Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet von Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, die beispielsweise in der Heizungs- und/oder Warmwassertechnik eingesetzt werden und die häufig als Feuerungsautomaten oder als Brenner bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Überwachungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer derartigen Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung.
Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen kommen unter anderem in der Heizung- und/oder Warmwassertechnik und in industriellen Thermoprozessanlagen, welche beispielsweise zum Metallschmelzen oder zum Brennen von Keramiken verwendet werden, zum Einsatz. In der Heizungs- und/oder Warmwassertechnik verwendete Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, welche beispielsweise in Heizkesseln oder Durchlauferhitzern enthalten sind, arbeiten in der Regel nicht nur mit einer Hauptflamme, welche für die eigentliche Wärmeentwicklung sorgt, sondern auch mit einer sog. Pilotflamme, welche auch als zündflamme bezeichnet wird. Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, welche in diesem Dokument auch als Feuerungsautomat, als Brennstoffbrenner oder kurz als Brenner bezeichnet werden, können beispielsweise Gasbrenner oder Ölbrenner sein.
Bei manchen Arten von Brennern kommt die Pilotflamme auch dann nicht zum Erlischen, wenn keine Heizleistung erforderlich ist. Die Pilotflamme dient dann lediglich dazu, beim Öffnen eines Brennstoffventils, welches der Hauptflamme zugeordnet ist, zügig ein zünden der Hauptflamme zu gewährleisten. Bei anderen Arten von Brennern wird die Pilotflamme zwischenzeitlich gelöscht und erst kurz vor dem Zünden der Hauptflamme, beispielsweise mittels einer elektrischen Zündung, wieder gezündet. Bei dem Aktivieren der Hauptflamme sorgt die brennende Pilotflamme dann dafür, dass der Zündvorgang der Hauptflamme kontrolliert ohne größeren "Zündstoß" stattfinden kann.
Aus Gründen der Betriebssicherheit ist es durch entsprechende Normen vorgeschrieben, das Vorhandensein von Haupt- und/oder Pilotflamme unabhängig voneinander detektieren zu können.
Aus der technischen Grundlagendokumentation "
Die UV-Zelle des UV-Detektors weist einen Glaskolben aus einem UV-durchlässigen Quarzglas auf, der mit Edelgas gefüllt ist. In dem Glaskolben befinden sich zwei Elektroden. Wenn zwischen den beiden Elektroden eine Spannung angelegt und diese Spannung erhöht wird, so kommt es beim Erreichen einer kritischen Spannung zu einer Glimmentladung (Zündung). Dabei treten Elektronen an der negativen Elektrode aus, werden zur positiven Elektrode beschleunigt und ionisieren das Edelgas. Dies führt zu einem Stromfluss durch die UV-Zelle. Die zur Flammenüberwachung eingesetzten UV-Zellen zeigen dieses Verhalten der Selbstzündung typischerweise erst ab Spannungen von mehr als 700 V. Anders verhält es sich, wenn die UV-Zelle von der zu überwachenden Flamme mit UV-Licht von ca. 190 bis 260 nm Wellenlänge bestrahlt wird: In diesem Fall tritt der Zündeffekt abhängig von der Intensität der UV-Strahlung bereits bei effektiven Spannungen von ca. 200 V auf.
Die Diode des UV-Detektors dient zur Einweggleichrichtung, so dass bei einem Betrieb des UV-Detektors mit einer Wechselspannung im Falle des Vorhandenseins einer Flamme eine gepulste Gleichspannung auftritt. Im Falle eines Kurzschlusses der Anschlussleitungen des UV-Detektors wird der UV-Detektor und damit auch die Diode überbrückt, so dass beim Betrieb mit einer Wechselspannung auch an dem Eingang einer dem UV-Detektor nachgeschalteten Verstärkerschaltung anstelle der gepulsten Gleichspannung eine Wechselspannung auftritt. Somit wird das Vorhandensein einer Flamme durch eine gepulste Gleichspannung angezeigt und ein Leitungskurzschluss wird durch eine Wechselspannung angezeigt.
Darüber hinaus offenbart Druckschrift
Die voneinander unabhängige Überwachung von Haupt- und Pilotflamme mittels jeweils eines UV-Detektors hat den Nachteil, dass für jeden der beiden UV-Detektoren jeweils (a) eine Anschlussleitung (mit jeweils zwei Anschlussdrähten) und (b) eine Verstärkerschaltung benötigt wird. Somit ist für die Überwachung von Haupt- und Pilotflamme mittels jeweils eines UV-Detektors ein vergleichsweise hoher apparativer Aufwand erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine voneinander unabhängige Überwachung von zwei räumlich voneinander getrennten Flammen mittels jeweils eines Flammendetektors im Hinblick auf den dafür notwendigen apparativen Aufwand zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Überwachungsvorrichtung zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung beschrieben. Die Überwachungsvorrichtung weist auf (a) einen ersten Flammendetektor, eingerichtet und angeordnet zum Empfangen von erster Strahlung, welche von der ersten Flamme emittiert wird, (b) einen zweiten Flammendetektor, eingerichtet und angeordnet zum Empfangen von zweiter Strahlung, welche von der zweiten Flamme emittiert wird, (c) eine Spannungsversorgungseinrichtung, welche mit den beiden Flammendetektoren verbunden ist und welche eingerichtet ist, eine Wechselspannung mit einer ersten Halbwelle und einer zweiten Halbwelle an die beiden Flammendetektoren anzulegen, und (d) eine Auswerteschaltung, welche mit den beiden Flammendetektoren über einen gemeinsamen Signaleingang verbunden ist. Die beiden Flammendetektoren sind derart eingerichtet und in Bezug zu der Spannungsversorgungseinrichtung und zu der Auswerteschaltung derart geschalten, dass ein während der ersten Halbwelle vorhandenes erstes Messsignal an dem gemeinsamen Signaleingang für die Intensität der ersten Strahlung indikativ ist und ein während der zweiten Halbwelle vorhandenes zweites Messsignal auf dem gemeinsamen Signaleingang für die Intensität der zweiten Strahlung indikativ ist. Ferner ist die Auswerteschaltung eingerichtet, das erste Messsignal und das zweite Messsignal unabhängig voneinander auszuwerten.
Der beschriebenen Überwachungsvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer geeigneten Schaltung der beiden Flammendetektoren trotz der Verwendung eines gemeinsamen Signaleingangs beide Flammendetektoren unabhängig voneinander ausgelesen werden können, sofern das erste Messsignal exklusiv dem ersten Flammendetektor und das zweite Messsignal exklusiv dem zweiten Flammendetektor zugeordnet wird. Dabei kann das erste Messsignal lediglich während der ersten Halbwelle der an beide Flammendetektoren angelegten Wechselspannung auftreten. Entsprechend kann das zweite Messsignal lediglich während der zweiten Halbwelle der Wechselspannung auftreten.
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass eine Zuordnung der Messsignale der beiden Flammendetektoren zu der ersten (Pilot-) Flamme oder zu der zweiten (Haupt-) Flamme in der Auswerteschaltung durch eine Signaltrennung unter Berücksichtigung der positiven und der negativen Halbwelle erfolgt. Dadurch ist auf einfache und trotzdem effektive Weise eine separate Flammenintensitätsbewertung möglich.
Die Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann ein beliebiger Brenner sein, welcher insbesondere in der Heizungs- und/oder Warmwassertechnik zum Einsatz kommt. Der zu verbrennende Brennstoff kann ein bei Normalbedingungen fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff sein. Die beschriebene Überwachungsvorrichtung scheint derzeit insbesondere für Brenner geeignet zu sein, welche Gas oder evtl. auch Öl verbrennen.
Die beschriebene Überwachungsvorrichtung hat gegenüber bekannten Flammenüberwachungsvorrichtungen den Vorteil, dass bei Verwendung von lediglich einem Flammenwächter, an welchem die beiden Flammendetektoren angeschlossen sind und welcher neben einer Anzeigeeinrichtung die beschriebene Spannungsversorgungseinrichtung und die beschriebene Auswerteschaltung aufweist, die beiden Flammen unabhängig voneinander auf ihr Vorhandensein überwacht werden können. Somit kann ohne großen apparativen Aufwand eine effiziente Überwachung einer Hauptflamme und einer Pilotflamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung realisiert werden. Eine zusätzliche Anschlussklemme an dem Flammenwächter für den Anschluss des zweiten Flammendetektors ist dabei nicht erforderlich und zur Überbrückung der Entfernung zwischen der eigentlichen Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung, in der die beiden Flammen brennen, und einem Schaltschrank, in dem typischerweise der Flammenwächter angeordnet ist, ist lediglich eine zweiadrige Flammendetektor-Anschlussleitung erforderlich.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden genannten Flammen auch zwei Teilflammen eines sog. Flächenbrenners sein können, welcher typischerweise eine Vielzahl von Teilflammen aufweist, wobei jeweils eine Teilflamme zumindest einer Öffnung einer Brennstoffleitung zugeordnet ist. Beim Zünden von Flächenbrennern wird üblicherweise zunächst eine Teilflamme entzündet, welche anschließend den Brennstoff, der aus benachbarten Öffnungen austritt, entzündet. Auf diese Weise werden sukzessive alle Teilflammen entzündet. Die Brennstoffleitung kann beispielsweise mäanderförmig eine vorgegebene Fläche abdecken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Überwachungsvorrichtung ferner auf (a) eine gemeinsame Spannungsversorgungsleitung, welche die Spannungsversorgungseinrichtung sowohl mit dem ersten Flammendetektor als auch mit dem zweiten Flammendetektor verbindet und/oder (b) eine gemeinsame Messsignalleitung, welche sowohl den ersten Flammendetektor als auch den zweiten Flammendetektor mit dem gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung verbindet.
Die Verwendung von einer gemeinsamen insbesondere einadrigen (Anschluss)Leitung für die Spannungsversorgung der beiden Flammendetektoren und/oder einer gemeinsamen insbesondere einadrigen (Anschluss)Leitung für die Weiterleitung von Messsignalen, die von den beiden Flammendetektoren erzeugt wurden, an die Auswerteschaltung hat den Vorteil, dass jeweils ein einziger Anschlussdraht ausreichend ist, um die beiden Flammendetektoren an die Spannungsversorgung und/oder an die Auswerteschaltung anzuschließen. Damit reduziert sich auf vorteilhafte Weise der Verkabelungsaufwand zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und den beiden Flammendetektoren und/oder der Verkabelungsaufwand zwischen den beiden Flammendetektoren und dem gemeinsamen Signaleingang.
Es wird darauf hingewiesen, dass die gemeinsame Spannungsversorgungsleitung jeweils einen Anschluss der beiden Flammendetektoren mit der Spannungsversorgungseinrichtung verbindet, wohingegen die gemeinsame Messsignalleitung die jeweils anderen Anschlüsse der beiden Flammendetektoren mit dem gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung verbindet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Flammendetektor ein erstes elektrisch gleichrichtendes Element auf und der zweite Flammendetektor weist ein zweites elektrisch gleichrichtendes Element auf, wobei die beiden gleichrichtenden Elemente in Bezug zu der Spannungsversorgungseinrichtung und zu dem gemeinsamen Signaleingang antiparallel geschalten sind. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Halbwellen der Wechselspannung, welche beide an den beiden Flammendetektoren anliegen, auf einfache und effektive Weise zwischen den beiden Flammendetektoren separiert werden können. Bei beiden Flammendetektoren generiert damit jeweils nur eine Halbwelle der Wechselspannungsversorgung ein Messsignal, welches als positives oder negatives Halbwellensignal von der Auswerteschaltung unabhängig von dem jeweils anderen Halbwellensignal erfasst und ausgewertet werden kann.
Eine separate Auswertung der beiden (Halbwellen)-Messsignale kann durch eine geringfügige Anpassung einer bekannten Auswerteschaltung, wie z.B. dem Flammensignalverstärker LME7 oder dem Flammensignalverstärker LMV der Fa. Siemens, erreicht werden. Dabei kann beispielsweise eine weitere Verstärkerschaltung vorgesehen werden, so dass für jede der beiden (Halbwellen)-Messsignale eine eigene Verstärkerschaltung zum Einsatz kommt.
Das gleichrichtende Element kann beispielsweise eine Röhre sein. Bevorzugt ist das gleichrichtende Element eine beispielsweise aus einem Halbleitermaterial hergestellte Diode.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Flammendetektor ferner einen ersten Strahlungsdetektor auf und der zweite Flammendetektor weist ferner einen zweiten Strahlungsdetektor aufweist, wobei zumindest einer der beiden Strahlungsdetektoren für elektromagnetische Strahlung im Bereich des ultravioletten Spektralbereichs sensitiv ist. Dies hat den Vorteil, dass das Vorhandensein von zumindest einer Flamme anhand des UV Anteils im elektromagnetischen Emissionsspektrum der Flamme detektiert wird. Auf diese Weise können Störeinflüsse im Bereich des sichtbaren oder des infraroten Spektralbereichs effektiv eliminiert werden.
Der im ultravioletten Spektralbereich sensitive Strahlungsdetektor kann beispielsweise die o.g. UV-Zelle sein, welche einen Glaskolben aus einem UV-durchlässigen Quarzglas aufweist, in dem sich zwei Elektroden befinden. In dem Glaskolben befindet sich ferner ein Edelgas, welches durch auftreffende UV-Strahlung ionisiert wird, so dass die UV-Zelle zumindest teilweise elektrisch leitfähig wird. Eine derartige UV-Zelle ist insbesondere für Strahlung in dem elektromagnetischen Spektralbereich zwischen 200 nm und 260 nm sensitiv.
Es wird darauf hingewiesen, dass bevorzugt beide Strahlungsdetektoren für elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Spektralbereich sensitiv sind. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass auch wenn derzeit bevorzugt gleiche Arten von Strahlungsdetektoren verwendet werden, auch eine Kombination von verschiedenen Arten von Strahlungsdetektoren und insbesondere von im ultravioletten Spektralbereich empfindliche Strahlungsdetektoren verwendet werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Auswerteschaltung eine Filterschaltung auf. Dies hat den Vorteil, dass die (Halbwellen)-Messsignale der beiden Flammendetektoren derart geglättet werden, dass anstelle von jeweils einem gepulsten Gleichspannungssignal ein geglättetes Gleichspannungssignal in der Auswerteschaltung weiter verarbeitet werden kann. Die Filterschaltung kann bevorzugt unmittelbar dem gemeinsamen Signaleingang nachgeschaltet sein.
Die Filterschaltung kann beispielsweise eine sog. RC-Filterschaltung sein, welche eine oder mehrere sog. RC-Glieder aufweist, die jeweils einen Widerstand und einen Kondensator aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Auswerteschaltung auf (a) eine erste Verstärkerschaltung, welche zum Verstärken exklusiv des ersten Messsignals eingerichtet ist, und (b) eine zweite Verstärkerschaltung, welche zum Verstärken exklusiv des zweiten Messsignals eingerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Messsignale nicht nur unabhängig voneinander erfasst sondern auch unabhängig voneinander verstärkt und ausgewertet werden können. Bevorzugt weist jede der beiden Verstärkerschaltungen einen eigenen Ausgang auf, an dem ein Signal, insbesondere ein Gleichspannungssignal, ausgegeben wird, welches für das Vorhandensein der jeweiligen Flamme indikativ ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Auswerteschaltung eine Datenverarbeitungseinheit auf, welche eingerichtet ist, basierend auf einem ersten Ausgangssignal der ersten Verstärkerschaltung und auf einem zweiten Ausgangssignal der zweiten Verstärkerschaltung das Vorhandensein eine Fehlers eines elektronischen Bauteils der Auswerteschaltung zu erkennen und insbesondere das fehlerhafte Bauteil zu identifizieren. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine automatische Fehlerdiagnose der Auswerteschaltung durchgeführt werden kann. Dadurch kann die Betriebssicherheit der gesamten Überwachungsvorrichtung erheblich verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Verstärkerschaltung eingangsseitig eine erste Diode auf und die zweite Verstärkerschaltung weist eingangsseitig eine zweite Diode auf. Dabei ist eine der beiden Dioden anodenseitig mit dem gemeinsamen Signaleingang verbunden und die andere der beiden Dioden ist kathodenseitig mit dem gemeinsamen Signaleingang verbunden.
Durch die Verwendung von zwei entgegengesetzt geschalteten Dioden kann auf einfache und effiziente Weise eine Trennung der beiden mit unterschiedlichen Halbwellen verknüpften Messsignale erreicht werden, so dass das erste Messsignal ausschließlich der ersten Verstärkerschaltung zugeführt wird und das zweite Messsignal ausschließlich der zweiten Verstärkerschaltung zugeführt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Verbindung der Anode bzw. der Kathode mit dem gemeinsamen Signaleingang eine direkte oder eine indirekte Verbindung sein kann. Im Falle einer indirekten Verbindung befindet sich zwischen der Anode bzw. der Kathode und dem gemeinsamen Signaleingang zumindest ein weiteres elektronisches Bauteil. Insbesondere kann sich die oben beschriebene Filterschaltung zwischen der Anode bzw. der Kathode und dem gemeinsamen Signaleingang befinden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Diode eine erste zenerdiode und/oder die zweite Diode ist eine zweite zenerdiode.
Eine Zenerdiode verhält sich in bekannter Weise in Durchlassrichtung wie eine normale Diode. Bei der beschriebenen Überwachungsvorrichtung sorgt das übliche Dioden-Verhalten dafür, dass die beiden Messsignale voneinander getrennt und jeweils einer der beiden Verstärkerschaltungen zugeführt werden. Liegt jedoch in Sperrrichtung eine Spannung an, welche größer ist als eine für die jeweilige zenerdiode spezifische Durchbruchsspannung, dann wird die zenerdiode in Sperrrichtung niederohmig. Dieses Verhalten kann bei der beschriebenen Überwachungsvorrichtung durch eine geeignete Dimensionierung der zenerdiode, insbesondere durch eine geeignete Wahl der Durchbruchsspannung, dazu genutzt werden, um einen Kurzschluss in der Anschlussleitung, insbesondere einen Kurzschluss zwischen der oben beschriebenen Spannungsversorgungsleitung und der oben beschriebenen gemeinsamen Messsignalleitung, zu erkennen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Durchbruchsspannung von zumindest einer der beiden Zenerdioden derart dimensioniert, dass die zumindest eine zenerdiode (a) bei einem fehlerfreien Anschluss der beiden Flammendetektoren an die Spannungsversorgungseinrichtung und an den gemeinsamen Signaleingang in einem Spannungsbereich betrieben wird, welcher kleiner ist als die Durchbruchsspannung, und (b) bei einem Kurzschluss zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und dem gemeinsamen Signaleingang in einem Spannungsbereich betrieben wird, welcher größer ist als die Durchbruchsspannung.
Der genannte Spannungsbereich, welcher größer ist als die Sperrspannung, wird typischerweise auch als Durchlassbereich bezeichnet. In diesem Durchlassbereich hat die zenerdiode ihre gleichrichtende Wirkung verloren.
Bei der beschriebenen Überwachungsvorrichtung wird im Falle eines Kurzschlusses insbesondere zwischen der oben beschriebenen gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der oben beschriebenen gemeinsamen Messsignalleitung an der zenerdiode die von der Spannungsversorgungseinrichtung bereit gestellte Wechselspannung, ggf. nach einer Glättung durch die ebenfalls oben beschriebene Filterschaltung, anliegen. Da bei einem Kurzschluss im Gegensatz zu einem fehlerfreien Betriebszustand der Überwachungsvorrichtung, bei dem der betreffende Flammendetektor selbst im Falle einer Detektion von Strahlung zumindest für einen gewissen Spannungsabfall sorgt, an der zenerdiode eine höhere Wechselspannung anliegt, kann dieser Kurzschluss durch eine ggf. durch die Zenerdioden-Charakteristik geringfügig modifizierte Wechselspannung erkannt werden, welche in die betreffende Verstärkerschaltung eingespeist und an einem Ausgang der Verstärkerschaltung ausgegeben wird. Das Vorhandensein einer Ausgangs-Wechselspannung kann somit als ein zuverlässiges Indiz dafür angesehen werden, dass ein Kurzschluss insbesondere zwischen der oben beschriebenen gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der oben beschriebenen gemeinsamen Messsignalleitung vorliegt. Ein Kurzschluss kann somit auf einfache und zugleich effektive Weise zuverlässig erkannt und damit die Betriebssicherheit der gesamten Überwachungsvorrichtung erheblich erhöht werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Stärke des Spannungsabfalls über dem Flammendetektor maßgeblich von der Art des Strahlungsdetektors abhängt, welcher bei dem betreffenden Flammendetektor zum Einsatz kommt. Im Falle einer derzeit als besonders geeignet angesehenen UV-Zelle liegt der Spannungsabfall über der UV-Zelle, selbst wenn gerade eine vergleichsweise hohe Intensität an UV-Strahlung nachgewiesen wird, in der Größenordnung von 100 Volt. Im Falle eines Kurzschlusses liegt somit eine um ca. 100 Volt höhere Spannung an dem gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung an. Diese erhöhte Spannung führt dann, ggf. nach einer gewissen Dämpfung durch die oben beschriebene Filterschaltung, dazu, dass sich die betreffende zenerdiode zumindest während einer der beiden Halbwellen der Wechselspannung in ihrem Durchbruchsbereich befindet. Selbstverständlich muss man, um die oben beschriebene Funktionalität der Kurzschlusserkennung anhand eines Wechselspannungs-Ausgangssignals der betreffenden Verstärkerschaltung zu erkennen, eine Zenerdiode mit einer geeigneten charakteristischen Durchbruchsspannung wählen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Anlegen einer von einer Spannungsversorgungseinrichtung bereitgestellten Wechselspannung mit einer ersten Halbwelle und einer zweiten Halbwelle an einen ersten Flammendetektor und an einen zweiten Flammendetektor, (b) ein Empfangen einer erster Strahlung, welche von der ersten Flamme emittiert wird, mittels des ersten Flammendetektors, (c) ein Empfangen einer zweiten Strahlung, welche von der zweiten Flamme emittiert wird, mittels des zweiten Flammendetektors, (d) ein Zuführen eines während der ersten Halbwelle vorhandenen ersten Messsignals von dem ersten Flammendetektor an einen gemeinsamen Signaleingang einer Auswerteschaltung, wobei das erste Messsignal für die Intensität der ersten Strahlung indikativ ist, (e) ein Zuführen eines während der zweiten Halbwelle vorhandenen zweiten Messsignals von dem zweiten Flammendetektor an den gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung, wobei das zweite Messsignal für die Intensität der zweiten Strahlung indikativ ist, und (f) ein Überwachen des Vorhandenseins der ersten Flamme und des Vorhandenseins der zweiten Flamme mittels der Auswerteschaltung basierend auf dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.
Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer geeigneten Schaltung der beiden Flammendetektoren trotz der Verwendung eines gemeinsamen Signaleingangs beide Flammendetektoren unabhängig voneinander ausgelesen werden können, sofern das erste Messsignal exklusiv dem ersten Flammendetektor und das zweite Messsignal exklusiv dem zweiten Flammendetektor zugeordnet werden kann. Diese Zuordnung erfolgt erfindungsgemäß anhand der beiden Halbwellen der Wechselspannung, welche von der Spannungsversorgungseinrichtung für beide Flammendetektoren gemeinsam zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann das erste Messsignal lediglich während der ersten Halbwelle der an beide Flammendetektoren angelegten Wechselspannung auftreten. Entsprechend kann das zweite Messsignal lediglich während der zweiten Halbwelle der Wechselspannung auftreten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (g) ein Löschen der ersten Flamme, (h) ein Auswerten des ersten Messsignals, und (i) ein Betrachten der Überwachungsvorrichtung als fehlerhaft, wenn die Auswertung des ersten Messsignals fälschlicherweise ein Vorhandensein der ersten Flamme anzeigt.
Das zumindest vorrübergehende Löschen der ersten Flamme hat den Vorteil, dass auf einfache Weise die Funktionsfähigkeit der Überwachungsvorrichtung überprüft werden kann. Insbesondere kann ein Kurzschluss zwischen der o.g. gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der o.g. gemeinsamen Messsignalleitung erkannt werden, weil nur bei einem derartigen Kurzschluss auch dann ein Wechselspannungssignal an dem gemeinsamen Signaleingang anliegt, wenn der erste Flammendetektor gar keine Strahlung empfängt.
Das Löschen der ersten Flamme kann beispielsweise durch ein Schließen eines Ventils für die Brennstoffzufuhr für die erste Flamme erfolgen. In diesem Fall sollte jedoch mit dem Auswerten des ersten Messsignals zumindest eine gewisse Verzögerungszeit gewartet werden, welche der zu erwartenden zeitdifferenz zwischen dem Schließen des Ventils und dem tatsächlichen Erlöschen der ersten Flamme entspricht. Abhängig von der Konstruktion der betreffenden Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann diese Verzögerungszeit beispielsweise zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegen.
Das Löschen der ersten Flamme kann auf vorteilhafte Weise im Rahmen eines sog. intermittierenden Betriebs der Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung erfolgen. Ein spezielles Ausschalten der ersten Flamme lediglich zum Zwecke der Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Überwachungsvorrichtung ist damit auf vorteilhafte Weise nicht erforderlich.
Unter einem intermittierenden Betrieb ist in Übereinstimmung mit einschlägigen Produktnormen für Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, welche auch als Feuerungsautomaten bezeichnet werden, ein Betriebsmodus zu verstehen, bei dem die Flammen im Laufe von 24 Stunden mindestens ein mal (1x) abgeschaltet werden. Im Bereich normaler Heizungsanwendungen für den Wohnbereich ist diese Anforderung meist erfüllt. Hier finden nämlich oft mehrere Brennerstarts pro Stunde statt. Die beschriebene Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann den Inbetriebsetzungsvorgang also dazu nutzen, um seine Funktionstüchtigkeit zu prüfen und insbesondere das Flammenüberwachungssystem zu testen. Damit wird das Flammenüberwachungssystem im intermittierenden Betrieb relativ häufig getestet.
Es wird darauf hingewiesen, dass das beschrieben Verfahren auf gleiche Weise auch mit der zweiten Flamme durchgeführt werden kann.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass auch bei Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen oder Brennern, bei denen zumindest eine Flamme (die Pilotflamme) immer an bleibt, eine Erkennung eines Fehlers, insbesondere eines Kurzschlusses, möglich sein kann. So kann beispielsweise bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung, bei der geeignet dimensionierte Zenerdioden verwendet werden, um im Falle eines Spannungsdurchbruchs bei einer Halbwelle (bei der anderen Halbwelle ist die zenerdiode ohnehin leitend) und damit bei einer Zuführung einer Wechselspannung an die betreffende Verstärkerschaltung der Auswerteschaltung auf einen Kurzschluss zwischen der gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der gemeinsamen Messsignalleitung geschlossen werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieses Dokuments sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich lediglich in seiner ersten ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Die beiden UV-Zellen 114 und 124 weisen jeweils einen Glaskolben aus einem UV-durchlässigen Quarzglas auf, der mit Edelgas gefüllt ist. In dem Glaskolben befinden sich zwei Elektroden. Wenn zwischen den beiden Elektroden eine Spannung angelegt und zudem das Edelgas mit UV-Licht, welches von der Hauptflamme bzw. von der Pilotflamme emittiert wird, bestrahlt wird, dann wird die betreffende UV-Zelle zumindest teilweise elektrisch leitend und es kann ein Strom durch den entsprechenden Flammendetektor 110, 120 fließen.
Die Überwachungsvorrichtung 100 weist ferner, in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, eine als Transformator ausgebildete Spannungsversorgungseinrichtung 130 auf, welche über einen Widerstand R, einem gemeinsamen Spannungsausgang 131 und einer gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung 132 mit den beiden Flammendetektoren 110 und 120 verbunden ist. Der gemeinsame Spannungsausgang ist als Anschlusskontakt 131 in dem (nicht dargestellten) Gehäuse der Überwachungsvorrichtung 100 ausgebildet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel führt der Transformator 130 eine Transformation durch, bei der ein 50Hz Eingangssignal mit einer Netzspannung Unetz von 230V auf ein 50Hz Ausgangssignal mit einer Sensorspannung Usensor von ca. 300V hoch transformiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch Spannungstransformationen mit anderen Frequenzen und/oder mit anderen Werten für die Primärspannung und/oder die Sekundärspannung möglich sind. Beispielsweise wird in den USA in der Regel ein Eingangssignal mit einer effektiven Spannung von 120V und einer Frequenz von 60 Hz verwendet.
Die Überwachungsvorrichtung 100 weist ferner eine Auswerteschaltung 150 auf, welche wiederum eine erste Verstärkerschaltung 152 und eine zweite Verstärkerschaltung 154 umfasst. Die erste Verstärkerschaltung 152 weist eingangsseitig eine Diode D10 auf, die mit einem gemeinsamen Signaleingang 138 verbunden ist. Die zweite Verstärkerschaltung 154 weist eingangsseitig eine Diode D20 auf, die ebenfalls mit dem gemeinsamen Signaleingang 138 verbunden ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der gemeinsame Signaleingang als Anschlusskontakt 138 in dem oben genannten (nicht dargestellten) Gehäuse ausgebildet.
Wie aus
Da die beiden Flammendetektoren 110 und 120 über die gemeinsame Spannungsversorgungsleitung 132 mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, kann der erste Flammendetektor 110 (bei brennender Hauptflamme) nur während der positiven Halbwelle der Wechselspannung leitend werden, wohingegen der zweite Flammendetektor 120 (bei brennender Pilotflamme) nur während der negativen Halbwelle der Wechselspannung leitend werden kann. Das über die gemeinsame Messsignalleitung 134 an die Auswerteschaltung 150 übertragene Messsignal von beiden Flammendetektoren 110 und 120 wird dann von den beiden Dioden D10 und D20 separiert, so dass, wie oben bereits beschrieben, die erste Verstärkerschaltung 152 mit einem ersten Ausgang A1 dem ersten Flammendetektor 110 zugeordnet ist und die zweite Verstärkerschaltung 154 mit einem zweiten Ausgang A2 dem zweiten Flammendetektor 120 zugeordnet ist.
Wie aus
Da derartige Verstärkerschaltungen dem Fachmann geläufig sind, wird an dieser Stelle deren Funktionsweise nicht im Detail erläutert. Dem Fachmann wird jedoch aus den beiden in
Bei der Überwachungsvorrichtung 200 sorgt die zweistufige Tiefpass-Filterschaltung 240 dafür, dass die Messsignale von beiden Flammendetektoren 110 und 120 unmittelbar nach dem gemeinsamen Signaleingang 138 geglättet werden.
Die beiden Zenerdioden ZD10 und ZD20 tragen dazu bei, dass im Vergleich zu der Überwachungsvorrichtung 100 bei der Überwachungsvorrichtung 200 zusätzlich noch ein Fühlerkurzschluss zwischen der gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung 132 und der gemeinsamen Messsignalleitung 134 erkannt werden kann. Zu diesem Zweck sind die Durchbruchs- oder Zenerspannungen der beiden Zenerdioden ZD10 und ZD20 so dimensioniert, dass bei einem Fühlerkurzschluss die an dem gemeinsamen Signaleingang 138 anliegende Eingangsspannung größer ist als die Zenerspannung der beiden Zenerdioden ZD10 und ZD20. Dabei ist zu bedenken, dass bei einem Fühlerkurzschluss an dem gemeinsamen Signaleingang 138 die volle Wechselspannung anliegt, welche von der Spannungsversorgungseinrichtung 130 bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu fällt bei dem üblichen Betrieb der Überwachungsvorrichtung 200 bei brennenden Flammen über den nicht dargestellten UV-Zellen der beiden Flammendetektoren 110 und 120 zumindest eine gewisse Spannung ab, so dass die an dem gemeinsamen Signaleingang 138 anliegende Spannung kleiner ist als die bei einem Fühlerkurzschluss anliegenden Wechselspannung. Somit wird den beiden Transistoren T10 und T20 bei einem Fühlerkurzschluss ein Wechselspannungssignal zugeführt. Damit ergeben sich folgende Ausgangssignale:
Es wird darauf hingewiesen, dass in
An dem schematisch als Oszilloskop dargestellten Auswerteeinheit 270 können die an den beiden Ausgängen A1 und A2 anliegenden Spannungssignale für alle möglichen Betriebszustände dargestellt werden.
Wie bereits oben erläutert, ist der Pegel des Ausgangssignals AA2 "Low", wenn die Pilotflamme aus ist. Wenn der Pegel des Ausgangssignals "High" ist, dann brennt die Pilotflamme. Ferner ist der Pegel des Ausgangssignals AA1 "High", wenn die Hauptflamme aus ist. Wenn der Pegel des Ausgangssignals AA1 bei "Low" ist, dann brennt die Hauptflamme.
Bei dem in
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird zu einer Zeit t1 ein Ventil zur Brennstoffzufuhr für die Hauptflamme geöffnet. Das geöffnete Hauptflammen-Ventil ist in
Die zeitliche Verzögerung t2-t1 hängt u.a. von der Zeitdauer ab, die für den Brennstofftransport von dem Ventilausgang bis zu dem Ort der Hauptflamme benötigt wird. Für jede Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann demzufolge eine von deren Konstruktion abhängige maximale Verzögerungszeit TSA1 ermittelt werden, innerhalb der die Hauptflamme spätestens angehen muss. Diese Verzögerungszeit TSA1 kann je nach Konstruktion der betreffenden Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegen. Sollte jedoch innerhalb dieser Zeitspanne TSA1 ab t1 das erste Flammensignal nicht angehen, dann kann davon ausgegangen werden, dass die Flammen-Überwachungsvorrichtung defekt ist.
Wenn das Ventil für die Hauptflamme zu einem Zeitpunkt t5 geschlossen wird, dann wird bei einer korrekt funktionierenden Überwachungsvorrichtung erwartet, dass das Flammensignal 581a für die Hauptflamme innerhalb einer gewissen zeitlichen Verzögerung zu einem Zeitpunkt t6 aus geht. Sollte dies nicht der Fall sein, dann kann davon ausgegangen werden, dass ein Fühlerkurzschluss vorliegt.
Entsprechendes gilt für das Öffnen (zu einem Zeitpunkt t3) und Schließen (zu einem Zeitpunkt t7) des Ventils für die Brennstoffzufuhr für die Pilotflamme. In
Die in
Die folgende Tabelle 1 zeigt verschiedene Bauteilefehler der Überwachungsvorrichtung 200 und die zugehörigen Ausgangssignale an den Ausgängen A1 und A2. Folgende Abkürzungen sind in der Tabelle 1 verwendet:
Bei dem Ausgang A1 bedeutet "High", dass kein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt, und "Low", dass ein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt.
Bei dem Ausgang A2 bedeutet "High", dass ein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt, und "Low", dass kein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt.
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.