EP4043793A1 - Verfahren und anordnung zur erkennung eines flammenrückschlages in einem vormisch-brenner - Google Patents

Verfahren und anordnung zur erkennung eines flammenrückschlages in einem vormisch-brenner Download PDF

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EP4043793A1
EP4043793A1 EP22151774.1A EP22151774A EP4043793A1 EP 4043793 A1 EP4043793 A1 EP 4043793A1 EP 22151774 A EP22151774 A EP 22151774A EP 4043793 A1 EP4043793 A1 EP 4043793A1
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EP
European Patent Office
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burner
flashback
flame
interior
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
EP22151774.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bodo Oerder
Klaus Richter
Andreas Reinert
Frank Altendorf
Matthias Hopf
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/28—Fail safe preventing flash-back or blow-back

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for detecting a flashback in a burner that is operated with a mixture of fuel gas and air (premix burner).
  • Such burners are often made of perforated sheet metal and can be designed as so-called flat or cylinder burners. Round holes are mostly used, but oblong slits and other shapes of the holes are also possible.
  • the dimensioning of the holes and their number/area unit and arrangement has an influence on the flame stability during combustion in a combustion chamber and on combustion hygiene (completeness of combustion and production of pollutants).
  • the risk of such a backfire is particularly high when the flame speed of the fuel gas/air mixture is higher than the outflow speed at the burner holes/slits. This is especially the case when using pure hydrogen as fuel gas or fuel gas with a high hydrogen content of over 50%.
  • a flashback only starts on one or a few holes/slits and spreads from there. It is not possible to predict exactly at which point, because this can depend on flow turbulence, thermal fluctuations and/or other external influences.
  • hydrogen When burned, hydrogen differs from commonly used fuel gases in a number of ways, notably a hydrogen flame is almost invisible to the human eye, radiates less heat than flames produced with carbonaceous fuels, and requires different measurement systems than hydrocarbon fuel heaters . Nevertheless, the present invention also relates specifically to burners for hydrogen as fuel gas.
  • the object of the present invention is to at least partially alleviate the problems described with reference to the prior art and, in particular, to reliably detect a flashback in a heater operated with a fuel gas-air mixture in order to take appropriate measures to avoid it or even switch it off of the heater.
  • a method and an arrangement are to be created for detecting a flashback, the arrangement being simple and suitable for everyday operation of a heating device.
  • a method for detecting flashback of a flame in a heating device which has a burner made of perforated sheet metal with holes for a fuel gas-air mixture to exit into a combustion chamber, the burner delimiting an interior space, the flame on and/or burns over an outer surface of the burner and the flashback takes place from the outer surface to an inner surface and into the interior of the burner and at least one thermal and/or optical effect of the flashback is observed by means of at least one sensor in the interior of the burner.
  • a thermal effect is preferably observed by means of at least one temperature sensor.
  • a flashback there is a short-term Temperature increase at the temperature sensor or at several temperature sensors, which can be evaluated as a transient or threshold value.
  • Thermocouples for example, can be used as temperature sensors, in particular those that are designed not only as points but as lines. Thermocouples are robust, low-maintenance and durable.
  • an optical effect can be observed by means of at least one optical sensor, which detects at least a partial area of the interior.
  • at least one optical sensor which detects at least a partial area of the interior.
  • hardly any light falls through the holes in the burner from the combustion chamber into the interior or an upstream mixture path.
  • light will propagate into the mixture path.
  • this can be in the ultraviolet as well as in the infrared range.
  • the ultraviolet component is dominant, so that an optical sensor that is sensitive to this component is used.
  • the operating parameters can also be adjusted for the next burner cycle in such a way that flashbacks no longer occur.
  • You can, for example, by increasing a fan speed and possibly proportional to a Gas volume in the heater increase the fuel gas-air volume flow. As a result, the flow velocity in the holes in the burner increases and is then above the flame velocity, so that there is no longer any risk of flashback.
  • the sensor is preferably at least one optical sensor, which detects at least a partial area of the interior and is sensitive to emissions that occur when the combustible gas/air mixture is burned. It is favorable, for example, if the optical sensor is aligned and designed in such a way that it can detect flames spreading in the interior. A position in the vicinity of an inlet for the combustible gas/air mixture can be used for this purpose in particular.
  • the senor is at least one temperature sensor, which is arranged in at least one zone of the interior that is representative of the thermal effects of a flashback. Since the flames migrate inwards from the inner surface of the burner in the event of a flashback, e.g. B. an arrangement along the inner surface (in contact or in the vicinity) makes sense, it being particularly useful for different places where a flashback occurs to provide several such temperature sensors distributed over the inner surface.
  • sensors are particularly preferred, including at least one optical sensor and at least one temperature sensor.
  • sensors of the same type can also be interconnected in order to limit the number of feed lines and still monitor the interior as comprehensively as possible.
  • all sensors are connected to an evaluation unit which is set up to detect flashbacks of flames from the measured values transmitted by the sensors and to pass this on to a control and regulation unit.
  • a further aspect also relates to a computer program product comprising instructions which cause the arrangement described to carry out the method described.
  • the evaluation of the data measured by the sensor and their further use in the heater require a program and data for controlling the heater, both of which must be updated from time to time.
  • the explanations for the method can be used for a more detailed characterization of the arrangement, and vice versa.
  • the arrangement can also be set up in such a way that the method is carried out with it.
  • a heater 1 which can be operated with a fuel gas, in particular hydrogen or a hydrogen-containing fuel gas.
  • Air is guided from a fan 3 to a combustion chamber 4 via an air intake 2 .
  • a fuel gas is added to the air via a fuel gas supply 5 and a fuel gas valve 6 in a mixing element 7 .
  • This combustible gas-air mixture flows through a burner 10 and through holes 18 therein into the combustion chamber 4 where it is burned to form flames 19 .
  • the flames are usually ignited by an ignition electrode 24 that is controlled via an ignition line 25 .
  • a combustor 10 In normal operation, the mixture flows out of the holes 18 so quickly that flames 19 burn stably on or over an outer surface 16 of the burner 10 and not through the holes 18 to an inner surface 17 of the burner 10 and thus into an interior space 15 of the burner 10 can reach.
  • the holes 18 are shaped, dimensioned and selected in terms of number and distribution in such a way that stable flames can develop under all operating conditions. However, this is more difficult with hydrogen than with other fuel gases, since the hydrogen-air mixture has a very high flame speed and a lot of energy per unit volume is released when it is burned.
  • a combustor 10 has a cylindrical shape with an inlet end face 22 and an outlet end face 23, with the holes located only in a cylindrical shell.
  • Burners there are also other types of Burners, for which the concept proposed here can also be applied analogously.
  • Exhaust gases produced during combustion are discharged via an exhaust system 26 .
  • a control and regulation unit 8 controls and regulates the entire operation of the heater 1, in particular through data via control lines 14 to the blower 3 and the fuel gas valve 6.
  • An ignition process using the ignition electrode 24 when the heater 1 is started is also controlled by the control and Control unit 8 controlled.
  • At least one optical sensor 12 and/or at least one temperature sensor 11, which are arranged in the interior 15, are used for this purpose.
  • Both types of sensors are preferably used at the same time, if necessary several of one type are spatially distributed in order to be able to detect flashbacks as reliably as possible anywhere in the burner.
  • the sensors 11, 12 are connected via measuring lines 13 to an evaluation unit 9, which evaluates the measured values of the sensors 11, 12 and, in the case of courses that are characteristic of kickbacks, recognizes these and forwards them to the control and regulation unit 8.
  • This can then initiate suitable measures, in particular issue a warning message and/or a warning signal, switch off the heater and possibly restart it with changed operating parameters and/or also change parameters during operation.
  • the parameters are changed in such a way that the outlet speed of the fuel-air mixture from the holes 18 increases and thus the probability of a setback decreases.
  • an optical sensor 12 should be able to capture as large a partial area 20 of the interior space 15 as possible (ie detect light from this partial area 20).
  • the sensor 12 can preferably be arranged on one of the end faces 22, 23 and aligned with the interior space 15.
  • An arrangement on the inlet-side end face 22 can make sense, since its measuring line 13 should preferably not run through the combustion chamber 4, but rather through the inlet-side end face 22.
  • a temperature sensor 11 should be arranged in a representative zone 21 (i.e. a zone that is is influenced as equally as possible in different places).
  • the present invention allows flashbacks of flames 19 to be reliably detected with simple and robust instrumentation in the interior 15 of a burner 10 and countermeasures to be initiated in good time.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Feststellen eines Rückschlages einer Flamme (19) in einem Heizgerät (1), welches einen Brenner (10) aus gelochtem Blech mit Löchern (18) zum Austritt eines Brenngas-Luft-Gemisches in einen Verbrennungsraum (4) aufweist, wobei der Brenner (10) einen Innenraum (15) begrenzt, wobei die Flamme (19) an oder über einer Außenoberfläche (16) des Brenners (10) brennt und der Rückschlag von der Außenoberfläche (16) durch mindestens eines der Löcher (18) zu einer Innenoberfläche (17) und in den Innenraum (16) des Brenners (10) erfolgt und wobei ein thermischer und/oder optischer Effekt des Rückschlages mittels mindestens eines Sensors (11, 12) in dem Innenraum (15) des Brenners (10) beobachtet wird. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einer einfachen und robusten Instrumentierung im Innenraum (15) eines Brenners (10) Rückschläge von Flammen (19) sicher zu detektieren, und Gegenmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erkennung eines Flammenrückschlages in einen Brenner, der mit einem Gemisch aus einem Brenngas und Luft betrieben wird (Vormisch-Brenner).
  • Solche Brenner sind häufig aus gelochtem Blech gefertigt und können als sogenannte Flach- oder Zylinderbrenner ausgeführt werden. Meist werden runde Löcher verwendet, aber auch längliche Schlitze und andere Formen der Löcher sind möglich. Die Dimensionierung der Löcher sowie deren Anzahl/Flächeneinheit und Anordnung hat Einfluss auf die Flammenstabilität bei einer Verbrennung in einem Verbrennungsraum sowie auf die Verbrennungshygiene (Vollständigkeit der Verbrennung und Produktion von Schadstoffen). Je nach Eigenschaften eines eingesetzten Brenngases kann es bei gegebenem Brenner dazu kommen, dass die Flamme nicht auf oder kurz oberhalb einer Brenneroberfläche brennt, sondern in das Lochblech hineinwandert und sich das Brenngas-Luftgemisch bereits ungewollt auf der Innenseite des Lochbleches entzündet. Dies kann bei häufigem Auftreten zu thermischer Überlastung von Bauteilen im Brenner und/oder in einem vorgelagerten Gemischweg führen. Die Gefahr eines solchen Rückzündens ist dann besonders groß, wenn die Flammengeschwindigkeit des Brenngas-Luftgemisches höher ist als die Ausström-Geschwindigkeit an den Brennerlöchern/-schlitzen. Dies ist speziell beim Einsatz von reinem Wasserstoff als Brenngas oder Brenngas mit einem hohen Wasserstoffanteil von über 50% der Fall. In der Regel startet eine Rückzündung nur an einem oder wenigen Löchern/Schlitzen und breitet sich von dort aus. An welcher Stelle genau kann man nicht voraussagen, weil dies von Strömungs-Turbulenzen, thermischen Schwankungen und/oder anderen äußeren Einflüssen abhängen kann.
  • Wasserstoff unterscheidet sich bei seiner Verbrennung in mehreren Punkten von bisher häufig verwendeten Brenngasen, insbesondere ist eine Wasserstofflamme für das menschliche Auge fast unsichtbar, strahlt weniger Wärme ab als mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen erzeugte Flammen, und es werden andere Messsysteme benötigt als bei Heizgeräten für Brennstoffe aus Kohlenwasserstoffen. Trotzdem betrifft die vorliegende Erfindung gerade auch Brenner für Wasserstoff als Brenngas.
  • Bisher gibt es in Heizgeräten keine systematische Detektion von Flammenrückschlägen, sondern eher die Bemühung, durch geeignete Wahl von Betriebsparametern (die die Ausström-Geschwindigkeit größer als die Flammengeschwindigkeit halten) und geeignete Dimensionierung der Löcher die Wahrscheinlichkeit eines Flammenrückschlages zu senken. Zwar machen sich Flammenrückschläge z. B. durch Druckstöße und Geräusche bemerkbar, jedoch ist eine sichere Unterscheidung von anderen Effekten schwierig.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilwiese zu lindern und insbesondere, in einem mit einem Brenngas-Luft-Gemisch betriebenen Heizgerät einen Flammenrückschlag sicher zu detektieren, um entsprechende Maßnahmen zur Vermeidung oder auch eine Abschaltung des Heizgerätes einleiten zu können. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Anordnung geschaffen werden zum Feststellen eines Flammenrückschlages, wobei die Anordnung einfach und geeignet für einen Alltagsbetrieb eines Heizgerätes sein soll.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren und eine Anordnung sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
  • Hierzu trägt ein Verfahren bei zum Feststellen eines Rückschlages einer Flamme (Flammenrückschlag) in einem Heizgerät, welches einen Brenner aus gelochtem Blech mit Löchern zum Austritt eines Brenngas-Luft-Gemisches in einen Verbrennungsraum aufweist, wobei der Brenner einen Innenraum begrenzt, wobei die Flamme an und/oder über einer Außenoberfläche des Brenners brennt und der Rückschlag von der Außenoberfläche zu einer Innenoberfläche und in den Innenraum des Brenners erfolgt und wobei zumindest ein thermischer und/oder optischer Effekt des Rückschlages mittels mindestens eines Sensors in dem Innenraum des Brenners beobachtet wird.
  • Beim Betrieb eines Brenners ist es im Innenraum fast dunkel, weil kaum Licht von den Flammen außerhalb des Brenners durch die Löcher in den Innenraum fällt. Auch ist es im Innenraum relativ kalt gegenüber dem Verbrennungsraum außerhalb des Brenners, weil Luft und Brenngas typischerweise etwa auf Umgebungstemperatur zugeführt werden. Bei einem Flammenrückschlag in den Innenraum entstehen im Innenraum zumindest kurzzeitig eine Temperaturerhöhung und eine Lichtemission, welche beide mit Sensoren gemessen und aufgrund ihres Charakteristischen Erscheinens und/oder Verlaufs als Anzeichen für einen Flammenrückschlag interpretiert werden können.
  • Bevorzugt wird ein thermischer Effekt mittels mindestens eines Temperatursensors beobachtet. Im Falle eines Flammenrückschlags kommt es zu einer kurzzeitigen Temperaturerhöhung am Temperatursensor bzw. an mehreren Temperatursensoren, welche als Transient oder Schwellwert ausgewertet werden kann. Als Temperatursensoren kommen z.B. Thermoelemente in Frage, insbesondere solche, die nicht nur punktuell, sondern linienförmig ausgebildet sind. Thermoelemente sind robust, wartungsarm und langlebig.
  • Alternativ oder additiv kann ein optischer Effekt mittels mindestens eines optischen Sensors, der mindestens einen Teilbereich des Innenraumes erfasst, beobachtet werden. Im Regelfall fällt kaum Licht durch die Löcher im Brenner aus dem Brennraum in den Innenraum oder einen vorgelagerten Gemischweg. Im Fall des Flammenrückschlags wird sich Licht in den Gemischweg ausbreiten. Dieses kann, je nach verwendetem Brenngas, sowohl im ultravioletten als auch im infraroten Bereich liegen. Bei der Verbrennung von Wasserstoff ist der ultraviolette Anteil dominierend, so dass dafür ein für diesen Anteil empfindlicher optischer Sensor verwendet wird.
  • Insbesondere werden nach Feststellung eines Rückschlags (i) Parameter beim Betrieb des Heizgerätes geändert oder (ii) das Heizgerät ausgeschaltet und möglicherweise mit veränderten Parametern wieder gestartet, wobei (jeweils) mindestens ein Parameter so verändert wird, dass die Wahrscheinlichkeit eines Rückschlages der Flamme verringert wird. Wird durch eines der bisher beschriebenen Verfahren ein Flammenrückschlag erkannt, so können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Im einfachsten Fall wird der Brenner nicht wieder gestartet und z.B. eine Wartungs- bzw. Warnmeldung auf einer Anzeigeeinheit (oder z. B. per Datenübertragung an eine Zentrale) ausgegeben.
  • Alternativ oder additiv können für den nächsten Brennerzyklus auch die Betriebsparameter so angepasst werden, dass kein Flammenrückschlag mehr passiert. Man kann z.B. durch Anhebung einer Gebläse-Drehzahl und ggf. proportional dazu einer Gasmenge in dem Heizgerät den Brenngas-Luft-Volumenstrom anheben. Dadurch erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit in den Löchern im Brenner und ist dann oberhalb der Flammengeschwindigkeit, so dass kein Risiko für einen Flammenrückschlag mehr besteht.
  • Es kann auch z. B. ausreichen, das Brennstoff-Luft-Gemisch abzumagern, indem man entweder bei konstantem Brenngas-Volumenstrom die Luftmenge erhöht (durch Erhöhung der Gebläse-Drehzahl) oder bei konstanter Gebläse-Drehzahl die Gasmenge durch Verstellung eines Gasventils reduziert. Auch durch diese Maßnahmen erhöht man die Strömungsgeschwindigkeit bzw. reduziert man die Flammengeschwindigkeit.
  • Zur Lösung der Aufgabe dient auch eine Anordnung in einem Heizgerät zum Feststellen eines Rückschlages einer Flamme, die an oder über einer Außenoberfläche eines Brenners aus einem gelochten Blech mit Löchern zum Austritt eines Brenngas-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsraum brennt, hin zu einer Innenoberfläche des Brenners, wobei in einem von dem gelochten Blech begrenzten Innenraum des Brenners mindestens ein optischer Sensor und/oder mindestens ein Temperatursensor vorhanden ist, der mit einer Auswerteeinheit verbunden ist.
  • Bevorzugt ist der Sensor mindestens ein optischer Sensor, der mindestens einen Teilbereich des Innenraumes erfasst und empfindlich für Emissionen ist, die bei Verbrennung des Brenngas-Luft-Gemisches entstehen. Günstig ist es beispielsweise, wenn der optische Sensor so ausgerichtet und ausgebildet ist, dass er sich im Innenraum ausbreitende Flammen detektieren kann. Dazu insbesondere kann eine Position in der Nähe eines Einlasses für Brenngas-Luft-Gemisch dienen.
  • In einer anderen Ausführungsform ist der Sensor mindestens ein Temperatursensor, der in mindestens einer für thermische Effekte eines Rückschlages repräsentativen Zone des Innenraumes angeordnet ist. Da die Flammen bei einem Rückschlag von der Innenoberfläche des Brenners ausgehend nach innen wandern, ist z. B. eine Anordnung entlang der Innenoberfläche (in Kontakt oder in der Nähe) sinnvoll, wobei es für verschiedene Orte der Entstehung eines Flammenrückschlages besonders nützlich ist, mehrere solche Temperatursensoren verteilt über die Innenoberfläche vorzusehen.
  • Besonders bevorzugt sind mehrere Sensoren vorhanden, darunter mindestens ein optischer Sensor und mindestens ein Temperatursensor. Dabei können mehrere Sensoren der gleichen Art auch zusammengeschaltet sein, um die Anzahl an Zuleitungen zu begrenzen und trotzdem möglichst umfassend den Innenraum zu überwachen.
  • Insbesondere sind alle Sensoren mit einer Auswerteeinheit verbunden, die eingerichtet ist, aus den von den Sensoren übermittelten Messwerten Rückschläge von Flammen zu erkennen und dies an eine Steuer- und Regeleinheit weiterzugeben.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft auch ein Computerprogramprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebene Anordnung das beschriebene Verfahren ausführt. Die Auswertung der vom Sensor gemessenen Daten und deren weitere Verwendung im Heizgerät benötigen ein Programm und Daten für die Steuerung des Heizgerätes, wobei beides gelegentlich aktualisiert werden muss.
  • Die Erläuterungen zum Verfahren können zur näheren Charakterisierung der Anordnung herangezogen werden, und umgekehrt. Die Anordnung kann auch so eingerichtet sein, dass damit das Verfahren durchgeführt wird.
  • Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
    • Fig. 1: ein Heizgerät mit im Brenner angeordneten Messsystemen und
    • Fig. 2: eine Vergrößerung eines Ausschnitts mit dem Brenner aus Fig. 1.
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Heizgerät 1, welches mit einem Brenngas, insbesondere Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Brenngas, betreibbar ist. Über eine Luftansaugung 2 wird Luft von einem Gebläse 3 zu einem Verbrennungsraum 4 geführt. Der Luft wird ein über eine Brenngaszufuhr 5 und ein Brenngasventil 6 in einem Mischelement 7 Brenngas zugemischt. Dieses Brenngas-Luft-Gemisch strömt durch einen Brenner 10 und durch Löcher 18 in diesem in den Verbrennungsraum 4, wo es unter Bildung von Flammen 19 verbrannt wird. Die Flammen werden meist von einer Zündelektrode 24 gezündet, die über eine Zündleitung 25 angesteuert wird. In einem normalen Betrieb strömt das Gemisch so schnell aus den Löchern 18, dass Flammen 19 stabil an oder über einer Außenoberfläche 16 des Brenners 10 brennen und nicht durch die Löcher 18 zu einer Innenoberfläche 17 des Brenners 10 und damit in einen Innenraum 15 des Brenners 10 gelangen können. Die Löcher 18 sind so geformt, dimensioniert und in Anzahl und Verteilung gewählt, dass bei allen Betriebszuständen stabile Flammen entstehen können. Dies ist jedoch bei Wasserstoff schwieriger als bei anderen Brenngasen, da Wasserstoff-Luftgemisch eine sehr hohe Flammengeschwindigkeit hat und bei seiner Verbrennung viel Energie pro Volumeneinheit frei wird. Typischerweise hat ein Brenner 10 eine zylindrische Form mit einer eingangsseitigen Stirnseite 22 und einer ausgangsseitigen Stirnseite 23, wobei die Löcher nur in einem zylindrischen Mantel angeordnet sind. Es gibt aber auch andere Bauformen von Brennern, für die das hier vorgeschlagene Konzept ebenfalls sinngemäß anwendbar ist. Bei der Verbrennung entstehende Abgase werden über eine Abgasanlage 26 abgeführt. Eine Steuer- und Regeleinheit 8 steuert bzw. regelt den gesamten Betrieb des Heizgerätes 1, insbesondere durch Daten über Steuerleitungen 14 an das Gebläse 3 und das Brenngasventil 6. Auch ein Zündvorgang mittels der Zündelektrode 24 beim Start des Heizgerätes 1 wird durch die Steuer- und Regeleinheit 8 gesteuert.
  • Beim Start oder Betrieb des Heizgerätes 1 kann nicht immer ausgeschlossen werden, dass es zu einem sogenannten Rückschlag von Flammen 19 durch eine oder mehrere der Löcher 18 kommt. Dabei gelangt eine Flamme 19 von der Außenoberfläche 16 des Brenners 10 zur Innenoberfläche 17 und entzündet dort das Brenngas-Luft-Gemisch im Innenraum 15. Dies führt zu unerwünschten Effekten und kann sogar Schäden durch Druckimpulse oder überhöhte Temperatur an dafür nicht ausgelegten Teilen auslösen. Neben Maßnahmen zur Verhinderung von Rückschlägen oder zur Verringerung von deren Folgen ist es daher auch wünschenswert, Rückschläge schnell zu erkennen, um Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Dazu dienen mindestens ein optischer Sensor 12 und/oder mindestens ein Temperatursensor 11, die im Innenraum 15 angeordnet sind. Bevorzugt werden beide Arten von Sensoren gleichzeitig eingesetzt, bei Bedarf auch mehrere von einer Art räumlich verteilt, um Rückschläge überall im Brenner möglichst sicher detektieren zu können. Die Sensoren 11, 12 sind über Messleitungen 13 mit einer Auswerteeinheit 9 verbunden, die die Messwerte der Sensoren 11, 12 auswertet und bei für Rückschläge charakteristischen Verläufen diese erkennt und an die Steuer- und Regeleinheit 8 weitergibt. Diese kann dann geeignete Maßnahmen einleiten, insbesondere eine Warnmeldung und/oder ein Warnsignal abgeben, das Heizgerät abschalten und eventuell mit geänderten Betriebsparametern neu starten und/oder auch im Betreib Parameter ändern. Dabei werden Parameter so verändert, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches aus den Löchern 18 steigt und damit die Wahrscheinlichkeit eines Rückschlages fällt. Um möglichst alle Rückschläge unabhängig vom Ort ihrer Entstehung detektieren zu können sollte ein optischer Sensor 12 einen möglichst großen Teilbereich 20 des Innenraumes 15 erfassen (d. h. Licht aus diesem Teilbereich 20 detektieren) können. Dazu kann der Sensor 12 bevorzugt an einer der Stirnseiten 22, 23 angeordnet und auf den Innenraum 15 ausgerichtet sein. Eine Anordnung an der eingangsseitigen Stirnseite 22 kann sinnvoll sein, da seine Messleitung 13 bevorzugt nicht durch den Verbrennungsraum 4 verlaufen sollte, sondern durch die eingangsseitige Stirnseite 22. Ein Temperatursensor 11 sollte in einer repräsentativen Zone 21 angeordnet sein (also einer Zone, die bei Rückschlägen an unterschiedlichen Orten möglichst gleichermaßen beeinflusst wird). Es kann aber zur sicheren Erfassung aller Rückschläge sinnvoll oder erforderlich sein, mehrere, bevorzugt 5 -15 cm [Zentimeter] langgestreckte Sensoren 11 zu verwenden. Diese können insbesondere nahe oder an der Innenoberfläche 17 verlaufen, da dort die stärksten Temperatureffekte eines Rückschlages zu erwarten sind.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einer einfachen und robusten Instrumentierung im Innenraum 15 eines Brenners 10 Rückschläge von Flammen 19 sicher zu detektieren und Gegenmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Luftansaugung
    3
    Gebläse
    4
    Verbrennungsraum
    5
    Brenngaszufuhr
    6
    Brenngasventil
    7
    Mischelement
    8
    Steuer- und Regeleinheit
    9
    Auswerteeinheit
    10
    Brenner
    11
    Temperatursensor
    12
    Optischer Sensor
    13
    Messleitungen
    14
    Steuerleitungen
    15
    Innenraum (des Brenners)
    16
    Außenoberfläche (des Brenners)
    17
    Innenoberfläche (des Brenners)
    18
    Löcher
    19
    Flammen
    20
    Teilbereich
    21
    Repräsentative Zone
    22
    Eingangsseitige Stirnseite
    23
    Ausgangsseitige Stirnseite
    24
    Zündelektrode
    25
    Zündleitung
    26
    Abgasanlage

Claims (11)

  1. Verfahren zum Feststellen eines Rückschlages einer Flamme (19) in einem Heizgerät (1), welches einen Brenner (10) aus gelochtem Blech mit Löchern (18) zum Austritt eines Brenngas-Luft-Gemisches in einen Verbrennungsraum (4) aufweist, wobei der Brenner (10) einen Innenraum (15) begrenzt, wobei die Flamme (19) an oder über einer Außenoberfläche (16) des Brenners (10) brennt und der Rückschlag von der Außenoberfläche (16) durch mindestens eines der Löcher (18) zu einer Innenoberfläche (17) und in den Innenraum (15) des Brenners (10) erfolgt und wobei zumindest ein thermischer Effekt des Rückschlages oder ein optischer Effekt des Rückschlages der Flamme (19) mittels mindestens eines Sensors (11, 12) in dem Innenraum (15) des Brenners (10) beobachtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein thermischer Effekt des Rückschlages der Flamme (19) mittels mindestens eines Temperatursensors (11) beobachtet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein optischer Effekt des Rückschlages der Flamme (19) mittels mindestens eines optischen Sensors (12), der mindestens einen Teilbereich (20) des Innenraumes (15) erfasst, beobachtet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Feststellung eines Rückschlags der Flamme (19) Parameter beim Betrieb des Heizgerätes (1) geändert oder das Heizgerät (1) ausgeschaltet und mit veränderten Parametern wieder gestartet wird, und wobei mindestens ein Parameter so verändert wird, dass die Wahrscheinlichkeit eines Rückschlages der Flamme (19) verringert wird.
  5. Anordnung in einem Heizgerät (1) zum Feststellen eines Rückschlages einer Flamme (19), die an oder über einer Außenoberfläche (16) eines Brenners (10) aus einem gelochten Blech mit Löchern (18) zum Austritt eines Brenngas-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsraum (4) brennt, zu einer Innenoberfläche (17) des Brenners (10), wobei in einem von dem gelochten Blech begrenzten Innenraum (15) des Brenners (10) mindestens ein optischer Sensor (12) und/oder mindestens ein Temperatursensor (11) vorhanden ist, der mit einer Auswerteeinheit (9) verbunden ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Sensor mindestens ein optischer Sensor (12) ist, der mindestens einen Teilbereich (20) des Innenraumes (15) erfasst und empfindlich für Emissionen ist, die bei Verbrennung des Brenngas-Luft-Gemisches entstehen.
  7. Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Sensor mindestens ein Temperatursensor (11) ist, der in mindestens einer für thermische Effekte eines Rückschlages der Flamme (19) repräsentativen Zone (21) des Innenraumes (15) angeordnet ist.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei mindestens ein Temperatursensor (11) mit einer Länge von 5 bis 15 cm entlang der Innenoberfläche (17) des Brenners (10) verläuft.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei mehrere Sensoren (11, 12) vorhanden sind, darunter mindestens ein optischer Sensor (12) und mindestens ein Temperatursensor (11).
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei alle Sensoren (11, 12) mit einer Auswerteeinheit (9) verbunden sind, die eingerichtet ist, aus den von den Sensoren (11, 12) übermittelten Messwerten Rückschläge von Flammen (19) zu erkennen und dies an eine Steuer- und Regeleinheit (8) weiterzugeben.
  11. Computerprogramprodukt umfassend Befehle, die bewirken, dass die Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausführt.
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