammenhang
beispielsweise der lonisationsstrom-Sollwert und / oder externe Störungen. Insgesamt
sind im stationären Zustand bei festen Eingangsgrössen wie lonisationsstrom-Sollwert
und / oder Störgrössen alle Systemgrössen auf einem festen, unveränderten Wert. Dies
gilt insbesondere für die Ausgabegrösse des Regelkreises an das Brennstoffventil.
Solches gilt dementsprechend auch für das Stellsignal 13 an das Brennstoffventil 5.
[0060] Die Übertragungsfunktion ist im Übrigen die Übertragungsfunktion des geschlossenen
Regelkreises einschliesslich der Übertragungsfunktion der Regel- und Messstrecke (als
Unterfunktionen). Die Messgrösse Ionisationsstrom-Istwert, aber auch die Ventilansteuerung
an die Regelstrecke, sind für die Übertragungsfunktion des Regelkreises interne Systemgrössen.
Weitere Regelkreis-Funktionen sind der Soll-Istwert-Vergleich und der Regler sowie
eventuelle Treiber für die Ventilansteuerung.
[0061] Der Regelkreis ist beispielsweise ein proportionaler / integraler Regelkreis und
/ oder ein proportionaler / integraler / derivativer Regelkreis.
[0062] Das Aufbrechen des Regelkreises wird detektiert, wenn das Ansteuersignal 13 den Wert
für die maximal mögliche Öffnungsstellung des Brennstoffventils 5 überschritten hat.
In einigen Fällen ist die maximal mögliche Ansteuerung 13 des Brennstoffventils begrenzt
und / oder es wird der Hub der maximalen Öffnung des Brennstoffventils 5 gemessen.
Es wird dann ein Aufbrechen des Regelkreises detektiert, wenn eine vorgegebene Zeitdauer
überschritten wird, in der sich das Brennstoffventil 5 in seiner Maximalstellung befindet.
Eine dritte Möglichkeit der Detektion eines aufgebrochenen Regelkreises besteht darin,
das Überschreiten einer Zeitdauer zu detektieren, in der sich das Ionisationsstrom-Ist-Signal
14 während der Prüfphase mit erhöhtem lonisationsstrom-Sollwert 24 ausserhalb eines
in der Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 10 definierten Bandes um den
Ionisationsstrom Sollwert 24 befindet. Gemäss einer weiteren Möglichkeit zur Detektion
des Aufbrechens des Regelkreises ist der Flammenabriss während des Tests als Aufbrechen
des Regelkreises zu werten.
[0063] Die Differenz zwischen dem lonisationsstrom-Sollwert im Betriebsfall 22 und dem lonisationsstrom-Sollwert
im Testfall 24 bestimmt denjenigen Punkt, anhand dessen der kritische Bereich 26 definiert
wird. Durch diese Differenz wird damit der maximale CO-Wert ohne Sicherheitsabschaltung
einschliesslich eines eventuellen Sicherheitsabstands bestimmt. In einer besonders
bevorzugten Ausführung wird nur eine Differenz für alle Drehzahlwerte 12 in der Regel-,
Steuer- und / oder Überwachungseinheit 10 definiert. Dann ist die Differenz so zu
wählen, dass von allen möglichen Gebläsedrehzahlen 12, für eine Abdeckung mit einer
zugehörigen Änderung der Kurve 21 der höchste Wert ausgewählt werden muss. Die Gebläsedrehzahlen
12 entsprechend dabei allen möglichen Brenner-Leistungen mit zugehörigen kritischen
Bereichen 26.
[0064] Eine weitere mögliche Ausführung besteht darin, für mehrere signifikante Drehzahlen
je eine Differenz zu wählen. Für die Drehzahlen wird zwischen diesen signifikanten
Drehzahlen anhand der unterschiedlichen Differenzwerte interpoliert. Vorzugsweise
wird linear interpoliert. Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird anhand sogenannter
kubischer Splines interpoliert. Vorteilhafter Weise beinhalten die signifikanten Drehzahlwerte
den maximalen und den minimalen Modulationsgrad der Anlage. Der Fachmann erkennt,
dass die signifikanten Drehzahlwerte nicht auf die maximalen und minimalen Modulationsgrade
beschränkt sind.
[0065] Wird ein Aufbrechen des Regelkreises detektiert, so kann von einer kritischen Verbrennung
im Betriebsfall oder einer Verbrennung nahe den kritischen Werten ausgegangen werden.
Als Reaktion ist eine Sicherheitsabschaltung des Brennersystems mit anschliessender
Störstellung vorgesehen. Damit kann das System gewartet werden.
[0066] Alternativ kann das System mit oder ohne Sicherheitsabschaltung weiter in Betrieb
bleiben, wobei dann mehrere Tests kurz nach dem nicht bestandenen Test wiederholt
werden. Erst nach einer vorgegebenen Anzahl nicht bestander Tests und / oder nach
einer vorgegebenen relativen Häufigkeit nicht bestandener Tests erfolgt dann eine
Störstellung. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass kurzzeitige Abdeckungen und /
oder sehr starke Einflüsse, die eine Abdeckung des Zuluft- / Abgassystems 8 simulieren,
das System nicht ausser Funktion bringen. Eine hohe Verfügbarkeit ist damit gewährleistet.
Als kurzzeitige Abdeckungen und / oder sehr starke Einflüsse kommen zum Beispiel starker
Wind in Betracht.
[0067] Eine weitere Möglichkeit der Reaktion ist die Verschiebung des lonisationsstrom-Sollwerts
14 um ein vorgegebenes Inkrement solange, bis der in kurzen Abständen wiederholte
Test positiv bestanden wird. Der erhöhten Verfügbarkeit steht hier allerdings eine
Zeitdauer des Betriebs während der Testfolge gegenüber, bei der das Gerät kritische
Emissionen erzeugen kann. Für potentiell schnell ablaufende Abdeckungen und / oder
Blockierungen ist diese Reaktion also weniger präferiert. In diesem Fall sollte bevorzugt
eine sehr grosse (deutliche) Korrektur gewählt werden. Es kann auch über andere bekannte
Driftkorrekturen an den entsprechenden Drehzahlpunkten die Kennlinie 16 genau korrigiert
werden.
[0068] Grundsätzlich können mit dem beschriebenen Testablauf auch andere Fehler aufgedeckt
werden, die das Brenner- Elektrodesystem 1, 7 beeinflussen. So kann natürlich auch
eine Drift der Ionisationselektrode 7 durch Beläge und / oder Verbiegen aufgedeckt
werden. Gegenüber den anderen genannten Verfahren ist eine Korrektur des lonisationsstrom-Sollwerts
14 eher schwierig und / oder ungenau durchzuführen. Dafür hat das Verfahren den Vorteil,
eine rasche Änderung der Kennlinie 21 sofort aufzudecken. Das Verfahren hat weiterhin
den Vorteil, dass infolge der Aufdeckung einer raschen Änderung unverzüglich reagiert
werden kann. Mithin ergänzen sich die verschiedenen Verfahren.
[0069] Der Test ist repräsentativ um ein bestimmtes Drehzahlband der Drehzahl 12. So ein
Gültigkeitsband beträgt typisch ±300 Umdrehungen pro Minute, ±400 Umdrehungen pro
Minute oder ± 800 Umdrehungen pro Minute je nach Gebläse-Typ. Sobald ein Test angefordert
wird, muss daher nach jeder Verstellung der Leistung (Modulation) über die Gebläsedrehzahl
12, die grösser als das vorgegebene Band ist, ein weiterer Test durchgeführt werden.
Gleichermassen wird dann nach jeder Inbetriebsetzung ein neuer Test angefordert. Tests
werden solange nach Änderung der Drehzahl 12 (Leistungsverstellung) und / oder nach
jeder Inbetriebsetzung durchgeführt, bis eine vorgegebene Anzahl an Tests bestanden
wird. Gemäss einer speziellen Ausführungsform werden Tests solange durchgeführt, bis
ein vorgegebener prozentualer Anteil an Tests bestanden wird. Bevorzugt werden mindestens
50 Prozent, weiter bevorzugt mindestens 80 Prozent, besonders bevorzugt mindestens
95 Prozent der Tests bestanden.
[0070] Es ist daher vorteilhaft, den Drehzahlbereich, in welchem das Brennersystem arbeitet,
in feste Bänder aufzuteilen. Dieser Fall ist für die Regel-Sollwert-Kennlinie in FIG
7 dargestellt. Wird ein Testablauf bei einer Drehzahl 12 innerhalb eines Bandes 32
durchgeführt, kann davon ausgegangen werden, dass für alle Drehzahlen 12 im Band 32
dieser Test ausreichend Gültigkeit hat. Mithin liegt man noch ausreichend weit weg
von kritischen Verbrennungswerten für alle Drehzahlen 12 im Band. Das Band 32 kann
somit als getestet markiert werden. Ein Betrieb im markierten Drehzahlband ist unkritisch,
bis zum Beispiel eine ausreichend starke Änderung des Gewichtungsfaktors für das getestete
markierte Band 32 festgestellt wird.
[0071] Die Bänder 32 sind also von Vorteil, wenn ein Test angefordert wurde und bestanden
wurde. So kann gewährleistet werden, dass Folgetests auch wirklich nur bei einer anderen
Drehzahl 12 aus einem anderen Band 32 durchgeführt werden. Die Testfolge wird beendet,
wenn die Tests bei ausreichend weit auseinander liegenden Drehzahlen 12 erfolgreich
waren.
[0072] Typische Bandbreiten betragen typisch ±300 Umdrehungen pro Minute, ±400 Umdrehungen
pro Minute oder± 800 Umdrehungen pro Minute je nach Gebläse-Typ. Der Fachmann erkennt,
dass sich die Bänder 32 auch überlappen können, so dass ein Test zwei Bändern 32 zugeordnet
werden kann. Man könnte stattdessen auch weniger Bänder und dafür eine höhere Bandbreite
festlegen. Durch diese Massnahme kann die Anzahl der Tests reduziert werden. Der Abstand
der Drehzahlen 12 für Folgetests wird damit vergrössert.
[0073] Als weitere, wichtige Anwendung kommt der vorgestellte Testablauf innerhalb der definierten
Drehzahlbänder 32 zum Tragen, wenn andere Drifttest-Mechanismen nicht angewandt werden
können.
[0074] Bekanntermassen muss die Drift eines Brenner-Elektrode-Systems durch Beläge und /
oder durch Verbiegen der Ionisationselektrode in regelmässigen Zeit-Intervallen an
bestimmten Drehzahlpunkten ermittelt werden. Für die Durchführung muss für den Drifttest
der jeweilige festgelegte Drehzahlpunkt erreicht werden. Die Wärme muss dort für eine
wenn auch kurze Zeit abgeführt werden. Insbesondere bei sehr kleinen Drehzahlen entsprechend
kleinen Brennerleistungen sind solche Tests aufgrund von Windeinflüssen nur schwer
durchzuführen. Können die bei grösseren Drehzahlen liegenden Drifttestpunkte nicht
erreicht werden, weil die Wärme nicht abgeführt werden kann, muss das System eine
Abschaltung durchführen bevor der Drifttestpunkt erreicht wird. Der Drifttest kann
also nicht ausgeführt werden.
[0075] Können so ein Drifttest und eine folgende Korrektur des Ionisationsstrom Sollwerts
15 über eine vordefinierte Zeitdauer hinweg nicht durchgeführt werden, so müsste normalerweise
das Brennersystem abgeschaltet und verriegelt werden. In einem solchen Fall kann eine
Drift aufgrund von Belägen auf der Ionisationselektrode und / oder Verbiegen der Ionisationselektrode
nicht mehr ausgeschlossen werden. In der Folge könnten kritische Emissionen auftreten.
Durch Ausführen der alternativen, hier offenbarten Tests kann die Verfügbarkeit (deutlich)
erhöht werden. Schliesslich können die Tests praktisch bei jeder stabilen Drehzahl
12 durchgeführt werden. Zudem ist die Testdauer ausgesprochen kurz, beispielsweise
typisch 5 Sekunden oder 10 Sekunden. Mithin kann die Wärme auf jeden Fall abgeführt
werden.
[0076] Ein hier offenbarter Test wird dann angefordert und ausgeführt, wenn die vordefinierte
Zeitdauer für eine Drift-Korrektur abgelaufen ist und eine Drift-Korrektur nicht durchgeführt
werden konnte. Alle Drehzahlbänder 32 werden zunächst als nicht getestet markiert.
Im Band 32, in dem sich aktuell die Drehzahl 12 ausreichend stationär befindet, wird
dann der Test durchgeführt. Dieses Band 32 wird als getestet markiert, wenn der Test
erfolgreich war. Bei Erreichen eines anderen Bandes 32 mit ausreichend stationärer
Drehzahl 12 wird dann in diesem anderen Band 32 ein Test durchgeführt. Dieses andere
Band 32 wird im Falle eines erfolgreichen Testablaufs ebenfalls als getestet markiert.
In allen Bändern 32, die als getestet markiert sind, wird kein Test mehr durchgeführt,
wenn die Drehzahl 12 eines jener Bänder 32 wieder erreicht. In Bändern 32, die als
nicht getestet markiert sind, wird der Test durchgeführt. Das jeweilige Drehzahlband
32 wird nach erfolgreicher Testdurchführung im Anschluss als getestet markiert.
[0077] Dieser Vorgang läuft solange ab, bis eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, in der
eine kritische Drift auftreten könnte. Dann werden alle Markierungen zurückgesetzt
und die Tests für jedes neue, nicht markierte Band 32 angefordert und durchgeführt.
[0078] Die alternativen Tests werden einschliesslich Rücksetzten der Bändermarkierungen
durchgeführt, bis eine Drehzahl 12 erreicht wird, und dort eine Drift-Korrektur gemäss
einem bekannten Verfahren erfolgreich durchgeführt wurde.
[0079] Eine Sicherheitsabschaltung mit Störstellung erfolgt nur dann, wenn ein Test nicht
bestanden wird, also ein kritischer Zustand aufgetreten ist und / oder aufzutreten
droht. Darüber hinaus kann für diesen Fall das jeweilige Drehzahlband 32 als nicht
getestet markiert bleiben. Die Tests können mehrfach wiederholt werden, bis nach erfolgter
Anzahl nicht bestandener Tests eine Störstellung erzeugt wird. Damit wird die Verfügbarkeit
weiter verbessert.
[0080] Gemäss einer weiteren Ausführungsform erfolgt eine Störstellung dann, wenn während
der vorgegebenen Zeit gar kein Test durchgeführt wurde, also kein auch nur kurzzeitig
stationärer Zustand erreicht wird. Für diesen sehr unwahrscheinlichen Fall empfiehlt
sich auch eine Sicherheitsabschaltung mit Störstellung, da die Brennerleistung über
einen längeren Zeitraum instabil ist.
[0081] Durch die oben geschilderte Massnahme kann die Verfügbarkeit des Brenner-Systems
deutlich erhöht werden. In einer besonders bevorzugten Variante können eine Erhöhung
der Verfügbarkeit bei nicht durchführbaren Drifttests und eine Erkennung einer spontanen
Abdeckung und / oder spontanen Blockierung miteinander kombiniert werden.
[0082] Ebenfalls ist vorgesehen, die Detektion von Blockierungen und / oder Abdeckungen
anhand eines neuronalen Netzes durchzuführen. Das neuronale Netz verfügt dabei über
eine Reihe von Eingabe-Neuronen, welche gemeinsam die Eingabeschicht bilden. Die Eingabe-Neuronen
werden mit Eingabedaten wie Brennstoffventil-Stellung 13, Ionisationsstrom 14, Gebläsedrehzahl
12 gesetzt. Vorzugsweise werden die Eingabedaten normalisiert, bevor die Eingabe-Neuronen
gesetzt werden. Insbesondere ist vorgesehen, die Eingabedaten x jeweils nach einem
Verfahren nach Gauss unter Berücksichtigung von Mittelwert µ und Standardabweichung
σ der jeweiligen Eingabedaten zu normalisieren. Damit ergibt sich ein normalisierter
Wert x
norm gemäss:

[0083] Das neuronale Netz verfügt weiterhin über mindestens ein Ausgabe-Neuron. Die Gesamtheit
der Ausgabe-Neuronen bildet die Ausgabeschicht. In einer speziellen Ausführungsform
gibt das mindestens eine Ausgabe-Neuron eine Zahl zwischen 0 und 1 oder zwischen 0%
und 100% aus, welche den Grad einer Abdeckung und / oder Blockierung angibt. Das Ausgabe-Neuron
der speziellen Ausführungsform lässt sich beispielsweise anhand einer sigmoiden oder
einer Tangens Hyperbolicus (tanh) Aktivierungsfunktion verwirklichen.
[0084] In einer vereinfachten Ausführungsform gibt das mindestens eine Ausgabe-Neuron eine
Zahl wie beispielsweise 0 oder 1 aus, welche im Fall von 0 angibt, dass keine Abdeckung
und / oder Blockierung vorliegt. Im Fall einer Ausgabe von 1 liegt hingegen eine Abdeckung
und / oder Blockierung vor. Das Ausgabe-Neuron der vereinfachten Ausführungsform lässt
sich beispielsweise anhand einer Stufen-Funktion verwirklichen.
[0085] In einer erweiterten Ausführungsform verfügt das neuronale Netz über mindestens zwei
Ausgabe-Neuronen. Darunter entspricht ein erstes Ausgabe-Neuron der speziellen Ausführungsform
von oben, das heisst es wird ein Abdeckungsgrad ausgegeben. Ein zweites Ausgabe-Neuron
entspricht der genannten vereinfachten Ausführungsform. Es gibt also 0 oder 1 entsprechend
keiner Abdeckung oder einer vorhandenen Abdeckung aus.
[0086] Das neuronale Netz verfügt weiterhin über mindestens eine versteckte Schicht an Neuronen.
Vorzugsweise verfügt die mindestens eine versteckte Schicht an Neuronen über 7, 8
oder 9 Neuronen. Gemäss einer anderen Ausführungsform verfügt die mindestens eine
versteckte Schicht an Neuronen über 3, 4 oder 5 Neuronen. Die Neuronen der versteckten
Schicht sind typisch Perzeptron-Neuronen, welche gemäss einer sigmoiden oder einer
Tangens Hyperbolicus (tanh) Aktivierungsfunktion arbeiten.
[0087] Idealerweise ist jedes Neuron der mindestens einen versteckten Schicht mit jedem
Neuron der Eingabeschicht verbunden. Ebenso ist idealerweise jedes Neuron der mindestens
einen versteckten Schicht mit jedem Neuron der Ausgabeschicht verbunden. Zusätzlich
kann jedes Neuron über eine Verzerr-Verbindung und / oder über einen Verzerr-Parameter
verfügen, welche(r) die Aktivierungsfunktion des jeweiligen Neurons mitbestimmt.
[0088] Die Verbindungen des neuronalen Netzes weisen Gewichtungen auf, welche durch Anlernen
des neuronalen Netzes bestimmt werden. In einem speziellen Fall wird das neuronale
Netz über Fehlerrückführung angelernt. Dazu wird ein Satz von unter Testbedingungen
ermittelten Eingabe- und Ausgabewerten verwendet. Zugleich wird eine Fehlerfunktion
definiert. Die Fehlerfunktion wird anschliessend über ein Verfahren wie Fehlerrückführung
unter den gegebenen Eingabe- und Ausgabewerten minimiert. Gemäss einer weiteren Ausführungsform
kommt ein evolutionärer Algorithmus, beispielsweise ein genetischer Algorithmus, zur
Minimierung der Fehlerfunktion zum Einsatz.
[0089] Ferner können die Lernverfahren zur Minimierung der Fehlerfunktion untereinander
kombiniert werden. So kann beispielsweise anhand eines genetischen Algorithmus ein
Satz an Gewichtungen bestimmt werden, welcher nahe am globalen Minimum liegt. Anschliessend
wird über Fehlerrückführung und / oder über ein Gradientenabstiegsverfahren das globale
Minimum der Fehlerfunktion bestimmt. Der kombinierte Einsatz von Lernverfahren weist
den Vorteil auf, dass mit grösserer Wahrscheinlichkeit ein globales Minimum und nicht
lediglich ein lokales Minimum der Fehlerfunktion ermittelt wird.
[0090] Ferner kann bei der Fehlerfunktion zwischen Fehlern erster und zweiter Art unterschieden
werden. So kann das neuronale Netz derart angelernt werden, dass Abdeckungen und /
oder Blockierungen mit hoher Wahrscheinlichkeit erkannt werden. Zugleich besteht in
diesem Fall die Möglichkeit einer Falschmeldung einer Abdeckung und / oder Blockierung.
In einem anderen Fall kann das neuronale Netz durch Wahl einer Fehlerfunktion so angelernt
werden, dass ein unterbrechungsfreier Betrieb weitestgehend gewährleistet ist. In
jenem Fall kann es vorkommen, dass eine Abdeckung und / oder Blockierung nicht erkannt
wird. Es ist für diesen Fall auch möglich, dass eine Abdeckung und / oder Blockierung
erst erkannt wird, wenn diese weit fortgeschritten ist.
[0091] Der Fachmann erkennt, dass das hier offenbarte neuronale Netz auch zur Erkennung
der Drift einer Ionisationselektrode und / oder anderer Zustände einer Brenneranlage
genutzt werden kann.
[0092] Das neuronale Netz lässt sich praktisch auf der Regeleinrichtung 10 implementieren,
indem die Struktur des Netzes in der Regeleinrichtung 10 hinterlegt wird. Zur Struktur
des Netzes gehören beispielsweise die Anzahl und Art der Neuronen pro Schicht und
die Verbindungen zwischen den Neuronen. Zugleich wird ein optimaler Satz an Gewichtungen
der Verbindungen hinterlegt. Die Regeleinrichtung lädt zur Bewertung einer vorliegenden
Situation des neuronale Netzes gemäss der hinterlegten Struktur. Weiterhin werden
die Gewichtungen der Verbindungen gemäss dem hinterlegten Satz gesetzt. Anschliessend
werden die Eingabeparameter wie Brennstoffzufuhr 13, Gebläsedrehzahl 12 und Signal
der Ionisationselektrode 14 allenfalls normalisiert und als Eingabe-Werte gesetzt.
Durch Aktivierung des neuronalen Netzes erzeugt dieses einen oder mehrere Ausgabewerte,
der oder die eine Abdeckung und / oder Blockierung und / oder den Grad derselben angeben.
[0093] Mit dem Ausgabewert oder den Ausgabewerten wird verfahren wie gehabt. Es können beispielsweise
durch die Ausgabewerte Verriegelungen und / oder Fehlermeldungen veranlasst werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird bei Ausgabe einer Abdeckung und / oder
Blockierung durch das neuronale Netz ein zuvor beschriebener Test durch die Regeleinrichtung
10 auf stationären Betrieb durchgeführt.
[0094] Teile einer Regeleinrichtung oder eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Offenbarung
können als Hardware, als Softwaremodul, welches von einer Recheneinheit ausgeführt
wird, oder anhand eines Cloud-Rechners, oder anhand einer Kombination der vorgenannten
Möglichkeiten realisiert werden. Die Software mag eine Firmware, einen Hardware-Treiber,
der innerhalb eines Betriebssystems ausgeführt wird, oder ein Anwendungsprogramm umfassen.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich also auch auf ein Rechnerprogramm-Produkt,
welches die Merkmale dieser Offenbarung enthält bzw die erforderlichen Schritte ausführt.
Bei Realisierung als Software können die beschriebenen Funktionen gespeichert werden
als einer oder mehrere Befehle auf einem Rechner-lesbaren Medium. Einige Beispiele
Rechner-lesbarer Medien schliessen Arbeitsspeicher (RAM), magnetischen Arbeitsspeicher
(MRAM), ausschliesslich lesbaren Speicher (ROM), Flash-Speicher, elektronisch programmierbares
ROM (EPROM), elektronisch programmierbares und löschbares ROM (EEPROM), Register einer
Recheneinheit, eine Festplatte, eine auswechselbare Speichereinheit, einen optischen
Speicher, oder jegliches geeignete Medium ein, auf welches durch einen Rechner oder
durch andere IT-Vorrichtungen und Anwendungen zugegriffen werden kann.
[0095] Mit anderen Worten, die vorliegende Offenbarung lehrt eine Regeleinrichtung zur Regelung
einer Verbrennung durch eine Brenneranlage in Abhängigkeit von einem lonisationsstrom-Sollwert,
die Brenneranlage umfassend einen Flammenbereich (2) und zumindest eine in einem Flammenbereich
(2) der Brenneranlage angeordnete Ionisationselektrode (7) und ein Luft-Stellglied
(3), welches ausgebildet ist, eine Zufuhrmenge an Luft in Abhängigkeit von einem Luft-Stellsignal
(11) zu beeinflussen, und ein Brennstoff-Stellglied (5), welches ausgebildet ist,
eine Zufuhrmenge an Brennstoff in Abhängigkeit von einem Brennstoff-Stellsignal (13)
zu beeinflussen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, Signale (14) von der zumindest einen
Ionisationselektrode (7) zu empfangen und zu Ist-Werten eines Ionisationsstromes zu
verarbeiten,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, ein erstes Luft-Stellsignal (11)
zu erzeugen und an das Luft-Stellglied (3) auszugeben und durch Regelung der Ist-Werte
des Ionisationsstromes auf den lonisationsstrom-Sollwert ein Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen und an das Brennstoff-Stellglied (5) auszugeben,
aus dem lonisationsstrom-Sollwert einen um einen vorgegebenen Betrag erhöhten Sollwert
(24) zu erzeugen und
bei dem ersten Luft-Stellsignal (11) durch Regelung der Ist-Werte des Ionisationsstromes
auf den erhöhten Sollwert (24) ein geändertes Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen,
das anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugte, geänderte Brennstoff-Stellsignal
(13) darauf auszuwerten, ob die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung des erhöhten
Sollwerts (24) ausserhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung einer Verbrennung
durch die Brenneranlage regelt und
basierend auf der Auswertung festzustellen, ob (oder dass) die Regeleinrichtung (10)
unter Verwendung des erhöhten Sollwerts (24) ausserhalb des Regelbereichs für eine
stationäre Regelung der Verbrennung durch die Brenneranlage regelt,
wobei die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung des erhöhten Sollwerts (24) ausserhalb
des Regelbereichs für eine stationäre Regelung der Verbrennung durch die Brenneranlage
regelt, falls bei konstanten Eingangsgrössen (wie beispielsweise dem erhöhten Sollwert
(24) und / oder dem Luft-Stellsignal (11)) und nach Abklingen von Einschwingvorgängen
weiterhin zeitliche Änderungen, insbesondere zeitliche Änderungen ausserhalb eines
vorgegebenen und in der Regeleinrichtung (10) hinterlegten Bandes, des durch die Regeleinrichtung
(10) erzeugten, geänderten Brennstoff-Stellsignals (13) auftreten.
[0096] Die Regeleinrichtung (10) ist vorzugsweise ausgebildet, durch Regelung der Ist-Werte
des Ionisationsstromes auf den erhöhten Sollwert ein Brennstoff-Stellsignal (13) zu
erzeugen, wobei die Regelung umfasst ein Vergleichen der Ist-Werte des Ionisationsstromes
mit dem erhöhten Sollwert, das Erzeugen eines Fehlersignals aus dem Vergleichen und
das Erzeugen eines Brennstoff-Stellsignals (13) aus dem Fehlersignal. Besonders bevorzugt
wird das erzeugte, geänderte Brennstoff-Stellsignal (13) auch an das Brennstoff-Stellglied
(5) ausgegeben. Das Luft-Stellglied (3) ist vorzugsweise ausgebildet, eine Zufuhrmenge
an Luft zum Flammenbereich (2) in Abhängigkeit von einem Luft-Stellsignal (11) zu
beeinflussen. Das Brennstoff-Stellglied (5) ist vorzugsweise ausgebildet, eine Zufuhrmenge
an Brennstoff zum Flammenbereich (2) in Abhängigkeit von einem Brennstoff-Stellsignal
(13) zu beeinflussen. Der erhöhte Sollwert (24) ist vorzugsweise ein erhöhter lonisationsstrom-Sollwert
(24). Der vorgegebene Betrag ist vorzugsweise in (einem Speicher) der Regeleinrichtung
hinterlegt. Das erste Luft-Stellsignal (11) ist vorzugsweise konstant über der Zeit.
Das erste Luft-Stellsignal (11) ist vorzugsweise durch die Regelung auf den erhöhten
Sollwert (24) unbeeinflusst. Vorzugsweise ist das Luft-Stellglied (3) ausgebildet,
Zufuhrmengen an Luft in Abhängigkeit von Luft-Stellsignalen (11) zu beeinflussen und
ein Luftmengen-Signal (12) an die Regeleinrichtung (10) zu melden. Die Einschwingvorgänge
klingen vorzugsweise vorzugsweise innerhalb höchstens 5 Sekunden, höchstens 15 Sekunden,
höchstens 60 Sekunden oder höchstens 5 Minuten ab. Der Einschwingvorgang ist abgeklungen,
wenn der oszillierende Anteil der Amplituden der Ausgangsgrössen, insbesondere des
Brennstoff-Stellsignals (13), auf den 1/e-ten Teil, e = 2.7173, abgenommen hat oder
aber auf einen noch geringeren Anteil wie kleiner 10% oder sogar 1 % abgenommen hat.
[0097] Der Fachmann erkennt, dass eine Regelung auf einen erhöhten Sollwert (24) auch unter
Regelung der Luftzufuhr (11) möglich ist, wobei die Brennstoff-Zufuhr konstant bleibt.
Anschliessend wird anhand des Luft-Stellsignals (11) durch Auswertung festgestellt,
ob die Regelung in einem Bereich für eine stationäre Regelung der Verbrennung durch
die Brenneranlage regelt.
[0098] Die Regeleinrichtung (10) ist vorzugsweise ausgebildet, bei dem ersten Luft-Stellsignal
(11) durch Regelung der Ist-Werte des Ionisationsstromes auf den erhöhten Sollwert
(24) ein geändertes Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen, wobei die Regelung umfasst
ein Vergleichen der Ist-Werte des Ionisationsstromes mit dem erhöhten Sollwert (24),
das Erzeugen eines Fehlersignals aus dem Vergleichen und das Erzeugen eines geänderten
Brennstoff-Stellsignals (13) aus dem Fehlersignal.
[0099] Vorzugsweise ist der vorgegebene Betrag mindestens 5 Prozent, mindestens 20 Prozent
oder sogar mindestens 100 Prozent des lonisationsstrom-Sollwerts.
[0100] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, das Luft-Stellsignal (11) und / oder
die Ist-Werte des Ionisationsstromes (14) auszuwerten und auf das Vorliegen eines
stationären Zustands zu prüfen, wobei ein stationärer Zustand vorliegt, wenn das Luft-Stellsignal
(11) und / oder die Ist-Werte des Ionisationsstromes (14) innerhalb jeweils vorgegebener
Bänder fluktuieren.
[0101] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei das Luft-Stellglied (3) ausgebildet ist, Zufuhrmengen an Luft in Abhängigkeit
von Luft-Stellsignalen (11) zu beeinflussen und ein Luftmengen-Signal (12) an die
Regeleinrichtung (10) zu melden, und wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist,
das Luft-Stellsignal (11) und / oder das gemeldete Luftmengen-Signal (12) und / oder
die Ist-Werte des Ionisationsstromes (14) auszuwerten und auf das Vorliegen eines
stationären Zustands zu prüfen, wobei ein stationärer Zustand vorliegt, wenn das Luft-Stellsignal
(11) und / oder das gemeldete Luftmengen-Signal (12) und / oder die Ist-Werte des
Ionisationsstromes (14) innerhalb jeweils vorgegebener Bänder fluktuieren.
[0102] Die erzeugten Luft-Stellsignale (11) und die Ist-Werte des Ionisationsstromes fluktuieren
vorzugsweise innerhalb jeweils vorgegebener Bänder um Abweichungen von höchstens ±1
Prozent, von höchstens ±10 Prozent oder sogar von höchstens ±50 Prozent um die jeweiligen
Mittelwerte. Als Mittelwerte kommen beispielsweise arithmetische oder geometrische
Mittelwerte in Betracht. Ferner kann es sich um adaptiv gebildete Mittelwerte handeln.
Gemäss einer speziellen Ausführungsform umfasst die Regeleinrichtung (10) einen (adaptiven)
Tiefpass, der die Bildung von Mittelwerten durchführt. Die Mittelwerte werden beispielsweise
über mindestens 2 Sekunden, mindestens 10 Sekunden oder mindestens 20 Sekunden gemittelt.
[0103] Als Mass für die Abweichungen sind unter anderem die Abstände der jeweiligen Maximal-
und Minimal-Werte vom Mittelwert vorgesehen. Ferner kommen als Abweichungen die Standardabweichung
vom Mittelwert und deren Vielfache sowie die Varianz in Betracht.
[0104] In einem alternativen Verfahren werden die erzeugten Luft-Stellsignale (11) und /
oder Drehzahlsignale (12) in regelmässigen Abständen miteinander verglichen. Ein stationärer
Zustand herrscht auch hier, wenn das zuletzt erzeugte Luft-Stellsignal (11) und /
oder Drehzahlsignal (12) um weniger als 1 Prozent, weniger als 10 Prozent, oder weiter
um weniger als 50 Prozent von dem zuvor herangezogenen Luftstellsignal (11) und /
oder Drehzahlsignal (12) abweicht. Typische regelmässige Abstände für den Vergleich
der Luftstellsignale (11) und / oder Drehzahlsignale (12) sind mindestens 2 Sekunden,
mindestens 10 Sekunden oder mindestens 20 Sekunden.
[0105] Die Verarbeitung der Signale (14) von der zumindest einen Ionisationselektrode (7)
zu Ist-Werten des Ionisationsstromes umfasst vorzugsweise eine Verarbeitung in einem
Analog-Digital Wandler. Vorzugsweise umfasst die Regeleinrichtung (10) den Analog-Digital
Wandler. Der Fachmann wählt einen Analog-Digital Wandler mit geeigneter Auflösung
und Geschwindigkeit.
[0106] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem zu einem
Ist-Wert des Ionisationsstromes verarbeiteten Signal (14) der zumindest einen Ionisationselektrode
(7) und in Abhängigkeit vom lonisationsstrom-Sollwert ein stationäres Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen, welches innerhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung
ermöglicht, eine Verbrennung durch die Brenneranlage stationär zu regeln, und das
so erzeugte stationäre Brennstoff-Stellsignal (13) an das Brennstoff-Stellglied (5)
auszugeben.
[0107] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, basierend auf der Auswertung festzustellen,
dass die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung des erhöhten Sollwerts (24) ausserhalb
des Regelbereichs für eine stationäre Regelung der Verbrennung durch die Brenneranlage
regelt, falls das anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugte Brennstoff-Stellsignal
(13) einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
[0108] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, basierend auf der Auswertung festzustellen,
dass die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung des erhöhten Sollwerts (24) ausserhalb
des Regelbereichs für eine stationäre Regelung der Verbrennung durch die Brenneranlage
regelt, falls das anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugte Brennstoff-Stellsignal
(13) einen vorgegebenen Maximalwert während einer vorgegebenen Zeitdauer überschreitet.
[0109] Der vorgegebene Maximalwert ist vorzugsweise als (auf die Brenneranlage abgestimmter)
Wert in der Regeleinrichtung (10) hinterlegt. Die vorgegebene Zeitdauer ist vorzugsweise
als (auf die Brenneranlage abgestimmter) Wert in der Regeleinrichtung (10) hinterlegt.
Die vorgegebene Zeitdauer beträgt gemäss einer speziellen Ausführungsform weniger
als 1 Sekunde, weniger als 10 Sekunden oder weniger als 60 Sekunden.
[0110] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei der vorgegebene Maximalwert einer maximalen Öffnungsstellung des Brennstoff-Stellgliedes
(5) entspricht. Die maximale Öffnungsstellung des Brennstoff-Stellgliedes (5) ist
vorzugsweise (als Wert) in (einem Speicher) der Regelrichtung hinterlegt.
[0111] Dabei ist das Brennstoff-Stellglied (5) verstellbar und / oder in der maximalen Öffnungsstellung
des Brennstoff-Stellgliedes (5) lässt sich der Durchsatz (6) an Brennstoff nicht durch
Verstellen des Brennstoff-Stellgliedes (5) steigern.
[0112] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem zu einem
Ist-Wert des Ionisationsstromes verarbeiteten Signal (14) der zumindest einen Ionisationselektrode
(7) und in Abhängigkeit vom lonisationsstrom-Sollwert ein stationäres Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen, welches innerhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung
ermöglicht, eine Verbrennung durch die Brenneranlage stationär zu regeln, und das
so erzeugte stationäre Brennstoff-Stellsignal (13) zu speichern,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Differenz zu bilden aus dem
anhand des erhöhten Sollwerts erzeugten Brennstoff-Stellsignal (13) und dem gespeicherten
stationären Brennstoff-Stellsignal (13).
[0113] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, durch Auswertung des anhand des erhöhten
Sollwerts erzeugten Brennstoff-Stellsignals (13) zu bestimmen, dass die Regeleinrichtung
(10) unter Verwendung des erhöhten Sollwertes (24) ausserhalb eines Regelbereichs
für eine stationäre Regelung einer Verbrennung durch die Brenneranlage regelt, falls
die gebildete Differenz einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
[0114] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, einen Wert als Funktion einer Differenz,
welche aus dem anhand des erhöhten Sollwerts erzeugten Brennstoff-Stellsignal (13)
und dem gespeicherten stationären Brennstoff-Stellsignal (13) gebildet wurde, zu erzeugen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, durch Auswertung des anhand des erhöhten
Sollwerts erzeugten Brennstoff-Stellsignals (13) zu bestimmen, dass die Regeleinrichtung
(10) unter Verwendung des erhöhten Sollwertes (24) ausserhalb eines Regelbereichs
für eine stationäre Regelung einer Verbrennung durch die Brenneranlage regelt, falls
der als Funktion der Differenz erzeugte Wert einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
[0115] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem zu einem
Ist-Wert des Ionisationsstromes verarbeiteten Signal (14) der zumindest einen Ionisationselektrode
(7) und in Abhängigkeit vom lonisationsstrom-Sollwert ein stationäres Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen, welches innerhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung
ermöglicht, eine Verbrennung durch die Brenneranlage stationär zu regeln, und
das so erzeugte stationäre Brennstoff-Stellsignal (13) zu speichern, wobei die Regeleinrichtung
(10) ausgebildet ist, einen Betrag einer Differenz aus dem anhand des erhöhten Sollwerts
(24) erzeugten Brennstoff-Stellsignal (13) und dem gespeicherten stationären Brennstoff-Stellsignal
(13) zu bilden, und
basierend auf der Auswertung festzustellen, dass die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung
des erhöhten Sollwerts (24) ausserhalb des Regelbereichs für eine stationäre Regelung
der Verbrennung durch die Brenneranlage regelt,
falls der gebildete Betrag einen vorgegebenen Schwellwert über eine gesamte vorgegebene
Zeitspanne (fortwährend und / oder andauernd) überschreitet.
[0116] Die gesamte vorgegebene Zeitspanne beträgt gemäss einer speziellen Ausführungsform
weniger als 1 Sekunde, weniger als 10 Sekunden oder weniger als 60 Sekunden.
[0117] Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist die oben genannte Funktion die Identitäts-Funktion
oder die Betrags-Funktion. Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion
eine zeitliche Ableitung. Gemäss noch einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion
ein Quotient aus Differenz und Zeit oder ein Quotient aus Betrag der Differenz und
Zeit. Als Zeit kommt beispielsweise die Zeitspanne zwischen zwei unmittelbar nacheinander
verarbeiteten Ist-Werten des Ionisationsstromes in Betracht. Weiterhin kommt als Zeit
beispielsweise die Zeitspanne zwischen zwei unmittelbar nacheinander empfangenen Signalen
(14) der Ionisationselektrode (7) in Betracht.
[0118] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem zu einem
Ist-Wert des Ionisationsstromes verarbeiteten Signal (14) der zumindest einen Ionisationselektrode
(7) und in Abhängigkeit vom lonisationsstrom-Sollwert ein stationäres Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen, welches innerhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung
ermöglicht, eine Verbrennung durch die Brenneranlage stationär zu regeln, und
das so erzeugte stationäre Brennstoff-Stellsignal (13) zu speichern, wobei die Regeleinrichtung
(10) ausgebildet ist, einen Betrag einer Differenz aus dem anhand des erhöhten Sollwerts
(24) erzeugten Brennstoff-Stellsignal (13) und dem gespeicherten stationären Brennstoff-Stellsignal
(13) zu bilden, und
basierend auf der Auswertung festzustellen, dass die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung
des erhöhten Sollwerts (24) ausserhalb des Regelbereichs für eine stationäre Regelung
der Verbrennung durch die Brenneranlage regelt,
falls der gebildete Betrag einen vorgegebenen Schwellwert nach Ablauf einer vorgegebene
Zeitspanne weiterhin überschreitet.
[0119] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) eine Kommunikationsschnittstelle zum Versand von Fehlermeldungen
aufweist und ausgebildet ist, eine Fehlermeldung zu erzeugen, falls basierend auf
der Auswertung festgestellt wird, dass die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung
des erhöhten Sollwertes (24) ausserhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung
einer Verbrennung durch die Brenneranlage regelt,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, die erzeugte Fehlermeldung anhand
der Kommunikationsschnittstelle zu versenden.
[0120] Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist die Kommunikationsschnittstelle eine
drahtlose Schnittstelle und / oder eine Schnittstelle eines CAN-Busses nach ISO 11898-1:2015.
Die Schnittstelle ist vorzugsweise kompatibel mit einem Protokoll, vorzugsweise ein
Protokoll eines CAN-Busses nach ISO 11898-1:2015. Die Fehlermeldung wird vorzugsweise
unter Verwendung des Protokolls versendet.
[0121] Der Versand der Fehlermeldung anhand der Kommunikationsschnittstelle erfolgt beispielsweise
an eine Benutzerschnittstelle wie beispielsweise eine grafische Benutzeroberfläche.
Der Versand der Fehlermeldung anhand der Kommunikationsschnittstelle kann weiterhin
beispielsweise an eine weitere Einheit wie beispielsweise eine weitere Regeleinrichtung
(10) und / oder ein mobiles Endgerät erfolgen.
[0122] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, ein abschaltendes Brennstoff-Stellsignal
(13) zur Reduktion der Zufuhrmenge an Brennstoff auf null zu erzeugen und an das Brennstoff-Stellglied
(5) auszugeben, falls basierend auf der Auswertung festgestellt wird, dass die Regeleinrichtung
(10) unter Verwendung des erhöhten Sollwertes (24) ausserhalb eines Regelbereichs
für eine stationäre Regelung einer Verbrennung durch die Brenneranlage regelt.
[0123] Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist das Brennstoff-Stellglied (5) verriegelbar.
Die Ausgabe des abschaltenden Brennstoff-Stellsignals (13) an das Brennstoff-Stellglied
(5) bewirkt eine Verriegelung des Brennstoff-Stellgliedes (5). Im verriegelten Zustand
kann kein Brennstoff (6) durch das Brennstoff-Stellglied (5) fliessen. Die Brenneranlage
ist während der Verriegelung in einem sicheren Zustand ohne Verbrennung.
[0124] Gemäss einer speziellen Ausführungsform kann die Brenneranlage und / oder das Brennstoff-Stellglied
(5) in Störstellung übergehen. Die oben genannte Ausgabe des abschaltenden Brennstoff-Stellsignals
(13) erfolgt an die Brenneranlage, insbesondere an das Brennstoff-Stellglied (5).
Sie bewirkt eine Störstellung der Brenneranlage und / oder des Brennstoff-Stellgliedes
(5). In Störstellung ist das Brennstoff-Stellglied (5) dauerhaft verriegelt. Die Störstellung
und damit die dauerhafte Verriegelung ist (ausschliesslich) über einen manuellen Eingriff,
insbesondere eine manuelle Eingabe, aufhebbar.
[0125] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist, ein Luft-Stellsignal (11) zu erzeugen,
zu speichern und an das Luft-Stellglied (3) auszugeben,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, aus dem lonisationsstrom-Sollwert
einen um einen vorgegebenen Betrag erhöhten Sollwert zu erzeugen und
durch Regelung auf den erhöhten Sollwert ein Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen
und an das Brennstoff-Stellglied (5) auszugeben und
gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig das gespeicherte Luft-Stellsignal (11)
an das Luft-Stellglied (3) auszugeben.
[0126] Gemäss einer speziellen Ausführungsform beinhaltet im Wesentlichen gleichzeitig innerhalb
von weniger als 2 Sekunden, bevorzugt innerhalb von weniger als 0.2 Sekunden, weiter
bevorzugt innerhalb von weniger als 0.05 Sekunden.
[0127] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ermöglicht das erzeugte und gespeicherte
Luft-Stellsignal (11) eine stationäre Regelung der Verbrennung durch die Brenneranlage.
[0128] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, im Anschluss an die Auswertung einen
weiteren Sollwert (24) zu erzeugen,
durch Regelung der Ist-Werte des Ionisationsstromes auf den weiteren Sollwert (24)
ein weiteres, geändertes Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen, welches innerhalb
eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung ermöglicht, eine Verbrennung durch
die Brenneranlage stationär zu regeln, und
das weitere, geänderte Brennstoff-Stellsignal (13) an das Brennstoff-Stellglied (5)
auszugeben.
[0129] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) einen setzbaren Register-Wert zur Veranlassung einer
Prüfung auf stationäre Regelung unter Verwendung des erhöhten Sollwerts (24) aufweist
und ausgebildet ist, Paare aus je einem Luft-Stellsignal (11) und je einem Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, aus jedem der erzeugten Paare einen
Kennlinien-Wert (19) aus dem Brennstoff-Stellsignal (13) und dem Luft-Stellsignal
(11) zu berechnen, sodass zu jedem erzeugten Paar ein berechneter Kennlinien-Wert
(19) vorliegt,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, die berechneten Kennlinien-Werte
(19) anhand einer ersten vorgegebenen Zeitkonstanten zu einem ersten Mittelwert zu
mitteln,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, die berechneten Kennlinien-Werte
(19) anhand einer zweiten vorgegebenen Zeitkonstanten zu einem zweiten Mittelwert
zu mitteln,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Differenz aus dem ersten Mittelwert
und dem zweiten Mittelwert zu berechnen und die berechnete Differenz mit einem vorgegebenen
Schwellwert zu vergleichen, und
den Register-Wert zur Veranlassung einer Prüfung auf stationäre Regelung unter Verwendung
des erhöhten Sollwerts (24) zu setzen, falls die berechnete Differenz den vorgegebenen
Schwellwert überschreitet.
[0130] Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung (10) ausgebildet, aus jedem der erzeugten Paare
einen Kennlinien-Wert (19) als Funktion aus dem Brennstoff-Stellsignal (13), aus hinterlegten
Kennlinienwerten (17, 18) und dem Luft-Stellsignal (11) zu berechnen, sodass zu jedem
erzeugten Paar ein berechneter Kennlinien-Wert (19) vorliegt.
[0131] Vorzugsweise ist die Regeleinrichtung (10) ausgebildet, aus jedem der erzeugten Paare
einen Kennlinien-Wert (19) als Quotient aus der Differenz von Brennstoff-Stellsignal
(13) und einem mit Hilfe des Luft-Stellsignals (11) bestimmten Wertes einer Kennlinie
(17) oder (18) und der Differenz von mit Hilfe des Luft-Stellsignals (11) bestimmten
Werten der beiden Kennlinien (17) und (18) zu berechnen, sodass zu jedem erzeugten
Paar ein berechneter Kennlinien-Wert (19) vorliegt.
[0132] Vorzugsweise umfasst die Regeleinrichtung einen oder mehrere Tiefpassfilter zur Durchführung
der Mittelungen auf den ersten und / oder den zweiten Mittelwert.
[0133] Vorzugsweise sind der erste und / oder der zweite Mittelwert geometrische und / oder
arithmetische Mittelwerte.
[0134] Vorzugsweise ist der Schwellwert für eine (normalisierte) Differenz der beiden Mittelwerte
5 Prozent, 20 Prozent oder sogar 100 Prozent. Vorzugsweise ist der Schwellwert als
(auf die Brenneranlage abgestimmter Wert) in der Regeleinrichtung (10) hinterlegt.
[0135] Vorzugsweise ist die erste Zeitkonstante 10, 15 oder 20 Sekunden. Vorzugsweise ist
die zweite Zeitkonstante verschieden von der ersten Zeitkonstanten und 30, 45 oder
60 Sekunden.
[0136] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei das Luft-Stellglied (3) ausgebildet ist, durch Einstellen einer Drehzahl (12)
innerhalb eines einstellbaren Drehzahlbereichs eine Zufuhrmenge an Luft in Abhängigkeit
von einem Luft-Stellsignal (11) zu beeinflussen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, den einstellbaren Drehzahlbereich
in mindestens zwei Drehzahlbänder (32) zu unterteilen,
eines der mindestens zwei Drehzahlbänder (32) auszuwählen,
innerhalb des ausgewählten Drehzahlbandes (32) ein zweites Luft-Stellsignal (11) zu
erzeugen,
aus dem lonisationsstrom-Sollwert einen um einen vorgegebenen Betrag erhöhten Sollwert
(24) zu erzeugen,
bei dem zweiten Luft-Stellsignal (11) durch Regelung der Ist-Werte des Ionisationsstromes
auf den erhöhten Sollwert (24) ein geändertes Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen,
das anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugte, geänderte Brennstoff-Stellsignal
(13) darauf auszuwerten, ob die Regeleinrichtung (10) unter Verwendung des erhöhten
Sollwerts (24) ausserhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung einer Verbrennung
durch die Brenneranlage regelt,
wobei die Regeleinrichtung (10) setzbare Registerwerte für jedes der mindestens zwei
Drehzahlbänder (32) aufweist und ausgebildet ist, auf Basis der Auswertung auf stationäre
Regelung einer Verbrennung durch die Brenneranlage den Registerwert für das ausgewählte
Drehzahlband (32) zu setzen.
[0137] Das zweite Luft-Stellsignal (11) ist vorzugsweise konstant über der Zeit. Das zweite
Luft-Stellsignal (11) ist vorzugsweise durch die Regelung auf den erhöhten Sollwert
(24) unbeeinflusst. Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist das zweite Luft-Stellsignal
(11) gleich dem ersten Luft-Stellsignal (11). Mit anderen Worten, es ist einerseits
möglich, den Test in einem ersten Drehzahlband (32) zu einem ersten Luftstell-Signal
(11) durchzuführen und anschliessend in einem zweiten Drehzahlband (32) zu einem zweiten
Luftstell-Signal (11) zu wiederholen. Es ist andererseits möglich, den Test in einem
ersten Drehzahlband (32) zu einem ersten Luftstell-Signal (11) durchzuführen und den
Registerwert für das Drehzahlband (32) zum ersten Luftstell-Signal (11) zu setzen.
[0138] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) den einstellbaren Drehzahlbereich der Drehzahl (12)
in einzelne Drehzahlbänder (32) unterteilt, und wobei eine Prüfung auf stationäre
Regelung mit erhöhtem lonisationsstrom-Sollwert bei einer Drehzahl innerhalb eines
Drehzahlbandes (32) ein repräsentatives Ergebnis für alle anderen Drehzahlen (12)
liefert in Bezug darauf, ob die aktuelle Luftzahl im Betrieb λ (20) innerhalb oder
ausserhalb eines λ-Bereiches (26) liegt.
[0139] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, bei Luft-Stellsignalen (11) innerhalb
eines Drehzahlbandes (32), für welches der setzbare Registerwert gesetzt ist, ein
erneutes Regeln der Ist-Werte des Ionisationsstromes auf den erhöhten Sollwert (24)
zu unterbinden.
[0140] Vorzugsweise wird der λ-Bereich (26) dadurch definiert, dass bei einem Betrieb innerhalb
des λ-Bereichs (26) erhöhte oder kritische Emissionen auftreten.
[0141] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die für jedes der mindestens zwei Drehzahlbänder (32) setzbaren Registerwerte
löschbar sind und die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, alle der für jedes der
mindestens zwei Drehzahlbänder (32) setzbaren Registerwerte zu löschen.
[0142] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin die vorgenannte Regeleinrichtung mit
dem in markierbare Drehzahlbänder (32) unterteilten Drehzahlbereich der Drehzahl (12),
wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist, die Markierungen für jedes Drehzahlband
(32) nach einer vorgegebenen Zeitspanne aufzuheben und / oder rückgängig zu machen
und / oder zurückzusetzen. Die Regeleinrichtung ist ausgebildet, infolge der aufgehobenen
und / oder rückgängig gemachten und / oder zurückgesetzten Markierungen für jedes
Drehzahlband (32) innerhalb jedes Drehzahlbandes (32) mit aufgehobener und / oder
rückgängig gemachter und / oder zurückgesetzter Markierung eine Prüfung auf stationäres
Verhalten unter erhöhtem lonisationsstrom-Sollwert durchzuführen. Typische Werte der
vorgegebenen Zeitspanne sind 10 Stunden oder 30 Stunden oder 100 Stunden.
[0143] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin die vorvorgenannte Regeleinrichtung mit
dem in Drehzahlbänder (32) unterteilten Drehzahlbereich der Drehzahl (12),
wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist, andere Überwachungs- und / oder Korrekturmechanismen
wirksam durchzuführen,
wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist, eine Prüfung auf stationäres Verhalten
unter erhöhtem lonisationsstrom-Sollwert durchzuführen, wenn eine in der Regeleinrichtung
(10) hinterlegter vorgegebener zeitlicher Schwellwert seit der wirksamen Durchführung
anderer Überwachungs- und / oder Korrekturmechanismen überschritten wird, und
eine Prüfung auf stationäres Verhalten unter erhöhtem lonisationsstrom-Sollwert zu
unterbinden, wenn die anderen Überwachungs- und / oder Korrekturmechanismen wirksam
durchgeführt werden können.
[0144] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine Brenneranlage umfassend einen Flammenbereich
(2) und zumindest eine in dem Flammenbereich (2) der Brenneranlage angeordnete Ionisationselektrode
(7) und ein Luft-Stellglied (3), welches eine Zufuhrmenge an Luft in Abhängigkeit
von einem Luft-Stellsignal (11) beeinflusst, und ein Brennstoff-Stellglied (5), welches
eine Zufuhrmenge an Brennstoff in Abhängigkeit von einem Brennstoff-Stellsignal (13)
beeinflusst,
die Brenneranlage zusätzlich umfassend eine der vorgenannten Regeleinrichtungen (10),
wobei die Regeleinrichtung (10) kommunikativ (11 - 14) verbunden ist mit der zumindest
einen Ionisationselektrode (7), dem Luft-Stellglied (3) und dem Brennstoff-Stellglied
(5).
[0145] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine Regeleinrichtung zur Regelung einer
Verbrennung durch eine Brenneranlage in Abhängigkeit von einem lonisationsstrom-Sollwert,
die Brenneranlage umfassend einen Flammenbereich (2) und zumindest eine in dem Flammenbereich
(2) der Brenneranlage angeordnete Ionisationselektrode (7) und ein Luft-Stellglied
(3), welches ausgebildet ist, eine Zufuhrmenge an Luft in Abhängigkeit von einem Luft-Stellsignal
(11) zu beeinflussen, und ein Brennstoff-Stellglied (5), welches ausgebildet ist,
eine Zufuhrmenge an Brennstoff in Abhängigkeit von einem Brennstoff-Stellsignal (13)
zu beeinflussen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, Signale (14) von der zumindest einen
Ionisationselektrode (7) zu empfangen und zu Ist-Werten eines Ionisationsstromes zu
verarbeiten,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, ein erstes Luft-Stellsignal (11)
zu erzeugen und an das Luft-Stellglied (3) auszugeben sowie durch Regelung der Ist-Werte
des Ionisationsstromes auf den lonisationsstrom-Sollwert ein Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen und an das Brennstoff-Stellglied (5) auszugeben, und
aus dem lonisationsstrom-Sollwert einen um einen vorgegebenen Betrag erhöhten Sollwert
(24) zu erzeugen und
bei dem ersten Luft-Stellsignal (11) durch Regelung der Ist-Werte des Ionisationsstromes
auf den erhöhten Sollwert (24) ein geändertes Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen,
und
das anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugte, geänderte Brennstoff-Stellsignal
(13) durch Vergleich mit einem vorgegebenen Maximalwert auszuwerten
und basierend auf der Auswertung eine Blockierung zu erkennen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, basierend auf der Auswertung die
Blockierung zu erkennen, falls das anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugte Brennstoff-Stellsignal
(13) den vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
[0146] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, das Luft-Stellsignal (11) und / oder
die Ist-Werte des Ionisationsstromes (14) auszuwerten und auf ein Fehlen einer Blockierung
zu prüfen, wobei die Blockierung fehlt, wenn das Luft-Stellsignal (11) und / oder
die Ist-Werte des Ionisationsstromes (14) innerhalb jeweils vorgegebener Bänder fluktuieren.
[0147] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Brenneranlage einen Abgasweg umfasst, vorzugsweise einen mit dem Flammenbereich
(2) der Brennereinrichtung in (direkter) Fluidverbindung stehenden Abgasweg, und die
Blockierung eine Blockierung des Abgasweges ist.
[0148] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet
ist, basierend auf der Auswertung die Blockierung zu erkennen, falls das anhand des
erhöhten Sollwerts (24) erzeugte Brennstoff-Stellsignal (13) den vorgegebenen Maximalwert
während einer vorgegebenen Zeitdauer überschreitet.
[0149] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei der vorgegebene Maximalwert einer maximalen Öffnungsstellung des Brennstoff-Stellgliedes
(5) entspricht.
[0150] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem zu einem
Ist-Wert des Ionisationsstromes verarbeiteten Signal (14) der zumindest einen Ionisationselektrode
(7) und in Abhängigkeit vom lonisationsstrom-Sollwert ein stationäres Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen, welches innerhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung
ermöglicht, eine Verbrennung durch die Brenneranlage stabil, das heisst stationär,
zu regeln, und das so erzeugte stationäre Brennstoff-Stellsignal (13) zu speichern,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Differenz zu bilden aus dem
anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugten Brennstoff-Stellsignal (13) und dem gespeicherten
stationären Brennstoff-Stellsignal (13), und
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, basierend auf der Auswertung des
anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugten Brennstoff-Stellsignals (13) die Blockierung
zu erkennen,
falls die gebildete Differenz oder ein als Funktion der gebildeten Differenz erzeugter
Wert einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
[0151] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem zu einem
Ist-Wert des Ionisationsstromes verarbeiteten Signal (14) der zumindest einen Ionisationselektrode
(7) und in Abhängigkeit vom lonisationsstrom-Sollwert ein stationäres Brennstoff-Stellsignal
(13) zu erzeugen, welches innerhalb eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung
ermöglicht, eine Verbrennung durch die Brenneranlage stabil, das heisst stationär,
zu regeln, und das so erzeugte stationäre Brennstoff-Stellsignal (13) zu speichern,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, einen Betrag einer Differenz aus
dem anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugten Brennstoff-Stellsignal (13) und dem
gespeicherten stationären Brennstoff-Stellsignal (13) zu bilden, und
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, basierend auf der Auswertung des
anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugten Brennstoff-Stellsignals (13) die Blockierung
zu erkennen,
falls der gebildete Betrag einen vorgegebenen Schwellwert über eine gesamte vorgegebene
Zeitspanne überschreitet.
[0152] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) eine Kommunikationsschnittstelle zum Versand von Fehlermeldungen
aufweist und ausgebildet ist, eine Fehlermeldung zu erzeugen, falls basierend auf
der Auswertung die Blockierung erkannt wird,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, die erzeugte Fehlermeldung anhand
der Kommunikationsschnittstelle zu versenden.
[0153] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, ein abschaltendes Brennstoff-Stellsignal
(13) zur Reduktion der Zufuhrmenge an Brennstoff auf null zu erzeugen und an das Brennstoff-Stellglied
(5) auszugeben, falls basierend auf der Auswertung die Blockierung erkannt wird.
[0154] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, im Anschluss an die Auswertung einen
weiteren Sollwert (24) zu erzeugen,
durch Regelung der Ist-Werte des Ionisationsstromes auf den weiteren Sollwert (24)
ein weiteres, geändertes Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen, welches innerhalb
eines Regelbereichs für eine stationäre Regelung ermöglicht, eine Verbrennung durch
die Brenneranlage stabil zu regeln, und
das weitere, geänderte Brennstoff-Stellsignal (13) an das Brennstoff-Stellglied (5)
auszugeben.
[0155] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) einen setzbaren Register-Wert zur Veranlassung einer
Prüfung auf Vorliegen der Blockierung unter Verwendung des erhöhten Sollwerts (24)
aufweist und ausgebildet ist, Paare aus je einem Luft-Stellsignal (11) und je einem
Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, aus jedem der erzeugten Paare einen
Kennlinien-Wert (19) aus dem Brennstoff-Stellsignal (13) und dem Luft-Stellsignal
(11) zu berechnen, sodass zu jedem erzeugten Paar ein berechneter Kennlinien-Wert
(19) vorliegt,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, die berechneten Kennlinien-Werte
(19) anhand einer ersten vorgegebenen Zeitkonstanten zu einem ersten Mittelwert zu
mitteln,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, die berechneten Kennlinien-Werte
(19) anhand einer zweiten vorgegebenen Zeitkonstanten zu einem zweiten Mittelwert
zu mitteln,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Differenz aus dem ersten Mittelwert
und dem zweiten Mittelwert zu berechnen und die berechnete Differenz mit einem vorgegebenen
Schwellwert zu vergleichen, und
den Register-Wert zur Veranlassung einer Prüfung auf Vorliegen der Blockierung unter
Verwendung des erhöhten Sollwerts (24) zu setzen, falls die berechnete Differenz den
vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
[0156] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei das Luft-Stellglied (3) ausgebildet ist, durch Einstellen einer Drehzahl (12)
innerhalb eines einstellbaren Drehzahlbereichs eine Zufuhrmenge an Luft in Abhängigkeit
von einem Luft-Stellsignal (11) zu beeinflussen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, den einstellbaren Drehzahlbereich
in mindestens zwei Drehzahlbänder (32) zu unterteilen,
eines der mindestens zwei Drehzahlbänder (32) auszuwählen,
innerhalb des ausgewählten Drehzahlbandes (32) ein zweites Luft-Stellsignal (11) zu
erzeugen,
aus dem lonisationsstrom-Sollwert einen um einen vorgegebenen Betrag erhöhten Sollwert
(24) zu erzeugen,
[0157] bei dem zweiten Luft-Stellsignal (11) durch Regelung der Ist-Werte des Ionisationsstromes
auf den erhöhten Sollwert (24) ein geändertes Brennstoff-Stellsignal (13) zu erzeugen,
das anhand des erhöhten Sollwerts (24) erzeugte, geänderte Brennstoff-Stellsignal
(13) auszuwerten
und basierend auf der Auswertung die Blockierung zu erkennen,
wobei die Regeleinrichtung (10) setzbare Registerwerte für jedes der mindestens zwei
Drehzahlbänder (32) aufweist und ausgebildet ist, auf Basis der erkannten Blockierung
den Registerwert für das ausgewählte Drehzahlband (32) zu setzen.
[0158] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, bei Luft-Stellsignalen (11) innerhalb
eines Drehzahlbandes (32), für welches der setzbare Registerwert gesetzt ist, ein
erneutes Regeln der Ist-Werte des Ionisationsstromes auf den erhöhten Sollwert (24)
zu unterbinden.
[0159] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine der vorgenannten Regeleinrichtungen,
wobei die für jedes der mindestens zwei Drehzahlbänder (32) setzbaren Registerwerte
löschbar sind und die Regeleinrichtung (10) ausgebildet ist, alle der für jedes der
mindestens zwei Drehzahlbänder (32) setzbaren Registerwerte zu löschen.
[0160] Die vorliegende Offenbarung lehrt weiterhin eine Brenneranlage umfassend einen Flammenbereich
(2) und zumindest eine in einem Flammenbereich (2) der Brenneranlage angeordnete Ionisationselektrode
(7) und ein Luft-Stellglied (3), welches eine Zufuhrmenge an Luft in Abhängigkeit
von einem Luft-Stellsignal (11) beeinflusst, und ein Brennstoff-Stellglied (5), welches
eine Zufuhrmenge an Brennstoff in Abhängigkeit von einem Brennstoff-Stellsignal (13)
beeinflusst,
die Brenneranlage zusätzlich umfassend eine der vorgenannten Regeleinrichtungen (10),
wobei die Regeleinrichtung (10) kommunikativ (11 - 14) verbunden ist mit der zumindest
einen Ionisationselektrode (7), dem Luft-Stellglied (3) und dem Brennstoff-Stellglied
(5).
[0161] Das Genannte bezieht sich auf einzelne Ausführungsformen der Offenbarung. Verschiedene
Änderungen an den Ausführungsformen können vorgenommen werden ohne von der zu Grunde
liegenden Idee abzuweichen und ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen. Der
Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist definiert über deren Ansprüche. Es können
verschiedenste Änderungen vorgenommen werden ohne den Schutzbereich der folgenden
Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichen
[0162]
- 1 Brenner
- 2 Feuerraum
- 3 Gebläse
- 4 Luftdurchsatz
- 5 Brennstoftventil
- 6 Fluidfluss eines brennbaren Fluids (Brennstoffdurchsatz)
- 7 Ionisationselektrode
- 8 Abgasweg
- 9 abgekühltes Abgas
- 10 Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit
- 11 Luftdurchsatz-Signal aus 10
- 12 Drehzahlsignal (des Gebläses 3)
- 13 Brennstoffdurchsatz-Signal aus 10
- 14 Signal aus Ionisationselektrode 7
- 15 lonisationsstrom-Sollwert
- 16 Kennlinie lonisationsstrom-Sollwert / Drehzahlsignal
- 17 niederkalorische Kennlinie Brennstoffdurchsatz / Drehzahlsignal
- 18 höherkalorische Kennlinie Brennstoffdurchsatz / Drehzahlsignal
- 19 aktuell gültige Kennlinie Brennstoffdurchsatz / Drehzahlsignal
- 20 Luftzahl λ
- 21 Kennlinie lonisationsstrom-Sollwert / Luftzahl
- 22 lonisationsstrom-Sollwert für gegebenes Drehzahlsignal
- 23 Luftzahl für aktuellen lonisationsstrom-Sollwert
- 24 bei konstanter Drehzahl erhöhter lonisationsstrom-Sollwert
- 25 Luftzahl zu erhöhtem lonisationsstrom-Sollwert
- 26 kritischer Bereich der Luftzahl
- 27 Kennlinie lonisationsstrom-Sollwert / Luftzahl bei teilweiser Abdeckung / Blockierung
- 28 Luftzahl für aktuellen lonisationsstrom-Sollwert bei teilweiser Abdeckung / Blockierung
- 29 Luftzahl zu erhöhtem lonisationsstrom-Sollwert bei teilweiser Abdeckung / Blockierung
- 30 Kennlinie lonisationsstrom-Sollwert / Luftzahl bei fortgeschrittener Abdeckung
/ Blockierung
- 31 Luftzahl für aktuellen lonisationsstrom-Sollwert bei fortgeschrittener Abdeckung
/ Blockierung
- 32 Bänder oder einzelnes Band (der Drehzahl 12) in die der Drehzahlbereich unterteilt
ist