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Elektrisch gesteuerter selbsttätiger Regler für Heizanlagen mit Brennerfeuerung,
insbesondere Ölfeuerung Die Erfindung betrifft einen elektrisch gesteuerten Regler
für Heizanlagen mit Brennerfeuerung, insbesondere Ölfeuerung. Bei derartigen Reglern
hat man bereits Thermostaten als Steuerorgane verwendet, und zwar einen in dem zu
erwärmenden Raum liegenden Raumthermostaten und einen im Bereich des Brenners liegenden
Thermostaten, dem sogenannten Flammenfühler.
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Es wird vorgeschlagen, ein beim Einschalten des Brenners anlaufendes,
steuerbares Zeitrelais vorzusehen, welches den Brenner nur dann nicht wieder ausschaltet,
wenn ein Flammenfühler ein Auftreten der Flamme erfaßt hat.
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Der Gegenstand der Erfindung besteht weiter darin, daß die Temperaturfühler
und ein Zeitrelais zusammen mit einem gesteuerten Entladungsgefäß, vorzugsweise
einem gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäß, das Ein- und Ausschalten
des in dem Stromkreis angeordneten Kontaktes steuern und dadurch auf die Ein- und
Ausschaltung des Brenners einwirken. Die Leitfähigkeit des Entladungsgefäßes wird
von dem Ladezustand eines von einem Gleichrichter aufgeladenen Kondensators gesteuert,
wobei die Entladezeit durch einen einstellbaren Widerstand geregelt wird. Um den
Kondensator aufzuladen, ist in der Stromleitung zum Gleichrichter eine Druckknopfsteuerung
vorgesehen. Die Steuerung der verschiedenen Kontakte erfolgt durch Relais, die zusammen
mit den von dem Thermostaten gesteuerten Kontakten den ganzen Regelvorgang bewirken.
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Bei elektrisch gesteuerten selbsttätigen Reglern für Heizanlagen ist
die Verwendung von Entladungsgefäßen oder Elektronenröhren bereits bekannt. Jedoch
sprechen diese lediglich auf die gebildeten Verbrennungsprodukte an. In vorliegendem
Falle soll durch die Verwendung von Entladungsgefäßen eine selbsttätige Regelung
für Brennerfeuerungen geschaffen werden, die auf alle entstehenden Arbeitszustände
zuverlässig anspricht und bei Ausfall eines Teiles der Regelvorrichtung Unterbrechungen
in der Heizanlage verhindert. Die neue Regelung läßt sich sowohl für Ölbrenner als
auch für Gasbrenner verwenden.
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Die Zeichnung stellt in Fig.1 einen Längsschnitt durch einen Lufterhitzer
dar; Fig. 2 zeigt ein Schaltbild für die Regelvorrichtung. Die in Fig. 1 dargesellte
Heizvorrichtung 10 bekannter Art dient zur Erzeugung von Warmluft. Sie besitzt einen
Lufteintritt 11, in den die zu erwärmende Luft entweder aus dem Raum, der
erwärmt werden soll, oder von außen oder von Teilmengen aus diesen eintritt. In
dem Lufteintritt ist ein Gebläse 12 mit seitlichen Luftansaugeöffnungen
13 angeordnet, das von einem Elektromotor 14 angetrieben wird. Aus dem Gebläse
tritt die Luft in einen Erhitzer, der aus den gleichachsig liegenden Lufträumen
15 und 16 und dem von diesen eingeschlossenen Mantel 17 für die Führung der
heißen Gase besteht. Dieser ringzylindrische Mantel 17 ist oben durch einen Stutzen
18 mit der Brennkammer 19 und unten durch ein Rohr 20 mit dem Schornstein verbunden:
Die vom Boden der Brennkammer zurückgeworfene Luft umspült den um die Brennkammer
liegenden Raum 22, erfüllt den oberen Raum 23 und tritt durch auf beiden Seiten
vorgesehene Öffnungen 24 in den zu erwärmenden Raum.
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Oberhalb des Raumes 23 ist ein Raum 25 zur Aufnahme sämtlicher Regelvorrichtungen
vorgesehen. Dieser Raum 25 ist mit der Brennkammer 19 durch einen Rohrstutzen 26
verbunden, in dem der Ölbrenner 27 angeordnet ist. Die Düse des Brenners wird mit
Öl und Luft gespeist, die beide durch den motorisch angetriebenen, stoßdämpfend
gelagerten Verdichter 28 zugeführt werden. Das Öl wird der Düse durch Rohr 30, die
Zerstäubungsluft durch Rohr 31 und die Zweitluft durch Rohr 32 zugeführt. Das zu
verbrennende Gemisch tritt in die Brennkammer 19 durch eine Düse 33 ein und wird
durch Zündelektroden 34 gezündet. Der Brenner enthält einen Flammenfühler 35, der
in die Brennkammer 19 hineinragt und auf einen Schalt- oder Kontaktarm 36 einwirkt.
Dieser Schaltarm steuert einen an die Leitungen 37, 38 angeschlossenen Kontakt.
Die Leitungen 37, 38 führen zu dem Hauptregler 40, der an die Leitungen
41
einer elektrischen Stromquelle angeschlossen ist.
Die Verbrennung
wird in Abhängigkeit von der in dem zu beheizenden Raum erforderlichen Wärme durch
einen von dieser Wärme beeinflußten Wärmethermostaten 42, der durch Leitungen 43,
44 an den Hauptregler 40 angeschlossen ist, geregelt. Der Gebläsemotor 14 ist mit
dem Hauptregler durch die Leitungen 45, 46, 47, der Verdichtermotor
28 mit dem Hauptregler 40 durch die Leitungen 48, 49, 50 verbunden, und die
Zündelektroden sind mit den Leitungen 51 an den Hauptregler 40 angeschlossen.
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Sobald Wärmebedarf durch den Thermostaten 42 angezeigt ist, werden
durch den Hauptregler 40 der Verdichtermotor 28 und die Zündelektroden 34 für eine
bestimmte Zeit in Betrieb gesetzt. Dadurch wird durch den Flammenfühler 35 (der
zweite Thermostat) der Kontaktarm 36 bewegt und der Strom geschlossen, durch welchen
der Hauptregler 40 in seiner Einschaltlage verriegelt wird. Wenn aber die
Verbrennung zur bestimmten Zeit nicht eintreten sollte, so wird der Hauptregler
40 in der Ausschaltlage verriegelt, so daß der Brenner selbsttätig ausgeschaltet
und gleichzeitig ein Signal gegeben wird. Die Mittel, um diese Regelwirkung zu erzielen,
sind nachstehend beschrieben.
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In Fig. 2 ist der Hauptregler 40, der durch Leitungen
41 an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, in einem Schaltbild in Verbindung
mit den Brennerregelungsteilen schematisch dargestellt. Die Stromzufuhr zu dieser
Einrichtung wird durch die Schalter 52 geregelt, die, wenn sie geschlossen sind,
die Leitungen 53, 54, 55 mit Strom versorgen. Diese speisen den Hauptregler und
wirken auf die Brennereinrichtung.
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Die Leitungen 45, 46, 47, die an die Leitungen 53, 54, 55 angeschlossen
sind, speisen den Gebläsemotor 14. Das Gebläse wird gewöhnlich in Abhängigkeit von
anderen Zuständen als der Brenner geregelt, so daß die Brennerregelung auf die Gebläseregelung
nicht einwirkt. Die Leitungen 48, 49, 50, die zu dem Verdichtermotor führen,
sind an die Speiseleitungen 53, 54, 55, und die Zündelektroden 34 sind mit den Leitungen
53 und 55 über einen Hochspannungstransformator 56 verbunden. Der Verdichtermotor
und der Zündtransformator werden durch Schließen der Kontakte 57 eingeschaltet,
die vom Hauptregler 40 und den ihm zugeordneten Thermostaten gesteuert werden.
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Der Hauptregler 40 enthält zwei Entladungsgefäße oder Röhren
61, 62. Das Gefäß 61 ist ein Gleichrichter und besitzt ein Heizelement 63, eine
mittelbar geheizte Kathode 64 und eine Anode 65.
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Das Entladungsgefäß 62 ist gittergesteuert und vorzugsweise dampf-
oder gasgefüllt, ferner besitzt es ein Heizelement 66, eine mittelbar geheizte Kathode
67, eine Steuerelektrode 68 (Gitter) und eine Anode 69. Die Heizelemente 63 und
66 werden von einem Transformator 71 über die entsprechend den Sekundärwicklungen
72 und 73 gespeist. Die Primärwicklung 74 des Transformators wird von der
Speisequelle 41 über die Leitungen 75 und 76, die mit den Leitungen 53 und 55 in
Verbindung stehen, mit Strom versorgt. Die Kathode des Gefäßes 61 ist über die Leitung
77 mit der Leitung 76 über einen Kondensator 78 verbunden, zu dem ein mit einem
veränderlichen Widerstand 79' in Reihe geschalteter Strombegrenzungswiderstand 79
parallel geschaltet ist, wogegen das Steuergitter 68 des Gefäßes 62 mit der Leitung
77 über einen Strombegrenzungswiderstand 80 in Verbindung steht, und zwar an einem
Punkt zwischen der Kathode 64 und der linken Belegung des Kondensators 78.
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Dieser Röhrenkreis bildet die Speisequelle für den Hauptregler zur
Betätigung der verschiedenen Relais. Die Kathoden der Entladungsgefäße werden beheizt,
solange sich der Ölbrenner und der Hauptregler in einwandfreiem Betriebszustand
befinden. Das Einschalten der Entladungsgefäße wird durch kurzzeitige Betätigung
eines abgefederten Druckknopfes 81 bewirkt, der über die Leitung 82 und 83 zwischen
die Speiseleitung 75 und 76 geschaltet ist. Die Anode 65 des Gleichrichters 61 steht
mit dem Druckknopf 81 und der Leitung 83 durch eine Leitung 84 in Verbindung;
sie ist ferner mit der Speiseleitung 76 über einen in die Leitung 83 eingebauten
Strombegrenzungswiderstand 85 verbunden.
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Bei kurzzeitiger Betätigung des Druckknopfes 81 fließt durch den Anoden-Kathoden-Kreis
des Gleichrichters 61, in welchem der zwischen der Kathode 64 und der Speiseleitung
76 geschaltete Kondensator 78 geschaltet ist, ein Gleichstrom. Der Kondensator wird
mit der in der Zeichnung angegebenen Polarität auf ein Potential aufgeladen, welches
durch die Spannung zwischen den Leitungen 75 und 76 bestimmt ist. Da die Steuerelektrode
68 des Gefäßes 62 mit der Leitung 77 in Verbindung steht, nimmt die Steuerelektrode
gegenüber der Kathode ein positives Potential an, wodurch bewirkt wird, daß ein
Strom durch den Anoden-Kathoden-Kreis der Röhre 62 fließt. Der Anodenkreis der Röhre
62 läuft über eine Leitung 86 zur Wicklung eines Relais 87 und wandert dann über
eine Leitung 88 zur Speiseleitung 75. Ein Kondensator 89 liegt parallel zur Wicklung
des Relais 87. Dieser Kondensator 89 hat den Zweck, die Welle des hindurchfließenden
Stromes zu glätten. Nach Herstellung der Leitfähigkeit des Entladungsgefäßes 62
in der vorstehend beschriebenen Weise wird der Anker des Relais 87 angezogen, so
daß der normalerweise geschlossene Überbrückungskontakt 90 in die offene Stellung
und der normalerweise offene überbrückungskontakt 91 in die geschlossene Stellung
bewegt wird.
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Mit dem Schließen des Kontaktes 91 wird für den Gleichrichter 61 ein
Stromkreis über den kurzzeitig betätigten Druckknopf 81 geschlossen, so daß das
Speisen der Entladungsgefäße 61 und 62 nach dem Loslassen des Druckknopfes aufrechterhalten
bleibt. Dieser Parallelkreis erstreckt sich von der Anode 65 des Gleichrichters
61 über die Leitungen 84 und 83 zu einer Leitung 92, darauf zur Leitung 93 über
den normalerweise geschlossenen Kontakt 94 des Relais 95, die Leitungen 96
und 97, den geschlossenen Kontakt 91, die Leitungen 98 und 88 zur Speiseleitung
75. Dies bedeutet, daß die Leitfähigkeit des Gleichrichters während der ganzen Leitfähigkeitszeit
des Entladungsgefäßes 62 bestehenbleibt. Nach dem einmaligen Betätigen des Druckknopfes
und dessen Loslassen werden die Gefäße 61 und 62 leitfähig gemacht und bleiben in
diesem Zustand, bis sie durch Versagen irgendeiner der Röhren oder durch die Betätigung
eines anderen Teiles des Hauptreglers in der nachfolgend beschriebenen Weise außer
Betrieb gesetzt werden.
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Das Ansprechen des Raumthermostaten 42 wird gleichfalls durch das
Schließen des Kontaktes 91 hervorgerufen. Der Strom aus der Speiseleitung 75 erreicht
den Thermostaten über die Leitung 88 und 98, Kontakt 91, Leitung 97 und 96, den
normalerweise geschlossenen Kontakt 99 für das Relais 100 sowie
die
Leitungen 101 und 102. Beim Sinken der Temperatur im Raum wird durch Bewegung des
Thermostaten 42 der Stromkreis von der Leitung 75 nach Leitung 76 über den Thermostaten-
zur Leitung 103,
den gewöhnlich geschlossenen Kontakt 104 des Druckknopfes
81, Leitung 105, der Spule für das Relais 95
und die gewöhnlich
geschlossenen Kontakte 1.06 und 107 des als Relais ausgebildeten Überstromauslösers
108 und 109 geschlossen. Dieser Stromkreis wird hergestellt, wenn
der Thermostat eine Erwärmung des Raumes anfordert.
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Das Einschalten des Verdichtermotors und des Zündtransformators 56
in Abhängigkeit von einem Wärmebedarf erfolgt durch Schließen der Kontakte 57 nach
Betätigung des Relais 95, das durch Schließen des Thermostaten unter Strom gesetzt
wird. Der von der Speiseleitung 53, 54, 55 zugeführte Strom tritt nun durch
die geschlossenen Kontakte 57 zu dem Verdichtermotor 28 und zum Zündtransformator
56. Gleichzeitig wird beim Schließen der Kontakte 57 durch das Relais 95 der Kontakt
94 geöffnet. Dadurch wird der Haltekreis von der Anode 65 zur Speiseleitung 75 unterbrochen,
so daß das Gefäß 61 stromlos wird. Dies bedeutet, daß die Röhre 62 ebenfalls stromlos
würde, falls nicht eine Ladung im Kondensator 78 aufgespeichert ist, die das Steuergitter
68 auf einem positiven Potential gegenüber der Kathode hält und so die Röhre
leitfähig macht. Die Ladung des Kondensators 78 entlädt sich jedoch über den Nebenschlußwiderstand
79' und sperrt die Röhre 62 in verhältnismäßig kurzer Zeit, falls nicht die Leitfähigkeit
der Röhre 61 wiederhergestellt wird. Die Entladungszeit des Kondensators
78 kann beliebig entsprechend der Einstellung des veränderlichen Widerstandes 79'
geändert werden; sie beträgt aber gewöhnlich 1 bis 4 Sekunden.
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Während der Zeit, in welcher sich die Entladung des Kondensators vollzieht,
werden der Verdichtermotor und die Zündung durch das Relais 95 in der oben bereits
beschriebenen Weise angelassen. Falls diese Teile ordnungsmäßig arbeiten und die
Flamme brennt, wird dafür Vorsorge getroffen, eine völlige Entladung des Kondensators
78 und eine entsprechende Außerbetriebsetzung des Gefäßes 62 zu verhindern, was
den Kontakt 91 öffnen und den Stromkreis über den Thermostaten 42 und das Relais
95 unterbrechen würde. Als Regelung hierzu dient der Flammenfühler 35, der parallel
zu den Speiseleitungen 75 und 76 mit der Spule des Relais
100 in Reihe geschaltet ist. Bei Eintritt der Verbrennung bewegt sich der
Flammenfühler in die Schließlage, erregt die Spule des Relais 100 und bringt den
gewöhnlich offenen Kontakt 111 in die geschlossene Stellung. Dadurch wird
ein Nebenschlußstromkreis zu dem offenen Kontakt 94 hergestellt und das Gefäß 61
wieder leitfähig gemacht, weil der Stromkreis von der Anode 65 zur Speiseleitung
75 durch die Leitungen 84, 83, 92, 93 zum geschlossenen Kontakt 111 und von
da zur Leitung 97, Kontakt 91 und Leitungen 98 und 88 wiederhergestellt ist. Dadurch
wird bewirkt, daß beim Zünden der Flamme das Gefäß 61 wieder leitfähig gemacht
wird, um die völlige Entladung des Kondensators 78 zu verhüten. Daher bleibt das
Gefäß 62 leitend und hält den Kontakt 91 mittels Erregung des Relais 87 in
geschlossener Stellung. Der Brenner bleibt so lange in Tätigkeit, wie der Raumthermostat
42 eine Erwärmung fordert. Wenn aber die Wärme im Raum erreicht ist, öffnet sich
der Thermostat 42, macht das Relais 95 stromlos und öffnet die Kontakte 57, wodurch
der Brenner außer Tätigkeit gesetzt wird. Dies bewirkt keine Störung der Arbeit
der Gefäße 61 und 62, die leitend bleiben.
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Wenn aber trotz Schließens der Kontakte 57 eine Verbrennung nicht
eintritt, so bleibt der Flammenfühler 35 in der offenen Stellung, so daß der Kontakt
111 durch das Relais 100 nicht geschlossen wird. Dies bedeutet, daß der Nebenstromkreis
für das Gleichrichtergefäß nicht geschlossen wird. Da der Kontakt 94 durch Schließen
des Thermostaten 42 mittels des Relais 95 geöffnet wird, so wird der Stromkreis
zur Anode 65 unterbrochen und dadurch das Gefäß nicht leitfähig gemacht, so daß
der Kondensator 78 entladen kann.
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Nach Ablauf der obenerwähnten vorher bestimmten Zeit ist der Kondensator
völlig entladen und das Gefäß 62 stromlos, wodurch das Relais 87 freigegeben und
der Kontakt 91 geöffnet wird. Dadurch wird der Stromkreis des Thermostaten
42 geöffnet und das Relais 95 stromlos, wodurch die Kontakte 57 geöffnet
und der Brenner außer Tätigkeit gesetzt wird. Aussetzende Verbrennung wird durch
eine Signaleinrichtung 112 angezeigt, die parallel zur Speiseleitung 75 und 76 durch
eine Leitung 110 mit dem Kontakt 90 verbunden ist, der bei Freigeben des Relais
87 sich schließt.
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Sollte der Flammenfühler 35 versagen, also dieser z. B. in der geschlossenen
Stellung verbleiben, so ist es erwünscht, den Brenner bei weiterer Tätigkeit des
Thermostaten ausgeschaltet zu lassen. Zu diesem Zweck ist das Relais 95 mit einem
gewöhnlich offenen Kontakt 113 versehen, der parallel zu den Leitungen
96 und 101 nebengeschaltet ist, während das Relais 100 für den Flammenfühler
mit dem gewöhnlich geschlossenen Kontakt 99 versehen ist. Beim Schließen der Thermostaten
42 entsprechend einer Wärmeanforderung wird das Relais 95 betätigt und der Kontakt
113 geschlossen, so daß der Strom der Speiseleitung 75 durch Leitung 96 und Kontakt
99 oder 113 zur Leitung 102 fließen kann. Bei der dadurch entstehenden Zündung der
Flamme und entsprechender Betätigung des Relais 100 wird der Kontakt 99 geöffnet,
so daß der Strom für den Thermostaten allein über den Kontakt 113 fließen kann.
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Das ist der Speisestromkreis für das Relais während gewöhnlicher Brenntätigkeit.
Wenn dagegen der Flammenfühler in geschlossener Stellung steckenbleibt, so bleibt
der Kontakt 99 offen. Dies bewirkt, daß der Brenner abgeschaltet wird, wenn auch
der Thermostat sich öffnet und schließt, weil das Öffnen des Thermostaten das Relais
95 stromlos macht und den Kontakt 113 öffnet. Der Stromfluß zum Thermostaten wird
nun durch die offenstehenden Kontakte 99 und 113 gesperrt, und das Schließen des
Thermostaten ist ohne jede Wirkung.
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Wenn der Flammenfühler nicht anspricht, so kann der Brenner durch
Schließen des Druckknopfes 81
nicht gezündet werden.
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Eine Überlastung des Verdichtermotors oder des Zündtransformators
wird durch die Relais 108 und 109 verhindert, welche die Kontakte
106 und 107 im Stromkreis des Relais 95 betätigen. Die Unterbrechung
des Stromkreises macht das Relais 95 stromlos und öffnet die Kontakte 57, die den
Strom dem Verdichtermotor und dem Zündtransformator zuführen. Die Regelvorrichtung
gemäß der Erfindung arbeitet zuverlässig, weil im wesentlichen gegen alle Zufälligkeiten
Vorsorge
getroffen ist, um eine sichere Wirkung des Brenners zu ermöglichen. Falls der Brenner
abgeschaltet ist oder auf einige Zeit ausgeht, ist es notwendig, den Druckknopf
81 von Hand wieder zu betätigen. Das Versagen einer der Entladegefäße 61 oder 62
bewirkt das Ausschalten der Regelung und verhindert eine Brennertätigkeit, bis der
fehlerhafte Teil ausgewechselt ist.
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Die Zeit, in der eine Zündung des Brenners vor dem Abschalten des
Verdichters und Zündtransformators erfolgen kann, kann leicht und genau durch Abänderung
der Entladungsgeschwindigkeit des Kondensators 78 mittels des veränderlichen Widerstandes
79' eingestellt werden. Die Zuverlässigkeit des Regelungsvorganges wird durch die
Benutzung der elektrischen Entladegefäße 61 und 62 gesteigert, durch welche auch
die Zahl der beweglichen Regelteile herabgesetzt wird.
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Eine neue Einstellung von Hand erfolgt leicht durch kurzzeitiges Schließen
des Druckknopfes 81. Der letztere ist mit dem abgefederten Kontakt 104 fest verbunden,
so daß der Stromkreis des Thermostaten während der Zeit der erneuten Handeinstellung
zeitweilig geöffnet ist. Dadurch wird bewirkt, daß der Stromkreis des Relais 95
geöffnet wird und offen bleibt, solange der Druckknopf 81 in Schließlage gehalten
oder verriegelt ist. Der Brenner kann also nicht dadurch in Tätigkeit gesetzt werden,
daß man den Druckknopf 81 geschlossen hält.
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Der Gegenstand der Erfindung ist zwar hauptsächlich als selbsttätige
Regelung für Heizeinrichtungen gedacht, kann aber auch für andere Zwecke Verwendung
finden, z. B. als Einrichtung zum Schutze von Motoren, bei der das Entladungsgefäß
in Abhängigkeit von der Belastung des Motors unter Strom gesetzt oder stromlos gemacht
wird.