DE19502900A1

DE19502900A1 - Ionisation electrode for monitoring flame of burner e.g. in gas water heater

Info

Publication number: DE19502900A1
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: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2015-02-01
Also published as: DE19502900C2

Abstract

The ionisation electrode (6) is not straight and has several sections (7,8) which are alternately closer to and further away from the surface (4) of the burner. The sections (7) of the electrode closest to the burner surface are approximately at the points (A) of highest temp. for the lowest flame. The sections (8) furthest from the burner surface are approximately at the positions (B) of highest temp. for the highest flame. The electrode can be wave-shaped, whereby the wave troughs are closer to the burner surface than the wave peaks. Alternatively, the electrode can be comb-shaped or helical.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionisationselektrode, die in den Flammenbereich eines Brenners ragt.The invention relates to an ionization electrode, which in the flame area of a burner protrudes.

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 älteren Patentanmeldung P 44 33 425 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.Burners, for example gas burners in gas heaters Heating of domestic and / or heating water are included equipped with an ionization electrode, which Burner flames monitored. According to the Flame temperature is an electric current of the ionization electrode to an electrical ground. In the earlier patent application P 44 33 425 described how such an ionization electrode for Regulation of the combustion can be used. To one desired lambda value for optimal combustion is obtained depending on the gas quality and Ambient conditions mixed with more or less air.

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.Also in DE 39 37 290 A1, DE 36 07 386 C2 and DE 42 30 390 A1 are such ionization electrodes used.

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.It was operated in two-stage and in modulating Brennern found that this is from the Signal generated by the ionization electrode, i. H. of the Ionization current or the one derived therefrom Control voltage, also depending on the load the burner, d. H. depending on the amount of Burner flames, changes. With the same lambda setpoint So occur at different loads on the Brenners different output signals (Ionization currents) on the ionization electrode. This is undesirable because it affects the regulation becomes.

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.The object of the invention is an ionization electrode to propose of the type mentioned at the outset by which high and low burner load (flame height) the same possible ionization current is achieved.

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 stehen.According to the invention, the above task is for a Ionization electrode of the type mentioned in the introduction solved that the ionization electrode from the straight line deviates and several lengths of the Ionization electrode alternately closer and further away stand from the burner surface.

Dabei liegen sowohl bei höheren als auch niedrigeren 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. P 44 33 525) vorteilhaft ist, weil die jeweilige Brennerbelastung das Meßsignal praktisch nicht verfälscht.Both higher and lower are Burner flames, i.e. larger or set lower burner capacity, d. H. Burner load, each Longitudes of the ionization electrode in the hottest flame zones and between the length ranges there is a heat exchange. The result is a largely load-independent signal (Ionization current). The flame temperature dependent ionization current changes with that Lambda value depending on the gas type and Environmental conditions, but not depending on the set burner output, which for the Implementation of the regulation (see P 44 33 525) is advantageous is because the respective burner load is the measurement signal practically not falsified.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:Advantageous refinements of the invention result from the subclaims and the following description of an embodiment. The drawing shows:

Fig. 1 eine Brenneraufsicht mit einer Ionisationselektrode nach dem Stand der Technik, Fig. 1 is a plan view burner with a flame rod according to the prior art,

Fig. 2 eine Brenner-Seitenansicht mit der Ionisationselektrode nach dem Stand der Technik, Fig. 2 is a side view of the burner with the ionisation electrode in the prior art,

Fig. 3 eine Brenneraufsicht mit einer Ionisationselektrode nach der Erfindung, Fig. 3 is a burner having an ionization electrode supervision according to the invention,

Fig. 4 eine Brenner-Seitenansicht mit der Ionisationselektrode nach der Erfindung, Fig. 4 is a side view of the burner with the ionisation electrode according to the invention,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht der erfindungsgemäßen Ionisationselektrode, Fig. 5 is an enlarged partial view of the ionization according to the invention,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ionisationselektrode und Fig. 6 shows another embodiment of the ionization electrode and

Fig. 7 ein Meßdiagramm des Ausgangssignals der Ionisationselektrode als Funktion von Lambda für zwei unterschiedliche Brennerbelastungen. Fig. 7 is a measurement diagram of the output signal of the ionisation electrode as a function of Lambda for two different burner loads.

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).A surface burner ( 1 ) has a plurality of rows ( 2 ) with nozzles ( 3 ). An ionization electrode ( 6 ) is arranged above the burner surface ( 4 ) by means of a holder ( 5 ). This extends directly to the longitudinal direction of the rows of nozzles ( 2 ) and projects over two or more rows of nozzles (cf. 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.According to the prior art, the ionization electrode ( 6 ) is straight and extends obliquely from the holder ( 5 ) to the burner surface ( 4 ) (cf. FIG. 2). With this design, when the burner flames are of different heights, that is to say with different burner loads, the output signal (ionization current) of the ionization electrode ( 6 ) is dependent on this, even if the lambda value is constant. This falsifies the regulation by which the combustion gas / air mixture is to be regulated according to the type of gas and other environmental conditions for optimal combustion.

Die erfindungsgemäße Ionisationselektrode (6) weist wechselweise Längenabschnitte (7, 8) auf, wobei die Längenabschnitte (7) der Brenneroberfläche (4) näherstehen als die jeweils anschließenden Längenabschnitte (B) (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).The ionization electrode ( 6 ) according to the invention alternately has length sections ( 7 , 8 ), the length sections ( 7 ) being closer to the burner surface ( 4 ) than the respective subsequent length sections (B) (see FIGS. 4, 5, 6). A center line ( 9 ) of the longitudinal sections ( 7 , 8 ) extends obliquely from the holder ( 5 ) to the burner surface ( 4 ) (cf. 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 the embodiment according to FIGS. 4 and 5, the ionization electrode (6) is designed wave-shaped, the wave troughs (7) are closer to the burner surface (4) and the wave crests (8). The distance (a) between the longitudinal sections ( 7 , 8 ) is approximately equal to the distance (b) between the nozzles ( 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.In FIG. 5, the flame heights for two different burner loads are shown. The low flames (small burner load) are shown in broken lines. The flames are indicated by dots at higher burner loads. At the higher burner load, the hottest places (B) of the flames are in the area of the longitudinal sections ( 8 ) farther from the burner surface ( 4 ). At the lower load, the hottest points (A) of the flames then occurring are in the area of the longitudinal sections ( 7 ) closer to the burner surface ( 4 ). In both cases there is an intensive heat exchange between the longitudinal sections ( 7 , 8 ). As a result, at all burner flame heights, essentially the same ionization current flows from the ionization electrode ( 6 ) against the electrical mass formed by the burner ( 1 ). The ionization current and the voltage signal derived from it are therefore practically not dependent on the burner load.

Dies ist im Meßdiagramm (vgl. Fig. 7) bestätigt. Dort ist quadratisch markiert 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.This is confirmed in the measurement diagram (see FIG. 7). The course of the signal of the ionization electrode ( 6 ) as a function of lambda at a burner output or burner load of 10 kW is shown in a square manner there. The corresponding course for an output of 20 kW is shown in a corresponding circle. It can be seen that the two curves are very close together in the region of interest of the lambda value from 1.1 to 1.45. For example, an output signal of 210 V was determined for lambda 1.3 both at a power of 10 kW and at a power of 20 kW.

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.To achieve the desired result, the ionization electrode ( 6 ) can not only be designed in a wave shape, as shown in FIGS. 4 and 5. It is also possible to design the ionization electrode ( 6 ) in the manner of a comb (cf. FIG. 6). The ionization electrode ( 6 ) can also have a helical shape, the central axis of the helix lying approximately on the center line ( 9 ).

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).It is also possible to design the distance (a) between the one length section ( 7 ) and the respectively subsequent length section ( 8 ) differently with regard to the distance (b) of the nozzles ( 3 ). For example, the distance (a) can be twice as large as the distance (b).

Claims

1. ionization electrode which projects into the flame area of a burner, characterized in that the ionization electrode ( 6 ) deviates from the straight line and several lengths ( 7, 8 ) of the ionization electrode ( 6 ) are alternately closer and further away from the burner surface ( 4 ).

2. Ionization electrode according to claim 1, characterized in that the burner surface ( 4 ) next length sections ( 7 ) are approximately at the points (A) of the highest temperature of the lowest flames and that the burner surface ( 4 ) farthest length sections ( 8 ) approximately the point (B) of the highest temperature of the highest flames.

3. Ionization electrode according to claim 1 or 2, characterized in that the ionization electrode ( 6 ) is wave-shaped, the wave troughs being closer to the burner surface ( 4 ) than the wave crests.

4. Ionization electrode according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that the ionization electrode ( 6 ) is comb-shaped.

5. Ionization electrode according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that the ionization electrode ( 6 ) is designed helically.

6. Ionization electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the distances (a) of the closer longitudinal sections ( 7 ) from the respectively adjacent further longitudinal sections ( 8 ) are each approximately equal to the distance between adjacent burner nozzles ( 3 ).

7. Ionization electrode according to one of the preceding claims, characterized in that a center line ( 9 ) of the longitudinal sections ( 7 , 8 ) to the burner surface ( 4 ) extends obliquely.

8. Ionization electrode according to one of the preceding claims, characterized in that the ionization electrode ( 6 ) extends obliquely to the longitudinal direction of the rows of burner nozzles ( 2 ), wherein it projects over two or more rows of nozzles ( 2 ).