DE2102835C - Steuer- und Überwachungseinrichtung für von einer Brennmittelquelle gespeiste Brenner - Google Patents

Description

Creiinmitte! betriebenen Wärmeaustauschers IO zum und zwar Λλ·· untere F'nde de· Beieiche- durch die

!"-wärmen eines Suömungsmittels. das durch eine unterbrochene Linie 3S bei a 530 C und da-

sciiraubenförmige. in einen Trügerkörper aus einer obere Finde des Bereiches dt, ι die unterbrochene

Vielzahl einzelner, wärmeleitfähiger Körper einsie- Linie 39 bei etwa 1370 C. Aus der Steigung der

bettete Leitung geführt wird. Fin innerer, oben ab- 5 Kurve 40 ersieht man. daß der Widerstand in diesem

gedeckter Verbrennungsraum 15 ist von der Wärme- Bereich etwa im Verhältnis von 3 : 1 von einem -pezi-

.lu-iauscheranordnung umschlossen. tischen Wert von 100 Mikroohm cm aus an-'.cigt. F.in

Line untere Hah.eplalte 16 i-t fest mit einer Ab- Werkstoff, welcher diese Eiigen-chaft besitzt, hat bei- -chlußpiatle 17 verbunden, an «eiche ein in der -piel-wcise eine Zu-amnien-etzung von minde-ten-MiHe des Verbrennungsraumes aufragender \ iel- io "0" .. MoI\bdän-Di-iIizid mit annähernd IO " " Zu-äi- !.lehbrenner 18 angeschlossen ist. Das Brennmittel z-n an metallischen und keranu-chcn Bindemitteln. !i;r den Viellochbrenner kann in Form eines unter ^so daß ein elektrische- W ider-tand-element hetgeDruck stehenden Gas-Luft-Gemi-ches von einer -teilt «erden kann. Werkstoffe dieser Art besitzen Hienniniitelquelle bezogen werden, die mit einem den weiten Anderimgsbcreich des elektrischen W idcr-.!ii der Abschlußplatte 17 befestigen An-chlußkana! ;; Standes im entsprechenden Bere:ch der I empeiatur-1⁽) verbunden ist. Fin äußerer Gehäiisemantel 2" änderungen.

urr.gibt die VV'ärmeausiauscheranordnim·: und um- Die Länge und die (Juer-chnitt-tlache de- l-lam-

-.:: 1 ieLU den Ahfülirimgssseü für die Abgase, welche meniühler- W ider-taiidselemenu- und de- Ziind-

ilureii ilen erwähnten Träaerkörper austreten. Hin elemente- werden zweekmlilhs aiii Use verwendete

Abga-kanal 21 führt außen von dem äußeren Ge- 20 Schaltung abgestimmt, ν 'lche nachfolgend naher

h.r.i-emantel 20 weg und kann mit einem Kamm zur erläutert «ird.

Abführung der Verbrennungsgase .erblinden sein. In Fig. 3 ist -chemati-ch em Schaltbild eine:

In big. 1 sind die Einzelheiten der elektrischen Fin- Schaltung angegeben, «eiche eine elektrische Span-

riJmmgen oder Steuerorgane «eggelassen und «er- nungsquclle enthalt, die über Leitungen 41 und 42

il.n erst weiter unten näher beschrieben. 25 mit einem 1 raiisformator 43 zur Frzeugung einer

HinF lammenfühler-Widerstandselement 36 und ein Niederspannung verbunden i-t. so daß man schloß-/lindelemtnt 37. welche in ihrer Gesamtheit mit der lieh iunl \oli Gleichstrom oder Wechselstrom erhalt läezugszahl 30 bezeichnet sind, können von Bauteilen Im Falle de- Betriebe- mit Gleichstrom -ind geeiguiiter-chiedlicher Abmessung aus einem Widerstand-- nete Gleichrichter vorgesehen. Das brcnnmittclniateria! gebildet sein, welches nachfolgend noch 30 gespeiste W armegerät oder Heizgerat ist allgemein tenauer beschrieben wird. Die genannten" Teile sind mit der Bezugszahl 44 bezeichnet und kann die form einzeln auf einem keramischen Trauer 31 befestigt. der oben beschriebenen W armeaiistauscheranordnun·.'. der seinerseits so an die Abschlußplatte 17 angesetzt haben. Zur Steuerung eines ßrennstoifventiis 47 dient i-t. daß erder l'mgebung im Inneren des Brennrau- ^L"'ⁿ Antrieb in Form eines unter der Steuerung deines 15 ausgesetzt ist. Dem Flammenfiüilcr-Wider- 35 Flammerifühler-Widerstandselementes 36 stehenden Mandselement 36 sind nach außen führende An- Solenoides 46 Das Zündelement 37 kann unmittelselilußleitungcn 32 und 34 zugeordnet, während dem bar parallel zur Sekundärwicklung des 'Iranslorma-Zundeiement nach außen führende Anschlußleitun- tor-43 gelegt sein. Die Schaltung enthält weiter einer een 3.: und 35 zugeordnet sind. Wahrend hier das Sichcrlunsausschalter 45. mittels welchem il:e Schal-Zündelement und das Flammenfühler-Widerstands- 40 tune aufgetrennt werden kann, falls nach einer beeiement an einer einzigen, gemeinsamen Halteruni; stimmten Verzögerungszeil vom Normalzustand abmontiert dargestellt sind, versteht es sich, daß das weichende Ströme nuttreten. In den meisten brenn-Zündelement und das Flammenfühler-Widerstands- mittelgespeisten Geräten genügt eine Verzögerungsflement auch in beliebiger E aue innerhalb des mit der dauer von etwa zehn Sekunden. E.in üblicher erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüsteten Wärme- 45 .Sicherheitsausschalter, welcher in der vorlic-zerden grates getrennt voneinander vorgesehen sein können. Schaltung verwendet werden kann, enthält beisptels-Hei dem dargestellten Ausführungsbeispicl erfüllt die sve^;se ein Heizelement 54 und Kontakte 55. welche in das Flammcnfiih'or-Widcrstandselement 36 bildende Reihe mit dem Solenoid 46 und dem Flammenfühierlängerc Schleife, welche eine größere Querschnitts- WiderstanJselement 36 liegen. Die Kontakte 55 lläch·.- besitzt, die Fühierfunktion. während die etwas 50 gehen in Olfnungssiellung. falls bzw. wenn die Heizkürzere und dünnere Schleife das Zündelement 37 wirkung des Heizelementes 54 einen bestimmten bildet. Schwellenwert übersteigt.

An Hand von Fig. 5 soll nun die Kennlinie des Die da< Zündelement 37 bildende Schleife ist so

elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit von der ausgelegt, daß sie anfangs einen verhältnismäßig gro-

Temperatur für einen bevorzugten Werkstoff nähei io Ben Strom von beispielsweise 10 Ampere durchläßt,

betrachtet werden. Wesentlicher Gesichtspunkt bei F3as Zündelement glüht dann sofort auf >jnd liefert

der Auswahl des Werkstoffes ist es. daß bei niedriaen für den durch das Brennstoffsentil 47 strömenden.

Temperaturen, beispielsweise in einem Bereich son zugefiihrten Brennstoff Zündenergie. Während der

Raumtemperatur bis etwa 530 C. ein sehr geringer Zünddauer kann der Strom auf etwa fünf Ampere

Widerstand vorherrscht, so daß sich entsprechend 60 abfallen, hält aber die das Zündelement bildende

hohe Ströme ergeben. Am oberen Fnde des Tempe- Schleife auf der gewünschten Zündtemperatur.

raturbereich.es jedoch, insbesondere bei den Verbren- Die das Flammcnfühler-Widerstandselement

nungstempenauren von etwa 1370 C und darüber bildende Schleife ist so ausgelegt, daß sie beim F⁷Hi-

steigt der Wider^andswert scharf an. um so bedeu- schalten des Transformators 43 ebenfalls einen ver-

tend geringere Stromwerte zu erzsvingen. Für im üb- 65 hältnismäßig großen Anfangsstrom durchläßt, wel-

lichen Betriebsbereich arbeitende Ausführungsbei- eher sich vor der tatsächlichen Zündung auf einen

spiele ist in Fig. ^c der normale Bereich der Betriebs- Wert von beispielssveise etwa fünf Ampere einspielt,

temperature!! durch unterbrochene Linien angegeben. Dieser sroße Strom, welcher dem Solenoid 46 züge-

führt wird, bewirkt. d;iB das Solenoid eine Ölfnung des Brcnstoffvcntils 47 herbeiführt, so daß Brennmittel /um Brenner 18 gelangen kann. Die das Flammenfühler-Widerstandselement 36 bildende Schleife ist aber länger und dicker als die das Zündelement 37 bildende Schleife und daher steigt die Temperatur des Flammenfühler-Widerstandselemcnies 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 Widerstand der das Flammenfühler-Widerstandselement bildenden Schleife so lange niedrig, bis tatsächlich eine !-"lamme brennt. Sobald eine Zündung erfolgt ist, läßt die durch das verbrennende Brenninitlel erzeugte Hitze die 'lemperatur des Flammenfühler-Widerstandsclemcntes in den Bereich von 1370 C ansteigen, so daß nun ein hoher Widerstand in die Schaltung eingelührl wird.

Der hohe Widerstandswert bewirkt, daß der Strom aiii einen Mittelwert von etwa der Hälfte des vor der Zündung lließenden Stromes oder auf etwa 2.5 Ampere abfällt. Die Auswahl der Ouerschnittsflädie und der Lange der das Flammenfühlcr-Widerstandselement bildenden Schleife und der das Zündelement bildenden Schleife wird daher durch die angestrebten Betriebsparameter mit Bezug auf den kalten Zustand sowie nach der Zündung bestimmt.

Das Solenoid 46 zur Betätigung des BrennstolT-ven'üs 47 ist so aufgelegt, 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 Sichcrhcitsausschalter mit der zuvor erwähnten Verzögerungszeit von zehn Sekunden besitzt beispielsweise eine bestimmte Ansprechschwelle zwischen dem normalen Dauerstrom und dem anfänglichen Strom vor der Zündung. Findet beim Inbetriebsetzen eine Zündung in fehlerhafter Weise nicht statt, so fließt in der Schaltung der verhältnismäßig große Anfangsstrom weiter, ohne daß nachfolgend ein Stromabfall stattfindet, wie er normalerweise durch die F.rhilzimg der das Flammenfühler-Widerstandselement bildenden Schleife verursacht wird und dieser hohe Stromwert, welcher über dem beispielsweise drei Ampere betragenden Finsiellwerl für das Ansprechen des Sicherheitsausschallcrs liegt, bewirkt eine Auftrennung der Schaltung, so daß selbsttätig das Brennstoffventil abgesperrt wird.

In F i 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 Ausführungsbeispiel einer Stromstärke von fünf Ampere entspricht, erfolgt innerhalb des Verbrennungsraumes eine Zünd"ng vermittels der glühenden, das Zündelement 37 bildenden Schleife. lime erfolgreiche Zündung hat die Wirkung, daß der Strom auf einen im Bereich 50 gültigen Wert von etwa der Hälfte des anfänglichen Stromwertes inJer auf 2,5 Ampere absinkt. Der letztgenannte Abschnitt 50 stellt den mittleren, normalen Dauerstrom in der Steuerschaltung nach der Zündung und nach der Lrhitzung des Flamnienfühler- Widcrslandscli-mentis 36 auf die einen hohen Widerstand ergebende Temperatur dar. Falls nach einer Sicherheits-/eit son zehn Sekunden, deren F.nde bei 51 angedeutet ist. der für den Kurvenabschnitt 50 gültige Stromwert nicht festzustellen ist. so tritt selbsttätig der Sicherheitsausschalter in Funktion, welcher so eingestellt it. daß er die Schaltung beispielsweise bei drei Ampere aultrennt, wobei dieser Wert durch die unterbrochene Linie 52 deutlich gemacht ist. Die Unterbrechung der Schaltung auf Grund des Fortdauerns

ίο des hohen Anfangsstromes führt z.u einer Abtrennung der Brennmittelzufuhr von dem Heizgerät 44. Der Abfallwert des Stromes für das Solenoid 46 ist in Fiu. 4 durch die unterbrochene Linie 53 mit weniger als 2.5 Ampere eingezeichnet.

Aus der Kennlinie nach F i g. 5 ist zu ersehen, daß der Widerstand der das Flammcnfühler-Widcrstandselement 36 bildenden Schleife und folglich die Größe des durch diese Schleife fließenden Stromes unmittelbar von der Temperatur des Flammcnfühler-Wider-

ao standsclementes abhängig ist. Änderungen der Temperatur verursachen verhältnismäßig große Änderungen des genannten Stromes. Die Größe des Stromes kann daher eine genaue Anzeige der Temperatur dei das Flammenfühler-Widcrstandselement bildenden

a5 Schleife und damit der Umgebungstemperatur im Bereich der Schleife innerhalb des betreffenden Gerätes liefern. Zu diesem Zweck ist ein in Temperaturwerten geeichtes Amperemeter 56 vorgesehen, das mit dei Schleife 36 in Reihe geschaltet ist.

An Stelle des vorstehend beschriebenen Zündelementes 37 in Form der Schleife können auch andere geeignete Zündelement, beispielsweise Fun kenzünder. eingesetzt werden. Durch Verwendung einer ein Zündelement bildenden Schleife aus dei selben Werkstotfart wie die das Flammenfühlei Widcrstandselement bildende Schleife können abc; die beiden Bauteile in einer Anordnung kombinier werden, wie sie in den F i g. 2 bis 6 der Zeichnungen dargestellt ist. Man erkennt aus F i g. 2, daß dk

beiden Schleifen innerhalb des Trägers 31 in Reilu hintcreinanderliegen. so daß die kombinierten Bai teile nur zwei äußere Anschlußleitungen 32 und 33 besitzen. In diesem Falle wird die durch die Seru schaltung gebildete, kombinierte Fühler- und Zm deranordnung gemäß Fig. 6 an Stelle der entsprechenden Anordnung in F i g. 3 eingesetzt und dugesonderte Schaltung für die das Zündelement 37 bildende Schleife wird in Fig. 3 v.'cggclassen. In de; soeben kurz beschriebenen Abwandlung sind d;.·

Längen- und Dickenabmessungen der das Flammenfühler-Widerstandselement 36 bildenden Schleife bedeutend größer als diejenigen der das Zündelement 37 bildenden Schleife, so daß während der Zeitdauer vor der Zündung die das Flammenfühlei-

Widerstandselement bildende Schleife auf verhältnismäßig niedrigen Temperaturen bleibt, während die das Zündelement 37 bildende Schleife sogleich auf die Zündtemperatur erhitzt wird. Beispielsweise sind die Lange und der Querschnitt der das Flammenfühlcr-Widtrstandsclcmcnt 36 bildenden Schleife jeweils doppelt so groß wie die entsprechenden Maße der das Zündelement 37 bildenden Schleife. Bei Lmhaltung solcher Bedingungen sind die Eigenschaften der letztgenannten Schleife fur die Zündung vorherrschend, während diejenigen der das Flammenfühler-W'idersland.-lemcnt 36 bildenden Schleife für die Steuerung des Sicherhcitsausschalters 45 bestimmend sind Der Vorteil des bevorzugten Ausführung·»-

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

Bei den einzelnen, brennmittelgespeistcn Wärmegeräten können vielerlei Anordnungen des Flammenfühler-Widerstandselemcntes und des Zündelemcntes gewählt werden. Der bestimmte Abfall der mittleren, normalen Betriebsstromstärke bei Erhitzung der das Flammenfühler-Widerstandselement bildenden Schleife ist der bestimmende Parameter bei der Auswahl der jeweiligen Abmessungen der elektrischen Widerstandselemcnte mit dem gewünschten positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes. In den meisten Fällen werden die Abmessungen der das Flammenfühler-Widerstandselement bildenden Schleife ein Vielfaches der Länge des Zündelementes bilden, welche sich aus der mittleren, normalen Betriebsstromstärke 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 für die Brennmittelzufuhr werden dann entsprechend ausgelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 ... sehalumu tieleüt ist. kurzgeschlossen wird, wenn aiii Palentanspruche: f .^^ ^-^ ^^,^^.^ ;,jncr Flamme am Flammen-

1. Steuer- und Überwachungseinrichtung für iühler-Widerstandsclemeni der Strom in der genann-Miii CiKr Brennmittelquelle gespeiste Brenner ten. Reiheiischaltuiig einen bestimmten Wert iibermii einem einen positiven Temperatur·.'-.:!"!!- 5 steigt.

/ienien des elektrischen Widerstandes aufweisen- Das l'mschaltrelais der bekannten Steuer- und den Fktmnienfiihler-Widersiandselemeni. mit rberwae'iung*einrichtung stellt neben dem Sichereinem elektrischen Antrieb für ein Brennstoff- hcu*au*scha!ter eine zusätzliche Störungsquelle dat ventil und mit einem in Reihe /um Flammen- und macht die Schaltung verhältnismäßig kompliziert fühler-Widerstandse'lement gelegten Sieherheils- 10 Durch die Erfindung soll demgemäß die Aufgabe ausschalter mit Zeitverzögerung zur Anschaltung gelöst werden, eine Steuer- und Überwachungscmde* Antriebes des Brennstoffventil^- hei einem 1 ichtun·.: der eingangs beschriebenen Art ohne die Dauerstioin. der über dem Strom licet, der bei Verwendung eines ünischaltrclais so auszubilden. \ orhandeiisein einer !!amme auftritt, d a d u r c !1 daß trotz einfacheren Schaltungsaufbaus keine Sicherg e k e η 11 / e i c ii net. daß eine Reihenschaltung ij heiisumktionen wegfallen.

au* den Kontakten des Sicherheilsausschal'.ers Die*e Autüabe wird ertindungsgemäß dadurj.

und der Betätigungseinrichtung des Sicherheils- ucW'-*:. daß eine Reihenschaltung aus den Kontakte-:

ausschalten (45). des Antriebes (46) des Brenn- de* Sicherheitsaus*chalier*. und der B'Mätigungsein-

stotiveniil>'s (47) und des Flammenfühier-Widei- richtung des SicherheiisausschaWcr·*. des Antrieb^

standsclcü.entes (36) ständig unmittelbar an eine 20 de* Brennstolfventiles und des Flammenfühler-W ide-

Spannungsquclle (43) gelegt sind und daß der Standselementes ständig unmittelbar an eine Spar,

Antrieb des Brennstolfvenliles so ausgelem ist. nuns:si|uclle nelegt sind und daß der Antrieb de

daß er da* Brennstoffventil bei einem Sin;::: Brennstolfveiitiles so ausgelegt ist. daß er das Brcnr

unterhalb des yenannte'i Dauerstromes oder bei Molhentil bei einem Strom unterhalb des genannte

Stromausfall schließt. 25 Dauerstromes oder bei Stromausfall sehließt.

2. Malier- und überwaUiungseinrichuini! n::-^;- Gemäß eine' vorteilhaften Weiterbildung c':!e· Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß in die derartigen Steuer- und Überwachungseinrichtup . Reihenschaltung ein Zündelement (37) mit eben- nach ilei Erfindung kann in die Reihenschaltung er falls positivem Temperaiurkoeffizienten des elek- Zündelement mit ebenfalls positivem TemperaU:· irischen W -!er*tandes eingeschaltet ist imii dieses 30 koefiizieiiten des elektrischen Widerstandes euigv so bemessen ist. daß es von dem vor Auftreten schallet und dieses so bemessen sein, daß es von tk ι der Flamme Hießenden Strom auf die zur Ziin- vor Auftreten der Flamme fließenden Strom auf <.: dung des Brennstoffe- notwendige Temperatur /ur Zündung des Brennstoffes notwendige Temp, aufgeheizt wird (F i g. 2 und o). raun aufgeheizt wird.

3. Steuer- und Überwachungseinrichtung nach 35 Das Flammenlühler-VViderstandselement und g. Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß gebenenfalls auch das Zündelement kann bzw. kör das b/w die Widerstandselemente (36. 37) ganz nen sianz oder teilweise aus Molybdän-Disilizid be oder teilweise aus Molybdän-Disilizid bestehen. -teilen.

4. Steuer- und Überwachungseinrichtung nach Liegt in der erwähnten Reihenschaltung ein Zinn': Anspruch 3 und oder 2. dadurch gekennzeichnet. 40 element mit positivem Temperatur-Koeffizienten de daß die Ouerschnittsfläche und die Fänge des elektrischen Widerstandes in der zuvor erwähnte. Zündelementes (37) jeweils halb so groß sind wie Weise, so sind zweckmäßig seine Ouerschnittsfläche die entsprechenden Abmessungen des Flammen- und seine Fänge jeweils halb so groß wie die en'. fühler-Widersf.indselementes (36). sprechenden Abmessungen des Flammenfühle·

45 Widerstandselementes.

Austührungsheispiele der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrie-

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Übe;- heu. Es stellt dar

wacluingseinrichtung für von einer Brennmiitelquelle Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein von einem gespei*:c Brenner mit einem einen positiven Tempe- 50 Brenner beheiztes Wärmegerät mit einer Steuer- und raturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes auf- überwachungseinrichtung nach der Erfindung: weisenden Flammenfühler-Widerstandselement, mit F i g. 2 eine vergrößerte, teilweise im Schnitt geeinem elektrischen Antrieb für ein Brennstoffventil zeichnete Seitenansicht einer anderen Ausführungsund mit einem in Reihe zum Flamincnfühler-Wider- form der Erfindung mit einem Fühl- und Zünd Standselement gelegten Sicherhcitsausschalter mit 55 element:

Zeitverzögerung zur Abschaltung des Antriebes des Fig. 3 ein schematisch.es Schaltbild einer Einrieb

Brennstoftventiles bei einem Dauerstrom, der über lung nach der Erfindung:

dem Strom liegt, der hei Vorhandensein einer Flamme F i g. 4 eine graphische Darstellung des Stromver

auftritt. lauf es in Abhängigkeit von der Zeit zur Erläutcruni

Bei einer aus Jer USA.-Patentschrift 2 44X475 60 der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrieb,

bekannten Steuer- und Überwachungseinrichtung Hing.

dieser Art ist als Sicherheitsausschalter eine Schmelz- F i g. 5 eine graphische Darstellung des elektrische!

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

Flammenlühlcr-Widerstandselement geschaltet ist für einen zur Herstellung des Fühlerorganes verwen

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

L'mschaltrelais liegt, mittels welchem der Antrieb für F i g. 6 ein schematisehes Schaltbild eines abge

das Brennstoffventil von einem Sehaltungsz.ustand wandelten Teiles der Schaltung nach Fi g. 2.

aus. in welchem er ebenfalls in die genannte Reihen- F i g. 1 zeigt ein Alisführungsbeispiel eines m