DE102016002763A1

DE102016002763A1 - Flammenüberwachung für einen Brenner

Info

Publication number: DE102016002763A1
Application number: DE102016002763.0A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Scheer Heizsysteme und Produktionstechnik GmbH
Current assignee: Scheer Heizsysteme und Produktionstechnik GmbH
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Flammenüberwachung eines Brenners für ein Heizsystem, dadurch gekennzeichnet, dass im Brennraum mindestens ein kabelloser Sensor für Oberflächenwellen platziert wird, der in Echtzeit diese erfasst und innerhalb der Sicherheitszeit von max. 3 sec verarbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flammenüberwachung eines Brenners für ein Heizsystem, bei dem das Vorhandensein der Flamme und die Verbrennungsqualität über die fortlaufenden Eigenschaften der Oberflächenwellen bestimmt werden.
Bei Flammenüberwachungen ist es von Bedeutung, dass nicht nur das Vorhandensein einer Flamme erfasst wird, sondern auch die Flammqualität durch Ausschluss von unkontrolliertem oder ungewolltem Feuer stattfindet.
Die vorbekannten Flammenüberwachungen sind jedoch in ihren Eigenschaften weiter zu verbessern.
Flammenüberwachungsvorrichtungen optischer Art sind bereits aus der DE 000002230939B bekannt. Dabei werden Flammenüberwachungsvorrichtungen für einen Feuerungsautomaten mit einem Flammendetektor mittels Fremdhelligkeitstest ausgestattet. Ein Flammendetektor als lichtempfindliches elektrisches Element stellt dabei fest, ob genügend Flammenlicht vorhanden ist. Erlischt – aus welchem Grunde auch immer – unerwarteterweise die Flamme, so fällt nur noch die restliche Umgebungs-Fremdhelligkeit des Brennraums auf den Flammendetektor, der dann reagiert und mittels Signals den Brennvorgang entsprechend einer Sicherheitsvorgabe unterbricht.
Aus der DE000019709091 C1 ist bekannt, dass zur Flammenüberwachung mittels Temperaturerfassung erfolgen kann. Dabei wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandswertes eines Glühzünders ausgenutzt, um das Vorhandensein oder Fehlen einer den Glühzünder aufheizenden Flamme festzustellen. Hierzu ist der Glühzünder in eine selbstabgleichende Brückenschaltung eingeschaltet, welche den Strom durch den Glühzünder so abgleicht, daß dieser eine konstante, bei Normalbetrieb zu erwartende Temperatur annimmt und beibehält. Die Größe des hierfür erforderlichen Brückenstroms ist ein Maß für das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme.
Aus der DE 20 2008 018 305 U1 ist bekannt, dass die elektrische Leitfähigkeit von Flammen benutzt wird und so chemische Verfahren mittels Messung der chemischen Umsatzrate bzw. der Reaktionsgeschwindigkeit in Flammen eingesetzt werden.
Bei zunehmend verbesserten Verbrennungsprozessen bürgt die optische Erkennung der Flamme Fehlerquellen in sich. Unvollständige Verbrennung z. B. mit Gelbbrennern weisen Flammenkerntemperaturen von rund 800 Grad Celsius auf. Die Flamme wird dabei optisch gut erfasst. Erfolgt eine verbesserte Verbrennung des Brennstoffs mit mehr Sauerstoffanteil, so wird die Flamme bis über 1.500 Grad Celsius heiß und ihre Farbe blau. Diese annähernd absolute Verbrennung des Materials führt allerdings dazu, dass die Flamme soweit weiß/glasig/durchsichtig wird, dass bei den optischen Flammendetektoren die Flamme zeitweilig fehlerhaft nicht erkannt wird.
Eine Temperaturerfassung nach vorgegeben Werten kann insbesondere bei der Start- und Stopphase der Verbrennung zu Fehlern führen. Ist die Brennkammer kalt und somit auch der Glühzünder ebenfalls, so ist die Reaktionszeit zur Meldung des Zustands der Flamme (EIN/AUS) zeitlich verschoben.
Üblicherweise schaltet sich bei den Heizungen zusammen mit der Zündung an dem Brenner erfahrungsgemäß auch die Flammenüberwachung ein, dann öffnet das Magnetventil die Brennerzufuhr in der „Vorzündzeit” von 8 sec frei und die Flamme und somit der „normale” Betrieb muss durch die Flammenüberwachung dann gemeldet werden, hierfür ist eine „Sicherheitszeit” von max. 3 sec vorgesehen.
Abnutzungen und Ablagerungen an den Brennern und ihren Modulen, wie Elektroden usw. sowie an den Brennräumen und Abgasführungen führen dazu, dass die thermischen Messsensoren wie Glühzünder und die Ionisationselektroden dauerhaft keine sicheren Werte geben können und ihre Reaktionszeit länger als die Sicherheitszeit von 3 sec ist.
Bei Temperaturen im Brennraum von mehr als 800 Grad Celsius und bei Blaubrennern von mehr als 1.450 Grad Celsius ohne freie Zugänglichkeit in den Brennraum scheidet die Thermographie aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Schaffung einer fehlerfreien Flammenüberwachung auch für vollständig verbrennende Brenner innerhalb der 3 sec Sicherheitszeit.
Oberflächenwellen werden an der Oberfläche eines piezoelektrischen Einkristalls angeregt. Diese Chips sind so hergestellt, dass deren Frequenzcharakteristik sehr stark von der Temperatur abhängt. Die Temperaturmessungen sind schnell und exakt. Somit können Temperaturen an Stellen gemessen werden, für die Thermographie oder Thermoelemente nicht in Frage kommen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem im Brennraum ein Oberflächenwellen verarbeitender Sensor (SAW Surface Acoustic Waves) platziert wird, der in Echtzeit die diese Wellen erfasst und verarbeitet. Verändern sich die Werte dieser Wellen und somit die Temperatur der Flamme aufgabengemäß vom Heizsystem mit der erwarteten Schnelligkeit auf einen vorgegebenen Wert, dann wird dies als korrekte Flammenbildung gemeldet. Bei modernen „Blaubrennern” erfolgt der gesamte Startprozess bis zur vollständigen Ausformung der Flamme innerhalb von 0,1 sec. Somit meldet der Sensor innerhalb von 1 sec nach Zündung und Freigabe des Brennstoffs, spätestens aber nach 3 sec das Erreichen der erforderlichen Oberflächenwellenwerte, bei den Blaubrennern entsprechen diese den Temperaturwerten von rund 1.500 Grad Celsius. Ist es nicht der Fall, dann wird die Sicherheitskette des Abschaltens aktiviert.
Auch der Fall eines Abrisses der Flamme wird dies umgehend und spätestens innerhalb von 2 sec über den Abfall der aktuellen Werte der Oberflächenwerte gemeldet und die entsprechende Sicherheitskette aktiviert.
Bei Brennern ist es aus sicherheitstechnischen Gründen erforderlich, dass Abgasleckagen durch undichte Öffnungen zur Kabelführung der Thermoelemente zu vermeiden sind. Ausserdem stellt der heiße Brennraum wegen der hohen Temperaturen Materialprobleme bei der isolierten Kabelführung dar.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist es, dass der Sensor kabellos angebracht wird.
Weitere vorteilhafte Ausführung wird darüber hinaus erreicht, dass mehrere Chips an verschiedenen Positionen des Heizsystems angebracht werden. Die jeweils aktuellen Werte werden verarbeitet und das Verhältnis zwischen Brennstoff und Luft/Sauerstoff sowie deren absoluten Werte nach einer Tabelle für eine optimierte Flamme eingestellt. Treten Übertemperaturen z. B. an Rohrsystemen (Heizwasser) oder Materialstellen z. B. der Brennkammer auf, so wird der Heizvorgang zeitweise oder gänzlich unterbrochen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 000002230939 B [0004]
DE 000019709091 C1 [0005]
DE 202008018305 U1 [0006]

Claims

Flammenüberwachung eines Brenners für ein Heizsystem, dadurch gekennzeichnet, dass im Brennraum mindestens ein kabelloser Sensor platziert wird, der in Echtzeit die Oberflächenwerte erfasst und innerhalb der Sicherheitszeit von max. 3 sec verarbeitet.
Flammenüberwachung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Startvorgang des Brenners aus den Veränderungen der Oberflächenwerte in Abhängigkeit von der Zeit die Qualitätsbeurteilung der Flamme erfolgt.
Flammenüberwachung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abriss der Flamme über die Veränderung des Werts der Oberflächenwellen innerhalb von 2 sec erfasst wird.
Flammenüberwachung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mittels Oberflächenwellen Temperaturen ermittelt.
Flammenüberwachung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Chips an verschiedenen Positionen des Heizsystems angebracht werden und sich der Brenner mittels einer Tabelle einstellt.