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Schaltanordnung für eine Feuerungsanlage Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung für die Überwachung des zeitlichen Ablaufes verschiedener Startphasen einer Feue- rungsanlage mit Flammenwächter und für die Sicherung dieser Anlage gegen Störfälle.
Für die Flammenüberwachung bei Feuerungs- anlagen sind Sicherheitsschaltungen bekannt, welche den zeitlichen Ablauf der einzelnen, je nach Grösse der Anlage verschiedenen Startphasen ermöglichen. Die Weiterentwicklung dieser Feuerungsanlagen sowie der dafür angewandten Brenner bringen es mit sich, dass auch die Sicherheitsbestimmungen wesentlich verschärft werden müssen. Ausserdem entsteht Zwangsläufig mit diesen erhöhten Sicherheitsforderungen die Verpflichtung, die Schaltautomatik derart auszubauen, dass eine umfassende Selbstkontrolle aller den zeitlichen Ablauf der Startphasen bewirkenden Baugruppen vorhanden ist.
Die bekannten Sicherheitsanordnungen zur Flammenüberwachung in Verbrennungsräumen bestehen in der Regel aus dem Flammenwächter und dem Steuergerät, welches auch die Sicherheitsabschaltung der Anlage bei Nichtentstehen oder Verlöschen der Flamme bewirkt.
Der zeitliche Verlauf der verschiedenen Startphasen sowie die Einhaltung der sich aus den verschärften Sicherheitsvorschriften ergebenden Zeiten entsprechend der Brennerkapazität lassen den Funktionsablauf dieser bekannten Schaltanordnungen mit einfachen Zeitgliedern als nicht mehr ausreichend in bezug auf Sicherheit erscheinen.
Es sind ferner kompliziertere Schaltanordnungen bekannt, bei welchen der zeitliche Ablauf der Startphasen sowie der Sicherheitsabschaltung durch ein von einem Synchronmotor angetriebenes Nockenschaltwerk erfolgt. Diese Sicherheitsschaltungen, wel- che bisher zur Hauptsache für industrielle Anlagen eingesetzt wurden, entsprechen im allgemeinen den gestellten Sicherheitsanforderungen bzw. -Vorschriften, scheiden aber, bedingt durch den erforderlichen Aufwand, für eine Anwendung an modernen Brenneranlagen für Wohnraumh eizungen aus.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Realisierung einer Schaltanordnung, die in bezug auf Programmablauf, Einhaltung der Sicherheitszeiten bei Störfällen sowie Selbstüberwachung der Baugruppen mit geringstem schaltungstechnischem Aufwand den Forderungen der verschiedenen Ländervorschriften bzw. Normen gerecht wird.
Die Schaltanordnung gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Startstromkreis ein Regelthermostat geschaltet ist, wobei ein Startrelais beim Schliessen des Thermostats Spannung über ein Verzögerungsglied im gleichen Stromkreis erhält und beim Anziehen die Stromkreise einer Zündeinrichtung sowie .eines Brennermotors schliesst, dass in dem vom Startrelais geschalteten Teil der Automatik die Heiz- wicklung eines thermischen Zündrelais und weitere getrennte Stromkreise vorgesehen sind, derart, dass die Kontakte des Zündrelais nach dessen Aufheszzeit den Stromkreis eines Brennstoffventils schliessen;
ferner, dass ein weiteres, als Sicherheitsrelais wirkendes thermisches Relais im Startstromkreis vorgesehen .ist, welches über sich schliessende Kontakte :des Zünd- relais Spannung erhält ,und vom Zeitpunkt der Brenn- stoff-Freigabe durch :
das Ventil an eine Sicherheits- zeit überwacht und bei Nichtentstehen oder Verlöschen der Flamme nach Ablauf dieser einstellbaren Sicherheitszeit einen Umschaltkontakt betätigt, der die Automatik der Anlage spannungslos macht und die Phase auf die Klemme einer Störlampe .umschaltet,
dass bei der Flammenbildung und somit beim Anzie-
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hem eines Flammenwächterrelais der Stromkreis des Sicherheitsrelais unterbrochen und derjenige des Zündrelais spannungslos wird;
ferner, dass ein weiteres Relais, ein Betriebsrelais, vorhanden ist, welches beim Anziehen des Flammenwächterrelais anzieht, sich selbst über einen Selbsthaltekontakt hält und eine Umleitung des Zündstromkreises übereinen noch geschlossenen Kontakt des thermischen Zündrelais vornimmt, wodurch die Zündeinrichtung nach Ablauf einer durch die Abkühlung des thermischen Zünd- relais bedingten Nachzündzeit spannungslos wird, und dass separate Klemmenanschlüsse für entsprechende Leitungen vorgesehen sind, so dass eine Programm- änderung durch externes Vertauschen der Leitungen an diesen Anschlüssen möglich ist.
Im folgenden soll anhand der beigefügten Zeichnungen die Erfindung erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Schaltanordnung in der Bereitschaftsstellung, Fig. 2 dieselbe Schaltanordnung in der Betriebsstellung, Fig. 3 den mit dieser Anordnung durch externe Umschaltung erzielbaren Programmablauf einer Anlage für den Fall, dass diese mit Brennstoffventil für Dauererregung arbeitet, Fig. 4 den durch externe Umschaltung erzielbaren Programmablauf der Anlage für den Fall, dass diese mit Brennstoffventil für elektrische Impulserregung und z. B. hydraulischer Selbsthaltung arbeitet, und Fig. 5 einen weiteren, durch Umschaltung erzielbaren Programmablauf der Anlage für den Fall, dass diese ohne Brennstoffventil arbeitet.
In den Fig. 1 und 2 stellen die stärker ausgezogenen Linien die in der betreffenden Phase des Funktionsablaufes an Spannung liegenden Stromkreise dar. Mit 1 bis 12 sind die Klemmenanschlüsse für den externen Anschluss der Leitungen entsprechend den unterschiedlichen Programmen der verschiedenen Brennertypen bezeichnet.
Der zur Sicherheitsautomatik gehörende Flammenwächter besteht aus einem lichtempfindlichen Flammenfühler 13, einem Verstärker 14 und einem Flammenwächterrelais 15. Der beispielsweise als Photowiderstand ausgebildete Fühler 13 ändert seinen Widerstand infolge der Belichtung, sobald sich die Flamme gebildet hat. Diese Widerstandsänderung steuert den Verstärker 14 aus und lässt das Relais 15 anziehen. Das Relais 15 ist mit fünf Kontakten 16 bis 20 ausgerüstet, deren Funktion später beschrieben wird.
Die gesamte Schaltanordnung ist an der Phase 21 und dem Nulleiter 22 an einem Wechselstromnetz angeschlossen. Die Phase 21 ist über eine Netzsicherung 23, einen Handschalter 24 und einen Sicherheitsthermostat 25 an die Klemme 1 angeschlossen, während der Nulleiter 22 direkt an die Klemme 2 gelegt wird. Zwischen den Klemmen 7 und 9 liegt ein Regelthermostat 26, der die Ein- und Ausschaltung der Anlage vornimmt. Beim Schliessen dieses Thermostats erhält ein Startrelais 28, welches mit einem Verzögerungsglied 27, beispielsweise ein NTC-Widerstand in Reihe geschaltet ist, Spannung.
Dieses Relais ist mit zwei Kontakten 29 und 30 ausgerüstet. Über den Umschaltkontakt 29 hält sich das Relais 28 nach erfolgtem verzögertem Aufziehen an Spannung, während der Kontakt 30 beim Anziehen des Relais 28 schliesst und die Phase über einen geschlossenen Kontakt 42 an die Klemme 5 eines Zünd- transformators 31, an die Klemme 8 eines Brennermotors 32 und über den geschlossenen Kontakt 17 des Relais 15 an die Heizwicklung eines thermischen Zündrelais 33 legt.
Das thermische Relais 33 besitzt zwei Kontakte 34 und 35, wobei der Kontakt 34 die Phase über den geschlossenen Kontakt 42 erhält und an Klemme 3 legt, an welcher z. B. ein Brennstoff-Ventil 36 angeschlossen ist. Von dieser Klemme 3 erhält die Klemme 6 über den geschlossenen Kontakt 18 des Relais 15 ebenfalls Spannung. Gleichzeitig wird durch den anderen Kontakt 35 ein zweites thermisches Relais 37 aufgeheizt, und zwar so lange, als Kontakt 16 des Flammenwächterrelais 15 geschlossen ist.
Dieses im Startstromkreis geschaltete thermische Relais 37 wird als Sicherheitsrelais eingesetzt, dessen Umschaltkontakt 38 bei Nichtentstehen der Flamme die Automatik nach Beendigung der Sicherheitszeit spannungslos macht und die Phase 21 somit auf Klemme 12 einer Störlampe 39 umschaltet.
Die Widerstandsänderung bei Belichtung des zwischen den Klemmen 10 und 11 geschalteten Flam- menfühlers 13 lässt das Flammenwächterrelais 15 anziehen, wobei -die Kontakte 16, 17 und 18 beim Erregen des Relais geöffnet -und die Kontakte 19 und 20 geschlossen werden. :Die thermischen Relais 33 und 37 sowie der Stromkreis .des eventuell an Klemme 6 .angeschlossenen Impulsventils 49 werden dabei spannungslos, während ein Betriebsrelais 40, welches sich selbst über einen Kontakt 41 an Spannung hält, durch .Schliessen des Kontaktes 20 eingeschaltet wird.
Die beiden ,anderen Kontakte 42 und 43 dieses Relais 40 dienen der Stromkreisunterbrechung bzw. der Umleitung des Zündstrornk reises der Klemme 5.
.Ein Kondensator 44 ist in Serie mit dem Relais 28 geschaltet, so dass dieses Relais während des Normalbetriebes die erforderliche Haltespannung erhält. Ein weiterer Kondensator 45 ist dem .Startrelais 28 parallel geschaltet und dient der Erhaltung der erforderlichen Impedanz. Die Kontaktstellungen der .einzelnen Relais sind in Fig. 1 für die Bereitschaftsstellung der Automatik und .in Fig. 2 für die Betriebsstellung derselben angegeben. Da im folgenden die Betriebsweise der Automatik eingehend beschrieben wird, ist auf eine nähere Darstellung der einzelnen zwischen Bereitschaft und Betrieb liegenden Startphasen bzw. Funktion der Sicherheitsüberwachung verzichtet worden.
Im übrigen sind in den Fig. 3, 4 und 5 drei Programmabläufe dargestellt, die durch externe Umschaltung der Leitungen an den Klemmen-
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anschlüssen 3, 6 und 8 im vorliegenden Ausführungsbeispiel gesteuert werden können.
In der Fig. 3 ist der Funktionsablauf des normalen Starts einer Anlage, wie sie in Fig. 1 und 2 geschaltet ist, dargestellt. Schliesst der Regelthermostat 26, so erhält das Startrelais 28 Spannung in einem Stromkreis über den Umschaltkontakt 38, den Thermostat 26, die Kontakte 43 und 16, die Wicklung des Sicherheitsrelais 37, das Verzögerungsglied 27 und den Umschaltkontakt 29. Nach einer Wartezeit 46 (Fig. 3) von beispielsweise 30 Sekunden beginnt die Vorspülung mit der Vorzündzeit 47, bei welcher sowohl der Motor 32 als auch die Zündung über den Transformator 31 eingeschaltet wird. Sobald diese Vorspülung von beispielsweise 20 Sekunden beendet ist, wird das Brennstoffventil 36 betätigt.
Von diesem Zeitpunkt der Brennstoff-Förderung in den Verbrennungsraum beginnt die Phase 54 der Sicherheitszeit und die Flamme 48 müsste sich während dieser Zeit bilden. Im Ausführungsbeispiel der Fing. 1 und 2 ist der Motor 32 an Klemme 8 angeschlossen und über den Kontakt 30 des Startrelais 28 an Spannung gelegt. Das Brennstoffventil 36 mit Dauererregung ist an Klemme 3 angeschlossen und wird über den Kontakt 34 an Spannung gelegt.
Bei der der Fig.4 entsprechenden Schaltungsweise arbeitet die Anlage mit einem Impulsventil 49, welches durch einen Impuls 50 elektrisch erregt und dann z. B. hydraulisch selbst gehalten wird. Bei dieser Schaltungsweise befindet sich der Motor ebenfalls an Klemme 8, das Impulsventil 49 hingegen an Klemme 6, deren Stromkreis beim Schliessen des thermischen Zündrelais 33 über dessen Kontakt 34 und über den Kontakt 18 des Flammenwächterrelais 15 mit Spannung versorgt wird. Dieser Kontakt 18 wird beim Anziehen des Flammenwächterrelais 15 geöffnet und macht den Stromkreis der Klemme 6 spannungslos, wobei sich das Brennstoffventil durch z. B. hydraulische Selbsthaltung 51 hält.
Der in der Fig. 5 dargestellte Programmablauf zeigt die verschiedenen Phasen für den Fall, dass die Anlage ohne Brennstoffventil arbeitet. Der Brenner- motor 52 wird zwischen die Klemmen 3 und 4 geschaltet und über den Kontakt 34 des thermischen Zündrelais 33 an Spannung gelegt. Der Motor wird somit erst nach der soggenannten Vorzündung 48 von beispielsweise 20 Sekunden eingeschaltet. Bei den Funktionsabläufen der Fig. 3, 4 und 5 ist die dritte Phase 54 als feste Zeitdauer dargestellt.
Bei Nichtentstehen bzw. Verlöschen der bereits entstandenen Flamme stellt diese Phase die Sicherheitszeit bis zur Umschaltung des Kontaktes 38 dar. Bildet sich jedoch nach Schliessen der Kontakte 34 und 35 des thermischen Zündrelais 33 die Flamme, so wird der Stromkreis des thermischen Sicherheitsrelais 37 durch den Kontakt 16 des Flammenwächterrelais 15 unterbrochen. In diesem Fall bedeutet die Phase 54 nicht nur den Teil der Sicherheitszeit bis zur Flammenbildung, sondern auch die als Nachzünd- zeit bezeichnete Zeitdauer der Abkühlung des thermischen Zündrelais 33.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Automatik in Verbindung miteinem Flammenwächter und einem handelsüblichen Brenner ist folgende: In der Bereitschaftsstellung der Automatik sind der Handschalter 24 sowie der Sicherheitsthermostat 25 geschlossen. Somit liegt der Verstärker 14 des Flammenfühlers 13 an Spannung.
Schaltet der zwischen den Klemmen 7 und 9 liegende Thermostat 26 ein, so liegt das Startrelais 28 an Spannung in einem Stromkreis über Kontakt 43, Kontakt 16, thermisches Relais 37, Verzögerungsglied 27 und Kontakt 29. Der das Startrelais 28 durchflie- ssende Strom ist, bedingt durch das Verzögerungsglied, noch ungenügend, so dass kein Anzug erfolgt und die sogenannte Wartezeit 46 von beispielsweise 30 Sekunden bis zum Anziehen dieses Relais abläuft.
Unter der Voraussetzung, dass die selbstüberwachte Wicklung des thermischen Sicherheitsrelais 37 keinen Unterbruch aufweist, zieht nach dieser Zeitspanne das Startrelais 28 auf, wodurch der Um- schaltkontakt 29 umschaltet und -die Selbsth:
altang besorgt. Gleichzeitig schaltet der zweite Kontakt 30 dieses Relais ein, wodurch die Klemme 8 mit Brennermotor 32 sowie .die Klemme 5 mit Zündtransformator 31 über den geschlossenen Kontakt 42 an Spannung gelegt werden, während der Stromkreis des thermischen Zündrelais 33 über den geschlossenen Kontakt 17 des Flammenwächterrelais und den Kontakt 30 des Startrelais ebenfalls Spannung erhält. Es beginnt somit die Periode der sogenannten Vorzündzeit 47 von beispielsweise 20 Sekunden, während der das thermische Zündrelais 33 angeheizt wird.
Nach Ablauf dieser Vorzündmit werden die Kontakte 34 und 35 des thermischen Zündrelais 33 geschlossen, wobei über Kontakt 34 der Stromkreis des Brennstoffventils 36 an Klemme 3 sowie auch der der Klemme 6 für den Anschluss eines Impulsventils 49 über den Kontakt 18 des Flammenwächterrelais 15 Spannung erhält. Das als Sicherheitsorgan eingesetzte thermische Relais 37 erhält ebenfalls durch Schliessen der Kontakte 34 und 35 über die Kontakte 16 und 29 Spannung. Damit sind alle elektrischen Bedingungen für die Flammenbildung geschaffen.
Es .beginnt nun vom Zeitpunkt .der Brennstoff- Förderung in den Verbrennungsraum die sogenannte Sicherheitszeit abzulaufen, die als höchstzulässige Zeit, während der Brennstoff in den Verbrennungsraum gefördert werden darf, ohne dass sich eine Flamme bildet, definiert wird.
Bildet sich innerhalb dieser einstellbaren Sicherheitszeit des Relais 37 die Flamme nicht, so verriegelt die Automatik derart, dass der Umschaltkontakt 38 dieses thermischen Sicherheits- relais 37 .alle Stromkreise abschaltet und nur den ,an Klemme 12 .angeschlossenen Kreis :der Störmeldelampe 39 schliesst.
Bildet sich die Flamme innerhalb der Sicherheits- zelt, so wird dies durch den Flammenwächter regi- striert, wodurch das Relais 15 aufzieht. Durch Öffnen
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der Kontakte 16, 17 und 18 dieses Flammenwächterrelais werden die thermischen Relais 33 und 37 spannungslos, so dass keine Verriegelung, bedingt durch Weiterheizer des Sicherheitsrelais 37, erfolgen kann und auch das Zündrelais 33 sich abkühlt.
Gleichzeitig schliesst der Kontakt 20 des Flammenwächterrelais 15 über die bereits geschlossenen Kontakte 30, 42 und 34 den Stromkreis des Betriebsrelais 40, welches sich nach Öffnen des Kontaktes 34 über den Kontakt 41 selbst hält. Somit ist die in der Fig. 2 dargestellte normale Betriebsstellung erreicht. In dieser Stellung ist der Kontakt 42 durch Anziehen des Betriebsrelais 40 geöffnet. Trotzdem bleibt die Klemme 5 noch an Spannung, weil dieser Stromkreis während der Nachzündzeit 54 über Kontakte 34 und 20 an Phase liegt. Durch Öffnen des Kontaktes 43 beirm Aufziehen des Betriebsrelais 40 erhält das Startrelais nunmehr über den Serie-Kondensator 44 und die Kontakte 19 und 29 Spannung.
Die beschriebene Schaltanordnung ermöglicht nicht nur die Einhaltung eines vorbestimmten Startprogramms, sondern auch die Einhaltung der Sicherheitszeiten bei Störfällen aller Art sowie eine Selbst- überwachung der einzelnen Baugruppen bei minimalem schaltungstechnischem Aufwand. Schaltet in irgendeiner der beschriebenen Startphasen der Regelthermostat 26, der Sicherheitsthermostat 25 oder der Handschalter 24 aus, so werden alle externen Stromkreise von Zündtransformator, Motor und Brennstoffventil spannungslos, das heisst die Automatik schaltet in die Bereitschaftsstellung zurück.
Beim Erlöschen der Flamme im Betrieb fällt zuerst das Flammenwächterrelais 15 ab, wobei die Kontakte 16, 17 und 18 geschlossen und die Kontakte 19 und 20 geöffnet werden, so dass das Startrelais 28 abfällt, welches wiederum durch Öffnen des Kontaktes 30 das Betriebsrelais 40 abfallen lässt. Es beginnt erneut die Wartezeit 46.
Sollte hingegen die Flamme während des Starts erlöschen, wobei, bedingt durch die Nachzündperiode, die Kontakte 34, 35 noch geschlossen sind, so ist der Sicherheitsvorgang mit dem unmittelbar beschriebenen vergleichbar, mit dem Unterschied, dass über .den Kontakt 35 des thermischen Zündrelais 33 das Ventil 36 dem Verzögerungsglied 27 parallel geschaltet ist, wodurch das Startrelais 28 urverzögert wieder aufzieht, so dass sich der Ablauf der Sicherheitszeit ergibt.
Um einer wichtigen Forderung, einen Start der Anlage bei Vorhandensein von Fremdlicht zu unterbinden, nachzukommen, ist die Schaltungsauslegung so getroffen, dass der Kontakt 16 des Flammenwächterrelais 15 den Wartezeitstromkreis über 38, 26, 45, 28, 43, 16, 37, 27 und 29 bei Vorhandensein von Fremdlicht vor dem Start unterbricht. Zieht das Flammenwächterrelais 15 während der Vorzündzeit 47 durch Nachflammen im Feuerraum auf, so bleibt die Automatik in dieser Startphase stehen, bis die Lichteinwirkung auf den Flammenfühler 13 verschwunden ist. Ein kurzzeitiger Netzunterbruch während der Wartezeit 46, der Vorzündzeit 47 oder ganz allgemein im Betrieb führt die Automatik in jedem Falle in die Phase der Wartezeit 46 zurück. Ein Netzunterbruch hingegen während der Nachzündzeit 54 führt die Automatik in die Phase der Sicherheitszeit zurück.
Dasselbe Verhalten zeigt die Automatik bei kurzzeitigem Unterbruch im Stromkreis des Regelthermostats 26.
Das thermische Relais 37 wird vor jedem Start während der Wartezeit 46 auf Unterbruch und während der Sicherheitszeit 54 .auf Kurzschluss geprüft. Bei einem Unterbruch .des Startrelais 28 kann kein Start erfolgen und bei einem Klebenbleiben desselben wird die Anlage durch den Sicherheitsthermostat 25 überwacht.
Eigin Unterbruch des thermischen Zünd- relais 33 unterbricht den Funktionsablauf, und die Automatik .beharrt in der der Vorzündz eit 47 entsprechenden Stellung ides vorbestimmten Programmablaufes, wogegen ein Klebenbleiben der Kontakte zum Wegfall der Wartezeit 46 sowie der Vorzündung 47 führt, so dass die Automatik mit Dauerzündung weiterläuft. Bei Unterbruch der Erregerwicklung des Betriebsrelais 40 arbeitet die Automatik mit Dauerzündung, während ein Klebenbleiben einen weiteren Start verhindert.