CH622085A5

CH622085A5 - Intrinsically safe regulating device for the size of the air excess in the combustion gases of a combustion installation

Info

Publication number: CH622085A5
Application number: CH1314277A
Authority: CH
Inventors: Holger Siebers
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1977-10-28
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1981-03-13
Also published as: DE2752021C3; DE2752021B2; DE2752021A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine eigensichere Reguliereinrichtung für die Grösse des Luftüberschusses in den Verbrennungsgasen einer Verbrennungsanlage mit einem Regler und einem ein Stellglied betätigenden Antrieb. The invention relates to an intrinsically safe regulating device for the size of the excess air in the combustion gases of an incineration plant with a controller and a drive actuating an actuator.

An fest eingestellten Öl- oder Gasbrennern, insbesondere solchen für die Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung, muss bei der Inbetriebsetzung das Verhältnis von Luft zu Brennstoff mit einem so grossen Luftüberschuss eingestellt werden, dass unter Berücksichtigung aller witterungsbedingten Störgrössen immer genügend Sauerstoff für eine bestmögliche Verbrennung vorhanden ist. Jeder Luftüberschuss bedeutet jedoch erhöhte Wärmeverluste, und es ist daher bereits bekannt, eine die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen messende Sonde zu verwenden, die über eine Reguliereinrichtung das Brennstoff-Luftverhältnis so steuert, dass sich in den Abgasen eine vorwählbare geringe Sauerstoffkonzentration ergibt. Dadurch kann ein Brenner mit einem stets minimalen Luftüberschuss betrieben werden, was eine erhöhte Wirtschaftlichkeit bedeutet. On fixed oil or gas burners, especially those for building heating and water heating, the ratio of air to fuel must be set with such a large excess of air during commissioning that sufficient oxygen is always available for the best possible combustion, taking into account all weather-related disturbance variables. However, any excess air means increased heat losses, and it is therefore already known to use a probe which measures the oxygen concentration in the exhaust gases and which controls the fuel / air ratio in such a way that a preselectable low oxygen concentration results in the exhaust gases. This means that a burner can always be operated with a minimal air excess, which means increased economy.

Darüber hinaus ist jedoch zu beachten, dass ein möglicher Defekt einer solchen Reguliereinrichtung die Gefahr in sich einschliesst, die Anlage längere Zeit mit Sauerstoffmangel zu betreiben, ohne dass dies bemerkt wird. Dies führt zur CO- und Russbildung, was aus Gründen des Umweltschutzes verhindert werden muss. Die erwähnte Reguliereinrichtung muss daher eigensicher sein, das heisst jeder Defekt darf sich nur in Richtung einer Erhöhung des Luftüberschusses auswirken. In addition, however, it should be noted that a possible defect in such a regulating device entails the risk of operating the system with a lack of oxygen for a long time without being noticed. This leads to the formation of CO and soot, which must be prevented for reasons of environmental protection. The regulating device mentioned must therefore be intrinsically safe, which means that each defect can only have an effect in the direction of an increase in the excess air.

Zur Erzielung der geforderten Eigensicherheit besteht die Möglichkeit, zwei gleiche Sauerstoff-Sonden zu verwenden, deren Messwerte dauernd zu vergleichen und einen nachgeschalteten Regler durch einen entsprechenden elektronischen Aufwand eigensicher zu machen. Eine solche Anordnung ist sehr aufwendig und bietet für den Antrieb selbst noch keine Eigensicherheit. To achieve the required intrinsic safety, it is possible to use two identical oxygen probes, to constantly compare their measured values and to make a downstream controller intrinsically safe by means of a corresponding electronic effort. Such an arrangement is very complex and offers no intrinsic safety for the drive itself.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und mit wenig Aufwand herstellbare Reguliereinrichtung zu schaffen, deren Eigensicherheit gewährleistet sein soll. The invention has for its object to provide a simple and easy to manufacture regulating device, the intrinsic safety of which should be ensured.

Die Erfindung besteht in den im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmalen. The invention consists in the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine Reguliereinrichtung, die auf ein eigenes Stellglied wirkt, und Fig. 1 is a regulator that acts on its own actuator, and

Fig. 2 eine Reguliereinrichtung mit einem Antrieb, dessen Bewegung dem Stellbefehl eines Leistungsregler-Antriebes überlagert ist. Fig. 2 shows a regulating device with a drive, the movement of which is superimposed on the control command of a power regulator drive.

Das Beispiel der Fig. 1 bezieht sich auf die Regelung einer sich in der Zuleitung für Verbrennungsluft befindlichen Luftklappe. 1 bedeutet eine Sauerstoff-Sonde, die dem Abgas einer nicht dargestellten Verbrennungsanlage ausgesetzt ist. Deren sauerstoffionenleitender Feststoffelektrolyt erzeugt eine von der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen abhängige elektrische Potentialdifferenz. Die Sonde 1 wirkt über einen Verstärker 2 auf einen Regler 6. Der Sollwert des Reglers 6 ist vorteilhafterweise so eingestellt, dass der Regler im Abgas eine gerade noch feststellbare, einem minimal nötigen Grenzwert für den Luftüberschuss entsprechende Sauerstoffkonzentration anstrebt. The example of FIG. 1 relates to the control of an air flap located in the supply line for combustion air. 1 means an oxygen probe that is exposed to the exhaust gas of an incinerator, not shown. Their solid-state electrolyte, which conducts oxygen ions, generates an electrical potential difference that depends on the oxygen concentration in the exhaust gases. The probe 1 acts via an amplifier 2 on a controller 6. The setpoint of the controller 6 is advantageously set so that the controller in the exhaust gas strives for an oxygen concentration that is just ascertainable and corresponds to a minimally necessary limit value for the excess air.

Ein Ausgangssignal 7 des Reglers 6 wirkt auf einen Antrieb 8, der ein Stellglied 9 betätigt. In energielosem Zustand, das heisst wenn kein Ausgangssignal 7 des Reglers 6 vorhanden ist, befindet sich der Antrieb 8 in einer einem oberen unschädlichen Grenzwert des Luftüberschusses entsprechenden ersten Endstellung X, die in der Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist. Als Antrieb 8 dient vorteilhafterweise ein thermisch betätigtes Hubelement mit einer Rückstellfeder, dessen Hub von der Grösse der vom Ausgangssignal 7 erzeugten Heizleistung abhängig ist. Der Hub des Antriebes 8 wird über eine Stossstange 10 auf eine als Stellglied 9 dienende Klappe 11 übertragen, die in einem von der Verbrennungsluft durchflossenen Rohr 12 drehbar gelagert ist. Die Brennstoffmenge ist dabei fest eingestellt. Demgegenüber könnte eine Anlage auch mit fest eingestellter Luftmenge und durch das Stellglied 9 veränderbarer Brennstoffmenge betrieben werden. An output signal 7 of the controller 6 acts on a drive 8 which actuates an actuator 9. In the de-energized state, that is to say when there is no output signal 7 from the controller 6, the drive 8 is in a first end position X corresponding to an upper harmless limit value of the excess air, which is shown in solid lines in FIG. 1. A thermally actuated lifting element with a return spring is advantageously used as the drive 8, the stroke of which is dependent on the size of the heating power generated by the output signal 7. The stroke of the drive 8 is transmitted via a bumper 10 to a valve 11 serving as an actuator 9, which is rotatably mounted in a tube 12 through which the combustion air flows. The amount of fuel is fixed. In contrast, a system could also be operated with a fixed amount of air and variable amount of fuel by the actuator 9.

An einem geradlinig geführten Teil 13 des Antriebes 8 befindet sich ein Mitnehmer 14, der bei einer im störungsfreien Betrieb maximal erreichbaren zweiten Endstellung Y an einem Auslösehebel 15 ansteht. Auf einer einem ersten Hebelarm 16 angehörenden Kante 17 des Auslösehebels 15 liegt mit Vorspannung das äussere Ende einer Federzunge eines ersten Schaltkontaktes 18 an, und auf diesem stützt sich ein zweiter Schaltkontakt 19 ab. Beide Schaltkontakte 18, 19 sind mit ihren Federzungen in einem Isolierblock 20 gehalten und versuchen den an einem Drehpunkt 21 gelagerten Auslösehebel 15 im Uhrzeigersinn zu drehen, Doch der Auslösehebel 15 steht mit einem zweiten Hebelarm 22 an einem festen Anschlag 23 auf. A driver 14 is located on a rectilinearly guided part 13 of the drive 8, which is in contact with a release lever 15 when the second end position Y is attainable as far as possible in trouble-free operation. The outer end of a spring tongue of a first switching contact 18 bears with prestress on an edge 17 of the release lever 15 belonging to a first lever arm 16, and a second switching contact 19 is supported on this. Both switch contacts 18, 19 are held with their spring tongues in an insulating block 20 and try to turn the trigger lever 15 mounted on a pivot point 21 in a clockwise direction. However, the trigger lever 15 stands on a fixed stop 23 with a second lever arm 22.

Der am Auslösehebel 15 in der zweiten Endstellung Y des Antriebes 8 anstehende Mitnehmer 14 dreht beim Überschreiten der zweiten Endstellung Y den Auslösehebel 15 im Gegenuhrzeigersinn so weit, bis die Federzunge des ersten Schaltkontaktes 18 über die Kante 17 rutscht. Dann öffnen die beiden Schaltkontakte 18 und 19, denn die Federzunge des zweiten Schaltkontaktes 19 steht an einem weiteren festen Anschlag 24 an und kann dem ersten Schaltkontakt 18 nicht folgen. Dadurch wird die Energiezufuhr zum Regler 6, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, unterbrochen, denn der Regler 6 ist einerseits direkt an einen Nulleiter N und an5 The driver 14 present on the release lever 15 in the second end position Y of the drive 8 rotates the release lever 15 counterclockwise when the second end position Y is exceeded until the spring tongue of the first switching contact 18 slips over the edge 17. Then the two switching contacts 18 and 19 open, because the spring tongue of the second switching contact 19 is in contact with a further fixed stop 24 and cannot follow the first switching contact 18. As a result, the energy supply to the controller 6 is interrupted, as can be seen from FIG. 1, because the controller 6 is on the one hand directly to a neutral conductor N and an5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

622 085 622 085

dererseits über eine Leitung 25 am zweiten Schaltkontakt 19 angeschlossen, während ein Phasenzuleiter Mp an den ersten Schaltkontakt 18 geführt ist. on the other hand connected via a line 25 to the second switching contact 19, while a phase feeder Mp is guided to the first switching contact 18.

Die Schaltkontakte 18,19 könnten ebensogut in das Ausgangssignal 7, das heisst in die Verbindung zwischen dem 5 Regler 6 und dem Antrieb 8, also in den Stromkreis des thermischen Hubelementes geschaltet sein. The switching contacts 18, 19 could just as well be switched into the output signal 7, that is to say into the connection between the 5 controller 6 and the drive 8, that is to say into the circuit of the thermal lifting element.

Ferner kann durch einen weiteren, gestrichelt gezeichneten Schaltkontakt 26 eine Störanzeigelampe 27 betätigt oder ein Alarmsignal ausgelöst werden. Furthermore, a malfunction indicator lamp 27 can be actuated or an alarm signal can be triggered by a further switch contact 26 shown in dashed lines.

Eine manuell zu bedienende Rückstelltaste 28 wirkt auf einen weiteren Schwenkhebel 29, der beim Betätigen der Rückstelltaste 28 die Schaltkontakte 18 und 19 sowie den Auslösehebel 15 in ihre Ausgangslage bringt. A manually operated reset button 28 acts on a further pivot lever 29 which, when the reset button 28 is actuated, brings the switching contacts 18 and 19 and the release lever 15 into their starting position.

Im Beispiel der Fig. 2 dient ein Leistungsregler 30 mit einem Stellantrieb 31, der auf zwei Stellglieder 32 und 33 einwirkt, der Anpassung der Heizleistung eines Brenners 34 an den jeweiligen Wärmebedarf. Das eine Stellglied 32 verändert die von einem nicht dargestellten Gebläse gelieferte 20 Luftmenge in einem Luftkanal 35, während das andere Stellglied 33 in einer Brennstoffzuleitung 36 angeordnet ist und die der momentanen. Luftmenge zugeordnete Brennstoffmenge freigibt. Die Anteile des Brennstoff/Luftgemisches sind dabei fest zugeordnet. In ein Betätigungsglied 37, das 25 den Stellantrieb 31 des Leistungsreglers 30 mit dem im Luftkanal 35 befindlichen Stellglied 32 verbindet, ist analog dem Beispiel der Fig. 1 der Antrieb 8 mit den von diesem betätigten, doch in der Fig. 2 nicht dargestellten Schaltkontakten 18, 19 als ganze Einheit so eingebaut, dass der Hub des 30 Antriebes 8 die wirksame Länge des Betätigungsgliedes 37 verändert. Damit wird der Hub des Antriebes 8 dem Hub zur Betätigung des einen Stellgliedes 32 der beiden vom Stellantrieb 31 des Leistungsreglers 30 beeinflussten Stellglieder 32,33 überlagert. Damit die Auslösevorrichtung mit den 3J Schaltkontakten 18 und 19 und dem Auslösehebel 15 nur den In the example in FIG. 2, a power controller 30 with an actuator 31, which acts on two actuators 32 and 33, serves to adapt the heating output of a burner 34 to the respective heat requirement. One actuator 32 changes the amount of air supplied by a blower, not shown, in an air duct 35, while the other actuator 33 is arranged in a fuel feed line 36 and that of the current one. Air quantity assigned to the fuel quantity released. The proportions of the fuel / air mixture are permanently assigned. In an actuator 37, which connects the actuator 31 of the power regulator 30 to the actuator 32 located in the air duct 35, the drive 8 with the switching contacts 18 actuated by it, but not shown in FIG. 2, is analogous to the example in FIG. 1 , 19 installed as a whole unit so that the stroke of the 30 drive 8 changes the effective length of the actuator 37. The stroke of the drive 8 is thus superimposed on the stroke for actuating the one actuator 32 of the two actuators 32, 33 influenced by the actuator 31 of the power controller 30. So that the trigger device with the 3J switching contacts 18 and 19 and the trigger lever 15 only the

Hub des Antriebes 8 allein und nicht den überlagerten, auf das Stellglied 32 wirkenden Gesamthub erfasst, ist die Auslösevorrichtung nicht mehr starr wie bei der Fig. 1 sondern einseitig des Antriebes an der einen Hälfte des Betätigungsgliedes 37 befestigt. Der Antrieb 8 könnte ebensogut in dem Verbindungsglied zwischen dem Stellantrieb 31 und dem anderen, in der Brennstoff Zuleitung 36 liegenden Stellglied 33 angeordnet sein. Stroke of the drive 8 alone and not the superimposed overall stroke acting on the actuator 32, the triggering device is no longer rigid as in FIG. 1 but is fixed on one side of the drive to one half of the actuator 37. The drive 8 could just as well be arranged in the connecting element between the actuator 31 and the other actuator 33 located in the fuel supply line 36.

Im übrigen gilt im Beispiel der Fig. 2 für den Antrieb 8, die Schaltkontakte 18,19 mit dem Auslösehebel 15 und den Regler 6 das Gleiche, wie dies bereits für die Figur 1 beschrieben ist. Otherwise, the same applies in the example of FIG. 2 for the drive 8, the switch contacts 18, 19 with the release lever 15 and the controller 6, as has already been described for FIG. 1.

In beiden Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 bewirkt jedes vom Regler 6 auf den Antrieb 8 abgegebene Signal einen der Signalgrösse entsprechenden Hub, der am Stellglied 9 bzw. 32 eine Änderung des Brennstoff/Luftverhältnisses in Richtung weniger Luft erzeugt. Bei jedem Defekt, sei es im Regler 6 oder im Antrieb 8, der sich so auswirkt, dass der Antrieb keinen oder einen zu kleinen Hub erzeugt, wird die Anlage mit Luftüberschuss betrieben, woraus sich wohl ein verschlechterter Wirkungsgrad, doch keine ungenügende Verbrennung ergibt. Der beschriebene Fehler wirkt sich somit auf die sichere Seite aus. In both embodiments according to FIGS. 1 and 2, each signal emitted by the controller 6 on the drive 8 causes a stroke corresponding to the signal size, which produces a change in the fuel / air ratio in the direction of less air on the actuator 9 or 32. With every defect, be it in the controller 6 or in the drive 8, which has the effect that the drive produces no stroke or a stroke which is too short, the system is operated with excess air, which may result in a deteriorated efficiency but no insufficient combustion. The described error therefore affects the safe side.

Tritt dagegen ein Fehler in der anderen Richtung auf, beispielsweise wenn der Regler 6 durch einen Defekt ein zu grosses Signal, also eine zu grosse Heizleistung an den Antrieb 8 abgibt, dann bewirkt dies beim Überschreiten der im störungsfreien Betrieb maximal erreichbaren Endstellung Y des Antriebes 8 ein Auslösen der Schaltkontakte 18,19, wie dies bereits weiter vorne beschrieben ist. Das führt zur Unterbrechung des Regelvorganges, das heisst wiederum zu einem Betrieb mit Luftüberschuss und je nach Ausführung über einen allfällig vorhandenen Schaltkontakt 26 zu einer Alarmgabe. Ein Betrieb über längere Zeit mit zu kleiner Luftmenge ist somit ausgeschlossen, und die ganze Reguliereinrichtung ist daher eigensicher. If, on the other hand, an error occurs in the other direction, for example if the controller 6 emits a signal that is too large due to a defect, that is to say a heating output that is too large, this causes the end position Y of the drive 8 to be reached in fault-free operation triggering the switching contacts 18, 19, as already described above. This leads to an interruption of the control process, which in turn means operation with excess air and, depending on the version, via an existing switching contact 26 to an alarm. Operation over a long period of time with too little air volume is therefore ruled out, and the entire regulating device is therefore intrinsically safe.

M M

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

622 085

1. Intrinsically safe controller for the size of the excess air in the combustion gases of an incinerator with a controller and a drive actuating an actuator, characterized in that the actuator (9, 11; 32) in the rest position of the drive (8) has an upper limit of Air excess corresponding first end position (X) is assigned, which corresponds to the position of the drive (8) in the de-energized state, and that a second end position (Y) that is only attainable when fault-free operation is exceeded is more appealing and can only be unlocked by hand, in the switching circuit engaging and the drive (8) taking away the drive energy switching contact (18, 19) is present.

2. Regulating device according to claim 1, characterized in that a thermally actuated lifting element with a return spring serves as the drive (8), the stroke of which depends on the size of the heating power generated by the output signal (7) of the controller (6).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Regulating device according to claim 2, characterized in that the controller (6) and the drive (8) cooperate with a fixed fuel / air ratio maintaining power controller (30) of a burner (34) working with an air blower and that the stroke of the Drive (8) is superimposed on the stroke for actuating one actuator (32) of the two actuators (32, 33) influenced by an actuator (31) of the power controller (30).

4. Regulating device according to claim 3, characterized in that the drive (8) with the switching contacts (18, 19) actuated by it is installed as a whole unit in an actuator (37) connecting the actuator (31) and the actuator (32) .