在燃烧器的火焰区域中再生用于电离测量的电极的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在燃烧器，尤其是利用燃气和空气进行工作的燃烧器的火焰区域中再生用于电离测量的电极的方法和装置。这样的测量可以用于控制和调节许多设备，尤其是用于热水制备或供暖，然后必须在长时间内尽可能提供可靠的值。
背景技术
例如欧洲专利EP 0 770 824 B1和EP 2 466 204 B1中披露的，具有用于电离测量的测量系统的燃烧器的基本设计及该测量系统在用于控制燃烧器中的用途。特别地，这涉及对空气与燃气比率的控制，即所谓的λ值。还披露了用于测量的电离电极承受高热和/或腐蚀性负荷。特殊的金属合金通常用于电离电极，其中还包含一定比例的铝。当在燃烧器运行期间使用时，随着时间的流逝会在电极表面上形成氧化铝层，这可以防止腐蚀，但却导致电绝缘和热绝缘。这进而导致电极提供的测量信号变弱，并且在低温时可能甚至被完全抑制。氧化铝层提供的隔热层还阻止了电极快速升温。这意味着，一方面由于温度的缓慢升高、另一方面由于电绝缘，使得在冷启动阶段测量信号被特别严重地削弱了。
通常，由于交替施加热负荷，氧化铝层中还会产生裂纹，这甚至会导致氧化铝的部分区域剥落，从而使测量信号再次变强。但是，这在所有情况下都无济于事，因此尤其是在燃烧器的冷启动阶段，始终不能保证可靠的测量。
机械解决方案是将电离电极的至少一部分由一种材料，例如镍钨合金制成，如此在火焰范围内就不会形成氧化层。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中描述的问题，并且尤其是提供一种方法和装置，不管采用何种设计的电离电极的情况下，特别是具有铝含量的常规电离电极的情况下，尤其是在燃烧器的冷启动阶段，允许再生并因此在长时间内进行可靠的测量。
根据前述独立要求所限定的方法、装置和计算机程序产品用于解决上述发明任务。在相应的从属权利要求中指出了本发明不受限制的、有利的进一步设计。下述描述，特别是结合附图，说明本发明的主题并给出了进一步的实施例。
为实现上述发明目的，本发明提供一种用于在燃烧器的火焰区域中测量电离的再生电离电极的方法，该电离电极具有第一频率的第一交流电压，并且在燃烧器启动一特定时间间隔Δt后，被施加高于连续运行所用的第一频率的第二频率的第二交流电压。
该方法可以在每次冷启动之后进行，但仅当达到某些预先设定的标准时进行再生才可能是有帮助的。由于本发明的应用要求在电离电极的区域中存在等离子体，因此仅当燃烧器在冷启动后以通常的λ值调节并稳定地运行时，才应该施加具有第二频率的第二交流电压。尽管就控制技术而言，这样的冷启动并不容易执行，因为电离电极并不总是能够提供良好的信号，但它们已经通过使用经验值或类似措施以稳定的方式被控制和/或调节。可以从标准的电子控制设备中得出合适的再生标准，例如，如果电离电极的漂移超过阈值。当然，也可以在一定数量的操作循环之后或一定时间间隔之后简单地进行再生。最好在再生后重新启动燃烧器，以便更新电子控制设备。
优选地，第二交流电压的第二频率处于10到100MHz(兆赫兹)的范围内，尤其是在13.5到50MHz的范围内。
优选地，第二交流电压处于50到300V(伏特)的范围内，特别优选地在100到200V之间。
第一交流电压的第一频率对应于适合于这种电离测量的值，并且优选地处于50到1000Hz(赫兹)的范围内，第二交流电压在100到300V之间。特别地，已经证明170V和107Hz的交流电压是合适的。
在本发明的一种特殊形式中，提供了一种转换装置，该转换装置从传感器数据或其他数据中确定燃烧器是处于(预先定义的)冷态还是(预先定义的)热态，并且当其以检测到的热态启动时，仅将第一频率的第一交流电施加到电离电极。换言之，尽管存在预定标准，也可以抑制在电离测量期间向电离电极施加第二频率的第二交流电压。这避免了在热启动期间的不必要的努力，并且可以在适当的时间进行再生。
优选地，一电子模块评估流过电离电极的电流，并以已知的方式使用该测量信号来控制燃烧器，即调节空燃比(λ值)，从而在冷启动的情况下，调节和/或控制燃烧器直到实现稳定燃烧为止，然后通过一控制器调节特定的时间间隔Δt，并在特定的时间间隔Δt之后，以第一频率再次调节第一交流电。在这种情况下，“控制”特别是指在不考虑实际λ值的情况下指定或设置λ值。“控制”在这里特别是指设置λ值，由此通过该设置基于电离电流测量当前的实际λ值，并将其调整到的指定或设定的λ值。
时间间隔Δt可以优选地设置在10到100s(秒)的范围内，优选20到30s。
由于不可能从第二交流电流中得出火焰范围内的电离电流的良好测量信号，所以时间间隔Δt不宜选择地太长，因为不大可能在这段时间内最佳地控制燃烧过程。
如果第二交流电压和第二频率在预定的时间间隔Δt内选择得如此之高，以致于燃烧产生的等离子体在电离电极附近被额外加热，如此是特别有利的。一方面，这使得由于撞击快速离子而导致电离电极上的氧化层厚度减小；另一方面，由于热效应，有利于氧化层破裂或碎裂，从而导致电离电极的老化可以至少部分逆转。
为实现上述发明目的，本发明还通过一种执行上述方法的装置。为此，该装置提供了一种电离电极，该电离电极布置在燃烧器中，使得其能够在燃烧器运行期间测量火焰区域中的电离电流。该装置还提供了用于产生第一频率的第一交流电的第一交流电源和用于产生更高的第二频率的第二交流电的第二交流电源。在运行中，一转换装置根据预设的标准接通第二交流电源。
第二交流电流源优选地被设置为频率处于10到100MHz的范围内，特别是处于13.5到50MHz之间。已经证明这样的频率范围适合于电离电极的快速加热。
第一交流电源的频率设置在50到1000Hz之间，电压设置在100到300V之间。第一交流电源不必与已知的用于电离测量的交流电压电源不同，但可以采用不同设计，如额外使用第二电源。
如已经提到的，第二交流电源优选地应被设置用于提供第二频率的第二交流电压，且第二频率和第二交流电压可以设置地如此之高以至于在运行期间电离电极附近的等离子体被加热到过热。这正是使用第二交流电源以发挥最佳效果的原因。
根据本发明，优选地使用电子模块来控制点火，其通过在第二交流电源的运行期间确定的电离电流进行控制，从而该控制可以在第二交流电源的运行期间被关闭，并可以根据预定标准被控制器代替。因此，在冷启动之后，可以在短时间内根据经验值控制燃烧器，在此期间电离电极被加热和再生，随后恢复第一交流电的正常控制以测量电离。
转换装置优选地连接至传感器，例如温度传感器，和/或电子模块的数据源，它们可以区分燃烧器的冷态和热态，以使第二交流电源无法在热态下接通或阻隔。在最简单的情况下，电子模块存储自上次关闭燃烧器以来的时间就足够了。仅凭此信息，就可以确定是否发生了冷启动。当然，燃烧器或电离电极的温度的测量值更准确。
转换装置和/或第二交流电源优选地被设计为使得第二交流电源只能在预设的时间间隔Δt为10至100s，优选为20至30s的情况下被接通。
尽管存在较大的频率差，但是第一交流电源和第二交流电源可以由单个交流电压源形成，该交流电压源可以改变或切换频率和电压，而不会改变所描述的其他功能。
为实现上述发明目的，本发明还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括上述装置执行所述方法的指令。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示意性地示出了用于在具有电离电极的燃烧器的火焰区域中执行电离测量方法的装置。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
图1示出了燃烧器1在运行期间形成的、被测量电离电流的火焰区域2。为此，电离电极3伸入火焰区域2中。一金属元件通常在燃气和空气进入燃烧器1的区域中用作对电极4，该对电极4通常电性接地。如果满足预定标准，则在冷启动后将电离电极3和对电极4连接到第二交流电源6。第二交流电源6提供更高频率的交流电，该高频交流电导致在电离电极3附近的等离子体的快速加热，并且因此也导致电离电极3本身的快速加热。经历短时间的时间间隔Δt之后，转换装置7从第二交流电源6切换回第一交流电源5，第一交流电源5的性质可以与已知的用于电离测量的交流电源相对应。它的测量信号可以通过测量信号线13馈送到电子模块10，该电子模块利用可靠的测量信号对燃烧器1进行常规控制。通常通过经由控制信号线14向进气口11和/或燃气入口12中的驱动装置发出命令来执行这种控制，从而始终提供空气和燃气的最佳混合物。转换装置7与至少一个用于确定燃烧器温度的传感器8连接和/或经由控制线9与电子模块10的其他数据源连接，以便能够确定是否存在冷启动。在冷启动的情况下，也可以使用该控制线9来通知电子模块10已启动冷启动，从而可能不需要通过电离电流进行控制，但是燃烧过程应在短时间内被控制。同样，在借助于第二交流电执行再生的过程中，根据经验值进行控制。
本发明避免了在燃烧器的冷启动期间由于长时间运行、电离电流的测量误差而引起的干扰，并且使得电离电极的再生能够确保在冷启动期间、在预定的时间间隔和/或根据预定的标准通过加速加热来进一步进行避免干扰的控制。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
参考标号列表
1 燃烧器
2 火焰区域
3 电离电极
4 对电极(接地)
5 第一交流电源
6 第二交流电源
7 转换装置
8 温度传感器
9 控制线
10 电子模块
11 进气口
12 燃气入口
13 测量信号线
14 控制信号线
