DE102020107735A1

DE102020107735A1 - Verfahren zum Betrieb einer Brennereinrichtung

Info

Publication number: DE102020107735A1
Application number: DE102020107735.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hack
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23
Also published as: EP3882519A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennereinrichtung, bei dem mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner (1) zugeordneten Zündelektrode (2) ein Zündfunke erzeugt wird und bei dem mit der Zündelektrode (2) eine elektrische Spannung gemessen wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner (1) mit der Zündelektrode (2) eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert (Umind) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus dem Dokument DE 10 2011 079 325 B4 bekannt. Bei diesem wird mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner zugeordneten Zündelektrode ein Zündfunke erzeugt. Außerdem wird bei diesem mit der Zündelektrode eine elektrische Spannung gemessen. Diese Lösung, bei der die Zündelektrode zur Erfassung der elektrischen Spannung von den Mitteln zur Erzeugung der Zündspannung getrennt wird, dient dabei zur Regelung der Luftzahl der Brennereinrichtung. Die besagte elektrische Spannung zwischen der Zündelektrode und dem Brenner ist dabei temperaturabhängig und wird daher auch Flammentemperatur genannt. Dabei ist die Leitfähigkeit des sich im Bereich des Zündfunkens einstellenden Plasmakanals um so größer, je größer der Stromfluss von der Spannungsquelle ist, die zur Messung des sogenannten glühelektrischen Effekts verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität des Zündfunkens geschaffen werden.
Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner mit der Zündelektrode eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert ist.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass die sogenannte Flammentemperatur zur Beurteilung der Qualität des Zündfunkens verwendet wird, und zwar auf Basis der Erkenntnis, dass diese einen Mindestwert haben muss, um von einem qualitativ hochwertigen, also einem für die Zündung gut geeigneten Zündfunken ausgehen zu können. Ist nämlich beispielsweise die Zündelektrode verbogen oder mit einem Kondensattropfen benetzt, so zeigt sich, dass ein solcher Mindestwert gerade nicht erreicht wird. Der Erfindung zugrunde liegende Experimente haben dabei ergeben, dass aus dieser Erkenntnis auf eine schlechte Zündfunkenqualität geschlossen werden kann.
Die besagte Messung beginnt dabei, wie beschrieben, vorzugsweise wenn noch keine Zündspannung an der Zündelektrode anliegt. Je nach Ausführung kann dabei (muss aber nicht) bereits im Standby-Betrieb der Brennereinrichtung ein elektrisches Potential zwischen Zündelektrode und Brenner messbar sein, was aber unproblematisch ist, da kein Strom fließt und somit keine Leistung verbraucht wird.
Bei der besagten Messung wird ein Kurzschluss erzeugt, so dass der Stromfluss durch die Spannungsquelle steigt. Der dabei fließende Strom wird mit Hilfe eines Messwiderstandes erfasst; die auf diese Weise letztlich gemessene Spannung steigt mit dem Stromfluss. Je intensiver dabei der Zündfunke ist, desto leitfähiger ist das vorgenannte Plasma. Also bewirkt ein intensiver Zündfunke einen starken Kurzschluss der Spannungsquelle, das heißt, mit dem Ansteigen des Stroms steigt der Messwert der sogenannten Flammentemperatur nach oben.
Die Messung endet schließlich, wie beschrieben, vorzugsweise spätestens kurz vor einer Flammenbildung am Brenner, wobei letztlich auch vorgesehen sein kann, dass die Messung unabhängig von einem tatsächlichen Start des Brenners durchgeführt wird, das heißt, für die Feststellung der Zündfunkenqualität ist ein Start des Brenners an sich nicht erforderlich.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt schematisch

1 eine Brennereinrichtung mit einem Brenner, einer Zündelektrode und einer Gegenelektrode; und
2 ein drei verschiedene Zündfunkenqualitäten darstellendes Diagramm.

In 1 ist schematisch und perspektivisch eine Brennereinrichtung dargestellt, bei der mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner 1 zugeordneten Zündelektrode 2 ein Zündfunke erzeugt wird, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass der Zündfunke zwischen der Zündelektrode 2 und einer Gegenelektrode 3 erzeugt wird, das heißt, ein aus der Oberfläche des Brenners 1 ausströmendes Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet sich an dem zwischen der Zündelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 befindlichen Zündfunken.
Weiterhin ist, wie bereits ausgeführt, vorgesehen, dass mit der Zündelektrode 2 eine elektrische Spannung gemessen wird, wobei ferner besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass zur Messung der elektrischen Spannung die in 1 dargestellte Messeinrichtung 4 (ein Voltmeter) verwendet wird. Weiterhin ist in an sich bekannter Weise vorgesehen, dass sowohl der Brenner 1 als auch die Gegenelektrode 3 mit der elektrischen Masse („GND“ - siehe: https://de.wikipedia.org/w/index.php? title=Masse_(Elektronik)&oldid=192430333) der Brennereinrichtung verbunden ausgebildet sind.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner 1 mit der Zündelektrode 2 eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung (welche letztlich einem Stromfluss durch den vorgenannten Plasmakanal des Zündfunkens entspricht) gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert U_mind ist. Es versteht sich dabei von selbst, dass das Verfahren auch dann angewendet werden kann, wenn der Brenner an sich in diesem Moment gar nicht gezündet werden soll. Außerdem ist zu beachten, dass die tatsächliche Höhe des Mindestwertes U_mind letztlich von der konkret verwendeten Messschaltung abhängt und sich insofern die Angabe eines konkreten Zahlenwerts, der von einem Fachmann aber leicht selbst ermittelt und festgelegt werden kann, an dieser Stelle erübrigt.
Bezüglich der Messung ist dabei - etwas genauer betrachtet - besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Zeitraum zur Messung der elektrischen Spannung beginnt, wenn ein Lüfter des Brenners 1 seine Startdrehzahl erreicht hat, wobei diesem Szenario typischer Weise vorausgegangen ist, dass die Heizungsregelung einen Wärmebedarf ermittelt und eine entsprechende Forderung zum Zünden des Brenners 1 gegeben hat.
Weiterhin ist noch besonders bevorzugt vorgesehen, dass nach Erreichen der Startdrehzahl, aber vor Erzeugung eines Zündfunkens zunächst ein Spannungsreferenzwert (zwischen Zündelektrode 2 und Brenner 1 bzw. Gegenelektrode 3) gemessen wird. Dieser kann 0 Volt betragen; es gibt aber auch Brennereinrichtungen, bei denen auch, wie oben schon beschrieben, im Standbybetrieb ein elektrisches Potential am Brenner 1 bzw. der Gegenelektrode 3 anliegt, was aber in Bezug auf den Stromverbrauch der Brennereinrichtung, da kein Strom fließt, unproblematisch ist.
Ferner ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass nach Erzeugung eines Zündfunkens für vorzugsweise 1 bis 3 Sekunden eine Einschwingphase abgewartet und anschließend ein sich ergebender Spannungszündwert gemessen wird. Eine Flammenbildung wird dabei insbesondere dadurch verhindert, dass dem Brenner 1 während der Messung des Spannungszündwertes noch kein Brennstoff zugeführt wird.
In Kombination der vorstehend genannten Maßgaben ist dann weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass die sich in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner 1 einstellende Änderung der elektrischen Spannung (zwischen der Zündelektrode 2 und dem Brenner 1 bzw. der Gegenelektrode 3) aus einer Differenz zwischen dem vorgenannten Spannungszündwert und dem vorgenannten Spannungsreferenzwert ermittelt wird.
Auf Basis der voranstehend beschriebenen Messungen ist dann besonders bevorzugt vorgesehen, dass ein begonnener Start des Brenners 1 abgebrochen wird, wenn die sich ergebende Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Minimalwert U_mini ist, wobei dieser betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Mindestwert U_mind ist. Auch hier gilt dabei wieder, dass die tatsächliche Höhe des Minimalwertes U_mini von der konkret verwendeten Messschaltung abhängt und sich insofern die Angabe eines konkreten Zahlenwerts, der von einem Fachmann aber leicht selbst ermittelt und festgelegt werden kann, an dieser Stelle erübrigt.
In 2 ist unter a) ein Spannungsverlauf bei einem qualitativ hochwertigen Zündfunken, unter b) der Spannungsverlauf bei einem schlechteren, aber immer noch akzeptablen Zündfunken und unter c) der Spannungsverlauf bei einem nicht mehr akzeptablen Zündfunken dargestellt. Dabei wurde der gegebenenfalls nicht null betragende Spannungsreferenzwert bei der Darstellung bereits berücksichtigt. Als für den Vergleich relevanter Wert wird jeweils der betragsmäßig größte Wert der jeweiligen Kurve (also dort, wo die Steigung null ist) verwendet.
Der Verlauf gemäß b) tritt dabei zum Beispiel dann auf, falls sich der Abstand zwischen der Zündelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 verändert haben sollte. In diesem Fall würde ein möglicher Start zwar nicht abgebrochen, aber eine entsprechende Fehlermeldung generiert werden.
Der Verlauf gemäß c) tritt schließlich zum Beispiel dann auf, falls sich aufgrund von Kondensation zwischen der Zündelektrode 2 und der Gegenelektrode 3 ein Wassertropfen gebildet haben sollte. In diesem Fall würde ein möglicher Start mit einem entsprechenden Warnhinweis komplett abgebrochen bzw. unterbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: Brenner
2: Zündelektrode
3: Gegenelektrode
4: Messeinrichtung
Umind: Mindestwert
Umini: Minimalwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011079325 B4 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Brennereinrichtung, bei dem mit einer unter Zündspannung gesetzten, einem Brenner (1) zugeordneten Zündelektrode (2) ein Zündfunke erzeugt wird und bei dem mit der Zündelektrode (2) eine elektrische Spannung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner (1) mit der Zündelektrode (2) eine sich ergebende Änderung der elektrischen Spannung gemessen und eine Fehlermeldung erzeugt wird, wenn diese Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Mindestwert (U_mind)ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum zur Messung der elektrischen Spannung beginnt, wenn ein Lüfter des Brenners (1) seine Startdrehzahl erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der Startdrehzahl, aber vor Erzeugung eines Zündfunkens zunächst ein Spannungsreferenzwert gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erzeugung eines Zündfunkens für vorzugsweise 1 bis 3 Sekunden eine Einschwingphase abgewartet und anschließend ein sich ergebender Spannungszündwert gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in einem Zeitraum von vor dem Zündfunken bis vor einer möglichen Flammenbildung am Brenner (1) einstellende Änderung der elektrischen Spannung aus einer Differenz zwischen dem Spannungszündwert und dem Spannungsreferenzwert ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein begonnener Start des Brenners (1) abgebrochen wird, wenn die sich ergebende Änderung betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Minimalwert (U_mini) ist, wobei dieser betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Mindestwert (U_mind) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündfunke zwischen der Zündelektrode (2) und einer Gegenelektrode (3) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Brenner (1) als auch die Gegenelektrode (3) mit der elektrischen Masse der Brennereinrichtung verbunden ausgebildet sind.