WO2008015292A1 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines verbrennungsprozesses - Google Patents

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    • G01N2021/8416—Application to online plant, process monitoring and process controlling, not otherwise provided for

Definitions

  • the absolute measured values obtained during the monitoring are converted into relative measured values using the temperature recorded in the measuring section.
  • a temperature sensor for. B. a thermocouple, integrated into the measuring section.
  • the temperature sensor preferably measures in the region of the flame, which has the advantage that the temperature signal can also be evaluated to determine the existence and / or the quality of the flame. The fact that the evaluation of the temperature signal is independent of the optical flame evaluation, thereby the reliability of the flame evaluation can be additionally increased.
  • the laser light source 1 is selected such that the laser light beam 2 emitted along a measuring path has a specific wavelength range in the infrared, in which the gas to be detected has a characteristic spectral or absorption line.

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Verbrennungsprozesses im infraroten Wellenlängenbereich unter Einsatz eines Lasers, der einen Laserlichtstrahl entlang einer Messtrecke in einem bestimmten Wellenlängenbereich aussendet, der so gewählt wird, dass in diesem ein im Verbrennungsprozess nachzuweisendes Gas eine Absorptionslinie aufweist und dass die Emissionswellenlänge des Lasers beim Durchstimmen im ausgewählten Wellenlängenbereich die Absorptionslinie des nachzuweisenden Gases überstreicht, wobei in Abhängigkeit von der absorbierten Energie des Laserlichtstrahles die Konzentration des Gases bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laserlichtstrahles detektiert und diese zur Feststellung der Existenz einer Flamme im Verbrennungsprozess und/oder der Qualität der Flamme ausgewertet wird. Signifikante.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Verbrennungsprozesses
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Verbrennungsprozesses im infraroten Wellenlängenbereich unter Einsatz eines Lasers, der einen Laserlichtstrahl entlang einer Messtrecke in einem bestimmten Wellenlängenbereich aussendet, der so gewählt wird, dass in diesem ein im Verbrennungsprozess nachzuweisendes Gas eine Absorptionslinie aufweist und dass die Emissionswellenlänge des Lasers beim Durchstimmen im ausgewählten Wellenlängenbereich die Absorptionslinie des nachzuweisenden Gases überstreicht, wobei in Abhängigkeit von der absorbierten Energie des Laserlichtstrahles die Konzentration des Gases bestimmt wird.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der WO 01/33200 Al bekannt. Diese offenbart eine Laserdiode, die einen kollimierten Lichtstrahl im nahen Infrarotwellenbereich entlang einer Messstrecke aussendet, wobei der Lichtstrahl auf einen im Strahlengang der Laserdiode angeordneten Photodetektor trifft. Die dabei auftretende Absorption der Energie des Laserlichtstrahles wird zur Bestimmung der Konzentrationen der im Verbrennungsprozess vorhandenen Gase spektral ausgewertet. Beispielsweise können die in einem Verbrennungsprozess auftretenden Gaskonzentrationen von Sauerstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, etc. festgestellt werden.
Die DE 103 04 455 B4 offenbart ein Verfahren zur Analyse eines Gasgemisches, bei dem ein Gasgemisch mittels der Laser- Spektroskopie analysiert wird. Laser-Spektroskopie-Verfahren werden auch zur Brennwertbestimmung von Erdgasen eingesetzt. Aus EP 1 174 705 Bl ist zum Beispiel ein Verfahren zur Brennwertbestimmung von Erdgas mittels Absorptionsspektroskopie im infraroten Wellenlängenbereich unter Einsatz einer Laserdiode bekannt.
Auch offenbart EP 0 838 636 A2 ein Verfahren zur Regelung einer erdgasbetriebenen Wärmeenergieeinrichtung, bei dem in das zugeführte Brenngas ein von einem Diodenlaser erzeugter Lichtstrahl eingeleitet und der Grad der sich bei wechselnden Gaszusammensetzungen ändernden Energieabsorption erfasst wird. In Abhängigkeit von den jeweils erfassten Absorptionswerten werden dann die Reaktionsbedingungen der Wärmeenergieeinrichtung geregelt .
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zeigen, dass die in einem Verbrennungsprozess auftretenden Gasmoleküle mit Hilfe der Absorptionsspektroskopie qualitativ und quantitativ bestimmt werden können. Dabei werden im Infrarot-Spektralbereich Photonen aus dem einfallenden Lichtstrahl in den Gasmolekülen absorbiert. Im Spektrum manifestiert sich die Absorption der Photonen durch Absorptionslinien. Unterschiedliche Gasmoleküle zeigen dabei individuelle Spektral- bzw. Absorptionslinien sowohl was deren Stärke als auch deren Position im Spektrum betrifft. Dadurch können Gasmoleküle anhand ihres charakteristischen Spektrums nachgewiesen werden. Dabei werden Strahlungsquellen mit kleiner Linienbreite eingesetzt, damit die Absorptionslinien möglichst gut auflösbar sind. Typischerweise werden Laser als Lichtquellen verwendet, die mit ihren monochromatischen Emissionsspektren auf die Spektrallinien bzw. Absorptionslinien der nachzuweisenden Gasmoleküle abstimmbar sind. Bei den heute bei Heizungsanlagen zum Einsatz kommenden Methoden zur Überwachung des Verbrennungsprozesses sind in der Regel diverse Überwachungssensoren erforderlich, die sicherstellen, dass die für die Verbrennung erforderlichen Luft- und Gasmengen zur Verfügung stehen und der Verbrennungsprozess korrekt abläuft. Zur Überwachung des Verbrennungsprozesses werden insbesondere der Gasdruck, Luftdruck als auch der Luftstrom, beispielsweise während der Inbetriebsetzung des Brenners überwacht. Für die Überwachung des Gasdruckes kommen beispielsweise Über- und Unterdruckwächter zum Einsatz. Diese stellen sicher, dass der Netzdruck des Brenngases die erlaubten Grenzen weder über- noch unterschreitet. Zur Überwachung des vom Brennergebläse erzeugten Luftdrucks werden beispielsweise Druckdosen eingesetzt, die in dem Zuluftkanal des Brenners installiert sind. Die Überwachungssensoren greifen im Fehlerfall, z. B. bei Ausfall des Gebläsemotors, um grob unzulässige Verbrennungszustände zu vermeiden. Der Fehler wird z. B. einem Feuerungsautomaten signalisiert, der dann eine Abschaltung des Brenners der Heizungsanlage veranlasst.
Damit die sicherheitstechnischen Anforderungen für Brenner erfüllt sind, ist auch eine Überwachung der Flamme beispielsweise bei der Zündung des Brennstoffes als auch während des Brennerbetriebes notwendig. Zur Überwachung der Flamme werden z. B. optische Verfahren eingesetzt, wobei das Vorhandensein der Flamme dadurch festgestellt wird, dass deren optische Strahlung ausgewertet wird. Eine weitere bekannte Methode zur Flammenüberwachung besteht darin, mit einer in die Flamme hineinragenden Ionisationselektrode den Ionisationsstrom der Flamme zu erfassen und diesen zur Feststellung der Existenz der Flamme auszuwerten.
Damit beim Verbrennungsprozess die Konzentration der Schadstoffe möglichst gering und die Energieeffizienz möglichst hoch ist, wird immer häufiger auch die Verbrennungsqualität überwacht. Diese manifestiert sich beispielsweise in der Zusammensetzung der beim Verbrennungsprozess auftretenden Gase, wie beispielsweise von Sauerstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid. Zur Überwachung der Qualität des Verbrennungsprozesses in Brennern werden für die im Verbrennungsprozess auftretenden Gase spezielle Sensoren verwendet, welche unter anderem die gemessenen Gaskonzentrationen beispielsweise als Volumenprozente von Sauerstoff oder Kohlendioxid angeben. Mit Hilfe der ermittelten Volumenprozente kann zum Beispiel das Mischverhältnis Brennstoff/Luft nachgeregelt werden, wodurch die Qualität des Verbrennungsprozesses laufend optimiert werden kann. Die zur Überwachung des Verbrennungsprozesses eingesetzten unterschiedlichen Sensoren dienen dem Zweck, die Verbrennung im hygienischen bzw. ungefährlichen Zustand zu halten, wobei ein Flammenausfall während des Verbrennungsprozesses sofort erkannt werden soll. Weiterhin soll der Wirkungsgrad optimiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Verbrennungsprozesses vorzuschlagen, die sicher und zuverlässig und mit geringem technischem Aufwand eine Überwachung der für den
Verbrennungsprozess relevanten Größen ermöglichen. Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10 gelöst.
Die Erfindung geht von einer auf Laser-Spektroskopie basierenden Infrarot-Messung aus, wobei zum Nachweis von wenigstens einem im Verbrennungsprozess vorhandenem Gas eine Laserlichtquelle, insbesondere ein VCSEL-Laser ein Laserlichtstrahl entlang einer Messstrecke aussendet. Der Laserlichtstrahl trifft dabei auf einen am Ende der Messstrecke angeordneten Photodetektor, der die Intensität des empfangenen Lichtstrahles detektiert. Anhand der detektierten Intensität des Lichtstrahles wird dann die Existenz und/oder Qualität der Flamme festgestellt. Beispielsweise durchquert der Laserlichtstrahl die zu überwachende Flamme im Ausbrand der Flamme und zusätzlich kann auch die von der Flamme ausgehende Lichtstrahlung optisch detektiert und zur Feststellung der Existenz und/oder Qualität der Flamme ausgewertet werden. Da die Messung vorzugsweise in-situ und nahezu trägheitslos erfolgt, kann ein Flammenausfall oder ein Abriss der Flamme sofort erkannt werden. Vorzugsweise werden die jeweils gemessenen Gaskonzentrationen zur Feststellung der Qualität der Flamme ausgewertet .
Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf die bisher üblichen UV-, Infrarot-Sensoren zur Flammenüberwachung verzichtet werden kann. Darüber hinaus kann auch auf Messdosen für den
Luft- und Gasdruck verzichtet werden. Somit kann mit der
Erfindung der Verbrennungsprozess mit geringem technischem
Aufwand überwacht werden, wobei alle verbrennungs- und sicherheitsrelevanten Parameter berücksichtigt werden.
Da die Flammen in der Regel Ausbreitungsgeschwindigkeiten von wenigen Metern pro Sekunde haben, bedeutet z. B. ein Messabstand von der Flamme von einem Meter bereits eine Sekunde Totzeit bezogen auf den Zustand der Flamme. Damit eine Zustandsänderung der Flamme ausreichend schnell im Sinne der einschlägigen Normen festgestellt werden kann, erfolgt die Messung vorzugsweise in-situ, d. h. in der Nähe der Flamme oder in der Flamme, z. B. im Ausbrand der Flamme. Dadurch ist die Totzeit vernachlässigbar und es ist sichergestellt, dass bei Flammenausfall während des Brennerbetriebs ein Abschalten der Brennstoffzufuhr innerhalb der von der Sicherheitsnorm geforderten Zeitdauer möglich ist . Da in der Flamme Temperaturen von mehr als 1000 0C auftreten, erfordert die Messung im Flammenbereich einen Schutz der hierbei verwendeten Sensoren, insbesondere müssen der Laser und der Photodetektor vor den hohen Temperaturen im Flammenbereich geschützt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der Laserlichtstrahl durch Lichtleiter, beispielsweise durch Quarzglasstäbe von dem Laser zu dem Photodetektor geleitet wird, wodurch der den Laserlichtstrahl aussendende Laser und der den Laserlichtstrahl empfangende Photodetektor von der Flamme entfernt positioniert werden können. Da der Laserlichtstrahl durch den Quarzglasstab optisch nicht beeinflusst wird, ist das Messergebnis von der Länge des Quarzglasstabes unberührt. Dies hat den Vorteil, dass der zur Messung verwendete Laser und der Photodetektor entfernt von der Flamme positioniert werden können, was auch Vorteile beim konstruktiven Aufbau der Vorrichtung bietet.
Vorzugsweise wird die Erfindung zur Überwachung von unterschiedlichen Phasen eines Brennerzyklus einer Heizungsanlage und insbesondere zur Überwachung der dabei auftretenden Gaskonzentrationen, beispielsweise von Sauerstoff, Kohlendioxid, etc. verwendet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die mittels einer Laser-Spektroskopie für die Überwachung erhaltenen Messwerte so aufzubereiten, dass diese auch für eine Regelung eines Brenners verwendbar sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die bei der Überwachung erhaltenen absoluten Messwerte unter Verwendung der in der Messtrecke erfassten Temperatur in relative Messwerte umgewandelt werden. Vorzugsweise wird ein Temperatursensor, z. B. ein Thermoelement, in die Messstrecke integriert. Der Temperatursensor misst vorzugsweise im Bereich der Flamme, was den Vorteil hat, dass auch das Temperatursignal zur Feststellung der Existenz und/oder der Qualität der Flamme ausgewertet werden kann. Dadurch dass die Auswertung des Temperatursignals unabhängig von der optischen Flammenauswertung ist, kann dadurch die Zuverlässigkeit der Flammenauswertung zusätzlich erhöht werden.
Mit Hilfe der gemessenen Temperatur kann auch die Gasdichte und daraus die relative Gaskonzentration ermittelt werden. Dadurch dass die Temperaturmessung in-situ erfolgt, ist die Umwandlung der absolut gemessenen Gaskonzentrationen in relative Gaskonzentrationen unabhängig von der Gasdichte. Dies ermöglicht eine dichteunabhängige Verbrennungsregelung.
Die Regelung der einzelnen Phasen eines Brennerzyklus wird vorzugsweise anhand der gemessenen Sauerstoffkonzentrationen durchgeführt, wobei folgende Sollwerte verwendet werden können .
Für den Stand-by-Betrieb kann beispielsweise der Sollwert größer als 19 Volumenprozente O2 sein. Für die Phase der Vorlüftung kann der Sollwert beispielsweise größer als 20,5 Volumenprozente O2 sein. Für die Phase der Zündung kann der Sollwert z. B. kleiner gleich 10 Volumenprozente O2 sein. Für den normalen Brennerbetrieb kann der Sollwert kleiner gleich 6 Volumenprozente O2 sein. Für die Ausserbetriebsetzungsphase kann ein Sollwert von größer gleich 18 Volumenprozente 0 gewählt werden. Selbstverständlich können auch andere Sollwerte je nach Typ des Brenners und Art des Brennstoffes der Regelung zugrunde gelegt werden. Auch ermöglicht die Erfindung, dass ausgehend von der gemessenen Temperatur der Wasser- bzw. Wasserdampfgehalt bestimmt werden kann. Mit Hilfe der gemessenen Temperatur kann bei bekanntem Brennstoff zum Beispiel der Feuchtegehalt und die Gaskonzentration in Bezug auf ein trockenes Abgas angegeben werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Überwachung eines Gasverbrennungsprozesses,
Fig. 2: eine gegenüber Figur 1 modifizierte Ausführungsform,
Fig. 3: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Überwachung eines Gasverbrennungsprozesses,
Fig. 4: eine gegenüber Figur 3 modifizierte
Ausführungsform.
Figur 1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Vorrichtung zur Überwachung eines Gasverbrennungsprozesses. Die Vorrichtung umfasst eine Laserlichtquelle 1, beispielsweise einen Vertical Cavity Surface Emitting Laser, kurz VCSEL- Laser genannt. Dieser benötigt selbst keine externe Optik, dadurch entfallen kritisch zu justierende Teile wie Einkoppler, was den VCSEL-Laser unempfindlich gegen mechanische Erschütterungen macht. Aufgrund seiner Robustheit ist der VCSEL-Laser für die Überwachung eines Verbrennungsprozesses gut geeignet. Dabei sind die Schmalbandigkeit des Laserlichtstrahles und dessen hohe spektrale Leistung besonders vorteilhaft. Die Absorptionslinien zum Nachweis von Sauerstoff bzw. Kohlendioxid liegen zum Beispiel bei 760 bzw. 1570 Nanometer. Ein Teil der Energie des ausgesendeten Laserlichtstrahles 2 wird dabei durch Absorption der entsprechenden Gasmoleküle aufgenommen. Demzufolge trifft der von der Laserlichtquelle 1 ausgesendete Lichtstrahl 2 mit einer verminderten Intensität auf einen am Ende der Messstrecke angeordneten Photodetektor 3.
Selbstverständlich kann auch ein so genannter Quantum Cascade Laser, kurz QCL- Laser genannt, verwendet werden. Dieser hat den Vorteil, dass seine Emissionswellenlänge auch im mittleren und fernen Infrarot frei wählbar ist. In jedem Fall wird die Laserlichtquelle 1 so gewählt, dass der entlang einer Messstrecke ausgesendete Laserlichtstrahl 2 einen bestimmten Wellenlängenbereich im Infrarot aufweist, bei dem das nachzuweisende Gas eine charakteristische Spektral- bzw. Absorptionslinie aufweist.
Eine von einem Brenner 10 erzeugte Flamme 5, erstreckt sich zum Beispiel an deren Ende in die Messstrecke, wobei die von der Flamme 5 ausgehende Lichtstrahlung ebenfalls auf den Photodetektor 3 trifft. Vorzugsweise wird ein breitbandiger Photodetektor 3 verwendet, der die Laserlichtstrahlung 2 und die von der Flamme 5 stammende Lichtstrahlung detektiert. Der Photodetektor liefert vorzugsweise ein zur empfangenen Lichtintensität proportionales Messsignal, z. B. einen Photostrom, der von einer Signalauswertungseinrichtung 4 ausgewertet wird. Die Auswertungseinrichtung 4 weist beispielsweise einen Transimpedanz-Verstärker auf, welche den Photostrom in eine Spannung umwandelt. Auch kann die Auswertungseinrichtung 4 einen Lock-In Verstärker aufweisen, der die vom Transimpedanz-Verstärker erhaltene Spannung filtert. Die detektierte Lichtstrahlung der Flamme kann auch spektral von der Auswertungseinrichtung 4 ausgewertet werden. Die Auswertungseinrichtung 4 kann beispielsweise Bestandteil eines Feuerungsautomaten eines Brenners 10 sein.
Vorzugsweise ist ein Temperatursensor 6, z. B. ein Thermoelement 6 in der Messtrecke, beispielsweise im Bereich der Flamme 5 angeordnet, welcher die in der Flamme 5 auftretende Temperatur detektiert. Das Temperatursignal wird der Auswertungseinrichtung 4 zugeführt, welche dieses dann zusammen mit den optischen Messsignalen zur Feststellung der Existenz und/oder der Qualität der Flamme auswerten kann.
Mit Hilfe der gemessenen Temperatur kann auch die Gasdichte und ausgehend von dieser kann dann die absolut gemessene Gaskonzentration in eine relative Gaskonzentration umgewandelt werden. Die Umwandlung hat den Vorteil, dass die relative Gaskonzentration, z. B. Volumenprozente von Sauerstoff direkt zur Regelung des Brenners 10 verwendet werden kann.
Die Umwandlung der absoluten Messwerte in relative Messwerte ist jedoch für die Überwachung des Gasverbrennungsprozesses nicht zwingend erforderlich. Genau so gut kann die jeweilige absolut gemessene Gaskonzentration, z. B. die Anzahl der Sauerstoffmoleküle und/oder der Kohlendioxidmoleküle auch ohne Umwandlung zur Feststellung der Existenz und/oder der Qualität der Flamme ausgewertet werden. In den Figuren 2 bis 4 ist jeweils eine abgewandelte Ausführungsform der in Figur 1 dargestellten Erfindung gezeigt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass entsprechend auf die vorangegangene Beschreibung in Zusammenhang mit Figur 1 verwiesen werden kann. Die Ausführungsform gemäß Figur 2 weist zusätzlich die Lichtleiter 7 auf. Der von der Laserlichtquelle 1 ausgesendete Lichtstrahl 2 gelangt über die Lichtleiter 7 zu dem Photodetektor 3. Die Lichtleiter 7 sind beispielsweise Quarzglasstäbe, die auch bei den im Flammenbereich auftretenden Temperaturen von mehr als 1000 0C hitzebeständig sind. Mit Hilfe der Quarzglasstäbe 7 kann der Laser 1 und der Photodetektor 3 von der Flamme 5 entfernt positioniert werden. Da der Laserlichtstrahl 2 von den Quarzglasstäben 7 nicht optisch beeinflusst wird, ist die Messung von der Länge der Quarzglasstäbe unabhängig. Mittels der Lichtleiter 7 kann der Laser 1 und der Photodetektor 3 entfernt von der Flamme 5 positioniert werden, wodurch diese gegen die Hitze der Flamme 5 geschützt werden. Die Form der Lichtleiter 7 kann auch gebogen oder abgewinkelt sein, was die Positionierung des Lasers und des Photodetektors in der Vorrichtung vereinfacht.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Überwachung des Verbrennungsprozesses dargestellt, welche zusätzlich einen Reflektor 8 aufweist. Der Reflektor 8 reflektiert die von der Laserlichtquelle 1 ausgesendete Lichtstrahlung 2 derart, dass diese auf den Photodetektor 3 trifft, welche dann von der Auswertungseinrichtung 4 ausgewertet wird. Diese Anordnung von Laser 1 und Photodetektor 3 bietet den Vorteil, dass diese in einem Sensorgehäuse 9 untergebracht werden können. In Figur 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Figur 3 dargestellt. Die Ausführungsform gemäß Figur 4 benötigt nur einen Lichtleiter 7. Der von der Laserlichtquelle 1 ausgesendete Lichtstrahl 2 gelangt über den Lichtleiter 7 zu dem Reflektor 8. Der vom Reflektor 8 reflektierte Lichtstrahl gelangt dann über den Lichtleiter 7 zu dem Fotodetektor 3. Durch die Verwendung des Reflektors 8 kann der Sender 1 und Empfänger 3 in einem Sensorgehäuse 9 untergebracht werden, wobei nur ein Lichtleiter 7 benötigt wird. Selbstverständlich kann auch bei dieser Ausführungsform der Lichtleiter 7 eine beliebige Form aufweisen, wodurch das den Laser 1 und den Fotodetektor 3 aufnehmende Sensorgehäuse 9 an der gewünschten Stelle in der Vorrichtung positioniert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines Verbrennungsprozesses im infraroten Wellenlängenbereich unter Einsatz eines Lasers, der einen Laserlichtstrahl entlang einer Messtrecke in einem bestimmten Wellenlängenbereich aussendet, der so gewählt wird, dass in diesem das im Verbrennungsprozess nachzuweisende Gas eine Absorptionslinie aufweist und dass die Emissionswellenlänge des Lasers beim Durchstimmen im ausgewählten Wellenlängenbereich die Absorptionslinie des nachzuweisenden Gases überstreicht, wobei in Abhängigkeit von der absorbierten Energie des Laserlichtstrahles die Konzentration des Gases im Verbrennungsprozess bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laserlichtstrahles detektiert und diese zur Feststellung der Existenz einer Flamme im Verbrennungsprozess und/oder der Qualität der Flamme ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstrecke die zu überwachende Flamme einschliesst und dass die von der Flamme ausgehende Lichtstrahlung detektiert und zur Feststellung der Existenz der Flamme und /oder der Qualität der Flamme ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Messstrecke , insbesondere im Bereich der Flamme (5) erfasst wird und dass das Temperatursignal von der Auswertungseinrichtung (4) zur Feststellung der Existenz und/oder Qualität der Flamme ausgewertet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten Temperatur die Konzentration des nachzuweisenden Gases als relative Gaskonzentration bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das nachzuweisende Gas Sauerstoff bzw. Kohlendioxid ist und dass die Absorptionslinie bei einer Wellenlänge von 760 Nanometer bzw. 1570 Nanometer liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung für unterschiedliche Phasen des Verbrennungsprozesses durchgeführt wird und dass die für die jeweilige Phase ermittelte Gaskonzentration mit einem für die jeweilige Phase des Verbrennungsprozesses ermittelten Sollwert verglichen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Phasen des Verbrennungsprozesses einen Brennerzyklus einer Heizungsanlage darstellen und dass die Sollwerte in einem Lernzyklus bestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerzyklus eine Stand-by-Phase, eine Vorlüftungsphase, eine Zündphase, eine Betriebsphase und eine Ausserbetriebsetzungsphase umfasst, wobei jede Phase des Brenners einen Sollwert aufweist, der mit der für die jeweilige Phase ermittelten Gaskonzentration verglichen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten bzw. Überschreiten des für die Phase definierten Sollwertes eine Abschaltung des Brenners erfolgt.
10. Vorrichtung zur Überwachung eines Verbrennungsprozesses mit einer in einem bestimmten Wellenlängenbereich der Infrarotstrahlung durchstimmbaren Laserlichtquelle (1), die einen Laserlichtstrahl (2) entlang einer Messstrecke aussendet und einem am Ende der Messstrecke angeordneten Photodetektor (3), der in Abhängigkeit von dem empfangenen Laserlichtstrahl ein Messsignal erzeugt und dieses an eine Auswertungseinrichtung (4) liefert, welche mittels des Messsignals die Konzentration des im Verbrennungsprozess nachzuweisenden Gases bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (4) das vom Photodetektor erhaltene Messsignal zur Feststellung der Existenz einer Flamme (5) und/oder der Qualität der Flamme (5) im Verbrennungsprozess auswertet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Lichtleiter (7) aufweist, der den Laserlichtstrahl (2) in den Bereich der
Flamme (5) leitet und dass der den Flammenbereich (5) durchquerende Laserlichtstrahl (2) von dem Photodetektor (3) detektiert und dass die Auswertungseinrichtung (4) das vom Photodetektor gelieferte Messsignal auswertet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen weiteren Lichtleiter (7) aufweist, der den Flammenbereich (5) durchquerenden Laserlichtstrahl (2) zu dem Photodetektor (3) weiterleitet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Reflektor (8) aufweist, der den ausgesendeten Laserlichtstrahl (2) derart reflektiert, dass der reflektierte Laserlichtstrahl (2) auf den Photodetektor (3) trifft.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Temperatursensor
(6) aufweist, der in die Messstrecke so integriert ist, dass die Temperatur, insbesondere im Bereich der Flamme (5) erfasst wird, wobei das vom Temperatursensor (6) gelieferte Temperatursignal von der Auswertungseinrichtung (4) zur Feststellung der Existenz und/oder Qualität der Flamme ausgewertet wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Zyklus eines Brenners (10) einer
Heizungsanlage überwacht und dass die Auswertungseinrichtung (4) die für die jeweilige Phase des Brenners (10) ermittelten Messwerte mit einem für die jeweilige Phase des Brenners (10) definierten Sollwert vergleicht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung die für die unterschiedlichen Phasen des Brenners (10) verwendeten Sollwerte in einem Lernzyklus bestimmt .
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten beziehungsweise Überschreiten des für die jeweilige Phase ermittelten Sollwertes die Auswertungseinrichtung (4) eine Abschaltung des Brenners (10) veranlasst.
18. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle (1) ein VCSEL-Laser oder ein QCL-Laser ist.
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