DE69600683T2 - Control device for catalytic gas burners - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Funktion eines katalytischen Brenners, welcher insbesondere zur Anwendung in Haushaltgeräten und ganz allgemein auch in kommerziellen und industriellen Geräten oder Klimaanlagen vorgesehen ist.The present invention relates to a device for controlling the function of a catalytic burner, which is intended in particular for use in household appliances and, more generally, in commercial and industrial appliances or air conditioning systems.
Von der katalytischen Verbrennung eines Gases ist allgemein bekannt, daß sie in der Oxidation eines Brennstoffes, z. B. von Methangas, mit einem die Verbrennung fördernden Agens, z. B. Luft, besteht, wobei die Oxidation bei einer niedrigen Temperatur (niedriger als etwa 1000ºC) durch ein geeignetes katalytisches Material, welches während des gesamten Verbrennungsprozesses unverändert bleibt, aufrechterhalten wird. Die bekanntesten und am meisten verwendeten Katalysatoren sind Metalle oder Metallverbindungen, z. B. Oxide, keramische Stoffe usw., welche auf chemischen Elementen basieren, die zur Gruppe der Edelmetalle, insbesondere Platin, Palladium und Rhodium gehören.The catalytic combustion of a gas is generally known to consist in the oxidation of a fuel, e.g. methane gas, with a combustion-promoting agent, e.g. air, the oxidation being maintained at a low temperature (lower than about 1000°C) by a suitable catalytic material which remains unchanged throughout the combustion process. The best known and most widely used catalysts are metals or metal compounds, e.g. oxides, ceramics, etc., based on chemical elements belonging to the group of noble metals, in particular platinum, palladium and rhodium.
Katalysatoren werden gewöhnlich durch ein inertes Material abgestützt, welches eine große Oberfläche und eine große Porosität besitzt, wie z. B. durch Aluminiumoxid oder ein feines Drahtgewebe.Catalysts are usually supported by an inert material that has a large surface area and a high porosity, such as alumina or a fine wire mesh.
Katalytische Brenner, insbesondere zur Anwendung in Haushaltkochgeräten, werden z. B. in den Dokumenten JP-A-62 266 317, US-A-3 067 811, US-A-4 189 294 und EP-A-0 469 251 beschrieben. Weiterhin gewinnt die katalytische Verbrennung zunehmend einen festen Platz in der Automobilindustrie, wo sie für Aufgaben eingesetzt wird, die darauf zielen, die Emissionen schädlicher Abgase der Verbrennungsmotoren zu begrenzen.Catalytic burners, particularly for use in household cooking appliances, are described, for example, in documents JP-A-62 266 317, US-A-3 067 811, US-A-4 189 294 and EP-A-0 469 251. Furthermore, catalytic combustion is increasingly gaining a firm place in the automotive industry, where it is used for tasks aimed at limiting the emissions of harmful exhaust gases from internal combustion engines.
Einer der wesentlichen Nachteile der katalytischen Brenner besteht in der Notwendigkeit einer genauen Steuerung des Verbrennungsprozesses, so daß die Emissionen schädlicher Gase, insbesondere von CO und all jenen unverbrannten Produkten, die die Umwelt verunreinigen können, auf ein Minimum reduziert werden können. Dieses Problem wird durch die Notwendigkeit, eine Anzahl von Bedingungen einzuhalten, z. B. es im Fall der Anwendung in Haushalt- oder kommerziellen Kochgeräten zu ermöglichen, den Wärmeausstoß der Brenner kontinuierlich anzupassen, weiter vergrößert.One of the main disadvantages of catalytic burners is the need for precise control of the combustion process so that the emissions of harmful gases, in particular CO and all those unburned products that can pollute the environment, can be reduced to a minimum. This problem is further aggravated by the need to comply with a number of conditions, such as, in the case of application in domestic or commercial cooking appliances, to make it possible to continuously adjust the heat output of the burners.
Geschlossene Verbrennungsregelsysteme für katalytische Brenner sind in Verbindung mit Anwendungen bei Industrieausrüstungen bekannt. Insbesondere wird der Wärmeausstoß des katalytischen Brenners durch Einstellung der Durchflußmenge des Brenngases mittels eines manuell einstellbaren Ventils oder einer ähnlichen Vorrichtung gesteuert. Die Durchflußmenge des Brenngases, bei dem es sich z. B. um flüssiges Propangas handeln kann, wird durch einen geeigneten Durchflußsensor gemessen. Die von einem solchen Sensor empfangene Information wird verwendet, um mittels geeigneter Tabellen oder mathematischer Funktionen den Momentanwert der erforderlichen Luft zu berechnen, um die Menge des am Sensor vorbeifließenden Gases vollständig zu oxidieren. Eine solche Berechnung kann mittels einer Anzahl von Rechnerblocks, welche z. B. auf einer Platte mit einer elektronischen Mikrosteuerung vorgesehen sein können, berechnet werden.Closed combustion control systems for catalytic burners are known in connection with applications in industrial equipment. In particular, the heat output of the catalytic burner is controlled by adjusting the flow rate of the fuel gas by means of a manually adjustable valve or similar device. The flow rate of the fuel gas, which may be, for example, liquid propane gas, is measured by a suitable flow sensor. The information received from such a sensor is used to calculate, by means of suitable tables or mathematical functions, the instantaneous value of the air required to completely oxidize the amount of gas flowing past the sensor. Such a calculation can be carried out by means of a number of computer blocks which can, for example, be provided on a board with an electronic microcontroller.
Die zur Sicherung der vollständigen Verbrennung des Brenngases notwendige Luftströmung wird durch einen Lüfter mit veränderlicher Geschwindigkeit erzeugt, welcher direkt durch die elektronische Mikrosteuerung gesteuert wird. Ein Meßsensor für die Luftströmung mißt an der Ausgangsseite des Lüfters die entsprechende Luftmenge, welche mittels des Lüfters momentan zugeführt wird, und betreibt die Mikrosteuerung so, daß alle möglichen Veränderungen in der Luftzuführung ausgeglichen werden. Praktisch wirkt ein geschlossenes Regelsystem auf die Zuführung der erforderlichen Luftmenge ein, um eine ordnungsgemäße Verbrennung in dieser Weise zu gewährleisten. Das Brenngas und die zugemischte Verbrennungsluft müssen je nach Brennertyp, in welchem sie in Anwesenheit eines Katalysators verbrannt werden, in jedem Fall vorgewärmt werden, um zu ermöglichen, daß die katalytische Reaktion eingeleitet wird.The air flow required to ensure complete combustion of the fuel gas is generated by a variable speed fan, which is controlled directly by the electronic microcontroller. An air flow sensor measures the corresponding amount of air that is currently being supplied by the fan on the fan's output side and operates the microcontroller in such a way that any possible changes in the air supply are compensated. In practice, a closed control system acts on the supply of the required amount of air to ensure proper combustion in this way. Depending on the type of burner in which they are burned in the presence of a catalyst, the fuel gas and the admixed combustion air must in any case be preheated to enable the catalytic reaction to be initiated.
Ein Steuerungssystem des zuvor beschriebenen Typs kann nur ordnungsgemäß arbeiten, wenn die sowohl vom Durchflußsensor für das Gas als auch vom Durchflußsensor für die Luft gemessenen Mengen nicht durch Fehler behaftet sind, und wenn die Zusammensetzung des Brenngases streng konstant ist. Solche Bedingungen treten jedoch in der normalen Praxis niemals auf. Außerdem ist es weithin bekannt, daß sehr häufig in Gasleitungen inerte Substanzen eingespeist werden, um in Spitzenbelastungszeiten einen angemessenen Gasdruck zu sichern. All diese Faktoren können in Kombination leicht dazu führen, daß die exakten Anteile des Luft-/Gasgemisches in der Verbrennungskammer verändert werden, was dazu führt, daß es unmöglich ist, eine vollständige Oxidation des Brenngases und damit eine vollständige Verbrennung in optimaler Weise zu erreichen.A control system of the type described above can only work properly if the quantities measured by both the gas flow sensor and the air flow sensor are free from errors and if the composition of the fuel gas is strictly constant. However, such conditions never occur in normal practice. In addition, it is well known that inert substances are very often fed into gas lines in order to ensure an adequate gas pressure during periods of peak demand. All these factors, in combination, can easily lead to changes in the exact proportions of the air/gas mixture in the combustion chamber. which makes it impossible to achieve complete oxidation of the fuel gas and thus complete combustion in an optimal manner.
Eine Lösung dieses speziellen Problems kann durch Verwendung eines Sauerstoffsensors erfolgen, welcher dann den Sauerstoffanteil, welcher in den durchfließenden Gasen enthalten ist, mißt, um sicherzustellen, daß tatsächlich eine vollständige Verbrennung erfolgt.A solution to this particular problem can be found by using an oxygen sensor, which then measures the amount of oxygen contained in the gases flowing through to ensure that complete combustion is actually taking place.
Die zuvor beschriebenen Systeme sichern eine gute Funktion, d. h. sie arbeiten völlig zufriedenstellend, soweit Schadstoffemissionen (welche praktisch auf Null begrenzt werden) und die Einstellmöglichkeiten für den Wärmeeintrag (kontinuierliche Einstellung) betroffen sind. All diese Systeme sind aber sehr kompliziert, kostenintensiv und schwer realisierbar, so daß sie bisher keine weite Verbreitung gefunden haben und praktisch nicht zur breiten Anwendung, z. B. für Haushaltkoch- oder -heizgeräte, vorgeschlagen werden können.The systems described above ensure good functionality, i.e. they work completely satisfactorily as far as pollutant emissions (which are practically limited to zero) and the adjustment options for heat input (continuous adjustment) are concerned. However, all of these systems are very complicated, costly and difficult to implement, so that they have not yet found widespread use and practically cannot be proposed for widespread use, e.g. for household cooking or heating devices.
Brenner mit EIN-AUS-Steuerungssystemen sind aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt. Im Prinzip umfassen solche Systeme einen gebläselosen Brenner, der mit einem Injektor zur Zuführung des Brenngases verbunden ist. Der Gasstrahl, welcher durch den Injektor zum Brenner hin ausgestoßen wird, bestimmt zusammen mit dem Einlaß infolge des sogenannten Venturieffektes die Ansaugung einer geeigneten Menge von Verbrennungsluft aus der umgebenden Atmosphäre. Das Brenngas und die Verbrennungsluft werden dann innerhalb des Brennerkörpers gemischt und danach verbrannt. Indem sowohl der Injektor als auch der Einlaß des Brenners in geeigneter Weise dimensioniert werden, ist es möglich, sicherzustellen, daß die Luftmenge, die durch den Gasfluß infolge des Venturieffektes angesaugt wird, eine solche Größe hat, daß eine vollständige Verbrennung des Brenngases gesichert ist. Es ist jedoch klar, daß eine solche Bedingung nur eintreten kann, wenn eine vorbestimmte, unveränderte Durchflußmenge von Brenngas jederzeit gesichert ist, so daß es nicht möglich ist, irgendeine erforderliche Form von kontinuierlicher Anpassung des Wärmeausstoßes des Brenners vorzunehmen. Deshalb wird in diesen Fällen eine Steuerung des Wärmeausstoßes des Brenners durch eine Folge von abwechselnden EIN-AUS-Phasen des Brenners vorgenommen. Insbesondere durch geeignete Variierung der Zeiten der Einschaltphasen im Verhältnis zu den Ausschaltphasen des Brenners wird es möglich, den momentan erforderlichen durch schnittlichen Wärmeausstoß des Brenners zu erreichen. Diese Art von Steuerung kann unter Verwendung einer geeigneten Vorrichtung durchgeführt werden, die in der Lage ist, ständig ein elektromagnetisches Ventil oder eine ähnliche Einrichtung in einer EIN-AUS-Funktion zu betreiben, um die Zuführung von Gas zum Brenner in Übereinstimmung mit dem vom Benutzer benötigten durchschnittlichen Wärmeausstoß des Brenners zu öffnen oder zu schließen.Burners with ON-OFF control systems are also known from the prior art. In principle, such systems comprise a fanless burner connected to an injector for supplying the fuel gas. The gas jet which is expelled through the injector towards the burner determines, together with the inlet due to the so-called Venturi effect, the intake of a suitable amount of combustion air from the surrounding atmosphere. The fuel gas and the combustion air are then mixed within the burner body and thereafter combusted. By suitably dimensioning both the injector and the inlet of the burner, it is possible to ensure that the amount of air which is sucked in by the gas flow due to the Venturi effect is of such a magnitude that complete combustion of the fuel gas is ensured. It is clear, however, that such a condition can only occur if a predetermined, unchanged flow rate of fuel gas is ensured at all times, so that it is not possible to carry out any required form of continuous adjustment of the heat output of the burner. Therefore, in these cases, the heat output of the burner is controlled by a sequence of alternating ON-OFF phases of the burner. In particular, by suitably varying the times of the switch-on phases in relation to the switch-off phases of the burner, it is possible to obtain the heat output required at the moment by This type of control can be carried out by using a suitable device capable of continuously operating an electromagnetic valve or similar device in an ON-OFF function to open or close the supply of gas to the burner in accordance with the average heat output of the burner required by the user.
Die vorstehende Lösung ist einfacher, billiger und zuverlässiger als die zuvor beschriebenen Anordnungen für industrielle Anwendungen. Eine solche diskontinuierliche Wärmeausstoßsteuerung erfüllt jedoch nicht die typischen Erfordernisse, die z. B. an das optimale Kochen von Speisen gestellt werden. Die wechselnden Zeiträume von eingeschalteten und ausgeschalteten Phasen des Brenners sind so, daß sie unvermeidlich entsprechende Temperaturänderungen in der Speise bewirken, die sich in der Pfanne befindet, welche über dem Brenner angeordnet ist. Dies kann z. B. zu einem intermittierenden Kocheffekt führen, welcher vom Anwender bestimmt nicht erwünscht ist.The above solution is simpler, cheaper and more reliable than the previously described arrangements for industrial applications. However, such a discontinuous heat output control does not meet the typical requirements, for example, for the optimal cooking of food. The alternating periods of on and off phases of the burner are such that they inevitably cause corresponding temperature changes in the food in the pan located above the burner. This can, for example, lead to an intermittent cooking effect, which is certainly not desired by the user.
In allen Steuerungssystemen für katalytische Brenner kann der Katalysator (welcher vorzugsweise auf einem Stützmaterial aus Metallgewebe angeordnet ist) in indirekter Weise durch ein elektrisches Heizelement, welches auf das Metallgewebe geschweißt ist und von einer geeigneten Energiequelle versorgt wird, vorgeheizt werden. Alternativ kann der Katalysator in direkter Weise vorgeheizt werden, indem ein elektrischer Strom direkt durch das Metallgewebe fließt.In all control systems for catalytic burners, the catalyst (which is preferably arranged on a metal mesh support material) may be preheated indirectly by an electric heating element welded to the metal mesh and powered by a suitable power source. Alternatively, the catalyst may be preheated directly by passing an electric current directly through the metal mesh.
Im ersterwähnten Fall kann das elektrische Heizelement direkt vorn Netz betrieben werden, d. h. die zugeführte Netzspannung wird unverändert verwendet, aber dies führt zu unerwünschten Problemen, weil es notwendig ist, das Heizelement gegenüber dem Metallgewebe elektrisch zu isolieren. Im Falle der direkten Heizung muß im Gegensatz dazu ein Niederspannungstransformator mit hoher Stromstärke (z. B. 300 A) verwendet werden, um das den Katalysator tragende Gewebe und den Katalysator selbst in sehr kurzer Zeit aufzuheizen. Ein Transformator dieser Art ist jedoch unerwünschtermaßen kompliziert, teuer und sperrig, so daß er zur Verwendung in einem Haushaltsgerät in keiner Weise vorgesehen werden kann.In the first case, the electric heating element can be powered directly from the mains, i.e. the mains voltage supplied is used as it is, but this leads to undesirable problems because it is necessary to electrically insulate the heating element from the metal fabric. In the case of direct heating, on the other hand, a low-voltage transformer with a high current (e.g. 300 A) must be used to heat the fabric carrying the catalyst and the catalyst itself in a very short time. However, a transformer of this type is undesirably complicated, expensive and bulky, so that it cannot in any way be intended for use in a domestic appliance.
Es ist deshalb die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für katalytische Brenner zu schaffen, welche tatsächlich einfach, zuverlässig und kosteneffektiv ist, und welche gleichzeitig eine optimale Verbrennung zusammen mit einer genauen Einstellung des Wärmeausstoßes ermöglicht.It is therefore the main object of the present invention to provide a control device for catalytic burners which is actually simple, reliable and cost-effective, while allowing optimal combustion together with precise adjustment of heat output.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung des o. g. Typs zu schaffen, bei welcher der Katalysator in besonders einfacher und zuverlässiger Weise aufgeheizt wird.In particular, it is the object of the present invention to provide a control device of the above-mentioned type in which the catalyst is heated in a particularly simple and reliable manner.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Steuervorrichtung für katalytische Brenner gelöst, welche die Eigenschaften und Merkmale aufweisen, die in den anliegenden Patentansprüchen beschrieben sind.According to the invention, these objects are achieved by a control device for catalytic burners which has the properties and features described in the appended claims.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen durch die folgende Beschreibung eines den Schutzumfang nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen verdeutlicht werden.The features and advantages of the present invention are intended to be made clearer by the following description of an embodiment, which does not limit the scope of protection, in conjunction with the accompanying drawings.
Die Zeichnungen zeigen:The drawings show:
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Steuervorrichtung für katalytische Brenner entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; undFig. 1 is a schematic view of a control device for catalytic burners according to a preferred embodiment of the present invention; and
die Fig. 2 und 3 sind Ansichten, welche schematisch darstellen, in welcher Weise die entsprechenden Bauteile der in Fig. 1 dargestellten Steuervorrichtung zeitabhängig betrieben werden.Figures 2 and 3 are views which schematically illustrate how the respective components of the control device shown in Figure 1 are operated in a time-dependent manner.
Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist erkennbar, daß die Steuervorrichtung hauptsächlich einen Brenner 1 umfaßt, welcher ein Gasbrenner bekannter Art sein kann, der einen Einlaß 2 besitzt, welcher so gestaltet ist, daß ihm Brenngas über einen Injektor 3 zugeführt wird. Ein solcher Injektor 3 ist mit einer Gasversorgungsleitung 4 über ein elektromagnetisches Ventil 5 oder eine ähnliche Absperreinrichtung verbunden. Sowohl der Einlaß 2 des Brenners als auch der Injektor 3 sind so angeordnet und bemessen, daß sie sichern, eine angemessene Luftmenge, die für eine vollständige Verbrennung des Gases notwendig ist, infolge des Venturieffektes in den Brenner 1 durch dessen Einlaß 2 hindurch anzusaugen.With particular reference to Fig. 1, it can be seen that the control device mainly comprises a burner 1, which may be a gas burner of known type, having an inlet 2 designed to receive fuel gas via an injector 3. Such an injector 3 is connected to a gas supply line 4 via an electromagnetic valve 5 or a similar shut-off device. Both the inlet 2 of the burner and the injector 3 are arranged and dimensioned to ensure that an appropriate amount of air necessary for complete combustion of the gas is sucked into the burner 1 through its inlet 2 as a result of the Venturi effect.
Nahe dem Brenner 1 ist ein Katalysator angeordnet, welcher vorzugsweise durch eine katalytische Drahtgeflechtsanordnung gebildet wird.A catalyst is arranged near the burner 1, which is preferably formed by a catalytic wire mesh arrangement.
Eine elektronische Steuereinrichtung 6 umfaßt einen Ausgang 7, über welchen das Gassteuerventil 5 in fortgesetzter EIN-AUS-Funktion betrieben wird, d. h. indem es wahlweise zwischen einer geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung umgeschaltet wird. Die Einrichtung 6 kann z. B. durch eine elektronische Leiterplatte gebildet werden, die einen Mikroprozessor 6805 von Motorola mit einem ersten Eingang 8 (z. B. einem Potentiometereingang), einem zweiten verstellbaren Eingang 14 und weiterhin einem digitalen Ausgang 9 sowie einem Speicher, der entsprechend dem vorbestimmten Funktionszyklus (z. B. einem Kochablauf) programmiert ist, aufweist.An electronic control device 6 comprises an output 7 via which the gas control valve 5 is operated in a continuous ON-OFF function, i.e. by selectively switching it between a closed position and an open position. The device 6 can be formed, for example, by an electronic circuit board which has a Motorola 6805 microprocessor with a first input 8 (e.g. a potentiometer input), a second adjustable input 14 and further a digital output 9 and a memory which is programmed according to the predetermined functional cycle (e.g. a cooking sequence).
Ein Steuerknopf 11 oder eine ähnliche Einrichtung, welche vorgesehen ist, um den Wärmeausstoß des Brenners in der gewünschten Weise einstellen zu können, kann mit dem Eingang 8 der elektronischen Steuereinrichtung 6 verbunden sein.A control knob 11 or a similar device, which is provided in order to be able to adjust the heat output of the burner in the desired manner, can be connected to the input 8 of the electronic control device 6.
Zwischen dem Körper des Brenners 1 und dem katalytischen Drahtgeflecht 10 sind ein Paar Elektroden 12· vorgesehen, welche über den Ausgang 9 der elektronischen Steuereinrichtung 6 und eine Zündeinrichtung 13, welche eine Hochspannungszündeinrichtung mit einem damit verbundenen Transformator sein kann, gesteuert werden.Between the body of the burner 1 and the catalytic wire mesh 10 there are a pair of electrodes 12· which are controlled via the output 9 of the electronic control device 6 and an ignition device 13, which can be a high-voltage ignition device with a transformer connected thereto.
Ein Temperatursensor 15, welcher z. B. lediglich ein einfaches Thermoelement sein kann, ist so gestaltet, daß er die Temperatur des katalytischen Drahtgewebes 10 messen und dem Eingang 14 der elektronischen Steuereinrichtung 6 entsprechend zuleiten kann, wobei die elektronische Stetereinrichtung 6 so programmiert ist, daß sie über den Ausgang 7 die Schließung des elektromagnetischen Gaszuführungsventiles 5 veranlaßt, wenn (in einer ersten Funktionsphase, welche detaillierter weiter unter beschrieben werden soll) der Temperatursensor 15 eine Temperatur des Katalysators 10 ermittelt, welche mit einem bestimmten Wert A (z. B. 20ºC) den Temperaturwert T, bei welchem die katalytische Reaktion eingeleitet wird, übersteigt. Eine solche Einleitungstemperatur ist vorbestimmt und hängt von den Merkmalen des Katalysators 10 sowie vom Typ des verwendeten Brennstoffes ab. Zum Beispiel wird eine solche Einleitungstemperatur T einen Wert von etwa 300ºC haben, wenn Flüssiggas als Brennstoff und eine Legierung auf der Basis von Platin oder Palladium als Katalysator verwendet werden.A temperature sensor 15, which can be just a simple thermocouple, is designed to measure the temperature of the catalytic wire mesh 10 and to feed it to the input 14 of the electronic control device 6, the electronic control device 6 being programmed to cause the electromagnetic gas supply valve 5 to close via the output 7 when (in a first operating phase, which will be described in more detail below) the temperature sensor 15 detects a temperature of the catalyst 10 which, by a certain value A (e.g. 20ºC), exceeds the temperature value T at which the catalytic reaction is initiated. Such an introduction temperature is predetermined and depends on the characteristics of the catalyst 10 and the type of fuel used. For example, such an introduction temperature T will have a value of about 300ºC if liquefied petroleum gas is used as fuel and an alloy based on platinum or palladium is used as catalyst.
Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die elektronische Steuereinrichtung 6 weiterhin so programmiert, da sie, über den Ausgang 7, die Öffnung des elektromagnetischen Gaszuführungsventiles 6 veranlaßt, wenn (in der zuvor beschriebenen ersten Funktionsphase) der Temperatursensor 15 eine Temperatur des Katalysators 10 ermittelt, welcher um einen vorbestimmten Wert B (z. B. 5 bis 10ºC) unterhalb des Gesamtwertes T + A liegt, wobei ein solcher Temperaturwert B aus Gründen, die im folgenden noch genauer erläutert werden sollen, in jedem Falle unterhalb des Temperaturwertes A liegt.According to a further feature of the present invention, the electronic control device 6 is further programmed to cause the electromagnetic gas supply valve 6 to open via the output 7 when (in the first operating phase described above) the temperature sensor 15 detects a temperature of the catalyst 10 which is below the total value T + A by a predetermined value B (e.g. 5 to 10 ° C), such a temperature value B being in any case below the temperature value A for reasons which will be explained in more detail below.
Nunmehr soll auch auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen werden, in welchen die Funktion oder die Funktionsphasen des elektromagnetischen Ventils 5 und der Zündeinrichtungen 12, 13 entsprechend dargestellt sind.Reference should now also be made to Figs. 2 and 3, in which the function or the functional phases of the electromagnetic valve 5 and the ignition devices 12, 13 are shown accordingly.
Eine Funktionsphase beginnt zum Zeitpunkt t&sub0;, wenn die Vorrichtung die Öffnung des Gaszuführungsventiles 5 einleitet. Infolgedessen fließt das Gas, welches durch den Injektor 3 zugeführt wird, in den Körper des Brenners 1, wo es durch den Venturieffekt mit der Luft, die durch den Brennereinlaß 2 angesaugt wird, vermischt wird. Gleichzeitig oder unmittelbar danach setzt der Ausgang 9 der Steuereinrichtung 6 die Zündeinrichtung 13 für eine vorbestimmte Zeitdauer Ta (in Fig. 3 mit einem Wert von z. B. 2 Sekunden dargestellt) so in Betrieb, daß eine Folge von Funken zwischen den Elektroden 12 erzeugt wird, welche das Gas-/Luftgemisch, das aus dem Brenner 1 austritt, zündet. Die Flamme, welche in dieser Weise entsteht, ist im wesentlichen von bekannter Art, d. h. nicht katalytisch, und sie heizt das katalytische Drahtgewebe 10, welches anfänglich z. B. Raumtemperatur besitzt, auf.A phase of operation begins at time t0 when the device initiates the opening of the gas supply valve 5. As a result, the gas supplied by the injector 3 flows into the body of the burner 1 where it is mixed by the Venturi effect with the air sucked in through the burner inlet 2. At the same time or immediately thereafter, the output 9 of the control device 6 activates the ignition device 13 for a predetermined time period Ta (shown in Fig. 3 with a value of, for example, 2 seconds) so as to generate a sequence of sparks between the electrodes 12 which ignites the gas/air mixture emerging from the burner 1. The flame thus generated is essentially of a known type, i.e. non-catalytic, and it heats the catalytic wire mesh 10 which is initially at, for example, room temperature.
über den Temperatursensor 15 ist die elektronische Steuereinrichtung 6 in der Lage, die Temperatur des katalytischen Drahtgewebes 10 zu messen, und wenn eine Temperatur ermittelt wird, welche den zuvor ermittelten Wert T + A erreicht, veranlaßt der Ausgang 7 die Schließung des elektromagnetischen Gaszuführungsventiles 5, worauf die Flamme zu einem Zeitpunkt t&sub1; erlischt. In dem beschriebenen Beispiel kann diese anfängliche Aufheizphase t&sub0;-t&sub1; z. B. eine Dauer haben, die zwischen etwa 5 und 10 Sekunden beträgt.via the temperature sensor 15, the electronic control device 6 is able to measure the temperature of the catalytic wire mesh 10 and when a temperature is detected which reaches the previously determined value T + A, the output 7 causes the electromagnetic gas supply valve 5 to close, whereupon the flame is extinguished at a time t1. In the example described, this initial heating phase t0-t1 can, for example, have a duration of between about 5 and 10 seconds.
Wenn (nach etwa 5 Sekunden vom Zeitpunkt t&sub1; an) der Temperatursensor 15 ermittelt, daß die Temperatur des katalytischen Drahtgewebes 10 bis zum zuvor erwähnten Wert B gegenüber dem Wert T + A, welcher zuvor erreicht wurde, ab gefallen ist, veranlaßt der Ausgang 7 der elektronischen Steuereinrichtung 6 die erneute Öffnung des elektromagnetischen Gaszuführungsventiles 5 zu einem Zeitpunkt t&sub2;. Die Zeitdauer von t&sub0; bis t&sub2; stellt die zuvor erwähnte erste Funktionsphase dar.When (after about 5 seconds from time t₁) the temperature sensor 15 detects that the temperature of the catalytic wire mesh 10 has dropped to the aforementioned value B compared to the value T + A which was previously reached, has fallen, the output 7 of the electronic control device 6 causes the electromagnetic gas supply valve 5 to reopen at a time t₂. The time period from t₀ to t₂ represents the previously mentioned first functional phase.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß eine solche erneute Öffnung des elektromagnetischen Gaszuführungsventiles 5 zum erwähnten Zeitpunkt t&sub2; geschieht, wenn die Temperatur T + A - B des Katalysators 10 gleich oder größer als die Temperatur T ist, welche die katalytische Reaktion einleitet. Dementsprechend wird das Gas-/Luftgemisch, welches aus dem Brenner 1 austritt, an der Oberfläche des katalytischen Drahtgewebes 10 automatisch gezündet, ohne das es notwendig ist, daß die Zündeinrichtung 12, 13 zu diesem Zweck betätigt wird. Die katalytische Flamme, die in dieser Weise erzeugt wird, erreicht z. B. eine Durchschnittstemperatur von etwa 600 bis 700ºC, d. h. einen Wert, bei welchem schädliche Emissionen minimiert sind.From the above description it is clear that such a renewed opening of the electromagnetic gas supply valve 5 at the mentioned time t2 occurs when the temperature T + A - B of the catalyst 10 is equal to or higher than the temperature T which initiates the catalytic reaction. Accordingly, the gas/air mixture exiting the burner 1 is automatically ignited on the surface of the catalytic wire mesh 10 without it being necessary for the ignition device 12, 13 to be actuated for this purpose. The catalytic flame generated in this way reaches, for example, an average temperature of about 600 to 700°C, i.e. a value at which harmful emissions are minimized.
Nach dieser ersten Funktionsphase t&sub0;-t&sub2;, welche in Abhängigkeit der Temperatur des katalytischen Drahtgewebes 10 gesteuert ist, wird die Funktion der Einrichtung und des gesamten Systems in programmierter Weise so fortgesetzt, daß der Wärmeausstoß des Brenners entsprechend dem vorgegebenen Wert, der über den Knopf 11 in die elektronische Steuereinrichtung eingegeben wurde, angepaßt wird. Eine solche Steuerfunktion wird durch eine Folge von wechselnden Zündungen und Löschungen der katalytischen Flamme in einer Weise durchgeführt, welche der zuvor beschriebenen völlig gleicht. Insbesondere während der zweiten programmierten Punktionsphase t&sub2;- t&sub1;, (Fig. 2) werden die Schließ- und Öffnungszeiten des elektromagnetischen Gaszuführungsventiles 5 durch die elektronische Steuereinrichtung 6 in solcher Weise bestimmt, daß die Zündungen des Brenners 1 spontan erfolgen, weil unter normalen Bedingungen die Temperatur des katalytischen Drahtgewebes nie unter den Einleitungswert T abfällt.After this first operating phase t0-t2, which is controlled as a function of the temperature of the catalytic wire mesh 10, the operation of the device and of the entire system continues in a programmed manner so that the heat output of the burner is adjusted according to the preset value entered into the electronic control device via the button 11. Such a control function is carried out by a sequence of alternating ignitions and extinguishings of the catalytic flame in a manner exactly similar to that described above. In particular, during the second programmed puncture phase t2 - t1 (Fig. 2), the closing and opening times of the electromagnetic gas supply valve 5 are determined by the electronic control device 6 in such a way that the ignitions of the burner 1 occur spontaneously, because under normal conditions the temperature of the catalytic wire mesh never falls below the initiation value T.
Dementsprechend ist es möglich, daß der Wärmeausstoß des Brenners 1 durch eine Folge von Zündungen und Löschungen, welche in ziemlich hoher Anzahl erfolgen, effektiv gesteuert werden kann, so daß Temperaturschwankungen entsprechend vermindert werden, und es möglich ist, die thermische Energie über die Zeitdauer in einer im wesentlichen kontinuierlichen Form zu übertragen.Accordingly, it is possible that the heat output of the burner 1 can be effectively controlled by a sequence of ignitions and extinguishments which occur in fairly high numbers, so that temperature fluctuations are correspondingly reduced and it is possible to transfer the thermal energy over time in a substantially continuous manner.
Ein solcher Vorteil ist z. B. insbesondere im Haushalt und bei ähnlichen Anwendungen wichtig, und er wird erreicht, ohne daß es notwendig ist, die Zündeinrichtungen 12, 13 wiederholt in Betrieb zu setzen. Die gesamte Steuereinrichtung ist deshalb besonders einfach, zuverlässig und präzise. Weiterhin werden die schädlichen Emissionen des katalytischen Brenners 1 auf ein Minimum reduziert, weil die Flamme in allen Fällen aus einem Gas-/Luftgemisch hervorgeht, welches ein ideales stöchiometrisches Verhältnis besitzt.Such an advantage is particularly important, for example, in household and similar applications, and it is achieved without it being necessary to repeatedly start the ignition devices 12, 13. The entire control device is therefore particularly simple, reliable and precise. Furthermore, the harmful emissions of the catalytic burner 1 are reduced to a minimum because the flame in all cases arises from a gas/air mixture which has an ideal stoichiometric ratio.
Es ist selbstverständlich möglich, an der beschriebenen Steuereinrichtung eine Anzahl von Modifikationen vorzunehmen, welche als äquivalent zu betrachten sind, so daß der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht verlassen wird.It is of course possible to make a number of modifications to the control device described, which are to be considered equivalent, so that the scope of protection of the present invention is not departed from.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie z. B. nach dem Zeitpunkt t&sub2; das Verhältnis der gezündeten zur gelöschten Zeit so variiert werden kann, daß jedes mögliche Erfordernis erfüllt wird. Es ist besonders bevorzugt, daß eine relativ lange Zeitdauer t&sub2;-t&sub3; vorgesehen wird, um zu ermöglichen, daß ein angemessener Betrag der thermischen Energie die zu kochende Speise erreicht, worauf der Kochzyklus dann mit einer im wesentlichen konstanten Folge von wechselnden Zündungen und Löschungen fortgesetzt werden kann, bis er sein Ende (bei tn) erreicht.In Fig. 2 it is shown how, for example, after time t2, the ratio of the ignition to the extinguishing time can be varied to meet any possible requirement. It is particularly preferred that a relatively long period of time t2 - t3 be provided to enable an adequate amount of thermal energy to reach the food to be cooked, after which the cooking cycle can then be continued with a substantially constant sequence of alternating ignitions and extinguishings until it reaches its end (at tn).
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