DE19502900C2

DE19502900C2 - Ionisationselektrode

Info

Publication number: DE19502900C2
Application number: DE1995102900
Authority: DE
Inventors: Hubert Nolte; Martin Herrs; Andree Wild
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2015-02-01
Also published as: DE19502900A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionisationselektrode, die in den Flammenbereich eines Brenners ragt.

Brenner, beispielsweise Gasbrenner in Gasheizgeräten zur Erwärmung von Brauch- und/oder Heizungswasser, sind mit einer Ionisationselektrode ausgerüstet, die die Brennerflammen überwacht. Entsprechend der Flammentemperatur stellt sich ein elektrischer Strom von der Ionisationselektrode zu einer elektrischen Masse ein. In der DE 44 33 425 A1 ist beschrieben, wie eine solche Ionisationselektrode zur Regelung der Verbrennung verwendet werden kann. Um einen für eine optimale Verbrennung gewünschten Lambdawert zu erhalten, wird je nach der Gasqualität und Umgebungsbedingungen mehr oder weniger Luft beigemischt.

Die AT 391 197 B zeigt die Brennerplatte eines Flächenbrenners und eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebes eines derartigen Brenners. Dazu ist eine Ionisationselektrode vorgesehen, die oberhalb der Brennerplatte im Bereich besonderer Austrittsöffnungen vorgesehen ist. Das Anordnen besonderer Austrittsöffnungen ist kostenintensiv und erhöht den Herstellungspreis eines solchen Brenners erheblich.

Nach der JP 58-99 614 ist ein Verbrennungsfühler vorgeschlagen, der aus einer Wendel und einem in dieser koaxial verlaufenden Draht besteht. Anders als bei der AT 391 197 B besteht bei diesem japanischen Patent die Meßstrecke nicht zwischen der Ionisationselektrode und dem Brenner, sondern nur zwischen dem äußeren Draht und dem inneren Draht. Bei hoher Brennerbelastung, d. h. bei großer Flammenhöhe tritt bei dieser bekannten Vorrichtung ein wesentlich anderer Meßwert auf als bei niedriger Belastung, also kleiner Flammenhöhe.

Auch in der DE 39 37 290 A1, der DE 36 07 386 C2 und der DE 42 30 390 A1 sind solche Ionisationselektroden eingesetzt.

Es wurde bei zweistufigen und bei modulierend betriebenen Brennern gefunden, daß sich das von der Ionisationselektrode erzeugte Signal, d. h. der Ionisationsstrom bzw. die daraus abgeleitete Steuerspannung, auch in Abhängigkeit von der Belastung des Brenners, d. h. in Abhängigkeit von der Höhe der Brennerflammen, ändert. Bei gleichem Lambda-Sollwert treten also bei unterschiedlichen Belastungen des Brenners unterschiedliche Ausgangssignale (Ionisationsströme) an der Ionisationselektrode auf. Dies ist unerwünscht, weil dadurch die Regelung beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ionisationselektrode der eingangs genannten Art vorzuschlagen, durch die bei hoher und niedriger Brennerbelastung (Flammenhöhe) ein möglichst gleicher Ionisationsstrom erreicht wird.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Ionisationselektrode der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ionisationselektrode von der Geraden abweicht und mehrere Längenabschnitte der Ionisationselektrode wechselweise näher und entfernter von der Brenneroberfläche liegen, und daß die der Brenneroberfläche nächsten Abschnitte an den Stellen höchster Temperatur der niedrigsten Flammen liegen, und daß die der Brenneroberfläche fernsten Längenabschnitte an der Stelle höchster Temperatur der höchsten Flammen liegen. Dabei liegen sowohl bei höheren als auch niedrigen Brennerflammen, also eingestellter größerer oder kleinerer Brennerleistung, d. h. Brennerbelastung, jeweils Längenabschnitte der Ionisationselektrode in den heißesten Flammenzonen, und zwischen den Längenbereichen findet ein Wärmeaustausch statt. Es ergibt sich somit ein weitgehend belastungsunabhängiges Signal (Ionisationsstrom). Der von der Flammentemperatur abhängige Ionisationsstrom ändert sich also zwar mit dem Lambdawert in Abhängigkeit von der Gasart und Umgebungsbedingungen, nicht jedoch in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Brennerleistung was für die Durchführung der Regelung (vgl. DE 44 33 525 A1) vorteilhaft ist, weil die jeweilige Brennerbelastung das Meßsignal praktisch nicht verfälscht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Brenneraufsicht mit einer Ionisationselektrode nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Brenner-Seitenansicht mit der Ionisationselektrode nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine Brenneraufsicht mit einer Ionisationselektrode nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Brenner-Seitenansicht mit der Ionisationselektrode nach der Erfindung,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht der erfindungsgemäßen Ionisationselektrode,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ionisationselektrode und

Fig. 7 ein Meßdiagramm des Ausgangssignals der Ionisationselektrode als Funktion von Lambda für zwei unterschiedliche Brennerbelastungen.

Ein Flächenbrenner 1 weist eine Mehrzahl von Reihen 2 mit Düsen 3 auf. Oberhalb der Brenneroberfläche 4 ist mittels eines Halters 5 eine Ionisationselektrode 6 angeordnet. Diese erstreckt sich direkt zur Längsrichtung der Düsenreihen 2 und ragt über zwei oder mehrere Düsenreihen (vgl. Fig. 1, Fig. 3).

Nach dem Stand der Technik ist die Ionisationselektrode 6 gerade und erstreckt sich vom Halter 5 aus schräg zur Brenneroberfläche 4 (vgl. Fig. 2). Bei dieser Gestaltung ergibt sich bei unterschiedlich hohen Brennerflammen, also bei unterschiedlicher Brennerbelastung, eine hiervon abhängige Höhe des Ausgangssignals (Ionisationsstrom) der Ionisationselektrode 6, selbst wenn der Lambdawert konstant ist. Dadurch wird die Regelung verfälscht, durch die für eine optimale Verbrennung das Brenngas-Luftgemisch entsprechend der Gasart und anderen Umgebungsbedingungen geregelt werden soll.

Die erfindungsgemäße Ionisationselektrode 6 weist wechselweise Längenabschnitte 7, 8 auf, wobei die Längenabschnitte 7 der Brenneroberfläche 4 näherstehen als die jeweils anschließenden Längenabschnitte 8 (vgl. Fig. 4, 5, 6). Eine Mittellinie 9 der Längenabschnitte 7, 8 erstreckt sich vom Halter 5 aus schräg zur Brenneroberfläche 4 hin (vgl. Fig. 5).

Bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 ist die Ionisationselektrode 6 wellenförmig gestaltet, wobei die Wellentäler 7 näher bei der Brenneroberfläche 4 liegen als die Wellenberge 8. Der Abstand a der Längenabschnitte 7, 8 ist etwa gleich dem Abstand b der Düsen 3.

In Fig. 5 sind die Flammenhöhen für zwei unterschiedliche Brennerbelastungen dargestellt. Strichliert sind die niedrigen Flammen (kleine Brennerbelastung) gezeigt. Punktiert sind die Flammen bei höherer Brennerbelastung angedeutet. Bei der höheren Brennerbelastung liegen die heißesten Stellen B der Flammen im Bereich der der Brenneroberfläche 4 ferneren Längenabschnitte 8. Bei der niedrigeren Belastung liegen die heißesten Stellen A der dann auftretenden Flammen im Bereich der der Brenneroberfläche 4 näheren Längenabschnitte 7. In beiden Fällen findet ein intensiver Wärmeaustausch zwischen den Längenabschnitten 7, 8 statt. Dies hat zur Folge, daß bei allen Brennerflammenhöhen im wesentlichen der gleiche Ionisationsstrom von der Ionisationselektrode 6 gegen die von dem Brenner 1 gebildete elektrische Masse fließt. Der Ionisationsstrom und das aus ihm abgeleitete Spannungssignal ist somit praktisch nicht von der Brennerbelastung abhängig.

Dies ist im Meßdiagramm (vgl. Fig. 7) bestätigt. Dort ist quadratisch der Verlauf des Signals der Ionisationselektrode 6 als Funktion von Lambda bei einer Brennerleistung bzw. Brennerbelastung von 10 kW gezeigt. Entsprechend kreisförmig markiert ist der entsprechende Verlauf für eine Leistung von 20 kW gezeigt. Es ist ersichtlich, daß die beiden Kurven im interessierenden Bereich des Lambdawertes von 1,1 bis 1,45 sehr nahe beieinanderliegen. Beispielsweise wurde bei Lambda 1,3 sowohl bei einer Leistung von 10 kW als auch bei einer Leistung von 20 kW ein Ausgangssignal von 210 V ermittelt.

Die Ionisationselektrode 6 kann zum Erreichen des gewünschten Ergebnisses nicht nur wellenförmig, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, gestaltet werden. Es ist auch möglich, die Ionisationselektrode 6 kammartig zu gestalten (vgl. Fig. 6). Die Ionisationselektrode 6 kann auch wendelförmig ausgebildet sein, wobei die Mittelachse der Wendel etwa auf der Mittellinie 9 liegt.

Es ist auch möglich, den Abstand a zwischen dem einen Längenabschnitt 7 und dem jeweils anschließenden Längenabschnitt 8 im Hinblick auf den Abstand b der Düsen 3 anders zu gestalten. Beispielsweise kann der Abstand a doppelt so groß sein wie der Abstand b.

Claims

1. Ionisationselektrode, die in den Flammenbereich eines Brenners ragt dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationselektrode (6) von der Geraden abweicht und mehrere Längenabschnitte (7, 8) der Ionisationselektrode (6) wechselweise näher und entfernter von der Brenneroberfläche (4) liegen, und daß die der Brenneroberfläche (4) nächsten Abschnitte (7) an den Stellen (A) höchster Temperatur der niedrigsten Flammen liegen, und daß die der Brenneroberfläche (4) fernsten Längenabschnitte (8) an der Stelle (B) höchster Temperatur der höchsten Flammen liegen.

2. Ionisationselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationselektrode (6) wellenförmig gestaltet ist, wobei die Wellentäler näher bei der Brenneroberfläche (4) als die Wellenberge liegen.

3. Ionisationselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationselektrode (6) kammförmig gestaltet ist.

4. Ionisationselektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionisationselektrode (6) wendelförmig gestaltet ist.

5. Ionisationselektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände a der näheren Längenabschnitte (7) von den jeweils benachbarten ferneren Längenabschnitten (8) jeweils etwa gleich dem Abstand benachbarter Brennerdüsen (3) sind.

6. Ionisationselektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittellinie (9) der Längenabschnitte (7, 8) zur Brenneroberfläche (4) hin schräg verläuft.

7. Ionisationselektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ionisationselektrode (6) schräg zur Längsrichtung der Brennerdüsenreihen (2) erstreckt, wobei sie über zwei oder mehrere Düsenreihen (2) ragt.