CZ282134B6 - Způsob a zařízení pro kontrolu a udržování bezpečného provozu kamen - Google Patents

Abstract

Při udržování bezpečného provozu zejména petrolejových kamen (1) bez odtahu do komína se zjišťuje podíl kyslíku O.sub.2 .n.a popřípadě oxidu uhličitého CO.sub.2 .n.ve spalinách hořáku (4) a zjištěná hodnota se přemění na napě`tový signál a při provozu hořáku (4) mimo nastavený rozsah výšek plamene se využívá zjišťování obsahu kyslíku O.sub.2 .n.programově jak pro obnovení normálních provozních podmínek, tak také pro kontrolu provozu při nejnižší výšce plamene. Zařízení k provádění tohoto způsobu osahuje kromě světelného snímače (19) kyslíkový snímač (13), spojený s mikroprocesorem a s elektronickým řídicím obvodem, který je spojen s nastavovacím ústrojím (3) knotu a s vypínacím ústrojím (16) hořáku (4). Zařízení je opatřeno také snímačem (11) obsahu oxidu uhelnatého CO.sub.2.n..ŕ

Description

Způsob a zařízení pro kontrolu a udržování bezpečného provozu kamen bez odtahu do komína

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu kontroly a udržování bezpečného provozu kamen bez odtahu do komína, zejména petrolejových kamen umístěných v interiéru, jak při normálních topných podmínkách, při kterém se výška plamene hořáku udržuje v předem nastaveném rozsahu, jehož překročení se zjišťuje ze změny intenzity vyzařování, tak i při mimořádném topném režimu, přičemž při překročení nebo nedosažení předem stanoveného rozsahu se vysílá odpovídající kontrolní signál a zapojuje se elektronický řídicí obvod, který jednak opět zajistí normální topné podmínky a jednak při pokračujícím provozu hořáku mimo předem nastavený rozsah výšky plamene vysílá po uplynutí předem nastaveného časového intervalu varovný signál a po odpovídajícím zpoždění automaticky vypíná hořák.

Vynález se týká také zařízení k provádění tohoto způsobu podle vynálezu, opatřeného snímacím ústrojím se světelným snímačem, umístěným uvnitř petrolejových kamen v úrovni horní hranice výšky plamene při normálním topném režimu, elektrickým akumulátorem, elektronickým řídicím obvodem, nastavovacím ústrojím pro nastavování výšky knotu hořáku v závislosti na hodnotě měřicího signálu při překročení stanoveného rozsahu výšek plamene, otřesuvzdomým zabezpečovacím zařízením, výstražným ústrojím a ústrojím pro automatické vypnutí hořáku, které je spojeno s časovým řídicím ústrojím elektronického řídicího obvodu.

Dosavadní stav techniky

Požadavky na zajištění bezpečnosti provozu kamen na tekutá a plynná paliva, která nemají odtah do komína a která tedy znečišťují spalinami vnitřní prostředí objektu, jsou zejména v posledních letech a zejména v evropských zemích stále náročnější a vyžadují přísnou kontrolu a naprosto bezpečné udržování provozu takových kamen bez odtahu do komína, například petrolejových kamen s jednostupňovým nebo dvoustupňovým hořákem (US-PS 4 390 003).

Je známo bezpečnostní zařízení pro kamna, zejména pro petrolejová kamna, které je popsáno v PCT-NL 86/000 10, u kterého se při dosažení výšky plamene hořáku, přesahující nastavený rozsah a/nebo nastavenou hodnotu ohřátí topného zařízení, zejména hořákové hlavy ajemu blízkých trubek, objevuje nežádoucí provozní stav topidla. Známá zabezpečovací zařízení jsou opatřena senzorovými ústrojími, která zaznamenávají překročení předem nastaveného rozsahu výšky plamene hořáku a která vysílají odpovídající měřicí a/nebo řídicí signály přiváděné k ovládacímu ústrojí, kterým se provozní režim topidla opět vrátí do požadovaného provozního stavu nebo se vypne. Senzorové ústrojí známých bezpečnostních zařízení pro petrolejová kamna s jednostupňovým hořákem obsahuje dvě světelná čidla, zaznamenávající tepelné záření, která jsou přiřazena vždy horní, popřípadě spodní hranici výšky plamene hořáku za normálních spalovacích podmínek. V závislosti na hodnotách měřicích signálů, zjištěných světelnými čidly při překročení předem nastaveného rozsahu výšek plamene hořáku, se provádí automaticky nebo ručně dodatečné nastavení hořáku nebo se hořák nucené vypne pomocí odpadávající spínací páky, jestliže je předem nastavený rozsah výšky plamene trvale nebo po nastavenou dobu překračován.

Tato známá bezpečnostní zařízení, která jsou založena pouze na principu snímání výšky plemene zaznamenáváním intenzity záření, však již neodpovídají nejnovějším bezpečnostním požadavkům, protože berou zřetel jen na jediný nebezpečný faktor. Jestliže se například hořák udržuje na počátku topného procesu na co nejnižší výšce plamene, není tato skutečnost zpravidla zaznamenána snímačem přiřazeným ke spodní hranici nastavené výšky plamene. Hoří-li hořák

- 1 CZ 282134 B6 nej nižší výškou plamene po delší časový interval, protože například uživatel zapomněl kamna vypnout, vzniká velké nebezpečí nepřípustného zvyšování koncentrace oxidu uhličitého CO? ve vzduchu místnosti v důsledku toho, že nemůže dojít k automatickému vypnutí topidla signálem světelného snímače, který je umístěn proti spodní mezní hranici, protože plamen od svého zapálení ani tuto spodní hranici nepřekročil.

Protože v tkanině knotu hořáku se často vyskytují nepravidelnosti, může za normálního provozu kamen plamen hořáku často krátkodobě překročit horní nastavenou hranici přípustného rozsahu výšek plamene, což vede u dosud známých bezpečnostních zařízení k okamžitému vypnutí hořáku, ačkoliv maximálně přípustná hodnota koncentrace oxidu uhličitého CO? ve vzduchu místnosti ještě zdaleka nebyla dosažena. Takové příliš rychlé vypnutí hořáku je u kamen vybavených tímto známým bezpečnostním zařízením hlučné a je spojeno s tvorbou sazí, časový interval mezi vypnutím a zapnutím hořáku je příliš krátký na ochlazení horkých trubek hořáku a petrolej obsažený v knotu se tak odpařuje působením tepelného záření z horkých trubek a vzniká silný zápach.

V místnostech, ve kterých jsou umístěna petrolejová kamna ave kterých není zajištěno dostatečné větrání, stoupá koncentrace CO a CO? a snižuje se obsah kyslíku O? ve vzduchu (CH₄ + 20?- CO? + 2H?O ). Nedostatek kyslíku však má za následek nedokonalé spalování, které s sebou nese další zvyšování koncentrace CO a CO₂. Přitom je zachováván přímý vztah mezi koncentrací kyslíku O? a oxidu uhličitého CO? na jedné straně a koncentrací oxidu uhličitého CO? a oxidu uhelnatého CO na druhé straně.

Jsou rovněž známa plynová čidla, která slouží například ve spojení s mikropočítači k automatické regulaci činnosti čisticích zařízení pro čištění vzduchu nebo ventilátorů a která zjišťují změny podílu CO, H₂ a některých plynných organických látek, například složek kuchyňských výparů a cigaretového kouře nebo spalin motorových vozidel ve vzduchu.

Z US-PS 4 495 051 je známo provedení čidla pro zjišťování obsahu kyslíku, používaného v léčebné praxi pro kontrolu obohacování vzduchu kyslíkem v dýchacích přístrojích. Toto kyslíkové čidlo je vytvořeno například ve formě galvanického článku, opatřeného anodou z olova, kyslíkovou katodou ze zlata a mírně kyselým elektrolytem. Mezi katodu a anodu je zapojen odpor a termistor k tepelné kompenzaci, takže galvanický článek ve formě olovnatokyslíkové baterie se stále vybíjí.

Úkolem vynálezu je odstranit nedostatky dosud známých zabezpečovacích zařízení a vyřešit způsob a zařízení uvedeného druhu, u kterého by se tyto nedostatky nevyskytovaly a který by splňoval zpřísněné bezpečnostní požadavky. Zařízení podle vynálezu by mělo zajistit spolehlivý a bezpečný provoz zejména petrolejových topidel bez odtahu spalin do komína.

Podstata vynálezu

Tyto nedostatky jsou odstraněny způsobem kontroly a udržování bezpečného provozu petrolejových a podobných kamen podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se současně zjišťuje podíl kyslíku O? ve spalinách hořáku uvnitř petrolejových kamen a snímaná hodnota se pro použití jako měřítko pro kontrolu podílu oxidu uhličitého CO? ve spalinách hořáku přemění na řídicí napěťový signál, přičemž při provozu hořáku, při kterém má plamen výšku mimo nastavený rozsah výšek plamene, se programovou regulací obsahu kyslíku O₂ ve spalinách programově řídí jak obnovení normálních.provozních podmínek, tak také kontrola provozu při nejnižší výšce plamene, přičemž se elektronickým řídicím obvodem generuje varovný signál a s nastaveným zpožděním se samočinně vypíná hořák jak při předem nastaveném prvním, tak také při předem stanoveném druhém nastaveném zmenšení podílu kyslíku O? ve spalinách hořáku, odpovídajícím předem stanovenému podílu oxidu uhličitého CO? ve vzduchu místnosti.

-2CZ 282134 B6

Způsob podle vynálezu je výhodný především tím, že se přídavně může využívat zjištěného podílu oxidu uhelnatého CO ve vzduchu uvnitř kamen jako měřítka pro kontrolu obsahu oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti a že je možno vysílat varovný signál a samočinně zastavit provoz hořáku při dosažení hodnot obsahu kyslíku O₂ a oxidu uhelnatého CO ve spalinách, které odpovídají maximálnímu přípustnému obsahu 0,8 % oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti.

Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu se provoz hořáku automaticky vypne například 90 sekund po vyslání varovného signálu, oznamujícího snížený obsah kyslíku O₂ nebo zvýšený obsah oxidu uhelnatého CO a oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti.

Podle dalšího výhodného provedení způsobu podle vynálezu se na hořáku po jeho vypnutí udržuje v nastaveném časovém intervalu provozní napětí. Provozní napětí se udržuje po dobu 45 minut na pevně nastavené hodnotě, jestliže byl předtím hořák vypnut v důsledku příliš velkého obsahu oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti.

V jiném výhodném provedení způsobu podle vynálezu se při zjišťování podílu kyslíku O₂ ve spalinách pravidelně sleduje napětí kyslíkového čidla a zjištěné hodnoty napětí se porovnávají se s předem nastavenou hodnotou napětí čidla, přičemž napětí kyslíkového čidla se zjišťuje každé čtyři minuty.

V jiném konkrétním provedení způsobu podle vynálezu se elektronický řídicí obvod napájí elektrickým proudem z baterie a udržování nastavené hodnoty bateriového napětí Ub se samočinně kontroluje, přičemž při poklesu předem stanovené hodnoty bateriového napětí U_b se buď znemožní zapálení hořáku a generuje se varovný signál, oznamující nutnost výměny baterií, a/nebo se generuje po určitou dobu výstražný signál a zapalovací nebo topný proces petrolejových kamen se samočinně vypne. Při výpadku napájení elektronického řídicího obvodu elektrickým proudem z baterie a při odebrání baterie se připojeným mechanismem automaticky a mechanicky znemožní zapálení hořáku. Zapálení hořáku se přitom brání mechanickými prostředky.

V ještě jiném výhodném provedení vynálezu se elektronickým řídicím obvodem plynule sleduje výška hladiny paliva a při poklesu výšky hladiny pod nastavenou spodní hodnotu se řídicím ústrojím vysílá přerušovaný upozorňovací signál oznamující potřebu doplnění zásoby paliva.

Podstata vynálezu spočívá u zařízení k provádění způsobu podle předchozích částí popisu v tom, že snímací ústrojí obsahuje snímač kyslíku O₂, spojený s mikroprocesorem, který je umístěn ve spodní části pláště petrolejového topidla a který je spojen prostřednictvím elektronického řídicího obvodu s nastavovacím ústrojím pro nastavování výšky knotu hořáku, s výstražným ústrojím pro generování výstražného signálu a při předem nastaveném prvním poklesu a při předem nastaveném druhém poklesu koncentrace kyslíku O₂ ve spalinách hořáku (4) s vypínacím ústrojím (16) hořáku (4), spřaženým s výstražným ústrojím.

Zařízení je v dalším výhodném provedení opatřeno snímačem obsahu oxidu uhelnatého CO ve spalinách, uloženým v zapojovací desce, která je upevněna k držáku v horním rohu pláště petrolejových kamen za tepelným reflexním štítem pro odraz vyzařovaného hořákem, který je opatřen otvory nasměrovanými na snímač obsahu oxidu uhelnatého CO.

Podle konkrétního výhodného provedení vynálezu je hořák spojen s pojistkou reagující na otřesy a spřaženou s blokovacím mechanismem pro znemožnění zapálení hořáku zapalovacím ústrojím nebo zablokování nastavovacího ústrojí knotu v jeho základní poloze při chybějící baterii nebo při špatném osazení baterie v bateriovém pouzdru.

-3 CZ 282134 B6

Blokovací mechanismus obsahuje podle ještě jiného výhodného provedení vynálezu funkční pružinu dosedající na senzorovou destičku bateriového pouzdra a která je v klidovém provozním stavu stlačena, a vypínací drát, jehož jeden konec je spojen se senzorovou destičkou a druhý konec je spojen s vypínací deskou pojistky a je v klidovém stavu mechanismu volný, přičemž při chybějící baterií nebo při nesprávném vložení baterie do bateriového pouzdra je senzorová destička funkční pružinou mechanismu uvedeného do činnosti zasunuta do bateriového pouzdra za současného napnutí vypínacího drátu a uvedení vypínací desky pojistky do funkce.

V alternativním provedení zařízení podle vynálezu je blokovací mechanismus je opatřen blokovací pákou, spojenou s jedním koncem vypínacího drátu.

Způsobem a zařízením podle vynálezu je možno účinně kontrolovat a řídit provozní režim topidel bez odvodu spalin do komína, zejména petrolejových kamen, umístěných v místnosti, při dodržování i zpřísněných bezpečnostních podmínek. Pro přesnou kontrolu obsahu oxidu uhličitého CO? není nezbytné zjišťování výšky plamene.

Jestliže se například sníží koncentrace kyslíku ve vzduchu místnosti, snižuje se také výška plamene hořáku, což znamená, že například u dvoustupňového hořáku petrolejového topidla se druhý stupeň neuvede v činnost, což vyvolá zvýšenou emisi oxidu uhelnatého CO a tím také zvýšenou koncentraci oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti. Bezpečnostní zařízení podle vynálezu zjišťuje přesně a bezprostředně snížení koncentrace kyslíku ve skříni topidla, přičemž je současně přesně sledováno zvyšování koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu v místnosti. Bezpečnostní zařízení podle vynálezu současně umožňuje zjistit přesně a bezprostředně vyšší koncentraci oxidu uhelnatého CO již uvnitř skříně nebo pláště petrolejových kamen a zajišťuje tak přesnou kontrolu minimální výšky plamene hořáku petrolejových kamen.

Bezpečnostní zařízení podle vynálezu zabezpečuje kromě měření koncentrace kyslíku O₂ ve spalinách hořáku ve skříni topidla ve formě petrolejových kamen také zjišťování koncentrace oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu v místnosti a transformuje příslušné hodnoty koncentrace kyslíku O₂ do napěťového signálu. Nastavenou hodnotou koncentrace je takové napětí, které odpovídá maximální přípustné koncentraci oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti, která je pro bezpečnostní zařízení podle vynálezu rovna 0,8 %. Jestliže nedosáhne koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu místnosti 0,8, přičemž maximálně přípustná hodnota podle TÚV je 1 %, vypne se hořák automaticky pomocí bezpečnostního zařízení podle vynálezu. To znamená, že bezpečnostním zařízením dosahované bezpečnostní podmínky jsou podstatně pod úředně stanovenými směrnicemi. Měření obsahu oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti se provádí pomocí kyslíkového senzoru, vytvořeného ve formě galvanického článku, který je uložen na zapojovací desce, upevněné ve skříni petrolejových kamen.

Kontrola obsahu oxidu uhličitého CO₂ se provádí následujícím postupem: Kontrola obsahu oxidu uhličitého CO₂ se provádí s časovým zpožděním například 4 minuty, aby se napětí snímače mohlo v tomto časovém intervalu po zapnutí hořáku stabilizovat. Zpoždění poplašného signálu se nastaví například na 30 sekund, aby se vyloučil vliv dočasných poruch. Generuje se přerušovaný signál, sestávající například z bzučákového signálu obsahujícího tři tóny a majícího trvání maximálně 90 sekund, který oznamuje, že obsah oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého ve vzduchu v místnosti je příliš velký. V průběhu tohoto časového intervalu se může zlepšit větrání vnitřního prostoru místnosti například otevřením dveří nebo okna a tím se dosáhne snížení koncentrace CO a CO₂. Jestliže se větráním v průběhu nastaveného časového intervalu 90 sekund koncentrace nesnížila nebo jestliže se větrání vůbec neuskutečnilo, petrolejová kamna se vypnou účinkem elektromagnetu.

Závady ve funkci kyslíkového snímače při provozu za velmi nízkých teplot nebo na konci životnosti čidla mají za následek pokles výstupního napětí U_snj_mače pod hodnotu 30 mV, přičemž tento stav se oznámí přerušovaným bzučákovým signálem, sestávajícím ze sedmi přerušovaných

-4CZ 282134 B6 tónů, po vypnutí petrolejových kamen.

Bezpečnostní zařízení podle vynálezu má následující výhody: Především velmi dlouhou životnost, dosahující 5 až 10 roků. Zařízení s kyslíkovým čidlem není citlivé na oxid uhličitý CO₂ a jiné kyselé složky. Zařízení má zvýšenou spolehlivost a přesnost, protože zjišťuje bezprostřední vztah mezi úbytkem kyslíku O₂ a přírůstkem CO/CO₂, který se vyskytuje v nevětraných'prostorách v průběhu spalovacího procesu. U zařízení podle vynálezu je možno také nastavit hodnotu poplašného napětí U_a kyslíkového snímače. Zařízení podle vynálezu má vlastní napájení galvanického článku, tvořícího součást kyslíkového snímače, napájecím proudem, takže je možno udržovat rovnoměrné napájení elektronického řídicího obvodu petrolejových kamen stejnosměrným napětím 3 V.

Mohlo by se zdát, že je velmi malý rozdíl mezi provozním napětím U_o a napětím, které odpovídá obsahu CO₂ v hodnotě 0,8 % ve vzduchu místnosti. Jak však vyplývá z následující tabulky 1, obsahující výsledky provedených pokusů a zkoušek, napětí U_a potřebné k vyvolání poplašného •signálu u kyslíkového čidla činí jen 2 mV. S ohledem na potřebnou stabilitu systému a na odstup mezi signálem a šumem a také z hlediska potřebné necitlivosti kyslíkového čidla na kolísání teplot je nezbytný operační zesilovač dostatečné kvality, který by měl zesilovací činitel K = 100. Přesnost kontroly obsahu oxidu uhličitého CO₂ je závislá převážně na rozdílech v hodnotách napětí v hardware elektronického řídicího obvodu petrolejového topidla a na kolísání napětí v kyslíkovém čidlu. Průměrné odchylky napětí v kyslíkovém čidlu bezpečnostního zařízení podle vynálezu se v průběhu jednoho roku pohybují kolem 2 %.

Za předpokladu, že výstupní signál kyslíkového čidla má napětí 50 mV, činí kolísání napětí v podstatě jeden milivolt za rok. Při U_a = 2 mV poskytuje provozní napětí U_o, pevně nastavené již při výrobě petrolejových kamen pomocí potenciometru, vysokou spolehlivost kontroly obsahu oxidu uhličitého CO₂ v průběhu jednoho roku.

V průběhu zkušební periody kolísalo provozní napětí U_o každý den o malou hodnotu. Jestliže se instalují petrolejová kamna vybavená kyslíkovým čidlem do dobře větraného prostoru, zvýší se napětí U čidla v průběhu 90 minut na přibližně 2 mV v důsledku působení teplotních změn.

Vestavěním mikroprocesoru do řídicího systému bezpečnostního systému podle vynálezu je možno uvedené nevýhody odstranit. Provozní napětí U_o může být určeno pomocí mikroprocesoru po každém zapnutí hořáku petrolejových kamen jako maximální hodnota napětí před poklesem napětí čidla, vyvolaným špatným větráním místnosti. Napětí čidla se snímá každé čtyři minuty a porovnává se s předem stanovenou hodnotou napětí. Po určení provozního napětí U_o má poplašné napětí U_a čidla hodnotu vycházející z rovnice U_a = U_o - U'_a.

-5CZ 282134 B6

Tabulka 1

Tabulka 1 obsahuje analýzu výsledků zkoušek prováděných s kyslíkovým čidlem, zapojeným s mikroprocesorem elektronického řídicího obvodu bezpečnostního zařízení podle vynálezu.

Test	u0	U=0,8 %	U 0,8 %	ua	ua	CO2	T^idla
č.	(mV)	(mV)	(mV)	(mV)	(mV)	%	°c
1	45,70	43,83	1,87	43,71	1,99	0,875	17-37
2	45,52	-	-	43,39	2,13	0,77	29-45
3	46,58	44,52	2,06	44,52	2,06	0,80	9-24
4	46,85	-	-	44,95	1,90	0,725	8-21
5	46,67	-	-	44,70	1,97	0,75	13-25
6	46,55	45,1	2,45	44,16	3,39	1,18	3-25
7	45,39	44,0	1,39	43,83	1,56	1,09	-
8	47,23	45,2	2,03	44,85	2,38	0,93	3-21
9	45,80	44,6	1,20	44,28	1,52	1,13	-
10	45,52	44,1	1,42	43,90	1,62	0,84	-
11	45,76	44,17	1,59	44,12	1,64	0,845	-
Střední hodnota:		1,75		2,01	0,903

Test	u0	U 0,8 %	U 0,8 %
č.	(mV)	(mV)	(mV)
7a	43,56	42,84	2,52
9a	44,97	42,70	2,27
10a	45,41	43,40	2,01

Určením provozního napětí U_o po každém zapnutí hořáku se dosahuje té výhody, že se vyřazuje vliv kolísání napětí na kontrole obsahu oxidu uhličitého CO₂. Problém se však objevuje v takové situaci, jestliže se nezlepší provětrání místnosti po vypnutí hořáku v důsledku příliš vysokého obsahu CO₂ ve špatně provětrávaném prostoru ajestliže se hořák petrolejových kamen znovu zapne bez ohledu na tento nepříznivý stav, kdy je obsah CO₂ v prostoru ještě příliš vysoký. Odpovídající napětí čidla, které se odlišuje od napětí vyskytujícím se v dobře provětrávaném prostoru, by potom mohlo být nevýhodně využito jako provozní napětí U_o. To by mělo za následek, že by po každém takovém zapnutí následovalo další vypnutí hořáku v důsledku vysokého obsahu CO₂ ve vzduchu po dalším zvýšení úrovně obsahu CO₂, při které dochází k vypnutí.

Tento problém je možno vyřešit tím, že se v časovém intervalu 45 minut nastaví v každém případě provozní napětí U_o pevně tak, že se hořák při výskytu vysokého obsahu CO₂ ve vzduchu místnosti vypne. Jestliže se hořák v rozsahu tohoto nastaveného časového intervalu opět zapne, využije se při kontrole obsahu CO₂ tohoto pevně nastaveného provozního napětí U_o. Předpokládá se, že po uplynutí časového intervalu 4 minut se úroveň obsahu CO₂ opět vrátí na normální stav, takže provozní napětí U_o se opět určuje již popsaným způsobem.

Jestliže výška plamene hořáku překročí předem nastavený rozsah, mohou vznikat saze a vyvíjet se zápach a dokonce vzniká nebezpečí vzniku požáru. Světelný snímač, přiřazený nejvyšší povolené výšce plamene, který je umístěn vedle spalovací komory petrolejových kamen, zajišťuje ve spolupráci s elektronickým řídicím obvodem bezpečnostního zařízení podle vynálezu požadované zabezpečovací funkce, především požadované časové zpoždění všech funkcí o například 3 sekundy, aby se vyloučil vliv všech dočasných poruch, dále generování akustických přerušovaných poplašných signálů s například pěti tóny, jestliže došlo k překročení

-6CZ 282134 B6 nastavené horní hranice stanoveného rozsahu výšek plamene, popřípadě automatické vypnutí hořáku, jestliže výška plamene v časovém intervalu například 60 sekund po spuštění poplašného signálu neklesne do vymezeného rozsahu.

Protože při nedostatečném provětrávání místnosti při provozu petrolejových kamen s vysokým plamenem hořáku může docházet v důsledku nedostatku kyslíku k nedokonalému spalování a tím také ke zvyšování obsahu CO a CO? ve vzduchu místnosti, je bezpečnostní zařízení podle vynálezu opatřeno ještě kromě sledování kyslíkovým čidlem také přídavným sledováním hodnot, probíhajícím při provozu hořáku s nadměrnou výškou plamene.

Důležité je, aby se při automatickém vypnutí hořáku zamezilo vývoji kouře a s tím spojeného zápachu, jak k tomu dochází u dosud známých bezpečnostních zařízení.

Způsob podle vynálezu a bezpečnostní zařízení k provádění tohoto způsobu zajišťují automatické vypnutí hořáku při současném zamezení vývoje zápachu.

Bezzápachové automatické vypínání hořáku bezpečnostním zařízením podle vynálezu se uskutečňuje sledem následujících postupových operací: Otočný stavěči knoflík nastavovacího ústrojí pro nastavování výšky knotu se nastaví na velmi malou výšku plamene hořáku. Správné nastavení je oznámeno barevnou značkou a akustickým přerušovaným signálem s délkou trvání kolem 3 sekund. Při tomto nastavení knotu pomocí nastavovacího ústrojí hoří hořák po dobu například asi 4 minut, aby se snížila emise kouřotvomých složek. V průběhu tohoto časového intervalu se mohou topné trubky a hlava hořáku dostatečně ochladit. Potom aktivovaný elektromagnet vypne vypínací ústrojí hořáku při udržení minimálního vývoje zápachu. Ochlazování se však může také kdykoliv ukončit vysunutím knotu nahoru pomocí otočného nastavovacího knoflíku nastavovacího ústrojí pro nastavování výšky knotu.

Bezpečnostní zařízení podle vynálezu je opatřeno vyměnitelnou sadou baterií pro zásobování všech elektrických spotřebičů uvnitř petrolejových kamen, například zapalovací cívky, elektronického řídicího obvodu s mikroprocesorem, topného článku čidla pro zjišťování CO apod.

Při otáčení nastavovacího ústrojí pro nastavování knotu ve smyslu otáčení hodinových ručiček se ovládá hlavní spínač, který spíná elektronický řídicí obvod. Nejprve se provádí kontrola stavu baterií. Jestliže je napětí Ub baterií menší než 2,3 V, není již zapálení hořáku možné a ozve se plynulý bzučákový signál, trvající například 30 sekund, který oznamuje, že je třeba vyměnit baterie. Po 30 sekundách se upozorňovací signál přeruší a spustí se zahřívací nebo topný program petrolejových kamen účinkem elektromagnetu, který vyvolá zpětné přestavení polohy knotu.

Jestliže se napětí baterií nachází v normálních mezích, je zapálení hořáku možné a musí se uskutečnit například v časovém intervalu 15 sekund. Jestliže nedojde v tomto intervalu 15 sekund k zapálení hořáku, zazní po dobu například 90 sekund přerušovaný bzučákový tón a v průběhu této doby je ještě zapálení hořáku možné. Jestliže se neuskuteční zapálení v průběhu tohoto intervalu 90 sekund zapálí se petrolejové topidlo účinkem elektromagnetu znovu.

Po úspěšném zapálení hořáku pokračuje periodický sledovací cyklus, v jehož průběhu se přezkoumává popsaným postupem napětí v bateriích, 4 minuty po zahájení zahřívání petrolejových kamen se kontroluje výška plamene a také obsah CO₂ ve spalinách.

U bezpečnostního zařízení podle vynálezu je výhodné, že potřebný kmitočet mikroprocesoru umožňuje udržovat spotřebu proudu I elektronického řídicího obvodu na poměrně nízké úrovni. Mikroprocesor pracuje uspokojivě v rozsahu kmitočtů od 0,5 do 5 MHz. Při f = 0,5 MHz je I =

2,5 mA a při f = 5 MHz je I = 30 mA. Při f = 0,5 MHz je sice mikroprocesor setrvačnější než při

-7CZ 282134 B6

MHz, avšak pro toto konkrétní použití mikroprocesoru nemá tato skutečnost žádný význam.

Důležité je, aby bezpečnostní systém podle vynálezu obsahoval mechanismus uložený v plášti petrolejových kamen, kterým by bylo možno při chybějících nebo nesprávně vložených bateriích v bateriovém pouzdru zamezit uvedení zapalovacího ústrojí hořáku nebo nastavovacího ústrojí pro nastavování vysunutí knotu do činnosti.

Zjišťování hladiny paliva se provádí pomocí obvyklého zapojení plynule na dně palivové nádrže. Jestliže je hladina paliva příliš nízká, generuje se například po dobu 3 minut přerušovaný bzučákový signál společně s blikajícím světelným signálem. Zásoba paliva v palivové nádrži za tohoto stavuje postačující k udržení hoření hořáku po dobu asi 30 minut.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji objasněn pomocí příkladů provedení, zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 schematický řez petrolejovými kamny, vybavenými bezpečnostním zařízením podle vynálezu, obr. 2 axonometrický pohled na petrolejová kamna z obr. 1, obr. 3 diagram, ze kterého vyplývá určování provozního napětí U_o kyslíkového čidla, obr. 4 diagram, ze kterého vyplývá vztah mezi obsahem kyslíku ve vzduchu místnosti v průběhu doby a koncentrací CO a CO₂ ve vzduchu, obr. 5 blokové schéma, ze kterého vyplývá způsob sledování a udržování bezpečného provozu petrolejových kamen, a obr. 6a a 6b axonometrické pohledy na dvě příkladná provedení mechanismu bezpečnostního zařízení podle vynálezu, kterým se při chybějících bateriích nebo při nesprávném vložení baterií do bateriového pouzdra zamezuje zapálení hořáku nebo přestavení nastavovacího ústrojí pro nastavení výšky knotu.

Příklady provedení vynálezu

Petrolejová kamna 1, která jsou zobrazena na obr. 1 a 2, jsou opatřena pláštěm 2, ve kterém je uprostřed umístěn hořák 4 s nastavovacím ústrojím 3 pro nastavení polohy knotu, přičemž tento hořák může být vytvořen ve formě jednostupňového nebo dvoustupňového hořáku a je opatřen částečně perforovanou a nahoře otevřenou hořákovou skříní 6, která tvoří spalovací komoru 5.

Mezi hořákovou skříní 6 a zadní stěnou 7 pláště 2 petrolejových kamen 1, která je v příkladu na obr. 1 na levé straně, je uložen tepelný reflexní štít 8, který je opatřen v blízkosti horní stěny 9 pláště 2 petrolejových kamen 1 průchozími otvory 10, kterými může unikat část spalin, proudících z hořáku 4 nahoru ve směru šipky A. Na svislém držáku 12, který je upevněn ke spodní straně pláště 2, je ve spodní části pláště 2 upevněno kyslíkové čidlo 13, vytvořené ve formě galvanického článku a spojené s mikroprocesorem elektronického řídicího obvodu 14. Za tepelným reflexním štítem 8 je na obr. 1 v levém horním rohu pláště 2 petrolejových kamen 1 umístěn snímač 13 obsahu oxidu uhličitého CO₂ v kontrolovaném plynu, který přichází do styku s částí spalin, proudící průchozím otvorem 10.

-8CZ 282134 B6

S elektronickým řídicím obvodem 14 je spojena zapojovací deska 15 bezpečnostního zařízení podle vynálezu, která je zase spojena s neznázorněným varovným signálním ústrojím a se samočinně působícím vypínacím ústrojím 16 pro vypínání činnosti hořáku 4. Světelný snímač 19 pro zjišťování dosažení horní hranice nastaveného rozsahu výšek plamene 18 horáku 4 je uložen v takové poloze, ve které je možno sledovat toto překročení nastavené horní meze 17 výšky plamene 18 hořáku 4. Tento světelný snímač 19 je rovněž spojen s elektronickým řídicím obvodem 14. Jestliže světelný snímač 19 zaznamená plamen 18 při překročení horní meze £7 předem stanoveného rozsahu výšek plamenů 18, přivede se tento impulz na elektronický řídicí obvodu 14, který vyšle akustický varovný signál. Uživatel petrolejových kamen 1 potom musí v časovém intervalu 90 sekund stáhnout pomocí nastavovacího ústrojí 3 pro nastavování polohy knotu opět vrátit do předem stanoveného rozsahu výšek plamene 18, odpovídajícího normálnímu topnému provoznímu režimu hořáku 4. Jestliže se tento úkon neuskuteční v rozsahu tohoto nastaveného časového intervalu 90 sekund, uvede se elektronickým řídicím obvodem 14 do činnosti vypínací ústrojí 16, které hořák 4 automaticky vypne.

Jestliže jsou petrolejová kamna 1 umístěna v dobře větrané· místnosti, stoupá napětí U_čidi_a u kyslíkového čidla 13 bezpečnostního zařízení v průběhu nastavených 90 sekund na přibližně 2 mV v důsledku teplotních vlivů. V průběhu provozu petrolejových kamen 1 snímá kyslíkové čidlo 13 průběžně obsah kyslíku ve vzduchu uvnitř pláště 2 petrolejových kamen 1 a mění průběžně hodnoty obsahu kyslíku na odpovídající napěťové hodnoty. V důsledku nepřímého vztahu mezi úbytkem kyslíku O? a přibýváním oxidu uhličitého CO₂ je hodnota napěťového signálu, určujícího obsah kyslíku O₂, také měřítkem pro obsah oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti. Provozní napětí U_o kyslíkového čidla 13 se určí, jak je patrno z obr. 3, po zapnutí hořáku 4 pomocí mikroprocesoru elektronického řídicího obvodu 14 jako maximální hodnota napětí ještě předtím než napětí U_čldi_a v důsledku špatného větrání místnosti poklesne. Jak je patmo z obr. 3, napětí U_či_dla se každé 4 minuty snímá a porovnává se s předchozími hodnotami. V příkladu na obr. 3 je napětí U₄ maximální hodnotou napětí, která se vyskytuje před poklesem hodnot napětí U_čld|_a, vyvolaným špatným provětráváním místnosti. Na obr. 3 je možno tento pokles zjistit porovnáním hodnoty napětí U_a s napětím U₄, které je menší. Proto v tomto případě platí, že U₄ = U_o. Výstražné napětí U_a kyslíkového čidla 13 tak vzniká po určení provozního napětí a vyplývá ze vztahu U_a = U_o - U_a. Jestliže odpovídá zjištěný podíl kyslíku napěťové hodnotě výstražného napětí U_a, generuje se poplašný signál. Jestliže se větrání místnosti nezlepší v časovém intervalu 90 sekund, snižuje se dále obsah kyslíku ve vzduchu a petrolejová kamna 1 se vypnou účinkem samočinného vypínacího ústrojí 16 ve formě elektromagnetu při hodnotě dodávaného napětí U_čld|_a, které je menší než výstražné napětí U_a.

Při provozu petrolejových kamen 1 může být také průběžně snímán obsah oxidu uhelnatého CO ve vzduchu pomocí snímače 11 obsahu CO ve spalinách hořáku 4, proudících ve směru šipky A uvnitř pláště 2 petrolejových kamen £ přičemž naměřené koncentrace oxidu uhelnatého CO se plynule přeměňují elektronickým obvodem pro sledování obsahu oxidu uhelnatého CO na odpovídající elektrická napětí. Koncentrace oxidu uhelnatého CO tak může být současně využita jako hodnota pro odvození koncentrace oxidu uhličitého CO? v místnosti. V diagramu zobrazeném na obr. 4 je uvedena procentuální koncentrace CO a CO? ve vztahu k procentu obsahu kyslíku O₂ ve vnitřním prostoru místnosti při provozu petrolejových kamen 1. Ukazuje se, že kromě bezprostředního vztahu mezi úbytkem kyslíku O? a zvýšením obsahu oxidu uhličitého CO? se uplatňuje také odpovídající vztah mezi úbytkem kyslíku O? a úbytkem oxidu uhelnatého CO v závislosti na přírůstku množství oxidu uhličitého CO? a oxidu uhelnatého CO.

Blokové schéma podle obr. 5 podrobněji objasňuje jednotlivé pracovní operace prováděné při kontrole a udržování bezpečného provozu petrolejových kamen £ umístěných uvnitř místnosti jak za normálních topných podmínek, tak také mimo normální provozní podmínky, přičemž popisy jednotlivých bloků uvádějí funkční souvislosti jednotlivých operací způsobu podle vynálezu.

-9CZ 282134 B6

Z obr. 6a a 6b jsou zřejmá dvě příkladná provedení mechanismu zabezpečovacího zařízení podle vynálezu, kterým je možno při chybějících bateriích 20 nebo při nesprávném osazení baterií 20 v bateriovém pouzdru 21 znemožnit zapálení hořáku 4 zapalovacím ústrojím tohoto hořáku 4, popřípadě blokovat přestavení nastavovacího ústrojí 3 pro nastavováni knotu a tím také 5 znemožnit zapálení knotu například zápalkou.

Tento mechanismus je opatřen funkční pružinou 22. která je při správném nasazení baterie 20. to znamená při jejím správném dosednutí na senzorovou destičku 23 bateriového pouzdra 21, udržována ve stlačeném stavu, přičemž vypínací drát 24, jehož jeden konec je v příkladu podle io obr. 6a spojen s vypínací deskou 25 pojistky 26. reagující na otřesy například při zemětřesení, a jehož druhý konec je spojen se senzorovou destičkou 23, zůstává volný, takže zapálení hořáku 4 je možné. Jestliže byla baterie 20 z bateriového pouzdra 21 vyjmuta, vzdálí se senzorová destička 23 od zadní strany bateriového pouzdra 21, protože je tlačena tlakem stlačené pružiny 22 kupředu, takže vypínací drát 24 se napne a vypínací deska 25 se posune, takže pojistka 26 se 15 uvede do činnosti a znemožní zapálení hořáku 4 nebo zablokuje vysunutí knotu, popřípadě zajistí vypnutí hořáku 4. V příkladném provedení podle obr. 6b je vypínací deska· 25 pojistky 26 nahrazena blokovací pákou 27, se kterou je spojen jeden konec vypínacího drátu 24, který blokovací páku 27 při svém posuvu uvádí v činnost a tím se také vypne pojistka 26.

Claims (16)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob kontroly a udržování bezpečného provozu kamen bez odtahu do komína, zejména petrolejových kamen umístěných v místnosti, jak při normálních topných podmínkách, při kterých se výška plamene hořáku udržuje v nastaveném rozsahu, jehož překročení se zjišťuje ze změny vyzařování, tak i v topných podmínkách mimo normální topný režim, přičemž při

   30 překročení nebo nedosažení výšky plamene hořáku v nastaveném rozmezí se generuje odpovídající řídicí signál, který se přivádí na elektronický řídicí obvod jednak pro obnovení normálního topného režimu a jednak pro generování výstražného signálu při pokračování provozu hořáku mimo nastavený rozsah výšek plamene a po uplynutí nastaveného časového intervalu pro samočinné vypnutí hořáku s odpovídajícím zpožděním, vyznačující se 35 tí m , že se současně zjišťuje podíl kyslíku O? ve spalinách uvnitř petrolejových kamen a tato hodnota se pro použití jako měřítko při kontrole podílu oxidu uhličitého CO₂ ve spalinách hořáku přemění na napěťový řídicí signál pro elektronický řídicí obvod, přičemž při provozu hořáku, při kterém má plamen výšku mimo nastavený rozsah výšek plamene, se programovou regulací obsahu kyslíku O₂ ve spalinách programově řídí jak obnovení normálních provozních podmínek, 40 tak také kontrola provozu při nejnižší výšce plamene, přičemž se elektronickým řídicím obvodem generuje varovný signál a s nastaveným zpožděním se samočinně vypíná hořák jak při předem nastaveném prvním, tak také při předem nastaveném druhém nastaveném zmenšení podílu kyslíku O₂ ve spalinách hořáku, odpovídajícím předem stanovenému podílu oxidu uhličitého CO? ve vzduchu místnosti.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že přídavně ke zjišťování obsahu oxidu uhličitého CO? ve spalinách se zjišťuje podíl oxidu uhelnatého CO jako měřítka pro kontrolu podílu oxidu uhličitého CO? ve spalinách hořáku a varovný signál se vyšle a po uplynutí nastaveného časového intervalu se hořák samočinně vypne, jestliže buď podíl kyslíku O?, nebo

   50 podíl oxidu uhelnatého CO ve spalinách hořáku dosáhne hodnoty, která odpovídá maximálně přípustnému podílu oxidu uhličitého 0,8 % ve vzduchu místnosti.

   - 10CZ 282134 B6
3. 3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že hořák se samočinně vypne 90 sekund po vyslání varovného signálu, oznamujícího příliš nízkou úroveň obsahu kyslíku O₂, a/nebo příliš vysokou úroveň obsahu oxidu uhelnatého CO vůči oxidu uhličitému CO₂ ve spalinách hořáku.
4. 4. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, žena hořáku se po jeho vypnutí udržuje v nastaveném časovém intervalu provozní napětí.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že provozní napětí se udržuje po dobu 45 minut na pevně nastavené hodnotě, jestliže byl předtím hořák vypnut v důsledku příliš velkého obsahu oxidu uhličitého CO₂ ve vzduchu místnosti.
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při zjišťování podílu kyslíku O₂ ve spalinách se pravidelně sleduje napětí na kyslíkovém čidlu a zjištěné hodnoty napětí se porovnávají se s předem nastavenou hodnotou napětí kyslíkového čidla.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že napětí kyslíkového čidla se zjišťuje každé čtyři minuty.
8. 8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektronický řídicí obvod se napájí elektrickým proudem z baterie a udržování nastavené hodnoty bateriového napětí ΙΛ, se samočinně kontroluje, přičemž při poklesu předem stanovené hodnoty bateriového napětí Ub se v případě, kdy je hořák mimo provoz, znemožní zapálení hořáku a generuje se varovný signál, oznamující nutnost výměny baterií, a při provozu hořáku se po určitou dobu vysílá výstražný signál a potom se provoz petrolejových kamen řídicím obvodem vypne.
9. 9. Způsob podle nároků 1 a 8, vyznačující se tím, že zapálení hořáku se znemožní také při poruše připojení baterie a při vyjmutí baterie ze zařízení.
10. 10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že znemožnění zapálení hořáku se uskutečňuje mechanickými prostředky.
11. 11. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektronickým řídicím obvodem se plynule sleduje výška hladiny paliva a při poklesu výšky hladiny pod nastavenou spodní hodnotu se řídicím ústrojím vysílá přerušovaný upozorňovací signál oznamující potřebu doplnění zásoby paliva.
12. 12. Zařízení k provádění způsobu podle nejméně jednoho z nároků 1 až 11, obsahující snímací ústrojí se světelným snímačem, který je uložen v plášti petrolejových kamen proti horní hranici předem nastaveného rozsahu výšek plamene hořáku, baterii spojenou s řídicím obvodem pro přestavování nastavovacího ústrojí knotu, ovladatelného také ručně, v závislosti na signálech světelného snímače při překročení předem stanoveného rozsahu výšek plamene hořáku, otřesovou pojistku, výstražné ústrojí a ústrojí pro samočinné vypínání hořáku, spojené s časovým řídicím ústrojím řídicího obvodu a ovladatelné při provozu hořáku výškou plamene překračující horní nastavenou mez výšky plamene po nastavenou dobu, vyznačující se tím, že snímací ústrojí je opatřeno přídavně kyslíkovým snímačem (13), spojeným s mikroprocesorem a Umístěným ve spodní části pláště (2) petrolejových kamen (1), který je spojen přes elektronický řídicí obvod (14) s nastavovacím ústrojím (3) pro nastavování knotu, s výstražným ústrojím pro generování výstražného signálu a při předem nastaveném prvním poklesu a při předem nastaveném druhém poklesu koncentrace kyslíku O₂ ve spalinách hořáku (4) s vypínacím ústrojím (16) hořáku (4), spřaženým s výstražným ústrojím.

    - 11 CZ 282134 B6
13. 13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že je opatřeno snímačem (11) obsahu oxidu uhelnatého CO ve spalinách, uloženým v zapojovací desce (15), která je upevněna k držáku (12) v horním rohu pláště (2) petrolejových kamen (1) za tepelným reflexním štítem (8) pro odraz vyzařovaného hořákem (4), který je opatřen otvory (10) nasměrovanými na snímač (11) obsahu oxidu uhelnatého CO.
14. 14. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že hořák (4) je spojen s pojistkou (26) reagující na otřesy a spřaženou s blokovacím mechanismem pro znemožnění zapálení hořáku (4) zapalovacím ústrojím nebo zablokování nastavovacího ústrojí (3) knotu v jeho základní poloze při chybějící baterii (20) nebo při špatném osazení baterie (20) v bateriovém pouzdru (21).
15. 15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že blokovací mechanismus obsahuje funkční pružinu (22) dosedající na senzorovou destičku (23) bateriového pouzdra (21) a která je v klidovém provozním stavu stlačena, a vypínací drát (24), jehož jeden konec je spojen se senzorovou destičkou (23) a druhý konec je spojen s vypínací deskou (25) pojistky (26) a je v klidovém stavu mechanismu volný, přičemž při chybějící baterii (20) nebo při nesprávném vložení baterie (20) do bateriového pouzdra (21) je senzorová destička (23) funkční pružinou (22) mechanismu uvedeného do činnosti zasunuta do bateriového pouzdra (21) za současného napnutí vypínacího drátu (24) a uvedení vypínací desky (25) pojistky (26) do funkce.
16. 16. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že blokovací mechanismus je opatřen blokovací pákou (27), spojenou s jedním koncem vypínacího drátu (24).