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Title:
METHOD FOR CONTROLLING A BURNER AND BURNER ARRANGEMENT HAVING A BURNER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/110144
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for controlling a burner (1) which is supplied with an air-fuel mixture. A control variable is determined on the basis of an ionization signal, wherein the air-fuel mixture is adjusted as a function of the control variable and a desired value. A spectrum is obtained from the ionization signal, from which spectrum a measure of a surface area is determined. The desired value is adjusted as a function of the measure for the surface area. The invention further relates to a burner arrangement having a burner (1).

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Inventors:
LAUX WILHELM (DE)
ROTHMER BASTIAN (DE)
SCHÄTTLER DANIEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/025541
Publication Date:
June 22, 2023
Filing Date:
November 30, 2022
Export Citation:
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Assignee:
TRUMA GERAETETECHNIK GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
F23N5/12
Foreign References:
EP0770824A21997-05-02
DE10220773A12003-11-20
EP2431663A22012-03-21
DE19631821A11998-02-12
DE10220773A12003-11-20
DE19502901C11996-03-21
US6356199B12002-03-12
EP2431663B12016-12-21
DE10220772A12003-11-20
Attorney, Agent or Firm:
PRINZ & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Regeln eines Brenners (1), wobei der Brenner (1) mit einem Luft-Brennstoff-Gemisch versorgt wird, wobei ein lonisationssignal gemessen wird, wobei ausgehend von dem lonisationssignal eine Regelgröße ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit von der Regelgröße und mindestens einem Sollwert das Luft- Brennstoff-Gemisch eingestellt wird, wobei aus dem lonisationssignal - insbesondere durch eine Fourier-Transformation

- ein Spektrum gewonnen wird, wobei aus dem Spektrum oder aus mindestens einem Frequenzbereich des Spektrums ein Maß für einen Flächeninhalt ermittelt wird, und wobei in Abhängigkeit von dem Maß für den Flächeninhalt der Sollwert angepasst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei aus dem lonisationssignal mindestens ein Wert eines Betrags der lonisati- onsspannung ermittelt und als Regelgröße verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei aus dem lonisationssignal mehrere Einzel-Werte eines Betrags der lonisati- onsspannung ermittelt werden, wobei aus den Einzel-Werten eine Streuung ermittelt wird, und wobei die Regelgröße in Abhängigkeit von der Streuung angepasst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei aus den Einzel-Werten ein Mittelwert und die Streuung ermittelt werden, und wobei die Regelgröße als Differenz zwischen dem Mittelwert und der Streuung ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Abhängigkeit von der Regelgröße das Luft-Brennstoff-Gemisch in der Art eines PID-Reglers eingestellt wird. Brenneranordnung mit einem Brenner (1), einem Wärmetauscher (3), einer lonisa- tionselektrode (4), einer Luft-Brennstoff-Gemisch-Versorgung (2) und einer Steuervorrichtung (5), wobei die Steuervorrichtung (5) von der lonisationselektrode (4) gemessene lonisa- tionssignale empfängt und auswertet, wobei die Steuervorrichtung (5) ausgehend von der Auswertung der lonisationssig- nale auf die Luft-Brennstoff-Gemisch-Versorgung (2) regelnd einwirkt, und wobei die Steuervorrichtung (5) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuervorrichtung (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umsetzt.

Description:
Verfahren zum Regeln eines Brenners sowie Brenneranordnung mit einem Brenner

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln eines Brenners. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Brenneranordnung mit einem Brenner. Der Brenner ist beispielsweise Teil einer Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft und/oder einer Flüssigkeit, z. B. Brauchwasser.

Brenner finden Anwendung bei Heizungen oder Warmwasserbereitern, in denen die durch das Verbrennen eines Luft-Brennstoff-Gemischs gewonnene thermische Energie durch einen Wärmetauscher auf Raumluft und/oder eine Flüssigkeit, z. B. Wasser übertragen wird. Der Brennstoff ist dabei beispielsweise Propan, Butan, Benzin oder Diesel.

Um das Vorliegen einer Flamme oder auch die Verbrennungsqualität selbst zu überwachen und zu regeln, ist es im Stand der Technik bekannt, sog. lonisationselektroden zu verwenden, über die die lonisationswirkung einer Flamme ausgenutzt wird. Das gemessene loni- sationssignal in Form eines Spannungs- oder Stromsignals wird ausgewertet und für die Regelung des Brennverhaltens verwendet, bei der beispielsweise die Luftzahl (andere Bezeichnungen sind: Verbrennungsluftverhältnis Lambda oder Luftverhältnis) als Massenverhältnis von Verbrennungsluft zu Brennstoff eingestellt wird. Dies geschieht mit dem Ziel, eine möglichst saubere und effiziente Verbrennung zu gewährleisten. Beispielsweise werden ein Gasventil und ein Verbrennungsluftgebläse in Abhängigkeit von dem Ionisationssignal geregelt. Ein Verfahren zum Überwachen eines Gasbrenners anhand des lonisati- onssignals offenbart beispielsweise die DE 196 31 821 A1.

Gasbrenner und insbesondere gebläsebetriebene Gasbrenner, insbesondere als Teil von mobilen Heizvorrichtungen, sind häufig wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt, die zu einem veränderlichen Brennverhalten führen können (siehe z. B. die DE 102 20 773 A1). Derartige Umgebungsparameter sind Luftdruck, Temperatur der Verbrennungszuluft, Gasdruck (also der Druck, mit dem das Brenngas zugeführt wird) und auch der Brennwert des Gases. Insbesondere kann bei mobilen Anwendungen auch die Zusammensetzung des Brenngases variieren. Dies ist z. B. der Fall bei typischen Gasgemischen wie LPG (Liquefied Petroleum Gas; Autogas). So ist es je nach Gaszufuhr möglich, dass reines Propan, reines Butan oder auch ein Undefiniertes Propan/Butan-Gemisch zugeführt wird. Neben erhöhten Abgaswerten können bei ungünstigen Brennverhältnissen durch thermoakustische Effekte störende Geräusche auftreten, die sich ebenfalls durch die Einstellung der Luftzahl vermeiden oder zumindest deutlich reduzieren lassen.

Aus der DE 195 02 901 01 ist es beispielsweise bekannt, an die lonisationselektrode eine Wechselspannung anzulegen und die von der Luftzahl abhängigen Schwankung des loni- sationsstroms für die Einstellung der Zufuhr von Verbrennungsluft oder Gas zu verwenden. Eine verbesserte Aussage über das Brennverhalten ergibt sich gemäß der US 6,356,199 B1 durch eine erweiterte Analyse des lonisationssignals, indem Mittelwerte, Signalstreuung oder Frequenzen des Signals ausgewertet werden.

Der EP 2431 663 B1 lässt sich entnehmen, dass die lonisationssignale einer Fourier-Transformation unterzogen und die sich ergebenden Spektren ausgewertet werden. Dabei werden für unterschiedliche Brennertypen Referenz-Spektren erzeugt und mit aktuell gewonnen Spektren verglichen. Wird im laufenden Betrieb eine Instabilität der Verbrennung festgestellt, so wird die Zuführung von Verbrennungsluft und/ oder Gas solange verändert, bis wieder ein Spektrum gemessen wird, welches auf eine stabile Verbrennung schließen lässt. Für die Auswertung werden die Peaks der Spektren jeweils einzeln betrachtet.

Weitere Verfahren zur Regelung des Verbrennungsprozesses offenbaren die DE 102 20 772 A1 und die DE 195 02 901 C1 .

Als nachteilig bei der Auswertung der Spektren hat sich gezeigt, dass Änderungen am Verbrennungssystem, welches den Brenner umfasst, zu Frequenzverschiebungen der Peaks in den Spektren führen. Solche Änderungen sind beispielsweise unterschiedliche Temperaturhaushalte, Veränderungen am Verbrennungsluft- oder Abgassystem oder Änderungen an der Brenneroberfläche. Dies spiegelt wider, dass bei dem vorgenannten Verfahren jeder Brennertyp und damit auch jedes System, in welchem der Brenner Anwendung findet, ein eigenes Referenzspektrum benötigt. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass sich Änderungen am System durch die Benutzung oder durch Alterung ergeben können. Zudem ist nachteilig, dass sich in den Spektren Störungen zeigen, die von außerhalb des Systems stammen und nichts mit der Verbrennung zu tun haben, so z. B. das Netzsignal mit 50 Hz. Insgesamt ist die Auswertung somit sehr aufwendig. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren für eine Überwachung eines Brennvorgangs vorzuschlagen, das möglichst einfach und dabei zuverlässig ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Regeln eines Brenners, wobei der Brenner mit einem Luft- Brennstoff-Gemisch versorgt wird, wobei ein lonisationssignal gemessen wird, wobei ausgehend von dem lonisationssignal eine Regelgröße ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit von der Regelgröße und mindestens einem Sollwert das Luft-Brenn- stoff-Gemisch eingestellt wird, wobei aus dem lonisationssignal ein Spektrum gewonnen wird, wobei aus dem Spektrum oder aus mindestens einem Frequenzbereich des Spektrums ein Maß für einen Flächeninhalt ermittelt wird, und wobei in Abhängigkeit von dem Maß für den Flächeninhalt der Sollwert angepasst wird.

Erfindungsgemäß wird das lonisationssignal zur Regelung der Verbrennung verwendet. Hierfür wird eine Regelgröße aus dem lonisationssignal gewonnen. Zudem wird bei der Regelung ein Sollwert benutzt, der beispielsweise zunächst vorgegeben oder für den Anwendungsfall ermittelt wird. Ausgehend von dem lonisationssignal findet erfindungsgemäß eine Anpassung des Sollwerts statt. Aus dem lonisationssignal wird somit eine Information entnommen, über die der Sollwert korrigiert wird. So kann beispielsweise über den korrigierten Sollwert eine Störung, z. B. eine Geräuschbildung vermieden werden, indem die Regelung in einem anderen Lambda-Bereich stattfindet.

Erfindungsgemäß wird aus dem Zeitsignal ein Frequenzspektrum gewonnen. Dies geschieht beispielsweise über eine Fourier-Transformation. Aus dem Frequenzspektrum wird dann ein Wert für einen Flächeninhalt (dieses Maß kann auch als Flächenzahl bezeichnet werden) ermittelt. Dies baut auf der Erkenntnis, dass sich Störungen und insbesondere thermoakustische Effekte als Signale im Spektrum zeigen. Daher erlaubt die Flächenzahl eine Aussage darüber, ob Störungen vorhanden sind oder der Brennvorgang Geräusche erzeugt. Um diesen geräuschbelasteten Betriebsbereich zu verlassen, wird der Sollwert für die Regelung entsprechend angepasst, z. B. verschoben, so dass die Regelung in einem anderen Luftzahlbereich stattfindet. In einer Ausgestaltung wird das Maß für den Flächeninhalt aus einem spektralen Bereich gewonnen, der frei von bekannten Störungen wie z. B. dem Netzbrummen ist. Die Auswertung der Flächenzahl hat den Vorteil, dass Frequenzverschiebungen durch geänderte Umgebungsbedingungen oder Anwendungsbedingungen nicht beachtet werden müssen bzw. das Ergebnis der Auswertung nicht verändern.

Vorzugsweise wird der Sollwert dann angepasst, wenn das ermittelte Maß für den Flächeninhalt über einen Toleranzwert hinaus von einem vorgegebenen und/oder für den Brenner ermittelten Referenzwert abweicht. In dieser Ausgestaltung wird das aus dem Spektrum gewonnene Maß für den Flächeninhalt in Beziehung zu einem Referenzwert gesetzt. So wird beispielsweise die Differenz gebildet. Wird die Differenz über einen vorgebbaren Toleranzwert hinaus größer, so wird dies von der Steuervorrichtung dahingehend interpretiert, dass eine Störung, insbesondere eine thermoakustische Resonanz vorhanden oder zumindest am Entstehen ist.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass das lonisationssignal einer Fast- Fourier-Transformation unterzogen wird. Die schnelle oder Fast-Fourier-Transformation (FFT) erlaubt eine sehr effektive Methode, um zeitdiskrete Signale zu transformieren.

In einerweiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ausgehend von dem lonisationssignal die Regelgröße angepasst wird. In dieser Ausgestaltung findet ausgehend von dem lonisationssignal eine Anpassung der Regelgröße statt. Aus dem lonisationssignal wird somit in dieser Ausgestaltung eine Information entnommen, über die die Regelgröße und der Sollwert korrigiert werden. Damit ergibt sich beispielsweise eine korrigierte Regelgröße, deren Verlauf eine bessere oder gar überhaupt erst eine zuverlässige Regelung erlaubt.

In einer Ausgestaltung wird die Einstellung des Luft- Brennstoff-Gemischs so vorgenommen, dass zum einen eine möglichst saubere, aber zum anderen auch geräuscharme Verbrennung stattfindet. In dem Luftzahlbereich, in dem sich die Emissionen auf einem niedrigen Niveau befinden, wird daher darauf geregelt, dass Resonanzen, die sich durch thermoakustische Effekte ergeben, verschwinden oder zumindest reduziert werden.

Als Vorteil hat sich vor allem gezeigt, dass sich im lonisationssignal thermoakustische Effekte viel früher zeigen, als dass sie zu deutlich hörbaren Geräuschen führen. Gemäß einer Ausgestaltung wird aus dem lonisationssignal mindestens ein Wert eines Betrags der lonisationsspannung ermittelt und als Regelgröße verwendet. In dieser Ausgestaltung dient somit die Amplitude der lonisationsspannung als Regelgröße. Ein Sollwert ist dabei vorzugweise ein Sollbetrag des Spannungswerts.

Eine ergänzende oder alternative Ausgestaltung des Verfahrens ist dergestalt, dass aus dem lonisationssignale mehrere Einzel-Werte eines Betrags der lonisationsspannung ermittelt werden, dass aus den Einzel-Werten eine Streuung ermittelt wird, und dass die Regelgröße in Abhängigkeit von der Streuung ermittelt wird. In dieser Ausgestaltung werden aus dem lonisationssignal Einzel-Werte für den Betrag der lonisationsspannung ermittelt. Ausgehend von den Einzel-Werten wird eine Streuung, also ein Maß der Abweichung der Einzel-Werte von einem Mittelwert ermittelt. Die Streuung dient anschließend für die Korrektur der Regelgröße. Diese Variante des Verfahrens baut auf der Feststellung, dass sich die lonisationsspannung dann stark ändern kann, wenn Störungen und insbesondere, wenn thermoakustische Effekte vorliegen. Die Variation der Spannungswerte äußerte sich in der Streuung, sodass sich eine Größe für die weitere Verarbeitung und insbesondere für die Ermittlung einer Regelgröße ergibt. Entsprechend kann ausgehend von einer zunehmenden Streuung der Einzel-Werte geschlussfolgert werden, dass sich beispielsweise ein störendes Geräusch einstellt. Daher kann entsprechend früher reagiert und gegengesteuert werden.

In einer Ausgestaltung stammen die lonisationssignale aus einem vorgebbaren Zeitraum, in welchem die Luftzahl im Wesentlichen konstant ist oder sich nur innerhalb eines vorgebbaren Bereichs ändert. Es werden also für den Zeitraum der Mittelwertbildung insbesondere keine Änderungen an den Einstellungen vorgenommen.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass aus den Einzel-Werten ein Mittelwert und die Streuung ermittelt werden, und dass die Regelgröße als Differenz zwischen dem Mittelwert und der Streuung ermittelt wird. In dieser Ausgestaltung wird über einen zeitlichen Bereich ein Mittelwert des Betrags der lonisationsspannung gebildet. Von diesem Mittelwert wird dann die Streuung der Spannungswerte abgezogen. Diese Differenz dient beispielsweise als Regelgröße. Je größer die Streuung und damit die Schwankung der lonisationsspannung, desto kleiner wird die Regelgröße. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Auswertung der Einzel-Werte in der Art eines gleitenden Mittels vorgenommen wird. In einer ergänzenden Ausgestaltung erfolgt in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand (z. B. alle fünf Minuten) eine Auswertung der loni- sationssignale in einem Zeitintervall einer vorgegebenen Breite (z. B. die Messungen innerhalb von fünf Sekunden).

Gemäß einer Ausgestaltung findet eine im Wesentlichen permanente Regelung des Brennverhaltens des Brenners statt und wird die Streuung der Einzel-Werte fortlaufend im Sinne der gleitenden Mittelwertbildung ermittelt. In dieser Ausgestaltung gestaltet sich das Verfahren beispielweise derartig, dass für den Betrieb des Brenners auf einen gewünschten, vorgebbaren Betriebspunkt geregelt wird. Dies sei beispielsweise mit dem Lambda-Wert 1 ,5. Verändern sich die Umgebungsbedingungen - z. B. durch eine Änderung des Luftdrucks - in einer Richtung, z. B. in Richtung einer mageren Mischung von Luft und Brennstoff, so zeigt sich dies in der zunehmenden Streuung. Die Streuung ändert sich vor allem, bevor der Mittelwert sich außerhalb eines vorgebbaren Toleranzbereichs verschiebt. Wird insbesondere die Differenz zwischen Mittelwert und Streuung als Regelgröße verwendet, so wird eine Regelung in den fetteren Bereich ausgelöst. Dabei gilt, dass im Normalfall ohne Störungen die lonisationsspannung mit zunehmender Luftzahl abnimmt. Versuche haben gezeigt, dass im Bereich von Störungen die lonisationsspannung größer wird oder konstant bleibt. Durch die vorgenannte Ausgestaltung mit der Differenzbildung aus Mittelwert und Streuung ergibt sich eine Regelgröße, auf die geregelt werden kann, z. B. unter Anwendung eines PID-Reglers.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass in Abhängigkeit von der Regelgröße das Luft- Brennstoff-Gemisch in der Art eines PID-Reglers eingestellt wird. Somit ist beispielsweise ein PID-Regler vorhanden oder sein Verhalten ist entsprechend implementiert, um die Regelung des Brennverhaltens vorzunehmen. Ein üblicher PID-Regler benötigt eine stetige Kurve der Regelgröße. Dies bieten die vorgenannten Varianten des Verfahrens.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Regelgröße permanent oder zu vorgegebenen Zeitpunkten ermittelt. Somit gibt es entweder eine ständige Überwachung, sodass auch ständig eine Regelung vorgenommen werden kann, oder es wird nur in vorgegebenen Zeitintervallen die Überwachung und Regelung vorgenommen. Letzteres z. B. für den Fall, dass Änderungen, die einen Eingriff notwendig machen, selten auftreten oder nicht sogleich kompensiert werden müssen.

Gemäß einer weiteren Lehre löst die Erfindung die Aufgabe durch eine Brenneranordnung mit einem Brenner, einem Wärmetauscher, einer lonisationselektrode, einer Luft-Brenn- stoff-Gemisch-Versorgung und einer Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung von der lonisationselektrode gemessene lonisationssignale empfängt und auswertet, wobei die Steuervorrichtung ausgehend von der Auswertung der lonisationssignale auf die Luft- Brennstoff-Gemisch-Versorgung regelnd einwirkt, und wobei die Steuervorrichtung derartig ausgestaltet ist, dass die Steuervorrichtung das Verfahren nach einem der zuvor oder im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen umsetzt. Die Erläuterungen und Ausgestaltungen gelten entsprechend auch für die Brenneranordnung, sodass auf eine Wiederholung verzichtet wird. Die Brenneranordnung ist beispielsweise Teil einer Vorrichtung zum Erwärmen von Raumluft und/oder einer Flüssigkeit, z. B. Wasser.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Brenneranordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen die:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung,

Fig. 2 a) und b) Spektren ohne und mit thermoakustischen Effekten,

Fig. 3 a) und b) Kurvenverläufe der lonisationsspannung und der Flächenzahl bei unterschiedlichen Leistungen des Brenners,

Fig. 4 Kurvenverläufe der Luftzahl sowie der lonisationsspannung über der Zeit und

Fig. 5 zwei Kurven mit einem Wert der lonisationsspannung und einer daraus ermittelten Regelgröße in Abhängigkeit von der Luftzahl. Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Brenneranordnung mit einem Brenner 1 , der über eine Luft-Brennstoff-Gemisch-Versorgung 2 mit einem Luft-Brennstoff-Gemisch versorgt wird. Bei dem Brennstoff handelt es sich beispielsweise um ein brennbares Gas wie Propan oder Butan. Das beim Verbrennen des Luft- Brennstoff-Gemischs erzeugte Rauchgas wird einem Wärmetauscher 3 zugeführt, der die thermische Energie auf Wasser oder Luft überträgt. Für die Überwachung des Brennvorgangs ist eine lonisationselektrode 4 vorhanden, die so relativ zum Brenner 1 angeordnet ist, dass sie in die beim Verbrennen entstehende Flamme hineinragt. Über die lonisationselektrode 4 lässt sich je nach Ausgestaltung eine lonisati- onsspannung oder ein lonisationsstrom als lonisationssignal messen. Das lonisationssignal wird der Steuervorrichtung 5 für die Auswertung zugeführt. Ausgehend von der dabei gewonnenen Regelgröße wirkt die Steuervorrichtung 5 auf die Luft- Brennstoff-Gemisch- Versorgung 2 ein, indem sie beispielsweise den Brennstoff- und/oder Luft-Anteil verändert. Dies mit dem Ziel, dass eine möglichst emissions- und geräuscharme Verbrennung stattfindet.

In den Abbildungen Fig. 2 bis Fig. 5 ist die Auswertung der lonisationssignals beispielhaft verdeutlicht, wobei insbesondere thermoakustische Effekte als Störungen auftreten. Diese Geräusche werden anschließend durch die Änderung des Mischungsverhältnisses vermieden oder zumindest reduziert.

Die Fig. 2 a) zeigt ein durch eine FFT erhaltenes Spektrum des lonisationssignals ohne eine hörbare thermoakustische Resonanz. Auf der x-Achse ist die Frequenz in Hz aufgetragen. Das Signal wurde gewonnen bei einer Luftzahl von 1 ,2. Bei 50 Hz zeigt sich ein Signal der Netzspannung.

Bei der Fig. 2 b) zeigt sich im Spektrum ein Signal um 104 Hz herum, das mit einer hörbaren thermoakustischen Resonanz einhergeht. Das Spektrum wurde bei einer Luftzahl von 1 ,6 aufgenommen.

Um die Resonanz im Spektrum der Fig. 2 b) zu reduzieren, wird bei der Auswertung gemäß einer Ausgestaltung ein Flächeninhalt in einem Frequenzbereich des Spektrums ermittelt und für eine Regelgröße verwendet. In den Fig. 3 a) und b) sind die Verläufe der Mittelwerte der Spannungswerte der lonisati- onssignale (durchgezogene Linie und linke y-Achse) und der ermittelten Flächenzahlen (gestrichelte Linie und rechte y-Achse) in Abhängigkeit von der Luftzahl dargestellt. Dabei unterscheiden sich die Graphen in Bezug auf die Leistung, die mit dem Brenner erbracht wird: bei der Fig. 3 a) beträgt die Leistung 1 kW und bei der Fig. 3 b) 3,5 kW.

Die Fig. 3 a) zeigt den Fall, dass sich bei Änderung der Luftzahl keine thermoakustische Resonanz einstellt. Je größer die Luftzahl wird, desto mehr nimmt der Betrag der lonisati- onsspannung ab. Da sich kein Geräusch ergibt, zeigt sich kein zusätzliches Signal im Spektrum, sodass das Integral des Frequenzbereichs, also die Flächenzahl konstant bleibt.

Bei einer höheren Leistung des Brenners ändert sich der Verlauf deutlich. In der Fig. 3 b) nimmt wieder der Betrag der lonisationsspannung ab, wohingegen bei der Luftzahl von 1 ,6 (vgl. die Fig. 2 b)) ein deutlicher Anstieg der Flächenzahl zu erkennen ist. Man beachte, dass in diesem Bereich die lonisationsspannung einen sehr flachen Verlauf zeigt. Ändert sich die Flächenzahl signifikant, so wird der Sollwert korrigiert, mit dem der Betrag der lonisationsspannung als Regelgröße für die Regelung des Brennvorgangs verwendet wird.

Die Fig. 4 zeigt die Schwankungen, die sich bei den gemessenen Werten der lonisationsspannung ergeben, wenn Störungen auftreten. Aufgetragen ist dabei auf der äußeren y- Achse der Lambda- Wert und auf der inneren y-Achse der Betrag der lonisationsspannung. Auf der x-Achse ist die Zeit aufgetragen. Die Lambda- Werte wurden in diskreten Schritten erhöht, was an der Treppenform der gestrichelten Linie zu erkennen ist.

In der Kurve zeigt sich generell, dass die lonisationsspannung mit steigendem Lambda- Wert abnimmt. Es lässt sich auch erkennen, dass pro eingestellter Luftzahl ein direkter Zusammenhang mit der Spannung besteht. Es zeigt sich jedoch, dass die Spannungswerte stark schwanken können, wenn Störungen vorhanden sind. Dies sind hier im Versuch deutlich hörbare thermoakustische Resonanzen, die bei Lambda = 1 ,6 und Lambda = 1 ,7 (ab ca. 180 Sekunden) auftreten. Die Schwankungen wirken sich sogar deutlich erkennbar auf den Mittelwert aus. Die Streuung allein ist somit auch ein Indikator für das Vorliegen einer Störung. In der Fig. 5 sind zwei Kurven eingezeichnet, wobei jeweils ein Wert für die Ionisationsspannung in Abhängigkeit vom Lambda-Wert aufgetragen ist.

Bei der durchgezogenen Kurve ist jeweils ein unbearbeiteter Mittelwert der lonisationsspan- nung aufgetragen. Bei der gestrichelten Kurve wurde die Differenz aus dem Mittelwert und der zugehörigen Streuung gebildet.

Bei der durchgezogenen Kurve ist wieder die Abnahme der Spannung zu erkennen. Durch die Streuung im Bereich der thermoakustischen Effekte wird im Bereich zwischen Lambda = 1 ,5 und 1 ,6 der Mittelwert angehoben und bleibt fast konstant. Angedeutet ist hier die Auswirkung dieses Verhaltens auf die Regelung. Wäre als Sollwert für die lonisationsspan- nung beispielsweise der Wert von 1 ,4 V vorgegeben, so wären damit zwei Lambda-Werte verbunden. Das bedeutet, dass die reine Betrachtung der lonisationsspannung für die Regelung nicht ausreichend ist.

Bei der gestrichelten Kurve wurde vom Mittelwert der lonisationsspannung jeweils die Streuung abgezogen. Entsprechend verschiebt sich die Kurve nach unten. Ein dramatischer Effekt stellt sich bei dem Bereich größer 1 ,5 für Lambda ein. Der verrechnete Wert bei Lambda = 1 ,6 unterscheidet sich deutlich vom Vorgängerwert bei Lambda = 1 ,5. Die erhöhte Streuung gleicht die Erhöhung des Mittelwerts aus. Somit ergibt sich ein stetig abfallender Verlauf, der eine eindeutige Regelung erlaubt. Daher würde bei der Abnahme des verrechneten Spannungswerts als Regelgröße im Bereich der thermoakustischen Resonanz der Regler feststellen, dass die Regelgröße kleiner als ein Sollwert ist und würde dann den Betriebspunkt in den fetten Bereich mit kleinerem Lambda-Wert regeln.