DE10057902C2 - Gasbrenner für ein Heizgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Gattungsgemäße Gasbrenner besitzen einen Feuerungsautomaten zur Überwachung und Regelung der Verbrennung, einen Zündbrenner zum Starten des Hauptbrenners sowie eine Messelektrode, insbesondere eine Ionisationselektrode zur Erfassung von Flammen­ signalen durch die Gleichrichterwirkung der Flamme. Bekannt ist eine gattungsgemäße Regeleinrichtung zum Einstellen eines Gas-/Luft-Gemisches bei einem Gasbrenner aus der DE 44 33 425 C2. Dabei wird einer vom verbrennungsabhängigen Ionisationsstrom der Ionisationselektrode abhängigen Spannung eine Wechselspannung überlagert, die bei der weiteren Verarbeitung des Ionisationssignals ausgefiltert wird. Dadurch ergibt sich eine sichere Auswertbarkeit des Ionisationsstromes. Zur Sicherheits-Flammenüberwachung ist ein Schmitt-Trigger vorgesehen.

Eine ähnliche Anordnung zeigt die DE 197 26 169 A1, wobei parallel zur Ionisationsstrecke eine Messwiderstandsanordnung geschaltet ist, und auf die Ionisationselektrode ein kapa­ zitives Koppelglied aufgeschaltet ist. Weiterhin ist aus der DE 198 54 824 C1 bekannt, dass ein zweites Ionisationssignal von der gleichen Ionisationselektrode erfasst und zu Kalibrierzwecken verwendet werden kann.

Außerdem gibt es Ausführungen mit zwei Ionisationselektroden. Davon erzeugt eine ein Ionisationssignal mit einer relativ kurzen Zeitkonstante, welches im wesentlichen innerhalb von Sicherheitszeiten dazu dient, das Vorhandensein bzw. den Ausfall der Flamme oder Fremdlicht zu erkennen. Mit einer weiteren Ionisationselektrode wird ein gedämpftes bzw. gefiltertes Signal mit einer wesentlich größeren Zeitkonstante mit einem Flammenverstär­ ker erzeugt, um das Gas-/Luft-Verhältnis des Brenners kann nach den Messwerten auf einen entsprechenden Lambda-Wert einzustellen. Die Ionisationselektrode gibt dabei eine von der Verbrennungstemperatur bzw. der Luftzahl abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung weiter. Diese vergleicht die Größe mit einem gewählten elektrischen Sollwert und stellt entsprechende Regelparameter als Vorgaben ein. Bedingt durch die größere Zeitkonstante kann dieses Signal nicht für die Flammenüberwachung eingesetzt werden, weil ein Flammenausfall dann innerhalb der Sicherheitszeit nicht erkannt werden würde.

Innerhalb der kurzen Sicherheitszeiten erfolgt die Flamenüberwachung somit durch das Ionisationssignal mit einer relativ kurzen Zeitkonstante und im stationären Brennerbetrieb wird mit dem gedämpften bzw. gefilterten Signal geregelt. Beispielsweise wird durch die Flammenüberwachung während der Startphase überprüft, ob Fremdlicht oder ein anderer Einfluss vorliegt. Das Ionisationssignal muss hierbei unter einem vorgegebenen Mindest­ wert liegen, ansonsten wäre es verfälscht. Außerdem wird mit diesem Signal das Vorhan­ densein der Flamme an Zünd- und Hauptbrenner überwacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gasbrenner für ein Heizgerät, insbe­ sondere mit einer Ionisationselektrode zur Überwachung der Funktion von Zünd- und Hauptbrenner, eine automatische Überprüfung der für die Flammenüberwachung erforder­ lichen Bauelemente und Regelkreise durchzuführen.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Gasbrenner für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer einzigen Ionisationselektrode erzeugte elektrische Größe an zwei parallel geschaltete Regelschal­ tungen weitergegeben wird, welche jeweils Signale mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erzeugen und an Eingänge am Feuerungsautomaten weiterleiten.

Mit der zweiten Regelschaltung wird ein Signal mit einer größeren Verstärkung und einer kleineren Zeitkonstante als mit der ersten Regelschaltung erzeugt. Dabei dient die zweite Regelschaltung zum Detektieren einer Flamme, wobei sich ein Verstärker in der Regel­ schaltung bereits in der Begrenzung befindet, wenn beim Vorhandensein der Flamme ein geringes Ionisationssignal von der Ionisationselektrode erzeugt wird. Mit der ersten Regel­ schaltung wird ein Signal mit einer Zeitkonstante von vorzugsweise etwa einer Sekunde erzeugt und der betreffende Verstärker ist so ausgelegt, dass er nicht in die Begrenzung gerät, wenn der maximal mögliche Ionisationsstrom über die Elektrode fließt.

In regelmäßigen Abständen werden während des Betriebs die für die Flammenüberwa­ chung von Zünd- und Hauptbrenner mit einer Ionisationselektrode erforderlichen Bauele­ mente und Regelkreise überprüft, indem ein kurzzeitiger Flammenausfall am Zündbrenner simuliert wird, der vom Feuerungsautomaten erkannt werden muss. Die Überprüfung der zweiten Regelschaltung erfolgt über einen mit dem Feuerungsautomaten verbundenen Testsignal-Eingang, welcher zum Simulieren eines Flammenausfalls Vorrang vor dem ei­ gentlichen, realen Flammensignal hat. Bei der Überprüfung wird ein Kondensator in der zweiten Regelschaltung umgeladen. Zunächst ist der Kondensator bei vorhandener Flam­ me auf eine negative Spannung aufgeladen. Er wird dann auf eine positive Testspannung umgeladen, so dass vom Ausgang der Regelschaltung ein Flammenausfall an den Feue­ rungsautomaten weitergegeben wird. Danach wird der Testsignal-Eingang hochohmig ge­ schaltet, damit der Kondensator sich bei vorhandener Flamme von positiver Testspannung wieder auf eine negative Spannung umlädt. Beim Erreichen einer vorgegebenen Span­ nung erfolgt das Melden der vorhandenen Flamme über den Ausgang der Regelschaltung an den Feuerungsautomaten. Bei der Überprüfung muss das Umladen des Kondensators in der zweiten Regelschaltung innerhalb einer vorgegebenen Sicherheitszeit erfolgen. Eine Überschreitung der Sicherheitszeit führt zu einer Sicherheitsabschaltung. Grundsätzlich gilt dafür auch die Bedingung, dass der Kondensator beim Vorhandensein einer Flamme nur negativ aufgeladen sein kann.

Die erste Regelschaltung ist etwa um das Vierfache niederohmiger als die zweite Regel­ schaltung ausgeführt, damit die Überprüfung der zweiten Regelschaltung, d. h. der Flam­ menwächter-Test, das Signal mit der größeren Zeitkonstante nicht beeinflusst. Vom Ionisa­ tionsstrom, welcher über die Ionisationselektrode fließt, werden etwa ein vier Fünftel von der ersten und etwa ein Fünftel von der zweiten Regelschaltung bereitgestellt.

Der simulierte Flammenausfall muss durch Eingreifen des Feuerungsautomaten innerhalb von vorzugsweise 0,5 Sekunden erkannt und nach dieser Zeit das Vorhandensein der Flamme am Ausgang der Regelschaltung an den Feuerungsautomaten weitergegeben sein. Vorzugsweise ist ein Flammenausfall mit einer Dauer bis zu 0,25 Sekunden zulässig und die Reaktionszeit am Signaleingang des Feuerungsautomaten bei Flammenausfall oder bei Ausfall der für die Flammenüberwachung erforderlichen Bauelemente und Regel­ kreise beträgt weniger als eine Sekunde.

Die Überprüfung der für die Flammenüberwachung erforderlichen Bauelemente und Re­ gelkreise wird in regelmäßigen Abständen wiederholt und ist als Sicherheitszeit mit einer Dauer von vorzugsweise bis zu einer Sekunde vorgegeben. Eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn am Ende der Sicherheitszeit bei der Überprüfung der Flammenüberwachung ein in den vorstehenden Ansprüchen genanntes Kriterium nicht erfüllt ist, keine Flamme detektiert wird und/oder das gemessene Ionisationssignal kleiner als ein vorgegebener Mindestwert ist.

Mit der Erfindung wird eine einfache, automatische Überprüfungsmöglichkeit der für die Flammenüberwachung erforderlichen Bauelemente und Regelkreise an einem Gasbrenner geschaffen, damit ein plötzlicher Flammenausfall sofort über das Ionisationssignal erkannt werden kann. Beispielsweise besitzt dafür das schnelle Signal der zweiten Regelschaltung eine Zeitkonstante von etwa 150 Millisekunden, um innerhalb einer Sekunde ein Flam­ menausfall festzustellen.

Als Ausführungsbeispiel wird ein Flammenausfall angenommen, der auf einen maximalen Wert des Ionisationsstroms folgt. Dann befindet sich der analoge Wert am Ausgang der ersten Regelschaltung wegen der größeren Zeitkonstante nach einer Sekunde immer noch auf etwa 30 Prozent des vorangegangenen Signals. Dies würde somit bedeuten, dass der Feuerungsautomat fälschlicherweise eine Flamme erkennt, obwohl diese tatsächlich schon nicht mehr brennt. Parallel dazu liegt aber das schnelle Signal der zweiten Regelschaltung mit der kleineren Zeitkonstante schon unter dem Schwellwert für das Vorhandensein einer Flamme und der Feuerungsautomat kann entsprechend reagieren.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt eine Anordnung zur Überwachung der Flamme bei einem Gasbrenner für ein Heizgerät.

Zwei parallel geschaltete Regelschaltungen 1, 2 sind an eine Ionisationselektrode 3 im Flammenbereich eines Gasbrenners angeschlossen, verarbeiten die erzeugte elektrische Größe und geben sie als Signale mit unterschiedlichen Zeitkonstanten an einen Feue­ rungsautomaten 4 weiter. Mit der zweiten Regelschaltung 2 wird ein Signal mit einer grö­ ßeren Verstärkung und einer kleineren Zeitkonstante als mit der ersten Regelschaltung 1 erzeugt. Daher dient das Signal der ersten Regelschaltung 1 zum Regeln des Gas-/Luft- Verhältnisses und die zweite Regelschaltung 2 zur Detektion der Flamme.

In regelmäßigen Abständen werden während des Betriebs die für die Flammenüberwa­ chung von Zünd- und Hauptbrenner mit einer Ionisationselektrode 3 erforderlichen Bau­ elemente und Regelkreise überprüft, indem ein kurzzeitiger Flammenausfall am Zünd­ brenner simuliert wird, der vom Feuerungsautomaten 4 erkannt werden muss. Dafür be­ sitzt die zweite Regelschaltung 2 einen an den Feuerungsautomaten 4 angeschlossenen Testsignal-Eingang 5, mit dem kurzzeitig ein Flammenausfall simuliert werden kann.

Claims (14)

1. Gasbrenner für ein Heizgerät mit einem Zündbrenner und einem Feuerungsau­ tomaten zur Überwachung der Funktion von Zünd- und Hauptbrenner mit einer Ionisati­ onselektrode als Messelektrode im Flammenbereich, welche in Abhängigkeit von der Verbrennung eine von der Verbrennungstemperatur bzw. dem Lambda-Wert abgeleitete elektrische Größe an eine Regelschaltung legt, wobei das Ionisationssignal durch die Gleichrichterwirkung der Flamme an der Ionisationselektrode entsteht und im wesentlichen zur Überwachung des Zündbrenners dient, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einer einzigen Ionisationselektrode (3) erzeugte elektrische Größe an zwei parallel geschaltete Regelschaltungen (1, 2) weitergegeben wird, welche jeweils Signale mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erzeugen und an den Feuerungsautomaten (4) weiterleiten.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zweiten Regelschaltung (2) ein Signal mit einer größeren Verstärkung und einer kleineren Zeitkonstante als mit der ersten Regelschaltung (1) erzeugt wird.

3. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der zweiten Regelschaltung (2) das Vorhandensein einer Flamme detektiert wird, wobei sich ein Verstärker in der Regelschaltung bereits in der Begrenzung befindet, wenn beim Vorhandensein der Flamme ein geringes Ionisations­ signal von der Ionisationselektrode (3) erzeugt wird.

4. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der ersten Regelschaltung (1) erzeugte Signal vor­ zugsweise eine Zeitkonstante von etwa einer Sekunde besitzt.

5. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker der ersten Regelschaltung (1) so ausgelegt ist, dass er nicht in die Begrenzung gerät, wenn der maximal mögliche Ionisationsstrom über die Ionisationselektrode (3) fließt.

6. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in regelmäßigen Abständen während des Betriebs die für die Flammenüberwachung von Zünd- und Hauptbrenner mit einer Ionisationselektrode (3) erforderlichen Bauelemente und Regelkreise überprüft werden, indem ein kurzzeitiger Flammenausfall am Zündbrenner simuliert wird, der vom Feuerungsautomaten (4) erkannt werden muss.

7. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der zweiten Regelschaltung (2) über einen mit dem Feuerungsautomaten (4) verbundenen Testsignal-Eingang (5) erfolgt, welcher zum Simulieren eines Flammenausfalls Vorrang vor dem mit der Ionisationselektrode (3) erzeugten Signal hat.

8. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung ein Kondensator in der zweiten Regel­ schaltung (2) umgeladen wird, wobei der Kondensator bei vorhandener Flamme auf eine negative Spannung aufgeladen ist und beim Simulieren eines Flammenausfalls auf eine positive Testspannung umgeladen wird, so dass vom Ausgang der Regelschaltung (2) ein Flammenausfall an den Feuerungsautomaten (4) weitergegeben wird, und wobei danach der Testsignal-Eingang (5) hochohmig geschaltet wird, damit der Kondensator sich bei vorhandener Flamme von positiver Testspannung wieder auf eine negative Spannung um­ lädt und beim Erreichen einer vorgegebenen Spannung das Vorhandensein der Flamme am Ausgang der Regelschaltung (2) an den Feuerungsautomaten (4) weitergegeben wird.

9. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung das Umladen des Kondensators in der zweiten Regelschaltung (2) innerhalb einer vorgegebenen Sicherheitszeit erfolgen muss und dass bei einer Überschreitung der Sicherheitszeit eine Sicherheitsabschaltung erfolgt.

10. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Regelschaltung (1) etwa um das Vierfache nie­ derohmiger als die zweite Regelschaltung (2) ausgeführt ist.

11. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der simulierte Flammenausfall durch Eingreifen des Feue­ rungsautomaten (4) innerhalb von vorzugsweise 0,5 Sekunden erkannt werden und nach dieser Zeit das Vorhandensein der Flamme vom Ausgang der Regelschaltung (2) an den Feuerungsautomaten (4) weitergegeben sein muss.

12. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise ein Flammenausfall mit einer Dauer bis zu 0,25 Sekunden zulässig ist und die Reaktionszeit am Signaleingang des Feuerungsauto­ maten (4) bei Flammenausfall oder bei Ausfall der für die Flammenüberwachung erforder­ lichen Bauelemente und Regelkreise weniger als eine Sekunde beträgt.

13. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der für die Flammenüberwachung erfor­ derlichen Bauelemente und Regelkreise in regelmäßigen Abständen wiederholt wird und als Sicherheitszeit mit einer Dauer von vorzugsweise bis zu einer Sekunde vorgegeben ist.

14. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherheitsabschaltung erfolgt, wenn am Ende der Sicherheitszeit bei der Überprüfung der Flammenüberwachung ein in den vorstehenden Ansprüchen genanntes Kriterium nicht erfüllt ist, keine Flamme detektiert wird und/oder das gemessene Ionisationssignal kleiner als ein vorgegebener Mindestwert ist.