EP3885653A1 - Schaltungsvorrichtung und verfahren zum überwachen einer brennerflamme - Google Patents

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EP3885653A1
EP3885653A1 EP21160196.8A EP21160196A EP3885653A1 EP 3885653 A1 EP3885653 A1 EP 3885653A1 EP 21160196 A EP21160196 A EP 21160196A EP 3885653 A1 EP3885653 A1 EP 3885653A1
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EP
European Patent Office
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flame
burner
signal
voltage
ionization
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Application number
EP21160196.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Kleine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst Landshut GmbH
Original Assignee
Ebm Papst Landshut GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/12—Flame sensors with flame rectification current detecting means

Definitions

  • the present invention relates to a circuit device and a method for operating a burner, in particular for monitoring a burner flame.
  • a gas flame of a gas burner when integrated into an ionization circuit, is known to act as a series connection of a high-ohmic resistor (approx. 10 to 100 megohms) and a diode that causes a rectifier effect.
  • This effect is shown, for example, in one from the publication EP 01 59 748 B. known circuit for flame monitoring exploited.
  • the ionization current flowing over the flame generates a DC measuring voltage on a capacitor provided for this purpose, which is applied to a signal input of a comparator and compared with a square-wave pulse sequence derived from the mains frequency.
  • a flame monitoring signal is derived from the comparison result, the frequency of which corresponds to the mains frequency.
  • this known arrangement In addition to monitoring the presence of the flame itself, this known arrangement also enables some particularly endangered circuit components to be monitored and generates a switch-off signal in the event of a malfunction of these components, but is nevertheless not reliable enough for continuous operation. In the event of errors in those components that generate the reference voltage used for comparison, a signal simulating the presence of a burner flame can arise. In addition, line frequency irradiation can lead to switching of the comparator arrangement. This is a general problem when - as in the known circuit - a reference voltage is provided at line frequency.
  • a flame monitor for gas burners uses the rectifying effect of a flame, which is known from the prior art, i.e. when an alternating voltage is applied between the so-called ionization electrode, which is located in the flame, and the burner surface, a direct current flows through the flame. This direct current is amplified and used to control the burner. Since this direct current is also superimposed by an alternating current component due to contact resistances, the direct current component must be filtered out of the flame signal, since only this direct current component represents the flame and the level of the direct current signal is also used to determine the combustion quality.
  • a flame amplifier for continuous operation which, however, is only suitable for the basic detection of a flame, which, however, is not reliable enough in operation.
  • the direct current component from the flame signal is used to operate an oscillator and to evaluate the oscillations of the oscillator as a flame signal.
  • the level of the flame signal cannot be evaluated with this method, only the basic presence of a signal.
  • Another possibility for burner monitoring is to carry out the flame signal evaluation twice, so to speak, and then to compare it with one another.
  • This method also has various disadvantages and is complex to implement.
  • the present invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages in the prior art and of further developing a solution for burner monitoring in such a way that reliable operation is ensured with the possibility of continuous or permanent operation Monitoring, whereby the solution should be as cost-effective and reliable as possible.
  • a circuit device and a method for operating a burner in particular for monitoring a burner flame, are known in which a flame amplifier can continuously monitor the level of the flame signal during the entire burner operation in a fail-safe manner and measure it to control the combustion quality.
  • the invention is based on the concept of not completely filtering out the alternating current component from the flame signal, but rather of maintaining a small and actively controlled alternating current component.
  • This alternating current component can be monitored particularly efficiently and effectively from a safety point of view.
  • the signal thus consists of a direct current component and the small alternating current component.
  • the direct current component is used to regulate the flame through targeted averaging.
  • a circuit device for operating a burner in particular for monitoring a burner flame of a burner, comprising a flame amplifier, an ionization electrode, a flame signal processor, an ionization voltage generator for generating an ionization voltage, a low-pass filter and a control unit for measuring an ionization current to regulate the Combustion quality of the burner, whereby the flame current flowing through the burner flame when the burner is in operation is passed through the low-pass filter, which is designed to filter the flame current in such a way that in addition to the direct current component, there is also an alternating voltage component in the signal remains and this signal is fed to a signal evaluation.
  • the AC voltage component in the filtered current signal is lower, in particular significantly lower, compared to the DC voltage component.
  • an alternating voltage is generated by means of the ionization voltage generator, the frequency and level of which can be varied by the control device.
  • the ionization voltage generator is designed to generate an ionization voltage as a square-wave voltage with variable pulse widths.
  • a square-wave frequency with symmetrical pulse widths is generated for this purpose.
  • the ionization voltage generated by the ionization voltage generator is connected to an ionization electrode via a coupling network.
  • An advantageous variant of the method provides for the flame signal to be detected specifically at the times at which an average value is formed as follows, namely by detecting the DC voltage component of the filtered flame signal U ref and its minimum values U min and maximum values U max , in order to form the mean value required for the evaluation.
  • the flame signal is preferably sampled as a function of the phase position of the ionization voltage, the sampling point for recording the minimum values U min preferably being selected with a decreasing edge of the ionization voltage and the sampling point for recording the maximum values U max with a rising edge of the ionization voltage being selected.
  • FIG. 1 there is an exemplary embodiment of the invention in the form of a rule scheme.
  • a circuit device for operating a burner 1, in particular for monitoring the burner flame of a burner 1 is shown Low-pass filter 6 and a control unit 9 for measuring an ionization current 4 for regulating the combustion quality and for fail-safe flame monitoring of the burner 1.
  • An alternating voltage is generated in the ionization voltage generator 10, the frequency and level of which can be varied by the control device 9.
  • a square-wave frequency with symmetrical pulse widths is generated.
  • This ionization voltage generated in this way is connected to the ionization electrode 2 via the coupling network 5 shown.
  • this low-pass filtering takes place in a targeted manner incomplete.
  • This is therefore designed in such a way that a small AC voltage component remains in addition to the DC voltage component.
  • This AC voltage component is increased by a reference voltage U ref 11, then amplified in the amplifier 7 and then used as an evaluation signal 8 by the control unit 9 for flame monitoring and for regulating the combustion quality.
  • the task of the evaluation circuit is to detect the flame signal at the times at which a mean value can be formed, and a constant signal change is also used to check the reliable function of the amplifier circuit.
  • the time course of the filtered flame signal 8 is shown as an example.
  • the task of the evaluation circuit consists in detecting the flame signal or U ref 11 and its minimum values U min 24 and maximum values U max 25 in order to form the mean value 26 therefrom.
  • the determined mean value 26 must, as shown, correspond to the value U ref 11 without a flame signal, while the signal change is used to check the reliable function of the amplifier circuit.
  • the flame signal is scanned as a function of the phase position 21 of the ionization voltage, the scanning point 24 being with the falling edge 22 of the ionization voltage and the scanning point 25 with the rising edge 23 of the ionization voltage.
  • the diagram 30 is shown, which represents the course of the ionization voltage 3 in the presence of a flame. It can be seen that the zero point of this voltage is shifted relative to the direct current component due to the direct current that is now being added.
  • the lower right part shows the course of the corresponding evaluation signal 8 in the presence of a flame. It can be seen from this that the mean value 36 formed after the scans 32 and 33 from the values U min 34 and U max 35 has increased by the direct voltage component due to the flame current.
  • the relevant flame signal is determined from the difference between the two mean values 26, 36.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners (1), insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners (1), umfassend einen Flammenverstärker, eine lonisationselektrode (2), eine Flammensignalaufbereitung (5, 6 und 7), einen Ionisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer Ionisationsspannung (3), ein Tiefpassfilter (6) und ein Steuergerät (9) für die Messung eines Ionisationsstromes (4) zur Regelung der Verbrennungsgüte des Brenners (1), wobei der beim Betrieb des Brenners durch die Brennerflamme fließende Flammenstrom (4) über den Tiefpassfilter (6) geführt wird und dieser so ausgelegt ist, den Strom so zu filtern, dass in dem Signal neben dem Gleichstromanteil noch ein Wechselspannungsanteil verbleibt und dieses Signal einer Signalauswertung zugeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren für den Betrieb eines Brenners, insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme.
  • Eine Gasflamme eines Gasbrenners wirkt bei Einbindung in einen lonisationsstromkreis bekanntlich als Reihenschaltung aus einem hochohmigen Widerstand (ca. 10 bis 100 Megaohm) und einer Diode, dass ein Gleichrichtereffekt bewirkt wird. Dieser Effekt wird zum Beispiel bei einer aus der Druckschrift EP 01 59 748 B bekannten Schaltung zur Flammenüberwachung ausgenutzt. Der über die Flamme fließende lonisationsstrom erzeugt eine Messgleichspannung an einem dazu vorgesehenen Kondensator, die an einen Signaleingang eines Komparators angelegt und mit einer von der Netzfrequenz abgeleiteten Rechteckimpulsfolge verglichen wird. Aus dem Vergleichsergebnis wird ein Signal zur Flammenüberwachung abgeleitet, dessen Frequenz der Netzfrequenz entspricht. Diese bekannte Anordnung ermöglicht zwar zusätzlich zu der Überwachung des Vorhandenseins der Flamme selbst auch eine Überwachung einiger besonders gefährdeter Schaltungskomponenten und erzeugt ein Abschaltsignal bei einer Fehlfunktion dieser Komponenten, ist jedoch trotzdem für den Dauerbetrieb nicht zuverlässig genug. Bei Fehlern in denjenigen Komponenten, welche die dem Vergleich dienende Referenzspannung erzeugen, kann ein das Vorhandensein einer Brennerflamme simulierendes Signal entstehen. Außerdem können Netzfrequenzeinstrahlungen zum Schalten der Komparatoranordnung führen. Dies ist ein generelles Problem, wenn - wie bei der bekannten Schaltung - eine Referenzspannung bei Netzfrequenz vorgesehen ist.
  • Eine Flammenüberwachung für Gasbrenner nutzt den nach dem Stand der Technik bekannten Gleichrichteffekt einer Flamme, das heißt: bei Anlegen einer Wechselspannung zwischen der sogenannten Ionisationselektrode, die sich in der Flamme befindet, und der Brenneroberfläche, fließt durch die Flamme ein Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird verstärkt und zur Steuerung des Brenners genutzt. Da bedingt durch Übergangswiderstände dieser Gleichstrom auch von einem Wechselstromanteil überlagert ist, muss der Gleichstromanteil aus dem Flammensignal herausgefiltert werden, da nur dieser Gleichstromanteil die Flamme repräsentiert und zudem die Höhe des Gleichstromsignales zur Erfassung der Verbrennungsgüte ausgenutzt wird.
  • Sicherheitstechnisch ist ein Gleichstrom allerdings schlecht zu überwachen. Die eingesetzten Verstärker könnten im Fehlerfall (z. B. ein Bauteilfehler) ein Flammensignal vortäuschen, auch ohne dass tatsächlich eine Flamme vorhanden ist. Eine Überwachung ist daher in der Regel nur beim Start des Brenners möglich, d. h. es wird überprüft, ob ohne Vorhandensein einer Flamme der Flammenverstärker auch kein Signal herausgibt.
  • So beschreibt die DE 4027090 A hingegen einen Flammenverstärker für einen Dauerbetrieb, der allerdings nur zur prinzipiellen Erkennung einer Flamme geeignet ist, was allerdings nicht zuverlässig genug im Betrieb ist. Hierbei wird der Gleichstromanteil aus dem Flammensignal dazu genutzt, einen Oszillator zu betreiben und die Schwingungen des Oszillators als Flammensignal auszuwerten. Jedoch kann die Höhe des Flammensignals mit dieser Methode nicht ausgewertet werden, sondern lediglich das prinzipielle Vorhandensein eines Signales.
  • Aus der EP 3106753 A2 ist ein Flammenverstärker zur Ionisationsstromregelung mit abschaltbarer Versorgungspannung bekannt. Dabei wird die Versorgungsspannung des Flammenverstärkers zur Überprüfung der sicheren Funktion abgeschaltet. Für die Dauer der Überprüfung ist somit keine Flammenüberwachung möglich, wodurch insgesamt eine vollständige Betriebsüberwachung nicht sichergestellt werden kann.
  • Eine weitere Möglichkeit einer Brennerüberwachung besteht darin, die Flammensignalauswertung sozusagen doppelt auszuführen und dann miteinander zu vergleichen. Auch diese Methode besitzt diverse Nachteile und ist aufwändig in der Umsetzung.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, vorbesagte Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine Lösung für eine Brennerüberwachung so weiter zu entwickeln, dass ein sicherer Betrieb gewährleistet ist bei der Möglichkeit einer kontinuierlichen bzw. dauerhafter Überwachung, wobei die Lösung möglichst kostengünstig und zuverlässig realisierbar sein sollte.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß sind hierzu eine Schaltungsvorrichtung und ein Verfahren für den Betrieb eines Brenners, insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme bekannt, bei der ein Flammenverstärker die Höhe des Flammensignales kontinuierlich während des gesamten Brennerbetriebes fehlersicher überwachen und zur Regelung der Verbrennungsgüte messen kann.
  • Der Erfindung liegt dabei das Konzept zugrunde den Wechselstromanteil aus dem Flammensignal nicht komplett herauszufiltern, sondern einen geringen und aktiv gesteuerten Wechselstromanteil beizubehalten. Dieser Wechselstromanteil kann sicherheitstechnisch besonders effizient und gut überwacht werden. Das Signal besteht damit aus einem Gleichstromanteil und dem geringen Wechselstromanteil. Der Gleichstromanteil wird durch eine gezielte Mittelwertbildung zur Flammenregelung genutzt.
  • Erfindungsgemäß ist hierzu eine Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners, insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners vorgesehen, umfassend einen Flammenverstärker, eine Ionisationselektrode, eine Flammensignalaufbereitung, einen Ionisationsspannungsgenerator zur Erzeugung einer Ionisationsspannung, ein Tiefpassfilter und ein Steuergerät für die Messung eines lonisationsstromes zur Regelung der Verbrennungsgüte des Brenners, wobei der beim Betrieb des Brenners durch die Brennerflamme fließende Flammenstrom über den Tiefpassfilter geführt wird und dieser so ausgelegt ist, den Flammenstrom so zu filtern, dass in dem Signal neben dem Gleichstromanteil gezielt noch ein Wechselspannungsanteil verbleibt und dieses Signal einer Signalauswertung zugeführt wird.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wechselspannungsanteil im gefilterten Stromsignal geringer, insbesondere wesentlich geringer im Vergleich zum Gleichspannungsanteil ist.
  • Weiter vorteilhaft ist es, wenn mittels des lonisationsspannungsgenerators eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz und Höhe vom Steuergerät variiert werden kann.
  • Eine weitere bevorzugte Maßnahme sieht vor, dass der Ionisationsspannungsgenerators ausgebildet ist, eine lonisationsspannung als Rechteckspannung mit variablen Pulsbreiten zu erzeugen. Vorzugsweise, aber nicht beschränkt darauf, wird hierzu eine Rechteckfrequenz mit symmetrischen Pulsbreiten erzeugt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die vom lonisationsspannungsgenerator erzeugte lonisationsspannung über ein Koppelnetzwerk an eine lonisationselektrode angeschlossen ist.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben der Vorrichtung auch ein Verfahren zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners beim Betrieb des Brenners mit einer wie zuvor beschriebenen Schaltungsvorrichtung mit den folgenden Schritten:
    1. a) der durch die Flamme des Brenners fließende Flammenstrom wird über den Tiefpass geführt, um den Gleichstromanteil herauszufiltern, wobei diese Filterung so ausgelegt ist, dass neben dem Gleichspannungsanteil noch ein vergleichsweise kleiner Wechselspannungsanteil verbleibt und
    2. b) dieses Signal wird um eine Referenzspannung Uref erhöht und vorzugsweise einem Verstärker zugeführt und von diesem verstärkt und als Auswertesignal dem Steuergerät zur Flammenüberwachung zugeführt und von diesem insbesondere zur Regelung der Verbrennungsgüte und der Flammenüberwachung verwendet.
  • Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens sieht vor, das Flammensignal gezielt zu den Zeitpunkten zu erfassen, in denen ein Mittelwert folgendermaßen gebildet wird, nämlich indem der Gleichspannungsanteil des gefilterten Flammensignals Uref und deren Minimal-Werte Umin und Maximal-Werte Umax erfasst werden, um daraus den für die Auswertung benötigten Mittelwert zu bilden.
  • Bevorzugt wird hierzu das das Flammensignal in Abhängigkeit der Phasenlage der Ionisationsspannung abgetastet, wobei der Abtastpunkt zur Erfassung der Minimal-Werte Umin vorzugsweise bei abnehmender Flanke der Ionisationsspannung und der Abtastpunkt zur Erfassung der Maximal-Werte Umax bei steigender Flanke der lonisationsspannung gewählt sind.
  • Weiter Vorteilhaft ist es, wenn eine konstante Verzögerungszeit zwischen den abnehmenden Flanken und den steigenden Flanken und den Abtastpunkten vorgesehen ist, um sicher zu stellen, dass die Abtastpunkte jeweils symmetrisch zu dem Mittelwert liegen.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Vorrichtung mit einem Regelschema nach dem Konzept der Erfindung und
    Fig. 2
    eine Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhangs zwischen der erzeugten lonisationsspannung und dem erfindungsgemäßen Auswertesignal.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale hinweisen.
  • In der Figur 1 findet sich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in der Form eines Regelschemas. Gezeigt ist insofern eine Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners 1, insbesondere zum Überwachen der Brennerflamme eines Brenners 1. Die Anordnung umfasst hierzu einen Flammenverstärker, eine lonisationselektrode 2, eine Flammensignalaufbereitung 5, 6 und 7, einen Ionisationsspannungsgenerator 10 zur Erzeugung einer lonisationsspannung 3, einen Tiefpassfilter 6 und ein Steuergerät 9 für die Messung eines lonisationsstromes 4 zur Regelung der Verbrennungsgüte und zur fehlersicheren Flammenüberwachung des Brenners 1.
  • In dem lonisationsspannungsgenerator 10 wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz und Höhe vom Steuergerät 9 variiert werden kann. Vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf diese Spannungsform, wird eine Rechteckfrequenz mit symmetrischen Pulsbreiten erzeugt. Diese so erzeugte lonisationsspannung wird über das gezeigte Koppelnetzwerk 5 an die Ionisationselektrode 2 angeschlossen.
  • Sobald der Brenner 1 brennt, bildet sich eine Flamme und fließt durch sie ein Flammenstrom 4 hindurch. Da eine Flamme wie bereits zuvor erläutert wie ein Gleichrichter wirkt, fließt durch die Flamme hindurch ein pulsierender Gleichstrom, auch wenn die besagte Wechselspannung anliegt. Der durch die Flamme fließende Flammenstrom 4 wird dann über den Tiefpassfilter 6 geführt, um nur den relevanten Gleichstromanteil herauszufiltern.
  • Diese Tiefpassfilterung erfolgt aber nach dem Konzept der Erfindung gezielt unvollständig. Diese ist daher so ausgelegt, dass neben dem Gleichspannungsanteil noch ein kleiner Wechselspannungsanteil verbleibt. Dieser Wechselspannungsanteil wird um eine Referenzspannung Uref 11 erhöht, dann im Verstärker 7 verstärkt und anschließend als Auswertesignal 8 vom Steuergerät 9 zur Flammenüberwachung und zur Regelung der Verbrennungsgüte genutzt.
  • Die Aufgabe der Auswerteschaltung besteht nun darin, dass Flammensignal zu den Zeitpunkten zu erfassen, in denen ein Mittelwert gebildet werden kann, wie auch eine ständige Signaländerung zur Überprüfung der sicheren Funktion der Verstärkerschaltung dient.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass die Abtastung des Flammensignales immer abhängig von der Phasenlage der Ionisationsspannung geschieht.
  • In der Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen der Abtastung des Ionisationssignales und der Phasenlage der lonisationsspannung dargestellt.
  • Im oberen linken Teil der Abbildung 2 (dargestellt mit dem Bezugszeichen 20) ist der Verlauf der erzeugten lonisationsspannung 3 in Abhängigkeit von der Zeit (Zeitachse 12) ohne Vorhandensein einer Flamme dargestellt.
  • Im unteren linken Teil der Figur 2 ist hierzu der zeitliche Verlauf des gefilterten Flammensignales 8 exemplarisch gezeigt. Die Aufgabe der Auswerteschaltung besteht nun darin das Flammensignal bzw. Uref 11 und deren Minimal-Werte Umin 24 und Maximal-Werte Umax 25 zu erfassen, um daraus den Mittelwert 26 zu bilden.
  • Die Differenz Umax- Umin ist bedingt durch entsprechende Dimensionierung der Filter 6 und Verstärkerschaltung 8 weitestgehend unabhängig vom Flammenstrom 4 und kann als nahezu konstant angesehen werden. Diese Differenz sollte immer in einem möglichst engen Toleranzband liegen.
  • Der ermittelte Mittelwert 26 muss wie dargestellt ohne Flammensignal dem Wert Uref 11 entsprechen, während die Signalveränderung zur Überprüfung der sicheren Funktion der Verstärkerschaltung dient.
  • Wie in Fig. 2 weiter dargestellt wird das Flammensignal in Abhängigkeit der Phasenlage 21 der lonisationsspannung abgetastet, wobei der Abtastpunkt 24 bei sinkender Flanke 22 der lonisationsspannung und der Abtastpunkt 25 bei steigender Flanke 23 der lonisationsspannung liegen.
  • Im oberen rechten Teil ist das Diagramm 30 gezeigt, welches den Verlauf der Ionisationsspannung 3 bei Vorhandensein einer Flamme repräsentiert. Es ist erkennbar, dass sich der Nullpunkt dieser Spannung aufgrund des nun hinzukommenden Gleichstromes relativ um den Gleichstromanteil verschiebt. Der untere rechte Teil zeigt den Verlauf des entsprechenden Auswertesignales 8 bei Vorhandensein einer Flamme. Daraus ist erkennbar, dass sich der nach den Abtastungen 32 und 33 gebildete Mittelwert 36 aus den Werten Umin 34 und Umax 35 um den Gleichspannungsanteil aufgrund des Flammenstromes erhöht hat. Aus der Differenz der beiden Mittelwerte 26, 36 wird das relevante Flammensignal ermittelt.
  • Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. So besteht zum Beispiel die Möglichkeit durch unterschiedliche Impulsbreiten oder Frequenzen der lonisationsspannung 3 kontrolliert einen anderen Differenzwert Umax-Umin zu erzeugen, um den nachgeschalteten Verstärker auf Plausibilität zu überprüfen.

Claims (10)

  1. Schaltungsvorrichtung für den Betrieb eines Brenners (1), insbesondere zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners (1), umfassend einen Flammenverstärker, eine lonisationselektrode (2), eine Flammensignalaufbereitung (5, 6 und 7), einen Ionisationsspannungsgenerator (10) zur Erzeugung einer lonisationsspannung (3), ein Tiefpassfilter (6) und ein Steuergerät (9) für die Messung eines Ionisationsstromes (4) zur Regelung der Verbrennungsgüte des Brenners (1), wobei der beim Betrieb des Brenners durch die Brennerflamme fließende Flammenstrom (4) über den Tiefpassfilter (6) geführt wird und dieser so ausgelegt ist, den Strom so zu filtern, dass in dem Signal neben dem Gleichstromanteil noch ein Wechselspannungsanteil verbleibt und dieses Signal einer Signalauswertung zugeführt wird.
  2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselspannungsanteil im gefilterten Stromsignal geringer, insbesondere wesentlich geringer als der Gleichspannungsanteil ist.
  3. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des lonisationsspannungsgenerators (10) eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz, Tastverhältnis und Höhe vom Steuergerät (9) variiert werden kann oder variiert wird.
  4. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lonisationsspannungsgenerator (10) ausgebildet ist, eine lonisationsspannung als Rechteckspannung mit vorzugsweise symmetrischen Pulsbreiten zu erzeugen.
  5. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Ionisationsspannungsgenerators (10) erzeugte Ionisationsspannung über ein Koppelnetzwerk (5) an eine Ionisationselektrode (2) angeschlossen ist.
  6. Verfahren zum Überwachen einer Brennerflamme eines Brenners (1) beim Betrieb des Brenners (1) mit einer Schaltungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten:
    a. der durch die Flamme des Brenners (1) fließende Flammenstrom (4) wird über den Tiefpass (6) geführt, um den Gleichstromanteil herauszufiltern, wobei diese Filterung so ausgelegt ist, dass neben dem Gleichspannungsanteil noch ein vergleichsweise kleiner Wechselspannungsanteil im Spannungssignal verbleibt und
    b. dieses Signal wird um eine Referenzspannung Uref (11) erhöht und vorzugsweise einem Verstärker (7) zugeführt und von diesem verstärkt und als Auswertesignal (8) dem Steuergerät (9) zur Flammenüberwachung zugeführt und von diesem insbesondere zur Regelung der Verbrennungsgüte und zur fehlersicheren Flammenüberwachung verwendet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Flammensignal zu den Zeitpunkten erfasst wird, in denen ein Mittelwert (26) folgendermaßen gebildet wird, indem der Gleichspannungsanteil des gefilterten Flammensignals Uref (11) und deren Minimal-Werte Umin (24) und Maximal-Werte Umax (25) erfasst werden, um daraus den Mittelwert (26) zu bilden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Flammensignal in Abhängigkeit der Phasenlage (21) der Ionisationsspannung abgetastet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Abtastpunkt zur Erfassung der Minimal-Werte Umin (24) bei abnehmender Flanke (22) der Ionisationsspannung und der Abtastpunkt zur Erfassung der Maximal-Werte Umax (25) bei steigender Flanke (23) der Ionisationsspannung gewählt sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine konstante Verzögerungszeit zwischen den abnehmenden Flanken (22) und den steigenden Flanken (23) und den Abtastpunkten (24, 25) vorgesehen ist, um sicher zu stellen, dass die Abtastpunkte (24, 25) jeweils symmetrisch zu dem Mittelwert (26) liegen.
EP21160196.8A 2020-03-24 2021-03-02 Schaltungsvorrichtung und verfahren zum überwachen einer brennerflamme Pending EP3885653A1 (de)

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