DE1526255A1 - Einrichtung zur UEberwachung von nichtleuchtenden Flammen - Google Patents

Einrichtung zur UEberwachung von nichtleuchtenden Flammen

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DE1526255A1
DE1526255A1 DE19651526255 DE1526255A DE1526255A1 DE 1526255 A1 DE1526255 A1 DE 1526255A1 DE 19651526255 DE19651526255 DE 19651526255 DE 1526255 A DE1526255 A DE 1526255A DE 1526255 A1 DE1526255 A1 DE 1526255A1
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DE
Germany
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radiation
flame
transmitter
electrodes
cell
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DE19651526255
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Bernhard Kluge
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May & Christe GmbH
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May & Christe GmbH
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N2229/12Flame sensors with flame rectification current detecting means

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Überwachung von nichtleuchtenden Flammen Zur selbsttätigen Überwachung von Flammen, die auf zahlreichen Gebieten -z. B. bei Öl- und Gasbrennern - erforderlich ist, sind verschiedene Systeme bekannt.
  • Flammen., deren Strahlungen bis in das sichtbare Spektrum reichen, werden vorzugsweise durch Flammenwächter überwacht, bei denen Lichtempfänger (Fotowiderstände, Fotozellen, Fotoelemente, Fototransistoren) die sichtbaren Strahlungen in elektrische Energie umsetzen, diese durch elektromagnetische Relais (mit und ohne Röhren- bzw. Magnetverstärker) verstärken und dann steuerungstechnisch auswerten. Diese Flammenwächter haben sich vornehmlich auf dem Gebiet der Ölfeuerung bewährt und sind einfach und preisgünstig herzustellen.
  • Bei Flammen, deren Leuchten im Ultravioletten Spektrum liegt, -z. B. bei vollkommener Verbrennung von Heizöl oder Gas- werden zwei Überwachungssysteme zur Registrierung der Flamme angewandt. Überwachung mittels UV-Zellen als Lichtempfänger. Überwachung des durch die Flamme ionisierten Stromes mittels zwei oder mehrerer Überwachungselektroden. Flammenwächter mit UV-Zellen sind jedoch nicht hinreichend betriebssicher: Bei ungleichmäseiger Zündung zwischen den beiden Elektroden -in der UV-Zelle, d. h. bei nur einzelnen Zündpunkten als Vorzugszündstellen auf der gesamten Elektrodenstrecke, neigen diese nach kurzer Betriebozeit zu der bekannten "Durchzündung", wodurch die Röhre unbrauchbar wird. Der Durchzündungseffekt wird beschleunigt durch einen relativ grossen Zündstrom, wie er zur steuertechnischen Auswertung nötig ist. Die Gefahr bei Betrieb mit einer derartig beschädigten UV-Zelle.Iiegt im ständigen Signal "Flamme vorhanden", obwohl die Flamme erloschen sein kann.
  • Bei der Überwachung der Flammen auf dem Ionisationsprinzip treten insbesondere bei kleinen Flammen sehr geringe Ionisationsströme auf, die entweder durch aufwendige nachgeschaltete Verstärker zur steuerungstechnischen Auswertung verstärkt werden müssen oder durch Anlegen einer grösseren Ionisationsspannung an den Elektroden erhöht werden müssen. Diese Arttberwachung hat weiterhin den Nachteil, dass das Ionisationssignal durch den Zündfunken der Hochsparmungszündeinrichtung gestört wird. Aus diesem Grunde muss der Zündfunke entweder durch ein aufwendiges Programm des nachgeschalteten Steuergerätes oder durch komplizierte Siebglieder als Störsignal ausgeschaltet werden. Als Verstärker können sowohl Wechselstromverstärker als auch Gleichstromverstärker dienen.
  • Die Wechselstromverstärker, die mit einem relativ geringen Aufwand herzustellen sind.. besitzen den Nachteil, dass sie einen Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden als bestehendes Flammensignal auswerten. Gleichstromverstärker mit einer Wechselstromspeisung für die Ionisationsstrecke, die nur auf den, durch die Gleichrichterwirkung der Flamme erzeugten Gleichstromanteil reagieren, benötigen einen relativ hohen Aufwand an Verstärkerelementen.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung der bekannten einfachen lichtelektrischen Flammenwächter zur Überwachung von unsichtbaren Flammen unter Verwendung des geschilderten Ionisationsprinzips oder auch zur Überwachung von Flammen, deren Strahlungen unter anderem im UV-Spektrum.Uegen mittels UV-Zellen als Flammenfühler. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die durch eine Flamme ionisierten Ströme bzw. die durrh die Flammenstrahlung innerhalb einer UV-Zelle ionisierten Ströme in eine sichtbare Strahlung umzuwandeln, die einen vorzugsweise zu verwendenden Fotowiderstand belichtet, der seinerseits zur elektrischen Auswertung des Signals mit einem normalen lichtelektrischen Flammenwächter verbunden ist. In der Fig. 1 ist das Prinzip dieser Erfindung für die Überwachung von Flammen auf dem Ionisationsprinzip dargestellt.
  • Als Messtrecke dient die Luftstrecke zwischen der Überwachungselektrode (6) und dem Brennermund (7), die während des Betriebs durch die Flamme (5) bestrichen und ionisiert wird. Das für die Ionisationsstrecke notwendige elektrische Feld wird als Wechselfeld dadurch gebildet, dass die Elektrode (6) durch die Anschlussklemme (8) an Wechselspannung angeschlossen und die Masse des Brenners (7) geerdet wird. Der.Polaritäts- oder Gleichrichtereffekt der Flamme, der bekanntlich je nach Elektrodenausbildung einen überwiegenden Elektronen- oder Ionenstrom zum Fliessen bringt, wird zur Signalisierung ausgenutzt. Dieser Strom durchfliesst einen Strahlensender (1) der auf der einen Seite an die Elektrode und auf der anderen Seite an die Klemme (9) angeschlossen ist, die ihrerseits mit dem geerdeten Mittelpunktsleiter d « es Wechselstron-inetzes verbunden ist. In diesem Strahlensender wird erfindungsgemääs der durch die Flamme ionisierte Gleichätrom vorzugsweise in eine sichtbare Strahlung umgewandelt. Diese Strahlungen werden von einem Strahlenempfänger (2) aufgenommen, dessen spektrale Empfindlächkeit dem Strahlenspektrum des Strahlensenders angepasst ist. Bei der Verwendung einer Glimmlampe als Strahlensender (1) werden die optischen Signale von einem normalen lichtelektrischen Plammenfühler (2) wahrgenommen. Die Anschlüsse des FlammenfüMers können in bekannter Weise mit einem normalen lichtelektrischen Flammenwächter in Hell- oder Dunkelschaltung* verbunden werden. Zwischen der Klemme (8) und der Elektrode (6) ist ein Kondensator (3) angeordnet, der als Sperre für den ionisierten Gleichstrom zum Netz hin dient und gleichzeitig Ladekondensator für diesen Gleichstrom ist. Im Falle der Verwendung einer Glimmlampe als Strahlensender findet die Entladung des Kondensators nach Erreichen der Glimmlampenzündspannung über diese Glimmlampe statt, wobei durch richtige Bemessung der Kapazität die Zündspannung mit einer steilen Spannungsflanke ausgebildet ist, so dass auch bei kleinen Flammen und demzufolge kleinen Ionisationsströmen die hochohmige Glimmlampe -sicher zündet.
  • Zwischen dem Strahlensender (1) und der Überwachungselektrode (6) ist eine Diode (4) angeordnet, die als Sperrglied für eine Halbwene des Netzwechselstromes dient und gleichzeitig je nach Polarisierung den durch die Flamme ionisierten Elektronen-oder Ionenstrom bei der Entladung des Kondensators (3) in den Signallampen-Stromkreis fliessen lässt. Zwischen dieser Diode und dem Strahlensender ist als Strombegrenzer der Dämpfungswiderstand (10) angeordnet. Mit dieser Schaltungsanordnung ist bei entsprechender Bemessung des Kondensators (3) sichergestellt, dass die Glimmlampe nur durch den ionisierten Gleichstromanteil zum Leuchten gebracht wird. Bei einem Kurzschluas zwischen der Elektrode (6) bzw. deren Zuleitung und der Brennermasse erlischt die Lampe, weil der Gleichstrom am Eingang des Übertragers ausbleibt. Trotz gleichzeitig vorhandener Flamme zwischen den Elektroden meldet der nachgeschaltete Flammenwächter das Signal "Flamme aus". Der gleiche Effekt wird bei einer hochohmigen Verbindung zwischen der Überwachungselektrode (6) bzw. deren Zuleitung und der Brennermasse erreicht, wenn als Strahlenäender ein hochohmiger Strahler (z. B. eine Glimmlampe) zweckmässiger - weise verwendet wird. Hochohmige Verbindungen zwischen der Elektrode und der Brennermasse treten in der Praxis durch Russchichten zwischen der Elektrode und deren mit der Brennermasse verbundenen Halterungen auf.
  • Die durch die Schaltungsanordnung erreichte galvanische Trennung zwischen dem Strahlensender (1) und dem Strahlenempfänger (2) hat den Vorteil- der Rückkopplungsfreiheit. Dadurch werden insbesondere störende Einflüsse durch den Zündfunken der Hochspannungseinrichtung bei der lonisationsüberwachung ausgeschaltet. Es ist deshalb nicht notwendig, im nachgeschalteten Steuergerät die Hochspannungs-Zündfunken durch eine Zusatzfunktion während der Abfrage des Flammenwächters auszuschalten.
  • Ferner zeichnet sich die erfindungsgemässe Einrichtung durch den als Stabilisator wirkenden Reihenkreis von Dämpfungswiderstand (10) und Strahlensender (1) aus. Netzspannungs-Schwankungen von + 20 % der Nennspannung haben keinen Einflus-a auf die Signalgabe des Strahlensenders.
  • Die geschilderten Bauteile werden zweckmässigerweise zu einem "übertrager" zusammengefasst. Der Strahlensender, Strahlenempfänger, Kondensator, die Diode und der Vorwiderstand können als optoelektrischer Übertrager zusammengebaut und mit einem geeigneten Vergussmittel (z. B. Gissharz) umgussen werden, um Fremdlicht von dem Strahlenerapfänger fern zu halten. Hierbei werden fUr die Strahlenführung zwischen Sender und Empfänger ein freier Raum oder ein litrahlenleitender Körper (z. B. Glas) vorgesehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass an den Übertrager in dem die Umsetzung der ionisierten Ströme in optische Signale vorgenommen wird, unmittelbar ein lichtelektrischer Flammenwächter bekannter Bauart angeschlossen werden kann.
  • Fig. 2 stellt die Verhältnisse bei der Überwachung einer nicht sichtbaren Flamme durch eine UV- bzw. IR-Zelle anstelle von Überwachungselektroden dar. In der UV- oder IR-Zelle (12) wird durch die Flamme bei anliegender Anodenspannung ein Elektronen- bzw. lonenstrom zum Fliessen gebracht. Die Verhältnisse gleichen denen, der zuvor beschreibenen Benutzung von Überwachungselektroden, weil die Ionisation nunmehr zwischen den Elektroden der Zelle bei Belichtung mit UV-bzw. IR-Strahlen auftritt. Der Ionen- bzw. Elektronenstrom wird in der gleichen Weise einem Strahlensender zugeleitet, dort in sichtbare oder unsichtbare Strahlen umgewandelt, die ihrerseits von einem Strahlenempfänger aufgenommen und an den nachgeschalteten Flammenwächter weitergegeben werden. Dieser erfindungsgemässe Gedanke hat verschiedene Vorteile gegenüber der bekannten direkten Auswertung des durch die UV-Zelle ionisierten Stromes.
  • Auf Grund dessehr hochohmigen Einganges (11) des Übertragers bei Verwendung eines hochohmigen Strahlensenders (Glimmlampe) wird der ionißierte Strom mit der Zelle auf wenige uA begrenzt. Die Zelle unterliegt deshalb nur einem geringen elektrischen VerschlMss.
  • Daraus ergibt sich eine hohe Lebenserwartung. Die zuvor beschriebene und besonders bei UV-Zenen bekannte Durchzündung und damit Funktionsgefährdung ist somit ausgeschlossen.
  • Es ist ferner ausgeschlossen, dass bei Kurzschluss in den Zuleitungen zur UV-Zelle ein Flammensignal vorgetäuscht wird. Der Kondensator (3) wird durch den in der Zelle polarisierten Strom aufgeladen und bewirkt -die Zündung den Strahlennenders. Bei einem auftretenden Kurzschluse in der Zuleitung von den Anschlusakiemmen (11) und (13) zur UV-ZeUe wird der ionisierte Gleichstrom ebenfalls kurzgeschlossen und der Strahlensender nicht mehr gezündet. In diesem Fall signalisiert der nachgeschaltete elektrische Flmmenwächter immer das Signal "Flamme aus" Es besteht die Möglichkeit auf Grund der sehr kleinen Ionisationsströme in der UV-Zelle kleinere Zellen mit geringerem Gasvolumen herzustellen, die für den Einbau in Öl- und Gasbrennerianlagen wesentlich besser geeignet sind.% als die grossen Zellen, die wegen der benötigten grossen Ionisationsströme bei der bekannten direkten Auswertung benutzt werden müssen.

Claims (2)

  1. PATENTA.NSPRÜCHE 1. Einrichtung zur Kontrolle von Flammen auf dem Ionisationsprinzip und optischen Überwachungsprinzip mittels Flammenelektroden oder UV- bzw. IR-Zellen - vornehmlich für Öl- und Gasbrenneranlagen - unter Ausnutzung des durch die Flamme oder deren Strahlungen bewirkten Polaritäts- oder Gleichrichtereffektes zwischen zwei oder mehreren Elektroden bzw. den Elektroden einer UV- oder IR-Zelle und der elektrischen Auswertung des Signals durch bekannte fotoelektrische Einrichtungen (z. B. Plammenwächter für Öl- und Gasbrenneranlagen) dadurch gekennzeichnet , dass der durch die Flamme zwischen zwei oder mehr Elektroden (64- 7) oder in einer UV-oder IR-Zelle (12) ionisierte Strom in einem Strahlensender (1) in eine sichtbare - vorzugsweise hochohmige Glimmlampe - oder unsichtbare Strahlung umgewandelt wird und mit dieser Strahlung ein Strahlenempfänger (2) - vorzugsweise galvanisch getrennter Potowiderstand - erregt wird, dessen spektrale Empfindlichkeit der Strahlung angepasst ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1 d a d u r c h g ekennzeichnet, dass zwischen dem Strahlensender (1) und der Elektrode (6) eine Diode (4) ein Dämpfungswiderstand (10) und zwischen der Elektrode (6) und dem Netzanschluss (8) ein Kondensator (3) angeordnet ist, so dass durch diese elektrische Weiche sicher gestellt ist, dass der Strahlensender nur durch den von der Flamme ionisierten Ionen- oder Elektronenstrom erregt wird. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2 d a d u r c h gekennzeichn.et, dassdiebenutztenBauteilewie Strahlensender, Strahlenempfänger., Kondensator, Diode, Vorwiderstand als Einheit zusammengefasst und urngossen werden, wobei für die Strahlenführung zwischen Sender und Empfänger ein freier Raum oder ein leitender Körper vorgesehen wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388065A2 (de) * 1989-03-17 1990-09-19 Black Automatic Controls Ltd Flammendetektionsvorrichtung und -verfahren

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388065A2 (de) * 1989-03-17 1990-09-19 Black Automatic Controls Ltd Flammendetektionsvorrichtung und -verfahren
EP0388065A3 (de) * 1989-03-17 1991-04-24 Black Automatic Controls Ltd Flammendetektionsvorrichtung und -verfahren

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