EP2520862B1 - Überwachung des Vorhandenseins zweier Flammen in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung - Google Patents

Überwachung des Vorhandenseins zweier Flammen in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung Download PDF

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EP2520862B1
EP2520862B1 EP11164502.4A EP11164502A EP2520862B1 EP 2520862 B1 EP2520862 B1 EP 2520862B1 EP 11164502 A EP11164502 A EP 11164502A EP 2520862 B1 EP2520862 B1 EP 2520862B1
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EP
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flame
voltage
detector
radiation
measurement signal
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Erik Lang
Josef Lelle
Alexander Diebold
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Siemens AG
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Definitions

  • the present invention generally relates to the technical field of fuel combustion devices which are used, for example, in heating and / or hot water technology and which are often referred to as burner control or burner.
  • the present invention relates to a monitoring device and a method for independently monitoring the presence of a first flame and the presence of a second flame in such a fuel combustion device.
  • Fuel combustion devices are used, inter alia, in heating and / or hot water technology and in industrial thermal processing systems, which are used for example for metal melting or for the firing of ceramics.
  • fuel combustion devices which are included for example in boilers or water heaters, usually work not only with a main flame, which provides the actual heat generation, but also with a so-called. Pilot flame, which also as ignition flame is called.
  • Fuel combustion devices which are referred to in this document as Feuerungsautomat, as a fuel burner or shortly as a burner may be, for example, gas burners or oil burners.
  • the pilot flame will not fire even if no heating power is required.
  • the pilot flame then serves only to open a fuel valve, which is the main flame is assigned to ensure rapid ignition of the main flame.
  • the pilot flame is temporarily deleted and only shortly before the ignition of the main flame, for example by means of an electric ignition, ignited again.
  • the burning pilot flame then ensures that the ignition of the main flame can take place in a controlled manner without any major "ignition".
  • UV detector for monitoring the presence of pilot flame and main flame.
  • a UV detector which is also referred to as UV flame sensor, consists of a series circuit of an ohmic resistor, a UV cell and a diode.
  • the UV cell of the UV detector has a glass bulb of a UV-transparent quartz glass, which is filled with inert gas. There are two electrodes in the glass bulb. When a voltage is applied between the two electrodes and this voltage is increased, a glow discharge (ignition) occurs when a critical voltage is reached. In this case, electrons emerge at the negative electrode, are accelerated to the positive electrode and ionize the noble gas. This leads to a flow of current through the UV cell.
  • the UV cells used for flame monitoring typically show this behavior of autoignition only from voltages of more than 700 V. The situation is different when the UV cell of the flame to be monitored is irradiated with UV light of approximately 190 to 260 nm wavelength In this case, the Ignition effect depending on the intensity of UV radiation already at effective voltages of about 200 V on.
  • the diode of the UV detector is used for half-wave rectification, so that when operating the UV detector with an AC voltage in the case of the presence of a flame, a pulsed DC voltage occurs.
  • the UV detector and thus the diode is bridged, so that when operating with an AC voltage also at the input of the UV detector downstream amplifier circuit instead of the pulsed DC voltage, an AC voltage occurs.
  • the presence of a flame is indicated by a pulsed DC voltage and a line short is indicated by an AC voltage.
  • the independent monitoring of main and pilot flame by means of a respective UV detector has the disadvantage that for each of the two UV detectors each (a) a connecting line (each with two connecting wires) and (b) an amplifier circuit is required. Thus, a relatively high expenditure on equipment is required for the monitoring of main and pilot flame by means of a respective UV detector.
  • the invention has for its object to simplify independent monitoring of two spatially separated flames by means of a respective flame detector in view of the necessary apparatus required.
  • a monitoring device for independently monitoring the presence of a first flame and the presence of a second flame in a fuel combustion device.
  • the monitoring device comprises (a) a first flame detector arranged and arranged to receive first radiation emitted by the first flame, (b) a second flame detector arranged and arranged to receive second radiation which emits from the second flame is, (c) a voltage supply device, which is connected to the two flame detectors and which is adapted to apply an AC voltage having a first half-wave and a second half-wave to the two flame detectors, and (d) an evaluation circuit, which with the two flame detectors via a common signal input is connected.
  • the two flame detectors are set up and switched in relation to the voltage supply device and to the evaluation circuit such that a first measurement signal present during the first half-wave is indicative at the common signal input for the intensity of the first radiation and a second measurement signal present during the second half-wave indicative of the common signal input for the intensity of the second radiation. Furthermore, the evaluation circuit is set up to evaluate the first measurement signal and the second measurement signal independently of each other.
  • the described monitoring device is based on the finding that, in the case of a suitable circuit of the two flame detectors, despite the use of a common signal input, both flame detectors can be read out independently of each other, provided that the first measurement signal is exclusively assigned to the first flame detector and the second measurement signal is exclusively assigned to the second flame detector.
  • the first measurement signal can only during the first half-wave of the applied to both flame detectors AC voltage occur.
  • the second measuring signal can occur only during the second half cycle of the alternating voltage.
  • the fuel combustion device may be any burner, which is used in particular in the heating and / or hot water technology.
  • the fuel to be combusted may be a solid, liquid or gaseous fuel under normal conditions.
  • the described monitoring device currently seems to be particularly suitable for burners which burn gas or possibly even oil.
  • the described monitoring device has the advantage over known flame monitoring devices that when using only one flame detector, to which the two flame detectors are connected and which besides a display device has the described voltage supply device and the described evaluation circuit, the two flames can be independently monitored for their presence , Thus, an efficient monitoring of a main flame and a pilot flame in a fuel combustion device can be realized without great equipment expense.
  • An additional terminal on the flame detector for the connection of the second flame detector is not required and to bridge the distance between the actual fuel combustion device in which burn the two flames, and a cabinet in which typically the Flame detector is arranged, only a two-wire flame detector connection cable is required.
  • the two mentioned flames can also be two partial flames of a so-called surface burner, which typically has a multiplicity of partial flames, wherein one partial flame is assigned to at least one opening of a fuel line.
  • a partial flame is usually ignited first, which then ignites the fuel which emerges from adjacent openings. In this way, all partial flames are ignited successively.
  • the fuel line can meander over a predetermined area.
  • the monitoring device further comprises (a) a common power supply line connecting the power supply to both the first flame detector and the second flame detector and / or (b) a common sense signal line connecting both the first flame detector and the first second flame detector connects to the common signal input of the evaluation circuit.
  • connection for the voltage supply of the two flame detectors and / or a common, in particular single-core (connection) line for the transmission of measurement signals, which were generated by the two flame detectors, to the evaluation circuit
  • a common in particular single-core (connection) line for the voltage supply of the two flame detectors and / or a common, in particular single-core (connection) line for the transmission of measurement signals, which were generated by the two flame detectors, to the evaluation circuit has the advantage that in each case a single connecting wire is sufficient to connect the two flame detectors to the power supply and / or to the evaluation circuit. This advantageously reduces the cabling effort between the voltage supply device and the two flame detectors and / or the cabling effort between the two flame detectors and the common signal input.
  • the common voltage supply line in each case connects one terminal of the two flame detectors to the voltage supply device, whereas the common measurement signal line connects the respective other terminals of the two flame detectors with the common signal input of the evaluation circuit.
  • the first flame detector has a first electrically rectifying element and the second flame detector has a second electrically rectifying element, wherein the two rectifying elements are connected in anti-parallel with respect to the voltage supply device and to the common signal input.
  • a separate evaluation of the two (half-wave) measurement signals can be achieved by a slight adaptation of a known evaluation circuit, such as e.g. the flame signal amplifier LME7 or the flame signal amplifier LMV Fa. Siemens.
  • a further amplifier circuit can be provided so that a separate amplifier circuit is used for each of the two (half-wave) measurement signals.
  • the rectifying element may for example be a tube.
  • the rectifying element is a diode made, for example, from a semiconductor material.
  • the first flame detector further comprises a first radiation detector and the second flame detector further comprises a second radiation detector, wherein at least one of the two radiation detectors for electromagnetic radiation in the region of the ultraviolet spectral range is sensitive.
  • the ultraviolet spectral sensitive radiation detector may, for example, the o.g. UV cell, which has a glass bulb made of a UV-transparent quartz glass, in which there are two electrodes. In the glass bulb is also a noble gas, which is ionized by incident UV radiation, so that the UV cell is at least partially electrically conductive.
  • a UV cell is particularly sensitive to radiation in the electromagnetic spectral range between 200 nm and 260 nm.
  • both radiation detectors are sensitive to electromagnetic radiation in the ultraviolet spectral range. It is further noted that although currently the same types of radiation detectors are preferably used, a combination of different types of radiation detectors and in particular ultraviolet spectral sensitive radiation detectors may also be used.
  • the evaluation circuit has a filter circuit.
  • This has the advantage that the (half-wave) measurement signals of the two flame detectors are smoothed such that instead of in each case a pulsed DC voltage signal, a smoothed DC voltage signal in the evaluation circuit can be further processed.
  • the filter circuit may preferably be connected directly downstream of the common signal input.
  • the filter circuit may, for example, be a so-called RC filter circuit which has one or more so-called RC elements, each having a resistor and a capacitor.
  • the evaluation circuit has (a) a first amplifier circuit which is set up for amplifying exclusively the first measuring signal, and (b) a second amplifier circuit which is set up for amplifying exclusively the second measuring signal.
  • a first amplifier circuit which is set up for amplifying exclusively the first measuring signal
  • a second amplifier circuit which is set up for amplifying exclusively the second measuring signal.
  • the evaluation circuit has a data processing unit which is set up to detect the presence of a fault of an electronic component of the evaluation circuit and, in particular, the faulty component based on a first output signal of the first amplifier circuit and on a second output signal of the second amplifier circuit identify.
  • the first amplifier circuit has a first diode on the input side
  • the second amplifier circuit has a second diode on the input side.
  • one of the two diodes is connected on the anode side to the common signal input and the other of the two diodes is connected on the cathode side to the common signal input.
  • connection of the anode or the cathode with the common signal input can be a direct or an indirect connection.
  • at least one further electronic component is located between the anode or the cathode and the common signal input.
  • the filter circuit described above can be located between the anode or the cathode and the common signal input.
  • the first diode is a first zener diode and / or the second diode is a second zener diode.
  • a Zener diode behaves in a known manner in the forward direction as a normal diode.
  • the usual diode behavior ensures that the two measuring signals are separated from each other and supplied to one of the two amplifier circuits.
  • the reverse direction is a voltage which is greater than a specific breakdown voltage for the respective zener diode, Then the zener diode becomes low in the reverse direction.
  • This behavior can be used in the described monitoring device by a suitable dimensioning of the zener diode, in particular by a suitable choice of the breakdown voltage, to detect a short circuit in the connection line, in particular a short circuit between the above-described voltage supply line and the common measurement signal line described above ,
  • the breakdown voltage of at least one of the two zener diodes is dimensioned such that the at least one zener diode (a) is operated in a voltage range which is smaller in the case of a fault-free connection of the two flame detectors to the voltage supply device and to the common signal input is operated as the breakdown voltage, and (b) in the event of a short circuit between the voltage supply device and the common signal input in a voltage range which is greater than the breakdown voltage.
  • Said voltage range which is greater than the blocking voltage, is also typically referred to as a passband.
  • the zener diode has lost its rectifying effect.
  • the alternating voltage provided by the voltage supply device in particular between the above-described common voltage supply line and the above-described common measurement signal line at the zener diode, will be present.
  • this short circuit in contrast to a faultless operating state of the monitoring device, in which the relevant flame detector itself is in the event of detection of radiation ensures at least a certain voltage drop at the zener diode is applied to a higher AC voltage, this short circuit can be detected by an optionally modified by the Zener diode characteristic AC voltage which is fed into the relevant amplifier circuit and output at an output of the amplifier circuit.
  • the presence of an output AC voltage can thus be regarded as a reliable indication that there is a short circuit in particular between the above-described common voltage supply line and the common measurement signal line described above.
  • a short circuit can thus be reliably detected in a simple yet effective manner and thus the reliability of the entire monitoring device can be significantly increased.
  • the magnitude of the voltage drop across the flame detector is critically dependent on the type of radiation detector used in the particular flame detector.
  • the voltage drop across the UV cell even if just a comparatively high intensity of UV radiation is detected, on the order of 100 volts.
  • the described method comprises (a) applying an AC voltage provided by a voltage supply means having a first half-wave and a second half-wave to a first flame detector and to a second flame detector, (b) receiving a first radiation emitted from the first flame by means of the first flame detector, (c) receiving a second radiation emitted by the second flame by means of the second flame detector, (d) applying a first measurement signal present during the first half wave from the first flame detector to a common signal input of one Evaluation circuit, wherein the first measurement signal for the intensity of the first radiation is indicative, (e) supplying a second measurement signal present during the second half wave from the second flame detector to the common signal input of the evaluation circuit, wherein the second measurement signal for the intensity of the zw radiation is indicative, and (f) monitoring the presence of the first flame and the presence of the second flame by means of the evaluation circuit based on the first measurement signal and the second measurement signal.
  • the described method is also based on the finding that, in the case of a suitable circuit of the two flame detectors, despite the use of a common signal input, both flame detectors can be read out independently of each other, provided that the first measurement signal can be exclusively assigned to the first flame detector and the second measurement signal can be assigned exclusively to the second flame detector ,
  • This assignment is made according to the invention with reference to the two half-waves of the alternating voltage, which is provided by the voltage supply device for both flame detectors together.
  • the first measurement signal only during the first half cycle the alternating voltage applied to both flame detectors occurs.
  • the second measuring signal can occur only during the second half cycle of the alternating voltage.
  • the method further comprises (g) erasing the first flame, (h) evaluating the first measurement signal, and (i) viewing the monitoring device as faulty if the evaluation of the first measurement signal erroneously indicates a presence of the first Flame indicates.
  • the at least temporary extinction of the first flame has the advantage that the functionality of the monitoring device can be checked in a simple manner.
  • a short circuit between the o.g. common power supply line and the o.g. common measurement signal line are detected, because only in such a short circuit even when an AC signal is applied to the common signal input when the first flame detector does not receive radiation.
  • the extinction of the first flame can be done, for example, by closing a valve for the fuel supply to the first flame.
  • at least a certain delay time should be waited with the evaluation of the first measurement signal, which corresponds to the expected time difference between the closing of the valve and the actual extinction of the first flame.
  • this delay time may be, for example, between 1 second and 10 seconds.
  • the deletion of the first flame can be carried out in an advantageous manner in the context of a so-called intermittent operation of the fuel combustion device.
  • a special turn off the first flame just for the purpose of checking the Functioning of the monitoring device is thus not required in an advantageous manner.
  • an operating mode in accordance with relevant product standards for fuel combustion devices, also referred to as automatic firing devices, an operating mode is to be understood in which the flames are turned off at least once (1x) in the course of 24 hours. In the area of normal heating applications for residential areas, this requirement is usually met. This is often the case with several burner starts per hour.
  • the fuel combustion device described can thus use the commissioning process to check its functionality and in particular to test the flame monitoring system. Thus, the flame monitoring system is tested relatively often in intermittent operation.
  • the monitoring device in which suitably dimensioned Zener diodes are used, in the case of a voltage breakdown at a half-wave (at the other half-wave, the zener diode is already conductive) and thus at an AC voltage to the relevant amplifier circuit of the Evaluation circuit to be closed on a short circuit between the common voltage supply line and the common measuring signal line.
  • FIG. 1 shows a monitoring device 100 according to a first embodiment of the invention.
  • the monitoring device 100 has two flame detectors, a first flame detector 110 and a second flame detector 120, on.
  • the first flame detector 110 monitors the presence of a main flame of a fuel combustion device
  • the second flame detector 120 monitors the presence of a pilot flame of the fuel combustion device.
  • each of the two flame detectors 110, 120 each have a resistor 112 or 122, a UV cell 114 or 124 and a rectifying diode 116 and 126, respectively.
  • the two diodes 116 and 126 are connected in anti-parallel with respect to each other to a common measuring signal line 134.
  • the two UV cells 114 and 124 each have a glass bulb of a UV-transparent quartz glass, which is filled with inert gas. There are two electrodes in the glass bulb. If a voltage is applied between the two electrodes and, in addition, the noble gas is irradiated with UV light which is emitted by the main flame or by the pilot flame, then the UV cell in question becomes at least partially electrically conductive and a current can flow through it corresponding flame detector 110, 120 flow.
  • the monitoring device 100 further comprises, arranged in a housing, not shown, designed as a transformer power supply device 130, which is connected via a resistor R, a common voltage output 131 and a common power supply line 132 with the two flame detectors 110 and 120.
  • the common voltage output is formed as a terminal contact 131 in the housing (not shown) of the monitoring device 100.
  • the transformer 130 performs a transformation in which a 50 Hz input signal with a mains voltage Unetz is transformed from 230V to a 50 Hz output signal with a sensor voltage Usensor of approximately 300V.
  • voltage transformations with other frequencies and / or with other values for the primary voltage and / or the secondary voltage possible are.
  • an input signal with an effective voltage of 120V and a frequency of 60 Hz is usually used.
  • the monitoring device 100 further has an evaluation circuit 150, which in turn comprises a first amplifier circuit 152 and a second amplifier circuit 154.
  • the first amplifier circuit 152 has on the input side a diode D10, which is connected to a common signal input 138.
  • the second amplifier circuit 154 has on the input side a diode D20, which is likewise connected to the common signal input 138.
  • the common signal input is designed as a connection contact 138 in the above-mentioned housing (not shown).
  • FIG. 1 As can be seen, in relation to the common measuring signal line 134, the two diodes 116 and D10 have the same "polarity". That is, a current flowing through the first flame detector 110 is exclusively processed by the first amplifier circuit 152. Similarly, with respect to the common sense signal line 134, the two diodes 126 and D20 are connected to the same "polarity”. That is, a current flowing through the second flame detector 120 is exclusively processed by the second amplifier circuit 154.
  • the first flame detector 110 can only become conductive during the positive half-cycle of the alternating voltage (with the main flame burning), whereas the second flame detector 120 (during burning pilot flame) only during the negative half-wave of the AC voltage can become conductive.
  • the transmitted via the common measurement signal line 134 to the evaluation circuit 150 measurement signal of both Flame detectors 110 and 120 are then separated from the two diodes D10 and D20, so that, as already described above, the first amplifier circuit 152 is associated with a first output A1 to the first flame detector 110 and the second amplifier circuit 154 with a second output A2 to the second Flame detector 120 is assigned.
  • the first amplifier circuit 152 has a first low-pass filter, which is formed by a resistor R10 and a capacitor C10.
  • the second amplifier circuit 154 has a second low-pass filter, which is formed by a resistor R20 and a capacitor C20.
  • These two filter circuits 152 and 154 have the effect that the pulsed DC voltage applied to the filter input is smoothed, so that a DC signal is output to a good approximation at the respective filter output. This DC signal is then amplified by the respective amplifier circuit 152 or 154.
  • the first amplifier circuit 152 has three resistors R11, R12 and R13 and a bipolar transistor T10.
  • the second amplifier circuit 154 has four resistors R21, R22, R23 and R24 and a bipolar transistor T20. According to the embodiment illustrated here, the two amplifier circuits 152 and 154 operate as shown FIG. 1 apparent, with two voltage levels of 5 volts and 0 volts (GND).
  • the second flame detector 120 Due to the presence of the resistor R24, if the second flame detector 120 at least partially becomes conductive upon receiving UV radiation (the pilot flame is on), a logic level of approximately 5 volts (High) is output at the second output A2. If the second flame detector 120 does not receive UV radiation (the pilot flame is off), the second flame detector 120 locks and the output A2 has a logic level of about 0 volts (low). By evaluating the two voltage levels, it is thus possible to monitor the presence of the main flame associated with the first flame detector 110 and the presence of the pilot flame associated with the second flame detector 120.
  • the measurement signals can be unambiguously assigned to the two flames due to the anti-parallel arrangement of the two flame detectors and an independent monitoring of the two flames is possible.
  • FIG. 2 shows a monitoring device 200 according to a second embodiment of the invention.
  • the monitoring device 200 has a voltage supply device 230 designed as an AC voltage source and a DC voltage source 260.
  • an evaluation circuit 250 of the monitoring device 200 differs from the in FIG. 1 evaluation circuit 150 shown only in that (a) instead of the ordinary diodes D10 and D20 each Zener diode ZD10 or ZD20 is used and that (b) in addition a two-stage low-pass filter circuit 240 is provided which two resistors R1 and R2 and two capacitors C1 and C2.
  • the separation between (a) the measurement signal from the first flame detector 110 and (b) the measurement signal from the second flame detector 120 is performed in the same manner as in FIG FIG. 1 therefore, will not be explained again in detail.
  • the two-stage low-pass filter circuit 240 ensures that the measurement signals from both flame detectors 110 and 120 are smoothed immediately after the common signal input 138.
  • the two Zener diodes ZD10 and ZD20 contribute to the fact that compared to the monitoring device 100 in the monitoring device 200 additionally a sensor short circuit between the common voltage supply line 132 and the common measurement signal line 134 can be detected.
  • the breakdown or zener voltages of the two Zener diodes ZD10 and ZD20 are dimensioned such that, in the event of a sensor short circuit, the input voltage applied to the common signal input 138 is greater than the Zener voltage of the two Zener diodes ZD10 and ZD20. It should be noted that, in the event of a sensor short circuit, the full AC voltage applied to the common signal input 138 is provided by the voltage supply device 130.
  • FIG. 2 a circuit diagram of the monitoring device 200 suitable for a simulation program is shown, with which the following operating states can be simulated: (A) The main flame is burning ⁇ Switch S1 is closed (B) The pilot flame is burning ⁇ Switch S2 is closed (C) Sensor short circuit before ⁇ Switch S3 is closed
  • the voltage signals applied to the two outputs A1 and A2 can be displayed for all possible operating states.
  • FIG. 3 shows for different flame constellations the logical output signals, which at the two outputs of the in FIG. 2 abut illustrated amplifier circuit.
  • the reference symbol AA1 denotes the output signal which corresponds to the in FIG. 2 assigned output A1 is assigned.
  • the reference character AA2 denotes the output signal which corresponds to the in FIG. 2 assigned output A2 is assigned. For reasons of clarity, the output signal AA1 is shown shifted by -2 volts.
  • the level of the output signal AA2 is "low” when the pilot flame is off. If the level of the output signal is "High”, then the pilot flame is burning. Further, the level of the output signal AA1 is "High” when the main flame is off. When the level of the output signal AA1 is "Low”, the main flame is burning.
  • FIG. 4 shows for different flame constellations and for the case of a sensor short circuit between the in FIG. 2 represented common voltage supply line 132 and the common measuring signal line 134, the output signals AA1 and AA2, which abut the two outputs A1 and A2 of the evaluation circuit 150. If there is no sensor short circuit, the levels of the output signals AA1 and AA2 assume the values "Low” and "High” which have already been described above (AA1 is also in FIG. 3 shown shifted by -2 volts).
  • both the output signal AA1 and the output signal AA2 are an AC signal which has the same frequency as the AC voltage source 230 (see FIG. FIG. 2 ) having.
  • FIG. 5 FIG. 10 is a timing diagram showing, as part of an intermittent operation of a fuel combustion apparatus having a main and a pilot flame, a sensor short between the in.
  • FIG. 2 shown common power supply line and the common measurement signal line can be detected.
  • This is not necessarily the in FIG. 2 shown monitoring device 200 with the two zener diodes ZD10 and ZD20 required. Rather, as explained below, a sensor short circuit with the in FIG. 1 monitoring device 100 are detected on the basis of a temporal correlation between a switching cycle of switched fuel supply valves and the resulting output at the outputs A1 and A2 (flame) signals.
  • a valve for supplying fuel to the main flame is opened at a time t1.
  • the opened main flame valve is in FIG. 5 represented by the bar 581. If the monitoring device operates correctly and then addresses the main flame, which is assumed below, the presence of the main flame is displayed at the time A1 at a time t2.
  • the corresponding flame signal is in FIG. 5 represented by the bar 581a.
  • the time delay t2-t1 depends i.a. from the time required for fuel transport from the valve exit to the location of the main flame. Accordingly, a maximum delay time TSA1 dependent on its design can be determined for each fuel combustion device within which the main flame must start at the latest. This delay time TSA1 may be between 1 second and 10 seconds, depending on the design of the fuel combustion device concerned. If, however, within this time period TSA1 from t1 the first flame signal is not addressed, then it can be assumed that the flame monitoring device is defective.
  • the main flame flame signal 581a is expected to go out within a certain time delay at a time t6. If this is not the case, then it can be assumed that there is a sensor short circuit.
  • the open pilot flame valve is represented by the bar 582.
  • the pilot flame signal 582a becomes the pilot flame appear at a time t4 and disappear again at a time t8. If the flame signal 582a is still present for a longer time even after the pilot flame valve has been closed, then it can also be assumed that there is a sensor short circuit. In this case also, in the case of a correctly functioning monitoring device, the time difference between t3 and t4 must not be greater than a characteristic delay time TSA2 for starting the pilot flame.
  • monitoring device 200 shown permits extensive error consideration. In this case, component errors of the evaluation circuit 150 can be reliably detected and the affected components even identified. Thus, for example, the requirements of the standards EN230 / EN298 regarding the behavior in case of component defects are met.
  • Table 1 shows various component errors of the monitoring device 200 and the associated output signals at the outputs A1 and A2.
  • C collector B: Base e: emitter L / H / W: Condition remains unchanged despite "component fault” when "Low”, “High” or “AC signal”
  • AC AC signal
  • FCS Sensor short circuit FS: flame signal

Landscapes

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet von Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, die beispielsweise in der Heizungs- und/oder Warmwassertechnik eingesetzt werden und die häufig als Feuerungsautomaten oder als Brenner bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Überwachungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer derartigen Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung.
  • Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen kommen unter anderem in der Heizung- und/oder Warmwassertechnik und in industriellen Thermoprozessanlagen, welche beispielsweise zum Metallschmelzen oder zum Brennen von Keramiken verwendet werden, zum Einsatz. In der Heizungs- und/oder Warmwassertechnik verwendete Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, welche beispielsweise in Heizkesseln oder Durchlauferhitzern enthalten sind, arbeiten in der Regel nicht nur mit einer Hauptflamme, welche für die eigentliche Wärmeentwicklung sorgt, sondern auch mit einer sog. Pilotflamme, welche auch als zündflamme bezeichnet wird. Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, welche in diesem Dokument auch als Feuerungsautomat, als Brennstoffbrenner oder kurz als Brenner bezeichnet werden, können beispielsweise Gasbrenner oder Ölbrenner sein.
  • Bei manchen Arten von Brennern kommt die Pilotflamme auch dann nicht zum Erlischen, wenn keine Heizleistung erforderlich ist. Die Pilotflamme dient dann lediglich dazu, beim Öffnen eines Brennstoffventils, welches der Hauptflamme zugeordnet ist, zügig ein zünden der Hauptflamme zu gewährleisten. Bei anderen Arten von Brennern wird die Pilotflamme zwischenzeitlich gelöscht und erst kurz vor dem Zünden der Hauptflamme, beispielsweise mittels einer elektrischen Zündung, wieder gezündet. Bei dem Aktivieren der Hauptflamme sorgt die brennende Pilotflamme dann dafür, dass der Zündvorgang der Hauptflamme kontrolliert ohne größeren "Zündstoß" stattfinden kann.
  • Aus Gründen der Betriebssicherheit ist es durch entsprechende Normen vorgeschrieben, das Vorhandensein von Haupt- und/oder Pilotflamme unabhängig voneinander detektieren zu können.
  • Aus der technischen Grundlagendokumentation "Flammenüberwachung an Öl- und Gasbrennern", Siemens Building Technologies, CC1Z7302de, HVAC Products, 16.02.2005 ist bekannt, zur Überwachung des Vorhandenseins von Pilotflamme und Hauptflamme jeweils einen UV-Detektor zu verwenden. Ein derartiger UV-Detektor, welcher auch als UV Flammenfühler bezeichnet wird, besteht aus einer Serienschaltung aus einem ohm'schen Widerstand, einer UV-Zelle und einer Diode.
  • Die UV-Zelle des UV-Detektors weist einen Glaskolben aus einem UV-durchlässigen Quarzglas auf, der mit Edelgas gefüllt ist. In dem Glaskolben befinden sich zwei Elektroden. Wenn zwischen den beiden Elektroden eine Spannung angelegt und diese Spannung erhöht wird, so kommt es beim Erreichen einer kritischen Spannung zu einer Glimmentladung (Zündung). Dabei treten Elektronen an der negativen Elektrode aus, werden zur positiven Elektrode beschleunigt und ionisieren das Edelgas. Dies führt zu einem Stromfluss durch die UV-Zelle. Die zur Flammenüberwachung eingesetzten UV-Zellen zeigen dieses Verhalten der Selbstzündung typischerweise erst ab Spannungen von mehr als 700 V. Anders verhält es sich, wenn die UV-Zelle von der zu überwachenden Flamme mit UV-Licht von ca. 190 bis 260 nm Wellenlänge bestrahlt wird: In diesem Fall tritt der Zündeffekt abhängig von der Intensität der UV-Strahlung bereits bei effektiven Spannungen von ca. 200 V auf.
  • Die Diode des UV-Detektors dient zur Einweggleichrichtung, so dass bei einem Betrieb des UV-Detektors mit einer Wechselspannung im Falle des Vorhandenseins einer Flamme eine gepulste Gleichspannung auftritt. Im Falle eines Kurzschlusses der Anschlussleitungen des UV-Detektors wird der UV-Detektor und damit auch die Diode überbrückt, so dass beim Betrieb mit einer Wechselspannung auch an dem Eingang einer dem UV-Detektor nachgeschalteten Verstärkerschaltung anstelle der gepulsten Gleichspannung eine Wechselspannung auftritt. Somit wird das Vorhandensein einer Flamme durch eine gepulste Gleichspannung angezeigt und ein Leitungskurzschluss wird durch eine Wechselspannung angezeigt.
  • Darüber hinaus offenbart Druckschrift US 3548395 A1 den Oberbegriff des Anspruchs.
  • Die voneinander unabhängige Überwachung von Haupt- und Pilotflamme mittels jeweils eines UV-Detektors hat den Nachteil, dass für jeden der beiden UV-Detektoren jeweils (a) eine Anschlussleitung (mit jeweils zwei Anschlussdrähten) und (b) eine Verstärkerschaltung benötigt wird. Somit ist für die Überwachung von Haupt- und Pilotflamme mittels jeweils eines UV-Detektors ein vergleichsweise hoher apparativer Aufwand erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine voneinander unabhängige Überwachung von zwei räumlich voneinander getrennten Flammen mittels jeweils eines Flammendetektors im Hinblick auf den dafür notwendigen apparativen Aufwand zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Überwachungsvorrichtung zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung beschrieben. Die Überwachungsvorrichtung weist auf (a) einen ersten Flammendetektor, eingerichtet und angeordnet zum Empfangen von erster Strahlung, welche von der ersten Flamme emittiert wird, (b) einen zweiten Flammendetektor, eingerichtet und angeordnet zum Empfangen von zweiter Strahlung, welche von der zweiten Flamme emittiert wird, (c) eine Spannungsversorgungseinrichtung, welche mit den beiden Flammendetektoren verbunden ist und welche eingerichtet ist, eine Wechselspannung mit einer ersten Halbwelle und einer zweiten Halbwelle an die beiden Flammendetektoren anzulegen, und (d) eine Auswerteschaltung, welche mit den beiden Flammendetektoren über einen gemeinsamen Signaleingang verbunden ist. Die beiden Flammendetektoren sind derart eingerichtet und in Bezug zu der Spannungsversorgungseinrichtung und zu der Auswerteschaltung derart geschalten, dass ein während der ersten Halbwelle vorhandenes erstes Messsignal an dem gemeinsamen Signaleingang für die Intensität der ersten Strahlung indikativ ist und ein während der zweiten Halbwelle vorhandenes zweites Messsignal auf dem gemeinsamen Signaleingang für die Intensität der zweiten Strahlung indikativ ist. Ferner ist die Auswerteschaltung eingerichtet, das erste Messsignal und das zweite Messsignal unabhängig voneinander auszuwerten.
  • Der beschriebenen Überwachungsvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer geeigneten Schaltung der beiden Flammendetektoren trotz der Verwendung eines gemeinsamen Signaleingangs beide Flammendetektoren unabhängig voneinander ausgelesen werden können, sofern das erste Messsignal exklusiv dem ersten Flammendetektor und das zweite Messsignal exklusiv dem zweiten Flammendetektor zugeordnet wird. Dabei kann das erste Messsignal lediglich während der ersten Halbwelle der an beide Flammendetektoren angelegten Wechselspannung auftreten. Entsprechend kann das zweite Messsignal lediglich während der zweiten Halbwelle der Wechselspannung auftreten.
  • Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass eine Zuordnung der Messsignale der beiden Flammendetektoren zu der ersten (Pilot-) Flamme oder zu der zweiten (Haupt-) Flamme in der Auswerteschaltung durch eine Signaltrennung unter Berücksichtigung der positiven und der negativen Halbwelle erfolgt. Dadurch ist auf einfache und trotzdem effektive Weise eine separate Flammenintensitätsbewertung möglich.
  • Die Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann ein beliebiger Brenner sein, welcher insbesondere in der Heizungs- und/oder Warmwassertechnik zum Einsatz kommt. Der zu verbrennende Brennstoff kann ein bei Normalbedingungen fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff sein. Die beschriebene Überwachungsvorrichtung scheint derzeit insbesondere für Brenner geeignet zu sein, welche Gas oder evtl. auch Öl verbrennen.
  • Die beschriebene Überwachungsvorrichtung hat gegenüber bekannten Flammenüberwachungsvorrichtungen den Vorteil, dass bei Verwendung von lediglich einem Flammenwächter, an welchem die beiden Flammendetektoren angeschlossen sind und welcher neben einer Anzeigeeinrichtung die beschriebene Spannungsversorgungseinrichtung und die beschriebene Auswerteschaltung aufweist, die beiden Flammen unabhängig voneinander auf ihr Vorhandensein überwacht werden können. Somit kann ohne großen apparativen Aufwand eine effiziente Überwachung einer Hauptflamme und einer Pilotflamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung realisiert werden. Eine zusätzliche Anschlussklemme an dem Flammenwächter für den Anschluss des zweiten Flammendetektors ist dabei nicht erforderlich und zur Überbrückung der Entfernung zwischen der eigentlichen Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung, in der die beiden Flammen brennen, und einem Schaltschrank, in dem typischerweise der Flammenwächter angeordnet ist, ist lediglich eine zweiadrige Flammendetektor-Anschlussleitung erforderlich.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden genannten Flammen auch zwei Teilflammen eines sog. Flächenbrenners sein können, welcher typischerweise eine Vielzahl von Teilflammen aufweist, wobei jeweils eine Teilflamme zumindest einer Öffnung einer Brennstoffleitung zugeordnet ist. Beim Zünden von Flächenbrennern wird üblicherweise zunächst eine Teilflamme entzündet, welche anschließend den Brennstoff, der aus benachbarten Öffnungen austritt, entzündet. Auf diese Weise werden sukzessive alle Teilflammen entzündet. Die Brennstoffleitung kann beispielsweise mäanderförmig eine vorgegebene Fläche abdecken.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Überwachungsvorrichtung ferner auf (a) eine gemeinsame Spannungsversorgungsleitung, welche die Spannungsversorgungseinrichtung sowohl mit dem ersten Flammendetektor als auch mit dem zweiten Flammendetektor verbindet und/oder (b) eine gemeinsame Messsignalleitung, welche sowohl den ersten Flammendetektor als auch den zweiten Flammendetektor mit dem gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung verbindet.
  • Die Verwendung von einer gemeinsamen insbesondere einadrigen (Anschluss)Leitung für die Spannungsversorgung der beiden Flammendetektoren und/oder einer gemeinsamen insbesondere einadrigen (Anschluss)Leitung für die Weiterleitung von Messsignalen, die von den beiden Flammendetektoren erzeugt wurden, an die Auswerteschaltung hat den Vorteil, dass jeweils ein einziger Anschlussdraht ausreichend ist, um die beiden Flammendetektoren an die Spannungsversorgung und/oder an die Auswerteschaltung anzuschließen. Damit reduziert sich auf vorteilhafte Weise der Verkabelungsaufwand zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und den beiden Flammendetektoren und/oder der Verkabelungsaufwand zwischen den beiden Flammendetektoren und dem gemeinsamen Signaleingang.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die gemeinsame Spannungsversorgungsleitung jeweils einen Anschluss der beiden Flammendetektoren mit der Spannungsversorgungseinrichtung verbindet, wohingegen die gemeinsame Messsignalleitung die jeweils anderen Anschlüsse der beiden Flammendetektoren mit dem gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung verbindet.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Flammendetektor ein erstes elektrisch gleichrichtendes Element auf und der zweite Flammendetektor weist ein zweites elektrisch gleichrichtendes Element auf, wobei die beiden gleichrichtenden Elemente in Bezug zu der Spannungsversorgungseinrichtung und zu dem gemeinsamen Signaleingang antiparallel geschalten sind. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Halbwellen der Wechselspannung, welche beide an den beiden Flammendetektoren anliegen, auf einfache und effektive Weise zwischen den beiden Flammendetektoren separiert werden können. Bei beiden Flammendetektoren generiert damit jeweils nur eine Halbwelle der Wechselspannungsversorgung ein Messsignal, welches als positives oder negatives Halbwellensignal von der Auswerteschaltung unabhängig von dem jeweils anderen Halbwellensignal erfasst und ausgewertet werden kann.
  • Eine separate Auswertung der beiden (Halbwellen)-Messsignale kann durch eine geringfügige Anpassung einer bekannten Auswerteschaltung, wie z.B. dem Flammensignalverstärker LME7 oder dem Flammensignalverstärker LMV der Fa. Siemens, erreicht werden. Dabei kann beispielsweise eine weitere Verstärkerschaltung vorgesehen werden, so dass für jede der beiden (Halbwellen)-Messsignale eine eigene Verstärkerschaltung zum Einsatz kommt.
  • Das gleichrichtende Element kann beispielsweise eine Röhre sein. Bevorzugt ist das gleichrichtende Element eine beispielsweise aus einem Halbleitermaterial hergestellte Diode.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Flammendetektor ferner einen ersten Strahlungsdetektor auf und der zweite Flammendetektor weist ferner einen zweiten Strahlungsdetektor aufweist, wobei zumindest einer der beiden Strahlungsdetektoren für elektromagnetische Strahlung im Bereich des ultravioletten Spektralbereichs sensitiv ist. Dies hat den Vorteil, dass das Vorhandensein von zumindest einer Flamme anhand des UV Anteils im elektromagnetischen Emissionsspektrum der Flamme detektiert wird. Auf diese Weise können Störeinflüsse im Bereich des sichtbaren oder des infraroten Spektralbereichs effektiv eliminiert werden.
  • Der im ultravioletten Spektralbereich sensitive Strahlungsdetektor kann beispielsweise die o.g. UV-Zelle sein, welche einen Glaskolben aus einem UV-durchlässigen Quarzglas aufweist, in dem sich zwei Elektroden befinden. In dem Glaskolben befindet sich ferner ein Edelgas, welches durch auftreffende UV-Strahlung ionisiert wird, so dass die UV-Zelle zumindest teilweise elektrisch leitfähig wird. Eine derartige UV-Zelle ist insbesondere für Strahlung in dem elektromagnetischen Spektralbereich zwischen 200 nm und 260 nm sensitiv.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass bevorzugt beide Strahlungsdetektoren für elektromagnetische Strahlung im ultravioletten Spektralbereich sensitiv sind. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass auch wenn derzeit bevorzugt gleiche Arten von Strahlungsdetektoren verwendet werden, auch eine Kombination von verschiedenen Arten von Strahlungsdetektoren und insbesondere von im ultravioletten Spektralbereich empfindliche Strahlungsdetektoren verwendet werden können.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Auswerteschaltung eine Filterschaltung auf. Dies hat den Vorteil, dass die (Halbwellen)-Messsignale der beiden Flammendetektoren derart geglättet werden, dass anstelle von jeweils einem gepulsten Gleichspannungssignal ein geglättetes Gleichspannungssignal in der Auswerteschaltung weiter verarbeitet werden kann. Die Filterschaltung kann bevorzugt unmittelbar dem gemeinsamen Signaleingang nachgeschaltet sein.
  • Die Filterschaltung kann beispielsweise eine sog. RC-Filterschaltung sein, welche eine oder mehrere sog. RC-Glieder aufweist, die jeweils einen Widerstand und einen Kondensator aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Auswerteschaltung auf (a) eine erste Verstärkerschaltung, welche zum Verstärken exklusiv des ersten Messsignals eingerichtet ist, und (b) eine zweite Verstärkerschaltung, welche zum Verstärken exklusiv des zweiten Messsignals eingerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Messsignale nicht nur unabhängig voneinander erfasst sondern auch unabhängig voneinander verstärkt und ausgewertet werden können. Bevorzugt weist jede der beiden Verstärkerschaltungen einen eigenen Ausgang auf, an dem ein Signal, insbesondere ein Gleichspannungssignal, ausgegeben wird, welches für das Vorhandensein der jeweiligen Flamme indikativ ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Auswerteschaltung eine Datenverarbeitungseinheit auf, welche eingerichtet ist, basierend auf einem ersten Ausgangssignal der ersten Verstärkerschaltung und auf einem zweiten Ausgangssignal der zweiten Verstärkerschaltung das Vorhandensein eine Fehlers eines elektronischen Bauteils der Auswerteschaltung zu erkennen und insbesondere das fehlerhafte Bauteil zu identifizieren. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine automatische Fehlerdiagnose der Auswerteschaltung durchgeführt werden kann. Dadurch kann die Betriebssicherheit der gesamten Überwachungsvorrichtung erheblich verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Verstärkerschaltung eingangsseitig eine erste Diode auf und die zweite Verstärkerschaltung weist eingangsseitig eine zweite Diode auf. Dabei ist eine der beiden Dioden anodenseitig mit dem gemeinsamen Signaleingang verbunden und die andere der beiden Dioden ist kathodenseitig mit dem gemeinsamen Signaleingang verbunden.
  • Durch die Verwendung von zwei entgegengesetzt geschalteten Dioden kann auf einfache und effiziente Weise eine Trennung der beiden mit unterschiedlichen Halbwellen verknüpften Messsignale erreicht werden, so dass das erste Messsignal ausschließlich der ersten Verstärkerschaltung zugeführt wird und das zweite Messsignal ausschließlich der zweiten Verstärkerschaltung zugeführt wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Verbindung der Anode bzw. der Kathode mit dem gemeinsamen Signaleingang eine direkte oder eine indirekte Verbindung sein kann. Im Falle einer indirekten Verbindung befindet sich zwischen der Anode bzw. der Kathode und dem gemeinsamen Signaleingang zumindest ein weiteres elektronisches Bauteil. Insbesondere kann sich die oben beschriebene Filterschaltung zwischen der Anode bzw. der Kathode und dem gemeinsamen Signaleingang befinden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Diode eine erste zenerdiode und/oder die zweite Diode ist eine zweite zenerdiode.
  • Eine Zenerdiode verhält sich in bekannter Weise in Durchlassrichtung wie eine normale Diode. Bei der beschriebenen Überwachungsvorrichtung sorgt das übliche Dioden-Verhalten dafür, dass die beiden Messsignale voneinander getrennt und jeweils einer der beiden Verstärkerschaltungen zugeführt werden. Liegt jedoch in Sperrrichtung eine Spannung an, welche größer ist als eine für die jeweilige zenerdiode spezifische Durchbruchsspannung, dann wird die zenerdiode in Sperrrichtung niederohmig. Dieses Verhalten kann bei der beschriebenen Überwachungsvorrichtung durch eine geeignete Dimensionierung der zenerdiode, insbesondere durch eine geeignete Wahl der Durchbruchsspannung, dazu genutzt werden, um einen Kurzschluss in der Anschlussleitung, insbesondere einen Kurzschluss zwischen der oben beschriebenen Spannungsversorgungsleitung und der oben beschriebenen gemeinsamen Messsignalleitung, zu erkennen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Durchbruchsspannung von zumindest einer der beiden Zenerdioden derart dimensioniert, dass die zumindest eine zenerdiode (a) bei einem fehlerfreien Anschluss der beiden Flammendetektoren an die Spannungsversorgungseinrichtung und an den gemeinsamen Signaleingang in einem Spannungsbereich betrieben wird, welcher kleiner ist als die Durchbruchsspannung, und (b) bei einem Kurzschluss zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und dem gemeinsamen Signaleingang in einem Spannungsbereich betrieben wird, welcher größer ist als die Durchbruchsspannung.
  • Der genannte Spannungsbereich, welcher größer ist als die Sperrspannung, wird typischerweise auch als Durchlassbereich bezeichnet. In diesem Durchlassbereich hat die zenerdiode ihre gleichrichtende Wirkung verloren.
  • Bei der beschriebenen Überwachungsvorrichtung wird im Falle eines Kurzschlusses insbesondere zwischen der oben beschriebenen gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der oben beschriebenen gemeinsamen Messsignalleitung an der zenerdiode die von der Spannungsversorgungseinrichtung bereit gestellte Wechselspannung, ggf. nach einer Glättung durch die ebenfalls oben beschriebene Filterschaltung, anliegen. Da bei einem Kurzschluss im Gegensatz zu einem fehlerfreien Betriebszustand der Überwachungsvorrichtung, bei dem der betreffende Flammendetektor selbst im Falle einer Detektion von Strahlung zumindest für einen gewissen Spannungsabfall sorgt, an der zenerdiode eine höhere Wechselspannung anliegt, kann dieser Kurzschluss durch eine ggf. durch die Zenerdioden-Charakteristik geringfügig modifizierte Wechselspannung erkannt werden, welche in die betreffende Verstärkerschaltung eingespeist und an einem Ausgang der Verstärkerschaltung ausgegeben wird. Das Vorhandensein einer Ausgangs-Wechselspannung kann somit als ein zuverlässiges Indiz dafür angesehen werden, dass ein Kurzschluss insbesondere zwischen der oben beschriebenen gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der oben beschriebenen gemeinsamen Messsignalleitung vorliegt. Ein Kurzschluss kann somit auf einfache und zugleich effektive Weise zuverlässig erkannt und damit die Betriebssicherheit der gesamten Überwachungsvorrichtung erheblich erhöht werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Stärke des Spannungsabfalls über dem Flammendetektor maßgeblich von der Art des Strahlungsdetektors abhängt, welcher bei dem betreffenden Flammendetektor zum Einsatz kommt. Im Falle einer derzeit als besonders geeignet angesehenen UV-Zelle liegt der Spannungsabfall über der UV-Zelle, selbst wenn gerade eine vergleichsweise hohe Intensität an UV-Strahlung nachgewiesen wird, in der Größenordnung von 100 Volt. Im Falle eines Kurzschlusses liegt somit eine um ca. 100 Volt höhere Spannung an dem gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung an. Diese erhöhte Spannung führt dann, ggf. nach einer gewissen Dämpfung durch die oben beschriebene Filterschaltung, dazu, dass sich die betreffende zenerdiode zumindest während einer der beiden Halbwellen der Wechselspannung in ihrem Durchbruchsbereich befindet. Selbstverständlich muss man, um die oben beschriebene Funktionalität der Kurzschlusserkennung anhand eines Wechselspannungs-Ausgangssignals der betreffenden Verstärkerschaltung zu erkennen, eine Zenerdiode mit einer geeigneten charakteristischen Durchbruchsspannung wählen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Anlegen einer von einer Spannungsversorgungseinrichtung bereitgestellten Wechselspannung mit einer ersten Halbwelle und einer zweiten Halbwelle an einen ersten Flammendetektor und an einen zweiten Flammendetektor, (b) ein Empfangen einer erster Strahlung, welche von der ersten Flamme emittiert wird, mittels des ersten Flammendetektors, (c) ein Empfangen einer zweiten Strahlung, welche von der zweiten Flamme emittiert wird, mittels des zweiten Flammendetektors, (d) ein Zuführen eines während der ersten Halbwelle vorhandenen ersten Messsignals von dem ersten Flammendetektor an einen gemeinsamen Signaleingang einer Auswerteschaltung, wobei das erste Messsignal für die Intensität der ersten Strahlung indikativ ist, (e) ein Zuführen eines während der zweiten Halbwelle vorhandenen zweiten Messsignals von dem zweiten Flammendetektor an den gemeinsamen Signaleingang der Auswerteschaltung, wobei das zweite Messsignal für die Intensität der zweiten Strahlung indikativ ist, und (f) ein Überwachen des Vorhandenseins der ersten Flamme und des Vorhandenseins der zweiten Flamme mittels der Auswerteschaltung basierend auf dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.
  • Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer geeigneten Schaltung der beiden Flammendetektoren trotz der Verwendung eines gemeinsamen Signaleingangs beide Flammendetektoren unabhängig voneinander ausgelesen werden können, sofern das erste Messsignal exklusiv dem ersten Flammendetektor und das zweite Messsignal exklusiv dem zweiten Flammendetektor zugeordnet werden kann. Diese Zuordnung erfolgt erfindungsgemäß anhand der beiden Halbwellen der Wechselspannung, welche von der Spannungsversorgungseinrichtung für beide Flammendetektoren gemeinsam zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann das erste Messsignal lediglich während der ersten Halbwelle der an beide Flammendetektoren angelegten Wechselspannung auftreten. Entsprechend kann das zweite Messsignal lediglich während der zweiten Halbwelle der Wechselspannung auftreten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (g) ein Löschen der ersten Flamme, (h) ein Auswerten des ersten Messsignals, und (i) ein Betrachten der Überwachungsvorrichtung als fehlerhaft, wenn die Auswertung des ersten Messsignals fälschlicherweise ein Vorhandensein der ersten Flamme anzeigt.
  • Das zumindest vorrübergehende Löschen der ersten Flamme hat den Vorteil, dass auf einfache Weise die Funktionsfähigkeit der Überwachungsvorrichtung überprüft werden kann. Insbesondere kann ein Kurzschluss zwischen der o.g. gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der o.g. gemeinsamen Messsignalleitung erkannt werden, weil nur bei einem derartigen Kurzschluss auch dann ein Wechselspannungssignal an dem gemeinsamen Signaleingang anliegt, wenn der erste Flammendetektor gar keine Strahlung empfängt.
  • Das Löschen der ersten Flamme kann beispielsweise durch ein Schließen eines Ventils für die Brennstoffzufuhr für die erste Flamme erfolgen. In diesem Fall sollte jedoch mit dem Auswerten des ersten Messsignals zumindest eine gewisse Verzögerungszeit gewartet werden, welche der zu erwartenden zeitdifferenz zwischen dem Schließen des Ventils und dem tatsächlichen Erlöschen der ersten Flamme entspricht. Abhängig von der Konstruktion der betreffenden Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann diese Verzögerungszeit beispielsweise zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegen.
  • Das Löschen der ersten Flamme kann auf vorteilhafte Weise im Rahmen eines sog. intermittierenden Betriebs der Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung erfolgen. Ein spezielles Ausschalten der ersten Flamme lediglich zum Zwecke der Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Überwachungsvorrichtung ist damit auf vorteilhafte Weise nicht erforderlich.
  • Unter einem intermittierenden Betrieb ist in Übereinstimmung mit einschlägigen Produktnormen für Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen, welche auch als Feuerungsautomaten bezeichnet werden, ein Betriebsmodus zu verstehen, bei dem die Flammen im Laufe von 24 Stunden mindestens ein mal (1x) abgeschaltet werden. Im Bereich normaler Heizungsanwendungen für den Wohnbereich ist diese Anforderung meist erfüllt. Hier finden nämlich oft mehrere Brennerstarts pro Stunde statt. Die beschriebene Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann den Inbetriebsetzungsvorgang also dazu nutzen, um seine Funktionstüchtigkeit zu prüfen und insbesondere das Flammenüberwachungssystem zu testen. Damit wird das Flammenüberwachungssystem im intermittierenden Betrieb relativ häufig getestet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass das beschrieben Verfahren auf gleiche Weise auch mit der zweiten Flamme durchgeführt werden kann.
  • Es wird ferner darauf hingewiesen, dass auch bei Brennstoff-Verbrennungsvorrichtungen oder Brennern, bei denen zumindest eine Flamme (die Pilotflamme) immer an bleibt, eine Erkennung eines Fehlers, insbesondere eines Kurzschlusses, möglich sein kann. So kann beispielsweise bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung, bei der geeignet dimensionierte Zenerdioden verwendet werden, um im Falle eines Spannungsdurchbruchs bei einer Halbwelle (bei der anderen Halbwelle ist die zenerdiode ohnehin leitend) und damit bei einer Zuführung einer Wechselspannung an die betreffende Verstärkerschaltung der Auswerteschaltung auf einen Kurzschluss zwischen der gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der gemeinsamen Messsignalleitung geschlossen werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieses Dokuments sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
    • Figur 1 zeigt eine Überwachungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zur Separation der von zwei Flammendetektoren bereitgestellten Messsignale gleichrichtende Dioden verwendet werden.
    • Figur 2 zeigt eine Überwachungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zur Separation der beiden Messsignale Zenerdioden verwendet werden, so dass auch ein Fühlerkurzschluss erkannt werden kann.
    • Figur 3 zeigt für unterschiedliche Flammenkonstellationen die logischen Ausgangssignale, welche an den beiden Ausgängen der in Figur 2 dargestellten Verstärkerschaltung anliegen.
    • Figur 4 zeigt für unterschiedliche Flammenkonstellationen und für den Fall eines Fühlerkurzschlusses zwischen der in Figur 2 dargestellten gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der gemeinsamen Messsignalleitung die Ausgangssignale, welche an den beiden Ausgängen der Auswerteschaltung anliegen.
    • Figur 5 zeigt ein Zeitdiagramm, wie im Rahmen eines intermittierenden Betriebs einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung, welche eine Haupt- und eine Pilotflamme aufweist, ein Fühlerkurzschluss zwischen der in Figur 2 dargestellten gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der gemeinsamen Messsignalleitung erkannt werden kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich lediglich in seiner ersten ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
  • Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
  • Figur 1 zeigt eine Überwachungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Überwachungsvorrichtung 100 weist zwei Flammendetektoren, einen ersten Flammendetektor 110 und einen zweiten Flammendetektor 120, auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient der erste Flammendetektor 110 dem Überwachen der Präsenz einer Hauptflamme einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung und der zweite Flammendetektor 120 dient dem Überwachen der Präsenz einer Pilotflamme der Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung. Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist jeder der beiden Flammendetektoren 110, 120 jeweils einen Widerstand 112 bzw. 122, eine UV-Zelle 114 bzw. 124 und eine gleichrichtende Diode 116 bzw. 126 auf. Die beiden Dioden 116 und 126 sind in Bezug zueinander antiparallel an eine gemeinsame Messsignalleitung 134 angeschlossen.
  • Die beiden UV-Zellen 114 und 124 weisen jeweils einen Glaskolben aus einem UV-durchlässigen Quarzglas auf, der mit Edelgas gefüllt ist. In dem Glaskolben befinden sich zwei Elektroden. Wenn zwischen den beiden Elektroden eine Spannung angelegt und zudem das Edelgas mit UV-Licht, welches von der Hauptflamme bzw. von der Pilotflamme emittiert wird, bestrahlt wird, dann wird die betreffende UV-Zelle zumindest teilweise elektrisch leitend und es kann ein Strom durch den entsprechenden Flammendetektor 110, 120 fließen.
  • Die Überwachungsvorrichtung 100 weist ferner, in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, eine als Transformator ausgebildete Spannungsversorgungseinrichtung 130 auf, welche über einen Widerstand R, einem gemeinsamen Spannungsausgang 131 und einer gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung 132 mit den beiden Flammendetektoren 110 und 120 verbunden ist. Der gemeinsame Spannungsausgang ist als Anschlusskontakt 131 in dem (nicht dargestellten) Gehäuse der Überwachungsvorrichtung 100 ausgebildet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel führt der Transformator 130 eine Transformation durch, bei der ein 50Hz Eingangssignal mit einer Netzspannung Unetz von 230V auf ein 50Hz Ausgangssignal mit einer Sensorspannung Usensor von ca. 300V hoch transformiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch Spannungstransformationen mit anderen Frequenzen und/oder mit anderen Werten für die Primärspannung und/oder die Sekundärspannung möglich sind. Beispielsweise wird in den USA in der Regel ein Eingangssignal mit einer effektiven Spannung von 120V und einer Frequenz von 60 Hz verwendet.
  • Die Überwachungsvorrichtung 100 weist ferner eine Auswerteschaltung 150 auf, welche wiederum eine erste Verstärkerschaltung 152 und eine zweite Verstärkerschaltung 154 umfasst. Die erste Verstärkerschaltung 152 weist eingangsseitig eine Diode D10 auf, die mit einem gemeinsamen Signaleingang 138 verbunden ist. Die zweite Verstärkerschaltung 154 weist eingangsseitig eine Diode D20 auf, die ebenfalls mit dem gemeinsamen Signaleingang 138 verbunden ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der gemeinsame Signaleingang als Anschlusskontakt 138 in dem oben genannten (nicht dargestellten) Gehäuse ausgebildet.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, weisen in Bezug zu der gemeinsamen Messsignalleitung 134 die beiden Dioden 116 und D10 die gleiche "Polarität" auf. Dies bedeutet, dass ein Strom, welcher durch den ersten Flammendetektor 110 fließt, ausschließlich von der ersten Verstärkerschaltung 152 weiterverarbeitet wird. In entsprechender Weise sind in Bezug zu der gemeinsamen Messsignalleitung 134 die beiden Dioden 126 und D20 mit der gleichen "Polarität" geschalten. Dies bedeutet, dass ein Strom, welcher durch den zweiten Flammendetektor 120 fließt, ausschließlich von der zweiten Verstärkerschaltung 154 weiterverarbeitet wird.
  • Da die beiden Flammendetektoren 110 und 120 über die gemeinsame Spannungsversorgungsleitung 132 mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden, kann der erste Flammendetektor 110 (bei brennender Hauptflamme) nur während der positiven Halbwelle der Wechselspannung leitend werden, wohingegen der zweite Flammendetektor 120 (bei brennender Pilotflamme) nur während der negativen Halbwelle der Wechselspannung leitend werden kann. Das über die gemeinsame Messsignalleitung 134 an die Auswerteschaltung 150 übertragene Messsignal von beiden Flammendetektoren 110 und 120 wird dann von den beiden Dioden D10 und D20 separiert, so dass, wie oben bereits beschrieben, die erste Verstärkerschaltung 152 mit einem ersten Ausgang A1 dem ersten Flammendetektor 110 zugeordnet ist und die zweite Verstärkerschaltung 154 mit einem zweiten Ausgang A2 dem zweiten Flammendetektor 120 zugeordnet ist.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist die erste Verstärkerschaltung 152 einen ersten Tiefpassfilter auf, welcher von einem Widerstand R10 und einem Kondensator C10 gebildet wird. In entsprechender Weise weist die zweite Verstärkerschaltung 154 einen zweiten Tiefpassfilter auf, welcher von einem Widerstand R20 und einem Kondensator C20 gebildet wird. Diese beiden Filterschaltungen 152 und 154 haben die Wirkung, dass die am Filtereingang anliegende gepulste Gleichspannung geglättet wird, so dass am jeweiligen Filterausgang in guter Näherung ein Gleichspannungssignal ausgegeben wird. Dieses Gleichspannungssignal wird dann von der jeweiligen Verstärkerschaltung 152 oder 154 verstärkt. Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist die erste Verstärkerschaltung 152 drei Widerstände R11, R12 und R13 sowie einen bipolaren Transistor T10 auf. Die zweite Verstärkerschaltung 154 weist vier Widerstände R21, R22, R23 und R24 sowie einen bipolaren Transistor T20 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel arbeiten die beiden Verstärkerschaltungen 152 und 154, wie aus Figur 1 ersichtlich, mit zwei Spannungspegeln von 5 Volt und 0 Volt (GND).
  • Da derartige Verstärkerschaltungen dem Fachmann geläufig sind, wird an dieser Stelle deren Funktionsweise nicht im Detail erläutert. Dem Fachmann wird jedoch aus den beiden in Figur 1 dargestellten Verstärkerschaltungen 152 und 154 sofort klar, dass sofern der erste Flammendetektor 110 zumindest teilweise leitend wird (die Hauptflamme ist an), an dem ersten Ausgang A1 ein logischer Pegel von ca. 0 Volt (Low) ausgegeben wird. Falls der erste Flammendetektor 110 keine UV-Strahlung empfängt (die Hauptflamme ist aus), sperrt der erste Flammendetektor 110 und am Ausgang A1 liegt ein logischer Pegel von ca. 5 Volt (High) an. Aufgrund des Vorhandenseins des Widerstandes R24 wird, sofern der zweite Flammendetektor 120 beim Empfang von UV-Strahlung (die Pilotflamme ist an) zumindest teilweise leitend wird, an dem zweiten Ausgang A2 ein logischer Pegel von ca. 5 Volt (High) ausgegeben. Falls der zweite Flammendetektor 120 keine UV-Strahlung empfängt (die Pilotflamme ist aus), sperrt der zweite Flammendetektor 120 und am Ausgang A2 liegt ein logischer Pegel von ca. 0 Volt (Low) an. Durch eine Auswertung der beiden Spannungspegel kann also das Vorhandensein der dem ersten Flammendetektor 110 zugeordneten Hauptflamme und das Vorhandensein der dem zweiten Flammendetektor 120 zugeordneten Pilotflamme überwacht werden. Trotz der Verwendung einer gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung 132 und einer gemeinsamen Messsignalleitung 134 können aufgrund der antiparallelen Anordnung der beiden Flammendetektoren deren Messsignale eindeutig den beiden Flammen zugeordnet werden und eine unabhängige Überwachung der beiden Flammen ist möglich.
  • Figur 2 zeigt eine Überwachungsvorrichtung 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Überwachungsvorrichtung 200 weist eine als Wechselspannungsquelle ausgebildete Spannungsversorgungseinrichtung 230 und eine Gleichspannungsquelle 260 auf. Wie aus einem Vergleich zwischen den beiden Figuren 1 und 2 ersichtlich, unterscheidet sich eine Auswerteschaltung 250 der Überwachungsvorrichtung 200 von der in Figur 1 dargestellten Auswerteschaltung 150 lediglich darin, dass (a) anstelle der gewöhnlichen Dioden D10 und D20 jeweils eine Zenerdiode ZD10 bzw. ZD20 verwendet wird und dass (b) zusätzlich eine zweistufige Tiefpass-Filterschaltung 240 vorgesehen ist, welche zwei Widerstände R1 und R2 sowie zwei Kondensatoren C1 und C2 aufweist. Die Separation zwischen (a) des Messsignals von dem ersten Flammendetektor 110 und (b) des Messsignals von dem zweiten Flammendetektor 120 erfolgt auf gleiche Weise wie bei der in Figur 1 dargestellten Überwachungsvorrichtung 100 und wird deshalb nicht noch einmal im Detail erläutert.
  • Bei der Überwachungsvorrichtung 200 sorgt die zweistufige Tiefpass-Filterschaltung 240 dafür, dass die Messsignale von beiden Flammendetektoren 110 und 120 unmittelbar nach dem gemeinsamen Signaleingang 138 geglättet werden.
  • Die beiden Zenerdioden ZD10 und ZD20 tragen dazu bei, dass im Vergleich zu der Überwachungsvorrichtung 100 bei der Überwachungsvorrichtung 200 zusätzlich noch ein Fühlerkurzschluss zwischen der gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung 132 und der gemeinsamen Messsignalleitung 134 erkannt werden kann. Zu diesem Zweck sind die Durchbruchs- oder Zenerspannungen der beiden Zenerdioden ZD10 und ZD20 so dimensioniert, dass bei einem Fühlerkurzschluss die an dem gemeinsamen Signaleingang 138 anliegende Eingangsspannung größer ist als die Zenerspannung der beiden Zenerdioden ZD10 und ZD20. Dabei ist zu bedenken, dass bei einem Fühlerkurzschluss an dem gemeinsamen Signaleingang 138 die volle Wechselspannung anliegt, welche von der Spannungsversorgungseinrichtung 130 bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu fällt bei dem üblichen Betrieb der Überwachungsvorrichtung 200 bei brennenden Flammen über den nicht dargestellten UV-Zellen der beiden Flammendetektoren 110 und 120 zumindest eine gewisse Spannung ab, so dass die an dem gemeinsamen Signaleingang 138 anliegende Spannung kleiner ist als die bei einem Fühlerkurzschluss anliegenden Wechselspannung. Somit wird den beiden Transistoren T10 und T20 bei einem Fühlerkurzschluss ein Wechselspannungssignal zugeführt. Damit ergeben sich folgende Ausgangssignale:
    Ausgang A1 : Low → Hautflamme an
    High → Hautflamme aus
    Wechselsp. → Fühlerkurzschluss
    Ausgang A1 : Low → Pilotflamme an
    High → Pilotflamme aus
    Wechselsp. → Fühlerkurzschluss
  • Es wird darauf hingewiesen, dass in Figur 2 ein für eine Simulationsprogramm geeignetes Schaltbild der Überwachungsvorrichtung 200 dargestellt ist, mit dem folgende Betriebszustände simuliert werden können:
    (A) Die Hauptflamme brennt → Schalter S1 ist geschlossen
    (B) Die Pilotflamme brennt → Schalter S2 ist geschlossen
    (C) Fühlerkurzschluss vor → Schalter S3 ist geschlossen
  • An dem schematisch als Oszilloskop dargestellten Auswerteeinheit 270 können die an den beiden Ausgängen A1 und A2 anliegenden Spannungssignale für alle möglichen Betriebszustände dargestellt werden.
  • Figur 3 zeigt für unterschiedliche Flammenkonstellationen die logischen Ausgangssignale, welche an den beiden Ausgängen der in Figur 2 dargestellten Verstärkerschaltung anliegen. Mit dem Bezugszeichen AA1 ist das Ausgangssignal gekennzeichnet, welches dem in Figur 2 dargestellten Ausgang A1 zugeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen AA2 ist das Ausgangssignal gekennzeichnet, welches dem in Figur 2 dargestellten Ausgang A2 zugeordnet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Ausgangssignal AA1 um -2 Volt verschoben dargestellt.
  • Wie bereits oben erläutert, ist der Pegel des Ausgangssignals AA2 "Low", wenn die Pilotflamme aus ist. Wenn der Pegel des Ausgangssignals "High" ist, dann brennt die Pilotflamme. Ferner ist der Pegel des Ausgangssignals AA1 "High", wenn die Hauptflamme aus ist. Wenn der Pegel des Ausgangssignals AA1 bei "Low" ist, dann brennt die Hauptflamme.
  • Figur 4 zeigt für unterschiedliche Flammenkonstellationen und für den Fall eines Fühlerkurzschlusses zwischen der in Figur 2 dargestellten gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung 132 und der gemeinsamen Messsignalleitung 134 die Ausgangssignale AA1 und AA2, welche an den beiden Ausgängen A1 und A2 der Auswerteschaltung 150 anliegen. Sofern kein Fühlerkurzschlusses vorliegt, nehmen die Pegel der Ausgangssignale AA1 und AA2 die Werte "Low" und "High" an, die bereits oben beschrieben wurden (AA1 ist auch in Figur 3 um -2 Volt verschoben dargestellt).
  • Bei dem in Figur 4 dargestellten beispielhaften Szenario liegt in zwei Zeitfenstern ein Fühlerkurzschluss vor. Der erste Fühlerkurzschluss beginnt bei ta und endet bei tb, der zweite Fühlerkurzschluss beginnt bei tc und endet bei td = 12,8 Sekunden. Wie bereits oben beschrieben, ist in diesen beiden Fühlerkurzschluss-Zeitfenstern sowohl das Ausgangssignal AA1 als auch das Ausgangssignal AA2 ein Wechselspannungssignal, welches die gleiche Frequenz wie die Wechselspannungsquelle 230 (vgl. Figur 2) aufweist.
  • Figur 5 zeigt ein Zeitdiagramm, wie im Rahmen eines intermittierenden Betriebs einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung, welche eine Haupt- und eine Pilotflamme aufweist, ein Fühlerkurzschluss zwischen der in Figur 2 dargestellten gemeinsamen Spannungsversorgungsleitung und der gemeinsamen Messsignalleitung erkannt werden kann. Dazu ist nicht zwingend die in Figur 2 dargestellte Überwachungsvorrichtung 200 mit den beiden Zenerdioden ZD10 und ZD20 erforderlich. Vielmehr kann, wie nachfolgend erläutert, ein Fühlerkurzschluss auch mit der in Figur 1 dargestellten Überwachungsvorrichtung 100 anhand einer zeitlichen Korrelation zwischen einem Schaltzyklus von geschalteten Brennstoff-Zufuhrventilen und den resultierenden an den Ausgängen A1 und A2 ausgegebenen (Flammen)Signalen erkannt werden.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird zu einer Zeit t1 ein Ventil zur Brennstoffzufuhr für die Hauptflamme geöffnet. Das geöffnete Hauptflammen-Ventil ist in Figur 5 durch den Balken 581 dargestellt. Sofern die Überwachungsvorrichtung korrekt arbeitet und die Hauptflamme daraufhin angeht, wovon im Folgenden ausgegangen wird, wird zu einem Zeitpunkt t2 am Ausgang A1 das Vorhandensein der Hauptflamme angezeigt. Das entsprechende Flammensignal ist in Figur 5 durch den Balken 581a dargestellt.
  • Die zeitliche Verzögerung t2-t1 hängt u.a. von der Zeitdauer ab, die für den Brennstofftransport von dem Ventilausgang bis zu dem Ort der Hauptflamme benötigt wird. Für jede Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung kann demzufolge eine von deren Konstruktion abhängige maximale Verzögerungszeit TSA1 ermittelt werden, innerhalb der die Hauptflamme spätestens angehen muss. Diese Verzögerungszeit TSA1 kann je nach Konstruktion der betreffenden Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden liegen. Sollte jedoch innerhalb dieser Zeitspanne TSA1 ab t1 das erste Flammensignal nicht angehen, dann kann davon ausgegangen werden, dass die Flammen-Überwachungsvorrichtung defekt ist.
  • Wenn das Ventil für die Hauptflamme zu einem Zeitpunkt t5 geschlossen wird, dann wird bei einer korrekt funktionierenden Überwachungsvorrichtung erwartet, dass das Flammensignal 581a für die Hauptflamme innerhalb einer gewissen zeitlichen Verzögerung zu einem Zeitpunkt t6 aus geht. Sollte dies nicht der Fall sein, dann kann davon ausgegangen werden, dass ein Fühlerkurzschluss vorliegt.
  • Entsprechendes gilt für das Öffnen (zu einem Zeitpunkt t3) und Schließen (zu einem Zeitpunkt t7) des Ventils für die Brennstoffzufuhr für die Pilotflamme. In Figur 5 ist das geöffnete Pilotflammen-Ventil durch den Balken 582 dargestellt. Bei einer korrekt funktionierenden Überwachungsvorrichtung wird das Flammensignal 582a für die Pilotflamme zu einem Zeitpunkt t4 erscheinen und zu einem Zeitpunkt t8 wieder verschwinden. Sollte das Flammensignal 582a auch nach dem Schließen des Pilotflammen-Ventils noch längere zeit vorhanden sein, dann kann ebenfalls davon ausgegangen werden, dass ein Fühlerkurzschluss vorliegt. Auch in diesem Fall darf bei einer korrekt funktionierenden Überwachungsvorrichtung die zeitdifferenz zwischen t3 und t4 nicht größer sein als eine charakteristische Verzögerungszeit TSA2 für das Angehen der Pilotflamme.
  • Die in Figur 2 dargestellte Überwachungsvorrichtung 200 ermöglicht aufgrund ihrer prinzipiell drei verschiedenen Ausgangssignale ("Low", "High" und "Wechselspannung"), die an jedem der beiden Ausgänge A1 und A2 anliegen können, eine umfangreiche Fehlerbetrachtung. Dabei können Bauteilfehler der Auswerteschaltung 150 zuverlässig erkannt und die betroffenen Bauteile sogar identifiziert werden. Damit sind z.B. die Anforderungen durch die Normen EN230/EN298 bezüglich des Verhaltens bei Bauteilefehlern erfüllt.
  • Die folgende Tabelle 1 zeigt verschiedene Bauteilefehler der Überwachungsvorrichtung 200 und die zugehörigen Ausgangssignale an den Ausgängen A1 und A2. Folgende Abkürzungen sind in der Tabelle 1 verwendet:
    C: Kollektor
    B: Basis
    E: Emitter
    L/H/W: Zustand bleibt trotz auftretenden Bauteilfehler un-verändert bei "Low", "High" oder "Wechselspannungs-signal"
    AC: Wechselspannungssignal
    FKS: Fühlerkurzschluss
    FS: Flammensignal
  • Bei dem Ausgang A1 bedeutet "High", dass kein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt, und "Low", dass ein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt.
  • Bei dem Ausgang A2 bedeutet "High", dass ein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt, und "Low", dass kein Flammensignal von der Hautflamme vorliegt. Tabelle1:
    Fehlerart Ausgang A1 Ausgang A2
    R1 Unterbruch "High" "Low"
    R2 Unterbruch "High" "Low"
    R10 Unterbruch "High" L/H/W
    R11 Unterbruch "High" L/H/W
    R12 Unterbruch L/H/W L/H/W
    R13 Unterbruch "Low" L/H/W
    R20 Unterbruch L/H/W "Low"
    R21 Unterbruch L/H/W "Low"
    R22 Unterbruch L/H/W L/H/W
    R23 Unterbruch L/H/W "Low"
    R24 Unterbruch L/H/W "High"
    C1 Unterbruch AC (FKS) AC (FKS)
    Kurzschluss "High" "Low"
    C2 Unterbruch AC (FKS) AC (FKS)
    Kurzschluss "High" "Low"
    C10 Unterbruch L/H/W L/H/W
    kein FS wenn A2 aktiv
    Kurzschluss "High" L/H/W
    C20 Unterbruch L/H/W L/H/W
    kein FS wenn A1 aktiv
    Kurzschluss L/H/W "Low"
    D10 Unterbruch "High" L/H/W
    Kurzschluss L/H/W L/H/W
    D20 Unterbruch L/H/W "Low"
    Kurzschluss L/H/W L/H/W
    T10 Unterbruch C "High" L/H/W
    Unterbruch B "High" L/H/W
    Unterbruch E "High" L/H/W
    Kurzschluss CE "Low" L/H/W
    Kurzschluss EB "High" L/H/W
    Kurzschluss CB "Low" L/H/W
    T20 Unterbruch C L/H/W "Low"
    Unterbruch B L/H/W "High"
    Unterbruch E L/H/W "High"
    Kurzschluss CE L/H/W "Low"
    Kurzschluss EB L/H/W "High"
    Kurzschluss CB L/H/W "Low"
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Überwachungsvorrichtung
    110
    erster Flammendetektor
    112
    Widerstand
    114
    Strahlungsempfindliches Sensorelement (z.B. UV-Zelle, Fotoelement, ...)
    116
    Diode
    120
    zweiter Flammendetektor
    122
    Widerstand
    124
    Strahlungsempfindliches Sensorelement (z.B. UV-Zelle, Fotoelement, ...)
    126
    Diode
    130
    Spannungsversorgungseinrichtung / Transformator
    131
    gemeinsamer Spannungsausgang / Anschlusskontakt
    132
    gemeinsame Spannungsversorgungsleitung
    134
    gemeinsame Messsignalleitung
    138
    gemeinsamer Signaleingang / Anschlusskontakt
    150
    Auswerteschaltung
    152
    erste Verstärkerschaltung
    154
    zweite Verstärkerschaltung
    R
    Widerstand
    D10,D20
    Diode
    R10,R20
    Widerstand
    R11,R21
    Widerstand
    C10,C20
    Kondensator
    R12,R22
    Widerstand
    T10,T20
    bipolarer Transistor
    R13,R23
    Widerstand
    R24
    Widerstand
    GND
    Masse
    A1
    erster Ausgang
    A2
    zweiter Ausgang
    Unetz
    Netzspannung
    Usensor
    Sensorspannung
    200
    Überwachungsvorrichtung
    230
    Spannungsversorgungseinrichtung / Wechselspannungsquelle
    240
    Tiefpass-Filterschaltung (zweistufig)
    250
    Auswerteschaltung
    260
    Gleichspannungsquelle
    270
    Oszilloskop
    S1,S2,S3
    Schalter
    R1,R2
    Widerstand
    C1,C2
    Kondensator
    ZD10,ZD20
    Zenerdiode
    AA1
    Ausgangssignal A1
    AA2
    Ausgangssignal A2
    581
    Ventil für Pilotflamme (Flamme 1) geöffnet
    581a
    Flammensignal für Hauptflamme (AA1 = "Low")
    582
    Ventil für Hauptflamme (Flamme 2) geöffnet
    582a
    Flammensignal für Pilotflamme (AA2 = "Low")
    TSA1
    Verzögerungszeit für Zünden der Hauptflamme
    TSA2
    Verzögerungszeit für Zünden der Pilotflamme

Claims (12)

  1. Überwachungsvorrichtung zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung, die Überwachungsvorrichtung (100, 200) aufweisend
    einen ersten Flammendetektor (110), eingerichtet und angeordnet zum Empfangen von erster Strahlung, welche von der ersten Flamme emittiert wird,
    einen zweiten Flammendetektor (120), eingerichtet und angeordnet zum Empfangen von zweiter Strahlung, welche von der zweiten Flamme emittiert wird,
    eine Spannungsversorgungseinrichtung (130, 230), welche mit den beiden Flammendetektoren (110, 120) verbunden ist und welche eingerichtet ist, eine Wechselspannung mit einer ersten Halbwelle und einer zweiten Halbwelle an die beiden Flammendetektoren (110, 120) anzulegen, und
    eine Auswerteschaltung (150, 250),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteschaltung (150, 160) mit den beiden Flammendetektoren (110, 120) über einen gemeinsamen Signaleingang (138) verbunden ist,
    die beiden Flammendetektoren (110, 120) derart eingerichtet und in Bezug zu der Spannungsversorgungseinrichtung (130, 230) und zu der Auswerteschaltung (150, 250) derart geschalten sind, dass
    - ein während der ersten Halbwelle vorhandenes erstes Messsignal an dem gemeinsamen Signaleingang (138) für die Intensität der ersten Strahlung indikativ ist und
    - ein während der zweiten Halbwelle vorhandenes zweites Messsignal auf dem gemeinsamen Signaleingang (138) für die Intensität der zweiten Strahlung indikativ ist, und
    die Auswerteschaltung (150, 250) eingerichtet ist, das erste Messsignal und das zweite Messsignal unabhängig voneinander auszuwerten.
  2. Überwachungsvorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend
    eine gemeinsame Spannungsversorgungsleitung (132), welche die Spannungsversorgungseinrichtung (130, 230) sowohl mit dem ersten Flammendetektor (110) als auch mit dem zweiten Flammendetektor (120) verbindet und/oder
    eine gemeinsame Messsignalleitung (134), welche sowohl den ersten Flammendetektor (110) als auch den zweiten Flammendetektor (120) mit dem gemeinsamen Signaleingang (138) der Auswerteschaltung (150, 250) verbindet.
  3. Überwachungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    der erste Flammendetektor (110) ein erstes elektrisch gleichrichtendes Element (116) aufweist und
    der zweite Flammendetektor (120) ein zweites elektrisch gleichrichtendes Element (126) aufweist, wobei die beiden gleichrichtenden Elemente (116, 126) in Bezug zu der Spannungsversorgungseinrichtung (130) und zu dem gemeinsamen Signaleingang (138) antiparallel zueinander geschalten sind.
  4. Überwachungsvorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
    der erste Flammendetektor (110) ferner einen ersten Strahlungsdetektor (114) aufweist und
    der zweite Flammendetektor (120) ferner einen zweiten Strahlungsdetektor (124) aufweist,
    wobei zumindest einer der beiden Strahlungsdetektoren (114, 124) für elektromagnetische Strahlung im Bereich des ultravioletten Spektralbereichs sensitiv ist.
  5. Überwachungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    die Auswerteschaltung (150, 250) eine Filterschaltung (R20, C20; R10, C10; 240) aufweist.
  6. Überwachungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    die Auswerteschaltung (150, 250) aufweist
    eine erste Verstärkerschaltung (152), welche zum Verstärken exklusiv des ersten Messsignals eingerichtet ist, und
    eine zweite Verstärkerschaltung (154), welche zum Verstärken exklusiv des zweiten Messsignals eingerichtet ist.
  7. Überwachungsvorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
    die Auswerteschaltung (250) eine Datenverarbeitungseinheit aufweist, welche eingerichtet ist, basierend auf einem ersten Ausgangssignal (AA1) der ersten Verstärkerschaltung (152) und auf einem zweiten Ausgangssignal (AA2) der zweiten Verstärkerschaltung (154) das Vorhandensein eine Fehlers eines elektronischen Bauteils der Auswerteschaltung (250) zu erkennen und insbesondere das fehlerhafte Bauteil zu identifizieren.
  8. Überwachungsvorrichtung gemäß den beiden vorangehenden Ansprüche 6 und 7, wobei
    die erste Verstärkerschaltung (152) eingangsseitig eine erste Diode (D10, ZD10) aufweist und
    die zweite Verstärkerschaltung (154) eingangsseitig eine zweite Diode (D20, ZD20) aufweist,
    wobei eine der beiden Dioden anodenseitig mit dem gemeinsamen Signaleingang (138) verbunden ist und die andere der beiden Dioden kathodenseitig mit dem gemeinsamen Signaleingang (138) verbunden ist.
  9. Überwachungsvorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
    die erste Diode eine erste Zenerdiode (ZD10) ist und/oder die zweite Diode eine zweite Zenerdiode (ZD20) ist.
  10. Überwachungsvorrichtung gemäß dem Anspruch 9 wobei
    die Durchbruchsspannung von zumindest einer der beiden Zenerdioden (ZD10, ZD20) derart dimensioniert ist, dass die zumindest eine Zenerdiode
    (a) bei einem fehlerfreien Anschluss der beiden Flammendetektoren (110, 120) an die Spannungsversorgungseinrichtung (230) und an den gemeinsamen Signaleingang (138) in einem Spannungsbereich betrieben wird, welcher kleiner ist als die Durchbruchsspannung, und
    (b) bei einem Kurzschluss zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung (230) und dem gemeinsamen Signaleingang (138) in einem Spannungsbereich betrieben wird, welcher größer ist als die Durchbruchsspannung.
  11. Verfahren zum unabhängigen Überwachen des Vorhandenseins einer ersten Flamme und des Vorhandenseins einer zweiten Flamme in einer Brennstoff-Verbrennungsvorrichtung, das Verfahren aufweisend
    Anlegen einer von einer Spannungsversorgungseinrichtung (130, 230) bereitgestellten Wechselspannung mit einer ersten Halbwelle und einer zweiten Halbwelle an einen ersten Flammendetektor (110) und an einen zweiten Flammendetektor (120),
    Empfangen einer erster Strahlung, welche von der ersten Flamme emittiert wird, mittels des ersten Flammendetektors (110),
    Empfangen einer zweiten Strahlung, welche von der zweiten Flamme emittiert wird, mittels des zweiten Flammendetektors (120),
    Zuführen eines während der ersten Halbwelle vorhandenen ersten Messsignals von dem ersten Flammendetektor (110) an einen gemeinsamen Signaleingang (138) einer Auswerteschaltung (150, 250), wobei das erste Messsignal für die Intensität der ersten Strahlung indikativ ist,
    Zuführen eines während der zweiten Halbwelle vorhandenen zweiten Messsignals von dem zweiten Flammendetektor (120) an den gemeinsamen Signaleingang (138) der Auswerteschaltung (150, 250), wobei das zweite Messsignal für die Intensität der zweiten Strahlung indikativ ist, und
    Überwachen des Vorhandenseins der ersten Flamme und des Vorhandenseins der zweiten Flamme mittels der Auswerteschaltung (150, 250) basierend auf dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal.
  12. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend
    Löschen der ersten Flamme,
    Auswerten des ersten Messsignals, und
    wenn die Auswertung des ersten Messsignals fälschlicherweise ein Vorhandensein der ersten Flamme anzeigt, Betrachten der Überwachungsvorrichtung (100, 200) als fehlerhaft.
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