DE2042528A1 - Gerat zur Steuerung eines Brenn stroffbrenners - Google Patents

Description

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'Patentanwälte

Br.-Ir,7. V.'ilnuim Roicliel
LiL --,i V/J.'.^!iatj- iiöicliel

B i-'taiikiiut a. M. 1
Purksiraße 13

Anmelder: United Gas Industries Limited, eine britische
'TnnoilaphwfV' 51 Lincoln's Inn Fields, !London,
WC 2, England

Gerät zur Steuerung eines Brennstoffbrenners

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät, zur Steuerung von ä Brennstoffbrennern, insbesondere Gasbrennern,

Es ist bereits bekannt die Steuerung einer Gasströmung mit Hilfe einer Halbleiterschaltvorrichtung durchzuführen. Ferner ist es bereits bekanryt einen Zündkreis vorzusehen, bei dem die Erzeugung eines Funkens aus einer Wechselstromversorgung durch eine Halbleiterachaltvorrichtung erfolgt.

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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät zur Steuerung eines Brennstoffbrenners vorgeschlagen, bei dem die Betätigung eines die Versorgung eines Brenners steuernden BrennstAffventils und die betätigung eines Zündkreises mit Hilfe einer einzigen steuerbaren Schalteinrichtung gesteuert werden.

Das Gerät umfasst, vorzugsweise eine Flammenfühlereinrichtung, die bei Abwesenheit einer Flamme am Brenner anspricht, um das Brennstoffventil zu·schließen. Dieser Brenner kann einen Haupt- oder Kontrollbrenner umfassen, wobei der letztere derartig angeordnet ist, daß der dem Hauptbrenner zugeführte Brennstoff gezündet werden kann.

Die Flammenfühlereinrichtung spricht vorzugsweise auch auf die Anwesenheit einer Flamme am Haupt- oder Kontrollbrenner an, um die Zündschaltung auszuschalten, und zwar indem vorzugsweise der steuerbaren Schalteinrichtung ein Steuerimpuls zugeführt wird.

Demzufolge wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Gerät zur Steuerung eines Brennstoffbrenners vorgeschlagen, das zur Steuerung eines Brennstoffventils für den Hauptbrenner eine elektrische Ventilbetätigungsvorrichtung aufweist, und wobei ferner eine Funkenzündschaltung mit einer neben dem Hauptbrenner angeordneten Funkenstrecke verbunden ist, oder bei der ein Kontrollbrenner neben dem Hauptbrenner zur Zündung des zugeführten Brennstoffes angeordnet ist. Ferner ist gemäß der Erfindung eine gesteuerte Halbleiterschaltvorrichtung in einem Steuerkreis mit der Ventilbetätigungsvorrichtung und dem Funkenzündkreis verbunden, wobei die Schaltvorrichtung in der Lage ist, den Fünkenzündkreis in Intervallen aus einer Wechselspannungsquelle zu erregen, und eine FlammenfUh^efeti^iphtung beim Vorliegen einer Flamme am Brenner neben dem die Funkenstrecke angeordnet ist, wirksam wird, um der Schalteinrichtung ein Steuersignal zuzuführen,

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ORK3INAL INSPECTED

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so dafi diese geachlossen bleibt, und eine weitere Erregung der Funkenstrecke verhindert wird, während die Ventilbetätigungsvorrichtung betrieben wird, um dem Hauptbrenner Brennstoff zuzuführen.

Durch Verwendung einer einzigen Halbleiterschaltvorrichtung wird mit Hilfe der Erfindung, verglichen zu den Geräten in denen getrennte Halbleiterechfil!einrichtungen und/oder Relais zur Steuerung der ^ventile der Zündsteuerung und zur Anzeige der Flamme vorgesehen sind, eine beträchtliche \7irtsehaftlich— keit erzielt. Als Schaltvorrichtung wird gemäi: der Erfindung vorzugsweise ein gesteuerter Halbleitergleichrichter oder ein j Thyristor verwendet. -

Der Funkenschaltkreis umfasst vorzugsweise einen Aufwartntran3formntor, dessen Primärwicklung zur Schalteinrichtung in Reihe liegt, und einen Kondensator, der während der einander folgenden Halbwellen der Wechselspannung über einen Einweggleichrichter aufgeladen wird, wobei die Funkenstrecke an der Sekundärwicklung des Transformators liegt.

Der Steuerkreis liefert vorzugsweise einen WechselBteuerstrom an das Gitter der Schalteinrichtung und zwar in Gegenphase ä zur Wechselspanrmngsversorgung, um die Schalteinrichtung zwischen jeder Halbwelle in den Leitzustand zu bringen, so daß der" Kondensator über die Primärwicklung des Transformators entladt?η wird, und dadurch die Erzeugung eines Funkens bewirkt, und wobei das Steuersignal dann, wenn es durch die Flammenfühlereinrichtung bewirkt wird, den Wechselateuerstrom überlagert, um die Schalteinrichtung während der wechselnden Versorgungsperiode leitend zu machen.

8ADORJOINAt

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Die elektrische Ventilbetätigungseinrichtung umfasst vorzugsweise einen Magneten, der zum Einweggleichrichter in Keine liegt, sodaß der erregende Strom stets dann durch die Magnetspule fließt,, wenn die Schaltvorrichtung während der Halbwellen der Wechselspannungsversorgung sich bei leitendem Gleichrichter im Leitzustand befindet. Ein Glättungskondensator liegt vorzugsweise an der Magnetspule um eine Erregung desselben während der Halbperioden zu erreichen, wenn der Gleichrichter nicht leitend ist.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Hierbei ze igen:

Figur 1 einen Brennstoffbrenner mit einem Steuergerät, dargestellt in schematischer Blockform, gemäß vorliegender Erfindung;;

Figur 2 eine Schaltung eines Steuergerätes für einen Brenrtstoffbrenner gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und

Figur 3 eine graphische Darstellung des Wellenverläufs- der Spannung am Kondensator 16 der Schaltung gemäß Figur 2 während des Betriebes bei Abwesenheit einer Flamme.

Das Steuergerät gemäß vorliegender Erfindung, wie es in Figur I dargestellt ist, ist derartig ausgebildet, daß es die -Betätigung eines Hauptbrenners 1, der über ein Hauptbrennstoffventil 2 mit Gas versorgt wird, steuern kann. Das Ventil 2 wird mit Hilfe einer Magnetspule 3 elektrisch betätigt, wobei das Ventil 2 offen ist, um das Gas zum Brenner hindurch zulassen, wenn die Magnetspule 3 erregt wird.

ORJGINAt

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Ein Kontrollbrenner 4 ist neben dem Hauptbrenner T befestigt, sodaß dann, wenn eine Flamme am Kontrollbrenner 4 vorliegt, dieser den aus dem Hauptbrenner 1 entweichenden Brennstoff entzündet.

Ein Paar getrennt befestigter Kontakte, die eine Zündstrecke 5 bilden, ist neben dem Ausgang des Kontrollbrenners 4 angeordnet. Einer dieser Kontakte kann den Brenner 4 bilden, der, wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, geerdet ist.

Ein Flammenfühler 6 ist von dem Kontrollbrenner 4 entfernt in dem Bereich angeordnet, der beim Vorliegen einer Flamme von dieser eingenommen wird. Der Fühler 6 besteht aus einer Elektrode eines Paares getrennt angeordneter Elektroden., wobei die andere durch den geerdeten Brenner 4 selbst gebildet wird, zwischen denen ein gleichgerichteter leitender Pfad aufgrund eines Gleichrichtereffektes der Ionisation gebildet wird, die in der Flamme des Kontrollbrenners beim Betrieb des Brenners 4 besteht.

Der Fühler 6 ist mj.t einem Flammendetektor 7 verbunden. Der Flammendetektor 7 dient dazu eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die eine bestimmte Höhe überschreitet, wenn eine Flamme durch den ,Flammenfühler 6 festgestellt wird," wobei diese Spannung in einem Steuerkreis 8 als Steuerimpuls verwendet wird, um die Betätigung der Magnetspule 3 für das Ventil 2 und die Erregung der Funkenstrecke 5, wie im folgenden beschrie ben, wird, zu steuern.

In Figur 2 ist eine Schaltung des Gerätes, das in Figur.1 schematisch dargestellt ist, wiedergegeben. Die auf das Ventil, einwirkende Magnetspule 3 befindet sich in einer Reihenschaltung, welc^Vin^'^a'il^.^föreinweggleichriohterelement 9,

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ORlGlNAL INSPECTED

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eine Primärwicklung 1o eines Aufwärtsfunkentransformators 11 und einen gesteuerten Halbleitergleichrichter oder Thyristor 12 umfasst, dessen Durchlassrichtung die gleiche wie diejenige des Diodenelementes 9 ist. Dieser Reihenschaltkreis liegt an einer Wechselspannungsversorgung, welche durch eine Sekundärwicklung 13 eines Transformators 14 dargestellt wird, und die üblicher V/eise eine Spannung in der Größenordnung von 12o Volt aufweist.

Ein Grlättungskondensator 1,5 liegt an der auf das Ventil einwirkende Magnetspule 3, sodaß sichergestellt wird, daß dann* wenn eine Halbwelle einer Spannung dem Reihenschaltkreis zugeführt wird, eine Erregung der Magnetspule 3 erzielt wird, sodaß das damit verbundene Ventil 2 ohne Plattern offen bleibt.

Die die Funkenstrecke 5 bildenden Elektroden sind mit der Sekundärwicklung 15 .des Aufwärtstransformators 11 verbunden. Die Energie für die Funkenstrecke 5 wird der Ladung entnommen, die in einem Kondensator 16 gespeichert ist, der in dem Kreis bestehend aus der Primärwicklung 1o, dem Transformator 11 und dem Thyristor 12, liegt, wobei dann ein Funke erzeugt wird, wenn der geladene Kondensator 16 über die Primärwicklung 1o entladen wird, wenn der gesteuerte Halbleitergleichrichter, welcher durch einen Thyristor dargestellt wird, in den leitenden Zustand geht.

Die Steuerelektrode des Thyristors 12 ist mit einer Steuer- ^! schaltung 17 verbunden. Dieser Schaltkreis umfasst ein gleichrichtendes Diodenelement 18, das mit einer weiteren Sekundärwicklung 19 des Versorgungstransformators 14 verbunden ist, und welche derartig ausgebildet ist, daß ein gleichrichtender Halbwellen-Steuerstrom der Steuerelektrode des Thyristors 12 über einen Widerstand 2o zugeführt werden kann. Die Sekundärwicklung' üe a Transformators 19 ist derartig ausgebildet, daß dieser Steuerstrom in Gegenphase zur Wechselspannung liegt, die durch die Sekundärwicklung 13 des Transformators zuge-

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-7-INSPECTED

führt wird, so daß der Thyristor 12 zwischen Jeder hintereinanderfolgenden Halbwe'lle der halbwellengleichgerichteten Spannung an der Sekundärwicklung 13 leitet.

Der "Flammenfühler 7 ist mit dem Steuersehaltkreis 17 verknüpft und nutzt den gleichrieh tend en Effekt aus, der¹ zwischen den relativ heißen und relativ kalten Bereichen der KontroU-brennexf lamme auftritt ,, was durch den Fühler 6 ermittelt wird,, um einen Ausgangsgi eich spannung zu erzeugen,, deren Höhe für das Tarliegen oder für die Abwesenheit einer Kontrollflamme kennzeichnend ist,. Einige für diesen Zweck be-Binders geeignete Ausgestaltungen eines Flammenfühlers sind ä Gegenstand der Patentanmeldung Nr, P 19 43 328.4*

Γα Figur 2 ist der Endausgangstransistor 21 des Verstärkers dargestellt, der mit dem Flammenfühler 7 verbunden ist. Dieser Transistor 21 liegt an den sich ergänzenden Versorgungsleitungen 22,, 23% welche einen halbwellengleichgerichteten Wechselstrom führen,, der von der V/icklung 19 über ein Diodengleiehriehterelement 24 und einen Glättungskondensator 25 abgeleitet ist*, wobei die Leitungen 22 und 23 normalerweise bei einer- mittleren Spannung: von + To und - To Volt liegen. Die Vorspannung des Transistors 21 ist derart, daß eine Ausgangsleitung: 26, die mit dem EalleJetor des Ausgangstransistors 21 f de» Verstärkers des Flamiaenfulileafs veifbunden ist, bei Abwesenheit einer WLamwe auf einem Null- oder einem negativen Potenzial liegt,, dass |©dach zu einem positiven Potential ansteigt,,, wenn von dem Kontrollbrenner 4 eine Flamme angezeigt wird.

Die Ausgangsleitung 26 ist mit der Steuerelektrode des Thyristors 12 verbunden.

ORIGINAL WSPSÖTfeÖ

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Die Betriebsweise des Gerätes wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben. Zu Beginn wird bei Abwesenheit einer Flamme am Kontrollbrenner 4 der Kondensator 16 bis etwa auf die Spitzenspannung der Versorgungapannung während einer jeden positiven Halbwelle über das Diodenelement 9 aufgeladen (siehe Kurve a in Figur 3). Wenn die Versorgungsspannung von ihrer positiven Spitzenamplitude absinkt, behält der Kondensator 16 seine Ladung, wobei die Entladung desselben durch die Diode 9 verhindert wird, sodaß die Spannung an dem Kondensator 16 (siehe Kurve b) annähernd konstant aufrechterhalten wird. Während der Aufladung des Kondensators 16 ist der durch den das Ventil betätigte Magnet 13 fließende Strom zu gering, um das Ventil 2 zu öffnen.

Kurz nach Beginn der negativen Halbwelle der zugeführten Spannung bewirkt der Steuerstrom, der der Steuerelektrode des Thyristors 12 über das Diodenelement 18 der Steuerschaltung 17 zugeführte wird, daß der Thyristor 12 in den Leitzustand übergeht, sodaß der Kondensator 16 sich schnell über die Primärwicklung 1o des Funkentransformators 11 entlädt, wobei die sich unmittelbar an der Wicklung 1o entwickelte Spannung ausreichend ist, um an dem Spalt 5 Funken zu erzeugen, der von einem scharfen Abfall der Spannung am Kondensator 16 begleitet wird, wie aus der Kurve b nach Figur 3 hervorgeht.

Diese F.olge wiederholt sich bei jeder Periode der Wechselspannungsversorgung, sodaß an dem Spalt 5 jeweils ein Funke pro Periode erzeugt wird, bis eine Zündung stattfindet, und eine Kontrollflamme an dem Kontrollbrenner 4 auftritt.

Die Anwesenheit einer Kontrollflamme wird unmittelbar durch den Flammendetektor 7 angezeigt, und wie oben beschrieben, wird der Ausgangsleitung 26 ein Steuersignal in Form eines stets positiven Potentials zugeführt, das dem zuvorgenannten

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ORIGINAL INSPECTED

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Steuerstrom überlagert ist. Daraus folgt, daß die Thyristorsteuerelektrode ständig offen gehalten wird, sodaß der Thyristor 12 als ein einfaches Diodenelement wirkt, und danach während der positiven Halbwelle der Versorgungsspannung in den leitenden Zustand übergeht, und somit eine Aufladung des Kondensators 16 verhindert. Die Spannung an der Primärwicklung 1o des Transformators 11 ist dann niemals ausreichend um eine Zündung der Funkenstrecke 5 zu bewirken, während der auf das Ventil einwirkende Hubmagnet 3 erregt wird und das Ventil 2 öffnet, um dem Hauptbrenner 1 Brennstoff zuzuführen.

Wie ersichtlich ist, stellt die Erfindung eine relativ ein- Λ fache Schaltung dar, durch die die Betätigung des Gasventils und die Erzeugung des Zündfunkens aus einem einzigen Thyristor gesteuert wird, und welche auch noch die Wirkung aufweist, den Funkenzündungskreis automatisch abzuschalten, wenn eine Zündung erfolgt ist.

In einer nicht näher dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der K_ontrollbrenner 4 fortgelassen werden, wobei die Funkenstrecke 5 des Zündkreises sodann neben dem Ausgang oder einem Ausgang des Hauptbrenners 1 angeordnet wird. Mit einer derartigen Anordnung wird das Hauptbrennstoffventil 2 zu Beginn eine kurze Zeit lang geöffnet, " ™ und zwar entweder automatisch mit Hilfe einer elektronischen Steuerung, oder mit Hilfe eines handbetätigbaren Druckknopfes und es wird die Zündstrecke 5 wie oben beschrieben erregt. Bei einer solchen Anordnung sorgt der Thyristor 12 für einen Haltestrom für die das Ventil betätigende Magnetspule 3 um das Ventil 2 nur dann offen zu halten, wenn es aufgrund eines Signals aus dem Flammendetektor 7._f welches die Anwesenheit einer Flamme anzeigt, gezündet wird, wobei der Flammendetektor in diesem Falle mit dem Hauptbrenner 1 verbunden ist.

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Claims (1)

1. Pa tentansprüche

   Γ) Gerät zur Steuerung eines Brenners, dadurch g e kennzeichnet, daß die Betätigung eines die Versorgung eines Brenners steuernden Brennstoffventils (2) und die Betätigung eines Zündkreisea (8) mit Hilfe einer einzigen steuerbaren Schalteinrichtung (12) gesteuert werden.

   2. Gerät nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß eine Plammenfühlereinrichtung (7) vorhanden ist, die bei Abwesenheit einer Flamme am Brenner (4) anspricht, um das Brennstoffventil (2) zu schließen.

   3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenfühlereinrichtung (7) beim Vorhandensein einer Flamme am Haupt- oder Kontrollbrenner (1 bzw. 4) anspricht, um den Zündkreis (8) unwirksam zu machen.

   Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenfühlereinrichtung (7) derartig ausgebildet ist, daß der Funkenzündkreis (8) durch Zuführung eines Steuerimpulses an die gesteuerte Halbleitervorrichtung (12) unwirksam gemacht werden.

   Gerät zur Steuerung eines Brenners nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Ventilbetätigungsvorrichtung (3) zur Steuerung eines Ventils, das in einer Brennstoffversorgungsleitung liegt, welche zum Hauptbrenner (1) führt, vorhanden· ist, daß ein Funkenziind kreis (8) mit einer Funkenstrecke (5) verbunden ist, welche an den Hauptbrenner (1) oder an einen K_ontrollbrenner (4) der neben dem Hauptbrenner (1) vorhanden ist, angrenzend ange-

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   OfUGlNALWSPECTEO

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   ordnet ist, um den diesem zugeführten Brennstoff zu zünden, daß eine gesteuerte Halbleiterschaltvorrichtung (12) in einem Steuerkreis (8) liegt und mit der Ventilbetätigungsvorrichtung (3) und dem Funkenzündkreis (11) verbunden ist, wobei die Schaltvorrichtung -(12) betätigbar ist, um den Funkenzündkreis (11) in Intervallen von einer Wechselspannungsversorgung (14) aus zu beaufschlagen und daß eine Flammenfühlereinrichtung (7) vorhanden ist, die beim Vorliegen einer Flamme am Brenner (1) bzw. (4) neben der die Funkenstrecke (5) angeordnet ist, wirksam wird, um der Schalteinrichtung (12) einen Steuerimpuls zuzuführen, sodaß diese geschlossen bleibt und eine weitere « Erregung der Funkenstrecke (5) verhindert wird, und daß ™ die Ventilbetätigungsvorrichtung (3) betätigt wird, södaß dem Hauptbrenner (1) Brennstoff zugeführt wird·

   6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne t, daß der Funkenzündkreis einen Aufwärtstransformator (11) aufweist, dessen Primärwicklung (1o) zur Schalteinrichtung (12) in Reihe liegt, und einen Kondensator (16), der über einen Einweggleichrichter (9) während der wechselnden Halbwellen der Wechselspannungsversorgung aufgeladen wird, und daß die Funkenstrecke (5) an der Sekundärwicklung (15) des Transformators liegt. (|

   7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (17) derartig ausgebildet ist, daß ein Wechselsteuerstrom der Steuerelektrode der Schalteinrichtung (12) in Gegenphase zur Wechselspannungsversorgung zugeführt wird, um die Schalteinrichtung (12) zwischen jeder Halbwelle in den Leitzustarid zu bringen und den Kondensator (16) über die Primärwicklung (1o) des Transformators zu entladen, wodurch die Erzeugung eines Funkens bewirkt wird, und daß der Steuerimpuls dann, wenn

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   dieser durch die Jlammenfühlereinrichtung (7) erzeugt wird, dem Wechselsteuerstrom überlagert wird, um die Schalteinrichtung während des gesamten Schwingungsablaufs in den Leitzustand zu bringen.

   8. Gerät nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ventilbetätigungsvorrichtung eine Magnetspule (3) aufweist, die zum Einweggleichrichter (9) in Reihe liegt, sodaß ein Erregungsstrom stets dann durch die Magnetspule (3) fließt, wenn die Schalteinrichtung (12) sich während der Halbwellen der Wechselspannung in einem Leitzustand befindet, wenn der Gleichrichter leitet.

   9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glättungskondensator (15) an der Magnetspule (3) liegt, um eine Erregung derselben während der wechselnden Halbwellen aufrechtzuerhalten, wenn der Gleichrichter (9) nicht leitend iet.

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