DE10121985A1

DE10121985A1 - Control system for gas fired heating apparatus has acoustic sensor adjacent to flame whose output is compared with stored reference value to adjust gas supply

Info

Publication number: DE10121985A1
Application number: DE10121985A
Authority: DE
Inventors: Ingo Seliger
Original assignee: Buderus Heiztechnik GmbH
Current assignee: Bosch Thermotechnik GmbH
Priority date: 2001-05-05
Filing date: 2001-05-05
Publication date: 2002-11-07

Abstract

The burner (1) has a main gas inlet (2) and one or more additional inlets (3) controlled by valves (7,6). An acoustic sensor (5) is connected to the control unit (4) which regulates the valves, fan and air flow according to the reference data.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for operating a gas burner for a heater the preamble of claim 1.

Gattungsgemäße Gasbrenner besitzen Verbrennungssensoren, wie zum Beispiel eine Messelektrode. Insbesondere mit Ionisationselektroden, welche die Gleichrichterwirkung einer Flamme nutzen, werden häufig Flammensignale erfasst bzw. gebildet. Die Ionisati onselektrode muss direkt in der Flamme angeordnet werden, und gibt dabei eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung im Feuerungsautomaten weiter, welche diese Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert vergleicht und entsprechende Regelparameter als Vorgaben einstellt. Bei Ölbrennern ist ein Einsatz von Ionisationselektroden nur über eine kurze Zeit, d. h. bis zum Verschmutzen möglich und generell kommt es an derartigen Elektroden zu hohen Materialbeanspruchungen.Generic gas burners have combustion sensors, such as one Measuring electrode. In particular with ionization electrodes, which have the rectifying effect flame signals, flame signals are often recorded or generated. The Ionisati onelectrode must be placed directly in the flame, giving one of the Combustion temperature or the electrical variable derived from the lambda value to a Control circuit in the burner control further, which this size with a selected compares the electrical setpoint and sets corresponding control parameters as specifications. In oil burners, the use of ionization electrodes is only possible for a short time, i. H. to possible for soiling and generally there are high electrodes of this type Material stresses.

Bekannt ist außerdem ein Sensor zum akustischen Detektieren einer Flamme bei Ölbren nern. Dieser erkennt das Vorhandensein bzw. den Ausfall einer Flamme und kann alterna tiv zu den üblichen optischen Sensoren zur Ein-/Aus-Erkennung eingesetzt werden. Wich tig ist dabei ein direkter optischer Zugang zur Flamme.A sensor for acoustically detecting a flame in oil burns is also known partners. This detects the presence or failure of a flame and can alternate tiv to the usual optical sensors for on / off detection. more What is important here is direct optical access to the flame.

Es gibt Gasbrenner mit in mindestens zwei Gruppen mit unterschiedlicher Position am Gasverteiler aufgeteilten und an jeweils eine eigene Gasversorgung angeschlossenen Gasdüsen. Damit entsteht ein Haupt- und ein Nebengasstrom, so dass jedem Venturirohr eines Brennstabes eine Haupt- und mindestens eine Nebengasdüse zugeordnet ist. In Abhängigkeit von Betriebsbedingungen und/oder dem Brennerbetriebszustand wird dabei mindestens ein Nebengasstrom zusätzlich zum Hauptgasstrom in den Mischraum einge bracht. Die Luftzahl Lambda im Mischraum wird reduziert, weil durch die Injektorwirkung des Hauptgasstromes auch das Nebengas angesaugt wird. Somit ist es für die Einstellung des gewünschten Gas-/Luftverhältnisses entscheidend, den Nebengasstrom mit einem Stellglied zu regeln. Weiterhin wird eine Gas-/Luft-Verbundregelung häufig bei Gasbren nern mit Gebläse über die Regelung der Gebläsedrehzahl realisiert. There are gas burners with in at least two groups with different positions on Distributed gas distributor and each connected to its own gas supply Gas nozzles. This creates a main and a secondary gas flow, so that each Venturi tube a main and at least one secondary gas nozzle is assigned to a fuel rod. In Dependence on operating conditions and / or the burner operating state is thereby at least one secondary gas stream in addition to the main gas stream in the mixing room introduced. The air ratio lambda in the mixing room is reduced because of the injector effect of the main gas stream, the secondary gas is also sucked in. So it is for hiring of the desired gas / air ratio, the secondary gas flow with a To regulate actuator. Furthermore, gas / air compound control is often used in gas fires nern with fans via the regulation of the fan speed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Flammenüberwa chung und für eine Gas-/Luft-Verbundregelung zum Betrieb eines Gasbrenners zu schaf fen.The invention has for its object a simple flame monitoring method and for a gas / air combination control to operate a gas burner fen.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention this was solved with the features of claim 1. benefit further training can be found in the subclaims.

Das Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeich net, dass das Gas-/Luftverhältnis nach den Signalen eines Sensors zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen geregelt wird. Somit arbeitet die Gas-/Luft- Verbundregelung nach akustischen Flammensignalen.The method for operating a gas burner for a heater is characterized net that the gas / air ratio according to the signals of a sensor for the detection of acoustic flame vibrations is regulated. So the gas / air Compound control according to acoustic flame signals.

Im Feuerungsautomaten werden die Signale des Sensors zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen mit mindestens einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Darauf hin werden, je nach Bauart des Brenners, ein Gasdruckregler, eine Drossel im Verbren nungsluftstrom, die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses und/oder verstellbare, sich unmittelbar auf die Gemischbildung auswirkende Bauteile im Bereich der Gas-/Luft- Mischungszone in Abhängigkeit von aktuellen, vom Sensor erfassten Flammensignalen und mindestens einem Sollwert eingestellt.The signals from the sensor are used to record acoustic signals in the burner control Flame vibrations compared with at least one predetermined setpoint. thereon Depending on the design of the burner, a gas pressure regulator and a throttle are burned air flow, the speed of a combustion air blower and / or adjustable itself Components that directly affect mixture formation in the area of gas / air Mixing zone depending on current flame signals detected by the sensor and set at least one setpoint.

Speziell bei Gasbrennern einer Aufgliederung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom wird das Stellglied für den Nebengasstrom in Abhängigkeit von den Werten des Sensors und mindestens einem Sollwert betätigt. Im Regelbetrieb der Gas-/Luft-Verbundregelung führt dann ein fallendes akustisches Signal vom Sensor, beispielsweise durch einen Wechsel zu einer Gasart mit einem niedrigeren Wobbeindex und dadurch abhebender Flamme mit weniger Geräuschen, zu einem zunehmenden Öffnungszustand des Stellglie des für den Nebengasstrom. Umgekehrt verringert das Stellglied den Nebengasstrom, sobald das akustische Signal der Flammenschwingungen ansteigt.Especially for gas burners broken down into a main and a secondary gas flow becomes the actuator for the secondary gas flow depending on the values of the sensor and actuated at least one setpoint. In normal operation of the gas / air network control then leads a falling acoustic signal from the sensor, for example through a Switch to a gas type with a lower Wobbe index and therefore more withdrawn Flame with less noise, increasing the position of the actuator the for the secondary gas flow. Conversely, the actuator reduces the secondary gas flow, as soon as the acoustic signal of the flame vibrations increases.

Es ist daher ein charakteristisches Frequenzband der akustischen Flammenschwingungen festgelegt, welches vom Sensor erfasst wird. Das Frequenzband ist durch Grenzwerte für die Höhe des Schalldruckpegels und/oder einen Gesamtschalldruckpegel vorgegeben. Entsprechende Werte sind am Feuerungsautomaten einzugeben oder voreingestellt. Mög liche akustische Störquellen, wie Beispielsweise Geräusche aus dem Aufstellraum, werden bei einer Auswertung in der Startphase, also ohne Vorhandensein einer Flamme, erfasst und gespeichert, um sie im Betrieb mit den aktuellen, vom Sensor erfassten Flammensig nalen, zu vergleichen. It is therefore a characteristic frequency band of the acoustic flame vibrations determines which is detected by the sensor. The frequency band is through limits for predefined the level of the sound pressure level and / or an overall sound pressure level. Corresponding values must be entered on the burner control or preset. Mög Liche acoustic sources of interference, such as noises from the installation room during an evaluation in the start phase, i.e. without the presence of a flame and saved to them in operation with the current flame sigma detected by the sensor nalen to compare.

Mit dem Sensor zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen kann neben der Flamme eines Hauptbrenners im Regelbetrieb auch das Vorhandensein einer Zündflamme überwacht werden. Dann wird dafür ein weiteres, unabhängiges Frequenzband durch Grenzwerte vorgegeben, in dem die Signale während des Zündbrennerbetriebes liegen müssen. Eine Abschaltung oder ein Neustart erfolgt, wenn ein Grenzwert eines vorgege benen Frequenzbandes über- oder unterschritten wird.With the sensor for the detection of acoustic flame vibrations in addition to the Flame of a main burner in regular operation also the presence of an ignition flame be monitored. Then another independent frequency band is used Limit values are specified in which the signals lie during pilot burner operation have to. A shutdown or a restart occurs when a limit value of a given above or below the specified frequency band.

Mit der Erfindung wird ein einfaches Verfahren zur Flammenüberwachung und für eine Gas-/Luft-Verbundregelung zum Betrieb eines Gasbrenners geschaffen. Der Sensor zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen muss sich lediglich im Betriebsraum einer Brennerflamme befinden, um deren Geräusche aufzunehmen. Er benötigt keinen direkten optischen Zugang oder Berührungen mit der Flamme. Somit ist eine konstruktive Einbindung bzw. lageunabhängige Anbringung des Sensors in geschützten Bereichen des Feuerraumes mit relativ niedrigen Temperaturen leicht möglich.With the invention, a simple method for flame monitoring and for Combined gas / air regulation for operating a gas burner. The sensor for Acquisition of acoustic flame vibrations only needs to be in the operating room a burner flame to record their noise. He doesn't need one direct optical access or touching the flame. So it is constructive Integration or location-independent attachment of the sensor in protected areas of the Fire chamber with relatively low temperatures easily possible.

Im Regelkreis mit dem angeschlossenen Feuerungsautomaten kann eine Abstimmung des Brenners nach seinem Geräuschverhalten oder sogar nach Tonhöhen erfolgen, so dass der Brenner beispielsweise speziellen Betriebsverhältnissen und Anlagenbedingungen angepasst werden kann. Einsetzen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren sowohl bei Gasbrennern, mit oder ohne Gebläse, als auch bei Ölbrennern. Außerdem kann über das Signal auch die Belastung eines Brenners festgestellt werden.In the control loop with the connected burner control, the Brenners done according to its noise behavior or even according to pitches, so that the burner, for example, special operating and system conditions can be customized. The method according to the invention can be used both in Gas burners, with or without a fan, as well as with oil burners. You can also use the Signal the load of a burner can be determined.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines atmosphärischen Gasbrenners dar. Es zeigt:The drawing represents an embodiment of the invention based on an atmospheric Gas burner. It shows:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Gasbrenners mit einer Aufteilung in einen Haupt- und einen Nebengasstrom sowie Fig. 2 in einem Diagramm den Ablauf beim Übergang von einer Gasart mit einem hohem zu einer Gasart mit einem niedrigen Wobbeindex. Fig. 1 shows the schematic structure of a gas burner with a division into a main and a secondary gas flow and Fig. 2 in a diagram the sequence in the transition from a gas type with a high to a gas type with a low Wobbe index.

Der Gasbrenner besteht im wesentlichen aus einem Brennstab 1 mit einem inneren Ventu rirohr und einem Mischraum, einer in dessen Öffnung gerichteten Hauptgasdüse 2 sowie einer Nebengasdüse 3. Ein Feuerungsautomat 4 nimmt die Signale eines Sensors 5 zur Erfassung von akustischen Flammenschwingungen auf und regelt danach das Gas-/Luft verhältnis nach den aktuellen Werten, indem das Stellglied 6 für den Nebengasstrom betätigt wird. Es wirkt zusätzlich zum Gasdruckregler 7 für den Hauptgasstrom und öffnet, wenn die Gasqualität, d. h. der Wobbe-Index abnimmt. Dadurch wird einerseits mehr Gas zugegeben. Andererseits verändern sich aber auch die Strömungsverhältnisse an der Einmündung in das Venturirohr, so dass weniger Luft angesaugt wird.The gas burner consists essentially of a fuel rod 1 with an inner Ventu tube and a mixing chamber, a main gas nozzle 2 directed into its opening and a secondary gas nozzle 3 . An automatic burner control 4 records the signals from a sensor 5 for detecting acoustic flame vibrations and then controls the gas / air ratio according to the current values by actuating the actuator 6 for the secondary gas flow. It acts in addition to the gas pressure regulator 7 for the main gas flow and opens when the gas quality, ie the Wobbe index, decreases. On the one hand, this adds more gas. On the other hand, the flow conditions at the junction with the Venturi tube also change, so that less air is sucked in.

Fig. 2 zeigt den Signal-Verlauf am Sensor 5 zur Erfassung von akustischen Flammen schwingungen. Zunächst pendeln die gemessenen Werte bei einer Gasversorgung mit hochkalorigem Gas zwischen den vorgegebenen, zulässigen Grenzwerten G. Sobald sich beim Verändern der Gasart das Verbrennungsgeräusch bis auf den unteren Grenzwert G abgeschwächt hat, öffnet des Stellglied 6 für den Nebengasstrom. Bedingt durch die zu sätzliche Gaszufuhr und andere Mischungsverhältnisse steigt das Verbrennungsgeräusch, beispielsweise weil die Flamme dichter an der Oberfläche des Brennstabes 1 brennt. Er reicht das Signal des Sensors 5 den zulässigen oberen Grenzwert G, so kann die Neben gasmenge wieder etwas zurückgenommen werden. Im nachfolgenden Betrieb mit einer Gasart mit einem niedrigen Wobbeindex regelt das Stellglied 6 dann dauerhaft aus einer mindestens teilweise geöffneten Position nach den Signalen des Sensors 5. Fig. 2 shows the signal curve at the sensor 5 for detecting acoustic flame vibrations. First of all, the measured values in a gas supply with high-calorific gas oscillate between the predetermined, permissible limit values G. As soon as the combustion noise has decreased to the lower limit value G when the gas type is changed, the actuator 6 opens for the secondary gas flow. Due to the additional gas supply and other mixing ratios, the combustion noise increases, for example because the flame burns closer to the surface of the fuel rod 1 . If the signal from sensor 5 reaches the permissible upper limit value G, the amount of secondary gas can be reduced somewhat. In the subsequent operation with a gas type with a low Wobbe index, the actuator 6 then regulates continuously from an at least partially open position according to the signals from the sensor 5 .

Claims

1. A method for operating a gas burner for a heater, with a burner control, a gas / air composite control and a sensor for acoustic flame detection, characterized in that the gas / air ratio according to the signals of a sensor ( 5 ) for detecting acoustic flame vibrations is regulated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the gas / air composite control operates according to the signals from the sensor ( 5 ) for detecting acoustic flame vibrations.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the signals from the sensor ( 5 ) for detecting acoustic flame vibrations in the automatic furnace ( 4 ) are compared with at least one predetermined setpoint.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a gas pressure regulator, a throttle in the combustion air flow, the speed of a combustion air blower and / or adjustable components in the region of the gas / air mixing zone depending on the current, from the sensor ( 5 ) detected flame signals and at least one setpoint.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that in a breakdown into a main and a secondary gas flow, the actuator ( 6 ) for the secondary gas flow as a function of current flame signals detected by the sensor ( 5 ) and at least one setpoint is operated.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in control operation of the gas / air composite control a fall of the signal from the sensor ( 5 ) in conjunction with an increasing opening state of the actuator ( 6 ) for the bypass gas flow or rising signal in connection with a decreasing opening state of the actuator ( 6 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a characteristic frequency band of the acoustic flame vibrations is detected by the sensor ( 5 ).

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the frequency band is predetermined by limit values (G) for the level of the sound pressure level and / or a total sound pressure level, which are to be entered on the automatic burner control unit ( 4 ).

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that acoustic interference sources during an evaluation in the start phase, without the presence of a flame, detected and compared with the current flame signals detected by the sensor ( 5 ) during operation.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that with the sensor ( 5 ) for detecting acoustic flame vibrations in addition to the flame of a main burner in normal operation, the presence of an ignition flame is also monitored by using a further frequency band through limit values ( G) is specified.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that a shutdown takes place if one of the limit values (G) a predetermined frequency band is exceeded or fallen below.

12. Arrangement for performing the method according to claims 1 to 11, characterized by a sensor ( 5 ) for detecting acoustic Flammenschwin conditions in the operating room of a burner flame and an associated automatic fire control ( 4 ) for monitoring and / or controlling the burner operation.