DE102013005151A1

DE102013005151A1 - Apparatus and method for monitoring and monitoring the flames of a combustion process

Info

Publication number: DE102013005151A1
Application number: DE102013005151.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-02
Also published as: WO2014154571A1; EP2979032A1; EP2979032B1

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren dienen der Beobachtung und Überwachung von Flammen (1.8) eines Verbrennungsprozesses in einem Ofen (1.1), in dem während des Verbrennungsprozesses Brennstoff in Gegenwart von Luft verbrannt wird. Ein optischer Sensor (1.6) zur Flammenbeobachtung erzeugt in Abhängigkeit der beobachteten Flammen ein Sensorausgangssignal. Ein Auswerteeinheit steht mit dem optischen Sensor (1.6) zur Übermittlung des Sensorausgangssignals in Verbindung steht und weist Mittel zur Ermittlung eines Steuereingriffs in den Verbrennungsprozess in Folge des Sensorausgangssignals auf, um die Luftzufuhr (1.9) zum Verbrennungsprozess durch den Steuereingriff unter Veränderung der Flammen zu beeinflussen. Dadurch, dass der optische Sensor (1.6) geeignet ist, die Flammdichte je Zeiteinheit zu erfassen, dass ein Signalgeber vorgesehen ist, der bei Unterschreiten der Flammdichte unter einen vorbestimmten oder vorbestimmbaren Bruchteil eines vom optischen Sensor (1.6) erfassten Maximalwertes an Flammdichte ein Signal zur Auslösung des vorzugsweise manuellen Steuereingriffs ausgibt, werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effektiveren Beheizung von Öfen bereitgestellt.A device and a method are used to observe and monitor flames (1.8) of a combustion process in a furnace (1.1) in which fuel is burned in the presence of air during the combustion process. An optical sensor (1.6) for flame observation generates a sensor output signal depending on the observed flames. An evaluation unit is connected to the optical sensor (1.6) for transmitting the sensor output signal and has means for determining a control intervention in the combustion process as a result of the sensor output signal in order to influence the air supply (1.9) to the combustion process through the control intervention by changing the flames , The fact that the optical sensor (1.6) is suitable for detecting the flame density per unit of time, that a signal generator is provided which, when the flame density falls below a predetermined or predeterminable fraction of a maximum value of flame density detected by the optical sensor (1.6), provides a signal for Triggering the preferably manual control intervention, an apparatus and a method for more effective heating of furnaces are provided.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beobachtung und Überwachung der Flammen eines Verbrennungsprozesses, insbesondere in einer Feuerstätte wie einem Ofen, Kachelofen, Kachelkamin oder dergleichen, wobei während des Verbrennungsprozesses Brennstoffe in Gegenwart von Luft verbrannt werden, nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 8.The invention relates to a device and a method for monitoring and monitoring the flames of a combustion process, in particular in a fireplace such as an oven, tiled stove, tiled fireplace or the like, wherein during the combustion process fuels are burned in the presence of air, according to the preamble of claims 1 and . 8th.

Stand der TechnikState of the art

Aus der dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche zugrundeliegenden DE 27 22 318 A1 ist eine Brennerüberwachung und -regelung für Öfen bekannt, mit der ein Brenner, in dem Brennstoff in Gegenwart von Luft verbrannt wird, geregelt betrieben werden kann. Über eine Einrichtung zur Beobachtung der Flammen wird der Wellenlängenbereich der abgestrahlten Strahlung von Flammen aufgenommen und im Rahmen einer Spektralanalyse in zwei Sätze von Wellenlängenbereichen zerlegt. Aus den Absorptionswellenlängen und den Emissionswellenlängen wird auf den Verbrennungsprozess rückgeschlossen und als Folge davon die Luftzufuhr zum Verbrennungsprozess beeinflusst. Die Beobachtung findet im Brennraum statt und erfordert einen für Heizanlagen entsprechenden Regel- und Steueraufwand.From the underlying the preamble of the independent claims DE 27 22 318 A1 a burner monitoring and control is known for ovens, with which a burner in which fuel is burned in the presence of air, regulated can be operated. By means of a device for observing the flames, the wavelength range of the radiated radiation of flames is recorded and decomposed in a spectral analysis into two sets of wavelength ranges. From the absorption wavelengths and the emission wavelengths, the combustion process is deduced and, as a consequence, the air supply to the combustion process is influenced. The observation takes place in the combustion chamber and requires a corresponding regulation and tax expense for heating systems.

Zum Heizen von Wohnräumen werden neben den klassischen Zentralheizungen bzw. Öl-, Gas- oder Pelletheizungen auch Öfen wie Kachelöfen, Heizkamine oder Kachelkamine mit sichtbarer Feuerstelle verwendet. Diese werden oft mit Kaminholz, Kohle oder anderen festen Brennstoffen sporadisch geheizt. Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen, sollte die Luftzufuhr kurz vor dem endgültigen Abbrennen oder mit dem endgültigen Abbrennen geschlossen werden, um einen Wärmverlust zu vermeiden. Dieser Wärmeverlust tritt jedoch in der Regel viel zu oft auf, da man z. B. im Gespräch mit Freunden abgelenkt ist. Da der Raum selbst warm ist, brennt das Feuer unbemerkt herunter. Die zuvor für die Verbrennung benötigte Frischluft durchströmt den Ofen und kühlt ihn aus. Um wieder Wärme zu erhalten, muss der Ofen entsprechend oft neu befüllt werden. Dies führt zu höheren Heizkosten und, aus Umweltgesichtspunkten noch schädlicher, zu einer unnötigen CO²-Belastung.For the heating of living rooms ovens such as tiled stoves, fireplaces or tile fireplaces with visible hearth are used in addition to the classic central heating or oil, gas or pellet heating. These are often heated with firewood, coal or other solid fuels sporadically. In order to achieve the highest possible efficiency, the air supply should be closed just before the final burn-off or with the final burn-off in order to avoid heat loss. However, this heat loss usually occurs much too often, because you z. B. distracted in conversation with friends. Since the room itself is warm, the fire burns down unnoticed. The fresh air previously required for the combustion flows through the stove and cools it. In order to regain heat, the oven must be refilled accordingly often. This leads to higher heating costs and, from an environmental point of view even more damaging, an unnecessary CO ² burden.

Um diesen Zustand zu beseitigen, gibt es Vorrichtungen, die die Luftzufuhr bei entsprechendem Stand des Abbrandes selbständig schließen. Allerdings müssen diese Vorrichtungen fest in einem dazu vorbereiteten Ofen eingebaut sein, was mit entsprechenden Anschaffungskosten einhergeht. Deshalb ist auch nur ein geringer Teil aller Öfen mit einer solchen Vorrichtung ausgestattet.To eliminate this condition, there are devices that automatically close the air supply at the appropriate level of burnup. However, these devices must be firmly installed in a prepared oven, which is associated with corresponding acquisition costs. Therefore, only a small portion of all ovens are equipped with such a device.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effektiveren Beheizung von Öfen bereitzustellen.Based on this prior art, the present invention has the object to provide an apparatus and a method for more effective heating of furnaces.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst.This object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 8.

Zu diesem Zweck ist ein optischer Sensor vorgesehen, der die Flammdichte je Zeiteinheit erfasst. Unter dem Begriff Flammdichte wird im Rahmen dieser Anmeldung die Anzahl und/oder Amplitude an Flammen verstanden, die je Zeiteinheit auftreten. Die Flammen lösen ein Flackerlicht aus, das vom optischen Sensor erfasst wird und zur Auslösung eines vorzugsweise manuellen Steuereingriffs für die Beeinflussung der Luftzufuhr ausgewertet wird. Der Steuereingriff kann jedoch auch selbsttätig erfolgen oder Teil eines Regelungsprozesses sein, wenngleich im Rahmen der Erfindung dem manuellen Steuereingriff der Vorzug gegeben wird. Dazu weist die Vorrichtung einen Signalgeber auf, der bei Unterschreiten einer bestimmten Flammdichte ein Signal zur Auslösung des Steuerangriffs ausgibt. Diese vorgegebene oder vorgebbare Flammdichte tritt beim Verbrennungsprozess eine gewisse Zeit nach dem maximalen Wert an Flammdichte, also nach dem vollständigen Auflodern, ein. Erst wenn dieser Bruchteil der maximalen Flammdichte erreicht wird, sollte die Luftzufuhr geschlossen werden. Durch die damit gegebene Überwachung des Verbrennungsprozesses, auf die weiter unten noch eingegangen wird, kann dann die Wärme im Ofen gehalten werden und gleichzeitig kann ein vollständiger Verbrennungsprozess gewährleistet werden, was zur Reduzierung der CO²-Belastung beiträgt.For this purpose, an optical sensor is provided which detects the flame density per unit time. For the purposes of this application, the term "flame density" is understood to mean the number and / or amplitude of flames that occur per unit of time. The flames trigger a flickering light, which is detected by the optical sensor and evaluated to trigger a preferably manual control intervention for influencing the air supply. However, the control intervention can also be automatic or part of a regulatory process, although in the context of the invention, the manual control intervention is preferred. For this purpose, the device has a signal generator, which outputs a signal for triggering the control attack when falling below a certain flame density. This predetermined or predefinable flame density occurs in the combustion process for a certain time after the maximum value of the flame density, ie after complete flare. Only when this fraction of the maximum flame density is reached, the air supply should be closed. By thus monitoring the combustion process, which will be discussed later, the heat can then be kept in the furnace and at the same time a complete combustion process can be ensured, which contributes to the reduction of CO ² pollution.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung um ein vom Ofen unabhängiges Gerät, das mit dem Ofen lediglich in Sichtverbindung steht. Dieses Gerät meldet sich ohne weitere Bedienung selbständig, wenn ein entsprechender Abbrand erreicht ist und die Luftzufuhr vom Ofen geschlossen werden sollte. Dieses Gerät muss damit aber auch selbst erkennen, wann ein Ofen entzündet wurde und wann das Brenngut entsprechend abgebrannt ist. Das Gerät kann in einem nahezu beliebigen Abstand zum Ofen stehen und immer aktiv sein, d. h. es muss nicht von Hand aktiviert werden, wenn Brenngut entzündet wird. Die einzige Bedienung besteht in dem Betätigen einer Taste zum Unterbrechen des Alarms, der nach entsprechendem Abbrand ertönt und zum Schließen der Luftzufuhr auffordert. Vorzugsweise ist lediglich sicherzustellen, dass der optische Sensor in Sichtverbindung mit der Feuerstätte steht, wozu der Ofen eine für die vom optischen Sensor erfasste Lichtstrahlung durchlässige Platte wie eine Scheibe aufweist.Preferably, the device is a device independent of the oven and only in visual communication with the oven. This device logs on automatically without further operation, if a corresponding burnup is reached and the air supply from the oven should be closed. However, this device must also recognize when a stove was lit and when the firing material has burned down accordingly. The device can be located at almost any distance from the stove and always be active, ie it does not have to be activated manually when burning material is ignited. The only operation is to press a button to interrupt the alarm, which sounds after a corresponding burnup and prompts to close the air supply. Preferably, only is ensure that the optical sensor is in visual communication with the hearth, for which the furnace has a plate transparent to the light radiation detected by the optical sensor, such as a disk.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung so aufgebaut, dass sie im Brennprozess die Anzündphase mittels eines ersten Timers erkennt und dann zunächst nicht weiter den Verbrennungsprozess beachtet, bis der eigentliche Verbrennungsprozess in Gang ist. Ebenso ist vorzugsweise ein weiterer Timer vorgesehen, der eine Überwachung des Verbrennungsprozesses nach Schließen der Luftzufuhr unterbindet, da es sonst zu Fehlauslösungen kommen kann.Preferably, the device is constructed so that it detects the ignition phase in the firing process by means of a first timer and then initially ignores the combustion process until the actual combustion process is in progress. Likewise, preferably, a further timer is provided, which prevents monitoring of the combustion process after closing the air supply, otherwise it may lead to false triggering.

Verfahrensgemäß wird lediglich die Flammendichte je Zeiteinheit mittels des optischen Sensors erfasst und daraus auf den Verbrennungsprozess rückgeschlossen. Dabei hat sich gezeigt, dass die Beobachtung der Flammen den Verbrennungsprozess sehr effizient wiedergibt. Eine zusätzliche Temperaturauswertung ist nicht erforderlich. Auch die Infrarot-Strahlung, die grundsätzlich ebenfalls im Rahmen der Erfindung verwendet werden kann, ist anders verteilt als die Flammdichte, da sie eine stärkere Abnahme als die Verringerung der sichtbaren Flammen zeigt, also den Verbrennungsprozess nicht so gut widerspiegelt wie die Flammdichte.According to the method, only the flame density per unit time is detected by means of the optical sensor and deduced therefrom on the combustion process. It has been shown that the observation of the flames reflects the combustion process very efficiently. An additional temperature evaluation is not required. The infrared radiation, which in principle can also be used within the scope of the invention, is distributed differently than the flame density, since it shows a greater decrease than the reduction of the visible flames, ie the combustion process is not as well reflected as the flame density.

Vorzugsweise wird die Vorrichtung autark betrieben, d. h. sie muss nicht mit dem Stromnetz in Verbindung stehen. Der Stromverbrauch ist vorzugsweise so gering, dass das Gerät mit einer kleinen Solarzelle auskommt bzw. mit einer kleinen handelsüblichen Batterie eine Lebenszeit von mehreren Jahren hat.Preferably, the device is operated autonomously, i. H. it does not have to be connected to the power grid. The power consumption is preferably so low that the device requires a small solar cell or has a lifetime of several years with a small commercial battery.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.Further advantages emerge from the dependent claims and the following description of an embodiment.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:

1 einen Ofen mit einer davon beabstandeten Vorrichtung zur Beobachtung und Überwachung der Flammen, 1 a furnace with a remote device for monitoring and monitoring the flames,

2 eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung, 2 an enlarged view of the device,

3 einen schematischen Ablauf eines Verbrennungsprozesses, 3 a schematic sequence of a combustion process,

4 eine beispielhafte Schaltung für die Vorrichtung gemäß 2, 4 an exemplary circuit for the device according to 2 .

5 den Ablauf des Verbrennungsprozesses mit den zugeordneten, von der Schaltung gemäß 4 veranlassten Schaltimpulsen. 5 the sequence of the combustion process with the associated, from the circuit according to 4 caused switching pulses.

Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDescription of preferred embodiments

Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.Before describing the invention in detail, it should be noted that it is not limited to the respective components of the device and the respective method steps, since these components and methods may vary. The terms used herein are intended only to describe particular embodiments and are not intended to be limiting. In addition, if singular or indefinite articles are used in the specification or claims, this also applies to the majority of these elements unless the overall context clearly makes otherwise clear.

1 zeigt die Vorrichtung 1.4 zur Beobachtung und Überwachung der Flammen 1.8 eines Verbrennungsprozesses, wie er in einer Feuerstätte, wie in einem Ofen 1.1, Kachelofen, Kachelkamin oder dergleichen erfolgt. Im Folgenden wird der Begriff Ofen allgemein für Öfen verwendet, in denen während des Verbrennungsprozesses Brennstoff in Gegenwart von Luft verbrannt wird. Bevorzugter Einsatzbereich sind vor allem Heizkamine mit sichtbarer Feuerstelle, sofern jedoch eine Beobachtung der Flammen auch bei nicht sichtbarer Feuerstätte gewährleistet ist, kann die Vorrichtung z. B. auch im oder am Ofen selbst an geeigneter Stelle verwendet werden. 1 shows the device 1.4 for observation and monitoring of the flames 1.8 a combustion process, as in a hearth, as in a furnace 1.1 , Tiled stove, tiled fireplace or the like. Hereinafter, the term furnace is generally used for furnaces in which fuel is combusted in the presence of air during the combustion process. Preferred area of use are mainly fireplaces with a visible fireplace, but if an observation of the flames is ensured even when not visible fireplace, the device can, for. B. also be used in or on the furnace itself at a suitable location.

Der Ofen 1.1 gemäß 1 weist einen Brennraum auf, in dem der Brennstoff unter Bildung von Flammen 1.8 verbrannt wird. Die Feuerstätte des Ofens kann durch eine Scheibe 1.10 oder eine andere Platte verschlossen werden, sofern die Sichtverbindung 1.2 zur Vorrichtung 1.4 sichergestellt ist. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Platte oder Scheibe 1.10 für die vom optischen Sensor 1.6 der Vorrichtung 1.4 erfasste Lichtstrahlung durchlässig ist. Ferner weist der Ofen eine Luftzufuhr 1.9 auf, um den Luftzutritt zum Ofen 1.1 zu regeln.The oven 1.1 according to 1 has a combustion chamber in which the fuel to form flames 1.8 is burned. The hearth of the furnace can through a disc 1.10 or another plate, provided the line of sight 1.2 to the device 1.4 is ensured. This is always the case when the plate or disc 1.10 for those of the optical sensor 1.6 the device 1.4 detected light radiation is permeable. Furthermore, the oven has an air supply 1.9 on to the air access to the oven 1.1 to regulate.

Die Vorrichtung 1.4 dient zur Beobachtung und Überwachung der Flammen 1.8 des Verbrennungsprozesses im Ofen 1.1. Dazu ist ein optischer Sensor 1.6 zur Flammenbeobachtung vorgesehen, der in Abhängigkeit der beobachteten Flammen ein Sensorausgangssignal 4.11 erzeugt, das gemäß 4 an eine Auswerteeinheit 4.10 weitergegeben wird. Anhand des Sensorausgangssignals 4.11 ist die Auswerteeinheit 4.10 in der Lage, einen Steuereingriff in den Verbrennungsprozess infolge des Sensorausgangssignals 4.11 zu ermitteln. Die Luftzufuhr 1.9 stellt ein Mittel zur Beeinflussung der Zufuhr an Luft zum Verbrennungsprozess dar, durch das der Steuereingriff unter Veränderung der Flammen erfolgen kann. In einem selbständigen oder geregelten Verbrennungsprozess wäre diese manuelle Vorrichtung durch eine mechanische Vorrichtung zu ersetzen, wie z. B. eine Steuerklappe mit Antriebsmotor.The device 1.4 is used to observe and monitor the flames 1.8 the combustion process in the oven 1.1 , This is an optical sensor 1.6 provided for flame observation, depending on the observed flames, a sensor output signal 4.11 generated according to 4 to an evaluation unit 4.10 is passed on. Based on the sensor output signal 4.11 is the evaluation unit 4.10 being able to control the combustion process as a result of the sensor output signal 4.11 to investigate. The air supply 1.9 represents a means for influencing the supply of air to the combustion process, by which the Control intervention under change of the flames can be done. In a self-contained or controlled combustion process, this manual device would have to be replaced by a mechanical device, such as a manual device. B. a control valve with drive motor.

Gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik erfasst der optische Sensor 1.6 das Flackern der Flammen 1.8 und damit die Flammdichte je Zeiteinheit. Die Vorrichtung weist einen Signalgeber 4.6 auf, der bei Unterschreiten der Flammdichte unter einen vorbestimmten oder vorbestimmbaren Bruchteil 5.4 eines vom optischen Sensor 1.6 erfassten Maximalwertes M an Flammdichte ein Signal zur Auslösung des manuellen oder mechanischen Steuereingriffs ausgibt. Wesentlich ist also die Beobachtung der Flammdichte, d. h. der Flammenanzahl und/oder Amplitude der Flammen je Zeiteinheit, auf was im Folgenden noch näher eingegangen wird.Compared to the prior art, the optical sensor detects 1.6 the flickering of the flames 1.8 and thus the flame density per time unit. The device has a signal generator 4.6 on, which falls below the flame density below a predetermined or predeterminable fraction 5.4 one from the optical sensor 1.6 detected maximum value M of flame density outputs a signal to trigger the manual or mechanical control intervention. It is therefore essential to observe the flame density, ie the number of flames and / or the amplitude of the flames per unit of time, which will be discussed in more detail below.

3 zeigt die Anzahl A bzw. die Amplitude an Flammen und damit die Flammendichte über die Zeit t eines Verbrennungsprozesses. Während der Zeit t1 ist der Verbrennungsprozess noch nicht gestartet. Die dort auftretenden Impulse stammen vielmehr von Schaltsignalen anderer Leuchtquellen, die der optische Sensor 1.6 ebenfalls wahrnimmt. Da die Vorrichtung grundsätzlich alle Impulse mittelt, führen diese Impulse noch nicht dazu, dass der Betrieb der Vorrichtung so einsetzt, wie er bei einem Verbrennungsprozess einsetzen würde. Zu Beginn der Zeit t2 wird der Ofen angezündet. Die hierfür verwendeten Anzünder oder trockenen Kleinstoffe können unter Umständen relativ schnell hochlodern, was zu einem ersten Maximalwert in der Zeitdauer t2 führt. Dieser Wert hat jedoch mit dem Abbrand der Brennstoffe noch wenig zu tun. Sobald die Anzündmittel herunterbrennen, findet der Übergang zur Zeitdauer t3 statt, bei der es sich nun um den eigentlichen Brand also z. B. den Holzbrand handelt. Während dieses Verbrennungsprozesses ergibt sich ein Maximum M an Flammdichte in der Zeitdauer t3, was für die folgende Auswertung des Verbrennungsprozesses noch Bedeutung hat. Nach dem Maximum verbrennt der Brennstoff allmählich, bis zu irgendeinem Zeitpunkt während der Zeitdauer t3 die Luftzufuhr geschlossen wird. Dies führt meist nochmals zu einem Nachbrennen in der Zeit t4 mit ruhigeren Flammen, aber auch einem nochmaligen Anstieg der Flammdichte. 3 shows the number A or the amplitude of flames and thus the flame density over the time t of a combustion process. During the time t1, the combustion process has not yet started. The pulses occurring there rather come from switching signals of other light sources, the optical sensor 1.6 also perceives. Since the device basically averages all the pulses, these pulses do not yet cause the operation of the device to begin as it would in a combustion process. At the beginning of time t2, the stove is lit. The lighters or dry small substances used for this purpose can possibly become relatively fast, which leads to a first maximum value in the time period t2. However, this value still has little to do with the burning of the fuels. Once the igniters burn down, the transition to time t3 takes place, which is now the actual fire so z. B. is the wood fire. During this combustion process, a maximum M of flame density results in the time t3, which still has significance for the following evaluation of the combustion process. After the maximum, the fuel gradually burns until at any time during the period t3 the air supply is closed. This usually leads to a afterburn in the time t4 with quieter flames, but also a further increase in the flame density.

Dieser typische Verbrennungsprozess wird durch die Vorrichtung 1.4 gemäß 2 überwacht. Der optische Sensor 1.6 ist in einem Fenster der Vorrichtung 1.4 angeordnet. Ferner ist eine Betriebsanzeige 1.7 vorhanden, die dem Benutzer anzeigt, dass das Gerät gerade den Verbrennungsprozess beobachtet. Über einen Schalter 1.5 kann der Alarm des in 4 gezeigten Signalgebers 4.6 abgeschaltet werden. Gemäß 1 ist die Vorrichtung 1.4 und damit der optische Sensor 1.6 vorzugsweise von der Feuerstätte beabstandet an einem Standort 1.3 wie hier auf einem Tisch angeordnet und steht mit den Flammen 1.8 in Sichtverbindung 1.2. Dies ist auch die bevorzugte Ausführungsform, da diese Vorrichtung nachträglich jedem Ofen zugeordnet werden kann. Es handelt sich um ein kleines, vom Ofen 1.1 unabhängiges Gerät, das sich ohne weitere Bedienung selbständig meldet, wenn ein entsprechender Abbrand erreicht ist und die Luftzufuhr 1.9 zum Ofen 1.1 geschlossen werden sollte. Dies kann durch die noch zu beschreibende Schaltung gemäß 4 erreicht werden. Dieses Gerät muss selbst erkennen, wenn ein Ofen entzündet wurde und wann das Brenngut entsprechend abgebrannt ist. Dabei sollte das Gerät in einem nahezu beliebigen Abstand von etwa bis zu 10 Meter zum Ofen stehen können und immer aktiv sein, d. h. nicht von Hand aktiviert werden müssen, wenn das Brenngut entzündet wird. Die einzige Bedienung besteht in dem Betätigen des Schalters 1.5 zum Unterbrechen des Alarms, der nach entsprechendem Abbrand ertönt und zum Schließen der Luftzufuhr 1.9 auffordert. Um dieses Gerät möglichst autark zu betreiben, ist der Stromverbrauch so gering (< 10 μA), dass das Gerät mit einer Energiequelle 4.3 wie einer kleinen Solarzelle auskommt oder mit einer kleinen handelsüblichen Batterie eine Lebenszeit von mehreren Jahren hat. Durch konsequenten Einsatz des Gerätes wird der CO²-Ausstoß verringert und es werden deutliche Heizkosteneinsparungen für den Anwender erreicht.This typical combustion process is through the device 1.4 according to 2 supervised. The optical sensor 1.6 is in a window of the device 1.4 arranged. Furthermore, an operating display 1.7 which indicates to the user that the device is currently watching the combustion process. About a switch 1.5 can the alarm of in 4 shown signalers 4.6 be switched off. According to 1 is the device 1.4 and thus the optical sensor 1.6 preferably spaced from the hearth at a location 1.3 As arranged here on a table and stands with the flames 1.8 in sight connection 1.2 , This is also the preferred embodiment, since this device can be subsequently assigned to each oven. It is a small one, from the oven 1.1 Independent device, which reports independently without further operation, when a corresponding burn is reached and the air supply 1.9 to the oven 1.1 should be closed. This can be done by the circuit to be described below 4 be achieved. This appliance must recognize itself if a stove was ignited and when the kiln burned down accordingly. The device should be able to stand at almost any distance of up to 10 meters to the oven and should always be active, ie it does not have to be activated manually when the kiln is ignited. The only operation is to operate the switch 1.5 for interrupting the alarm that sounds after a corresponding burnup and for closing the air supply 1.9 prompts. To operate this device as autonomously as possible, the power consumption is so low (<10 μA) that the device with a power source 4.3 like a small solar cell or with a small commercial battery has a lifetime of several years. Through consistent use of the device, the CO ² emissions are reduced and significant heating cost savings are achieved for the user.

In der Schaltung gemäß 4 ist eine Fotodiode 4.1 vorgesehen, die vorzugsweise im Generatorbetrieb betrieben wird. Möglich ist dies auf Grund der geringen Reaktionszeit, die von der Fotodiode 4.1 benötigt wird. Grundsätzlich ist es gleichgültig, wie die Fotodiode gepolt wird. Die Fotodiode 4.1 wird über den Widerstand 4.2 belastet. Damit können Ladungsträger über den Widerstand 4.2 abwandern und es wird kein Strom aus der Energiequelle 4.3 verbraucht. Das Signal der Fotodiode wird dem Wechselverstärker 4.4 zugeführt und anschließend einem Bandfilter 4.5. Der Bandfilter filtert vorzugsweise Bereiche > 5 Hz und < 20 Hz aus dem Signal heraus. Damit fallen vorzugsweise alle Signale heraus, die z. B. von vorbeilaufenden Personen stammen und im oberen Frequenzbereich vor allem die Netzfrequenzen von 50 und 60 Hertz. Das so bandgefilterte Signal kann dann, muss aber nicht, einen weiteren Wechselverstärker 4.4 zugeführt werden, bevor es einem Mikroprozessor als Auswerteeinheit 4.10 zugeleitet wird. Dem Mikroprozessor sind zwei Schalter 4.7, 4.8 zugeordnet, die Timern zugeordnet sind, auf die weiter unten noch eingegangen wird. Von der Auswerteeinheit 4.10 wird eine LED 4.12 angesteuert, die die Betriebsanzeige 1.7 darstellt. Über den Taster 4.9 wird mittels des Schalters 1.5 der Alarm ausgeschaltet. Über die Schalter 4.7 und 4.8 kann je nach Ausführungsform der Vorrichtung 1.4 den Schwellwert 5.4 verändern und/oder eine zusätzliche Verzögerung für die Aktivierung des Signalgebers 4.6 aktiviert werden. Schließlich steht die Auswerteeinheit 4.10 mit dem Signalgeber 4.6 in Verbindung.In the circuit according to 4 is a photodiode 4.1 provided, which is preferably operated in generator mode. This is possible due to the short reaction time of the photodiode 4.1 is needed. Basically, it does not matter how the photodiode is poled. The photodiode 4.1 is about the resistance 4.2 loaded. This allows charge carriers across the resistor 4.2 emigrate and there is no electricity from the energy source 4.3 consumed. The signal of the photodiode becomes the repeater 4.4 fed and then a band filter 4.5 , The bandpass filter preferably filters out regions> 5 Hz and <20 Hz out of the signal. This preferably all signals fall out, the z. B. come from passing people and in the upper frequency range, especially the mains frequencies of 50 and 60 hertz. The band-filtered signal can then, but not necessarily, have another repeater 4.4 be fed before it a microprocessor as an evaluation unit 4.10 is forwarded. The microprocessor has two switches 4.7 . 4.8 assigned to the timers, which will be discussed below. From the evaluation unit 4.10 becomes an LED 4.12 controlled, the operating indicator 1.7 represents. About the button 4.9 is by means of the switch 1.5 the alarm turned off. About the switches 4.7 and 4.8 may vary depending on the embodiment of the device 1.4 the threshold 5.4 change and / or an additional delay for the activation of the signaler 4.6 to be activated. Finally, there is the evaluation unit 4.10 with the signal transmitter 4.6 in connection.

Mit dieser Schaltung ist folgender Betrieb der Vorrichtung gemäß 5 möglich. Wesentlich ist vor allem, dass zu einem geeigneten Zeitpunkt nach dem maximalen Auflodern die Luftzufuhr 1.9 geschlossen wird. Dies erfolgt nach Beendigung der eigentlichen Brennphase t3. Die Vorrichtung erfasst das Maximum M an maximaler Flammdichte 5.3, indem der maximale Wert gemittelt und abgespeichert wird. Wird im Folgenden die Flammdichte geringer, wird der Signalgeber 4.6 ausgelöst, sobald die Auswerteeinheit 4.10 an Hand des Sensorausgangssignals 4.11 feststellt, dass ein vorgegebener oder vorgebbarer Bruchteil 5.4 des Maximums M An Flammdichte erreicht ist. Das Signal des Signalgebers 4.6 gibt den Zeitpunkt für den vorzugsweise manuellen Steuereingriff an.With this circuit, the following operation of the device according to 5 possible. It is essential, above all, that at a suitable time after the maximum flare the air supply 1.9 is closed. This takes place after completion of the actual firing phase t3. The device detects the maximum M at maximum flame density 5.3 by averaging and storing the maximum value. If, in the following, the flame density decreases, the signal transmitter becomes 4.6 triggered as soon as the evaluation unit 4.10 on the basis of the sensor output signal 4.11 determines that a given or specifiable fraction 5.4 of the maximum M At flame density is reached. The signal of the signal generator 4.6 indicates the time for the preferably manual control intervention.

Grundsätzlich besteht die Gefahr, dass die Vorrichtung die Anzündphase bereits als Maximum ansieht und zum Zeitpunkt des Übergangs in die Brennphase das Signal als Bruchteil ausgibt. Aus diesem Grund ist ein erster Schwellwert 5.2 vorgesehen, bei dessen ersten Überschreiten ein erster Timer für eine Zeitdauer 5.5 gesetzt wird. Während dieser Zeit, etwa zehn Minuten, erfolgt keine weitere Erfassung der Flammdichte. Am Ende der Zeitdauer 5.5 wird nun der Maximalwert M während der Zeitdauer 5.6 erfasst. Am Ende der Zeitdauer 5.6 wird dann der vorgegebene Bruchteil 5.4 erreicht und gemäß Signallinie 5.7 der Signalgeber 4.6 eingeschaltet, der dann durch das Schaltsignal 5.8 ausgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird nochmals ein Timer für eine Zeitdauer 5.9 betätigt, der wiederum die Überwachung der Flammen aussetzt, bis der Verbrennungsprozess so weit abgeschlossen ist, dass der Ofen neu befüllt werden kann. Durch die oben genannte zusätzliche Verzögerung kann diese Zeit auch so lange gewählt werden, bis der Ofen vollständig abgebrannt ist, um z. B. Rauchbelästigungen beim Öffnen des Ofens zu vermeiden.Basically, there is a risk that the device already considers the ignition phase as maximum and at the time of the transition to the burning phase outputs the signal as a fraction. For this reason, a first threshold is 5.2 provided, when it first exceeds a first timer for a period of time 5.5 is set. During this time, about ten minutes, there is no further detection of the flame density. At the end of the period 5.5 now becomes the maximum value M during the time period 5.6 detected. At the end of the period 5.6 then becomes the predetermined fraction 5.4 achieved and according to signal line 5.7 the signal generator 4.6 switched on, then by the switching signal 5.8 is turned off. At this time, another timer for a period of time 5.9 operated, which in turn suspends the monitoring of the flames until the combustion process is completed so far that the furnace can be refilled. Due to the above-mentioned additional delay, this time can also be selected until the furnace is completely burned down, for. B. smoke nuisance when opening the stove to avoid.

Verfahrensgemäß werden Flammen mittels eines optischen Sensors 1.6 beobachtet, dessen Sensorausgangssignal an die Auswerteeinheit 4.10 übermittelt wird. Die Auswerteeinheit ermittelt daraus in Folge des Sensorausgangssignals 4.11 einen Zeitpunkt für einen Steuereingriff in den Verbrennungsprozess. In Folge des Steuereingriffs wird die Luftzufuhr 1.9 zum Verbrennungsprozess beeinflusst. Der Sensor erfasst die Flammdichte je Zeiteinheit, also die Anzahl und/oder Amplitude der Flammen. Wird ein vorgegebener oder vorgebbarer Bruchteil 5.4 eines Maximalwerts M unterschritten, wird durch einen Signalgeber 4.6 ein Signal ausgegeben, dass den Bediener zur Durchführung des vorzugsweise manuellen Steuereingriffs auffordert. Das Signal kann aber auch in eine Steuerung oder Regelung eingehen, die dann selbsttätig Einfluss auf die Luftzufuhr 1.9 nimmt. Vorzugsweise werden dabei die Anzündphase sowie auch die Zeit nach Schließen der Luftzufuhr über je einen Timer ausgeblendet, um genau den Maximalwert M zu erfassen und sicherzustellen, dass ein vollständiger Abbrand erfolgt. Die Zeitdauer 5.9 des weiteren Timers beträgt vorzugsweise 15 Minuten. Eine Temperaturauswertung ist nicht erforderlich.According to the method flames by means of an optical sensor 1.6 whose sensor output signal is sent to the evaluation unit 4.10 is transmitted. The evaluation unit determines therefrom as a result of the sensor output signal 4.11 a time for a control intervention in the combustion process. As a result of the control action, the air supply 1.9 influenced to the combustion process. The sensor detects the flame density per time unit, ie the number and / or amplitude of the flames. Will be a given or specifiable fraction 5.4 a maximum value M is exceeded, by a signal generator 4.6 output a signal requesting the operator to perform the preferably manual control action. The signal can also enter into a control or regulation, which then automatically affects the air supply 1.9 takes. Preferably, the ignition phase as well as the time after closing the air supply via a respective timer are hidden to accurately detect the maximum value M and to ensure that a complete burn-off takes place. The duration 5.9 the further timer is preferably 15 minutes. A temperature evaluation is not required.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1.11.1: Ofenoven
1.21.2: Sichtverbindungsight
1.31.3: StandortLocation
1.41.4: Vorrichtungcontraption
1.51.5: Schalterswitch
1.61.6: optischer Sensoroptical sensor
1.71.7: BetriebsanzeigePower indicator
1.81.8: Flammeflame
1.91.9: Luftzufuhrair supply
1.101.10: Scheibedisc
4.14.1: Fotodiodephotodiode
4.24.2: Widerstandresistance
4.34.3: Energiequelleenergy
4.44.4: WechselverstärkerAC amplifier
4.54.5: Bandfilterband filter
4.64.6: Signalgebersignaler
4.7, 4.84.7, 4.8: Schalterswitch
4.94.9: Taster für 1.5 Button for 1.5
4.104.10: Auswerteinheitevaluation
4.114.11: SensorausgangssignalSensor output
4.124.12: Leuchtdiodeled
5.15.1: EinzelpulseSingle Pulse
5.25.2: erste Schwellefirst threshold
5.35.3: Maximummaximum
5.45.4: Bruchteil/SchwelleFraction / threshold
5.5, 5.6, 5.95.5, 5.6, 5.9: Zeitdauertime
5.75.7: Zeitdauer für 4.6 Duration for 4.6
5.85.8: Knopfdruck 1.5 button 1.5
t1t1: Zeit mit EinzelimpulsenTime with single pulses
t2t2: Anzündphaselighting phase
t3t3: Brennphaseburning phase
t4t4: NachbrennphaseNachbrennphase
MM: Maximummaximum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2722318 A1 [0002]

Claims

Device for monitoring and monitoring flames ( 1.8 ) of a combustion process, in particular in a hearth such as a furnace ( 1.1 ), Tiled stove, tiled fireplace or the like, wherein during the combustion process fuel is burned in the presence of air, with - an optical sensor ( 1.6 ) for flame observation, in response to the observed flames, a sensor output signal ( 4.11 ), - an evaluation unit ( 4.10 ) connected to the optical sensor ( 1.6 ) for transmitting the sensor output signal ( 4.11 ) and means for determining a control intervention in the combustion process as a result of the sensor output signal ( 4.11 ), - an agent ( 1.9 ) for influencing the supply of air to the combustion process by the control intervention with change of the flames, characterized in that the optical sensor ( 1.6 ) is capable of detecting the flame density per unit of time that a signal generator ( 4.6 ) is provided, which falls below the flame density below a predetermined or predeterminable fraction ( 5.4 ) one of the optical sensor ( 1.6 ) detected maximum value (M) of the flame density outputs a signal for triggering the preferably manual control intervention.

Device according to claim 1, characterized in that the optical sensor ( 1.6 ) spaced from the hearth and with the flames ( 1.8 ) with respect to the optical sensor ( 1.6 ) detected light radiation in visual communication ( 1.2 ) stands.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the hearth one for the optical sensor ( 1.6 ) detected light radiation permeable, the hearth limiting plate as a disc ( 1.10 ) having.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the optical sensor ( 1.6 ) a photodiode ( 4.1 ) for observing the flames ( 1.8 ) and the flame density.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 4.10 ) has a first timer which, when a threshold is exceeded for the first time ( 5.2 ) at flame density, a further detection of the flame density for a predetermined or predefinable period ( 5.5 ) stops.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 4.10 ) has a further timer, which falls below the fraction ( 5.4 ) at flame density, a further detection of the flame density for a predetermined or predefinable period ( 5.9 ) stops.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a circuit for autonomous continuous operation of the device ( 1.4 ) having.

Method for monitoring and monitoring the flames of a combustion process, in particular in a furnace, such as a furnace ( 1.1 ), Tiled stove, tiled fireplace or the like, wherein during the combustion process fuel is burned in the presence of air, with the steps - monitoring the flames ( 1.8 ) by means of an optical sensor ( 1.6 ), - generating a sensor output signal ( 4.11 ) in response to the observed flames and transmitting the sensor output signal to an evaluation unit ( 4.10 ), - determining a time for a control intervention in the combustion process as a result of the sensor output signal ( 4.11 ) by means of the evaluation unit ( 4.10 ), - influencing the supply of air to the combustion process by the control intervention with change of the flames, characterized by the steps - detecting the flame density per unit time by means of the optical sensor ( 1.6 ), Outputting a signal when the flame density falls below a predetermined or predeterminable fraction ( 5.4 ) one of the optical sensor ( 1.6 ) detected maximum value (M) of flame density, - performing the preferably manual control intervention.

Method according to claim 8, characterized in that the optical sensor ( 1.6 ) is in visual communication at a location remote from the hearth ( 1.2 ) is arranged with the fireplace, wherein the flame density by means of an optical sensor ( 1.6 ) associated photodiode ( 4.1 ) is detected.

Method according to claim 8 or 9, characterized in that when a threshold value ( 5.2 ) at flame density, a further detection of the flame density for a predetermined or predefinable period ( 5.5 ) is suspended.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that when falling below the fraction ( 5.4 ) at flame density, a further detection of the flame density for a predetermined or predefinable period ( 5.9 ) is suspended.

Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the method takes place continuously in continuous operation and a combustion process as such is automatically detected on the basis of the detection of the flame density over time.