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Sicherheitsvorrichtung für die Brennstoff-und Luftzuführung zu einer
Brenneranlage mit pulsierender Verbrennung Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung
für die Brennstoff- und Luftzuführung zu einer Brenneranlage mit pulsierender Verbrennung
gasförmiger Brennstoffe, welche eine Brennkammer mit einem in einen Ansaugschalldämpfer
hineinragenden Ansaugstutzen aufweist, in welchen Verbrennungsluft und Brennstoff
eingeführt werden, wobei in der Brennstoffzufuhrleitung ein Absperrventil vorgesehen
ist.
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Zum Inbetriebsetzen von Brenneranlagen mit pulsierender Verbrennung
ist das Vorschalten eines Verdichters bekannt, durch welchen ein Brennstoff-Luft-Gemisch
in die Brennkammer gefördert wird. Ferner ist das Einpumpen eines Gemisches und
das Zünden desselben durch eine elektrische Zündkerze bzw. eine Glühkerze ebenso
bekannt wie das Füllen der Brennkammer durch eine Impulsgeberleitung und das Zünden
mittels einer Zündflamme, welche an einer Zündöffnung der Brennkammer angeordnet
ist.
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Das Einblasen eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer
in einem Umfange, bis das Gemisch an der Zündstelle gezündet hat, ist zwar verhältnismäßig
einfach durchzuführen, jedoch vermag ein solches Startverfahren das Inbetriebnehmen
einer Brenneranlage mit pulsierender Verbrennung nicht in einfacher und betriebssicherer
Weise auf die Dauer zu gewährleisten.
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Falls das zugeführte Brennstoff-Luft-Gemisch nicht zündet, füllen
sich die Brennkammer, der Abgasschalldämpfer und die Abgasableitung mit Brennstoff-Luft-Gemisch,
welches bei einer anschließenden Zündung zu Verpuffungen führt und damit die Brenneranlage
gefährdet.
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Bei einer Feuerungsanlage, die mit gasförmigen Brennstoffen betrieben
wird und der Beheizung von Kesseln dient, ist es bekannt, zur Sicherheit Einrichtungen
vorzusehen, durch welche die Gaszufuhr zum Brenner in Abhängigkeit von der durch
ein Gebläse geförderten Luft und der Funktionsbereitschaft des Zündbrenners gesteuert
wird. Die bekannten Schaltelemente dieser Sicherheitseinrichtung lassen sich nicht
zwangläufig auf eine Brenneranlage für pulsierende Verbrennung übertragen, da derartige
Brenneranlagen auf Grund ihrer eigenen Funktionsweise andere Bedingungen stellen.
So ist beispielsweise bei Betrieb der Brenneranlage für pulsierende Verbrennung
eine Luftförderung mittels eines Gebläses dann nicht mehr erforderlich bzw. sogar
unerwünscht, wenn die Brenneranlage in Betrieb ist, so daß der von der Luftförderung
ausgehende Steuerimpuls nur beim Anfahren der Anlage den tatsächlichen Gegebenheiten
Rechnung trägt. Aus den vorstehenden Gründen stellt sich die Erfindung die Aufgabe,
eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, welche das Inbetriebsetzen einer Brenneranlage
mit pulsierender Verbrennung in dauernd zuverlässiger Weise und mit einer insbesondere
für Haushaltgeräte erforderlichen Betriebssicherheit gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird mit einer Sicherheitsvorrichtung der eingangs erwähnten
Art gemäß Erfindung durch die Verunreinigung folgender Merkmale gelöst: a) zwischen
dem in der Brennstoffzufuhrleitung angeordneten Absperrventil und dem Ansaugstutzen
ist ein erster druckabhängiger Schalter mit einem Stellglied vorgesehen, welcher
einerseits mit der Brennstoffzufuhr stromab des Absperrventils und andererseits
mit einer vom Ansaugstutzen abzweigenden Druckleitung in Verbindung steht; b) dem
Stellglied des ersten Schalters ist ein elektrischer Schalter zugeordnet, welcher
den Stromkreis für eine an den Ansaugschalldämpfer angeschlossene, elektrisch angetriebene
Startluftfördereinrichtung steuert; c) zwischen dem Absperrventil und dem Ansaugstutzen
ist in der Brennstoffzufuhrleitung stromab der Einmündung der Verbindung des ersten
Schalters mit der Brennstoffzufuhrleitung ein Brennstoffdurchgangsventil angeordnet,
welches
von einem zweiten druckabhängigen Schalter mit einem Stellglied
betätigt wird, welcher einerseits mit der Startluftfördereinrichtung durch eine
an deren Druckseite abzweigende Druckleitung und andererseits mit der Brennstoffzufuhrleitung
in Verbindung steht.
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Ferner ist gemäß Erfindung vorgesehen, daß der elektrische Schalter
gleichzeitig eine der Brennkammer zugeordnete Zündquelle steuert.
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Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß jeder der druckabhängigen
Schalter jeweils aus einer Druckdose besteht, welche durch eine als Stellglied dienende
eingespannte Membran in zwei Druckräume unterteilt ist. Dabei ist gemäß der Erfindung
die Anordnung so getroffen, daß die zwei Druckdosenschalter axial übereinander zu
einer Baueinheit mit einer einzigen Zwischenwand zwischen den beiden Schaltern zusammengefaßt
sind und dabei der Ventilstößel des Brennstoffdurchgangsventils in der Längsmittelachse
der Baueinheit durch die Abschlußwand hindurch verläuft.
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Eine weitere Ausbildung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der
den Ventilstößel des Brennstoffdurchgangsventils aufnehmende Druckraum des zweiten
Druckdosenschalters als ein in die Brennstoffzufuhrleitung eingefügter Brennstoffdurchgangsraum
ausgebildet ist und daß an der Außenseite der Abschlußwand der Ventilsitz des Brennstoffdurchgangsventils
gebildet ist.
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Diese erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung ist bei Verwendung einer
Brenneranlage für pulsierende Verbrennung als Wärmequelle für einen Durchlauf-oder
Umlauferhitzer von strömenden Medien derart ausgebildet, daß vor dem durch den zweiten
druckabhängigen Schalter gesteuerten Brennstoffdurchgangsventil ein vom Wasserdruck
über einen Membranschalter gesteuertes Brennstoffsicherheitsventil vorgesehen ist.
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Das anschließende Ausführungsbeispiel ist auf einen Durchlauf- oder
Umlaufwassererhitzer gerichtet, welcher als Wärmequelle eine Brenneranlage mit pulsierender
Verbrennung aufweist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß
ausgebildete Sicherheitsvorrichtung dargestellt und nachfolgend beschrieben.
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Es wird von der Annahme ausgegangen, daß das Absperrventil
20 in der Brennstoffzufuhrleitung 19 in seine Offenstellung gebracht
und das Zapfventil 25 in der Wasserabflußleitung 24 geöffnet ist, so daß das Brennstoffsicherheitsventil
27 vom Wasserschalter 22, der in der Wasserzuleitung 21 angeordnet ist, aus
über die Membran 26 ebenfalls in seine Offenstellung bewegt ist. Dadurch fließt
Wasser durch die um das Schwingrohr 12 und um die Brennkammer 10 herum in mehreren
wendelartigen Windungen geführte Heizwasserleitung 23. In einem solchen Fall befindet
sich in dem durch das Absperrventil 20 und das Brennstoffsicherheitsventil 27 einerseits
und das Brennstoffdurchgangsventi142 andererseits begrenzten Raum 54 der Brennstoff,
beispielsweise Gas, welcher über die Druckleitung 31 in den Druckraum 35 des ersten
Druckdosenschalters 30 eintritt. Durch den auf diese Weise in dem Druckraum
35 entstehenden Druck, welcher dem Druck des Brennstoffes in der Brennstoffzufuhrleitung
19 entspricht, wird die Druckdosenmembran 34 bewegt und durch diese zugleich der
Quecksilberschalter 37 in seine Einschaltstellung gebracht. Wie aus der Zeichnung
zu erkennen ist, ist der Quecksilberschalter 37 sowohl mit dem Antriebsmotor der
Startluftfördereinrichtung 32
am Ansaugschalldämpfer 17 als auch mit der Zündeinrichtung
33 an der Brennkammer 10 verbunden, so daß beim Einnehmen der Einschaltstellung
des Quecksilberschalters 37 sowohl die Startluftfördereinrichtung 32 als auch die
Zündeinrichtung 33 in Betrieb kommt. Die Startluftfördereinrichtung 32 fördert die
durch die Eintrittsöffnung 18 angesaugte Luft in den Ansaugschalldämpfer
17, wobei ein Druck aufgebaut wird. Von der Druckseite der Startluftfördereinrichtung
32 gelangt dieser Druck über die Druckleitung 41 in den Druckraum
44 des zweiten Druckdosenschalters 40, so daß dessen Druckdosenmembran
43 nach Erreichen eines bestimmten Druckes im Druckraum 44 auf den Ventilstößel
42' des B.rennstoffdurchgangsventils 42 in dem Sinne einwirkt, daß
sich das Brennstoffdurchgangsventil 42 öffnet. Das hat seinen Grund darin, daß beim
Startvorgang der statische Druck des von der Startluftfördereinrichtung 32 erzeugten
Luftstromes von Null anfangend im Maximum größer ist als der Druck des Brennstoffes
im Druckraum 45 des Druckdosenschalters 40 und in der Verbindungsleitung
19'
zur Brennkammer 10. Sobald diese Offenstellung des Brennstoffdurchgangsventils
42 erreicht ist, kann der Brennstoff von der Brennstoffzufuhrleitung 19 aus
durch den Druckraum 45 des zweiten Druckdosenschalters 40 hindurch über die Verbindungsleitung
19' der Gaszufuhrleitung 19 nach der Eintrittsöffnung 16 für den Brennstoff am Ansaugstutzen
11 strömen. Im Ansaugstutzen 11 vermischt sich der eintretende Brennstoff mit der
von der Startluftfördereinrichtung 32 gelieferten Verbrennungsluft, welche über
die Eintrittsöffnung 15 in den Ansaugstutzen 11 eintritt. Dieses Brennstoff-Luft-Gemisch
gelangt vom Ansaugstutzen 11 aus in die Brennkammer 10 und kommt dabei
in den Wirkungsbereich der Zündeinrichtung 33, welche eingeschaltet ist. Das Brennstoff-Luft-Gemisch
wird durch die Zündeinrichtung 33, die beispielsweise durch eine Zündkerze gebildet
sein kann, entzündet, und die Brenneranlage kann mit ihrem Lauf beginnen. Wenn die
Brenneranlage nach diesem ersten Startvorgang läuft, wird durch den mittleren Verbrennungsdruck,
der in der Brennkammer 10 entsteht, auch ein entsprechender Druck über die
Druckleitung 50 in den Druckraum 36 des ersten Druckdosenschalters 30 übergeleitet,
so daß dessen Druckdosenmembran 34 in der Weise beeinflußt wird, daß der Quecksilberschalter
37 in seine Ausschaltstellung gelangt. Auf diese Weise wird sowohl die Startluftfördereinrichtung
32 als auch die Zündeinrichtung 33 wieder abgeschaltet. Diese beiden Teile brauchen
nach einem einwandfreien Starten der Brenneranlage nicht mehr in Betriebsstellung
zu sein, da nunmehr die pulsierende Verbrennung in der Brennkammer 10 die
weitere Steuerung der Anlage in an sich bekannter Weise regelt.
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Falls etwa infolge einer ungünstigen Zusammensetzung des Brennstoff-Luft-Gemisches
nicht gleich ein Entzünden dieses Gemisches innerhalb der Brennkammer 10 mittels
der Zündeinrichtung 33 stattfinden sollte, wird ein statischer Druck in der Brenneranlage
durch die von der Startluftfördereinrichtung 32 geförderte Luft erzeugt, da die
Abgasableitung 14 aus dem Abgasschalldämpfer 13 als Drosselstelle
wirkt, so daß dieser aufgebaute statische Druck über die Druckleitung
50 in die Druckkammer
36 des ersten Druckdosenschalters
30 übergeleitet wird. Damit wird auch in diesem Falle der Quecksilberschalter
37 in seine Ausschaltstellung gebracht. Die Startluftfördereinrichtung 32
und die Zündeinrichtung 33 kommen auf diese Weise ebenfalls außer Betrieb. Gleichzeitig
schließt sich auch das Brennstoffdurchgangsventil42, da der statische Luftdruck
nicht mehr auf die Druckdosenmembran 43 des zweiten Druckdosenschalters
40 einwirkt. Darauf beginnt der Startvorgang von neuem. Der Brennstoffdruck
im Druckraum 35 des ersten Druckdosenschalters 30 bringt den Quecksilberschalter
37 wieder zum Einschalten, so daß die Startluftfördereinrichtung 32 und die Zündeinrichtung
32 wieder in Betrieb kommen. Der weitere Vorgang läuft wie vorstehend bereits beschrieben
ab. Wenn bei dem zweiten Startvorgang die Brenneranlage nicht zum Anlaufen kommt,
wiederholt sich der Startvorgang so oft, bis das Gerät läuft. Vorzugsweise ist das
Wiederholen des Startvorganges auf etwa sechs- bis achtmal beschränkt, und zwar
durch einen in den elektrischen Stromkreis 55 eingebauten Thermoschalter 56, welcher
nach fruchtlosem Ablaufen einer vorherbestimmten Anzahl von wiederholten Startvorgängen
den Stromkreis zum Quecksilberschalter 37 unterbricht, da in einem solchen Falle
kein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch vorhanden ist oder eine Störung der Brenneranlage
vorliegt, welche behoben werden muß. Der Thermoschalter 56 wirkt demnach
als Schutzschalter, welcher bei einer etwaigen Störung dafür sorgt, daß der Brennkammer
10 kein weiteres Brennstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
Wasserschalter 22 mit der aus den beiden Druckdosenschaltern 30 und
40 mit einer einzigen Zwischenwand 51 gebildeten Baueinheit als eine einzige
Gesamtarmatur ausgebildet. An Stelle der Druckdosenschalter 30 und 40, die
durch ihre Membran Bewegungsübertragungen herbeiführen, könnten auch in anderer
Weise ausgebildete druckabhängige Schalter eingesetzt werden. Ferner könnte beispielsweise
das Brennstoffdurchgangsventil42 auch innerhalb des Druckraumes 45 des zweiten
Druckdosenschalters 40 angeordnet sein, so daß der Ventilsitz 53 an der Innenseite
der Abschlußwand 52 befindlich wäre. In einem solchen Falle müßte die als Druckleitung
41 bezeichnete Leitung als Saugleitung ausgebildet sein, welche von der Saugseite
der Startluftfördereinrichtung 32 abzweigt, so daß der Druckraum
44 des zweiten Druckdosenschalters 40 einen Unterdruck erhält. An
Stelle des Quecksilberschalters 37 könnte auch ein anderer Schalter eingesetzt werden,
welcher durch die Druckdosenmembran 34 des ersten Druckdosenschalters
30 in seine Ein- bzw. Ausschaltstellung gebracht werden kann. Genausogut
kann an Stelle der im Ausführungsbeispiel als Zündeinrichtung 33 dienenden Zündkerze
auch eine Glühkerze oder ein anderer Zünder vorgesehen werden. Eine Anpassung solcher
Einzelteile an jeweils auftretende Verhältnisse oder an unterschiedliche Brenneranlagen
kann im Rahmen der Erfindung in äquivalenter Weise vorgenommen werden.