EP4155611A1 - Verfahren zur erkennung des erlöschens einer flamme eines brenners - Google Patents

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EP4155611A1
EP4155611A1 EP22195244.3A EP22195244A EP4155611A1 EP 4155611 A1 EP4155611 A1 EP 4155611A1 EP 22195244 A EP22195244 A EP 22195244A EP 4155611 A1 EP4155611 A1 EP 4155611A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
burner
temperature sensor
flame
measured
Prior art date
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Pending
Application number
EP22195244.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Nettingsmeier
Marco Hahn
Matthias Wodtke
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.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4155611A1 publication Critical patent/EP4155611A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F23N5/10—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples
    • F23N5/102—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/16—Flame sensors using two or more of the same types of flame sensor

Definitions

  • gas-fired heaters must have a device for flame detection that ensures that no unburned combustible gas-air mixture is supplied to the combustion chamber of the heater for longer than the maximum permissible time.
  • Gas-fired heaters that are fired with fossil fuel gases use the ionization current for reliable flame detection, based on freely available charge carriers in the flame and at least one electrode in the flame.
  • Ionization-based flame detection is based on the availability of a certain amount of freely available charge carriers. This proportion varies depending on the carrier gas. at z. B. pure hydrogen combustion, the number of available charge carriers can be too low. Reliable flame detection based on the electrical conductivity of the flame using hydrogen or gas mixtures with a high proportion of hydrogen can therefore not be realized.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art. This object is achieved with the invention according to the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are in the dependently formulated claims and in the Description and given in particular in the description of the figures. It should be pointed out that a person skilled in the art can combine the individual features with one another in a technologically sensible manner and thus arrive at further configurations of the invention.
  • a method for detecting the extinction of a flame on a burner surface of a burner for burning gas is described here, temperature changes in the flame being measured at least with a first temperature sensor and a second temperature sensor, the first temperature sensor and the second temperature sensor being at a different distance from each other are arranged on the surface of the burner, extinguishing of the flame being detected when a decreasing temperature change is measured with both temperature sensors and/or a deviation of the temperature changes measured with the first temperature sensor and the second temperature sensor exceeds a limit value.
  • the burner preferably designates a burner body, from which the fuel gas flows outwards through a plurality of openings into a combustion chamber which surrounds the burner and in which there are preferably lines which then dissipate the heat generated by the burner.
  • the torch body is preferably cylindrical and made of a metal material.
  • the outer (facing the combustion chamber) surface of the burner body is referred to herein as the burner surface, from which the flames extend into the combustion chamber.
  • a distance between the temperature sensors and the burner surface means here, in particular, a distance measured perpendicularly (or normal, or perpendicularly) to the burner surface.
  • the so-called flame height depends on the output of the burner, which is set by the quantity or pressure of the mixture that is made available to the burner for combustion.
  • the temperature sensors can be thermocouples, for example. In principle, however, other types of temperature sensors are also possible.
  • the temperature sensors are preferably suitable for the temperatures occurring at their respective installation site during the operation of the burner.
  • the temperature sensors are usually set up to withstand temperatures of up to, for example, 1,300°C. However, the temperature sensors are particularly preferably positioned in such a way that on the one hand they enable good monitoring of temperature changes and temperatures of the flame, but on the other hand they are not arranged in the area in which the flames have the highest temperatures.
  • First temperature sensors are preferably arranged at a distance from the burner surface which is smaller than the distance at which the greatest temperatures of the flame occur.
  • Second temperature sensors are preferably arranged at a distance from the burner surface which is greater than the distance at which the greatest temperatures of the flame occur.
  • At least two sensors positioned at different points in relation to the flame height, have an opposing temperature behavior in the case of modulation (i.e. when there is a change in the output of the burner), so that at least one sensor always measures a rising temperature profile. This applies in particular if the difference in the distance between the first temperature sensor and the second temperature sensor is suitably selected. If the flame were to go out, on the other hand, both temperature sensors would measure a falling temperature profile within the legally specified time.
  • more than two temperature sensors can also be arranged at different distances from the burner surface (e.g. three temperature sensors at three different distances from the burner surface). The three temperature sensors can then be subjected to an evaluation using the method described, in which the temperature changes measured with the individual temperature sensors are evaluated and it can then be determined whether the different temperature behavior, which is measured with the individual temperature sensors, indicates that the flame allows.
  • the position of the flame relative to the burner surface usually changes as well.
  • the point of maximum temperature of the flame migrates in the direction of distance away from the burner surface or towards the burner surface.
  • This displacement of the flame relative to the burner surface when there is a change in output means that an opposite temperature behavior usually occurs if (only) there is a change in output and the flame does not go out.
  • the change in the position of the flame relative to the burner surface is due, for example, to the fact that the flame becomes larger overall when power is increased and smaller when power is reduced.
  • the flow of the mixture out of the burner normally causes the flame to increase during power increases is pushed further away from the burner surface and the flame moves closer to the burner surface again when the power is reduced.
  • a deviation between the temperature change, which was measured with the two temperature sensors can also be used as a criterion for the Flame extinguishing detection can be used. In principle, this is possible by comparing the deviation with at least one limit value, with either falling below or exceeding a limit value being able to be used to detect extinction.
  • Increasing temperature changes will not normally appear at any of the temperature sensors when the burner goes out.
  • An increasing temperature change on at least one of the temperature sensors is usually a clear indication of a change in performance of the burner.
  • a temperature is also measured with at least one of the temperature sensors and the limit value is set as a function of the measured temperature.
  • the temperature is often also a measure of the performance of the burner.
  • the weighted temperatures of several of the temperature sensors can also be used to determine the limit value.
  • the first temperature sensor is arranged directly on the burner surface and is set up to measure a temperature change on the burner surface.
  • the first temperature sensor is arranged on an underside of the burner surface and is set up to measure a change in temperature of the burner surface.
  • the first temperature sensors At the positions proposed here for the first temperature sensors, there is normally a relatively sluggish reaction of the temperature to changes in output, because the thermal mass of the burner reduces the measurability of temperature changes. In addition, the temperatures occurring at these locations are usually relatively low, or low in comparison to the highest temperatures occurring in the flame. For this reason, the first temperature sensors here are usually not exposed to such high temperatures.
  • the second temperature sensor is arranged at a distance of at least 0.5 cm [centimeters] from the burner surface.
  • This distance is greater than the distance at which the highest temperatures of the flame normally occur.
  • the gas burned with the flame contains at least 50%, preferably even 97%, hydrogen.
  • a proportion of 50% or more hydrogen results in a fuel gas whose properties are already essentially dominated by hydrogen.
  • a gas with 97% or more hydrogen can be considered approximately as pure hydrogen.
  • an air mass flow sensor is also evaluated to measure an air mass flow supplied to the burner and is used together with measurement signals from the first temperature sensor and/or the second temperature sensor to regulate a gas/air mixture.
  • a limit value for comparing temperature changes measured with the various temperature sensors as a function of the signal from an air mass flow sensor is also preferably set.
  • Even signals from the first temperature sensor and the second temperature sensor are preferably used to control the gas-air mixture.
  • a very dynamic gas/air mixture control which is suitable for process water applications, can also be implemented, since the temperature in or on the flame can be assigned to a defined gas/air mixture ratio when the air mass flow is known.
  • the lambda value of the mixture can therefore be inferred from the temperature measured with the temperature sensors. This applies in particular when using two temperature sensors, because then a profile of the temperature of the flame over the flame height can be estimated.
  • a burner for the combustion of gas with a burner surface having at least a first temperature sensor and a second temperature sensor, which are arranged at a different distance from the burner surface, the burner being set up in particular for carrying out the method described.
  • a control device set up to evaluate signals from at least two temperature sensors of a burner according to the described method is also to be described.
  • Also to be described is a computer program comprising instructions that cause the burner described to perform the method steps described.
  • the burner 3 is preferably designed as a hollow body with a large number of openings.
  • the substance to be burned flows through a supply line 14
  • the mixture enters the interior 15 of the burner 3 and then passes through the openings (not shown individually here) into the combustion chamber 13.
  • the flames 1 of combustion are on an outer burner surface 2 of the burner 3.
  • the flames 1 are larger or smaller.
  • FIGs 1 and 2 are shown in each case different power levels of the burner 3 schematically.
  • a power level "L” with a lower burner power is shown on the left.
  • a power level "H” with a higher burner power is shown on the right.
  • the representation of the two power levels in a figure of the burner 3 is only schematic. Normally, the same power level is present uniformly (on the entire burner surface 2) on a burner 3 in one operating stage. This means that the flames are of the same size over the entire burner surface 2 . It can be seen that the flames 1 at H are larger and further away from the burner surface 2 than at power level L.
  • the burners 3 each have a first temperature sensor 4 and a second temperature sensor 5, which are at different distances 7 from the burner surface 2 are arranged. In the variant according to 1 Both temperature sensors 4, 5 are arranged above the burner surface 2 in the combustion chamber 13.
  • the first temperature sensor 4 is arranged in an interior 15 of the burner 3 on an underside of the burner surface 2 and thus measures the temperature or temperature changes on the burner surface 2.
  • the signals of the first temperature sensor 4 and the second temperature sensor 5 are preferably available to a control unit 12 provided, which carries out an evaluation of the signals from the temperature sensors 4, 5 and carries out the method described.
  • a control unit 12 provided, which carries out an evaluation of the signals from the temperature sensors 4, 5 and carries out the method described.
  • the air mass flow sensor 9 is preferred also connected to the control unit 12, so that the control unit 12 can also process signals from the air mass flow sensor 9.
  • phase 3 and 4 each show temperature curves 8, which are measured with the first temperature sensor 4 and the second temperature sensor 5, plotted over time 11.
  • Different operating phases are shown, in which the output of the burner changes.
  • the phases (a), (c) and (d) each show cases where the output of the burner increases.
  • the temperature measured by the first temperature sensor 4 arranged falls, so that there is a falling temperature change here.
  • the temperature measured by the second temperature sensor 5 increases, so that there is an increasing temperature change. This effect occurs because the flame travels further outward (away from the burner surface) as the power increases.
  • phases (b) and (e) show the situation that the output of the burner decreases.
  • the temperature measured with the first temperature sensor 4 increases here because the flame moves closer to the burner surface, while the temperature measured with the second temperature sensor 5 decreases.
  • both temperatures drop (the temperature measured with the first temperature sensor 4 and the temperature measured with the second temperature sensor 5). This can be used to identify an extinction point in time 16 at which the flame is extinguished.
  • FIGs 5 and 6 show the performance 10 of the burner in the individual phases, which are also already in the Figures 3 and 4 are shown.

Abstract

Verfahren zur Erkennung des Erlöschens einer Flamme (1) an einer Brenneroberfläche (2) eines Brenners (3) zur Verbrennung von Gas, wobei Temperaturveränderungen der Flamme (1) zumindest mit einem ersten Temperatursensor (4) und einem zweiten Temperatursensor (5) gemessen werden, wobei der erste Temperatursensor (4) und der zweite Temperatursensor (5) in einem unterschiedlichen Abstand (7) zu der Brenneroberfläche (2) angeordnet sind, wobei ein Erlöschen der Flamme (1) erkannt wird, wenn mit beiden Temperatursensoren (4, 5) eine abfallende Temperaturveränderung (6) gemessen wird und/oder eine Abweichung der mit dem ersten Temperatursensor (4) und dem zweiten Temperatursensor (5) gemessenen Temperaturveränderungen (6) einen Grenzwert erreicht.

Description

  • In gasbefeuerten Heizgeräten muss entsprechend gesetzlichen Vorgaben eine Vorrichtung zur Flammenerkennung implementiert sein, die sicherstellt, dass nicht länger als eine maximal zulässige Zeit unverbranntes Brenngas-Luft-Gemisch dem Brennraum des Heizgerätes zugeführt wird.
  • Gasbefeuerte Heizgeräte, die mit fossilen Brenngasen befeuert werden, nutzen, basierend auf frei verfügbaren Ladungsträgern in der Flamme und mindestens einer Elektrode in der Flamme, den lonisationsstrom zur sicheren Flammenerkennung.
  • Die ionisationsbasierte Flammenerkennung basiert auf der Verfügbarkeit einer bestimmten Menge an frei verfügbaren Ladungsträgern. Je nach Trägergas variiert dieser Anteil. Bei z. B. reiner Wasserstoffverbrennung kann die Anzahl der verfügbaren Ladungsträger zu gering ausfallen. Somit kann eine zuverlässige Flammenerkennung basierend auf der elektrischen Leitfähigkeit der Flamme unter Verwendung von Wasserstoff bzw. Gasgemischen mit hohem Wasserstoffanteil nicht realisierbar sein.
  • Vor diesem Hintergrund sind insbesondere bei Heizgeräten und Brennern, die für die Verbrennung von Gasgemischen mit hohem Wasserstoff bzw. sogar reinem Wasserstoff betrieben werden, neuartige Verfahren zur Flammerkennung wünschenswert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen. Diese Aufgabe wird gelöst mit der Erfindung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und insbesondere auch in der Figurenbeschreibung angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Fachmann die einzelnen Merkmale in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert und damit zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung gelangt.
  • Ein solches neuartiges Verfahren, ein entsprechend für das Verfahren eingerichteter Brenner, ein Steuergerät und ein Computerprogrammprodukt sollen nachfolgend beschrieben werden.
  • Hier beschrieben wird ein Verfahren zur Erkennung des Erlöschens einer Flamme an einer Brenneroberfläche eines Brenners zur Verbrennung von Gas, wobei Temperaturveränderungen der Flamme zumindest mit einem ersten Temperatursensor und einem zweiten Temperatursensor gemessen werden, wobei der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor in einem unterschiedlichen Abstand zu der Brenneroberfläche angeordnet sind, wobei ein Erlöschen der Flamme erkannt wird, wenn mit beiden Temperatursensoren eine abfallende Temperveränderung gemessen wird und/oder eine Abweichung der mit dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor gemessenen Temperaturveränderungen einen Grenzwert überschreitet.
  • Der Brenner bezeichnet vorzugsweise einen Brennerkörper, aus dem das Brenngas durch eine Vielzahl von Öffnungen nach außen in einen Brennraum strömt, welcher den Brenner umgibt und in dem bevorzugt Leitungen sind, die die mit dem Brenner erzeugte Wärme dann abführen. Der Brennerkörper ist vorzugsweise zylindrisch und aus einem Metallmaterial hergestellt. Die äußere (zum Brennraum hin ausgerichtete) Oberfläche des Brennerkörpers wird hier als Brenneroberfläche bezeichnet, von welcher ausgehend sich die Flammen in den Brennraum hinein erstrecken.
  • Mit einem Abstand der Temperatursensoren zu der Brenneroberfläche ist hier insbesondere ein senkrecht (bzw. normal, bzw. lotrecht) zur Brenneroberfläche gemessener Abstand gemeint. Die sogenannte Flammenhöhe ist abhängig von der Leistung des Brenners, die durch die Menge bzw. den Druck des Gemischs eingestellt wird, welches dem Brenner zum Verbrennen zur Verfügung gestellt wird. Die Temperatursensoren können beispielsweise Thermoelemente sein. Grundsätzlich sind aber auch andere Arten von Temperatursensoren möglich. Die Temperatursensoren sind bevorzugt für die an ihrem jeweiligen Einbauort während des Betriebs des Brenners auftretende Temperaturen geeignet. Üblicherweise sind die Temperatursensoren dafür eingerichtet Temperaturen bis bspw. 1.300 °C zu widerstehen. Besonders bevorzugt sind die Temperatursensoren allerdings so positioniert, dass sie einerseits eine gute Überwachung von Temperaturänderungen und Temperaturen der Flamme ermöglichen, andererseits aber auch nicht in dem Bereich angeordnet sind, in dem die Flammen die höchsten Temperaturen aufweisen.
  • Bevorzugt sind erste Temperatursensoren in einem Abstand von der Brenneroberfläche angeordnet, welcher kleiner ist als der Abstand, in dem die größten Temperaturen der Flamme auftreten. Bevorzugt sind zweite Temperatursensoren in einem Abstand von der Brenneroberfläche angeordnet, welcher größer ist als der Abstand, in dem die größten Temperaturen der Flamme auftreten.
  • Es hat sich herausgestellt, dass eine Flammenerkennung, basierend auf einem (einzelnen) Temperaturfühler, positioniert auf der Brenneroberfläche oder in der Flamme, bei Leistungsänderung aufgrund der thermischen Masse nicht innerhalb der gesetzlich vorgegebenen Zeit zwischen den beiden Szenarien einer Leistungsreduktion und dem Erlöschen der Flamme unterscheiden kann. In beiden Fällen würde sich erst später über die Änderung der Steigung und eine damit einhergehende Annäherung an eine Zieltemperatur der Unterschied zeigen.
  • Mindestens zwei Sensoren, positioniert an unterschiedlichen Stellen in Bezug zur Flammenhöhe, haben im Modulationsfall (also bei einer Veränderung der Leistung des Brenners) ein gegenläufiges Temperaturverhalten, sodass mindestens ein Sensor immer einen steigenden Temperaturverlauf misst. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Unterschied im Abstand des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors geeignet gewählt wird. Im Fall des Erlöschens der Flamme würden hingegen beide Temperatursensoren im Rahmen der gesetzlich vorgegebenen Zeit einen fallenden Temperaturverlauf messen. In bevorzugten Ausführungsvarianten können auch mehr als zwei Temperatursensoren mit unterschiedlichen Abständen zur Brenneroberfläche angeordnet sein (bspw. drei Temperatursensoren mit drei unterschiedlichen Abständen zur Brenneroberfläche). Die drei Temperatursensoren können dann mit dem beschriebenen Verfahren einer Auswertung unterzogen werden, bei welcher die mit den einzelnen Temperatursensoren gemessenen Temperaturveränderungen ausgewertet werden und dann festgestellt werden kann, ob das unterschiedliche Temperaturverhalten, welches mit den einzelnen Temperatursensoren gemessen wird, einen Rückschluss auf ein Erlöschen der Flamme ermöglicht.
  • Grundsätzlich findet bei einer Leistungsänderung nicht nur eine Veränderung der Brennleistung statt. Zusätzlich verändert sich üblicherweise auch die Position der Flamme relativ zu der Brenneroberfläche. Insbesondere der Punkt der größten Temperatur der Flamme wandert in Richtung des Abstandes von der Brenneroberfläche weg oder zur Brenneroberfläche hin. Diese Verschiebung der Flamme relativ zur Brenneroberfläche bei einer Leistungsveränderung bewirkt, dass üblicherweise ein gegenläufiges Temperaturverhalten auftritt, wenn (nur) eine Leistungsveränderung und kein Erlöschen der Flamme stattfindet. Die Änderung der Position der Flamme relativ zur Brenneroberfläche ist beispielsweise dadurch bedingt, dass die Flamme insgesamt bei Leistungssteigerungen größer und bei Leistungsreduktionen kleiner wird. Außerdem wird die Flamme durch die Strömung des Gemischs aus dem Brenner heraus bei Leistungssteigerungen normalerweise weiter von der Brenneroberfläche weggedrückt und die Flamme wandert wieder näher zur Brenneroberfläche hin, wenn die Leistung reduziert wird.
  • Als alternatives oder zusätzliches Kriterium zu einer gleichläufigen abfallenden Temperaturveränderung, die mit den beiden Temperatursensoren gemessen wird, und anhand derer ein Erlöschen der Flamme festgestellt wird, kann auch noch eine Abweichung zwischen der Temperaturveränderung, die mit den beiden Temperatursensoren gemessen wurde, als Kriterium für die Erkennung eines Erlöschens der Flamme verwendet werden. Grundsätzlich ist dies durch einen Vergleich der Abweichung mit mindestens einem Grenzwert möglich, wobei wahlweise die Unterschreitung oder die Überschreitung eines Grenzwertes herangezogen werden können, um ein Erlöschen zu erkennen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Leistungsänderung des Brenners erkannt wird, wenn mit einem der Temperatursensoren eine ansteigende Temperaturveränderung gemessen wird.
  • Ansteigende Temperaturveränderungen treten bei einem Erlöschen des Brenners normalerweise an keinem der Temperatursensoren auf. Eine ansteigende Temperaturveränderung an mindestens einem der Temperatursensoren ist üblicherweise ein klarer Hinweis auf eine Leistungsänderung des Brenners.
  • Außerdem vorteilhaft ist es, wenn mit mindestens einem der Temperatursensoren auch eine Temperatur gemessen wird und der Grenzwert in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur eingestellt wird.
  • Die Temperatur ist häufig auch ein Maß für die Leistung des Brenners. In Ausführungsvarianten können auch die Temperaturen von mehreren der Temperatursensoren gewichtet zur Bestimmung des Grenzwertes herangezogen werden.
  • Darüber hinaus vorteilhaft ist es, wenn der erste Temperatursensor unmittelbar an der Brenneroberfläche angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, eine Temperaturveränderung der Brenneroberfläche zu messen.
  • Außerdem vorteilhaft ist es, wenn der erste Temperatursensor an einer Unterseite der Brenneroberfläche angeordnet und dazu eingerichtet ist, eine Temperaturveränderung der Brenneroberfläche zu messen.
  • An den hier vorgeschlagenen Positionen für erste Temperatursensoren tritt normalerweise eine relativ träge Reaktion der Temperatur auf Leistungsveränderungen auf, weil die thermische Masse des Brenners die Messbarkeit von Temperaturveränderungen reduziert. Außerdem sind an diesen Orten die auftretenden Temperaturen üblicherweise relativ niedrig, bzw. niedrig im Vergleich zu den höchsten in der Flamme auftretenden Temperaturen. Aus diesem Grund sind erste Temperatursensoren hier normalerweise nicht ganz so hohen Temperaturen ausgesetzt.
  • Auch vorteilhaft ist es, wenn der zweite Temperatursensor in einem Abstand von mindestens 0,5 cm [Zentimeter] von der Brenneroberfläche angeordnet ist.
  • Dieser Abstand ist größer als der Abstand, in dem normalerweise die höchsten Temperaturen der Flamme auftreten.
  • Außerdem vorteilhaft ist es, wenn das mit der Flamme verbrannte Gas zumindest 50 %, bevorzugt sogar 97 % Wasserstoff enthält.
  • Ein Anteil von 50 % oder mehr Wasserstoff bewirkt ein Brenngas, dessen Eigenschaften schon wesentlich vom Wasserstoff dominiert werden. Ein Gas mit 97 % oder mehr Wasserstoff kann annähernd wie reiner Wasserstoff betrachtet werden.
  • Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn zusätzlich ein Luftmassenstromsensor zur Messung eines dem Brenner zugeführten Luftmassenstroms ausgewertet wird, und zusammen mit Messsignalen des ersten Temperatursensors und/oder mit des zweiten Temperatursensors zur Regelung eines Gas-Luft-Gemischs verwendet wird.
  • Bevorzugt wird auch ein Grenzwert zum Vergleich von mit den verschiedenen Temperatursensoren gemessenen Temperaturveränderungen in Abhängigkeit von dem Signal eines Luftmassenstromsensors eingestellt.
  • Bevorzugt werden zur Regelung des Gas-Luft-Gemischs sogar Signale von dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor genutzt. Insbesondere können durch die Verwendung beider Temperatursensoren auch Aussagen über die Temperaturverteilung in der Flamme entlang des Abstandes getroffen werden, die zur Regelung eines Gas-Luft-Gemischs sehr hilfreich sind.
  • Mit mindestens zwei Temperatursensoren lässt sich auch eine sehr dynamische und damit für Brauchwasseranwendungen geeignete Gas-Luft-Gemisch-Regelung realisieren, da die Temperatur in bzw. an der Flamme bei bekanntem Luftmassenstrom einem definierten Gas-Luft-Mischungsverhältnis zugeordnet werden kann. Es kann also anhand der Temperatur, die mit den Temperatursensoren gemessen wird, ein Rückschluss auf den Lambda-Wert des Gemischs erfolgen. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von zwei Temperatursensoren, denn dann kann ein Profil der Temperatur der Flamme über die Flammenhöhe hinweg abgeschätzt werden.
  • Hier auch beschrieben werden soll ein Brenner zur Verbrennung von Gas mit einer Brenneroberfläche, aufweisend zumindest einen ersten Temperatursensor und einen zweiten Temperatursensor, die mit einem unterschiedlichen Abstand zu der Brenneroberfläche angeordnet sind, wobei der Brenner insbesondere zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Außerdem beschrieben werden soll ein Steuergerät, eingerichtet zur Auswertung von Signalen von mindestens zwei Temperatursensoren eines Brenners gemäß dem beschriebenen Verfahren.
  • Auch beschrieben werden soll ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass der beschriebene Brenner die beschriebenen Verfahrensschritte ausführt.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung nicht beschränkt ist. Es ist insbesondere darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die in den Figuren dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind.
  • Es stellen dar:
    • Fig. 1:
    eine erste Ausführungsvariante eines beschriebenen Brenners,
    Fig. 2:
    eine zweite Ausführungsvariante eines beschriebenen Brenners,
    Fig. 3:
    ein erstes Temperaturverlaufsdiagramm der Signale der Temperatursensoren,
    Fig. 4:
    ein zweites Temperaturverlaufsdiagramm der Signale der Temperatursensoren,
    Fig. 5:
    ein erstes Leistungsdiagramm eines Brenners, und
    Fig. 6:
    ein zweites Leistungsdiagramm eines Brenners.
  • In Fig. 1 und in Fig. 2 sind zwei verschiedene Ausführungsvarianten eines beschriebenen Brenners 3 dargestellt. Der Brenner 3 ist bevorzugt als ein Hohlkörper mit einer Vielzahl Öffnungen ausgeführt. Durch eine Versorgungleitung 14 strömt das zu verbrennende Gemisch in den Innenraum 15 des Brenners 3 ein und gelangt dann durch die (hier nicht einzeln dargestellten) Öffnungen in den Brennraum 13. An einer äußeren Brenneroberfläche 2 des Brenners 3 sind die Flammen 1 der Verbrennung. Je nach eingestellter Leistung sind die Flammen 1 größer oder kleiner. In beiden Figuren 1 und 2 sind jeweils verschiedene Leistungsstufen des Brenners 3 schematisch gezeigt. Links ist jeweils eine Leistungsstufe "L" mit niedrigerer Brennerleistung gezeigt. Rechts ist jeweils eine Leistungsstufe "H" mit höherer Brennerleistung gezeigt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Darstellung der beiden Leistungsstufen in einer Abbildung des Brenners 3 nur schematisch ist. Normalerweise liegt an einem Brenner 3 in einem Betriebsstadium einheitlich (an der gesamten Brenneroberfläche 2) die gleiche Leistungsstufe vor. Das heißt, die Flammen sind über die gesamte Brenneroberfläche 2 hinweg gleich groß. Es ist zu erkennen, dass die Flammen 1 bei H größer und weiter von der Brenneroberfläche 2 entfernt sind als bei der Leistungsstufe L. Die Brenner 3 weisen jeweils einen ersten Temperatursensor 4 und einen zweiten Temperatursensor 5 auf, die in unterschiedlichen Abständen 7 von der Brenneroberfläche 2 angeordnet sind. Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 sind beide Temperatursensoren 4, 5 oberhalb der Brenneroberfläche 2 im Brennraum 13 angeordnet. Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 ist der erste Temperatursensor 4 in einem Innenraum 15 des Brenners 3 auf einer Unterseite der Brenneroberfläche 2 angeordnet und misst so die Temperatur bzw. Temperaturveränderungen an der Brenneroberfläche 2. Die Signale des ersten Temperatursensors 4 und des zweiten Temperatursensors 5 werden bevorzugt einem Steuergerät 12 zur Verfügung gestellt, welches eine Auswertung der Signale der Temperatursensoren 4, 5 vornimmt und das beschriebene Verfahren durchführt. Bevorzugt existiert an der Versorgungsleitung 14 für Gemisch aus Gas und Luft, ein Gebläse 19 zur Versorgung des Brenners 3 mit Gemisch, sowie ein Lufteinlass 18 und ein Gaseinlass 17. Bevorzugt existiert auch noch ein Luftmassenstromsensor 9, mit welchem ein Luftmassenstrom durch den Lufteinlass 18 in die Versorgungsleitung 14 und in den Brenner 3 hinein überwacht werden kann. Der Luftmassenstromsensor 9 ist bevorzugt ebenfalls an das Steuergerät 12 angeschlossen, so dass das Steuergerät 12 auch Signale von dem Luftmassenstromsensor 9 verarbeiten kann.
  • Fig. 3 und Fig. 4 zeigen jeweils Temperaturverläufe 8, die mit dem ersten Temperatursensor 4 und dem zweiten Temperatursensor 5 gemessen werden, aufgetragen über die Zeit 11. Es werden verschiedene Betriebsphasen dargestellt, in denen die Leistung des Brenners sich verändert. Die Phasen (a), (c) und (d) zeigen jeweils Fälle, in denen die Leistung des Brenners steigt. Dann sinkt die mit dem ersten (näher an der Brenneroberfläche) angeordneten Temperatursensor 4 gemessene Temperatur, so dass hier eine fallende Temperaturveränderung vorliegt. Gleichzeitig steigt die mit dem zweiten (weiter weg von der Brenneroberfläche) angeordneten Temperatursensor 5 gemessene Temperatur an, so dass eine steigende Temperaturveränderung vorliegt. Dieser Effekt ergibt sich, weil die Flamme weiter nach außen (von der Brenneroberfläche weg) wandert, wenn die Leistung zunimmt. Umgekehrt zeigen die Phasen (b) und (e) die Situation, dass die Leistung des Brenners sinkt. Hier steigt insbesondere die mit dem ersten Temperatursensor 4 gemessene Temperatur, weil die Flamme näher zur Brenneroberfläche hinwandert, während die mit dem zweiten Temperatursensor 5 gemessene Temperatur sinkt. In der Phase (f) sinken beide Temperaturen (die mit dem ersten Temperatursensor 4 gemessene Temperatur und die mit dem zweiten Temperatursensor 5 gemessene Temperatur). Daran kann ein Erlöschenszeitpunkt 16 identifiziert werden, an dem die Flamme erlischt.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen die Leistung 10 des Brenners in den einzelnen Phasen, die auch bereits in den Fig. 3 und 4 dargestellt sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Flamme
    2
    Brenneroberfläche
    3
    Brenner
    4
    erster Temperatursensor
    5
    zweiter Temperatursensor
    6
    Temperaturveränderung
    7
    Abstand
    8
    Temperatur
    9
    Luftmassenstromsensor
    10
    Leistung
    11
    Zeit
    12
    Steuergerät
    13
    Brennraum
    14
    Versorgungsleitung
    15
    Innenraum
    16
    Erlöschenszeitpunkt
    17
    Gaseinlass
    18
    Lufteinlass
    19
    Gebläse

Claims (14)

  1. Verfahren zur Erkennung des Erlöschens einer Flamme (1) an einer Brenneroberfläche (2) eines Brenners (3) zur Verbrennung von Gas, wobei Temperaturveränderungen der Flamme (1) zumindest mit einem ersten Temperatursensor (4) und einem zweiten Temperatursensor (5) gemessen werden, wobei der erste Temperatursensor (4) und der zweite Temperatursensor (5) in einem unterschiedlichen Abstand (7) zu der Brenneroberfläche (2) angeordnet sind, wobei ein Erlöschen der Flamme (1) erkannt wird, wenn mit beiden Temperatursensoren (4, 5) eine abfallende Temperaturveränderung (6) gemessen wird und/oder eine Abweichung der mit dem ersten Temperatursensor (4) und dem zweiten Temperatursensor (5) gemessenen Temperaturveränderungen (6) einen Grenzwert erreicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Erlöschen der Flamme (1) erkannt wird, wenn mit beiden Temperatursensoren (4, 5) eine abfallende Temperaturveränderung (6) gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Erlöschen der Flamme (1) erkannt wird, wenn eine Abweichung der mit dem ersten Temperatursensor (4) und dem zweiten Temperatursensor (5) gemessenen Temperaturveränderungen (6) einen Grenzwert erreicht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Erlöschen der Flamme (1) erkannt wird, wenn mit beiden Temperatursensoren (4, 5) eine abfallende Temperaturveränderung (6) gemessen wird und eine Abweichung der mit dem ersten Temperatursensor (4) und dem zweiten Temperatursensor (5) gemessenen Temperaturveränderungen (6) einen Grenzwert erreicht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Leistungsänderung des Brenners (3) erkannt wird, wenn mit einem der Temperatursensoren (4, 5) eine ansteigende Temperaturveränderung (6) gemessen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit mindestens einem der Temperatursensoren (4,5) auch eine Temperatur (8) gemessen wird und der Grenzwert in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur (8) eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Temperatursensor (4) unmittelbar an der Brenneroberfläche (2) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, eine Temperaturveränderung (6) der Brenneroberfläche (2) zu messen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Temperatursensor an einer Unterseite der Brenneroberfläche angeordnet und dazu eingerichtet ist, eine Temperaturveränderung (6) der Brenneroberfläche (2) zu messen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Temperatursensor (5) in einem Abstand (7) von mindestens 0,5 cm [Zentimeter] von der Brenneroberfläche (2) angeordnet ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mit der Flamme (1) verbrannte Gas zumindest 50 %, bevorzugt sogar 97 % Wasserstoff enthält.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich ein Luftmassenstromsensor (9) zur Messung eines dem Brenner (3) zugeführten Luftmassenstroms ausgewertet wird, und zusammen mit Messsignalen des ersten Temperatursensors (4) und/oder mit des zweiten Temperatursensors (5) zur Regelung eines Gas-Luft-Gemischs verwendet wird.
  12. Brenner (3) zur Verbrennung von Gas mit einer Brenneroberfläche (2), aufweisend zumindest einen ersten Temperatursensor (4) und einen zweiten Temperatursensor (5), die mit einem unterschiedlichen Abstand (7) zu der Brenneroberfläche (2) angeordnet sind, wobei der Brenner (3) insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
  13. Steuergerät (12), eingerichtet zur Auswertung von Signalen von mindestens zwei Temperatursensoren (4, 5) eines Brenners (3) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  14. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass der Brenner (3) des Anspruchs 9 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausführt.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29612014U1 (de) * 1996-07-10 1996-09-05 Buderus Heiztechnik Gmbh Gasbrenner
DE10348159A1 (de) * 2003-10-13 2005-05-04 Essen Gaswaerme Inst Brenneranordnung, insbesondere zum Beheizen eines Ofenraums eines Industrieofens
EP4063732A1 (de) * 2021-03-22 2022-09-28 Vaillant GmbH Verfahren und anordnung zur beobachtung von flammen in einem heizgerät, das mit wasserstoff oder wasserstoffhaltigem brenngas betreibbar ist

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10045272C2 (de) 2000-08-31 2002-11-21 Heatec Thermotechnik Gmbh Feuerungseinrichtung mit Überwachung der Flammenlänge und Verfahren zum Steuern oder Regeln dieser Einrichtung
DE102004055716C5 (de) 2004-06-23 2010-02-11 Ebm-Papst Landshut Gmbh Verfahren zur Regelung einer Feuerungseinrichtung und Feuerungseinrichtung (Elektronischer Verbund I)
AT503132B1 (de) 2006-04-10 2007-08-15 Vaillant Austria Gmbh Verfahren zur überwachung einer strömungssicherung für heizgeräte

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29612014U1 (de) * 1996-07-10 1996-09-05 Buderus Heiztechnik Gmbh Gasbrenner
DE10348159A1 (de) * 2003-10-13 2005-05-04 Essen Gaswaerme Inst Brenneranordnung, insbesondere zum Beheizen eines Ofenraums eines Industrieofens
EP4063732A1 (de) * 2021-03-22 2022-09-28 Vaillant GmbH Verfahren und anordnung zur beobachtung von flammen in einem heizgerät, das mit wasserstoff oder wasserstoffhaltigem brenngas betreibbar ist

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