EP3933267A1 - Verfahren zur überwachung einer flamme in einem brennraum eines brenners - Google Patents

Verfahren zur überwachung einer flamme in einem brennraum eines brenners Download PDF

Info

Publication number
EP3933267A1
EP3933267A1 EP21180208.7A EP21180208A EP3933267A1 EP 3933267 A1 EP3933267 A1 EP 3933267A1 EP 21180208 A EP21180208 A EP 21180208A EP 3933267 A1 EP3933267 A1 EP 3933267A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
flame
ist
ignition
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21180208.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paulus Kuipers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Landshut GmbH
Original Assignee
Ebm Papst Landshut GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst Landshut GmbH filed Critical Ebm Papst Landshut GmbH
Publication of EP3933267A1 publication Critical patent/EP3933267A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/022—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2225/00—Measuring
    • F23N2225/08—Measuring temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/02—Starting or ignition cycles

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a flame in a combustion chamber of a burner and to a device for carrying out the method, the burner preferably being a gas-operated burner.
  • Sensors based on ionization are mostly used for the detection of a flame fed with natural gas or with another gas comprising hydrocarbons. Since there is no ionization that can be measured with the currently widespread methods during the combustion of hydrogen, especially due to the lack of carbon atoms, a flame from a hydrogen combustion cannot be detected.
  • a sight glass or the like is usually necessary for the use of a UV sensor in order to be able to detect radiation from the combustion chamber at all. Such sight glasses are accordingly susceptible to contamination, so that the detection of the flame becomes even more unreliable.
  • the flame of a pure hydrogen combustion is also not visible to the human eye, as it radiates in the ultra-violet range, whereby a noticeable glow can still occur due to contamination or the specific gas mixture during the combustion. Furthermore, the combustion rate is very high, so that the flames can spread quickly and misfires can easily occur.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method and an associated device by means of which the presence and extinction of a flame can be reliably detected, especially in the case of hydrogen combustion, and appropriate measures can be initiated to reduce the dangers arising from an extinguished flame.
  • a method for monitoring a flame in a combustion chamber of a burner and preferably of a gas-operated burner is proposed.
  • the flame can also be referred to as a gas flame.
  • a large number of flames are often present in the burner, which are also included in the following, which is referred to as a flame for the sake of simplicity.
  • the method is carried out with an evaluation unit and a temperature sensor arranged in the combustion chamber. The flame is during an ignition process in which the flame is ignited, a start-up process in which a temperature of the flame rises to a minimum temperature, and continuous operation in which the temperature of the flame is above the minimum temperature, monitored for its presence or extinction.
  • an actual temperature be determined by the temperature sensor during the ignition process, the start-up process and the continuous operation, in particular continuously and preferably continuously or at discrete predetermined time intervals.
  • An actual temperature profile can also be obtained from a large number of determined actual temperatures, which can be stored in the evaluation unit.
  • the evaluation unit compares the actual temperature with a respective limit value specific to the ignition process, the start-up process and the continuous operation or a limit value curve which is stored or determined in the evaluation unit for the ignition process, the start-up process and the continuous operation will. The evaluation unit determines or uses the comparison result to determine whether the flame is present or has gone out is.
  • the basic idea is therefore to first monitor the flame in the various phases of combustion by comparing the actual temperature and parameters specific to the respective phase, so that it can be recognized at an early stage whether the flame has gone out.
  • the method according to the invention preferably relates to the combustion of hydrogen gas or to the combustion of a gas mixture comprising hydrogen gas, the method also being usable for other gases or gas mixtures, so that the method or a device or burner implementing the method burn different gases can and can be used universally.
  • the method can also be used to monitor a flame in other fuels. For example, a flame during the combustion of liquid fuels such as heating oil or solid fuels such as pellets can also be monitored using the method according to the invention.
  • the features explained below can also be transferred to the monitoring of a flame in a combustion chamber of a burner operated with liquid or solid fuels.
  • the flame can also be monitored with different temperature profiles.
  • the temperature sensor can be arranged in such a way that it is arranged outside or inside the flame during all phases of the combustion. Since the size of the flame can change in particular during the transition between the phases of combustion or during these, it is also possible to specifically arrange the temperature sensor in the combustion chamber so that it is outside the flame in a first phase and inside the flame in a second phase.
  • thermocouple is preferably used as the temperature sensor.
  • several temperature sensors for example two, can also be used to increase safety, with their measured sensor values being used individually or jointly as the actual temperature.
  • a plausibility check can be provided, for example, by means of which it is checked whether the measured values are plausible, so that only correct measured values are used as the actual temperature.
  • An advantageous variant of the method also provides that the evaluation unit compares the actual temperature determined continuously or at regular intervals during the ignition process with an ignition temperature as the first limit value. Furthermore, the evaluation unit recognizes or evaluates the flame as present and thus the ignition process as successful if the actual temperature rises above the ignition temperature within a predetermined ignition time. In addition, the evaluation unit recognizes or evaluates the flame as extinguished if the actual temperature does not rise above the ignition temperature within the predetermined ignition time. For this purpose, the comparison of the actual temperature with the ignition temperature can take place continuously until the ignition time has elapsed or, alternatively, once at or when the ignition time has elapsed.
  • Ignition time and ignition temperature can be stored in the evaluation unit depending on the gas, gas mixture or general fuel to be ignited or burned, as well as depending on the position of the temperature sensor, and can be selected depending on the respective gas, gas mixture or fuel. The selection can also be made automatically as a function of the valve positions of the valves producing the mixture or automatically by a control device.
  • the evaluation unit determines this, in particular continuously or at regular intervals Compares the actual temperature during the start-up process with a time-specific start-up temperature of a start-up temperature profile, which preferably increases over time, as a second limit value.
  • a recorded actual temperature is compared with a start-up temperature corresponding in time to this, which was taken from the start-up temperature profile, which can also be referred to as the start-up temperature curve or profile.
  • the evaluation unit recognizes or evaluates the flame as present when the actual temperature is above the start-up temperature, and as extinguished when the actual temperature is below the start-up temperature.
  • the respective start-up temperature or the start-up temperature profile thus in each case specifies minimum values which the flame must have at least at a specific time.
  • the start-up temperature profile can in turn be selected specifically according to the gas, gas mixture or fuel to be burned, the selection being made by means of the valve positions of the valves determining the gas, gas mixture or fuel or the control device.
  • the evaluation unit is designed in such a way that it stores the actual temperature, preferably determined continuously or at regular intervals, as a comparison temperature during continuous operation and compares a current actual temperature with a past actual temperature stored as a comparison temperature as a third limit value .
  • the evaluation unit recognizes or evaluates the flame as being present when the actual temperature is above the comparison temperature, and as extinguished when the actual temperature is below the comparison temperature.
  • the actual temperature is preferably set with a value offset that reduces the temperature stored so that there is a time offset and a value offset between the current actual temperature and the comparison temperature.
  • the value offset is in particular in a range from 1 to 10 K, in particular 3 to 7 K and further in particular 4 to 6 K.
  • a tolerance can also be taken into account when comparing the values.
  • an advantageous development of the method provides that the combustion chamber is flooded with air or another suitable gas or gas mixture before the ignition process, so that any explosive or combustible mixtures that may be present are displaced from the combustion chamber and there is no uncontrolled combustion or explosion may occur.
  • a gas, gas mixture or fuel feeding the flame is fed to the combustion chamber during the ignition process, the start-up process and the continuous operation.
  • the gas is hydrogen gas and preferably 100% hydrogen gas. In the case of combustion of a gas mixture, this is in particular partly hydrogen gas.
  • the gas or the gas mixture is fed into the combustion chamber, for example, via a gas line or a gas lance.
  • the gas mixture preferably comprises 0-10% or 10-30% or 30-60% hydrogen gas.
  • the gas mixture can also change during operation of the burner, and the method according to the invention can be dynamically adapted to this.
  • the process can also be used not only for the combustion of hydrogen gases, but also works reliably with a wide variety of other gases or gas mixtures. For example, natural gas or a gas mixture comprising natural gas can also be burned, or the flame of such a combustion can be detected.
  • the gas, gas mixture or fuel supplied to the combustion chamber during the ignition process is ignited by means of a preferably electrical ignition device.
  • the supply of gas, gas mixture or fuel is stopped when it is recognized that the flame has extinguished.
  • the feed is preferably stopped immediately as soon as the extinction has been recognized.
  • further measures can be taken to prevent uncontrolled ignition and to prepare for a renewed controlled ignition.
  • the admixing or supply of individual components can also merely be stopped, so that, for example, only air is blown into the combustion chamber.
  • a supplied volume flow of the gas, gas mixture or fuel is increased, preferably following a predetermined course or profile. This also applies additionally or alternatively as long as the flame is recognized as being present during the start-up process. Further measures can also be taken. For example, the gas mixture can be changed.
  • the ignition time is preferably in a range from 1 to 10 seconds, in particular 2 to 5 seconds and more particularly 2 to 3 seconds.
  • the ignition time is particularly advantageously 3 seconds.
  • the ignition temperature is also preferably in a range from 5 to 50 K, in particular 10 to 15 K and further in particular 11 to 13 K higher than a comparison temperature determined by the temperature sensor immediately before the ignition process. In other words, during the ignition process, it must be within a predetermined time or when the predetermined time has elapsed For example, a temperature increase of at least 12 K can be detected in a time of 3 seconds, for example, in order to identify the flame as present and the ignition process as successful.
  • the start-up temperature profile is preferably a predetermined temperature curve which is also preferably stored in the evaluation unit and which in particular reflects a desired combustion or a desired start-up.
  • different temperature curves can be stored for different operating or combustion modes or for different gases, gas mixtures or fuels, which can be selected to suit the intended combustion. Since the combustion is to be ramped up quickly during the start-up process and the combustion temperature is to be increased, the start-up temperature stored in the start-up curve also preferably rises over time.
  • the starting temperature profile can alternatively be a temperature curve that is determined by a preferably mathematical model and optionally dynamically adaptable, or an individual temperature that is determined for the respective comparison point in time.
  • the start-up temperature or temperature curve can be a temperature inside or outside the flame and is in particular matched to the position of the temperature sensor. In particular, if the calculation or determination is provided using a model, this can take additional operating parameters into account.
  • a fan speed of a fan conveying the gas, the fuel or the gas mixture into the burner or the valve position of one or more valves determining the gas mixture can also be taken into account.
  • the actual temperatures determined by the temperature sensor during start-up monitoring can preferably be used in the evaluation unit and in particular are saved with the respective times. For example, only the actual temperatures of an intended start-up process can be stored in which the flame does not go out. The stored actual temperatures can then be used to determine or calculate the temperature curve used as the starting temperature profile or to verify or improve the model. In addition to the actual temperatures, the other operating parameters of the burner or the components that determine the operating parameters, such as valves or fans, can also be stored and then evaluated.
  • the start-up monitoring is preferably carried out until the actual temperature determined by the temperature sensor reaches the minimum temperature or is above this for the first time or permanently.
  • the minimum temperature based on the combustion of hydrogen gas is preferably at least 280 ° C.
  • the current actual temperature is preferably in a range from 0.1 to 1.0 seconds, in particular in a range from 0.2 to 0.5 seconds and more particularly in a range from 0.3 to 0.4 seconds Compare the past actual temperature previously saved as the comparison temperature.
  • the past actual temperature stored as a comparison temperature can be recorded as short as possible before the current actual temperature, i.e. with the smallest possible time offset of, for example, a maximum of 1.0 seconds, the value offset or any tolerance being matched to the time offset, see above that a maximum tolerable fluctuation of the actual temperature compared to the reference temperature is defined by the time and value offset.
  • the respective limit value specific for the ignition process, the start-up process and the continuous operation or the limit value curve is also preferably dependent on the operating parameters of the burner, such as the volume flow, the exact gas, gas mixture or fuel or the number of revolutions of an associated fan. Furthermore, valve positions can be taken into account, through which the volume flow and / or the gas mixture are determined.
  • Another aspect of the invention relates to a device for carrying out the method according to the invention.
  • a device for carrying out the method according to the invention.
  • Such a device comprises an evaluation unit and at least one temperature sensor arranged in the combustion chamber.
  • the device preferably comprises a valve or a plurality of valves or a valve arrangement for producing the gas mixture and for controlling the volume flow of the gas, gas mixture or fuel.
  • FIG. 1 a schematic diagram of a burner 1 with a combustion chamber 10, a gas lance 13 protruding into the combustion chamber 10, a blower 14 having a Venturi nozzle and a fan and a valve 15 determining a gas mixture is shown.
  • the fan 14 and the Venturi nozzle not shown but arranged in fan 14, is mixed with air flowing along flow 17 with a gas or gas mixture supplied through line 16, the amount of gas or gas mixture being determined by valve 15, which is preferably designed as a proportional valve.
  • the mixture of air and gas or air and gas mixture produced in this way flows along the flow 18 through the gas lance 13 into the combustion chamber 10, for example flowing out through a large number of holes provided in the gas lance 13.
  • the gas mixture flowing through the holes in the gas lance 13 is ignited, so that a large number of flames 11 or, in simplified terms, a flame 11 is formed, which must be monitored to prevent uncontrolled behavior of the burner 1 and in particular uncontrolled combustion or explosion to prevent.
  • At least one temperature sensor 12 is provided in the combustion chamber 10 and, for reasons of safety, preferably two or generally more temperature sensors 12, wherein, for example, a plurality of measuring or sensor heads determining an actual temperature can also be integrated in a temperature sensor 12.
  • a start-up process II in which a temperature of the flame 11 rises to a minimum temperature
  • a continuous operation III in which the temperature of the flame 11 is above the minimum temperature
  • the flame 11 is monitored for its presence or its extinction, an individual or continuous temperature comparison being made in each case.
  • the respective operating conditions and the temperature-specific behavior of the flame 11 must be taken into account, so that the comparison to be made deviates from one another during the different phases.
  • the actual temperature T IST is set with a Ignition temperature T GI compared, the ignition temperature T GI being a temperature determined before or at the start of the ignition process plus a predetermined temperature difference of 12 K, for example.
  • the flame 11 is determined to be not extinguished or burning.
  • the course of the actual temperature T IST is as in Figure 2 visible, not just parallel to the starting temperature curve T G-II , but can deviate from such a minimum requirement, in particular as time t progresses.
  • the combustion switches to continuous operation III.
  • a predetermined temperature should be maintained here.
  • the actual actual temperature T IST can, however, fluctuate depending on various environmental influences or environmental conditions.
  • an actual temperature previously stored with a time and value offset that is to say, a past actual temperature , is used as the comparison temperature T G-III.
  • the actual temperature T IST is therefore recorded and stored at a first point in time x or recorded and reduced by a predetermined temperature value, such as 5 K, and saved.
  • the then current actual temperature T IST is reduced directly during the comparison with the previous actual temperature T IST , which was reduced by the predetermined value, or with a tolerance is applied, compared. If the current temperature T is lower G-III used as the past and as a comparison temperature T actual temperature T act is recognized, the flame 11 and lapsed.
  • Such a time-shifted and value-shifted storage of the comparison temperature T G-III during continuous operation III is indicated by the vector arrows in FIG Figure 2 indicated.
  • comparison time t III An example of a comparison time t III is given, a comparison taking place continuously, that is to say continuously, or at predetermined time intervals. A clear drop in the actual temperature T IST below the comparison temperature T G-III is visible on the right-hand edge area of the curve, so that it disappears here the flame 11 would be detected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Flamme (11) in einem Brennraum (10) eines insbesondere mit Gas betriebenen Brenners (1) mit einer Auswerteeinheit und einem in dem Brennraum (10) angeordneten Temperatursensor (12), wobei die Flamme (11) während einem Zündvorgang (I), bei welchem die Flamme (11) entzündet wird, einem Anlaufvorgang (II), bei welchem eine Temperatur der Flamme (11) auf eine Mindesttemperatur steigt, und einem Dauerbetrieb (III), bei welchem die Temperatur der Flamme (11) oberhalb der Mindesttemperatur liegt, auf ihr Vorhandensein oder ihr Erlöschen überwacht wird, wobei während des Zündvorgangs (I), des Anlaufvorgangs (II) und dem Dauerbetrieb (III) eine Ist-Temperatur (T<sub>IST</sub>) durch den Temperatursensor (12) ermittelt wird und wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (T<sub>IST</sub>) mit einem jeweiligen für den Zündvorgang (I), den Anlaufvorgang (II) und den Dauerbetrieb (III) spezifischen Grenzwert (T<sub>G</sub>) oder einem Grenzwertverlauf vergleicht, welcher/welche jeweils für den Zündvorgang (I), den Anlaufvorgang (II) und den Dauerbetrieb (III) in der Auswerteeinheit hinterlegt ist oder bestimmt wird, und die Auswerteeinheit durch das Vergleichsergebnis bestimmt, ob die Flamme (11) vorhanden oder erloschen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Flamme in einem Brennraum eines Brenners sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Brenner vorzugsweise ein gasbetriebener Brenner ist.
  • Im Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Verfahren und zugehörigen Vorrichtungen zur Überwachung von Flammen in einem Brennraum eines gasbetriebenen Brenners bzw. allgemein eines Brenners bekannt.
  • Meist wird hierfür ein auf Ionisierung oder UV-Licht basierender Flammensensor verwendet. Solche Sensoren können jedoch insbesondere bei der Verbrennung von Wasserstoffgas bzw. eines Wasserstoffgas aufweisenden Gasgemisches nicht oder nur eingeschränkt verwendet werden.
  • Auf Ionisierung basierende Sensoren werden meist für die Erfassung einer mit Erdgas oder mit einem anderen Kohlenwasserstoffe umfassenden Gas gespeisten Flamme verwendet. Da es bei der Verbrennung von Wasserstoff insbesondere mangels Kohlenstoffatomen zu keiner mit derzeit verbreiteten Methoden messbaren Ionisierung kommt, kann eine Flamme einer Wasserstoffverbrennung nicht erfasst werden.
  • Da bei einer Wasserstoffverbrennung vergleichsweise wenig Licht freigesetzt wird, können diese durch auf der Erfassung von Licht basierenden Messmitteln, wie beispielsweise einem UV-Sensor, zwar zum Teil erfasst, das Vorhandensein einer Wasserstoff verbrennenden Flamme aufgrund der niedrigen Lichtintensität jedoch nicht zuverlässig detektiert werden. Hinzukommt, dass für die Verwendung eines UV-Sensors meist ein Schauglas oder dergleichen notwendig ist, um überhaupt Strahlung aus der Brennkammer erfassen zu können. Solche Schaugläser sind entsprechend anfällig für Verschmutzung, so dass die Erfassung der Flamme noch unzuverlässiger wird.
  • Die Flamme einer reinen Wasserstoffverbrennung ist für das menschliche Auge zudem nicht sichtbar, da sie im ultra-violetten Bereich strahlt, wobei es durch Verschmutzungen oder dem konkreten Gasgemisch bei der Verbrennung dennoch zu einem wahrnehmbaren Leuchten kommen kann. Ferner ist die Verbrennungsgeschwindigkeit sehr hoch, so dass sich die Flammen schnell ausbreiten können und es auch einfach zu Fehlzündungen kommen kann.
  • Solange mit dem Wasserstoffgas bzw. einem bestimmungsgemäßen das Wasserstoffgas umfassenden Gasgemisch nicht andere Substanzen mit brennen, wird auch kein Qualm oder Rauch erzeugt, was ein wünschenswerter Effekt zur Reduktion von Emissionen ist.
  • Aus diesen Eigenschaften ergibt sich, dass die Erfassung einer Flamme bei der Verbrennung von Wasserstoff sowie die Steuerung der Verbrennung von Wasserstoff mit den im Stand der Technik verbreiteten Mitteln und Methoden schwierig ist.
  • Aufgrund der Gefahren, welche mit der Verbrennung oder dem Fehlen dieser Verbrennung in einem ein Wasserstoffgas oder ein Wasserstoffgas-Gemisch verbrennenden Brenner verbundenen sind, ist es wünschenswert, die Flamme einer solchen Verbrennung zu erfassen und bei Erlöschen der Flamme entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung bereitzustellen, durch welche das Vorhandensein und das Erlöschen einer Flamme insbesondere auch bei einer Wasserstoffverbrennung zuverlässig erfasst werden kann und entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der aus einer erloschenen Flamme entstehenden Gefahren eingeleitet werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Überwachung einer Flamme in einem Brennraum eines Brenners und vorzugsweise eines mit Gas betriebenen Brenners vorgeschlagen. Die Flamme kann bei einem Gas betriebenen Brenner auch als Gas-Flamme bezeichnet werden. Zudem sind in dem Brenner oftmals eine Vielzahl von Flammen vorhanden, welche im Weiteren mit umfasst sind, wobei vereinfachend von einer Flamme gesprochen wird. Das Verfahren wird mit einer Auswerteeinheit und einem in dem Brennraum angeordneten Temperatursensor durchgeführt. Die Flamme wird bei bzw. während einem Zündvorgang, bei welchem die Flamme entzündet wird, einem Anlaufvorgang, bei welchem eine Temperatur der Flamme auf eine Mindesttemperatur steigt, und einem Dauerbetrieb, bei welchem die Temperatur der Flamme oberhalb der Mindesttemperatur liegt, auf ihr Vorhandensein oder ihr Erlöschen überwacht. Diese drei Phasen, also Zündvorgang, Anlaufvorgang und Dauerbetrieb sind jeweils kritisch, da die Flamme insbesondere beim Zündvorgang und beim Anlaufvorgang aber auch während des Dauerbetriebs aufgrund unterschiedlichster Faktoren leicht erlöschen kann. Beispielsweise kann diese aufgrund einer Schwankung einer Gas- oder allgemein Brennstoffzufuhr, einer Veränderung des Gas- oder allgemein Brennstoffgemisches, einem Luftzug von außen oder dergleichen erlöschen, wodurch beispielsweise bei einem mit Gas betriebenen Brenner anschließend unkontrolliert und unerkannt Gas und insbesondere Wasserstoffgas oder ein Wasserstoffgas umfassendes Gasgemisch ausströmen würde. Hinzukommt, dass während der unterschiedlichen Phasen, also Zündvorgang, Anlaufvorgang und Dauerbetrieb, andere Betriebsparameter des Brenners zum Einsatz kommen, so dass es nicht möglich ist, die Flamme durchgehend auf die gleiche Weise zu erfassen. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, während des Zündvorgangs, des Anlaufvorgangs und dem Dauerbetrieb insbesondere fortlaufend und vorzugsweise kontinuierlich oder in diskreten vorbestimmten Zeitabständen eine Ist-Temperatur durch den Temperatursensor zu ermitteln. Aus einer Vielzahl von ermittelten Ist-Temperaturen kann sich zudem ein Ist-Temperaturverlauf ergeben, welcher in der Auswerteeinheit gespeichert werden kann. Ferner vergleicht die Auswerteeinheit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Ist-Temperatur mit einem jeweiligen für den Zündvorgang, den Anlaufvorgang und den Dauerbetrieb spezifischen Grenzwert oder einem Grenzwertverlauf, welcher/welche jeweils für den Zündvorgang, den Anlaufvorgang und den Dauerbetrieb in der Auswerteeinheit hinterlegt ist oder bestimmt wird. Die Auswerteeinheit bestimmt bzw. ermittelt durch das Vergleichsergebnis, ob die Flamme vorhanden oder erloschen ist.
  • Die grundlegende Idee ist es daher, zunächst die Flamme in den verschiedenen Phasen der Verbrennung durch einen Vergleich der Ist-Temperatur und für die jeweilige Phase spezifischen Parametern zu überwachen, so dass frühzeitig erkannt werden kann, ob die Flamme erloschen ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich bevorzugt auf die Verbrennung von Wasserstoffgas bzw. auf die Verbrennung eines Wasserstoffgas umfassenden Gasgemisches, wobei das Verfahren auch für andere Gase oder Gasgemische einsetzbar ist, so dass das Verfahren bzw. ein das Verfahren umsetzende Vorrichtung bzw. Brenner verschiedene Gase verbrennen kann und universell einsetzbar ist. Neben einer Verbrennung von Gasen kann das Verfahren aber auch für die Überwachung einer Flamme bei anderen Kraft- bzw. Brennstoffen eingesetzt werden. Beispielsweise kann auch eine Flamme bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen wie Heizöl oder Festbrennstoffen wie Pellets mit dem erfindungsgemäßen Verfahren überwacht werden. Die nachfolgend erläuterten Merkmale sind ebenfalls auf die Überwachung einer Flamme in einem Brennraum eines mit Flüssig- oder Festbrennstoffen betriebenen Brenners übertragbar.
  • Abhängig davon, an welcher Position der Temperatursensor in dem Brennraum angeordnet ist, kann zudem die Überwachung der Flamme mit verschiedenen Temperaturprofilen realisiert sein. Beispielsweise kann der Temperatursensor derart angeordnet sein, dass er während allen Phasen der Verbrennung außerhalb oder innerhalb der Flamme angeordnet ist. Da sich die Größe der Flamme insbesondere beim Übergang der Phasen der Verbrennung oder während diesen verändern kann, ist es auch möglich, den Temperatursensor in dem Brennraum gezielt so anzuordnen, dass dieser bei einer ersten Phase außerhalb und bei einer zweiten Phase innerhalb der Flamme liegt.
  • Als Temperatursensor wird bevorzugt ein Thermoelement verwendet. Zur Erhöhung der Sicherheit können zudem auch mehrere Temperatursensoren, beispielsweise zwei, verwendet werden, wobei deren Sensormesswerte einzeln oder gemeinsam als Ist-Temperatur verwendet werden können. Hierfür kann beispielsweise eine Plausibilitätsprüfung vorgesehen sein, durch welche geprüft wird, ob die Messwerte plausibel sind, so dass entsprechend nur korrekte Messwerte als Ist-Temperatur verwendet werden.
  • Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens sieht zudem vor, dass die Auswerteeinheit die insbesondere kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen ermittelte Ist-Temperatur während des Zündvorgangs mit einer Zündungstemperatur als ersten Grenzwert vergleicht. Weiter erkennt bzw. bewertet die Auswerteeinheit die Flamme als vorhanden und den Zündvorgang somit als erfolgreich, wenn die Ist-Temperatur innerhalb einer vorbestimmten Zündungszeit über die Zündungstemperatur steigt. Zudem erkennt bzw. bewertet die Auswerteeinheit die Flamme als erloschen, wenn die Ist-Temperatur innerhalb der vorbestimmten Zündungszeit nicht über die Zündungstemperatur steigt. Hierzu kann der Vergleich der Ist-Temperatur mit der Zündungstemperatur durchgehend bis zum Ablauf der Zündungszeit oder alternativ einmalig zum bzw. beim Ablauf der Zündungszeit stattfinden. Zündungszeit und Zündungstemperatur können in Abhängigkeit des zu zündenden bzw. des zu verbrennenden Gases, Gasgemisches oder allgemein Brennstoffes sowie abhängig von der Position des Temperatursensors in der Auswerteeinheit gespeichert sein und abhängig von dem jeweiligen Gas, Gasgemisch oder Brennstoff ausgewählt werden. Die Auswahl kann auch automatisch in Abhängigkeit von Ventilstellungen der das Gemisch herstellenden Ventile oder automatisch von einem Steuergerät getroffen werden.
  • Zur Überwachung der Flamme während des Anlaufvorgangs sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens vor, dass die Auswerteeinheit die wiederum insbesondere kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen ermittelte Ist-Temperatur während des Anlaufvorgangs mit einer zeitspezifischen Anlauftemperatur eines vorzugsweise über die Zeit ansteigenden Anlauftemperaturverlaufs als zweiten Grenzwert vergleicht. Dabei wird eine erfasste Ist-Temperatur entsprechend mit einer zeitlich zu dieser korrespondierenden Anlauftemperatur verglichen, welche dem Anlauftemperaturverlauf, welche auch als Anlauftemperaturkurve oder -profil bezeichnet werden kann, entnommen wurde. Die Auswerteeinheit erkennt bzw. bewertet die Flamme als vorhanden, wenn die Ist-Temperatur oberhalb der Anlauftemperatur ist, und als erloschen, wenn die Ist-Temperatur unterhalb der Anlauftemperatur ist.
  • Vorzugsweise gibt die jeweilige Anlauftemperatur bzw. der Anlauftemperaturverlauf also jeweils Mindestwerte vor, welche die Flamme zu einer bestimmten Zeit mindestens haben muss. Der Anlauftemperaturverlauf kann wiederum spezifisch nach dem zu verbrennenden Gas, Gasgemisch oder Brennstoff ausgewählt werden, wobei die Auswahl mittels der Ventilstellungen der das Gas, Gasgemisch oder Brennstoff bestimmenden Ventile oder dem Steuergerät getroffen werden kann.
  • Weiter ist zur Überwachung während des Dauerbetriebs die Auswerteeinheit dahingehend ausgebildet, dass diese die vorzugsweise kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen ermittelte Ist-Temperatur während dem Dauerbetrieb als Vergleichstemperatur speichert und eine aktuelle Ist-Temperatur mit einer als Vergleichstemperatur gespeicherten vergangenen Ist-Temperatur als dritten Grenzwert vergleicht. Die Flamme wird von der Auswerteeinheit als vorhanden erkannt bzw. bewertet, wenn die Ist-Temperatur oberhalb der Vergleichstemperatur ist, und als erloschen, wenn die Ist-Temperatur unterhalb der Vergleichstemperatur ist.
  • Um eine falsche Erkennung der Flamme als erloschen aufgrund geringfügiger Schwankungen der Temperaturen auszuschließen, wird die Ist-Temperatur vorzugsweise mit einem die Temperatur verringernden Wertversatz gespeichert, so dass zwischen der aktuellen Ist-Temperatur und der Vergleichstemperatur ein Zeitversatz und einem Wertversatz besteht. Der Wertversatz liegt insbesondere in einem Bereich von 1 bis 10 K, insbesondere 3 bis 7 K und weiter insbesondere 4 bis 6 K. Statt der Speicherung der Ist-Temperaturen mit einem Wertversatz kann bei dem Vergleich der Werte auch eine Toleranz berücksichtigt werden.
  • Aus Sicherheitsgründen ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass der Brennraum vor dem Zündvorgang mit Luft oder einem anderen dafür geeignetem Gas bzw. Gasgemisch geflutet wird, so dass eventuell vorhandene explosive oder brennbare Gemische aus dem Brennraum verdrängt werden und es zu keiner unkontrollierten Verbrennung oder Explosion kommen kann.
  • Bei dem Zündvorgang, dem Anlaufvorgang und dem Dauerbetrieb wird dem Brennraum gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante ein die Flamme speisendes Gas, Gasgemisch oder Brennstoff zugeführt. Das Gas ist insbesondere Wasserstoffgas und vorzugsweise 100% Wasserstoffgas. Im Falle einer Verbrennung eines Gasgemisches ist dieses insbesondere zu einem Teil Wasserstoffgas. Das Gas bzw. das Gasgemisch wird beispielsweise über eine Gasleitung oder eine Gaslanze in den Brennraum geführt. Vorzugsweise umfasst das Gasgemisch zu einem Anteil von 0-10% oder zu einem Anteil von 10-30% oder zu einem Anteil von 30-60% Wasserstoffgas. Das Gasgemisch kann sich zudem während des Betriebs des Brenners ändern, wobei das erfindungsgemäße Verfahren dynamisch daran angepasst werden kann. Das Verfahren kann zudem nicht nur bei der Verbrennung von Wasserstoffgasen genutzt werden, sondern funktioniert auch zuverlässig bei verschiedensten anderen Gasen oder Gasgemischen. Beispielsweise kann auch Erdgas oder ein Erdgas umfassendes Gasgemisch verbrannt, bzw. die Flamme einer solchen Verbrennung detektiert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das bei dem Zündvorgang dem Brennraum zugeführte Gas, Gasgemisch oder der Brennstoff mittels einer vorzugsweise elektrischen Zündvorrichtung entzündet.
  • Um nach einem detektierten Erlöschen der Flamme ein unkontrolliertes Entzünden zu verhindern, wird die Zuführung des Gases, Gasgemisches oder des Brennstoffes gestoppt, wenn erkannt wird, dass die Flamme erloschen ist. Vorzugsweise wird die Zuführung sofort gestoppt, sobald das Erlöschen erkannt wurde. Neben dem Unterbinden bzw. Unterbrechen der Zufuhr können weitere Maßnahmen getroffen werden, um eine unkontrollierte Zündung zu verhindern und ein erneutes kontrolliertes Zünden vorzubereiten. Insbesondere wenn ein Gasgemisch zugeführt wird, kann auch lediglich die Beimischung bzw. Zuführung einzelner Komponenten gestoppt werden, so dass beispielsweise nur noch Luft in den Brennraum eingeblasen wird.
  • Wird die Flamme bei dem Zündvorgang als vorhanden erkannt bzw. bestimmt, wird bei einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung ein zugeführter Volumenstrom des Gases, Gasgemisches oder Brennstoffes vorzugsweise einem vorbestimmten Verlauf oder Profil folgend erhöht. Das gilt zusätzlich oder alternativ auch solange die Flamme bei dem Anlaufvorgang als vorhanden erkannt wird. Ferner können auch weitere Maßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann das Gasgemisch verändert werden.
  • Die Zündungszeit liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 10 Sekunden, insbesondere 2 bis 5 Sekunden und weiter insbesondere 2 bis 3 Sekunden. Besonders vorteilhaft beträgt die Zündungszeit 3 Sekunden. Die Zündungstemperatur ist ferner vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 50 K, insbesondere 10 bis 15 K und weiter insbesondere 11 bis 13 K höher, als eine unmittelbar vor dem Zündvorgang durch den Temperatursensor ermittelte Vergleichstemperatur. Anders ausgedrückt muss bei dem Zündvorgang innerhalb einer vorbestimmten Zeit oder bei Ablauf der vorbestimmten Zeit von beispielsweise 3 Sekunden ein Temperaturanstieg um beispielsweise mindestens 12 K detektiert werden, um die Flamme als vorhanden und den Zündvorgang als erfolgreich zu erkennen.
  • Der Anlauftemperaturverlauf ist vorzugsweise eine vorbestimmte und weiter vorzugsweise in der Auswerteeinheit gespeicherte Temperaturkurve, welche insbesondere eine gewünschte Verbrennung bzw. einen gewünschten Anlauf wiederspiegelt. Zudem können für verschiedene Betriebs- oder Verbrennungsmodi bzw. für verschiedene Gase, Gasgemische oder Brennstoffe verschiedene Temperaturkurven hinterlegt sein, welche passend für die vorgesehene Verbrennung ausgewählt werden können. Da die Verbrennung bei dem Anlaufvorgang schnell hochgefahren und die Verbrennungstemperatur gesteigert werden soll, steigt auch die in der Anlaufkurve hinterlegte Anlauftemperatur vorzugsweise über die Zeit an. Ferner kann der Anlauftemperaturverlauf alternativ eine durch ein vorzugsweise mathematisches Modell bestimmte und optional dynamisch anpassbare Temperaturkurve bzw. eine für den jeweiligen Vergleichszeitpunkt bestimmte Einzeltemperatur sein. Die Anlauftemperatur bzw. Temperaturkurve, egal ob diese vorbestimmt, dynamisch angepasst oder durch ein Modell berechnet wird, kann eine Temperatur in oder außerhalb der Flamme sein und ist insbesondere auf die Position des Temperatursensors abgestimmt. Insbesondere wenn die Berechnung bzw. Bestimmung über ein Modell vorgesehen ist, kann dieses zusätzliche Betriebsparameter berücksichtigen. Neben einem Volumenstrom des Brennstoffes, des Gases, der Zusammensetzung des Gases oder Gasgemisches kann beispielsweise auch eine Ventilatordrehzahl eines das Gas, den Brennstoff oder das Gasgemisch in den Brenner fördernden Ventilators oder die Ventilstellung eines oder mehrerer das Gasgemisch bestimmender Ventile berücksichtigt werden.
  • Die durch den Temperatursensor während der Anlaufüberwachung ermittelten Ist-Temperaturen können vorzugsweise in der Auswerteeinheit und insbesondere mit den jeweils zugehörigen Zeitpunkten gespeichert werden. Beispielsweise können auch nur die Ist-Temperaturen eines bestimmungsgemäßen Anlaufvorgangs gespeichert werden, bei welchem die Flamme nicht erlischt. Die gespeicherten Ist-Temperaturen können dann zur Bestimmung oder Berechnung der als Anlauftemperaturverlauf verwendeten Temperaturkurve oder zur Verifizierung oder Verbesserung des Modells verwendet werden. Zusätzlich zu den Ist-Temperaturen können auch die weiteren Betriebsparameter des Brenners oder der die Betriebsparameter bestimmenden Komponenten, wie Ventile oder Ventilatoren, gespeichert und anschließend ausgewertet werden.
  • Vorzugweise erfolgt die Anlaufüberwachung, bis die von dem Temperatursensor ermittelte Ist-Temperatur die Mindesttemperatur erreicht bzw. erstmalig oder dauerhaft oberhalb dieser ist. Die Mindesttemperatur ist bezogen auf die Verbrennung von Wasserstoffgas vorzugsweise zumindest 280°C.
  • Die aktuelle Ist-Temperatur wird vorzugsweise mit einer in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 Sekunden, insbesondere in einem Bereich von 0,2 bis 0,5 Sekunden und weiter insbesondere in einem Bereich von 0,3 bis 0,4 Sekunden zuvor als Vergleichstemperatur gespeicherten vergangenen Ist-Temperatur vergleichen. Allgemein kann die als Vergleichstemperatur gespeicherte vergangene Ist-Temperatur möglichst kurz vor der aktuellen Ist-Temperatur, also mit möglichst geringen Zeitversatz von beispielsweise maximal 1,0 Sekunden, aufgenommen werden, wobei der Wertversatz bzw. eine etwaige Toleranz auf den Zeitversatz abgestimmt ist, so dass also durch Zeit- und Wertversatz eine maximal tolerierbare Schwankung der Ist-Temperatur gegenüber der Vergleichstemperatur definiert wird.
  • Der jeweilige für den Zündvorgang, den Anlaufvorgang und den Dauerbetrieb spezifische Grenzwert oder der Grenzwertverlauf ist zudem vorzugsweise von Betriebsparametern des Brenners, wie beispielsweise dem Volumenstrom, dem genauen Gas, Gasgemisch oder Brennstoff oder der Umdrehungszahl eines zugehörigen Ventilators abhängig. Ferner können Ventilstellungen berücksichtigt werden, durch welche der Volumenstrom und/oder das Gasgemisch bestimmt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine solche Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit und zumindest einen in dem Brennraum angeordneten Temperatursensor.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung vorzugsweise ein Ventil oder mehrere Ventile bzw. eine Ventilanordnung zur Herstellung des Gasgemisches und der Volumenstromsteuerung des Gases, Gasgemisches oder Brennstoffes.
  • Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Prinzipskizze eines Brenners;
    Fig. 2
    eine Temperaturkurve einer Verbrennung über die drei Phasen der Verbrennung.
  • Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
  • Durch Figur 1 ist eine Prinzipskizze eines Brenners 1 mit einem Brennraum 10, einer in den Brennraum 10 ragenden Gaslanze 13 einem eine Venturidüse und einen Ventilator aufweisenden Gebläse 14 und einem ein Gasgemisch bestimmendem Ventil 15 dargestellt. Durch das Gebläse 14 und der nicht gezeigten aber in dem Gebläse 14 angeordneten Venturidüse wird einer entlang der Strömung 17 einströmenden Luft ein durch die Leitung 16 zugeführtes Gas oder Gasgemisch beigemischt, wobei die Menge an Gas oder Gasgemisch durch das vorzugsweise als Proportionalventil ausgeführte Ventil 15 bestimmt wird. Das dadurch hergestellte Gemisch aus Luft und Gas oder Luft und Gasgemisch strömt entlang der Strömung 18 durch die Gaslanze 13 in den Brennraum 10, wobei es beispielsweise durch eine Vielzahl von in der Gaslanze 13 vorgesehenen Löchern ausströmt. Beim Zündvorgang I wird das durch die Löcher der Gaslanze 13 strömende Gasgemisch entzündet, so dass sich eine Vielzahl von Flammen 11 bzw. vereinfacht eine Flamme 11 bildet, welche überwacht werden muss, um ein unkontrolliertes Verhalten des Brenners 1 und insbesondere eine unkontrollierte Verbrennung oder Explosion zu verhindern.
  • Hierfür ist in dem Brennraum 10 ferner zumindest ein Temperatursensor 12 und aus Gründen der Sicherheit vorzugsweise zwei oder allgemein mehrere Temperatursensoren 12 vorgesehen, wobei auch beispielsweise mehrere eine Ist-Temperatur ermittelnde Mess- oder Sensorköpfe in einen Temperatursensor 12 integriert sein können.
  • Während der verschiedenen Phasen der Verbrennung und insbesondere während einem Zündvorgang I, bei welchem die Flamme 11 entzündet wird, einem Anlaufvorgang II, bei welchem eine Temperatur der Flamme 11 auf eine Mindesttemperatur steigt, und einem Dauerbetrieb III, bei welchem die Temperatur der Flamme 11 oberhalb der Mindesttemperatur liegt, wird die Flamme 11 auf ihr Vorhandensein oder ihr Erlöschen überwacht, wobei jeweils ein einzelner bzw. fortlaufend ein Temperaturvergleich vorgenommen wird. Hierbei müssen die jeweiligen Betriebsbedingungen und das temperaturspezifische Verhalten der Flamme 11 berücksichtigt werden, so dass der vorzunehmende Vergleich während der unterschiedlichen Phasen voneinander abweicht.
  • In Figur 2 sind diese Hauptphasen der Verbrennung, also der Zündvorgang I, der Anlaufvorgang II und der Dauerbetrieb III, bzw. die Ist-Temperatur TIST während der Phasen über die Zeit t aufgetragen.
  • Um zu Prüfen, ob die Flamme 11 beim Zündvorgang I entzündet werden konnte, wird in dem dargestellten Beispiel am Ende des Zündvorgangs I also bei Ablauf der Zündungszeit tI, welche hier beispielsweise mit 3 Sekunden gewählt wurde, die Ist-Temperatur TIST mit einer Zündungstemperatur TG-I verglichen, wobei die Zündungstemperatur TG-I eine vor oder bei Beginn des Zündvorgangs ermittelte Temperatur zuzüglich einer vorbestimmten Temperaturdifferenz von beispielsweise 12 K ist.
  • Liegt die Ist-Temperatur TIST oberhalb der Zündungstemperatur TG-I war der Zündvorgang I erfolgreich und die Flamme 11 brennt. Ansonsten wird die Verbrennung bzw. die weiteren Phasen abgebrochen und kein Gas oder Gasgemisch mehr zugeführt.
  • In dem an den Zündvorgang I anschließenden Anlaufvorgang II wird die Flamme 11 bzw. die Verbrennung hochgefahren, so dass sich die Ist-Temperatur TIST erhöht. Hierbei findet fortlaufend, also stetig oder in diskreten Zeitabständen ein Vergleich der Ist-Temperatur TIST mit einer für den jeweiligen Vergleichszeitpunkt spezifischen Vergleichstemperatur eines Anlauftemperaturverlaufs TG-II statt. Beispielhaft ist in Figur 2 ein einzelner Vergleich des fortwährenden Vergleichsvorgangs eingezeichnet, bei welchem zu einem Zeitpunkt tII eine zu diesem Zeitpunkt herrschende Ist-Temperatur Tx mit einer für diesen Zeitpunkt spezifischen Vergleichstemperatur TG-X des Anlauftemperaturverlaufs TG-II verglichen wird. Liegt die jeweils aktuelle Ist-Temperatur TIST über der jeweiligen Vergleichstemperatur des des Anlauftemperaturverlaufs TG-II, wird die Flamme 11 als nicht erloschen bzw. brennend bestimmt. Der Verlauf der Ist-Temperatur TIST liegt, wie in Figur 2 sichtbar, nicht lediglich parallel zu dem Anlauftemperaturverlauf TG-II, sondern kann von einer solchen Mindesterfordernis insbesondere mit einem fortschreiten der Zeit t abweichen.
  • Mit Abschluss des Anlaufvorgangs II, welcher durch ein Erreichen einer vorbestimmten Temperatur oder Ablauf einer vorbestimmten Zeit erreicht werden kann, geht die Verbrennung in den Dauerbetrieb III über. Hierbei soll meist eine vorbestimmte Temperatur gehalten werden. Die tatsächliche Ist-Temperatur TIST kann jedoch abhängig von verschiedenen Umwelteinflüssen bzw. Umgebungsbedingungen schwanken. Um zu verhindern, dass die Flamme 11 aufgrund einer solchen Schwankung fälschlich als erloschen erkannt wird, wird als Vergleichstemperatur TG-III eine zuvor mit Zeit- und Wertversatz gespeicherte, also vergangene Ist-Temperatur herangezogen. Vereinfacht ausgedrückt, wird also die Ist-Temperatur TIST zu einem ersten Zeitpunkt x erfasst und gespeichert oder erfasst und um einen vorbestimmten Temperaturwert, wie beispielsweise 5 K, erniedrigt und gespeichert. Zu einem nachfolgenden Zeitpunkt x+1, beispielsweise 0,3 Sekunden später, wird die dann aktuelle Ist-Temperatur TIST mit der vergangenen Ist-Temperatur TIST, der um den vorbestimmten Wert erniedrigt wurde, unmittelbar beim Vergleich erniedrigt wird oder mit einer Toleranz beaufschlagt wird, verglichen. Ist die aktuelle Ist-Temperatur TIST niedriger als die vergangene und als Vergleichstemperatur TG-III genutzte Ist-Temperatur TIST, wird die Flamme 11 als erloschen erkannt.
  • Eine solche zeit- und wertversetzte Speicherung der Vergleichstemperatur TG-III während des Dauerbetriebs III ist durch die Vektorpfeile in Figur 2 angedeutet.
  • Ein beispielsweiser Vergleichszeitpunkt tIII ist gegeben, wobei ein Vergleich fortlaufend, also stetig oder in vorbestimmten Zeitintervallen stattfindet. Ein deutliches Abfallen der Ist-Temperatur TIST unter die Vergleichstemperatur TG-III ist am rechten Randbereich des Verlaufs sichtbar, so dass hier ein Erlöschen der Flamme 11 detektiert werden würde.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Überwachung einer Flamme (11) in einem Brennraum (10) eines insbesondere mit Gas betriebenen Brenners (1) mit einer Auswerteeinheit und einem in dem Brennraum (10) angeordneten Temperatursensor (12),
    wobei die Flamme (11) während einem Zündvorgang (I), bei welchem die Flamme (11) entzündet wird, einem Anlaufvorgang (II), bei welchem eine Temperatur der Flamme (11) auf eine Mindesttemperatur steigt, und einem Dauerbetrieb (III), bei welchem die Temperatur der Flamme (11) oberhalb der Mindesttemperatur liegt, auf ihr Vorhandensein oder ihr Erlöschen überwacht wird,
    wobei während des Zündvorgangs (I), des Anlaufvorgangs (II) und dem Dauerbetrieb (III) eine Ist-Temperatur (TIST) durch den Temperatursensor (12) ermittelt wird
    und wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (TIST) mit einem jeweiligen für den Zündvorgang (I), den Anlaufvorgang (II) und den Dauerbetrieb (III) spezifischen Grenzwert (TG) oder einem Grenzwertverlauf vergleicht, welcher/welche jeweils für den Zündvorgang (I), den Anlaufvorgang (II) und den Dauerbetrieb (III) in der Auswerteeinheit hinterlegt ist oder bestimmt wird, und die Auswerteeinheit durch das Vergleichsergebnis bestimmt, ob die Flamme (11) vorhanden oder erloschen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (TIST) während des Zündvorgangs (I) mit einer Zündungstemperatur (TG-I) als ersten Grenzwert (TG) vergleicht,
    die Flamme (11) als vorhanden erkennt, wenn die Ist-Temperatur (TIST) innerhalb einer vorbestimmten Zündungszeit (tI) über die Zündungstemperatur (TG-I) steigt,
    und die Flamme (11) als erloschen erkennt, wenn die Ist-Temperatur (TIST) innerhalb der vorbestimmten Zündungszeit (tI) nicht über die Zündungstemperatur (TG-I) steigt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (TIST) während des Anlaufvorgangs (II) mit einer zeitspezifischen Anlauftemperatur eines Anlauftemperaturverlaufs (TG-II) als zweiten Grenzwert (TG) vergleicht,
    die Flamme (11) als vorhanden erkennt, wenn die Ist-Temperatur (TIST) oberhalb der Anlauftemperatur ist,
    und die Flamme (11) als erloschen erkennt, wenn die Ist-Temperatur (TIST) unterhalb der Anlauftemperatur ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (TIST) während dem Dauerbetrieb (III) als Vergleichstemperatur (TG-III) speichert und eine aktuelle Ist-Temperatur (TIST) mit einer als Vergleichstemperatur (TG-III) gespeicherten vergangenen Ist-Temperatur (TIST) als dritten Grenzwert (TG) vergleicht,
    die Flamme (11) als vorhanden erkennt, wenn die Ist-Temperatur (TIST) oberhalb der Vergleichstemperatur (TG-III) ist,
    und die Flamme (11) als erloschen erkennt, wenn die Ist-Temperatur (TIST) unterhalb der Vergleichstemperatur (TG-III) ist.
  5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei die Ist-Temperatur (TIST) mit einem die Temperatur verringernden Wertversatz gespeichert wird, so dass zwischen der aktuellen Ist-Temperatur (TIST) und der Vergleichstemperatur ein Zeitversatz und einem Wertversatz besteht,
    und wobei der Wertversatz insbesondere in einem Bereich von 1 bis 10 K, insbesondere 3 bis 7 K und weiter insbesondere 4 bis 6 K liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei vor dem Zündvorgang (I) der Brennraum (10) mit Luft geflutet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei bei dem Zündvorgang (I), dem Anlaufvorgang (II) und dem Dauerbetrieb (III) dem Brennraum (10) ein die Flamme (11) speisendes Gas insbesondere Wasserstoffgas oder ein Gasgemisch, welches insbesondere zu einem Teil Wasserstoffgas umfasst, zugeführt wird.
  8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei das bei dem Zündvorgang (I) dem Brennraum (10) zugeführte Gas oder Gasgemisch mittels einer Zündvorrichtung entzündet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8,
    die Zuführung des Gases oder Gasgemisches gestoppt wird, wenn erkannt wird, dass die Flamme (11) erloschen ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9,
    wobei ein zugeführter Volumenstrom des Gases oder Gasgemisches erhöht wird, wenn die Flamme (11) bei dem Zündvorgang (I) als vorhanden erkannt wird und/oder solange die Flamme (11) bei dem Anlaufvorgang (II) als vorhanden erkannt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10,
    wobei die Zündungszeit (tI) in einem Bereich von 1 bis 10 Sekunden, insbesondere 2 bis 5 Sekunden und weiter insbesondere 2 bis 3 Sekunden liegt
    und/oder die Zündungstemperatur (TG-I) in einem Bereich von 5 bis 50 K, insbesondere 10 bis 15 K und weiter insbesondere 11 bis 13 K höher ist, als eine unmittelbar vor dem Zündvorgang (I) durch den Temperatursensor (12) ermittelte Vergleichstemperatur.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 11,
    wobei der Anlauftemperaturverlauf eine vorbestimmte Temperaturkurve ist
    oder eine durch ein Modell bestimmte Temperaturkurve ist.
  13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
    wobei die durch den Temperatursensor (12) während des Anlaufvorgangs (II) ermittelten Ist-Temperaturen (TIST) gespeichert werden und die gespeicherten Ist-Temperaturen (TIST) zur Bestimmung oder Berechnung der als Anlauftemperaturverlauf verwendeten Temperaturkurve oder zur Verifizierung oder Verbesserung des Modells verwendet werden.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 13,
    wobei die aktuelle Ist-Temperatur (TIST) mit einer in einem Bereich von 0,1 bis 1,0 Sekunden, insbesondere in einem Bereich von 0,2 bis 0,5 Sekunden und weiter insbesondere in einem Bereich von 0,3 bis 0,4 Sekunden zuvor als Vergleichstemperatur gespeicherten vergangenen Ist-Temperatur (TIST) verglichen wird.
  15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 15 mit einer Auswerteeinheit und zumindest einem in dem Brennraum (10) eines gasbetriebenen Brenners (1) angeordneten Temperatursensor (12).
EP21180208.7A 2020-07-01 2021-06-18 Verfahren zur überwachung einer flamme in einem brennraum eines brenners Pending EP3933267A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020117348.2A DE102020117348A1 (de) 2020-07-01 2020-07-01 Verfahren zur Überwachung einer Flamme in einem Brennraum eines Brenners

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3933267A1 true EP3933267A1 (de) 2022-01-05

Family

ID=76522862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21180208.7A Pending EP3933267A1 (de) 2020-07-01 2021-06-18 Verfahren zur überwachung einer flamme in einem brennraum eines brenners

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3933267A1 (de)
DE (1) DE102020117348A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0346829A1 (de) * 1988-06-15 1989-12-20 Firma J. Eberspächer In mehreren Leistungsstufen betreibbares Heizgerät für Kraftfahrzeuge
DE19903305A1 (de) * 1999-01-28 2000-08-10 Webasto Thermosysteme Gmbh Verfahren zur Flammüberwachung in einem Fahrzeugheizgerät
EP1992877A2 (de) * 2007-05-16 2008-11-19 J. Eberspächer GmbH Co. KG Verfahren zur Flammüberwachung bei einem brennstoffbetriebenen Heizgerät
US20140212821A1 (en) * 2010-05-05 2014-07-31 7794754 Canada Inc. Ignition system for flame emitting apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0346829A1 (de) * 1988-06-15 1989-12-20 Firma J. Eberspächer In mehreren Leistungsstufen betreibbares Heizgerät für Kraftfahrzeuge
DE19903305A1 (de) * 1999-01-28 2000-08-10 Webasto Thermosysteme Gmbh Verfahren zur Flammüberwachung in einem Fahrzeugheizgerät
EP1992877A2 (de) * 2007-05-16 2008-11-19 J. Eberspächer GmbH Co. KG Verfahren zur Flammüberwachung bei einem brennstoffbetriebenen Heizgerät
US20140212821A1 (en) * 2010-05-05 2014-07-31 7794754 Canada Inc. Ignition system for flame emitting apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020117348A1 (de) 2022-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3919817B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erkennung von fehlern beim zünden eines brenners mit einem gebläse für die zufuhr von luft und einem brennstoffventil
EP1621811A1 (de) Betriebsverfahren für eine Feuerungsanlage
DE202018101271U1 (de) Brenngasbetriebenes Heizgerät
EP2116771B1 (de) Luftzahloptimierter Start und Betrieb eines Brenners
EP3992529A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum zünden eines brenners
EP3690318A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur regelung eines brenngas-luft-gemisches in einem heizgerät
WO2019170309A1 (de) Verfahren zur brenngasartenerkennung beim startvorgang eines brenngasbetriebenen heizgeräts und brenngasbetriebenes heizgerät
DE102008027010A1 (de) Verfahren zur Überprüfung des Ionisationselektrodensignals bei Brennern
DE19903305C5 (de) Verfahren zur Flammüberwachung in einem Fahrzeugheizgerät
EP4015904A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum schutz eines heizgerätes beim zünden eines gemisches aus luft und wasserstoffhaltigem brenngas
EP1717514A1 (de) Gasbrennervorrichtung sowie Start- und Betriebsverfahren dafür
DE19734574B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Brenners, insbesondere eines vollvormischenden Gasbrenners
EP3933267A1 (de) Verfahren zur überwachung einer flamme in einem brennraum eines brenners
DE10145592C1 (de) Verfahren zur Leistungseinstellung gasbetriebener Gargeräte sowie dieses Verfahren nutzendes Gargerät
DE102012108268A1 (de) Verfahren zur Erkennung der Gasfamilie sowie Gasbrennvorrichtung
DE10200128B4 (de) Verfahren zur Erkennung von Gasarten und Verfahren zum Betrieb einer Brennvorrichtung sowie Brennvorrichtung für die Durchführung dieser Verfahren
EP4098944A1 (de) Verfahren zur überwachung einer flamme eines heizgerätes, computerprogramm, speichermedium, regel- und steuergerät, heizgerät und verwendung einer positioniereinrichtung
EP3982045A1 (de) Verfahren und heizgerät zur flammenüberwachung bei einer gasverbrennung
EP4194752B1 (de) Hellstrahler
WO2019057336A1 (de) Verfahren zur steuerung einer verbrennung und ofen
EP4174376B1 (de) Verfahren zum betreiben eines heizgerätes, computerprogramm, speichermedium, regel- und steuergerät, heizgerät und verwendung eines erfassten ionisationsstromes und einer erfassten temperatur
EP4141322A1 (de) Verfahren und anordnung zum sicheren betreiben und regeln eines verbrennungsprozesses in einem heizgerät für die verbrennung von wasserstoff
EP4357671A1 (de) Verfahren zur inbetriebnahme eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät
EP4386263A1 (de) Verfahren zur inbetriebnahme eines heizgerätes, computerprogramm, regel- und steuergerät und heizgerät
EP4372277A1 (de) Verfahren zur inbetriebnahme eines heizgerätes, heizgerät und computerprogramm

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

B565 Issuance of search results under rule 164(2) epc

Effective date: 20211206

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220704

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20231122

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN