DE2102835B2 - Steuer- und ueberwachungseinrichtung fuer von einer brennmittelquelle gespeiste brenner - Google Patents

Description

Brennmittel betriebenen Wärmeaustauschers 10 zum Erwarmen eines Stromungsmittels, das durch eine schraubenförmige, m einen Tragerkorper aus einer Vielzahl einzelner, warmeleitfahiger Korper eingebettete Leitung gefuhrt wird Em innerer, oben abgedeckter Verbrennungsraum IS lsi von der Warmeaustauscheranordnung umschlossen

Eine untere Halteplatte 16 ist fest nut einer Abschlußplatte 17 verbunden, an welche ein m der Mitte des Verbrennungsraumes aufragender Viellochbrenner 18 angeschlossen ist Das Brennmittel fur den Viellochbrenner kann in Form eines unter Druck stehenden Gas-Luft-Gemisches von einer Brennmittelquelle bezogen werden, die mit einem an der Abschlußplatte 17 befestigten Anschlußkanal 19 verbunden ist Ein äußerer Gehausemantel 20 umgibt die Warmeaustauscheranordnung und umschließt den Abfuhrungsweg fur die Abgase, welche durch den erwähnten Tragerkorper austreten Ein Abgaskanal 21 fuhrt außen von dem äußeren Gehausemantel 20 weg und kann mit einem Kamm zut Abfuhrung der Veibrannungsgase verbunden sein In Fig 1 sind die Einzelheiten der elektrischen Einrichtungen oder Steuerorgane weggelassen und werden erst weiter unten naher beschrieben

EinFlammenfuhler-WiderstandselementSö und ein Zündelement 37, welche in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 30 bezeichnet sind, können von Bauteilen unterschiedlicher Abmessung aus einem Widerstandsmaterial gebildet sein, welches nachfolgend noch genauer beschrieben wird Die genannten Teile sind einzeln auf einem keramischen Trager 31 befestigt, der seinerseits so an die Abschlußplatte 17 angesetzt ist, daß er der Umgebung im Inneren des Brennraumes 15 ausgesetzt ist Dem FlammenfubJer-Widerstandselement 36 sind nach außen fuhrende Anschlußleitungen 32 und 34 zugeordnet, wahrend dem Zündelement nach außen fuhrende Anschlußleitungen 33 und 35 zugeordnet sind Wahrend hier das Zündelement und das Flammenfuhler-Widerstandselement an einer einzigen, gemeinsamen Halterung montiert dargestellt sind, versteht es sich, daß das Zündelement und das Flammenfuhler-Widerstandselement auch in beliebiger Lage innerhalb des mit der erfindungsgemaßen Einrichtung ausgerüsteten Warniegerätes getrennt voneinander vorgesehen sein können Bei dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel erfüllt die das Flammenfuhler-Widerstandselement 36 bildende längere Schleife, welche eine größere Querschnittsfiache besitzt, die Fuhlerfunküon, wahrend die etwas kürzere und dünnere Schleife das Zündelement 37 bildet

An Hand von Fig 5 soll nun die Kennlinie des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit von dei Temperatur fur einen bevorzugten Werkstoff naher betrachtet werden Wesentlicher Gesichtspunkt bei der Auswahl des Werkstoffes ist es, daß bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise in einem Bereich von Raumtemperatur bis etwa 530° C, em sehr germgei Widerstand vorherrscht, so daß sich entsprechend hohe Ströme ergeben Am oberen Ende des Temperaturbereiches jedoch, insbesondere bei den Verbrennungstemperaturen von etwa 1370° C und darüber steigt der Widerstandswert scharf an, um so bedeutend geringere Stromwerte zu erzwingen Fur im üblichen Betriebsbereich arbeitende Ausfuhrungsbeispiele ist in F ι g 5 der normale Bereich der Betriebstemperaturen durch unterbrochene Linien angegeben, und zwar das untere Ende des Bereiches durch die unterbrochene Linie 38 bei etwa 530° C und das obere Ende des Bereiches durch die unterbrochene Linie 39 bei etwa 1370⁰C Aus der Steigung der Kurve 40 ersieht man, daß der Widerstand in diesem Bereich etwa im Verhältnis von 3 1 von einem spezifischen Wert von 100 Mikroohm/cm aus ansteigt Em Weikstoff, welcher diese Eigenschaft besitzt, hat beispielsweise eine Zusammensetzung von mindestens

ίο 9O°/o Molybdan-Disihzid mit annähernd 10⁰/o Zusätzen an metallischen und keramischen Bindemitteln, so daß ein elektrisches Widerstandselement hergestellt werden kann Werkstoffe dieser Art besitzen den weiten Anderungsbereich des elektrischen Wider-Standes im entsprechenden Bereich der Temperaturänderungen

Die Lange und die Querschnittsflache des Flammenfuhler-Widerstandselementes und des Zundelementes werden zweckmäßig auf die verwendete Schaltung abgestimmt, welche nachfolgend naher erläutert wird

In Fig 3 ist schematisch ein Schaltbild einer Schaltung angegeben, welche eine elektrische Spannungsquelle enthalt, die über Leitungen 41 und 42 mit einem Transformator 43 zur Erzeugung einer Niederspannung verbunden ist, so daß man schließlich fünf Volt Gleichstrom oder Wechselstrom erhalt Im Falle des Betriebes mit Gleichstrom sind geeignete Gleichrichter vorgesehen Das brennmittelgespeiste Wannegerat oder Heizgerat ist allgemein mit der Bezugszahl 44 bezeichnet und kann die Form der oben beschriebenen Warmeaustauscheranordnung haben Zur Steuerung eines Brennstofiventils 47 dient em Antrieb in Form eines unter der Steuerung des Flammenfuhler-Widerstandselementes 36 stehenden Solenoides 46 Das Zündelement 37 kann unmittelbar parallel zur Sekundärwicklung des Transformators 43 gelegt sein Die Schaltung enthalt weiter einen Sicherheitsausschalter 45, mittels welchem die Schaltang aufgetrennt werden kann, falls nach einer bestimmten Verzogerungszeit vom Normalzustand abweichende Strome auftreten In den meisten brennmittelgespeisten Geraten genügt eme Verzogerungsdauer von etwa zehn Sekunden Em üblicher Sicherheitsausschalter, welcher m der vorliegenden Schaltung verwendet werden kann, enthalt beispielsweise em Heizelement 54 und Kontakte 55, welche in Reihe mit dem Solenoid 46 und dem Flammenfuhler-Widerstandselement 36 liegen Die Kontakte 55 gehen in Offnungsstellung, falls bzw wenn die Heizwirkung des Heizelementes 54 einen bestimmten Schwellenwert übersteigt

Die das Zündelement 37 bildende Schleife ist so ausgelegt, daß sie anfangs einen verhältnismäßig großen Strom von beispielsweise 10 Ampere durchlaßt Das Zündelement glüht dann sofort auf und liefert fur den durch das Brennstoffventil 47 stromenden, zugefuhrten Brennstoff Zundenergie Wahrend der Zunddauer kann der Strom auf etwa fünf Ampere abfallen, halt aber die das Zündelement bildende Schleife auf der gewünschten Zundtemperatur

Die das Flammenfuhler-Widerstandselement 36 bildende Schleife ist so ausgelegt, daß sie beim Einschalten des Transformators 43 ebenfalls einen verhaltmsmaßig großen Anfangsstrom durchlaßt, welcher sich vor der tatsachlichen Zündung auf einen Wert von beispielsweise etwa fünf Ampere einspielt Dieser große Strom, welcher dem Solenoid 46 züge-

fuhrt wird, bewirkt, daß das Solenoid eine Öffnung des Brenstoffventils 47 herbeifuhrt, so daß Brennmittel zum Brenner 18 gelangen kann Die das Flammenfuhler-Widerstandselement 36 bildende Schleife ist aber langer und dicker als die das Zündelement 37 bildende Schleife und daher steigt die Temperatur des Flammenfuhler-Widerstandselementes nicht so weit an wie bei dem Zündelement 37, sondern bleibt auf verhältnismäßig niedrigen Werten, bis sie schließlich durch die Wärmeeinwirkung durch das Verbrennen des Brennmittels erhöht wird Demzufolge bleibt der Wideistand der das Flammenfuhler-Widerstandselement bildenden Schleife so lange niedrig, bis tatsächlich eine Flamme brennt Sobald eine Zündung erfolgt ist, laßt die durch das verbrennende Brennmittel erzeugte Hitze die Temperatur des Flammenfuhler-Widerstandselementes in den Bereich von 1370° C ansteigen, so daß nun em hoher Widerstand in die Schaltung eingeführt wird

Der hohe Widerstandswert bewirkt, daß der Strom auf einen Mittelwert von etwa der Hälfte des vor der Zündung fließenden Stromes oder auf etwa 2,5 Ampere abfallt Die Auswahl der Querschnittsflache und der Lange der das Flammenfuhler-Widerstandselement bildenden Schleife und der das Zündelement bildenden Schleife wird daher durch dae angestrebten Betriebsparameter mit Bezug auf den kalten Zustand sowie nach der Zündung bestimmt

Das Solenoid 46 zur Betätigung des Brennstoffventils 47 ist so ausgelegt, daß es bei einem Stromwert von etwa fünf Ampere anzieht Der Abfall erfolgt bei einem Stromwert, der zweckmäßig kleiner als 2,5 Ampere oder kleiner als der Mittelwert des normalen Dauerstromes ist, wodurch eine zusätzliche Sicherheit erzielt wird Der Sicherheitsausschalter mit dei zuvor erwähnten Verzogerungszeit von zehn Sekunden besitzt beispielsweise eine bestimmte Ansprechschwelle zwischen dem normalen Dauerstrom und dem anfänglichen Strom vor der Zündung Findet beim Inbetriebsetzen eine Zündung m fehlerhafter Weise nicht statt, so fließt m der Schaltung der verhältnismäßig große Anfangsstrom weiter, ohne daß nachfolgend ein Stromabfall stattfindet, wie er normalerweise durch die Erhitzung der das Flammenfuhler-Widerstandselement bildenden Schleife verursacht wird und dieser hohe Stromwert, welcher über dem beispielsweise drei Ampere betragenden Einstellwert fur das Ansprechen des Sicherheitsausschalters hegt, bewirkt eine Auftrennung der Schaltung, so daß selbsttätig das Brennstoffventil abgesperrt wird

In F ι g 4 ist die Wirkungsweise der Schaltung schematisch angegeben In der Kennlinie des Stromes in Abhängigkeit von der Zeit ist der im kalten Zustand auftretende große Anfangsstrom durch den Abschnitt 48 bezeichnet Am Punkt 49, welcher in dem dargestellten Ausfuhrungsbeispiel einer Stromstarke von fünf Ampere entspricht, erfolgt innerhalb des Verbrennungsraumes eine Zündung vermittels der glühenden, das Zündelement 37 bildenden Schleife Eine erfolgreiche Zündung hat die Wirkung, daß der Strom auf einen im Bereich 50 gültigen Wert von etwa der Hälfte des anfänglichen Stromwertes oder auf 2,5 Ampere absinkt Der letztgenannte Abschnitt 50 stellt den mittleren, normalen Dauerstrom in der Steuerschaltung nach der Zündung und nach der Erhitzung des Flammenfuhler- Widerstandselementes 36 auf die einen hohen Widerstand ergebende Temperatur dar Falls nach einer Sicherheitszeit von zehn Sekunden, deren Ende bei 51 angedeutet ist, der fur den Kurvenabschnitt 50 gültige Stromwert nicht festzustellen ist, so tritt selbsttätig der Sicherheitsaussohalter in Funktion, welcher so eingestellt it, daß er die Schaltung beispielsweise bei drei Ampere auftrennt, wobei dieser Wert durch die unterbrochene Linie 52 deutlich gemacht ist Die Unterbrechung der Schaltung auf Grund des Fortdauerns des hohen Anfangsstromes fuhrt zu einer Abtrennung der Brennmittelzufuhr von dem Heizgerat 44 Der Abfallwert des Stromes fur das Solenoid 46 ist in Fig 4 durch die unterbrochene Lmie 53 mit weniger als 2,5 Ampere eingezeichnet

Aus der Kennlinie nach F1 g 5 ist zu ersehen, daß der Widerstand der das Flammenfuhler-Widerstandselement 36 bildenden Schleife und folglich die Große des durch diese Schleife fließenden Stromes unmittelbar von der Temperatur des Flammenfuhler-Widerstandselementes abhangig ist Änderungen der Temperatur verursachen verhältnismäßig große Änderungen des genannten Stromes Die Große des Stromes kann daher eine genaue Anzeige der Temperatur der das Flammenfuhler-Widerstandselement bildenden Schleife und damit der Umgebungstemperatur im Bereich der Schleife innerhalb des betreffenden Gerätes hefern Zu diesem Zweck ist em in Temperaturwerten geeichtes Amperemeter 56 vorgesehen, das mit der Schleife 36 in Reihe geschaltet ist

An Stelle des vorstehend beschriebenen Zundelementes 37 in Form der Schleife können auch andere geeignete Zundelemente, beispielsweise Funkenzunder, eingesetzt werden Durch Verwendung einer ein Zündelement bildenden Schleife aus derselben Werkstoffart wie die das Flammenfuhler-Widerstandselement bildende Schleife können aber die beiden Bauteile in einer Anordnung kombiniert werden, wie sie in den F1 g 2 bis 6 der Zeichnungen dargestellt ist Man erkennt aus Fig 2, daß die beiden Schleifen innerhalb des Tragers 31 m Reihe hintereinanderhegen, so daß die kombinierten Bauteile nur zwei äußere Ansohlußleitungen 32 und 33 besitzen In diesem Falle wird die durch die Senenschaltung gebildete, kombinierte Fühler- und Zunderanordnung gemäß Figo an Stelle der entsprechenden Anordnung in Fig 3 eingesetzt und die gesondeite Schaltung fur die das Zündelement 37 bildende Schleife wird m F1 g 3 weggelassen In der soeben kurz beschriebenen Abwandlung sind die Langen- und Dickenabmessungen der das Flammenfuhler-Widerstandselement 36 bildenden Schleife bedeutend großer als diejenigen der das Zündelement 37 bildenden Schleife, so daß wahrend der Zeitdauer vor der Zündung die das Flammenfuhler-Widerstandselement bildende Schleife auf verhältnismäßig niedrigen Temperaturen bleibt, wahrend die das Zündelement 37 bildende Schleife sogleich auf die Zundtemperatur erhitzt wird Beispielsweise sind die Lange und der Querschnitt der das Flammenfuhler-Widerstandselement 36 bildenden Schleife jeweils doppelt so groß wie die entsprechenden Maße der das Zündelement 37 bildenden Schleife Bei Einhaltung solcher Bedingungen sind die Eigenschaften der letztgenannten Schleife fur die Zündung vorherrschend, wahrend diejenigen der das Flammenfuhler-Widerstandselement 36 bildenden Schleife fur die Steuerung des Sicherheitsausschalters 45 bestimmend sind Der Vorteil des bevorzugten Ausfuhrungs-

beispieles nach den Zeichnungsfig 1 und 3 ist es, daß die das Zündelement 37 bildende Schleife stets eingeschaltet bleibt, um Zundenergie bereitzustellen, auch wenn der Ausschalter in Offnungsstellung gegangen ist

Bei den einzelnen, brennmittelgespeisten Wannegeraten können vielerlei Anoidnungen des Flammenfuhler-Widerstandselementes und des Zundelementes gewählt werden Der bestimmte Abfall der mittleren, normalen Betnebsstromstarke bei Erhitzung der das JFlammeofuhler- Widerstandselement bildenden Schleife ist der bestimmende Parameter bei der Auswahl der jeweiligen Abmessungen der elektrischen Widerstandselemente mit dem gewünschten positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. In den meisten Fallen werden die Abmessungen der dasFlammenfühler-Widerstandselement bildenden Schleife em Vielfaches der Länge des Zundelementes bilden, welche sich aus der mittleren, normalen Betnebsstromstarke ergibt Der primäre Gesichtspunkt ist es, daß der Widerstandswert bei der Verbrennungstemperatur ausreichend hoch ist, um eine betriebsfähige Schaltung zu ergeben Die Eigenschaften des Sicherheitsausschalters sowie die Steuerung fur die Btennmittelzufuhr werden dann entsprechend ausgelegt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 209585/29?

Claims (4)

1 2

Patentansprüche schaltung gelegt ist, kurzgeschlossen wird, wenn auf

Grund eines Ausbleibens einer Flamme am Flammen-

1 Steuer- und Überwachungseinrichtung fur fuhler-Widerstandselement der Strom in der genannvon einer Brennmittelquelle gespeiste Brenner ten Reihenschaltung einen bestimmten Wert ubermit einem einen positiven Temperaturkoeffi- S steigt

zienten des elektrischen Widerstandes aufweisen- Das Umschaltrelais der bekannten Steuer- und

den Flammenfuhler-Widerstandselement, mit Überwachungseinrichtung stellt neben dem Sicher-

emem elektrischen Antrieb fur ein Brennstoff- heitsausschalter eine zusätzliche Storungsquelle dar

ventil und mit einem in Reihe zum Flammen- und macht die Schaltung verhältnismäßig kompliziert

fuhler-Widerstandselement gelegten Sicherheits- io Durch die Erfindung soll demgemäß die Aufgabe

ausschalter mit Zeitverzögerung zur Abschaltung gelost werden, eine Steuer- und Überwachungsein-

des Antriebes des Brennstoffventiles bei einem richtung der eingangs beschnebenen Art ohne die

Dauerstrom, der über dem Strom hegt, der bei Verwendung eines Umschaltrelais so auszubilden,

Vorhandensein einer Flamme auftritt, dadurch daß trotz einfacheren Schaltungsaufbaus kerne Sicher-

gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung 15 heitsfunktionenwegfallen

aus den Kontakten des Sicherheitsausschalters Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch und der Betätigungseinrichtung des Sicherheits- gelost, daß eine Reihenschaltung aus den Kontakten ausschaltei s (45), des Antriebes (46) des Brenn- des Sicherheitsausschalters und der Betatigungseinstoffventües (47) und des Flammenfuhler-Wider- richtung des Sicherheitsausschalters, des Antriebes Standselementes (36) standig unmittelbar an eine 20 des Brennstoffventiles und des Flammenfuhler-Wider-Spannungsquelle (43) gelegt sind und daß der Standselementes standig unmittelbar an eine Span-Antrieb des Brennstoffventiles so ausgelegt ist, nungsquelle gelegt sind und daß der Antrieb des daß er das Brennstoffventil bei einem Strom Brennstoffventil es so ausgelegt ist, daß er das Brennunterhalb des genannten Dauerstromes oder bei stoffventil bei einem Strom unterhalb des genannten Stromausfall schließt 25 Dauerstromes oder bei Stromausfall schließt

2 Steuer- und Überwachungseinrichtung nach Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung einer Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die derartigen Steuer- und Überwachungseinrichtung Reihenschaltung ein Zündelement (37) mit eben- nach der Erfindung kann in die Reihenschaltung ein falls positivem Temperaturkoeffizienten des elek- Zündelement mit ebenfalls positivem Temperaturtrischen Widerstandes eingeschaltet ist und dieses 30 koeffizienten des elektnschen Widerstandes emgeso bemessen ist, daß es von dem vor Auftreten schaltet und dieses so bemessen sein, daß es von dem der Flamme fließenden Strom auf die zur Zun- vor Auftreten der Flamme fließenden Strom auf die dung des Brennstoffes notwendige Temperatur zur Zündung des Brennstoffes notwendige Tempeaufgeheizt wird (F 1 g 2 und 6) ratur aufgeheizt wird

3 Steuer- und Überwachungseinrichtung nach 35 Das Flammenfuhler-Widerstandselement und geAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gebenenfalls auch das Zündelement kann bzw kondas bzw die Widerstandselemente (36, 37) ganz nen ganz oder teilweise aus Molybdan-Disihzid be- oder teilweise aus Molybdan-Disihzid bestehen stehen

4 Steuer- und Überwachungseinrichtung nach Liegt in der erwähnten Reihenschaltung ein Zund-Anspruch 3 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, 4° element mit positivem Temperatur-Koeffizienten des daß die Querschnittsflache und die Lange des elektnschen Widerstandes in der zuvor erwähnten Zundelementes (37) jeweils halb so groß sind wie Weise, so sind zweckmäßig seine Querschnittsflache die entsprechenden Abmessungen des Flammen- und seine Lange jeweils halb so groß v/ie die entfuhler-Widerstandselementes (36) sprechenden Abmessungen des Flammenfuhler-

45 Widerstandselementes

Ausruhrungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschne-

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Über- ben Es stellt dar

wachungseinnchtung fur von einer Brennmittelquelle F1 g 1 emen Vertikalschnitt durch ein von einem gespeiste Brenner mit einem einen positiven Tempe- 50 Brenner beheiztes Warmegerat mit einer Steuer- und raturkoeffizienten des elektnschen Widerstandes auf- Überwachungseinrichtung nach der Erfindung,
weisenden Flammenfuhler-Widerstandselement, mit Fi g 2 eine vergrößerte, teilweise im Schmtt geemem elektrischen Antneb fur ein Brennstoffventil zeichnete Seitenansicht einer anderen Ausfuhrungsund mit einem in Reihe zum Flammenfuhler-Wider- form der Erfindung mit einem Fühl- und Zundstandselement gelegten Sicherheitsausschalter mit 55 element,

Zeitverzögerung zur Abschaltung des Antriebes des F1 g 3 em schematisches Schaltbild einer Emrich-

Brennstoffventiles bei einem Dauerstrom, der über tung nach der Erfindung,

dem Strom hegt, der bei Vorhandensein emer Flamme F1 g 4 eine graphische Darstellung des Stromver-

auftntt laufes in Abhängigkeit von der Zeit zur Erläuterung

Bei emer aus der USA -Patentschnft 2 448 475 60 der Wirkungsweise der erfindungsgemaßen Einnch-

bekannten Steuer- und Überwachungseinnchtung tung,

dieser Art ist als Sicherheitsausschalter eine Schmelz- F1 g 5 eine graphische Darstellung des elektnschen

sicherung vorgesehen, welche in Reihe mit dem Widerstandes in Abhängigkeit von der Temperatur

Flammenfuhler-Widerstandselement geschaltet ist fur einen zur Herstellung des Fuhlerorganes verwen-

und auch in Reihe mit der Erregerwicklung eines 65 deten Werkstoff und

Umschaltrelais hegt, mittels welchem der Antneb fur F1 g 6 em schematisches Schaltbild eines abge-

das Brennstoffventil von einem Schaltungszustand wandelten Teiles dei Schaltung nach F1 g 2

aus, in welchem er ebenfalls in die genannte Reihen- Fi g 1 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel eines mit