[0001] Die Erfindung betrifft einen Flammenwächter für einen mit Öl oder Gas betriebenen
Brenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] Aus DE 197 46 786 C2 ist ein Flammenwächter für bläulich brennenden Flammen eines
Öl- oder Gasbrenners bekannt, bei dem ein Halbleiterdetektor mit einer spektralen
Empfindlichkeit im nahen Ultraviolett mit einer nachgeschalteten Auswerteschaltung
verwendet wird, die einen Regler für das Brennstoff-Verbrennungsluft-Verhältnis entsprechend
der spektralen Verteilung der Flammenstrahlung beeinflußt. Dies kann aber beim Auswandern
der Flammenstrahlung zu größeren Wellenlängen, dem "Gelbbereich" hin zu Problemen
derart führen, daß trotz Erhöhung des Verbrennungsluftanteils das Auswandern zunimmt
und daraufhin die Brennstoffzufuhr abgeschaltet wird. Ein Auswertung der vom Fotosensor
empfangenen Strahlung hinsichtlich dessen, ob der Brenner brennt oder im Falle, daß
er nicht brennt, die Brennstoffzufuhr möglichst umgehend abzuschalten ist, ist hier
nicht vorgesehen.
[0003] Aus DE 198 09 653 C1 ist ein Flammenwächter für bläulich brennende Flammen eines
Öl- oder Gasbrenners bekannt, der einen die Flammenstrahlung erfassenden Fotosensor,
der eine von Ultraviolett zu Infrarot stark ansteigende Empfindlichkeit aufweist,
und eine nachgeschaltete Auswerteschaltung umfaßt, die die Brennstoffzufuhr abschaltet,
wenn die Strahlung im Bereich von 200 bis 500 nm ausfällt oder die Zunahme der erfaßten
Strahlungsintensität oberhalb 500 nm ein Abwandern aus dem blauen Bereich erkennen
läßt. Hierbei wird das Signal des Fotosensor zweikanalig, zum einen betreffend Ultraviolettstrahlung
bis 500 nm und zum anderen betreffend sichtbare und infrarote Strahlung, ausgewertet.
Hierbei wird ein spezieller Fotosensor mit einer speziellen Auswertung benötigt.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Flammenwächter nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zu schaffen, die eine Erkennung, ob der Brenner brennt, d.h. eine Flamme vorhanden
ist, in sehr einfacher Weise ermöglicht.
[0005] Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
[0006] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den
Unteransprüchen zu entnehmen.
[0007] Die Erfindung wird nachstehend anhand von beigefügten Abbildungen näher erläutert.
[0008] Fig. 1 zeigt ein Diagramm betreffend verschiedener Größen, aufgetragen gegenüber
dem Lambda-Wert.
[0009] Fig. 2 zeigt schematisch ein Schaltkreisdiagramm für eine Regeleinrichtung.
[0010] Fig. 3 zeigt diagrammartig die Bildung von Meßwerten für die Flackerfrequenz der
Flammenstrahlung.
[0011] Eine Flamme eines Öl- oder Gasbrenners brennt dann optimal, wenn ein geringer stöchiometrischer
Luftüberschuß vorhanden, d.h. der Lambda-Wert geringfügig größer als eins ist. Steigt
der Lambda-Wert weiter an, so nimmt die Intensität der Flammenstrahlung zu, was aber
auch geschieht, wenn der Lambda-Wert unter eins abfällt. Bei einem Lambda-Wert größer
eins verschieben sich bei Erhöhung des Verbrennungsluftanteils die optischen Frequenzen
der Flammenstrahlung zu größeren Werten, bei einem Lambda-Wert kleiner eins verschieben
sich bei Erniedrigung des Verbrennungsluftanteils die optischen Frequenzen der Flammenstrahlung
zu kleineren Werten. In letzterem Fall steigt allerdings dann auch die Rußentwicklung
stark an (vgl. Diagramm von Fig. 1, in dem Kurve A Meßwerte bezüglich der Rußentwicklung,
in Bacharach angegeben, gegenüber dem Lambda-Wert aufgetragen zeigt), weshalb in diesem
Fall dann, wenn über die Regelung die Rückführung des Brennstoff-Verbrennungsluftgemisches
in den optimalen Bereich nicht in vorbestimmter Zeit erreicht wird, die Brennstoffzufuhr
zweckmäßigerweise zu unterbrechen ist.
[0012] Bei Verwendung eines die Flammenstrahlung erfassenden Fotosensors, der eine vom Ultraviolett
zu Infrarot stark ansteigende Empfindlichkeit aufweist, und einer nachgeschalteten
Auswerteschaltung, die ein Signal erzeugt, das dem über eine vorbestimmte Zeit integrierten
Signal des Fotosensors bezüglich der Strahlung im Bereich größerer Wellenlängen, etwa
>500 nm, entspricht, kann man das so erzeugte Signal gegenüber Lambda auftragen. Man
erhält dann eine brennerspezifische Kurve B gemäß dem Diagramm von Fig. 1.
[0013] Aus Kurve B ist ersichtlich, daß bei einem Lambda-Wert von etwa 1 ein Minimum liegt
und die Kurve B von dort sowohl zu höheren wie zu niedrigeren Lambda-Werten hin ansteigt.
[0014] Dementsprechend kann die Auswerteschaltung das Signal des Fotosensors bezüglich Flackerfrequenz
und/oder Amplitude der erfaßten Flammenstrahlung auswerten und beim Feststellen des
Auswanderns der Flammenstrahlung bei einer Flackerfrequenz unterhalb eines vorbestimmten
Wertes ein Signal zum Erhöhen des Verbrennungsluftanteils des Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisches
und beim Überschreiten des vorbestimmten zweiten Wertes ein Signal zum Erniedrigen
des Verbrennungsluftanteils des Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisches erzeugen.
[0015] Das Diagramm von Fig. 1 enthält ferner eine Kurve C, die "Nulldurchgänge", hier als
Pulsation (Hz) bezeichnet, des von einem Verstärker 1 verstärkten Signals des die
Flammenstrahlung erfassenden Fotodetektors 2 aufgetragen gegenüber Lambda betrifft.
Diese Nulldurchgänge pro Zeiteinheit entsprechen im wesentlichen der Flackerfrequenz
der Flammenstrahlung. Diese Nulldurchgänge werden von der Auswerteschaltung erzeugt,
indem der Gleichstromanteil des Signals des Fotosensors abgeschnitten und die Nullinie
für den Wechselstromanteil so gelegt wird, daß der Rauschanteil des Signals unterdrückt
wird, d.h. daß die dominanten Amplituden übrig bleiben. Das sich ergebende Wechselspannungssignal
wird derart verstärkt, Verstärker 3, daß sich infolge Abschneidens der oberen und
unteren Abschnitte im wesentlichen Rechteckimpulse mit variierenden Pulsbreiten ergeben.
Man zählt dann entsprechend auf- und/oder absteigende Flanken dieser Rechteckimpulse
und damit Nulldurchgänge. Dies geschieht pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde.
Wenn die Zahl der Nulldurchgänge pro Zeiteinheit größer als ein vorbestimmter Grenzwert,
beispielsweise 25, ist, geht man davon aus, daß eine Flamme vorhanden ist. Ist die
Zahl der Nulldurchgänge gleich dem vorbestimmten Grenzwert oder darunter, geht man
davon aus, daß keine Flamme vorhanden ist, und ein Signal zur Unterbrechung der Brennstoffzufuhr
kann dementsprechend erzeugt. - Bei Auswertung der Nulldurchgänge läßt sich auf einen
speziellen Fotodetektor und die zweikanalige Auswertung seines Signals nach DE 198
09 653 C1 verzichten.
[0016] Zur Auswertung wird zweckmäßigerweise ein Komparator 4 entweder mit nachgeschaltetem
Zähler, einem Schieberegister und Auswertung oder ein Mikroprozessor 5 verwendet,
der die Funktionen dieser Komponenten und die Erzeugung eines Abschaltsignals für
den Fall fehlender Flamme wahrnimmt. Niedrige Frequenzen etwa < 30 Hz können vorab
mittels eines Hochpaßfilters 6 abgeschnitten werden, so daß sie nicht in die Auswertung
eingehen.
[0017] Da der Grenzwert für eine Abschaltung relativ klein ist und Perioden innerhalb der
vorbestimmten Zeit auftreten können, in denen kein Nulldurchgang festgestellt wird,
ist es zweckmäßig, die vorbestimmte Zeit in eine Vielzahl, beispielsweise sechs bis
zehn Abschnitte zu unterteilen, in denen separat die Nulldurchgänge gezählt werden,
die dann jeweils nach Ablauf eines Abschnittes für eine vorbestimmte Zeit addiert
werden, um entsprechende Werte jeweils nach Ablauf eines derartiges Abschnitt für
eine vorbestimmte Zeit mit dem Grenzwert vergleichen zu können. Dies ist in Fig. 3
schematisch dargestellt. Hierdurch lassen sich die bei Gas- und Ölbrennern geforderten
Abschaltzeiten, bei einem Gasbrenner beispielsweise 1 sec, ohne weiteres einhalten.
Bei der Erzeugung des jeweiligen Wertes für die Zahl der Nulldurchgänge fällt jeweils
die Anzahl des zeitlich ersten Abschnittes weg und die Anzahl des zeitlich letzten
Abschnittes kommt dazu, so daß der Wert nach jedem Abschnitt aktualisiert ist und
mit dem Grenzwert verglichen werden kann. Hierzu benötigt man die oben erwähnte Schieberegisterfunktion.
[0018] Bei dieser Art der Flammenüberwachung, die äußerst einfach ist, besteht auch keine
Problem hinsichtlich Empfindlichkeitseinstellung, so daß er auch äußerst einfach handhabbar
ist. Eine Übersteuerung spielt hierbei keine Rolle, da hierdurch die Rechteckimpulse
nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Der Flammenwächter läßt sich zusammen mit
jeder Art von Regeleinrichtungen für das Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisch einsetzen.
[0019] Ferner ist es zweckmäßig, vor dem Fotosensor ein optisches Filter zu verwenden, das
im wesentlichen in einem Wellenlängenbereich absorbierend wirkt, der der Strahlung
von glühenden Ofenwänden entspricht (größer etwa 900 nm), damit ein Flackern, das
bei fehlender Flamme dadurch erzeugt werden kann, daß durch einen Ventilator im Ofen
Luft verwirbelt wird, nicht mit dem tatsächlichen Flackern einer Flamme verwechselt
wird.
1. Flammenwächter für einen mit Öl oder Gas betriebenen Brenner, mit einem die optische
Flammenstrahlung und deren Pulsation erfassenden Fotosensor und einer diesem nachgeschalteten
Auswerteschaltung, die feststellt, ob die vom Fotosensor empfangene Strahlung der
einer brennenden Flamme entspricht und bei negativem Ergebnis ein Abschaltsignal für
die Brennstoffzufuhr erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung die Zahl der Nulldurchgänge des bearbeiteten Signals des Fotosensors
innerhalb einer vorbestimmten Zeiteinheit bestimmt und mit einem vorbestimmten Grenzwert
vergleicht, bei dessen Unterschreiten ein Abschaltsignal für die Brennstoffzufuhr
erzeugt wird, wobei das Signal des Fotosensors vom Gleichspannungsanteil und Rauschen
befreit durch entsprechendes Verstärken zu Rechteckimpulsen verarbeitet ist.
2. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf- oder absteigenden Flanken des Signals von der Auswerteschaltung zählbar
sind.
3. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Komparator mit nachgeschaltetem Zähler aufweist.
4. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeiteinheit von der Auswerteschaltung in eine Vielzahl von Abschnitten
unterteilt ist, wobei die Zahl der Nulldurchgänge am Ende jedes Abschnitts bestimmt
wird.
5. Flammenwächter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte einen Bruchteil der geforderten Brennerabschaltzeit beim Feststellen
fehlender Flamme bilden.
6. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fotosensor ein optisches Filter vorgeschaltet ist, das im wesentlichen Strahlung
entsprechend derjenigen von glühenden Ofenwänden absorbiert.