(19)
(11)EP 3 369 994 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
02.09.2020  Patentblatt  2020/36

(21)Anmeldenummer: 18159104.1

(22)Anmeldetag:  28.02.2018
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F23N 5/12(2006.01)

(54)

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER URSACHE EINER FEHLZÜNDUNG AM BRENNER EINES HEIZKESSELS

METHOD FOR DETERMINING THE CAUSE OF AN IGNITION FAILURE AT THE BURNER OF A BOILER

PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION DE L'ORIGINE D'UN DÉFAUT D'ALLUMAGE D'UN BRÛLEUR D'UNE CHAUDIÈRE


(84)Benannte Vertragsstaaten:
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

(30)Priorität: 03.03.2017 DE 102017104526

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
05.09.2018  Patentblatt  2018/36

(73)Patentinhaber: Viessmann Werke GmbH & Co. KG
35108 Allendorf (DE)

(72)Erfinder:
  • Hack, Sebastian
    35037 Marburg (DE)

(74)Vertreter: Wolf, Michael 
Patent- und Rechtsanwälte Wolf & Wolf Hirschstrasse 7
63450 Hanau
63450 Hanau (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
EP-A2- 1 983 264
DE-A1-102012 108 268
US-A- 5 938 424
DE-A1-102004 004 065
DE-C1- 10 157 310
US-A1- 2012 028 199
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ursache einer Fehlzündung am Brenner eines Heizkessels gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

    [0002] Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Bei einem solchen Verfahren dient der Brenner zur Verbrennung eines Gemisches aus einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff und Luft. Außerdem dient eine Zündelektrode zur Entzündung des Gemisches während einer Zündphase. Schließlich dient eine Ionisationselektrode zur Überwachung der Verbrennung des Gemischs. Dabei wird mindestens während der Zündphase außerdem eine Temperatur des Heizkessels, ein zum Brenner strömender Luft-Massenstrom, eine Spannungsversorgung der Zündelektrode und ein Ionisationssignal der Ionisationselektrode überwacht. Sollte aufgrund eines Fehlstarts des Heizkessels eine Flammenbildung am Brenner ausgeblieben sein, so wird an der Regelung eine Fehlermeldung ausgegeben, nämlich der bei der Anmelderin sogenannte "Fehler EE", der dafür steht, dass keine Flamme detektiert werden konnte. Ein Verfahren gemäß dem Stand der Technik zur Bestimmung der Ursache einer Fehlzündung ist beispielsweise aus der US5938424 bekannt.

    [0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Verfahren geschaffen werden, bei dem nicht nur die Fehlermeldung als solche, sondern darüber hinaus auch noch die technische Ursache für den Fehler angezeigt wird.

    [0004] Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

    [0005] Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und einer fehlenden Spannungsänderung zwischen der Zündelektrode und dem Brenner während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass kein Zündfunke erzeugt wurde, und dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals während der Zündphase und eines Temperaturanstiegs des Heizkessels nach der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass die Ionisationselektrode defekt ist, und dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und eines fehlenden Luft-Massenstromeinbruchs während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass dem Brenner kein Brennstoff zugeführt wurde.

    [0006] Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren somit dadurch aus, dass anhand der genannten systeminternen Informationen des Heizkessels geschlussfolgert wird, was genau die Ursache für die fehlende Flammenbildung ist. Hierdurch kann die Zeit zur Fehlerdiagnose reduziert und die defekte Komponente gezielt getauscht werden.

    [0007] Die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 verwendete Maßgabe "und" bringt dabei zum Ausdruck, dass die drei genannten Optionen solange durchprobiert werden, bis mindestens eine Ursache ermittelt ist. Es kann also sein, dass bereits nach der ersten Prüfung, die Ursache feststeht; genauso gut kann es aber auch sein, dass die Ursache erst nach der letzten Prüfung gefunden ist. Die Reihenfolge der Prüfung ist dabei erfindungsgemäß grundsätzlich beliebig, auch wenn es tatsächlich, was weiter unten noch erläutert wird, eine bevorzugte Reihenfolge gibt.

    [0008] Im Ergebnis verkürzt das erfindungsgemäße Verfahren somit erheblich die Fehlersuche, falls es zu einem Fehlstart des Heizkessels kommen sollte, da direkt angezeigt wird, ob die Ursache an einem fehlenden Zündfunken, an einer defekten Ionisationselektrode oder an fehlendem Brennstoff liegt.

    [0009] Sollte keiner der drei vorgenannten Fehlerursachen detektierbar sein, wird, wie bisher auch schon, einfach ein Signal mit der Information erzeugt, dass ein unbekannter Fehler vorliegt.

    [0010] Nochmals mit anderen Worten ausgedrückt, ist somit vorgesehen, dass maximal drei Tests zur Bestimmung der Ursache der Fehlzündung am Brenner vorgesehen sind, und zwar wird bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und einer fehlenden Spannungsänderung zwischen der Zündelektrode und dem Brenner während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt, dass kein Zündfunke erzeugt wurde, und es wird bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals während der Zündphase und eines Temperaturanstiegs des Heizkessels nach der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt, dass die Ionisationselektrode defekt ist, und es wird bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und eines fehlenden Luft-Massenstromeinbruchs während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt, dass dem Brenner kein Brennstoff zugeführt wurde, wobei diese drei Tests in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden und die verbliebenen der drei Tests nicht mehr durchgeführt werden, sobald einer der Tests die Ursache der Fehlzündung ermittelt.

    [0011] Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

    [0012] Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand einiger Abbildungen genauer erläutert.

    [0013] Es zeigt
    Figur 1
    schematisch den Brenner eines Heizkessels mit Gemischzufuhr, Zündelektrode und Ionisationselektrode;
    Figur 2
    als Diagramm vier Signalverläufe, wobei bei den ersten dreien aus verschiedenen Gründen kein Ionisationssignal vorliegt und der vierte Verlauf einen ordnungsgemäßen Brennerstart darstellt.


    [0014] Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der beiden Figuren näher erläutert:
    Wie bereits erwähnt (siehe hierzu Figur 1), dient bei dem Verfahren zur Bestimmung der Ursache einer Fehlzündung am Brenner eines Heizkessels in an sich bekannter Weise der Brenner 1 zur Verbrennung eines Gemisches aus einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff und Luft, eine Zündelektrode 2 zur Entzündung des Gemisches während einer Zündphase und eine Ionisationselektrode 3 zur Überwachung der Verbrennung des Gemischs. Dabei wird mindestens während der Zündphase außerdem eine Temperatur des Heizkessels, ein zum Brenner 1 strömender Luft-Massenstrom, eine Spannungsversorgung der Zündelektrode 2 und ein Ionisationssignal der Ionisationselektrode 3 überwacht.

    [0015] Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird weiterhin in an sich bekannter Weise der zum Brenner 1 strömende Luft-Massenstrom mit einem Massenstromsensor 4 gemessen und das Gemisch aus Brennstoff und Luft mit einem Gebläse 5 zum Brenner 1 gefördert.

    [0016] Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und einer fehlenden Spannungsänderung zwischen der Zündelektrode 2 und dem Brenner 1 während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass kein Zündfunke erzeugt wurde, und/oder dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals während der Zündphase und eines Temperaturanstiegs des Heizkessels nach der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass die Ionisationselektrode 3 defekt ist, und/oder dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und eines fehlenden Luft-Massenstromeinbruchs während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass dem Brenner 1 kein Brennstoff zugeführt wurde.

    [0017] In Figur 2 ist diese Verfahrensweise nochmals bildlich dargestellt:
    Wie ersichtlich, ist im Zeitabschnitt A insbesondere keine Spannungsänderung zwischen der Zündelektrode 2 und dem Brenner 1 feststellbar. Dies deutet darauf hin, dass die Ursache der Fehlzündung ein fehlender Zündfunke ist.

    [0018] Wie ferner ersichtlich, ist im Zeitabschnitt B insbesondere ein Temperaturanstieg des Heizkessels feststellbar, was bei fehlendem Ionisationssignal darauf hindeutet, dass die Ursache der - in diesem Fall angeblichen - Fehlzündung eine defekte Ionisationselektrode 3 ist.

    [0019] Wie außerdem ersichtlich, ist im Zeitabschnitt C insbesondere kein Luft-Massenstromeinbruch feststellbar. Dies deutet bei vorhandener Zündspannung darauf hin, dass dem Brenner 1 kein Brennstoff (Öl oder Gas) zugeführt wurde, und zwar deshalb, weil die Zündung des Gemisches ansonsten gewissermaßen einen Rückschlag in der Zufuhrleitung der Luft und damit einen kurzen Signaleinbruch am Massenstromsensor 4 verursacht hätte.

    [0020] Im Zeitabschnitt D ist schließlich zum Vergleich ein ordnungsgemäßer Brennerstart dargestellt, bei dem dann auch das Ionisationssignal in typischer Weise ansteigt.

    [0021] Um die konkret ermittelten Messwerte gut vergleichen zu können, ist dabei insgesamt besonders bevorzugt vorgesehen, dass beim Einschalten des Heizkessels Referenzwerte ermittelt und abgespeichert werden, die dann bei der Bestimmung der Ursache einer Fehlzündung verwendet werden.

    [0022] Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Feststellung eines Fehlers von einer Recheneinheit eines Reglers des Heizkessels getroffen wird.

    [0023] Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass das Signal auf einer Anzeige eines Reglers des Heizkessels angezeigt oder zur weiteren Verwendung per Datenübertragung an eine andere Recheneinheit weitergegeben wird.

    [0024] Schließlich ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und bei Abwesenheit der drei anderen vorgenannten Fehler ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass ein unbekannter Fehler vorliegt, sprich, es wird wieder ein Signal "Fehler EE" erzeugt. Dieses Signal wird aber wesentlich weniger als beim bekannten Stand der Technik angezeigt werden, da ein Großteil der Fehler unter die genannten drei fällt, die nunmehr erfindungsgemäß detektierbar sind.

    Bezugszeichenliste



    [0025] 
    1
    Brenner
    2
    Zündelektrode
    3
    Ionisationselektrode
    4
    Massenstromsensor
    5
    Gebläse



    Ansprüche

    1. Verfahren zur Bestimmung der Ursache einer Fehlzündung am Brenner eines Heizkessels, wobei der Brenner (1) zur Verbrennung eines Gemisches aus einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff und Luft, eine Zündelektrode (2) zur Entzündung des Gemisches während einer Zündphase und eine Ionisationselektrode (3) zur Überwachung der Verbrennung des Gemischs dient, wobei mindestens während der Zündphase außerdem eine Temperatur des Heizkessels, ein zum Brenner (1) strömender Luft-Massenstrom, eine Spannungsversorgung der Zündelektrode (2) und ein Ionisationssignal der Ionisationselektrode (3) überwacht wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und einer fehlenden Spannungsänderung zwischen der Zündelektrode (2) und dem Brenner (1) während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass kein Zündfunke erzeugt wurde, und
    dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals während der Zündphase und eines Temperaturanstiegs des Heizkessels nach der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass die Ionisationselektrode (3) defekt ist, und
    dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und eines fehlenden Luft-Massenstromeinbruchs während der Zündphase ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass dem Brenner (1) kein Brennstoff zugeführt wurde,
    wobei die Reihenfolge der Prüfung grundsätzlich beliebig ist und wobei die drei genannten Optionen solange durchprobiert werden, bis mindestens eine Ursache ermittelt ist.
     
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass beim Einschalten des Heizkessels Referenzwerte ermittelt und abgespeichert werden, die dann bei der Bestimmung der Ursache einer Fehlzündung verwendet werden.
     
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Feststellung eines Fehlers von einer Recheneinheit eines Reglers des Heizkessels getroffen wird.
     
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Signal auf einer Anzeige eines Reglers des Heizkessels angezeigt oder per Datenübertragung an eine andere Recheneinheit weitergegeben wird.
     
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Feststellung eines fehlenden Ionisationssignals und bei Abwesenheit der drei anderen vorgenannten Fehler ein Signal mit der Information erzeugt wird, dass ein unbekannter Fehler vorliegt.
     


    Claims

    1. A method for determining the cause of an ignition failure at the burner of a boiler, the burner (1) being used to burn a mixture of a gaseous or liquid fuel and air, an ignition electrode (2) being used to ignite the mixture during an ignition phase, and an ionization electrode (3) being used to monitor the combustion of the mixture, and, at least during the ignition phase, a temperature of the boiler, an air mass flow flowing to the burner (1), a voltage supply of the ignition electrode (2) and an ionization signal of the ionization electrode (3) also being monitored, characterized in that
    if it is found that there is no ionization signal and no change in voltage between the ignition electrode (2) and the burner (1) during the ignition phase, a signal is generated with the information that no ignition spark has been generated, and
    if it is found that there is no ionization signal during the ignition phase and there is a rise in the temperature of the boiler after the ignition phase, a signal is generated with the information that the ionization electrode (3) is defective, and
    if it is found that there is no ionization signal and no drop in the air mass flow during the ignition phase, a signal is generated with the information that no fuel has been supplied to the burner (1),
    wherein the order of the testing is in principle arbitrary and wherein the three said options are tried until at least one cause is determined.
     
    2. The method according to claim 1,
    characterized in that
    when the boiler is switched on, reference values are determined and stored, which are then used during the determination of the cause of an ignition failure.
     
    3. The method according to claim 1 or 2,
    characterized in that
    a fault is identified by a computing unit of a controller of the boiler.
     
    4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
    the signal is displayed on a display of a controller of the boiler or forwarded to another computing unit by data transmission.
     
    5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that
    if it is found that there is no ionization signal and in the absence of the said other three faults, a signal is generated with the information that there is an unknown fault.
     


    Revendications

    1. Procédé de détermination de la cause d'un allumage défectueux sur un brûleur d'une chaudière, sachant que le brûleur (1) sert à la combustion d'un mélange d'un combustible gazeux ou liquide et d'air, une électrode d'allumage (2) à allumer le mélange pendant une phase d'allumage et une électrode d'ionisation (3) à la surveillance de la combustion du mélange, sachant qu'au moins pendant la phase d'allumage, une température de la chaudière, un débit massique d'air arrivant au brûleur (1), une alimentation en tension de l'électrode d'allumage (2) et un signal d'ionisation de l'électrode d'ionisation (3) sont en plus surveillés,
    caractérisé en ce
    qu'en constatant un signal d'ionisation défectueux et une variation de tension défectueuse entre l'électrode d'allumage (2) et le brûleur (1) pendant la phase d'allumage, un signal est produit avec l'information qu'aucune étincelle d'allumage n'a été produite, et
    en ce qu'en constatant un signal d'ionisation défectueux pendant la phase d'allumage et une hausse de température de la chaudière après la phase d'allumage, un signal est produit avec l'information que l'électrode d'ionisation (3) est défectueuse, et qu'en constatant un signal d'ionisation défectueux et une chute du débit massique d'air défectueuse pendant la phase d'allumage, un signal est produit avec l'information qu'aucun combustible n'a été acheminé au brûleur (1),
    sachant que la suite du contrôle peut se faire en principe de façon quelconque et sachant que les trois options citées continuent d'être essayées jusqu'à ce qu'au moins une cause soit déterminée.
     
    2. Procédé selon la revendication 1,
    caractérisé en ce
    qu'en mettant en marche la chaudière, des valeurs de référence sont déterminées et mémorisées, qui sont utilisées lors de la détermination de la cause d'un allumage défectueux.
     
    3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
    caractérisé en ce
    que la constatation d'un défaut est faite par une unité de calcul d'un régulateur de chaudière.
     
    4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
    caractérisé en ce
    que le signal est affiché sur un affichage d'un régulateur de chaudière ou est transmis par transmission de données à une autre unité de calcul.
     
    5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
    caractérisé en ce
    qu'en constatant un signal d'ionisation défectueux et en l'absence des trois autre défauts précités, un signal est produit avec l'information qu'un défaut inconnu est présent.
     




    Zeichnung








    Angeführte Verweise

    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



    Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente