EP4224061A1 - Anordnung eines optischen sensors an einem fenster oder einer wand zu einem verbrennungsraum eines heizgerätes - Google Patents

Anordnung eines optischen sensors an einem fenster oder einer wand zu einem verbrennungsraum eines heizgerätes Download PDF

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EP4224061A1
EP4224061A1 EP23152799.5A EP23152799A EP4224061A1 EP 4224061 A1 EP4224061 A1 EP 4224061A1 EP 23152799 A EP23152799 A EP 23152799A EP 4224061 A1 EP4224061 A1 EP 4224061A1
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EP
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window
optical sensor
wall
combustion chamber
sensor
Prior art date
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EP23152799.5A
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French (fr)
Inventor
Bodo Oerder
Arnold Wohlfeil
Jochen Grabe
Fabian Staab
Matthias Hopf
Michael Schumacher
Heinz-Jörg Tomczak
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M11/00—Safety arrangements
    • F23M11/04—Means for supervising combustion, e.g. windows
    • F23M11/042—Viewing ports of windows
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/11041—Means for observing or monitoring flames using photoelectric devices, e.g. phototransistors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/04—Flame sensors sensitive to the colour of flames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/18—Flame sensor cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/20—Camera viewing

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of an optical sensor on a window (sight glass) or a wall to a combustion chamber of a heating device, in particular for the combustion of fuel gas containing hydrogen, preferably with a hydrogen content greater than 10%, in particular greater than 50%, very preferably greater than 97% a corresponding computer program product.
  • Hydrogen as a fuel gas or as an admixture to fuel gases is becoming more and more important, and great efforts are being made to upgrade new or existing heating devices for operation with it.
  • optical sensors for the visible, but especially for the ultraviolet range of light
  • flame monitoring and control of combustion using optical filters is for applications in heaters that are operated with hydrogen-containing fuel gas, for example from DE 10 2019 101 329 A1 known.
  • EP 2 223 016 B1 , the U.S. 5,829,962 A and the DE19 509 704 A1 deal in detail with optical measuring systems for flame monitoring.
  • Such optical sensors can also be used in the infrared range.
  • an optical sensor can be designed in different ways.
  • it is aligned with the flame in the combustion chamber by means of a bracket in such a way that the optical sensor can measure this flame.
  • the bracket has to meet certain design requirements.
  • the light must be able to escape from the combustion chamber in order to be optically recorded.
  • a window is incorporated in a housing of the combustion chamber, in particular in a burner door next to a burner. This allows the optical sensor to capture the light from the combustion.
  • infrared radiation i.e. thermal radiation
  • the wall of a combustion chamber can also be observed without a window, at least in places that are suitably designed for this purpose.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems mentioned with reference to the prior art.
  • an arrangement with an optical sensor for monitoring flames in a combustion chamber is to be created which largely avoids overheating of the optical sensor.
  • the arrangement should be designed to be inexpensive and robust for everyday use.
  • An arrangement of (at least) one optical sensor on the outside of a window or a wall to a combustion chamber of a heating device contributes to the solution of the task, the optical sensor being less than 2 cm [centimetre], preferably less than 1 cm, in particular without a distance arranged to the window or the wall, but thermally decoupled from this or this (largely).
  • thermal decoupling can be achieved by transferring as little heat as possible to the optical sensor and/or dissipating heat transferred to the optical sensor as quickly as possible, so that the optical sensor is kept in the range of a permissible operating temperature.
  • the heater is designed in particular for stationary assembly or installation, e.g. in or on a building.
  • the combustion chamber comprises a burner, via which a fuel-air mixture is introduced into the combustion chamber and, after entering the combustion chamber together, is ignited and burned.
  • the at least one sensor is positioned at a distance from a regulation and control unit of the heating device, with the signals or data obtained with the sensor preferably being transmitted by cable to the regulation and control unit positioned in a significantly cooler area.
  • the at least one sensor is set up in particular to detect visible, in particular (also) the ultraviolet, range of light or to detect infrared radiation. If a distance is provided, this describes the "free path length" from the sensor to the window or the wall where the radiation to be detected leaves the combustion chamber.
  • the at least one sensor is arranged outside of the combustion chamber.
  • the window or the wall preferably has heat-insulating properties for this purpose.
  • Sensors sensitive to infrared light do not require a window that is transparent to the human eye.
  • Such measurements can also be carried out behind a wall, but here heat-insulating properties, e.g.
  • a two-layer design of the wall with an insulating filling has a negative effect on the quality and speed of the measurements, because temperature changes can only have an effect slowly and are integrated over a certain period of time (i.e. carried out with a kind of low-pass filter).
  • a window that is permeable to such radiation is required, but it can be double-walled with an insulating filling so that it is less permeable to thermal radiation (infrared radiation).
  • thermal radiation infrared radiation
  • the window or the wall is made up of at least two layers separated from one another by an insulating filling, preferably gas, in particular air. Double glazing and multi-layer walls are used in other technical areas with great success in thermal insulation.
  • the optical sensor is provided with active or passive cooling.
  • passive cooling this takes place by heat radiation, heat conduction and/or convection essentially without the influence of moving parts or the conveyance of gas.
  • active cooling a cooling medium, in particular air or a combustible gas mixture or cooled exhaust gas, is actively passed over the optical sensor.
  • the optical sensor is particularly preferably arranged on a heat sink with cooling ribs or a surface that is enlarged in some other way. This improves and evens out the heat dissipation.
  • the senor is cooled by means of at least one heat pipe.
  • a heat pipe is a sealed-end tube partially filled with a liquid that boils and condenses in a desired temperature range and is very effective at transferring heat from a hot end to a cold end over that temperature range.
  • the cold end can be arranged in an area of the heating system in which there is a low temperature, for example in the air flow of inflowing combustion air or inflowing fuel gas, but also in an exhaust gas flow after it has been cooled in a heat exchanger.
  • the hot end connects to the optical sensor and draws heat away from it. So a very effective, inexpensive and less susceptible to failure cooling of the optical sensor can be realized.
  • FIG. 1 shows schematically a combustion chamber 2 of a heater 1 surrounded by walls 3 forming a housing.
  • a burner door 4 or flap to which a burner 5 protruding into the combustion chamber 2 is fastened.
  • This burner 5 is supplied with a mixture of air and hydrogen or fuel gas containing hydrogen via a mixture supply line 6 .
  • the sensor 9 is usually arranged outside in front of a window 8 (sight glass) which is permeable to the optical radiation to be observed. In the case of infrared sensors, this can also be a suitable piece of wall 3. Since the window 8 and its surroundings can be at a very high temperature, the optical sensor 9, z. B. serves as a flame monitor or for controlling the combustion, arranged close to the window 8, since the optical radiation incident on the optical sensor 9 decreases with the distance from the window 8. Since the sensitivity cannot be increased at will, small distances of less than 2 cm, preferably less than 1 cm, from the window 8 are usually required.
  • Cooling 16 may be required. Such targeted cooling can be particularly preferred, e.g. B. by a so-called heat pipe 17 (heat pipe), the hot end 18 is in contact with the optical sensor 9 and the cold end 19 is in a cooler area, in particular flows around inflowing air, fuel gas or mixture. In this way, the heating device 1 does not lose any energy either, since the heat drawn off at the optical sensor 9 is fed back into the process.
  • heat pipe 17 heat pipe
  • the window 8 is double-walled with a first layer 11 and a second layer 12, between which there is an insulating filling 13, which can be in particular air or a thermally well-insulating gas.
  • an insulating filling 13 which can be in particular air or a thermally well-insulating gas.
  • Such a structure is also possible for a location at which infrared radiation is to be measured behind the wall 3 .
  • Such a place is also referred to here under the term "window" 8 understood.
  • a thermally insulating structure always delays the effects of infrared radiation, so that the measure described cannot always be used for an optical sensor 9 in the infrared range.
  • ultraviolet radiation however, (UV-permeable) double glazing is very useful to prevent the optical sensor 9 from overheating.
  • figure 3 shows an embodiment of an optical sensor 9 with heat sink 14, which in turn has cooling ribs 15.
  • a simple cooling 16 (indicated by arrows) can be implemented with such a heat sink 14 , in particular in that part of the supplied ambient air or of fuel gas (or a mixture thereof) is passed over the heat sink 14 .
  • the present invention allows the attachment of an optical sensor 9 directly or close to a window 8 or a wall 3 to a combustion chamber 2 while at the same time maintaining a permissible temperature range of the optical sensor 9. In this way, combustion processes operated with fuel gas containing hydrogen can also be reliably monitored.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines optischen Sensors (9)) außen an einem Fenster (8) oder an einer Wand (3) zu einem Verbrennungsraum (2) eines Heizgerätes (1), wobei der Sensor (9) in weniger als 2 cm Abstand zu dem Fenster (8) bzw. der Wand (3) angeordnet, aber thermisch von diesem bzw. dieser entkoppelt ist. Bevorzugt hat das Fenster (8) bzw. die Wand (3) wärmeisolierende Eigenschaften, wobei insbesondere das Fenster (8) bzw. die Wand (3) aus mindestens zwei durch eine Isolierfüllung (13) voneinander getrennten Schichten (11, 12) aufgebaut ist. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Anbringung eines optischen Sensors (9) direkt oder nah an einem Fenster (8) oder einer Wand (3) zu einem Verbrennungsraum (2) bei gleichzeitiger Einhaltung eines zulässigen Temperaturbereiches des optischen Sensors (9). So können auch mit wasserstoffhaltigem Brenngas betriebene Verbrennungsprozesse sicher überwacht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines optischen Sensors an einem Fenster (Schauglas) oder einer Wand zu einem Verbrennungsraum eines Heizgerätes, insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff enthaltendem Brenngas, bevorzugt mit einem Wasserstoffanteil größer 10%, insbesondere größer 50%, ganz bevorzugt größer 97% sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt. Wasserstoff als Brenngas oder als Beimischung zu Brenngasen wird immer wichtiger, und es werden große Anstrengungen unternommen, neue oder auch existierende Heizgeräte für einen Betrieb damit zu ertüchtigen.
  • Dabei geht es nicht nur um große Anlagen, sondern auch um Wandgeräte zur Erwärmung von Wasser und generell um Heizgeräte für die Beheizung von Gebäuden und/oder die Bereitstellung von warmem Wasser. Wasserstoff unterscheidet sich bei seiner Verbrennung (mit Umgebungsluft) in mehreren Punkten von bisher verwendeten Brenngasen, insbesondere ist eine Wasserstofflamme für das menschliche Auge fast unsichtbar, strahlt weniger Wärme ab als mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen erzeugte Flammen, und Wasserstoffflammen benötigen zu ihrer Überwachung andere Messsysteme als andere Brennstoffe. Insbesondere liefern lonisationsmessungen nicht immer zuverlässigen Signale bei hohen Anteilen von Wasserstoff im Brenngas. Die vorliegende Erfindung ist daher besonders, aber nicht nur anwendbar für Heizgeräte, die mit reinem Wasserstoff oder mit Brenngas, das Anteile an Wasserstoff enthält, betrieben werden.
  • Eine Verwendung von optischen Sensoren (für den sichtbaren, aber insbesondere auch für den Ultraviolett-Bereich des Lichtes) zur Flammenüberwachung und Regelung der Verbrennung unter Benutzung von optischen Filtern ist für Anwendungen bei Heizgeräten, die mit wasserstoffhaltigem Brenngas betrieben werden, schon beispielsweise aus der DE 10 2019 101 329 A1 bekannt. Auch die EP 2 223 016 B1 , die US 5 829 962 A und die DE19 509 704 A1 beschäftigen sich ausführlich mit optischen Messsystemen für die Flammenüberwachung. Auch im infraroten Bereich können solche optischen Sensoren eingesetzt werden.
  • Die konstruktive Anbindung eines optischen Sensors kann unterschiedlich gestaltet sein. Er wird insbesondere durch eine Halterung so zur Flamme im Verbrennungsraum ausgerichtet, dass der optische Sensor diese Flamme vermessen kann. Hierbei hat die Halterung gewisse konstruktive Anforderungen zu erfüllen. Zudem muss das Licht aus der Brennkammer austreten können, um optisch erfasst werden zu können. In einem Gehäuse des Verbrennungsraumes, insbesondere in einer Brennertür neben einem Brenner, ist hierzu ein Fenster eingearbeitet. So kann der optische Sensor das Licht der Verbrennung erfassen. Bei Erfassung von infraroter Strahlung (also Wärmestrahlung) kann auch die Wand eines Verbrennungsraumes, jedenfalls an dafür geeignet gestalteten Stellen, ohne Fenster beobachtet werden.
  • Es wurde erkannt, dass die optische Auswertung einer Wasserstoffverbrennung dabei einem Konflikt unterliegt. Je näher sich die Sensorik an der Flamme und dem Verbrennungsraum befindet, desto deutlicher ist das daraus resultierende Flammensignal. Aber damit ist auch die höhere Einwirkung der Wärme der Verbrennung verbunden. Je nach Sensitivität des Sensors kann die Entfernung zur Flamme vergrößert werden. Falls eine ausreichende Sensitivität für einen zur Temperaturbegrenzung genügenden Abstand nicht verfügbar ist, muss der optische Sensor jedoch sehr nahe oder direkt auf einer Wand bzw. einem Fenster des Verbrennungsraumes positioniert werden. Dies führt jedoch im Betrieb zu hohen Temperaturen, die optische Sensoren nicht vertragen können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Anordnung mit einem optischen Sensor zur Beobachtung von Flammen in einem Verbrennungsraum geschaffen werden, die eine Überhitzung des optischen Sensors weitgehend vermeidet. Dabei soll die Anordnung kostengünstig und robust für einen Alltagsbetrieb gestaltet sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Anordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
  • Zur Lösung der Aufgabe trägt eine Anordnung (mindestens) eines optischen Sensors außen an einem Fenster oder einer Wand zu einem Verbrennungsraum eines Heizgerätes bei, wobei der optische Sensor in weniger als 2 cm [Zentimeter], vorzugsweise weniger als 1 cm, insbesondere ohne Abstand, zu dem Fenster bzw. der Wand angeordnet, aber thermisch von diesem bzw. dieser (weitgehend) entkoppelt ist.
  • Eine (weitgehende) thermische Entkopplung kann erreicht werden, indem möglichst wenig Wärme auf den optischen Sensor übertragen wird und/oder möglichst schnell auf den optischen Sensor übertragene Wärme von diesem wieder abgeführt wird, so dass der optische Sensor im Bereich einer zulässigen Betriebstemperatur gehalten wird.
  • Das Heizgerät ist insbesondere eingerichtet zur ortsfesten Montage bzw. Aufstellung, z.B. in oder an einem Gebäude. Der Verbrennungsraum umfasst hierfür einen Brenner, über den ein Brennstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungsraum eingeleitet und nach gemeinsamem Eintreten in den Verbrennungsraum gezündet und verbrannt wird. Der mindestens eine Sensor ist beabstandet von einer Regel- und Steuereinheit des Heizgerätes positioniert, wobei die mit dem Sensor gewonnenen Signale bzw. Daten bevorzugt per Kabel zu der in einem deutlich kühleren Bereich positionierten Regel- und Steuereinheit übermittelt werden. Der mindestens eine Sensor ist insbesondere eingerichtet zur Detektion von sichtbarem, insbesondere (auch) dem ultravioletten, Bereich des Lichtes oder zur Detektion infraroter Strahlung. Soweit ein Abstand vorgesehen ist, beschreibt dieser die "freie Weglänge" vom Sensor bis zum Fenster bzw. der Wand, wo die zu detektierende Strahlung den Verbrennungsraum verlässt. Der mindestens eine Sensor ist außerhalb des Verbrennungsraum angeordnet.
  • Bevorzugt hat das Fenster bzw. die Wand dazu wärmeisolierende Eigenschaften. Bei für infrarotes Licht empfindlichen Sensoren ist kein für das menschliche Auge durchsichtiges Fenster erforderlich. Solche Messungen können auch hinter einer Wand durchgeführt werden, jedoch wirken sich hier wärmeisolierende Eigenschaften, z. B. eine zweischichtige Ausführung der Wand mit einer Isolierfüllung negativ auf die Qualität und Schnelligkeit der Messungen aus, weil Temperaturänderungen sich nur langsam auswirken können und über eine gewisse Zeit integriert werden (also wie mit einer Art Tiefpassfilter durchgeführt werden). Bei Messungen im ultravioletten Bereich ist ein für solche Strahlung durchlässiges Fenster erforderlich, welches aber doppelwandig mit einer Isolierfüllung ausgelegt sein kann, so dass es für Wärmestrahlung (infrarote Strahlung) weniger durchlässig ist. So kann Wärme von einem optischen Sensor für ultraviolettes Licht wirksam ferngehalten werden trotz guter Qualität und Schnelligkeit der Messungen.
  • Daher ist in einer besonderen Ausführungsform das Fenster bzw. die Wand aus mindestens zwei durch eine Isolierfüllung, vorzugsweise Gas, insbesondere Luft, voneinander getrennten Schichten aufgebaut. Doppelverglasungen und mehrschichtige Wände sind auf anderen technischen Gebieten mit großem Erfolg bei der Wärmeisolierung/Wärmedämmung im Einsatz.
  • Alternativ oder additiv ist der optische Sensor mit einer aktiven oder passiven Kühlung versehen. Bei einer passiven Kühlung erfolgt diese durch Wärmeabstrahlung, Wärmeleitung und/oder Konvektion im Wesentlichen ohne den Einfluss bewegter Teile oder Förderung von Gas. Bei einer aktiven Kühlung wird aktiv ein Kühlmedium, insbesondere Luft oder Brenngasgemisch bzw. gekühltes Abgas über den optischen Sensor geleitet.
  • Besonders bevorzugt ist der optische Sensor an einem Kühlkörper mit Kühlrippen oder einer auf andere Weise vergrößerten Oberfläche angeordnet. So wird die Wärmeabfuhr verbessert und vergleichmäßigt.
  • Bei einer speziellen Ausführungsform wird der Sensor mittels mindestens einer Heat Pipe gekühlt. Eine Heat Pipe (Wärmerohr) ist ein mit einer in einem gewünschten Temperaturbereich siedenden und kondensierenden Flüssigkeit teilweise gefülltes, an seinen Enden verschlossenes Rohr, welches sehr effektiv in diesem Temperaturbereich Wärme von einem heißen Ende zu einem kalten Ende transportieren kann. So kann das kalte Ende in einem Bereich der Heizungsanlage angeordnet werden, in dem eine niedrige Temperatur herrscht, beispielsweise im Luftstrom von zuströmender Verbrennungsluft oder zuströmendem Brenngas, aber auch in einem Abgasstrom nach dessen Abkühlung in einem Wärmetauscher. Das heiße Ende ist mit dem optischen Sensor verbunden und führt Wärme von diesem ab. So kann eine sehr effektive, kostengünstige und wenig störanfällige Kühlung des optischen Sensors realisiert werden.
  • Schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Teile in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es stellen dar:
    • Fig. 1:
    schematisch einen Verbrennungsraum eines Heizgerätes mit außen liegendem optischem Sensor,
    Fig. 2:
    schematisch und vergrößert einen Längsschnitt durch ein doppelwandiges Fenster und
    Fig. 3:
    schematisch die Anordnung eines Sensors mit Kühlkörper und Kühlrippen.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsraum 2 eines Heizgerätes 1, welcher von Wänden 3 umgeben ist, die ein Gehäuse bilden. In dem Gehäuse befindet sich eine Brennertür 4 (oder Klappe), an der ein in den Verbrennungsraum 2 ragender Brenner 5 befestigt ist. Dieser Brenner 5 wird über eine Gemisch-Zuleitung 6 mit einem Gemisch aus Luft und Wasserstoff oder wasserstoffhaltigem Brenngas versorgt.
  • Bei der Verbrennung dieses Gemisches, welches beim Betrieb des Heizgerätes 1 aus dem Brenner 5 in den Verbrennungsraum 2 austritt, entstehen Flammen 7, die für das menschliche Auge fast unsichtbar sind, jedenfalls bei reinem Wasserstoff als Brenngas. Trotzdem senden diese Flammen 7 optische Strahlung aus, insbesondere z. B. im ultravioletten (oder infraroten) Spektralbereich, die mittels eines optischen Sensors 9 beobachtet werden kann, der über eine Messleitung 10 mit einer (nicht dargestellten) Steuer- und Regeleinheit verbunden ist.
  • Wegen der hohen Temperaturen in einem Verbrennungsraum 2 ist der Sensor 9 meist außen vor einem Fenster 8 (Schauglas) angeordnet, welches für die zu beobachtende optische Strahlung durchlässig ist. Bei Infrarotsensoren kann dies auch ein geeignetes Stück der Wand 3 sein. Da sich auch das Fenster 8 und dessen Umgebung auf sehr hoher Temperatur befinden können, wird der optische Sensor 9, der z. B. als Flammenwächter oder zur Regelung der Verbrennung dient, nah zum Fenster 8 angeordnet, da die am optischen Sensor 9 eintreffende optische Strahlung mit dem Abstand zum Fenster 8 abnimmt. Da die Empfindlichkeit nicht beliebig gesteigert werden kann, sind meist kleine Abstände von weniger als 2 cm, vorzugsweise weniger als 1 cm, zum Fenster 8 erforderlich.
  • Eine Kühlung 16 kann erforderlich sein. Besonders bevorzugt lässt sich eine solche gezielte Kühlung z. B. durch eine sogenannte Heat Pipe 17 (Wärmerohr) verwirklichen, deren heißes Ende 18 in Kontakt mit dem optischen Sensor 9 ist und dessen kaltes Ende 19 in einem kühleren Bereich liegt, insbesondere von zuströmender Luft, Brenngas oder Gemisch umströmt wird. So geht dem Heizgerät 1 auch keine Energie verloren, da die am optischen Sensor 9 abgezogene Wärme dem Prozess wieder zugeführt wird.
  • Fig. 2 veranschaulicht eine alternative oder additive Möglichkeit, den optischen Sensor 9 vor Überhitzung zu schützen. Dazu ist das Fenster 8 doppelwandig ausgelegt mit einer ersten Schicht 11 und einer zweiten Schicht 12, zwischen denen sich eine Isolierfüllung 13 befindet, die insbesondere Luft oder ein thermisch gut isolierendes Gas sein kann. Ein solcher Aufbau ist auch für eine Stelle möglich, an der hinter der Wand 3 infrarote Strahlung gemessen werden soll. Eine solche Stelle wird hier auch unter dem Begriff "Fenster" 8 verstanden. Allerdings bewirkt ein thermisch isolierender Aufbau immer auch eine Verzögerung der Auswirkungen von Infrarotstrahlung, so dass die beschriebene Maßnahme für einen optischen Sensor 9 im Infrarotbereich nicht immer einsetzbar ist. Bei ultravioletter Strahlung ist eine (UV-durchlässige) Doppelverglasung jedoch sehr nützlich gegen Überhitzung des optischen Sensors 9.
  • Fig 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 9 mit Kühlkörper 14, der wiederum Kühlrippen 15 aufweist. Mit so einem Kühlkörper 14 lässt sich eine einfache Kühlung 16 (durch Pfeile angedeutet) verwirklichen, insbesondere indem ein Teil von zugeführter Umgebungsluft oder von Brenngas (oder deren Gemisch) über den Kühlkörper 14 geleitet wird.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt die Anbringung eines optischen Sensors 9 direkt oder nah an einem Fenster 8 oder einer Wand 3 zu einem Verbrennungsraum 2 bei gleichzeitiger Einhaltung eines zulässigen Temperaturbereiches des optischen Sensors 9. So können auch mit wasserstoffhaltigem Brenngas betriebene Verbrennungsprozesse sicher überwacht werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Verbrennungsraum
    3
    Wand (Gehäuse)
    4
    Brennertür
    5
    Brenner
    6
    Gemisch-Zuleitung
    7
    Flammen
    8
    Fenster/Schauglas
    9
    (optischer) Sensor
    10
    Messleitung
    11
    Erste Schicht
    12
    Zweite Schicht
    13
    Isolierfüllung (Gas/Luft)
    14
    Kühlkörper
    15
    Kühlrippen
    16
    Kühlung
    17
    Heat Pipe
    18
    heißes Ende
    19
    kaltes Ende

Claims (6)

  1. Anordnung eines optischen Sensors (9) außen an einem Fenster (8) oder an einer Wand (3) zu einem Verbrennungsraum (2) eines Heizgerätes (1), wobei der Sensor (9) in weniger als 2 cm Abstand zu dem Fenster (8) bzw. der Wand (3) angeordnet, aber thermisch von diesem bzw. dieser entkoppelt ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Fenster (8) bzw. die Wand (3) wärmeisolierende Eigenschaften hat.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fenster (8) bzw. die Wand (3) aus mindestens zwei durch eine Isolierfüllung (13) voneinander getrennten Schichten (11, 12) aufgebaut ist.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Sensor (9) mit einer aktiven oder passiven Kühlung (16) versehen ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei der optische Sensor (9) an einem Kühlkörper (14) mit Kühlrippen (15) angeordnet ist.
  6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Sensor (9) mittels mindestens einer Heat Pipe (17) gekühlt wird.
EP23152799.5A 2022-01-24 2023-01-23 Anordnung eines optischen sensors an einem fenster oder einer wand zu einem verbrennungsraum eines heizgerätes Pending EP4224061A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022101489.4A DE102022101489A1 (de) 2022-01-24 2022-01-24 Anordnung eines optischen Sensors an einem Fenster oder einer Wand zu einem Verbrennungsraum eines Heizgerätes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4224061A1 true EP4224061A1 (de) 2023-08-09

Family

ID=85036460

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23152799.5A Pending EP4224061A1 (de) 2022-01-24 2023-01-23 Anordnung eines optischen sensors an einem fenster oder einer wand zu einem verbrennungsraum eines heizgerätes

Country Status (2)

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EP (1) EP4224061A1 (de)
DE (1) DE102022101489A1 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5139412A (en) * 1990-05-08 1992-08-18 Weyerhaeuser Company Method and apparatus for profiling the bed of a furnace
US5829962A (en) 1996-05-29 1998-11-03 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges Method and apparatus for optical flame control of combustion burners
US20170038251A1 (en) * 2015-08-05 2017-02-09 General Electric Company Flame sensing
EP2223016B1 (de) 2007-12-19 2018-02-07 ABB Research Ltd. Flammenscanvorrichtung und betriebsverfahren dafür
DE102019101329A1 (de) 2019-01-18 2020-07-23 Vaillant Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Verbrennungsluft und Brenngas bei einem Verbrennungsprozess
EP3872462A1 (de) * 2020-02-18 2021-09-01 Vaillant GmbH Wärmezelle mit optischer sensoreinheit
GB2595499A (en) * 2020-05-28 2021-12-01 Bosch Thermotechnology Ltd Uk Method for operating a failure protection device of a flame sensor
EP4075111A1 (de) * 2021-04-16 2022-10-19 Vaillant GmbH Anordnung eines optischen sensors an einem fenster zu einem verbrennungsraum eines heizgerätes

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19509704A1 (de) 1995-03-09 1996-09-12 Just Hans Juergen Dr Verfahren und Anordnung zur Überwachung und Regelung von Verbrennungsprozessen
DE202007004675U1 (de) 2007-03-30 2008-08-28 Robert Bosch Gmbh Regeleinrichtung für einen Gasbrenner und Gasbrenner
DE102012211959A1 (de) 2012-07-10 2014-01-16 Dieter Kutzner Überwachungseinrichtung für die Überwachung von industriellen Beheizungseinrichtungen nebst Verwendung
DE202012010503U1 (de) 2012-11-02 2014-02-03 Kutzner + Weber Gmbh Abgasabsaugvorrichtung
DE202017101404U1 (de) 2017-03-10 2017-05-04 Spheros Gmbh Flammen-Überwachungsanordnung für ein mit Brennstoff arbeitendes Heizgerät

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5139412A (en) * 1990-05-08 1992-08-18 Weyerhaeuser Company Method and apparatus for profiling the bed of a furnace
US5829962A (en) 1996-05-29 1998-11-03 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges Method and apparatus for optical flame control of combustion burners
EP2223016B1 (de) 2007-12-19 2018-02-07 ABB Research Ltd. Flammenscanvorrichtung und betriebsverfahren dafür
US20170038251A1 (en) * 2015-08-05 2017-02-09 General Electric Company Flame sensing
DE102019101329A1 (de) 2019-01-18 2020-07-23 Vaillant Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des Mischungsverhältnisses von Verbrennungsluft und Brenngas bei einem Verbrennungsprozess
EP3872462A1 (de) * 2020-02-18 2021-09-01 Vaillant GmbH Wärmezelle mit optischer sensoreinheit
GB2595499A (en) * 2020-05-28 2021-12-01 Bosch Thermotechnology Ltd Uk Method for operating a failure protection device of a flame sensor
EP4075111A1 (de) * 2021-04-16 2022-10-19 Vaillant GmbH Anordnung eines optischen sensors an einem fenster zu einem verbrennungsraum eines heizgerätes

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