VERFAHREN ZUR ÜBERWACHUNG EINER FLAMME IN EINEM BRENNRAUM EINES BRENNERS

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_IST) durch den Temperatursensor (12) ermittelt wird und wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (T_IST) mit einem jeweiligen für den Zündvorgang (I), den Anlaufvorgang (II) und den Dauerbetrieb (III) spezifischen Grenzwert (T_G) 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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das bei dem Zündvorgang dem Brennraum zugeführte Gas, Gasgemisch oder der Brennstoff mittels einer vorzugsweise elektrischen Zündvorrichtung entzündet.

[0025] 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.

[0026] 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.

[0027] 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.

[0028] 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.

[0029] 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.

[0030] 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.

[0031] 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.

[0032] 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.

[0033] 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.

[0034] 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.

[0035] Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.

[0036] 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.

[0037] Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.

[0038] 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.

[0039] 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.

[0040] 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.

[0041] In Figur 2 sind diese Hauptphasen der Verbrennung, also der Zündvorgang I, der Anlaufvorgang II und der Dauerbetrieb III, bzw. die Ist-Temperatur T_IST während der Phasen über die Zeit t aufgetragen.

[0042] 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 t_I, welche hier beispielsweise mit 3 Sekunden gewählt wurde, die Ist-Temperatur T_IST mit einer Zündungstemperatur T_G-I verglichen, wobei die Zündungstemperatur T_G-I eine vor oder bei Beginn des Zündvorgangs ermittelte Temperatur zuzüglich einer vorbestimmten Temperaturdifferenz von beispielsweise 12 K ist.

[0043] Liegt die Ist-Temperatur T_IST oberhalb der Zündungstemperatur T_G-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.

[0044] In dem an den Zündvorgang I anschließenden Anlaufvorgang II wird die Flamme 11 bzw. die Verbrennung hochgefahren, so dass sich die Ist-Temperatur T_IST erhöht. Hierbei findet fortlaufend, also stetig oder in diskreten Zeitabständen ein Vergleich der Ist-Temperatur T_IST mit einer für den jeweiligen Vergleichszeitpunkt spezifischen Vergleichstemperatur eines Anlauftemperaturverlaufs T_G-II statt. Beispielhaft ist in Figur 2 ein einzelner Vergleich des fortwährenden Vergleichsvorgangs eingezeichnet, bei welchem zu einem Zeitpunkt t_II eine zu diesem Zeitpunkt herrschende Ist-Temperatur T_x mit einer für diesen Zeitpunkt spezifischen Vergleichstemperatur T_G-X des Anlauftemperaturverlaufs T_G-II verglichen wird. Liegt die jeweils aktuelle Ist-Temperatur T_IST über der jeweiligen Vergleichstemperatur des des Anlauftemperaturverlaufs T_G-II, wird die Flamme 11 als nicht erloschen bzw. brennend bestimmt. Der Verlauf der Ist-Temperatur T_IST liegt, wie in Figur 2 sichtbar, nicht lediglich parallel zu dem Anlauftemperaturverlauf T_G-II, sondern kann von einer solchen Mindesterfordernis insbesondere mit einem fortschreiten der Zeit t abweichen.

[0045] 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 T_IST 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 T_G-III eine zuvor mit Zeit- und Wertversatz gespeicherte, also vergangene Ist-Temperatur herangezogen. Vereinfacht ausgedrückt, wird also die Ist-Temperatur T_IST 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 T_IST mit der vergangenen Ist-Temperatur T_IST, der um den vorbestimmten Wert erniedrigt wurde, unmittelbar beim Vergleich erniedrigt wird oder mit einer Toleranz beaufschlagt wird, verglichen. Ist die aktuelle Ist-Temperatur T_IST niedriger als die vergangene und als Vergleichstemperatur T_G-III genutzte Ist-Temperatur T_IST, wird die Flamme 11 als erloschen erkannt.

[0046] Eine solche zeit- und wertversetzte Speicherung der Vergleichstemperatur T_G-III während des Dauerbetriebs III ist durch die Vektorpfeile in Figur 2 angedeutet.

[0047] Ein beispielsweiser Vergleichszeitpunkt t_III ist gegeben, wobei ein Vergleich fortlaufend, also stetig oder in vorbestimmten Zeitintervallen stattfindet. Ein deutliches Abfallen der Ist-Temperatur T_IST unter die Vergleichstemperatur T_G-III ist am rechten Randbereich des Verlaufs sichtbar, so dass hier ein Erlöschen der Flamme 11 detektiert werden würde.

[0048] 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.

Ansprüche

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 (T_IST) durch den Temperatursensor (12) ermittelt wird

und wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (T_IST) mit einem jeweiligen für den Zündvorgang (I), den Anlaufvorgang (II) und den Dauerbetrieb (III) spezifischen Grenzwert (T_G) 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 (T_IST) während des Zündvorgangs (I) mit einer Zündungstemperatur (T_G-I) als ersten Grenzwert (T_G) vergleicht,

die Flamme (11) als vorhanden erkennt, wenn die Ist-Temperatur (T_IST) innerhalb einer vorbestimmten Zündungszeit (t_I) über die Zündungstemperatur (T_G-I) steigt,

und die Flamme (11) als erloschen erkennt, wenn die Ist-Temperatur (T_IST) innerhalb der vorbestimmten Zündungszeit (t_I) nicht über die Zündungstemperatur (T_G-I) steigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (T_IST) während des Anlaufvorgangs (II) mit einer zeitspezifischen Anlauftemperatur eines Anlauftemperaturverlaufs (T_G-II) als zweiten Grenzwert (T_G) vergleicht,

die Flamme (11) als vorhanden erkennt, wenn die Ist-Temperatur (T_IST) oberhalb der Anlauftemperatur ist,

und die Flamme (11) als erloschen erkennt, wenn die Ist-Temperatur (T_IST) unterhalb der Anlauftemperatur ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

wobei die Auswerteeinheit die Ist-Temperatur (T_IST) während dem Dauerbetrieb (III) als Vergleichstemperatur (T_G-III) speichert und eine aktuelle Ist-Temperatur (T_IST) mit einer als Vergleichstemperatur (T_G-III) gespeicherten vergangenen Ist-Temperatur (T_IST) als dritten Grenzwert (T_G) vergleicht,

die Flamme (11) als vorhanden erkennt, wenn die Ist-Temperatur (T_IST) oberhalb der Vergleichstemperatur (T_G-III) ist,

und die Flamme (11) als erloschen erkennt, wenn die Ist-Temperatur (T_IST) unterhalb der Vergleichstemperatur (T_G-III) ist.

5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,

wobei die Ist-Temperatur (T_IST) mit einem die Temperatur verringernden Wertversatz gespeichert wird, so dass zwischen der aktuellen Ist-Temperatur (T_IST) 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 (t_I) 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 (T_G-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 (T_IST) gespeichert werden und die gespeicherten Ist-Temperaturen (T_IST) 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 (T_IST) 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 (T_IST) 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).

Zeichnung