EP4174375A1 - Verfahren zur validierung eines signals einer einrichtung zur flammenüberwachung eines heizgerätes, computerprogramm, speichermedium, regel- und steuergerät, heizgerät und verwendung eines temperatursensors - Google Patents

Verfahren zur validierung eines signals einer einrichtung zur flammenüberwachung eines heizgerätes, computerprogramm, speichermedium, regel- und steuergerät, heizgerät und verwendung eines temperatursensors Download PDF

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EP4174375A1
EP4174375A1 EP22201950.7A EP22201950A EP4174375A1 EP 4174375 A1 EP4174375 A1 EP 4174375A1 EP 22201950 A EP22201950 A EP 22201950A EP 4174375 A1 EP4174375 A1 EP 4174375A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heater
flame
temperature
heating device
flame monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22201950.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Grabe
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 EP4174375A1 publication Critical patent/EP4174375A1/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
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • 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
    • 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
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel

Definitions

  • the invention relates to a method for validating a signal from a device for flame monitoring of a heating device, a computer program, a storage medium, a regulating and control unit, a heating device and the use of a temperature sensor.
  • Gas-fired heaters often have a flame detection device that prevents unburned combustible gas/air mixture from escaping in the combustion chamber of the heater. Flame detection enables the gas supply to the heater to be interrupted as soon as the flame detection device can no longer detect a flame, thus enabling the heater to be operated particularly safely.
  • Flame detection based on a measured ionization current of the flame of the heater is often used in heaters set up for the combustion of hydrocarbons.
  • the charge carriers released during combustion are determined. This method enables safe and reliable flame detection.
  • flame detection based on UV light can be used in hydrogen fueled heaters, with an ultraviolet light sensor aimed at the flame.
  • an ultraviolet light sensor aimed at the flame.
  • flame detection cannot be reliably guaranteed, which would mean that the operation of the heater would have to be interrupted.
  • a fault in a flame monitoring sensor and/or the evaluation electronics can be detected at the latest when a heater is started up, so that appropriate measures can then be initiated, such as e.g. B: taking the heater out of service or putting it into a failure mode.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a heating device and/or require only minor structural changes to a known heating device and/or enable simple integration into existing heating devices.
  • Steps a), b) and c) are carried out at least once in the specified sequence in a regular process sequence.
  • steps a) and b) are carried out continuously or at regular time intervals during operation of the heater.
  • the method serves in particular to validate the signal of a first or primary (usually used) device for flame monitoring of a burner of a heating device and thus in particular to monitor the function of this first device for flame monitoring.
  • the first device for flame monitoring can be of any type, but in particular includes a UV sensor (sensor for detecting ultraviolet radiation from a flame) of the heater.
  • the heater is, in particular, a gas heater that is set up to burn a gaseous fuel, such as natural gas or, in particular, hydrogen, with the supply of ambient air, in order to generate heat that is provided, for example, to a heating circuit and/or a hot water supply can.
  • the heater generally has at least one burner and a delivery device (such as a fan) which delivers a mixture of (preferably gaseous) fuel and combustion air through a mixture channel of the heater to the burner; then the exhaust gas produced by the combustion can be routed through an exhaust pipe of the heater to an exhaust system.
  • the heater has at least one flame monitoring device. The flame monitoring device can be used to detect the presence of a flame and also to regulate the combustion process.
  • the second or further device for flame monitoring can be, for example, a device for measuring an ionization current of the flame of the heater, the conductivity of the flame being measured, which varies with the amount of charge carriers released during combustion.
  • the combustion process in particular the mixing ratio of combustion air and fuel gas, can also be controlled using a measured ionization current.
  • the flame has a significantly lower level of ionization, at least when the heater is running at low power, which makes it difficult to monitor the flame by measuring the ionization current. Therefore, alternative methods can be used here, such as detecting the ultraviolet (UV) radiation emitted by the flame.
  • a UV sensor can be directed towards the flame inside or outside the combustion chamber.
  • the reference value is generally given in the dimensions of the parameter recorded in step a) and characterizes a threshold which, if it is reached, fallen below or exceeded, it can be assumed that the flame will go out.
  • the reference value can be a discrete value, for example, which is stored in a data memory.
  • a (selected) parameter of the heating device is detected, which allows a (preferably direct) conclusion to be drawn about a flame temperature.
  • the parameter can be a temperature or a temperature difference.
  • the parameter to be recorded in step a) can be a temperature to be recorded in the combustion chamber and/or in the immediate vicinity of the combustion chamber.
  • the detection can take place in particular by means of a temperature sensor.
  • a temperature can be detected by a temperature sensor which is arranged in the combustion chamber, the temperature sensor being as far away from the flame as possible.
  • the temperature sensor should not be exposed to excessively high temperatures, so that the service life should be increased. It goes without saying that the reference value should be adapted to the position of the temperature sensor and the corresponding temperature range.
  • the response time of the validation proposed here can be particularly advantageous for the response time of the validation proposed here to arrange the temperature sensor for carrying out step a) in the combustion chamber of the heater (as far away as possible from the flame), but in a position where it is directly exposed to the thermal radiation of the flame is. In this way, a time delay in the detection of a loss of flame due to the thermal mass of possible components arranged between the flame and the temperature sensor can be prevented in an advantageous manner.
  • a flow temperature of a heating circuit connected to the heater can be detected.
  • the flow temperature is regularly recorded in heaters anyway, and a method designed in this way can be retrofitted to existing heaters in a particularly simple manner.
  • a difference between the flow and return temperature can be detected as a parameter in step a). In this way, the influence of an ambient temperature can advantageously be reduced.
  • the parameter recorded in step a) is compared with a (specified) reference range.
  • the reference range can also be defined using a specific reference value. If the reference range is defined by a reference value, this can be regarded as a limit value that decides whether a value of the parameter lying above or below is within or outside the reference range.
  • the reference range or the reference value is in particular a temperature range or a temperature and/or a temperature difference range or a temperature difference.
  • the reference range or the reference value defines in particular an operating state of the heater in which the regular operation of the heater with very high It is safe to assume that the flame has gone out. The evaluation of the temperature difference between the flow and return allows conclusions to be drawn about the heat energy supplied, in particular depending on the operating status of the heater.
  • the reference range or the reference value can be determined using operating data of the heater.
  • the reference range or reference value can be determined once or online, ie it can be adjusted permanently or regularly based on the operating data.
  • the operating data to be included can be selected from the following group, for example: an output of the heating device, a flow and/or return temperature, a mass flow of fuel gas and an output of the delivery device.
  • a number of parameters can also be recorded in step a), which allow a (direct) conclusion to be drawn about a flame temperature of the heating device.
  • several reference ranges or reference values should be specified, which are to be assigned to the corresponding recorded parameters.
  • step c) if the comparison in step b) shows that the value of the parameter lies outside the reference range or falls below a reference value, the heater can be operated with a second device for flame monitoring of the heater . If the heater does not have a second device for flame monitoring, the heater can also be shut down as an alternative.
  • the second device for flame monitoring can be of the same or different type or measuring method than the first device for flame monitoring.
  • the heater can be operated with a second device for flame monitoring according to step c) can also be monitored by carrying out steps a) and b).
  • one or more reference ranges or values can be specified for the second device for flame monitoring.
  • the heater can also be shut down in step c).
  • a gas supply of the heater can be closed to increase safety.
  • the heater can advantageously be put into a mode that prevents it from being put into operation by a user and only allows it to be put into operation by a person skilled in the art.
  • the heater in step d) can provide information about the value of the parameter deviating from a reference range or falling below/exceeding the reference value and/or a change in the device for flame monitoring (result of step c)). or ship.
  • the information can be provided or sent via a network, in particular the Internet.
  • the heater can automatically send information about this to a selected specialist company, which can then plan and carry out a maintenance appointment for the heater to restore the first flame detection device.
  • a computer program is also proposed which is set up to (at least partially) carry out a method presented here.
  • this relates in particular to a computer program (product) comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to execute a method proposed here.
  • a machine-readable storage medium is also proposed, on which the computer program is stored.
  • the machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.
  • a regulating and control unit for a heating device is also proposed, set up to carry out a method proposed here.
  • the regulating and control device can have a processor, for example, and/or have it at its disposal.
  • the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the regulation and control device).
  • data such as one or more reference ranges or reference values for carrying out a method presented here can also be stored in the memory of the regulation and control unit.
  • a heater having a regulation and control device proposed here.
  • the heater is in particular a gas heater, in particular a hydrogen-powered gas heater.
  • the gas heater can have a burner and a delivery device with which a mixture of combustion gas (hydrogen) and combustion air can be supplied to the burner.
  • a temperature of a heating device detected in or in the immediate vicinity of a combustion chamber of a heating device to validate a signal from a device for flame monitoring of the heating device.
  • a method, a computer program, a storage medium, a regulation and control device, a heating device and a use are thus specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art.
  • the method, the computer program, the storage medium, the regulation and control unit, the heater and the use at least contribute to improving the operational safety of a heater by providing a way of validating a detected signal from a flame monitoring device.
  • the invention can be carried out or implemented in a particularly simple and cost-effective manner and, in particular, can also be retrofitted to existing heating devices.
  • first primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. If a component can occur more than once (“at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • FIG. 1 shows an exemplary and schematic sequence of a method proposed here.
  • the method is used to validate a device for flame monitoring of a heater 1, such as a UV sensor 12 or an ionization electrode 13.
  • the sequence of steps a), b) and c) shown in blocks 110, 120 and 130 can be in a regular Set operation. In particular, however, carrying out steps a) and b) at the same time (permanently) or regularly at different times may appear sensible.
  • a parameter is detected which enables the flame temperature of the heater 1 to be inferred.
  • a temperature can be detected for this purpose by means of a temperature sensor 10 arranged in a combustion chamber 8 of the heating device 1 .
  • step b) the parameter detected in step a) is compared with an assigned or determined limit value (as a reference range or reference value).
  • step c) the heater 1 is operated with a second device for flame monitoring, for example the UV sensor 12 or the ionization electrode 13 (depending on which was previously active) or the heater is switched off if the detected in step a).
  • parameter is e.g. smaller than the reference value.
  • the heater 1 can have a supply of combustion air 4 to which combustion gas can be added via a gas valve 5 .
  • the resulting combustion mixture can be fed to a burner 3 arranged in a combustion chamber 8 via a mixture channel 16 in which a conveying device 2 can be arranged.
  • Combustion products that arise can be discharged from the combustion chamber 8 via an exhaust system 9 .
  • the combustion chamber 8 can have a (condensate) outlet 14 which can include a siphon 15 .
  • the heater 1 can also have a regulation and control device 7 that can be electrically connected to the temperature sensor 10 in the combustion chamber 8 below the burner 3 .
  • the arrangement of the temperature sensor 10 below the burner 3 in the combustion chamber 8 can advantageously ensure that it is not exposed to excessively high temperatures.
  • the regulating and control device 7 can also be electrically connected to the gas valve 5 , the delivery device 2 and an ignition device 6 .
  • a method proposed here can advantageously be carried out on the regulating and control device 7 .
  • the heater 1 can be connected to a heating circuit 18, having a flow 19 and a return 20, in which a heat carrier can circulate in a circulation direction 21.
  • the heating circuit 18 can have a circulating pump, not shown here and supply consumers not shown here with heat.
  • the temperature in the flow 19 or the difference between the temperatures in the flow 19 and the return 20 can also be used as parameters to be recorded in step a).
  • Combustion mixture can be fed to the burner 3 via the mixture channel 16 and burned with the formation of a flame 11 .
  • the flame 11 can be monitored by a UV sensor 12 or the ionization electrode 13.
  • the temperature sensor 10 can be arranged below the ionization electrode 13 .
  • UV sensor 12, burner 3, ionization electrode 13 and temperature sensor 10 can be arranged in a burner door 17, as a result of which electrical wiring to the regulation and control unit 7 can advantageously be simplified.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Validierung eines Signals einer ersten Einrichtung zur Flammenüberwachung (12, 13) eines Heizgerätes (1) vorgeschlagen, umfassend zumindest die folgenden Schritte:a) Erfassen eines Parameters der einen Rückschluss auf die Temperatur einer Flamme (11) des Heizgerätes (1) ermöglicht,b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten Parameters mit einem vorgegebenen Referenzbereich,c) Betreiben des Heizgerätes (1) mit einer zweiten Einrichtung zur Flammenüberwachung oder Ausschalten des Heizgerätes (1), wenn der in Schritt a) erfasste Parameter außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung in Schritt a) eine Temperatur eines Vorlaufs (19) oder eine Differenz der Temperaturen eines Vorlaufs (19) und eines Rücklaufs (20) eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreislaufes (18) erfasst werden. Das hier vorgeschlagenes Verfahren ist besonders einfach und robust durchführbar und kann die Betriebssicherheit eines Heizgerätes (1) deutlich erhöhen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Validierung eines Signals einer Einrichtung zur Flammenüberwachung eines Heizgerätes, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät und eine Verwendung eines Temperatursensors.
  • Gasbefeuerte Heizgeräte weisen häufig eine Vorrichtung zur Flammenerkennung auf, die verhindert, dass unverbranntes Brenngas-Luftgemisch im Brennraum des Heizgerätes austreten kann. Die Flammenerkennung ermöglicht ein Unterbrechen der Gaszufuhr des Heizgerätes, sobald die Vorrichtung zur Flammenerkennung keine Flamme mehr erkennen kann, und ermöglicht so ein besonders sicheres Betreiben des Heizgerätes.
  • Bei Heizgeräten eingerichtet zur Verbrennung von Kohlenwasserstoffen kommt häufig eine Flammenerkennung zum Einsatz, die auf einem gemessenen lonisationsstrom der Flamme des Heizgerätes basiert. Dabei werden die bei der Verbrennung freigesetzten Ladungsträger bestimmt. Diese Methode ermöglicht eine sichere und zuverlässige Flammenerkennung.
  • Es wurde herausgefunden, dass bei wasserstoffbetriebenen Heizgeräten eine Flammenerkennung basierend auf der Erfassung eines lonisationsstromes der Flamme, insbesondere bei geringer Leistung des Heizgerätes, nicht problemlos möglich, weil gegebenenfalls eine Wasserstofflamme erheblich weniger Ladungsträger freisetzt als eine Flamme aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (zum Beispiel Erdgas).
  • Daher kann bei wasserstoffbetriebenen Heizgeräten eine Flammenerkennung basierend auf UV-Licht zum Einsatz kommen, wobei ein Sensor für ultraviolettes Licht auf die Flamme gerichtet ist. Bei einem Ausfall und/oder einer Verschmutzung des UV-Sensors, beispielsweise aufgrund von Ablagerung von Verbrennungsprodukten, kann allerdings dann eine Flammenerkennung nicht zuverlässig gewährleistet werden, wodurch der Betrieb des Heizgerätes unterbrochen werden müsste.
  • Ein Fehler in einem Sensor einer Flammenüberwachung und/oder der Auswerteelektronik kann spätestens bei einer Inbetriebnahme eines Heizgerätes erkannt werden, so dass dann entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können, wie z. B: eine Außerbetriebnahme oder ein Versetzen des Heizgerätes in einen Fehlermodus.
  • Kommt es jedoch während des Betreibens des Heizgerätes zu einem Fehler der Sensorik und/oder der Auswerteelektronik der Flammenüberwachung, insbesondere wenn die Flammenüberwachung weiterhin (fälschlicherweise) eine Flamme des Heizgerätes vorgibt, kann der Fehler durch die Auswerteelektronik nicht direkt bzw. nicht sicher erkannt werden. Sollte in einem derartigen Fehlerzustand tatsächlich die Flamme des Heizgerätes erlöschen, könnte unverbranntes Gas austreten mit entsprechenden Folgen für die Betriebssicherheit des Heizgerätes.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Validierung eines Signals einer Einrichtung zur Flammenüberwachung eines Heizgerätes vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere soll eine unabhängige und sichere Validierung des Signals einer Flammenüberwachung eines Heizgerätes, insbesondere mit Wasserstoff betrieben, ermöglichen.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen und/oder nur geringe bauliche Veränderungen an einem bekannten Heizgerät erfordern und/oder eine einfache Integration in bestehende Heizgeräte ermöglichen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Verfahren zur Validierung eines Signals einer ersten Einrichtung zur Flammenüberwachung eines Heizgerätes bei, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    1. a) Erfassen eines Parameters, der einen Rückschluss auf die Flammentemperatur des Heizgerätes ermöglicht,
    2. b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten Parameters mit einem Referenzbereich,
    3. c) Betreiben des Heizgerätes mit einer zweiten Einrichtung zur Flammenüberwachung oder Ausschalten des Heizgerätes, wenn der in Schritt a) erfasste Parameter außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
  • Die Schritte a), b) und c) werden bei einem regulären Verfahrensablauf zumindest einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Insbesondere werden die Schritte a) und b) permanent oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen während des Betriebes des Heizgeräts durchgeführt.
  • Das Verfahren dient insbesondere zur Validierung des Signals einer ersten oder primären (üblicherweise genutzten) Einrichtung zur Flammenüberwachung eines Brenners eines Heizgerätes und somit insbesondere zur Überwachung der Funktion dieser ersten Einrichtung zur Flammenüberwachung. Die erste Einrichtung zur Flammenüberwachung kann dabei jeglicher Art sein, insbesondere jedoch umfassend einen UV-Sensor (Sensor zur Erfassung ultravioletter Strahlung einer Flamme) des Heizgerätes.
  • Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät, welches dazu eingerichtet ist, einen gasförmigen Brennstoff, wie Erdgas oder insbesondere Wasserstoff, unter Zufuhr von Umgebungsluft zu verbrennen, um damit Wärme zu erzeugen, die beispielsweise einem Heizkreislauf und/oder einer Warmwasserversorgung bereitgestellt werden kann. Das Heizgerät weist in der Regel zumindest einen Brenner und eine Fördereinrichtung (wie ein Gebläse) auf, die ein Gemisch von (vorzugsweise gasförmigem) Brennstoff und Verbrennungsluft durch einen Gemischkanal des Heizgerätes zum Brenner fördert; anschließend kann das durch die Verbrennung entstehende Abgas durch ein Abgasrohr des Heizgerätes zu einer Abgasanlage geführt werden. Zudem weist das Heizgerät mindestens eine Einrichtung zur Flammenüberwachung auf. Die Einrichtung zur Flammenüberwachung kann dabei zur Erkennung des Vorhandenseins einer Flamme als auch zur Regelung des Verbrennungsprozesses eingesetzt werden.
  • Die zweite bzw. weitere Einrichtung zur Flammenüberwachung kann beispielsweise eine Einrichtung zur Messung eines lonisationsstromes der Flamme des Heizgerätes sein, wobei die Leitfähigkeit der Flamme gemessen wird, welche mit der Menge der bei der Verbrennung freigesetzten Ladungsträgern variiert. Neben dem Erkennen des Vorhandenseins einer Flamme kann anhand eines gemessenen lonisationsstromes auch der Verbrennungsprozess, insbesondere das Mischungsverhältnis von Verbrennungsluft und Brenngas, geregelt werden.
  • Bei der Verbrennung von Wasserstoff oder eines Gasgemisches enthaltend Wasserstoff hat die Flamme, zumindest bei geringer Leistung des Heizgerätes, eine deutlich geringere Ionisierung, wodurch eine Flammenüberwachung mittels einer Messung des Ionisationsstromes erschwert wird. Daher können hier alternative Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise die Erfassung der von der Flamme emittierten Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung). Hierzu kann ein UV-Sensor in oder außerhalb der Brennkammer auf die Flamme gerichtet sein.
  • Der Referenzwert ist in der Regel in der Dimension des in Schritt a) erfassten Parameters gegeben und kennzeichnet eine Schwelle, bei deren Erreichen, Unterschreiten bzw. Überschreiten von einem Erlöschen der Flamme auszugehen ist. Der Referenzwert kann beispielsweise ein diskreter Wert sein, der in einem Datenspeicher hinterlegt ist.
  • Gemäß Schritt a) erfolgt das Erfassen eines (ausgewählten) Parameters des Heizgerätes, der einen (bevorzugt direkten) Rückschluss auf eine Flammentemperatur zulässt. Insbesondere kann der Parameter eine Temperatur oder eine Temperaturdifferenz sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der in Schritt a) zu erfassende Parameter eine in der Brennkammer und/oder in unmittelbarer Umgebung der Brennkammer zu erfassende Temperatur sein. Das Erfassen kann dabei insbesondere mittels eines Temperatursensors erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann in Schritt a) eine Temperatur von einem Temperatursensor erfasst werden, der in der Brennkammer angeordnet ist, wobei der Temperatursensor von der Flamme möglichst weit beabstandet ist. In vorteilhafter Weise soll der Temperatursensor nicht zu hohen Temperaturen ausgesetzt werden und so die Standzeit erhöht werden. Dabei versteht sich, dass der Referenzwert auf die Position des Temperatursensors und den entsprechenden Temperaturbereich angepasst sein sollte.
  • Dabei kann es für die Reaktionszeit der hier vorgeschlagenen Validierung besonders vorteilhaft sein, den Temperatursensor zur Durchführung des Schrittes a) in der Brennkammer des Heizgerätes (möglichst weit beabstandet zur Flamme) anzuordnen, jedoch an einer Position, an der dieser der Wärmestrahlung der Flamme direkt ausgesetzt ist. In vorteilhafter Weise kann so eine zeitliche Verzögerung der Erfassung eines Flammenverlustes aufgrund der thermischen Masse möglicher, zwischen Flamme und Temperatursensor angeordneter, Bauteile verhindert werden.
  • Gemäß einer weiteren, ggf. alternativen, vorteilhaften Ausgestaltung als Parameter in Schritt a) kann eine Vorlauftemperatur eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreislaufes erfasst werden. Vorteilhaft wird die Vorlauftemperatur regelmäßig bei Heizgeräten ohnehin erfasst und ein derart ausgestaltetes Verfahren ist besonders einfach an bestehenden Heizgeräten nachrüstbar.
  • Gemäß einer weiteren, ggf. alternativen, Ausgestaltung kann als Parameter in Schritt a) eine Differenz von Vorlauf- und Rücklauftemperatur erfasst werden. Vorteilhaft kann so der Einfluss einer Umgebungstemperatur gemindert werden.
  • In Schritt b) erfolgt ein Vergleichen des in Schritt a) erfassten Parameters mit einem (vorgegebenen) Referenzbereich. Der Referenzbereich kann auch anhand eines konkreten Referenzwertes definiert sein. Für den Fall, dass der Referenzbereich durch einen Referenzwert definiert ist, kann dieser als Grenzwert betrachtet werden, der entscheidet, ob ein darüber oder darunter liegender Wert des Parameters innerhalb oder außerhalb des Referenzbereichs liegt. Der Referenzbereich bzw. der Referenzwert ist insbesondere ein Temperaturbereich bzw. eine Temperatur und/oder ein Temperaturdifferenzbereich bzw. eine Temperaturdifferenz. Der Referenzbereich bzw. der Referenzwert definiert insbesondere einen Betriebszustand des Heizgerätes, bei dem im regulären Betrieb des Heizgerätes mit sehr hoher Sicherheit von einer erloschenen Flamme auszugehen ist. Die Auswertung der Temperaturdifferenz von Vor- und Rücklauf erlaubt so Rückschlüsse auf die zugeführte Wärmeenergie, insbesondere abhängig vom Betriebszustand des Heizgerätes.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Referenzbereich bzw. der Referenzwert unter Einbeziehung von Betriebsdaten des Heizgerätes ermittelt werden. Die Ermittlung des Referenzbereichs bzw. Referenzwertes kann dabei einmalig oder online erfolgen, also anhand der Betriebsdaten permanent oder regelmäßig angepasst werden. Die einzubeziehenden Betriebsdaten können dabei beispielsweise aus folgender Gruppe ausgewählt sein: eine Leistung des Heizgerätes, eine Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur, ein Massenstrom Brenngas und eine Leistung der Fördereinrichtung.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können in Schritt a) auch mehrere Parameter erfasst werden, die einen (direkten) Rückschluss auf eine Flammentemperatur des Heizgerätes erlauben. Hierzu sollten mehrere Referenzbereiche bzw. Referenzwerte vorgegeben sein, die den entsprechenden erfassten Parametern zuzuordnen sind.
  • In Schritt c) kann für den Fall, dass bei dem Vergleich in Schritt b) erkannt wird, dass der Wert des Parameters außerhalb des Referenzbereichs liegt bzw. ein Unterschreiten eines Referenzwertes vorliegt, ein Betreiben des Heizgerätes mit einer zweiten Einrichtung zur Flammenüberwachung des Heizgerätes erfolgen. Sollte das Heizgerät keine zweite Einrichtung zur Flammenüberwachung aufweisen, kann alternativ auch eine Außerbetriebnahme des Heizgerätes erfolgen.
  • Die zweite Einrichtung zur Flammenüberwachung kann dabei gleicher oder unterschiedlicher Art bzw. Messmethodik der ersten Einrichtung zur Flammenüberwachung sein. In vorteilhafter Weise kann ein Betreiben des Heizgerätes mit einer zweiten Einrichtung zur Flammenüberwachung gemäß Schritt c) ebenso mittels Durchführung der Schritte a) und b) überwacht werden. Hierzu können ein oder mehrere Referenzbereiche bzw. -werte für die zweite Einrichtung zur Flammenüberwachung vorgegeben sein.
  • Sollte keine zweite (oder weitere) Einrichtung zur Flammenüberwachung vorhanden sein, kann in Schritt c) auch eine Außerbetriebnahme des Heizgerätes erfolgen. Hierzu kann zur Erhöhung der Sicherheit eine Gaszuführung des Heizgerätes geschlossen werden. Zudem kann das Heizgerät vorteilhaft in einen Modus versetzt werden, der eine Inbetriebnahme durch einen Nutzer unterbindet und nur durch eine fachkundige Person zulässt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in einem Schritt d) das Heizgerät eine Information über das Herauslaufen des Wertes des Parameters aus einem Referenzbereich bzw. ein Unter- / Überschreiten des Referenzwertes und/oder einen Wechsel der Einrichtung zur Flammenüberwachung (Ergebnis des Schritt c)) bereitstellen oder versenden. Insbesondere kann das Bereitstellen oder Versenden der Information über ein Netzwerk erfolgen, insbesondere dem Internet. Beispielsweise kann das Heizgerät automatisiert nach einer automatisierten Außerbetriebnahme oder einen Wechsel der Einrichtung zur Flammenüberwachung eine Information hierüber an einen ausgewählten Fachbetrieb senden, der dann einen Wartungstermin für das Heizgerät zur Wiederherstellung der ersten Vorrichtung zur Flammenerkennung planen und durchführen kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm (-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer, diesen veranlassen, ein hier vorgeschlagenes Verfahren auszuführen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät für ein Heizgerät vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen, und/ oder über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. In vorteilhafter Weise können auf dem Speicher des Regel- und Steuergeräts auch Daten wie beispielsweise eine ein oder mehrere Referenzbereiche bzw. Referenzwerte zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens hinterlegt werden oder sein.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend ein hier vorgeschlagenes Regel- und Steuergerät. Bei dem Heizgerät handelt sich insbesondere um ein Gasheizgerät, insbesondere um ein wasserstoffbetriebenes Gasheizgerät. Das Gasheizgerät kann einen Brenner und eine Fördereinrichtung aufweisen, mit der ein Gemisch aus Verbrennungsgas (Wasserstoff) und Verbrennungsluft dem Brenner zugeführt werden kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer in oder in unmittelbarer Nähe einer Brennkammer eines Heizgerätes erfassten Temperatur eines Heizgerätes zur Validierung eines Signals einer Einrichtung zur Flammenüberwachung des Heizgerätes vorgeschlagen.
  • Die im Zusammenhang mit dem Verfahren erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Computerprogramm, dem Speichermedium, dem Regel- und Steuergerät, dem Heizgerät und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier werden somit ein Verfahren, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Regel- und Steuergerät, ein Heizgerät sowie eine Verwendung angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Speichermedium, das Regel- und Steuergerät, dass Heizgerät sowie die Verwendung zumindest dazu bei, die Betriebssicherheit eines Heizgerätes zu verbessern, indem eine Möglichkeit zur Validierung eines erfassten Signales einer Einrichtung zur Flammenüberwachung angegeben wird.
  • Zudem kann die Erfindung besonders einfach und kostengünstig durchgeführt bzw. umgesetzt werden und insbesondere auch an bestehenden Heizgerät nachgerüstet werden.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1: einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens,
    • Fig. 2: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
    • Fig. 3: eine Brennkammer eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier vorgeschlagenen Verfahrens. Das Verfahren dient zur Validierung einer Einrichtung zur Flammenüberwachung eines Heizgerätes 1, beispielsweise eines UV-Sensors 12 oder einer lonisationselektrode 13. Die mit den Blöcken 110, 120 und 130 dargestellte Reihenfolge der Schritte a), b) und c) kann sich bei einem regulären Betriebsablauf einstellen. Insbesondere kann jedoch eine gleichzeitige (permanente) oder regelmäßig zeitlich beanstandete Durchführung der Schritte a) und b) sinnvoll erscheinen.
  • In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Erfassen eines Parameters der einen Rückschluss auf die Flammentemperatur des Heizgerätes 1 ermöglicht. Beispielsweise kann hierzu eine Temperatur mittels eines, in einer Brennkammer 8 des Heizgerätes 1 angeordneten, Temperatursensors 10 erfasst werden.
  • In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Vergleichen des in Schritt a) erfassten Parameters mit einem vergebenen oder ermittelten Grenzwert (als Referenzbereich bzw. Referenzwert).
  • In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Betreiben des Heizgerätes 1 mit einer zweiten Einrichtung zur Flammenüberwachung, beispielsweise der UV-Sensors 12 oder die lonisationselektrode 13 (je nachdem welche bisher aktiv war) oder Ausschalten des Heizgerätes, wenn der in Schritt a) erfasste Parameter z.B. kleiner als der Referenzwert ist.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Das Heizgerät 1 kann eine Zuführung Verbrennungsluft 4 aufweisen, der über ein Gasventil 5 Verbrennungsgas zugesetzt werden kann. Das entstehende Verbrennungsgemisch kann über einen Gemischkanal 16, in dem eine Fördereinrichtung 2 angeordnet sein kann, einem in einer Brennkammer 8 angeordneten, Brenner 3 zugeführt werden. Entstehende Verbrennungsprodukte können aus der Brennkammer 8 über eine Abgasanlage 9 abgeführt werden. Unten kann die Brennkammer 8 einen (Kondensat-) Ablauf 14 aufweisen, der einen Siphon 15 umfassen kann.
  • Das Heizgerät 1 kann zudem ein Regel- und Steuergerät 7 aufweisen, dass mit dem Temperatursensor 10, der in der Brennkammer 8 unterhalb des Brenners 3, elektrisch verbunden sein kann. Durch die Anordnung des Temperatursensors 10 unterhalb des Brenners 3 in der Brennkammer 8 kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass dieser nicht zu hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
  • Das Regel- und Steuergerät 7 kann zudem mit dem Gasventil 5, der Fördereinrichtung 2 und einer Zündeinrichtung 6 elektrisch verbunden sein. Eine Durchführung eines hier vorgeschlagenen Verfahrens kann vorteilhaft auf dem Regel- und Steuergerät 7 erfolgen.
  • Das Heizgerät 1 kann mit einem Heizkreislauf 18, aufweisend einen Vorlauf 19 und einen Rücklauf 20 verbunden sein, in dem ein Wärmeträger in einer Umwälzrichtung 21 zirkulieren kann. Hierzu kann der Heizkreislauf 18 eine hier nicht gezeigte Umwälzpumpe aufweisen und hier nicht gezeigte Verbraucher mit Wärme versorgen. Als in Schritt a) zu erfassende Parameter kann auch die Temperatur im Vorlauf 19 oder die Differenz der Temperaturen in Vorlauf 19 und Rücklauf 20 herangezogen werden.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Brennkammer 8 eines hier vorgeschlagenen Heizgerätes 1. Über den Gemischkanal 16 kann Verbrennungsgemisch dem Brenner 3 zugeführt und unter Entstehung einer Flamme 11 verbrannt werden. Die Flamme 11 kann durch einen UV-Sensor 12 oder der lonisationselektrode 13 überwacht werden. Der Temperatursensor 10 kann unterhalb der lonisationselektrode 13 angeordnet sein. UV-Sensor 12, Brenner 3, lonisationselektrode 13 und Temperatursensor 10 können in einer Brennertür 17 angeordnet sein, wodurch vorteilhaft eine elektrische Verkabelung mit dem Regel- und Steuergerät 7 vereinfacht werden kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Fördereinrichtung
    3
    Brenner
    4
    Zuführung Verbrennungsluft
    5
    Gasventil
    6
    Zündeinrichtung
    7
    Regel- und Steuergerät
    8
    Brennkammer
    9
    Abgasanlage
    10
    Temperatursensor
    11
    Flamme
    12
    UV-Sensor
    13
    lonisationselektrode
    14
    Ablauf
    15
    Siphon
    16
    Gemischkanal
    17
    Brennertür
    18
    Heizkreislauf
    19
    Vorlauf
    20
    Rücklauf
    21
    Umwälzrichtung

Claims (13)

  1. Verfahren zur Validierung eines Signals einer ersten Einrichtung zur Flammenüberwachung (12, 13) eines Heizgerätes (1), umfassend zumindest die folgenden Schritte:
    a) Erfassen eines Parameters, der einen Rückschluss auf die Temperatur einer Flamme (11) des Heizgerätes (1) ermöglicht,
    b) Vergleichen des in Schritt a) erfassten Parameters mit einem vorgegebenen Referenzbereich,
    c) Betreiben des Heizgerätes (1) mit einer zweiten Einrichtung zur Flammenüberwachung oder Ausschalten des Heizgerätes (1), wenn der in Schritt a) erfasste Parameter außerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der in Schritt a) erfasste Parameter eine in der Brennkammer (8) oder in unmittelbarer Umgebung der Brennkammer (8) erfasste Temperatur ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Erfassen einer Temperatur gemäß Schritt a) durch einen Temperatursensor (10) in der Brennkammer (8) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt a) eine Temperatur eines Vorlaufs (19) eines mit dem Heizgerät (1) verbundenen Heizkreislaufes (18) erfasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt a) eine Temperaturdifferenz eines Vorlaufs (19) und eines Rücklaufs (20) eines mit dem Heizgerät (1) verbundenen Heizkreislaufes (18) erfasst wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Referenzbereich in Schritt b) unter Einbeziehung von Betriebsdaten des Heizgerätes (1) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt a) mehrere Parameter erfasst werden.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Schritt d) eine Bereitstellung oder ein Versenden einer Information über das Ergebnis des Vergleichs gemäß Schritt c) erfolgt.
  9. Computerprogramm, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
  11. Regel- und Steuergerät (7) für ein Heizgerät (1), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  12. Heizgerät (1), aufweisend ein Regel- und Steuergerät (7) nach Anspruch 11.
  13. Verwendung einer in oder in unmittelbarer Nähe einer Brennkammer (8) eines Heizgerätes (1) erfassten Temperatur einer Flamme (11) des Heizgerätes (1) zur Validierung eines Signals einer Einrichtung zur Flammenüberwachung (12, 13) des Heizgerätes (1).
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