DE102020126788A1

DE102020126788A1 - Flammenverstärker zur Flammenüberwachung sowie zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102020126788A1
Application number: DE102020126788.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Kleine
Original assignee: Ebm Papst Landshut GmbH
Current assignee: Ebm Papst Landshut GmbH
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-14
Also published as: EP3985308B1; EP3985308A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in einem Brenner (1) mit einem lonisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer Wechselspannung als Ionisationsspannung, einer Ionisationselektrode (2) zur Beaufschlagung einer durch den Brenner (1) erzeugten Flamme mit der Ionisationsspannung, so dass durch die als ein Gleichrichter wirkende Flamme aus der Ionisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung erzeugt wird und ein Gleichstrom als Flammenstrom (3) fließt, und mit einer Flammensignalaufbereitung mit einem Tiefpass (5), an welchem eingangsseitig eine aus Ionisationsspannung und Flammenspannung gebildete Mischspannung sowie ein Mischstrom mit einem Wechselstromanteil und einem dem Flammenstrom (3) entsprechenden Gleichstromanteil anliegen, wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz zu erzeugen, und wobei der Tiefpass (5) eine Grenzfrequenz entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung aufweist, so dass der Wechselstromanteil des Mischstroms blockiert wird und der Tiefpass (5) eine zu der Frequenz der Ionisationsspannung korrespondierende Zeitkonstante aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in bzw. an einem Brenner sowie ein zugehöriges Verfahren zur Flammenüberwachung einer Flamme in bzw. an dem Brenner.
Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Flammenüberwachung bei bzw. an Brennern bekannt.
Nach dem Stand der Technik nutzen solche Vorrichtungen bzw. solche Flammenverstärker oftmals den Gleichrichteffekt einer Flamme zur Erkennung des Vorhandenseins bzw. eines Zustandes einer Verbrennung. Üblicherweise wird dazu eine Wechselspannung mit der Frequenz der Netzspannung über einen Flammenverstärker an eine Elektrode geführt, die mit der Flamme in Kontakt steht. Bei einer Verbrennung fließt durch die Flamme ein Gleichstrom, der vom Flammenverstärker gemessen wird und als lonisationsstrom oder Flammenstrom bezeichnet wird.
Ein solcher Flammenverstärker ist so gestaltet, dass nur der Gleichstromanteil ausgewertet wird, ein möglicher Wechselstromanteil z.B. durch Übergangswiderstände (Feuchtigkeit oder Ruß) wird herausgefiltert.
Ein Steuergerät wertet das Signal des Flammenverstärkers zur Flammenüberwachung des Brenners oder zur Regelung der Verbrennungsgüte aus.
Beispielsweise sind an vormischenden Gasbrennern Gemischregelungen bekannt, die auf diesem sogenannten lonisationsprinzip beruhen. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass das der lonisations- bzw. Flammenstrom bei vollständiger Verbrennung sein Maximum erreicht und die Höhe dieses Signals somit zur Erfassung der Verbrennungsgüte genutzt werden kann.
Flammenverstärker können somit nicht nur den Zustand der Flamme als brennend oder erloschen detektieren, sondern auch die Güte der Verbrennung anhand der Höhe des Flammenstroms bestimmen.
Nach dem Stand der Technik sind daher Flammenverstärker bekannt, die aus der Netzspannung die Versorgungsspannung für einen lonisationsflammenverstärker beziehen und entsprechend eine Ionisationsspannung als eine Wechselspannung mit der Frequenz der Netzspannung bereitstellen. Da die Flamme wie ein Gleichrichter wirkt, ist zunächst eine Mischspannung bzw. ein Mischstrom vorhanden, aus welchem jedoch nur der Gleichstromanteil berücksichtigt werden darf.
Dies erfolgt in der Regel durch einfache Tiefpassfilter, die auf die Frequenz der Netzspannung bzw. der Ionisationsspannung ausgelegt sind. Überwiegend bestehen die Tiefpassfilter aus einer Kombination eines elektrischen Kondensators und einem Vorwiderstand.
Solch ein Flammenwächter bzw. Flammenverstärker ist durch die Schrift EP 2 154 430 A1 beschrieben. Hierbei wird das Flammensignal verstärkt und über eine Widerstand-Kondensator-Kombination als Tiefpassfilter geglättet. Dieses geglättete Signal wird einer Auswerteelektronik zugeführt, die die Höhe dieses Signales zur Bewertung der Flammengüte nutzt.
Diese einfachen Tiefpassfilter haben jedoch den Nachteil, dass der Widerstand und der Kondensator des Tiefpassfilters entsprechend groß dimensioniert werden müssen, um eine ausgangsseitige Restwelligkeit des gefilterten Signals bei der vorhandenen Netzfrequenz so gering wie möglich zu halten, wodurch die Tiefpassfilter eine Reaktionszeit aufweisen, die von der Höhe des Signales abhängt.
Daraus folgt:

a) die Glättung eines Signales mit einer der Frequenz der Netzspannung entsprechenden niedrigen Frequenz erfordert vergleichsweise große Kondensatoren mit einer hohen Kapazität im Tiefpassfilter. Diese großen Kondensatoren sorgen für eine vergleichsweise lange Reaktionszeit, d.h. wenn das Flammensignal erlischt, kann die Auswerteelektronik dies erst erfassen, wenn die Kondensatorspannung unter den Ausschaltschwellwert abgesunken ist.
b) wenn das Eingangssignal am Tiefpassfilter bzw. der Flammenstrom hoch ist, dauert es durch den aufgeladenen Kondensator länger bis die Schaltschwelle der Auswerteelektronik erreicht ist, als bei einem niedrigen Eingangssignal bzw. einem niedrigen Flammenstrom.

Da die maximalen Reaktionszeiten aufgrund von Sicherheitsvorschriften begrenzt sind, müssen diese Tiefpassfilter so dimensioniert werden, dass sie bei einem maximalen Signal (Flammenstrom bzw. das dazu korrespondierende Flammensignal) und niedrigster Frequenz (Netzfrequenz) ausreichend schnell abschalten.
Dies wiederum führt dazu, dass bei einem niedrigen Signal und eventuell auftretender elektrischer Störungen die Abschaltzeiten sehr gering sind, d.h. unter Umständen kleinere Störungen schon zu einer unberechtigten Störabschaltung führen können, da die Flamme fälschlicherweise als Erloschen detektiert wird.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und einen Flammenverstärker sowie ein zugehöriges Verfahren zur Flammenüberwachung bereitzustellen, durch welche eine nahezu konstante Reaktionszeit unabhängig von der Höhe des Flammenstroms ermöglicht und Störungen, durch eine fehlerhafte Detektion eines Erlöschens der Flamme, minimiert werden, so dass der Flammenverstärker bzw. das Verfahren in einem breiten Bereich des Flammenstroms zuverlässig arbeitet und das Vorhandensein der Flamme innerhalb einer vorgegebenen Reaktionszeit sicher detektiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in bzw. an einem Brenner vorgeschlagen, wobei der Flammenverstärker auch als Flammenwächter bezeichnet werden kann. Bei dem Brenner handelt es sich vorzugsweise um einen Gasbrenner und bei der Flamme entsprechend um eine Gasflamme, welche ionisierende bzw. als Gleichrichter wirkende Eigenschaften aufweist. Der erfindungsgemäße Flammenverstärker weist einen lonisationsspannungsgenerator zur Erzeugung einer Wechselspannung als Ionisationsspannung sowie eine lonisationselektrode zur Beaufschlagung einer durch den bzw. in dem Brenner erzeugten Flamme mit der Ionisationsspannung auf. Die als ein Gleichrichter wirkende Flamme erzeugt aus der Ionisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung und ein Gleichstrom fließt als Flammenstrom über die Flamme. Vorzugsweise dient dabei der Brenner bzw. ein Gehäuse des Brenners als ein Gegenpol zu dem durch die Ionisationselektrode gebildeten Pol, so dass der Flammenstrom, welcher auch als Ionisationsstrom bezeichnet werden kann, über die Flamme zwischen der Ionisationselektrode und dem Brenner bzw. dem Gehäuse des Brenners fließt. Ferner weist der Flammenverstärker eine Flammensignalaufbereitung bzw. eine Schaltungsanordnung zur Flammensignalaufbereitung mit einem Tiefpass auf, welcher auch als Tiefpassfilter bezeichnet werden kann und entsprechend Signalanteile eines eingangsseitigen Signals mit Frequenzen unterhalb einer vorbestimmten Grenzfrequenz annähernd ungeschwächt passieren lässt. An dem Tiefpass liegen eingangsseitig eine aus Ionisationsspannung und Flammenspannung gebildete Mischspannung sowie ein Mischstrom mit einem Wechselstromanteil und einem dem Flammenstrom entsprechenden Gleichstromanteil an. Für die Erfindung wesentlich ist, dass der lonisationsspannungsgenerator ausgebildet ist, die lonisationsspannung als eine Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz, also mit einer Frequenz oberhalb und vorzugsweise deutlich oberhalb der Netzfrequenz, zu erzeugen. Daraus und auch entsprechend der Erfindung ergibt sich, dass der Tiefpass eine Grenzfrequenz entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung aufweist, so dass der Wechselstromanteil des Mischstroms bzw. allgemein der Wechselspannung- und Wechselstromanteil des eingangsseitigen an dem Tiefpass anliegenden Signals blockiert wird und der Tiefpass eine zu der Frequenz der Ionisationsspannung korrespondierende Zeitkonstante und folglich entsprechend dimensionierte Komponenten, wie Widerstand und Kondensator, aufweist. Durch den Tiefpass wird dadurch aus einem eingangsseitig an dem Tiefpass anliegenden ungefilterten Flammensignal ein ausgangsseitig gefiltertes und weiterhin zu dem Flammenstrom korrespondierendes Flammensignal erzeugt.
Die dem beschriebenen Flammenverstärker zugrunde liegende erfinderische Idee ist es, dass der Tiefpassfilter durch die Frequenz der lonisationsspannung oberhalb der Netzfrequenz, welcher zur Trennung von Gleich- und Wechselstrom notwendig ist und vorzugsweise aus genau einem Widerstand und genau einem Kondensator besteht, niederohmig bzw. mit einem kleinen Widerstand ausgelegt werden kann. Eine solche niederohmige Auslegung begrenzt die Spannung am Kondensator des Tiefpasses auf vergleichsweise kleine Werte. Bei einem Flammenausfall, also einem Erlöschen der Flamme, kann diese kleine Spannung bzw. der entsprechend vorzugsweise klein dimensionierte Kondensator auch schnell über einen niederohmigen Eingangswiderstand eines gegebenenfalls vorgesehenen Verstärkers entladen werden, so dass der Flammenverstärker insgesamt schneller auf den Flammenausfall reagiert.
Hinzukommt, dass das Flammensignal, welches zu dem Flammenstrom korrespondiert und entsprechend dem Gleichstromanteil des an dem Tiefpass anliegenden Mischstroms bzw. dem ausgangsseitigen Signal des Tiefpasses entspricht bzw. Rückschlüsse auf diese ermöglicht, mit einer Abtastfrequenz und vorzugsweise entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung und somit mit einer höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu einer Abtastung entsprechend der Netzspannungsfrequenz abgetastet werden kann, so dass das Flammensignal ausgangsseitig des Tiefpasses und durch den entsprechend dimensionierten Tiefpass schnell auf einen Flammenausfall reagiert, so dass dieses mit einer sehr geringen Zeitverzögerung bzw. im Wesentlichen ohne Zeitverzögerung erfasst und digital ausgewertet werden kann. Dabei gibt es immer eine minimale Zeitverzögerung, welche jedoch beispielsweise in einem maximal zweistelligen Millisekundenbereich liegt.
Eine Glättung oder Filterung des Flammensignals ausgangsseitig des Tiefpasses, z.B. bei flackerndem Flammensignal durch eine flackernde Flamme, kann digital von einer gegebenenfalls vorgesehenen Auswerteelektronik erfolgen und ist somit beispielsweise über eine entsprechende Software der Auswerteelektronik gezielt parametrierbar und damit unabhängig von der Höhe des Flammensignals.
Darauf basierend kann das Flammensignal in der vorzugsweise vorgesehenen Auswerteelektronik mit einer hohen Abtastrate und vorzugsweise mit der Frequenz der Ionisationsspannung abgetastet werden. Durch die hohe Abtastfrequenz können in kurzer Zeit eine Vielzahl von Werte generiert werden, aus welchen zusätzlich Mittelwerte zur Glättung des Flammensignals gebildet werden können. Die Werte bzw. Mittelwerte können durch die sehr schnelle Reaktion des Flammensignals auf den Flammenausfall und durch die hohe Abtastrate beobachtet werden, bevor ein Erlöschen der Flamme erkannt bzw. gemeldet wird, so dass die Fehlerrate bei dem Erkennen einer erloschenen Flamme sinkt.
Durch eine geschickte bzw. vorteilhafte Abtastung des Flammensignals mittels der Auswerteelektronik kann zudem in Abhängigkeit der Phasenlage der künstlich erzeugten Ionisationsspannung ein in das Flammensignal eingekoppeltes Netzbrummen auf eine vorzugsweise hochohmige angeschlossene Ionisationsleitung nahe zu 100% unterdrückt werden.
Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich dadurch, dass eine kürzere Reaktionszeit des Flammenverstärkers mit einer durch bzw. in der Auswerteelektronik und beispielsweise softwareseitig parametrierbare Verzögerungszeit realisierbar ist, innerhalb derer das Flammensignal bzw. aus dem Flammensignal abgeleitete Werte oder Mittelwerte beobachtet werden kann, bevor von einem Erlöschen der Flamme ausgegangen wird. Hierdurch können insbesondere unterschiedliche Normenanforderungen ohne hardwareseitige Änderung der Auswerteelektronik oder Änderungen der Flammensignalaufbereitung durch Festlegung anderer Parameter realisiert werden.
Auch kann beim Start des Brenners, also bei einer erstmaligen Zündung der Flamme innerhalb eines Betriebszyklus, eine längere Verzögerungszeit, beispielsweise durch softwareseitige Einstellung, genutzt werden als während des Brennerbetriebes, da das Flammensignal direkt nach dem Zünden oftmals weniger stabil ist und somit vermehrt zu einem Flackern des Flammensignals kommen kann.
Bei einem niedrigen, unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegenden Flammensignal kann zudem die Reaktionszeit auf den maximal erlaubten Wert erhöht werden, was dem Absenken einer später erläuterten Verzögerungszeit entspricht, so dass bei einem Unterschreiten eines zur Auswertung erfassten Mittelwertes unterhalb der Abschaltschwelle, weniger lang gewartet wird, bevor ein Erlöschen der Flamme detektiert wird. Dies sorgt für einen störungsfreien Betrieb auch bei einem vergleichsweise kleinen Flammensignal. Ist beispielsweise das Flammensignal aufgrund geringer Brennerleistung niedrig bzw. klein, würde ein kurzes Flackern durch Wind bei herkömmlichen Schaltungen sofort eine Störabschaltung bewirken. Mit der durch die Auswerteelektronik realisierten Verzögerungszeit, kann die Auswerteelektronik während des erlaubten und durch die Verzögerungszeit definierten Zeitraumes abwarten, ob das Flammensignal wirklich erloschen ist oder nur flackert.
Zur Anpassung der Abtastrate der Auswerteelektronik und/oder der Parameter des lonisationsspannungsgenerators zur Erzeugung einer Ionisationsspannung mit vorzugsweise gleichbleibender, also zeitlich konstanter Frequenz, kann zudem vorgesehen sein, dass die Auswerteelektronik und/oder der lonisationsspannungsgerator ausgebildet sind/ist, eine Netzfrequenz einer den lonisationsspannungsgenerator und/oder die Auswerteelektronik versorgenden Versorgungsspannung selbstständig und vorzugsweise in regelmäßigen Intervallen zu bestimmen, so dass darauf basierend gegebenenfalls Parameter der Auswerteelektronik und/oder des Ionisationsspannungsgenerators angepasst oder das Flammensignal bzw. abgetastete Werte des Flammensignals entsprechend korrigiert werden können.
Durch den vorgeschlagenen Flammenverstärker kann der Zustand der Flamme, also ob diese erloschen ist oder brennt, sowie die Güte der Verbrennung bestimmt und der Zustand und die Güte zur Regelung der Verbrennung und einer Störabschaltung bei einem einer Störung entsprechenden Erlöschen der Flamme verwendet werden. Dabei kann beispielsweise eine Höhe des Flammenstroms bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals einen Rückschluss auf die Güte der Verbrennung erlauben, da das Flammensignal bzw. der Flammenstrom bei einer vollständigen Verbrennung sein Maximum erreicht.
Vorzugsweise ist somit vorgesehen, dass der Flammenverstärker eine Auswerteelektronik aufweist, welche signaltechnisch mit einem Ausgang des Tiefpass verbunden ist. Die Auswerteelektronik ist ausgebildet, das zu dem Flammenstrom korrespondierende Flammensignal auszuwerten und einen Zustand der Flamme, insbesondere ob die Flamme brennt oder erloschen ist, und/oder eine Verbrennungsgüte zu bestimmen. Die Auswertung basiert dabei vorzugsweise auf der bereits genannten Abtastung des Flammensignals mit einer Frequenz vorzugsweise entsprechend der Frequenz der lonisationsspannung und der anschließenden Weiterverarbeitung der bei der Abtastung erfassten Werte.
Um ein Flackern des Flammensignals für die weitere Auswertung zu glätten und dadurch die Wahrscheinlichkeit für eine fehlerhafte Detektion des Zustands der Flamme zu minimieren, ist die Auswerteelektronik vorzugsweise ausgebildet, das Flammensignal entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung abzutasten und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals zu erfassen sowie aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Werten den Flammenstrom und vorzugsweise aus jeweils zwei unmittelbar zeitlich aufeinanderfolgenden Werten Mittelwerte und/oder einen geglätteten Verlauf des Flammenstroms zu bestimmen. Alternativ und abhängig von der gewünschten Reaktionszeit und Glättung kann auch jeweils ein Mittelwert aus drei oder mehr durch die Abtastung des Flammensignals erfassten Werten bestimmt werden, was beispielsweise softwareseitig in der Auswerteeinheit einstellbar sein kann.
Dadurch, dass das Flammensignal zu dem Flammenstrom korrespondiert, korrespondieren auch die durch die Abtastung erfassten Werte (Abtastpunkte) im Erfassungszeitpunkt sowie die ggfs. daraus bestimmten Mittelwerte zu dem Flammenstrom, so dass sich aus der zeitlichen Folge der Abtastpunkte bzw. der Mittelwerte der geglättete Verlauf des Flammenstroms bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals ergibt.
Wie eingangs bereits erläutert, ergibt sich durch die schnelle Reaktion des Flammensignals ausgangsseitig des Tiefpasses auf den tatsächlichen Zustand der Flamme die Möglichkeit, das Flammensignal länger zu beobachten, bevor innerhalb einer vorbestimmten Zeit auf ein Erlöschen der Flamme geschlossen werden muss. Insbesondere in Zusammenschau mit der Abtastung durch die Auswerteeinheit, ergibt sich eine vorteilhafte Variante des Flammenverstärkers, bei welcher die Auswerteelektronik ausgebildet ist, Werte des gefilterten und ggfs. durch einen Verstärker verstärkten Flammensignals und/oder durch die Auswerteelektronik aus dem Flammensignal gebildete Mittelwerte mit einer Abschaltschwelle zu vergleichen. Ist ein Wert bzw. Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle, war also der vorherige Wert/Mittelwert oberhalb der Abschaltschwelle, wird eine Verzögerungszeit τ abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert, wenn nachfolgende Werte und vorzugsweise alle nachfolgenden Werte innerhalb der Verzögerungszeit τ kleiner sind als die Abschaltschwelle. Dabei ist die Verzögerungszeit vorzugsweise kleiner oder gleich der maximal zulässigen Zeit, innerhalb welcher der Flammenverstärker reagieren muss, was beispielsweise durch eine Normung festgelegt sein kann. Die Verzögerungszeit sowie die Abschaltschwelle können dabei softwareseitig parametriert, also eingestellt werden.
Dementsprechend wird der Zustand der Flamme durch die Auswerteelektronik innerhalb der Verzögerungszeit beobachtet und erst aus dem Verhalten innerhalb der Verzögerungszeit auf den tatsächlichen Zustand der Flamme geschlossen. Als Zustand der Flamme wird hierbei das Vorhandensein, also eine brennende Flamme, oder das nicht Vorhandensein, also eine erloschene Flamme, verstanden.
Falls die Bestimmung der Güte der Verbrennung erforderlich ist, kann der Flammenstrom bzw. das dazu korrespondierende Flammensignal oder die gebildeten Mittelwerte als Istwert mit vorbekannten Sollwerten verglichen werden, welche beispielsweise in der Auswerteelektronik hinterlegt sein können.
Generell gilt, dass das Flammensignal zu dem Flammenstrom korrespondiert, jedoch das gegenüber dem Tiefpass ausgangsseitige Flammensignal gegenüber dem eingangsseitigen Signal des Tiefpasses gedämpft und/oder zeitlich verschoben sein kann, so dass das ausgangsseitige Flammensignal des Tiefpasses gegenüber dem Flammenstrom geringfügig zeitlich versetzt und gedämpft sein kann, jedoch weiter Rückschlüsse auf den Flammenstorm zulässt. Ferner kann nach Erfassung des Flammensignals, also nach Ermittlung der Werte und/oder nach Bestimmung der Mittelwerte durch die Auswerteelektronik aus dem sich dadurch ergebenden Verlauf der Werte bzw. der Mittelwerte der Flammenstrom berechnet werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Flammenverstärkers sieht vor, dass der lonisationsspannungsgenerator ausgebildet ist, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von zumindest 100 Hz, vorzugsweise zumindest 500 Hz und weiter vorzugsweise zumindest 1000 Hz zu erzeugen, wobei eine höhere Frequenz zu einer höheren Abtastfrequenz und zu einer schnelleren Reaktionszeit führt. Die Frequenz ist theoretisch und vorzugsweise nach oben hin nicht begrenzt also beliebig hoch, der Tiefpass muss lediglich entsprechend dimensioniert sein. Allerdings sind Frequenzen über 10 kHz nachteilhaft bzw. unnötig hoch, da dann das an der Elektrode vorhandene Flammensignal durch Kabelkapazitäten der lonisationsleitung deutlich abgeschwächt ist und die Kurvenform des Flammensignals auch stark verzerrt wird.
Zudem ist der Ionisationsspannungsgenerator bei einer vorteilhaften Variante ausgebildet, die Ionisationsspannung als Rechtecksignal mit symmetrischen Pulsbreiten zu erzeugen.
Zur Einspeisung der Ionisationsspannung in die Flamme und in den Tiefpass weist die Flammensignalaufbereitung zudem vorzugsweise eine Koppelelektronik auf, welche dem Tiefpass eingangsseitig vorgeschalten ist und welche elektrisch zwischen dem lonisationsspannungsgenerator und der lonisationselektrode angeordnet ist. Dadurch sind diese elektrisch über die Koppelelektronik miteinander verbunden und die von dem Ionisationsspannungsgenerator erzeugte Ionisationsspannung sowie ein zugehöriger Wechselstrom liegen über die Koppelelektronik an der lonisationselektrode bzw. der Flamme und dem Tiefpass an. Diese Koppelelektronik kann in einem einfachen Fall aus einem der Ionisationselektrode unmittelbar vorgeschalteten Vorwiderstand bestehen.
Der Tiefpass ist gemäß einer Weiterbildung zudem ausgebildet, dass sein ausgangsseitiges Signal, also das ausgangsseitige Flammensignal eine definierte Restwelligkeit aufweist, welche durch eine geeignete Wahl der Komponenten des Tiefpasses einstellbar ist.
Um das ausgangsseitige Signal des Tiefpasses zur weiteren Verarbeitung weiter aufzuarbeiten, ist gemäß einer vorteilhaften Variante zudem vorgesehen, dass die Flammensignalaufbereitung einen Verstärker aufweist, welcher dem Tiefpass ausgangsseitig nach- und der Auswerteelektronik vorgeschalten ist. Der Tiefpass ist ferner ausgebildet, ein bzw. das ausgangsseitige Flammensignal des Tiefpasses, also der Anteil der Mischspannung bzw. des Mischstroms, welcher den Tiefpass passiert, zu einem verstärkten Flammensignal zu verstärken und an die Auswerteelektronik weiterzuleiten.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird zudem ein Verfahren zur Flammenüberwachung einer Flamme in bzw. an einem Brenner mit einem erfindungsgemäßen Flammenverstärker vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird mit dem lonisationsspannungsgenerator eine als Ionisationsspannung bezeichnete Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz erzeugt und die Flamme mit der Ionisationsspannung beaufschlagt, so dass die Flamme als Gleichrichter wirkend aus der Ionisationsspannung eine als Flammenspannung bezeichnete Gleichspannung erzeugt und über die Flamme ein als Flammenstrom bezeichneter Gleichstrom fließt. Durch den Tiefpass wird aus einer eingangsseitigen, aus der Ionisationsspannung und der Flammenspannung bestehenden Mischspannung und dem zugehörigen Mischstrom mit dem Flammenstrom als Gleichstromanteil ein ausgangsseitiges Flammensignal erzeugt, welches zu dem Flammenstrom korrespondiert. Der Flammenstrom bzw. eine ausgangsseitige Gleichspannung kann eine Restwelligkeit aufweisen, welche durch den Tiefpass bzw. den für diesen gewählten Komponenten und die Frequenz der Ionisationsspannung bestimmt ist. Das Flammensignal, also das ausgangsseitige und gegebenenfalls durch einen Verstärker verstärkte Signal des Tiefpasses wird in einer Auswerteelektronik ausgewertet und aus dem Flammensignal ein Zustand der Flamme und/oder eine Verbrennungsgüte bestimmt.
Hierfür sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens vor, dass die Auswerteelektronik das Flammensignal entsprechend der Frequenz der lonisationsspannung abtastet und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte als Abtastpunkte des Flammensignals erfasst. Weiter bestimmt die Auswerteelektronik aus zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Werten und durch die Abtastung ermittelten Werten bzw. aus vorzugsweise genau zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Werten jeweils Mittelwerte bzw. zeitlich aufeinanderfolgende Mittelwerte des Flammensignals, so dass sich durch die Mittelwertbildung ein geglätteter und weniger störanfälliger Verlauf des Flammenstroms bzw. des zu dem Flammenstroms korrespondierenden Flammensignals ergibt.
Werden die Mittelwerte bzw. ein Verlauf der Mittelwerte bestimmt, kann die Auswerteelektronik die Mittelwerte bzw. jeweils einen der zeitlich aufeinanderfolgenden Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle vergleichen, wobei bei einem Mittelwert kleiner bzw. unterhalb der Abschaltschwelle eine gelöschte (erloschene) Flamme und bei einem Mittelwert größer bzw. oberhalb der Abschaltschwelle eine brennende (vorhandene) Flamme detektiert, also angenommen bzw. gemeldet wird.
Da die Flamme in bestimmten Betriebszuständen des Brenners und beispielsweise in einer Anlaufphase der Verbrennung flackern und der über die Flamme fließende Flammenstrom sowie das zu dem Flammenstrom korrespondierende Flammensignal teilweise hohen Schwankungen bzw. ebenfalls einem Flackern unterworfen sein kann, sieht eine vorteilhafte Variante des Verfahrens vor, dass die Auswerteelektronik die Mittelwerte bzw. jeweils einen Mittelwert der zeitlich aufeinanderfolgenden Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle vergleicht, wobei bei einem Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle, wenn also der Mittelwert unmittelbar zuvor größer bzw. oberhalb der Abschaltschwelle war, eine Verzögerungszeit abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert, also angenommen bzw. gemeldet wird, wenn die nachfolgenden Mittelwerte und vorzugsweise alle nachfolgenden Mittelwerte innerhalb der Verzögerungszeit kleiner sind als die Abschaltschwelle.
Unabhängig von einer möglichen Störung der Flamme, kann auch die der Netzspannung entsprechenden Versorgungsspannung des lonisationsspannungsgenerators, der Auswerteelektronik und/oder der Flammensignalaufbereitung Störungsbehaftet sein, so dass beispielsweise durch eine über den lonisationsspannungsgenerator in die Ionisationsspannung eingekoppelte Stör- bzw. Brummspannung Einfluss auf das Flammensignal nehmen und dieses verfälschen kann. Solche, einem gewissen Verhalten unterworfene Störquellen können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfasst und kompensiert werden, wobei die Auswerteelektronik hierfür aus einer periodisch widerkehrenden Abweichung der von der Auswerteelektronik erfassten zeitlich aufeinanderfolgende Werte der Signalspannung und der daraus bestimmten Mittelwerte eine vorzugsweise störungsbedingte Änderung der Ionisationsspannung bzw. die dadurch störungsbedingte Verfälschung des Flammensignals erkennt und die Mittelwerte auf Basis der erkannten Änderung der Ionisationsspannung korrigiert oder kompensiert. Hierfür kann beispielsweise ein jeweiliger Mittelwert mit einer störungsbedingten und erkannten Änderung in Form eines Korrekturwertes verrechnet werden.
Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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:

1 Übersichtsschema eines Flammenverstärkers;
2 Verhalten bei Flammenbildung;
3 Verhalten bei Flammenausfall;
4 Verhalten bei kurzzeitigen Flammenschwankungen;
5 Verhalten bei netzspannungsgebundenen Störungen.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
In 1 ist eine an einem Regelschema angelehnte Darstellung eines Flammenverstärkers gezeigt. In einem lonisationsspannungsgenerator 10 wird eine Wechselspannung als Ionisationsspannung erzeugt, deren Frequenz deutlich höher als die Netzfrequenz und beispielsweise 1000 Hz ist. Die Ionisationsspannung wird vorzugsweise, aber nicht beschränkt darauf, als eine Rechteckfrequenz mit symmetrischen Pulsbreiten erzeugt. Diese Ionisationsspannung wird über eine Koppelelektronik 4 an eine Ionisationselektrode 2 angeschlossen. Entsteht am Brenner 1 eine Flamme, fließt durch sie ein Flammenstrom 3 hindurch. Da die Flamme wie ein Gleichrichter wirkt, fließt durch die Flamme ein pulsierender und als Flammenstrom 3 bezeichneter Gleichstrom, auch wenn die Ionisationsspannung als eine Wechselspannung anliegt.
Der durch die Flamme fließende Flammenstrom 3 wird über einen Tiefpass 5 geführt, um den durch die Ionisationsspannung bedingten Wechselstromanteil herauszufiltern. Da die synthetisch generierte Ionisationsspannung mit 1000 Hz deutlich über der Netzfrequenz von ca. 50 - 60 Hz liegt, kann der Tiefpass 5 mit einer vergleichsweise kleinen Zeitkonstante eingesetzt werden, woraus eine geringe zeitliche Verzögerung des ausgangsseitigen Signals des Tiefpasses 5 gegenüber dem eingangsseitigen Signal des Tiefpasses 5 folgt. Durch die damit einhergehende Niederohmigkeit des Tiefpasses 5 ist zusätzlich eine hohe Störfestigkeit gegenüber elektrischen Störungen realisiert. Um möglichst kleine Verzögerungen des durch den Tiefpass 5 gefilterten Flammensignals 6 zu erreichen, ist der Tiefpass 5 so dimensioniert, dass eine definierte Restwelligkeit der angelegten Ionisationsspannung erhalten bleibt. Dieses Flammensignal 6, welches zu dem Flammenstrom 3 korrespondiert, wird durch einem dem Tiefpass 5 nachgeschalteten Verstärker 7 verstärkt und als ein verstärktes Flammensignal 8 einer Steuer- bzw. Auswerteelektronik 9 zugeführt. Diese erfasst dann die phasensynchronen aufeinanderfolgenden Werte mit einer Abtastrate entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung und bildet aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Werten jeweils einen Mittelwert, so dass sich eine Vielzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Mittelwerten ergeben, welche entsprechend einen Verlauf bilden, der einem geglätteten und angenäherten Verlauf des Flammensignals 6, 8 entspricht sowie zu dem Flammenstrom 3 korrespondiert.
Der Mittelwert jeweils zweier zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgender Werte bzw. die Mittewerte des gemessenen Flammensignals 6, 8 lassen sich dann in den Flammenstrom 3 umrechnen, so dass dieser aus dem Flammensignal 6, 8 bzw. den Mittelwerten bestimmbar ist.
Der Flammenstrom 3 kann dann als Indikator der Güte der Verbrennung zur Regelung der Verbrennung herangezogen werden. Ferner kann bei einem Erkennen einer erloschenen Flamme, beispielsweise durch Unterschreiten zumindest eines der Mittelwerte unterhalb einer vorbestimmten Abschaltschwelle 22, eine Sicherheitsabschaltung 11 ausgelöst werden.
Die Funktionsweise des Flammenverstärkers bzw. das zugrunde liegende Verfahren wird anhand der Beschreibung der 2 bis 5 und der in diesen dargestellten Signalflussbildern deutlich.
In dem in 2 abgebildeten Diagramm 20 ist in Abschnitt (a) der Verlauf des Flammensignals 3 des Brenners 1 in Abhängigkeit der Zeit t bei einem Start der Verbrennung dargestellt.
Ausgehend vom Brennerstillstand, bei welchem also keine Flamme vorhanden ist und kein Flammensignal vorliegt, wird ein Gasventil zum Brenner 1 geöffnet und der Brenner 1 gezündet (nicht dargestellt). Sobald sich eine Flamme gebildet hat, fließt durch die Flamme nahezu ohne Zeitverzögerung der Flammenstrom 3. Nach Ablauf einer Wartezeit t1 wird die Regelung des Brenners 1 freigegeben und die Höhe des Flammenstromes 3 in Abhängigkeit der Verbrennung geregelt.
Beispielhaft liegt, wie in Abschnitt (b) dargestellt, die von dem Ionisationsspannungsgenerator 10 erzeugte Ionisationsspannung als eine Rechteckfrequenz mit einer Frequenz von 1000 Hz vor, welche somit deutlich über der Netzfrequenz von ca. 50 bis 60 Hz liegt. Entsprechend der Frequenz der lonisationsspannung wird, wie in Abschnitt (c) dargestellt, der Verlauf des nach dem Tiefpass 5 von dem Verstärker 7 verstärkten Flammensignales 8 in der Auswerteelektronik 9 abgetastet, wobei das verstärkte Flammensignal 8 bzw. der Verlauf des Flammensignals 8 im Vergleich zu dem tatsächlichen Verlauf des Flammensignals leicht gedämpft ansteigt und absinkt. Es sind weiterhin in den jeweiligen Phasenlagen der Ionisationsspannung die von der Auswerteelektronik 9 abgetasteten Werte (weiße Punkte) (z.B. die beiden zusammengehörenden Abtastpunkte 24 und 25) sowie die jeweils berechneten Mittelwerte (schwarze Punkte) dargestellt (z.B. die zu den weiteren Abtastungen berechneten Mittelwerte 26, 27, 28 und 29). Basierend auf den Mittelwerten ergibt sich in Abschnitt (d) der Verlauf der Mittelwerte (schwarze Punkte) über dem Verlauf des verstärkten Flammensignales 8 (gestrichelte Linie), wobei hierzu die Abschaltschwelle 22 aufgetragen ist, so dass sich für die Flammenerkennung in Abschnitt (e) das Ergebnis bzw. Auswertesignal der Auswertung durch die Auswerteelektronik für die Sicherheitsabschaltung 11 ergibt. Mittelwerte, die über der Abschaltschwelle 22 liegen, bedeuten, dass das Vorhandensein einer Flamme sicher detektiert werden kann. Die Zeit t2 spiegelt die Verzögerung zwischen dem tatsächlichen Auftreten des Flammenstroms 3 und der erfolgten Detektion der Flamme wieder.
Es ist ersichtlich, dass diese Zeit t2 nahezu ausschließlich von der Frequenz der Ionisationsspannung abhängt. Je höher die Frequenz der lonisationsspannung gewählt wird, desto kleiner kann der Tiefpass 5 dimensioniert werden, so dass dieser eine entsprechend geringe Dämpfung des tatsächlichen Flammensignals verursacht, welches eingangsseitig an dem Tiefpass 5 anliegt. Gleichzeitig kann in bzw. durch die Auswerteelektronik 9 schneller abgetastet und die Mittelwerte berechnet werden.
Wird, wie hier, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von 1000 Hz erzeugt, ist die Reaktionszeit im Vergleich zu den üblichen 50 Hz der Netzspannung 20-mal kleiner.
Diese kurze Reaktionszeit ist für eine Regelung der Verbrennung vorteilhaft, da bei der Regelung schnell auf sich ändernde Bedingungen im Flammensignal bzw. im Flammenstrom 3 reagiert werden muss, welcher die Güte der Verbrennung widerspiegelt.
Durch 3 sind das Verhalten des Flammenverstärkers und die sich daraus ergebenden Vorteile bei der sicheren und zuverlässigen Flammenüberwachung erkennbar.
In dem in 3 abgebildeten Diagramm 30 ist in Abschnitt (a) ein spontaner Ausfall des Flammenstroms 3 bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals dargestellt. Gemäß der in Abschnitt (b) abgebildeten von dem lonisationsspannungsgenerator 10 erzeugten Ionisationsspannung bzw. der damit einhergehenden Abtastung des Flammensignals 6, 8 in der Auswerteelektronik ergeben sich die in Abschnitt (c) dargestellten Werte (weiße Punkte) und Mittelwerte (schwarze Punkte), wobei die Mittelwerte in Abschnitt (c) die Werte teilweise überlagern. In Abschnitt (c) ist entsprechend der Verlauf des gefilterten und verstärkten Flammensignales 8 mit erkennbarer Dämpfung durch den Tiefpass 5, sowie die Abtastpunkte (weiß) und die sich aus zwei aufeinanderfolgenden Werten ergebenden Mittelwerte (schwarz) erkennbar, wobei die berechneten Mittelwerte in Abschnitt (d) mit dem Verlauf des verstärkten gedämpften Flammensignales 8 (gestrichelte Linie) und der Abschaltschwelle 22 aufgetragen sind, so dass sich in Abschnitt (e) des Diagramms das Ergebnis der Auswertung durch die Auswerteelektronik 9 als ein Auswertesignal für die Sicherheitsabschaltung 11 ergibt.
Die Zeit t3 spiegelt die von den einschlägigen Vorschriften erlaubte Sicherheitszeit von dem tatsächlichen Flammenausfall bis zur Sicherheitsabschaltung wieder, welche also in jedem Fall eingehalten werden muss.
Da wie in diesem Beispiel gezeigt, bereits nach zwei Datenpunkten der zugehörige Mittelwert unter der Abschaltschwelle 22 liegt und durch die Auswerteelektronik 9 eine mögliche Flammensignalunterbrechung erkannt wird, besteht die Möglichkeit eine Verzögerungszeit τ abzuwarten und dabei das Flammensignal 8 weiter zu beobachten, bis eine Störabschaltung bei tatsächlich erloschener Flamme erfolgen muss.
Falls das Flammensignal bzw. die Flamme und dadurch der Flammenstrom durch beispielsweise Wind oder eine elektrische Störung für eine kurze Zeit (kürzer als die Sicherheitszeit t3) nicht detektiert werden kann und der zugehörige Mittelwert unterhalb der Abschaltschwelle 22 liegt, wird gemäß der vorliegenden Ausgestaltung des Verfahrens das Erlöschen der Flamme nicht gemeldet und somit der Verbrennungsprozess fortgesetzt, sofern innerhalb der Verzögerungszeit τ wieder eine Flamme detektiert wird, also der Mittelwert innerhalb der Verzögerungszeit τ wieder über der Abschaltschwelle 22 liegt.
Wird weiterhin von einer Frequenz von 1000 Hz für die Ionisationsspannung ausgegangen und wird eine Sicherheitszeit t3 von einer Sekunde angenommen, können bis 1000 Datenpunkte ausgewertet werden, bevor eine Störabschaltung bei Erlöschen der Flamme bzw. Störung des Flammensignals zwingend erfolgen muss.
Der sich daraus ergebende Vorteil wird besonders bei kleinen und stark schwankenden Flammensignalen deutlich, wie es in 4 abgebildet ist.
In dem in 4 dargestellten Diagramm 40 ist in Abschnitt (a) ein stark schwankender Flammenstrom 3 angetragen, welcher zunächst einen niedrigen und anschließend hohen Pegel aufweist. Die Mittelwerte sind in Abschnitt (d) über den Verlauf des verstärkten und gedämpften Flammensignales (gestrichelte Linie) vereinfacht dargestellt und zusammen mit der Abschaltschwelle 22 aufgetragen. In Abschnitt (e) der 4 ist das darauf basierende Auswertesignal für die Sicherheitsabschaltung 11 dargestellt, wie es von der Auswerteelektronik 9 ausgegeben wird.
Insbesondere aus Abschnitt (d) ist erkennbar, dass die Reaktionszeit zwischen dem Unterschreiten der Abschaltschwelle 22 bei kleinen Signalen bis zum Erfassen des zugehörigen Mittelwertes 21 nahezu gleich ist wie bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle 22 von einem hohen Signalpegel aus bis zum Erfassen des zugehörigen Mittelwertes 23. Da die Verzögerungszeit τ in beiden Fällen identisch ist, ist die Gesamtreaktionszeit ebenfalls nahezu gleich.
Unterbrechungen des Flammenstroms 3, welche kürzer sind als die Sicherheitszeit t3, führen in beiden dargestellten Fällen nicht zu einer Störabschaltung und somit zu einem weniger störanfälligen und sicheren Betrieb des Brenners.
Weiterhin kann durch die schnelle, auf der Frequenz der Ionisationsspannung basierenden Abtastung im Vergleich zu einer auf der Netzfrequenz basierenden Abtastung beispielsweise ein unerwünscht eingekoppeltes Netzbrummen erkannt und ausgeglichen werden.
Bei dem in 5 dargestellten Diagramm 50, ist in Abschnitt (a) ein konstanter Anstieg des Flammenstroms 3 bzw. des dazu korrespondierenden Flammensignals dargestellt. Wird das eigentlich konstante Flammensignal gemäß der in Abschnitt (b) der 5 angetragenen und von dem lonisationsspannungsgenerator 10 erzeugten Ionisationsspannung abgetastet und ist das Flammensignal durch ein Netzbrummen gestört, ergibt sich der in Abschnitt (c) dargestellte Verlauf des durch ein Netzbrummen beeinflussten Flammensignales 8, wobei wiederum die Abtastpunkte (weiß) und die aus den Werten der Abtastpunkte berechneten Mittelwerte (schwarz) dargestellt sind.
Aus den periodisch wiederkehrenden Abweichungen zwischen zwei Abtastpunkten und dem jeweils zugehörigen Mittelwert in die positive und negative Richtung, kann durch die Auswerteelektronik 9 eine harmonische Schwingung erkannt und die dadurch beeinflussten Werte bzw. Mittelwerte durch die Auswerteelektronik 9 korrigiert oder ausgefiltert werden.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2154430 A1 [0010]

Claims

Flammenverstärker zur Flammenüberwachung in einem Brenner (1) mit einem lonisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer Wechselspannung als Ionisationsspannung, einer Ionisationselektrode (2) zur Beaufschlagung einer durch den Brenner (1) erzeugten Flamme mit der Ionisationsspannung, so dass durch die als ein Gleichrichter wirkende Flamme aus der Ionisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung erzeugt wird und ein Gleichstrom als Flammenstrom (3) fließt, und mit einer Flammensignalaufbereitung mit einem Tiefpass (5), an welchem eingangsseitig eine aus Ionisationsspannung und Flammenspannung gebildete Mischspannung sowie ein Mischstrom mit einem Wechselstromanteil und einem dem Flammenstrom (3) entsprechenden Gleichstromanteil anliegen, wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz zu erzeugen, und wobei der Tiefpass (5) eine Grenzfrequenz entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung aufweist, so dass der Wechselstromanteil des Mischstroms blockiert wird und der Tiefpass (5) eine zu der Frequenz der Ionisationsspannung korrespondierende Zeitkonstante aufweist, so dass aus einem eingangsseitig an dem Tiefpass (5) anliegenden ungefilterten Flammensignal ein ausgangsseitig gefiltertes und zu dem Flammenstrom (3) korrespondierendes Flammensignal (6, 8) erzeugt wird.
Flammenverstärker nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Auswerteelektronik (9), welche signaltechnisch mit einem Ausgang des Tiefpass (5) verbunden und ausgebildet ist, das zu dem Flammenstrom (3) korrespondierende Flammensignal (6, 8) auszuwerten und einen Zustand der Flamme, insbesondere ob die Flamme brennt oder erloschen ist, und/oder eine Verbrennungsgüte zu bestimmen.
Flammenverstärker nach Anspruch 2, wobei die Auswerteelektronik (9) ausgebildet ist, das Flammensignal (6, 8) entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung abzutasten und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals (6, 8) zu erfassen sowie aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Werten den Flammenstrom (3) Mittelwerte und/oder einen geglätteten Verlauf des Flammenstroms (3) zu bestimmen.
Flammenverstärker nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Auswerteelektronik (9) ausgebildet ist, Werte des gefilterten Flammensignals (6, 8) und/oder durch die Auswerteelektronik (9) aus dem Flammensignal (6, 8) gebildete Mittelwerte mit einer Abschaltschwelle (22) zu vergleichen, wobei bei einem Wert kleiner der Abschaltschwelle (22) und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle (22) eine Verzögerungszeit (τ) abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert wird, wenn nachfolgende Werte innerhalb der Verzögerungszeit (τ) kleiner sind als die Abschaltschwelle (22).
Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die Ionisationsspannung mit einer Frequenz von zumindest 100 Hz, insbesondere zumindest 500 Hz und weiter insbesondere zumindest 1000 Hz zu erzeugen.
Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, die Ionisationsspannung als Rechtecksignal mit symmetrischen Pulsbreiten zu erzeugen.
Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flammensignalaufbereitung eine Koppelelektronik (4) aufweist, welche dem Tiefpass (5) eingangsseitig vorgeschalten ist und welche elektrisch zwischen dem Ionisationsspannungsgenerator (10) und der Ionisationselektrode (2) angeordnet ist, so dass diese elektrisch über die Koppelelektronik (4) verbunden sind und die von dem Ionisationsspannungsgenerator (10) erzeugte Ionisationsspannung sowie ein zugehöriger Wechselstrom über die Koppelelektronik (4) an der Ionisationselektrode (2) und dem Tiefpass (5) anliegt.
Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tiefpass (5) ausgebildet ist, dass sein ausgangsseitiges Flammensignal (6) eine definierte Restwelligkeit aufweist.
Flammenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, wobei die Flammensignalaufbereitung einen Verstärker (7) aufweist, welcher dem Tiefpass (5) ausgangsseitig nachgeschalten und der Auswerteelektronik (9) vorgeschalten ist und welcher ausgebildet ist, das ausgangsseitige Flammensignal (6) des Tiefpasses (5) zu einem verstärkten Flammensignal (8) zu verstärken und an die Auswerteelektronik (9) weiterzuleiten.
Verfahren zur Flammenüberwachung einer Flamme in einem Brenner (1) mit einem Flammenverstärker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Ionisationsspannungsgenerator (10) eine lonisationsspannung mit einer Frequenz von mehr als 60 Hz erzeugt und die Flamme mit der Ionisationsspannung beaufschlagt wird, so dass die Flamme als Gleichrichter wirkend aus der Ionisationsspannung eine Gleichspannung als Flammenspannung erzeugt und über die Flamme ein Gleichstrom als Flammenstrom (3) fließt, wobei durch den Tiefpass (5) aus einer eingangsseitigen, aus der Ionisationsspannung und der Flammenspannung bestehenden Mischspannung und dem zugehörigen Mischstrom mit dem Flammenstrom (3) als Gleichstromanteil ein ausgangsseitiges Flammensignal (6, 8) erzeugt wird, welches zu dem Flammenstrom (3) korrespondiert, wobei das Flammensignal (6, 8) in einer Auswerteelektronik (9) ausgewertet und aus dem Flammensignal (6, 8) ein Zustand der Flamme, insbesondere ob die Flamme brennt oder erloschen ist, und/oder eine Verbrennungsgüte bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteelektronik (9) das Flammensignal (6, 8) entsprechend der Frequenz der Ionisationsspannung abtastet und dabei zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals (6, 8) erfasst, wobei die Auswerteelektronik (9) aus zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Werten zeitlich aufeinander folgende Mittelwerte des Flammensignals (6, 8) bestimmt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteelektronik (9) die Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle (22) vergleicht, wobei bei einem Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle (22) eine gelöschte Flamme und bei einem Mittelwert größer der Abschaltschwelle (22) eine brennende Flamme detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, wobei die Auswerteelektronik (9) die Mittelwerte mit einer vorbestimmten Abschaltschwelle (22) vergleicht, wobei bei einem Mittelwert kleiner der Abschaltschwelle (22) und/oder bei einem Unterschreiten der Abschaltschwelle (22) eine Verzögerungszeit (τ) abgewartet und eine gelöschte Flamme nur dann detektiert wird, wenn nachfolgende Mittelwerte innerhalb der Verzögerungszeit (τ) kleiner sind als die Abschaltschwelle (22).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei die Auswerteelektronik (9) aus einer periodisch widerkehrenden Abweichung der von der Auswerteelektronik (9) erfassten zeitlich aufeinanderfolgende Werte des Flammensignals (6, 8) und der daraus bestimmten Mittelwerte eine Änderung der lonisationsspannung erkennt und die Mittelwerte auf Basis der erkannten Änderung korrigiert oder kompensiert.