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Zur überwachung der Flamme von Gasbrennern sind verschiedene Anordnungen bekannt, bei denen ein
Thermoelement oder Bimetall-Streifen in die Flamme eintauchen, wobei der bei brennender Flamme entstehende
Thermostrom bewirkt, dass ein Magnetventil offen gehalten wird. Bei diesen Vorrichtungen der
Flammenüberwachung lassen sich jedoch keine kurzen Schliesszeiten erreichen, so dass üblicherweise nur atomosphärische Brenner mit diesen Überwachungseinrichtungen ausgestattet werden dürfen.
Andere gebräuchliche Überwachungsvorrichtungen basieren auf der Ausnutzung der Ultraviolett-Strahlung einer Gasflamme. Diese Methode ist aber wegen der kostspieligen UV-Detektoren und auch infolge der grossen
Anfälligkeit derselben gegenüber Verschmutzung nur im begrenzten Umfang anwendbar.
Weiters ist es bei Überwachungsvorrichtungen von Gasbrennern bekannt, den Ionisationseffekt der Flamme auszunutzen. üblicherweise werden zwei Elektroden im Bereich der Reaktionszone der Flamme angeordnet, wobei die Brennerrohrmündung als die eine Elektrode verwendet werden kann und die Gegenelektrode meist durch ein Porzellanrohr an die Brennermündung herangeführt wird. Wird nun an diese Elektroden eine
Wechselspannung angelegt, so wird durch die Ionisation des Gases ein Wechselstrom geringer Stärke, u. zw. in
Höhe einiger Mikroampere, bewirkt, dem infolge der unterschiedlichen Ladungsträgerkonzentration ein gleichfalls kleiner Gleichstromanteil überlagert ist.
Da die nachgeschaltete Elektronik jedoch nur auf Gleichstrom anspricht, wird ein auftretender Kurzschluss, der durch Verrussen des Brenners oder infolge mangelnder Isolation entstehen kann, durch Ausfall des Gleichstromes über Kontrollvorrichtungen angezeigt.
Während bei Zündbrennern mit konstantem Gas-Luft-Gemisch eine optimale Ionisation verhältnismässig leicht realisierbar ist, liegen die Verhältnisse bei überwachten Hauptbrennern, die mit hohen Nennleistungen und je nach gefahrener Menge mit verändertem Gas-Luft-Mischungsverhältnis arbeiten, wesentlich schwieriger. Zwar steigt der durch die Flamme fliessende Wechselstrom annähernd proportional mit der angelegten Spannung, jedoch gilt dies nicht auch für den Gleichrichtereffekt.
So zeigt es sich, dass bei Verwendung von Überwachungseinrichtungen bei Gasbrennern, die mit höheren
Betriebsspannungen, nämlich 50 V Wechselstrom und darüber, arbeiten, der Gleichrichtereffekt im unteren
Drittel der Nennleistung des Brenners ein sehr instabiles Verhalten aufweist. Dies führt dazu, dass es sogar zur
Polaritätsumkehr kommen kann, was weiters zur Folge hat, dass die Kontrolleinrichtung trotz brennender
Flamme einen Ausfall anzeigt.
Durch spezielle Brennerformen und Elektrodenausführungen ist es zwar möglich, Verbesserungen zu erzielen. Allerdings sind diesen Bemühungen Grenzen gesetzt, da die Elektrode direkt in die heisse Flamme eintauchen muss und aus diesem Grund der Elektrodenverschleiss relativ hoch ist.
Es sind auch wechselstromgespeiste Flammenüberwachungsgeräte für Brenner bekannt, in deren
Eingangskreis ein MOS-Feldeffekt-Transistor Verwendung findet. Da dieses Bauelement besonders empfindlich gegenüber Spannungsimpulsen ist und somit von diesen leicht zerstört werden könnte, sind notwendige Begrenzungen der Eingangsspannung schaltungstechnisch unbedingt erforderlich. Diese Begrenzung kann durch einen VDR-Widerstand oder durch eine Zenerdiode erfolgen. Allerdings ist damit zur Erzielung eines einwandfreien Schaltzustands eine Erhöhung der angelegten Hilfsspannung verbunden.
Die bei solchen überwachungseinrichtungen des Betriebszustandes bei Gasbrennern erforderliche hohe
Spannung erweist sich dabei aber als ungünstig, wozu noch sicherheitstechnische Gründe hinzukommen.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Schaltungsanordnung für eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebszustandes von Gasbrennern unter Ausnutzung des durch zwei unter Wechselspannung stehenden und in den Brennerflammenbereich eintauchenden Elektroden entstehenden lonisationseffektes, bei welcher Schaltungsanordnung eine Elektrode direkt an einem Ladekondensator mittlerer Kapazität liegt und der Innenwiderstand der Brennerflamme in eine Siebschaltung miteinbezogen ist, deren Ausgangsspannung einem Verstärker zugeleitet ist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die für die Erzeugung des lonisationseffektes notwendige Wechselspannung gleich oder kleiner 25 V ist und im Eingangsteil des Verstärkers Transistoren vom pnp-Typ vorgesehen sind, deren erstem das am Siebglied abgegriffene negative Nutzsignal direkt zugeleitet ist.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Schaltschemas für zwei oder mehrere Gasbrenner erfolgt zusätzlich ein Parallelschalten der Hilfsspannung aus einer Wicklung der zentralen Stromversorgung, wobei die Brennerrohre geerdet werden.
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Schaltschemas zur Überwachung des Betriebszustandes von Gasbrennern vorgeschlagene Vorrichtung besteht aus einem Siebkondensator, der zusammen mit der Impedanz der Ionisationsstrecke den ersten Siebkreis ergibt, einem zweitem Siebkreis, gebildet aus einem weiteren Siebkondensator und einem Siebwiderstand, einem mehrstufigen Transistorverstärker mit einer Verstärkung grösser als 2500 und einem Eingangswiderstand grösser oder gleich als lOMOhm, einem Hilfsrelais, einer Schutzdiode und zwei weiteren Dioden zur internen Gleichrichtung der Hilfsspannung in der überwachungsschaltung.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Schaltschemas ergibt sich, dass eine klare Anzeige eines Kurzschlusses am Brenner bereits bei Schwellspannungen des Verstärkereinganges von mindestens 0, 7 V ermöglicht wird, wobei es aber nur zur unerheblichen Schwächung des Gleichstromnutzsignals kommt. Der Eigenverbrauch der Schaltung wird durch die Verwendung von hoch verstärkenden Transistoren äusserst niedrig gehalten.
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Die Verwendung der niedrigen Betriebsspannung der Überwachungseinrichtung bewirkt aber nicht nur eine wesentliche Erhöhung der Stabilität des Gleichstromanteiles des Ionisationsstromes, auch die Gefahr von
Kurzschlüssen auf Grund mangelhafter Isolation oder Verrussung des Brenners wird erheblich eingeschränkt. Vom sicherheitstechnischen Standpunkt sind diese niedrigen Spannungen besonders zu begriissen. In weiterer Folge wird es durch die Verwendung von Transistoren des pnp-Typs möglich, eine der Polarität des Nutzsignals entsprechende optimale Anpassung der Schaltung an den Brenner zu erhalten, wodurch sich eine wesentliche
Vereinfachung der Stromversorgung ergibt, da für sämtliche am Ofen montierte Brenner nur eine gemeinsame Wicklung des Versorgungstrafos benötigt wird.
Dabei wird die in die Flamme eintauchende Elektrode direkt an den "heissen" Pol des Einganges gelegt, während die zweite von der Brennerrohrmündung gebildete Elektrode geerdet wird.
Nach der Erfindung wird mit Transistoren vom pnp-Typ gearbeitet, die einerseits keine Schutzbeschaltung mit Zenerdiode oder VDR-Widerstand benötigen, wodurch das volle Nutzsignal verarbeitet wird und anderseits dieses durch hohe Stromverstärkung und den Eingangswiderstand des Verstärkers von den zur Glättung der Restwechselspannung notwendigen Siebgliedern kaum beeinflusst wird.
In der Zeichnung ist in Form eines Ausführungsbeispieles das erfindungsgemässe Schaltschema dargestellt.
An die Brennerelektrode--BE-und an die Gegenelektrode-GE--ist ein Wechselstrom mit einer Spannung von 25 V angelegt. Der Siebkreis--l--wird gebildet vom Siebkondensator--Cl--und der Impedanz-Zf-der Ionisationsstrecke. Der Siebkreis --2-- besteht aus dem Siebkondensator-C2-- und dem Siebwiderstand--R2--. Hinzu kommt ein mehrstufiger Transistorverstärker--T--mit V > 2500 und Re > 10 MOhm. Mit--R--ist ein Hilfsrelais, mit--S-eine Schutzdiode bezeichnet, während die Dioden--Dl und D2--zur internen Gleichrichtung der Hilfsspannung in der Überwachungsschaltung dienen.
Mit--ES--ist die Ersatzschaltung der Ionisationsstrecke bezeichnet.