DE3106977A1 - Sicherheitsvorrichtung zur steuerung der brennstoffzufuhr zu einem brenner - Google Patents

Description

81 on Ku/ü 24. FEB. 1981

British Gas Corporation, Rivermin House, 152 Grosvenor Road,

London SWlV 3JL / England ANR: 1045876GB
VNR: 106836

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung
Nr. 80 35733 vom 6. November 1980 beansprucht.

Sicherheitsvorrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zu einem Brenner

Die Erfindung bezieht sich auf Sicherheitsvorrichtungen zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zu Brennern und findet insbesondere Anwendung bei einer Ausfalisteuerung für einen Gasbrenner.

Bei Vorrichtungen, wie Badewasserheizern, bei denen ein Brenner als Wärmequelle verwendet wird, ist es üblich, einen Flammenwächter zu verwenden, der die Brennstoffzufuhr bei einem Ausfall der Flamme sperrt. Eine ,Ausführungsform von Steueranlage, die zur Zeit verwendet wird, beruht auf Thermoelementen als Flammenwächter, doch diese haben eine lange Verzögerungsoder Abfallzeit bzw. Ansprechzeit (in der Größenordnung von 30 bis 60 Sekunden) zwischen Flammenausfall und einer positiven Anzeige. Derzeitige Vorschriften für die Praxis fordern eine maximale Gesamt-Abfall- bzw. Ansprechzeit von drei Sekunden für sich selbst überprüfende Wächter (einschließlich der Prüfzeit) oder eine Sekunde für sich nicht selbst überprüfende Wächter, und mit Thermoelementen gesteuerte Sicherheitsvorrichtungen werden im allgemeinen für industrielle Anwendungen nicht mehr als zufriedenstellend betrachtet.

Andere Sicherheitsvorrichtungen, die eine kürzere Ansprechzeit haben, beruhen darauf, daß eine brennende Flamme Ionen enthält und daher elektrisch leitend ist. Wenn die Flamme brennt, dann kann ein Strom zwischen Elektroden fließen, die mit der Flamme in Kontakt stehen, und die Ermittlung dieses Stromes liefert eine Anzeige für zufriedenstellende Funktion. Bei asymmetrischen Elektroden ist der Stromfluß in beiden Richtungen nicht der gleiche, und ein Gleichrichtungseffekt ist zu beobachten. Dieser kann dazu ausgenutzt werden, eine präzisere Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, doch ist es immer noch notwendig, Hi1fsschaltungen vorzusehen, um sicherzustellen, daß der Betrieb auch ausfallsicher ist, d.h. daß jeder Ausfall der Flamme zu einem Absperren der Brennstoffzufuhr führt.

Erfindungsgemäß wird eine Sicherheitsvorrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zu einem Brenner geschaffen, die sich zusammensetzt aus einer Wechselstrom-Energieversorgung, einer Sonde, die innerhalb des von einer normal brennenden Flamme eingenommenen Bereiches angeordnet und mit der Energieversorgung verbunden ist, einer Erdelektrode, die in der Nähe des genannten Bereiches angeordnet ist, um einen Leitungsweg durch eine normal brennende Flamme hindurch aufzubauen, eine Gleichstrom-Detektoreinrichtung, die mit der Sonde verbunden ist, um einen gleichgerichteten Wechselstrom zu ermitteln, der eine Anzeige für das Vorhandensein einer normal brennenden Flamme ist, einer Sperrschaltung, die mit der Detektoreinrichtung und mit der Energieversorgung verbunden ist, um den Ausgang der Energieversorgung bei Ermittlung eines fließenden Gleichstromes durch die Detektoreinrichtung periodisch zu unterbrechen, und einer Brennstoff-Steuereinrichtung, die mit der Detektoreinrichtung verbunden ist, um die Brennstoffströmung zum Brenner zu steuern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorspannungs- und

Steuerschaltung für eine gleichrichtende Sonde,

Fig. 2 die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 im Detail und

Fig. 3 eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung des Betriebs der Schaltung nach Fig. 2.

Nach Fig. 1 wird eine Gleichstrom-Vorspannung von 250 Volt und einer Frequenz von 6 kHz von einer 12 Volt-Batterie-Energieversorgung 1 mittels eines Wechselrichters 2 genommen. Die Vorspannung ist mit einer Sonde 3 gekoppelt, die innerhalb eines Bereiches angeordnet ist, der von aer Flamme eines Brenners, wenn diese normal brennt (nicht dargestellt) eingenommen wird. Die Sonde 3 und eine entsprechende Erdelektrode sind asymmetrisch, was zu einer Gleichrichtung des Wechselstroms der Vorspannung führt. Der,gleichgerichtete Strom wird durch eine Detektorschaltung 4 ermittelt, die mit einer Ausgangssteuerung 5 und einem Sperreingang des Wechselrichters gekoppelt ist. Wenn genügend Ladung vom Detektor angesammelt worden ist, wird dessen Ausgang geschaltet, so daß auf diese Weise der Wechselrichter gesperrt wird. Die Sperrung des Wechselrichters bedeutet, daß ein gleichgerichteter Strom nicht mehr durch die Flamme erzeugt wird, und der Gleichstrom-Detektorausgang schaltet erneut, so daß der Wechselrichter wieder anlaufen kann. Dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt, solange die Flamme vorhanden ist. Ist eine Flamme nicht vorhanden, dann wird ein Gleichrichtungssignal nicht erzeugt, und der Wechselrichter läuft weiter.

Da normalerweise ein gleichgerichtetes Wechselstromsignal ermittelt wird, so wird durch ein Kurzschließen der Sonde oder deren zugeordneter Verdrahtung keine Spannung in der Detektorschaltung erzeugt und dies führt zur Anzeige "keine Flamme".

Das fluktuierende Sperrsignal, das erzeugt wird, wenn eine Flamme vorhanden ist, wird dazu verwendet, eine Flammensteuerungs-Relaisschaltung 6 anzutreiben. Die Ausgangssteuerung

5 weist eine Dioden-Pumpanordnung auf, welche die Flammen-Steuerschaltung 6 direkt mit dem Detektorausgang koppelt, so daß nur ein fluktuierender Ausgang vom Detektor den Ausgang in den Zustand "Flamme" einstellen kann.

Eine praktische Ausführungsform der Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Eine integrierte Schaltung ICl, ein Widerstand Rl und ein Kondensator Cl bilden einen Rechteckwellenoszillator, der mit annähernd 6 kHz arbeitet. Der Oszillator ist mit dem einen Eingang eines NAND Gliedes IC2 gekoppelt, dessen Ausgang die Basis eines Schalttransistors Tl speist, der an eine Batterie B angeschlossen ist. Der Kollektorkreis des Transistors enthält die Primärwicklung eines 1 : 20-Aufwärtstransformators TX und eine Klemmdiode Dl. Die Sekundärseite des Transformators ist direkt mit einer Flammensonde P mittels eines Kondensators C2 gekoppelt, der durch den gleichgerichteten Strom bei vorhandener Flamme aufgeladen wird. Ein Funkenspalt G ist an die Sonde als Oberspannungsschutz angeschlossen. Der Kondensator C2 ist mit einem zweiten Eingang· des NAND-Gliedes IC2 mittels zweier weiterer Verknüpfungsschaltungen IC3, IC4 gekoppelt, die ein Sperrsignal für das Verknüpfungsglied liefern. Die Wiederholungsrate des Signals wird durch den Widerstandswert eines Paares von Widerständen R2, R3 und die Kapazität des Kondensators C2, zusammen mit dem Schaltpegel des Eingangs-Verknüpfungsgliedes IC3, bestimmt. Es hat sich herausgestellt, daß zwischen 10 und 11 Prüfungen der Flamme pro Sekunde einen zufriedenstellenden Betrieb ergeben, obwohl dies nicht kritisch ist. Kleinere Komponentenwerte ergeben einen Anstieg auf mehr Prüfungen pro Sekunde und umgekehrt.

Das Signal vom Sondenkondensator C2 ist eine Rechteckwelle von im wesentlichen konstanter Wiederholungsrate, jedoch von veränderlichem Impulsbreitenverhältnis, das durch die Flammengröße bestimmt wird. (Ein starkes Flammensignal lädt den Kondensator schneller auf bis zum Schaltpegel als ein schwaches Signal.) Das Eingangssignal ist in Fig. 3a dargestellt, und die

Ausgangssignale für schwache und starke Flammen sind jeweils in den Fign. 3b bzw. 3c veranschaulicht.

Das Ausgangssignal von dem an den Kondensator C2 gekoppelten Verknüpfungsglied IC3 wird dazu verwendet, eine Dioden-Pumpschaltung zu steuern, die ein Paar von komplementären Transistoren 12, T3, Kondensatoren C3, C4_S Dioden D2, D3, einen Widerstand R4 und Eingangs-Zenerdiöden DZl, DZ2 aufweist. Im Betrieb wird diese Pumpschaltung es dem Flammen-Steuerrelais RLl nicht gestatten, sich bei einem konstanten bzw. eingeschwungenen Eingangssignal zu halten, wodurch ein ausfallsicherer Betrieb geschaffen wird.

Die Abfall- bzw. Ansprechzeit wird bestimmt durch die Stärke der Kondensatoren C3, C4 in der Pumpschaltung und die Impedanz des Flammen-Steuerrelais, Deren Werte werden experimentell ausgewählt, um das Relais für einen weiten Bereich von Flammengrößen erregt zu halten und dennoch akzeptable Ansprechzeiten zu sichern.

Wenn auch besondere Schaltunganordnungen beschrieben worden sind, so versteht es sich doch, daß einige Abänderungen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsbereich zu verlassen. Beispielsweise ist es nicht notwendig, daß die Brennstoffzufuhr zur Flamme durch ein Relais gesteuert wird, und die einzelnen Bauteile der Dioden-Pumpschaltung können durch eine integrierte Schaltung ersetzt werden.

Claims (5)

1. JP_a_tiejrt an s prliche

   f 1/. Sicherheitsvorrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zu einem Brenner, gekennzeichnet durch

   a) eine Wechselstrom-Energieversorgung (1);

   b) eine Sonde (3), die in dem von einer normal brennenden Brennerflamme eingenommenen Bereich angeordnet und mit der Energieversorgung (1) verbunden ist;

   c) eine Erdelektrode, die in der Nähe des genannten Bereiches angeordnet ist, um einen Leitungsweg durch eine normal brennende Flamme hindurch herzustellen;

   d) eine Gleichstrom-Detektoreinrichtung (4), die mit der Sonde (3) verbunden ist, um einen gleichgerichteten Wechselstrom zu ermitteln, der eine Anzeige für das Vorhandensein einer normal brennenden Flamme ist;

   e) eine Sperrschal tuhg, die mit der Detektoreinrichtung (4) und mit der Energieversorgung (1) verbunden ist und den Ausgang der Energieversorgung (1) bei Ermittlung eines fließenden Gleichstromes durch die Detektoreinrichtung (4) periodisch unterdrückt, und

   f) eine Brennstoff-Steuereinrichtung (5), die mit der Detektoreinrichtung (4) verbunden ist, um die Brennstoffströmung zum Brenner zu steuern.
2. 2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Steuereinrichtung eine Dioden-Pumpschaltung (5) aufweist, die auf ein stationäres bzw. eingeschwungenes Eingangssignal hin einen Null-Ausgang liefert.
3. 3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstrom-Energieversorgung (1) einen RechteckweHlenoszi1lator aufweist, der mit einer von einer Gleichstromquelle gespeisten Schaltvorrichtung gekoppelt ist.
4. 4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschaltung eine Verknüpfungsschaltung zwischen der Schaltvorrichtung und dem Oszillator aufweist.
5. 5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Steuereinrichtung ein Relais aufweist.