[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Gattungsgemäße Gasbrenner besitzen einen Zündbrenner zum Starten des Hauptbrenners
sowie eine Messelektrode, insbesondere eine lonisationselektrode zur Erfassung bzw.
Bildung von Flammensignalen. Dabei entsteht das lonisationssignal durch die Gleichrichterwirkung
der Flamme an der lonisationselektrode. Zusätzlich wird ein gedämpftes bzw. gefiltertes
Signal mit einer wesentlich größeren Zeitkonstante mit einem Flammenverstärker erzeugt.
Das Gas-Luft-Verhältnis des Brenners kann nach den Messwerten auf einen entsprechenden
Lambda-Wert eingestellt werden. Die lonisationselektrode gibt dabei eine von der Verbrennungstemperatur
bzw. der Luftzahl abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung weiter, welche
diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und entsprechende
Regelparameter als Vorgaben einstellt.
Bei einem Gasbrenner beginnt ein normaler Startvorgang mit der Inbetriebnahme des
Zündbrenners. Anschließend öffnet ein zweites Absperrventil an einer Gasarmatur und
es wird die Hauptgaszufuhr freigegeben. Innerhalb einer Sicherheitszeit muss dann
ein Überzünden vom Zünd- auf den Hauptbrenner erfolgt sein. Ist dies nicht der Fall,
wird sofort vom Feuerungsautomaten eine Sicherheitsabschaltung eingeleitet.
Probleme können bei Zündbrennern mit einer einzigen lonisationselektrode zur Überwachung
der Funktion von Zünd- und Hauptbrenner entstehen, die nach der Sicherheitszeit nicht
abgeschaltet werden. Es muss dabei eine Erfassung gewährleistet sein, ob das Überzünden
auf den Hauptbrenner stattgefunden hat. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die lonisationselektrode
eventuell nur die Flamme des Zündbrenners detektiert und beim Vorhandensein der Hauptflamme
keine Signal-Unterschiede für die Regelschaltung zur Flammenüberwachung entstehen.
[0002] Aus der DE 196 18 573 C1 ein Verfahren zur Kalibrierung einer Regeleinrichtung an
einem Gasbrenner bekannt, welches nach bestimmten Betriebszeiten aktiviert wird. Dadurch
werden - entsprechend der vorhandenen Gasart - Sollwerte für das Flammensignal ermittelt,
die während des Hauptbrennerbetriebes für die Einstellung des Gas-/Luft-Verhältnisses
maßgebend sind. Weil des Flammensignal im Betrieb schwankt, gilt um den Sollwert ein
relativ enges, toleriertes Werteband. Dieses ist an den Sollwert gebunden, so dass
sich die oberen und unteren Grenzen dementsprechend parallel verändern. Allerdings
ist dabei ein Driften des Sollwertes in eine Richtung, beispielsweise durch veränderte
Umgebungsbedingungen bei aufeinanderfolgenden Kalibrierungen, nicht erfasst. Bei ungünstigen
Verhältnissen kann daher die Verbrennung nicht mehr optimal sein, weil der Regelbereich
des Gasbrenners möglicherweise eingeschränkt ist.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sicheres Verfahren zum Betreiben eines
Gasbrenners für ein Heizgerät mit einem dauerhaft betriebenen Zündbrenner zu schaffen,
und beim Starten sicherzustellen, dass nach der Freigabe der Gaszufuhr für den Hauptbrenner
eine Überzündung vom Zündbrenner auf den Hauptbrenner stattgefunden hat.
[0004] Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Gasbrenner für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsabschaltung
erfolgt, wenn während des Zündbrennerbetriebes ein vorgegebener Schwellwert der aus
dem lonisationssignal abgeleiteten elektrischen Größe nicht erreicht wird und/oder
wenn dieser Schwellwert während des anschließenden Hauptbrennerbetriebes nicht überschritten
wird. Zudem kommt es auf jeden Fall zu einer Sicherheitsabschaltung, wenn die Flammensignale
vorgegebene, absolute Grenzwerte (S-OHB, B-OHB oder UHB) im Regelbetrieb über- oder
unterschreiten.
Dabei muss der Schwellwert der aus dem lonisationssignal abgeleiteten elektrischen
Größe innerhalb einer vorgegebenen Sicherheitszeit nach der Freigabe der Gaszufuhr
für den Hauptbrennerbetrieb überschritten sein. Vorzugsweise wird in der Sicherheitszeit
nach der Freigabe der Gaszufuhr für den Hauptbrennerbetrieb die Verstärkung des Flammenverstärkers
und seine Abhängigkeit von der Flammenintensität überprüft. Dies erfolgt durch einen
Vergleich von zwei Punkten in der Kennlinie bzw. dem aktuellen Signalverlauf mit vorgegebenen
Sollwerten. Für eine sichere Funktion der Überwachung ist die lonisationselektrode
so gestaltet, dass sie aufgrund ihrer Anordnung und Bauform gleichzeitig den Flammenbereich
von Zünd- und Hauptbrenner erfasst.
Die Flammensignale werden vom Feuerungsautomaten überwacht und mit vorgegebenen, absoluten
Grenzwerten verglichen, welche im Regelbetrieb nicht über- oder unterschritten werden
dürfen. Dabei bilden die Grenzwerte im Betrieb einen engeren zulässigen Wertebereich
für das Flammensignal als in der Startphase, weil in dieser das Überzünden vom Zünd-
auf den Hauptbrenner, die Stabilisierung und/oder die Kalibrierung durchgeführt wird,
wobei das Flammensignal andere Werte einnimmt als im Betrieb.
Während der Startphase gilt ab dem Beginn des Hauptbrennerbetriebes ein neuer oberer
Grenzwert für das Flammensignal. Dieser liegt über dem für den stationären Brennerbetrieb
gültigen oberen Grenzwert. Die Anhebung des oberen Grenzwertes endet nach einem so
genannten Vorbetrieb als Abschluss der Startphase. Daraus folgt, dass ab dem stationären
Hauptbrennerbetrieb, in dem das Gas-/Luft-Verhältnis nach den Flammensignalen geregelt
wird, ein niedrigerer oberer Grenzwert gilt.
Weiterhin muss der Wert für das Flammensignal im Zündbrennerbetrieb bis zum Ende einer
ersten Stabilisierungsphase über einem Mindestwert, nämlich dem Ausschaltwert für
den Zündbrenner, und unter einem vorgegebenen Schwellwert liegen. Nach der Sicherheitszeit
für das Überzünden auf den Hauptbrenner muss dann der Wert für das Flammensignal immer
größer als der Schwellwert sein. Ist dies nicht der Fall oder wird ein vorgegebener
oberer oder unterer Grenzwert für das Flammensignal über- bzw. unterschritten, so
erfolgt eine Sicherheitsabschaltung. Dasselbe tritt ein, wenn der vorgegebene Schwellwert
für die aus dem lonisationssignal abgeleitete elektrischen Größe während des Zündbrennerbetriebes
nicht erreicht wird und/oder während des anschließenden Hauptbrennerbetriebes nicht
überschritten wird.
Generell sind der Schwellwert für den Zünd- bzw. Hauptbrennerbetrieb, alle Grenzwerte
für das Flammensignal sowie der Ausschaltwert für den Zündbrenner vorzugsweise in
einem vorgegebenen Wertebereich am Feuerungsautomaten einstellbar. Damit können bei
Installations- und Wartungsarbeiten am Gasbrenner die vorhandenen Umgebungsbedingungen
bei Bedarf berücksichtigt werden.
[0005] Mit der Erfindung wird eine einfache, funktionssichere Überwachungsmöglichkeit für
die Überzündung vom Zünd- auf den Hauptbrenner bei einem Gasbrenner geschaffen. Das
Verfahren führt zu einem funktionssicheren, emissionsarmen Betrieb. Ausgenutzt wird
der Effekt, dass grundsätzlich das Flammensignal, insbesondere das lonisationssignal,
im Zündbrennerbetrieb deutlich niedriger als beim Betrieb des Hauptbrenners ist. Mögliche
Fehler durch beispielsweise stark veränderte Umgebungsbedingungen oder Mängel an Bauteilen
werden durch die analoge Überwachung sofort erkannt, so dass falsche Interpretationen
der Signale, die zu einer unsauberen Verbrennung oder zu Materialschäden führen, ausgeschlossen
sind. Das Flammensignal darf somit beim Regeln im Betrieb um einen variabel ermittelten
Sollwert mit einem Werteband aus parallel veränderlichen oberen und unteren Grenzen
schwanken. Zusätzlich verhindern die erfindungsgemäßen Grenzwerte ein Driften des
Sollwertes in eine Richtung durch eine Sicherheitsabschaltung. Ein Starten des Gasbrenners
ist nur mit dem vollständigen Erfüllen aller Bedingungen möglich.
[0006] Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer
einzigen Figur ein Diagramm mit dem Startablauf bei einem Gasbrenner. Dabei ist der
vorgegebene Flammensignalwert mit seinen Grenzen über der Zeitachse aufgetragen.
[0007] Das Starten eines Gasbrenners beginnt zunächst mit einer Anlaufphase für den Zündbrenner.
Daran schließt sich eine erste Sicherheitszeit SZ1 an, während der sich die Zündflamme
bilden muss. Bereits in der nachfolgenden Stabilisierungsphase 1 muss der von der
lonisationselektrode erfasste Wert für das Flammensignal über einem Mindestwert, nämlich
der Ausschaltgrenze für den Zündbrenner AZB, liegen. Zusätzlich darf das Flammensignal
während der gesamten Anlaufphase, der Sicherheitszeit SZ1 und der Stabilisierungsphase
1 einen vorgegebenen Schwellwert SW nicht überschreiten.
Der Hauptbrennerbetrieb beginnt mit dem Öffnen des Hauptgasventils am Anfang einer
Sicherheitszeit SZ2, in der die Hauptflamme durch Überzünden vom Zündbrenner vollständig
gebildet sein muss. Für den Betrieb des Hauptbrenners ist ein oberer und ein unterer
Grenzwert OHB bzw. UHB für das Flammensignal festgelegt. Weiterhin muss der Wert des
aktuellen Flammensignals ab dem Beginn der Sicherheitszeit SZ2 oberhalb des Schwellwertes
SW liegen. Um Abschaltungen zu vermeiden, ist es günstig, wenn der untere Grenzwert
UHB einen größeren Wert und somit etwas Abstand zum Schwellwert SW hat.
Danach folgt eine Stabilisierungsphase 2, in der beispielsweise die gemessenen Werte
auf Plausibilität geprüft werden, und gegebenenfalls eine Kalibrierung, wenn die aktuellen
Flammensignale zu stark von den Vorgaben und/oder von den Werten des letzten Brennerbetriebes
abweichen. Es schließt sich nur noch ein Vorbetrieb an, bevor der stationäre Betrieb
beginnt.
Speziell für den stationären Betrieb des Hauptbrenners nach der gesamten Startphase
ist ein oberer und ein unterer Grenzwert B-OHB bzw. UHB für das Flammensignal festgelegt.
Nur während der Startphase gilt ab dem Beginn des Hauptbrennerbetriebes, d. h. ab
der Sicherheitszeit 2, ein anderer oberer Grenzwert S-OHB für das Flammensignal. Dieser
liegt über dem für den stationären Brennerbetrieb festgelegten oberen Grenzwert B-OHB.
Die Anhebung des oberen Grenzwertes S-OHB endet nach dem Vorbetrieb, so dass ab dem
stationären Betrieb des Hauptbrenners der niedrigere obere Grenzwert B-OHB maßgebend
ist. Somit ergibt sich ein engerer zulässiger Wertebereich zwischen den Grenzwerten
B-OHB und UHB für das Flammensignal im Betrieb, nachdem die Startphase mit den zwangsläufigen
Schwankungen der Flammensignal-Werte bei Überzündung, Stabilisierung und/oder Kalibrierung
absolviert ist.
Sobald die vorgegebenen Grenzen bzw. die zulässigen Werte vom aktuellen Flammensignal
überschritten werden, erfolgt eine Sicherheitsabschaltung. Ein Starten des Gasbrenners
bzw. Übergang in den stationären Brennerbetrieb ist nur mit dem vollständigen Erfüllen
aller Bedingungen möglich.
1. Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät mit einem Zündbrenner und
einer Überwachung der Funktion von Zünd- und Hauptbrenner mit einer lonisationselektrode
als Messelektrode im Flammenbereich, welche durch die Gleichrichterwirkung der Flamme
und in Abhängigkeit von der Verbrennung eine von der Verbrennungstemperatur bzw. der
Luftzahl abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung legt, wobei Flammensignale
mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erzeugt und an einen Feuerungsautomaten weitergeleitet
werden,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn ein vorgegebener Schwellwert (SW) der aus
dem lonisationssignal abgeleiteten elektrischen Größe während des Zündbrennerbetriebes
nicht erreicht wird und/oder während des anschließenden Hauptbrennerbetriebes nicht
überschritten wird, und wenn die Flammensignale vorgegebene, absolute Grenzwerte (S-OHB,
B-OHB oder UHB) im Regelbetrieb über- oder unterschreiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (SW) der aus dem lonisationssignal abgeleiteten elektrischen Größe
innerhalb einer vorgegebenen Sicherheitszeit (SZ2) nach der Freigabe der Gaszufuhr
für den Hauptbrennerbetrieb überschritten sein muss.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise in der Sicherheitszeit (SZ2) nach der Freigabe der Gaszufuhr für den
Hauptbrennerbetrieb die Verstärkung des Flammenverstärkers und seine Abhängigkeit
von der Flammenintensität überprüft wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung in der Sicherheitszeit (SZ2) vorzugsweise durch einen Vergleich von
zwei Punkten in der Kennlinie bzw. dem Signalverlauf mit vorgegebenen Sollwerten erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die lonisationselektrode aufgrund ihrer Anordnung und Bauform gleichzeitig den Flammenbereich
des Zündbrenners und des Hauptbrenners erfasst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte (B-OHB oder UHB) im Betrieb einen engeren zulässigen Wertebereich
für das Flammensignal bilden als in der Startphase, um in dieser ein Überzünden vom
Zünd- auf den Hauptbrenner mit einer Stabilisierung und/oder eine Kalibrierung durchzuführen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Startphase, ab dem Beginn des Hauptbrennerbetriebes, der obere Grenzwert (S-OHB)
für das Flammensignal über den für den stationären Brennerbetrieb festgelegten oberen
Grenzwert (B-OHB) angehoben wird und dass nach einem Vorbetrieb als Abschluss der
Startphase der obere Grenzwert (B-OHB) gilt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für das Flammensignal im Zündbrennerbetrieb bis zum Ende einer ersten Stabilisierungsphase
über einem Mindestwert, nämlich dem Ausschaltwert (AZB) für den Zündbrenner, sowie
unter einem vorgegebenen Schwellwert (SW) liegen muss und dass der Wert für das Flammensignal
nach der Sicherheitszeit (SZ2) für das Überzünden auf den Hauptbrenner größer als
der Schwellwert (SW) sein muss.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (SW) für den Zünd- bzw. Hauptbrennerbetrieb, alle Grenzwerte (S-OHB,
B-OHB oder UHB) für das Flammensignal sowie der Ausschaltwert (AZB) für den Zündbrenner
vorzugsweise in einem vorgegebenen Wertebereich am Feuerungsautomaten einstellbar
sind.