DE3126130A1

DE3126130A1 - Elektrische zuendanlage fuer einen brenner

Info

Publication number: DE3126130A1
Application number: DE19813126130
Authority: DE
Inventors: Clifford Melvyn Sutton Coldfield West Midlands Cheary; David John Tamworth Staffordshire Lancaster; Paul Princep Lichfield Staffordshire Smith
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1980-07-05
Filing date: 1981-07-02
Publication date: 1982-03-11
Also published as: US4413303A; FR2486205A1; JPS5747129A

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Zündanlagen für Brenner, beispielsweise für Gasbrenner.

Eine bekannte Ausführungsform einer Zündanlage für einen Gasbrenner umfaßt eine Einrichtung zum Erzeugen von Zündfunken . und Mittel zum Überwachen und/oder Steuern der Erzeugung der Zündfunken und des darauffolgenden Vorhandenseins einer Flamme. .

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, bekannte Zündanlagen zu verbessern. Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte elektrische Zündanlage für einen Brenner zu schaffen, die Mittel zum überwachen und/oder Steuern der Erzeugung der Zündfunken aufweist. Vor- ; zugsweise soll die Zündanlage auch Mittel zum Überwachen des Vorhandenseins einer Flamme aufweisen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine elektrische Zündanlage für einen Brenner einen Stromkreis zum Erzeugen von Zündfunken, eine Einrichtung zum Kontrollieren bzw. zum überwachen des Erzeugens von Funken, wobei diese Einrichtung einen Kondensator aufweist, der durch das Arbeiten des Funkenerzeugungsstromkreises in einem Sinn aufgeladen werden kann, ferner eine Einrichtung zum überwachen des Vorhandenseins einer Flamme, wobei diese Einrichtung Mittel aufweist, welche auf die Flamme derart ansprechen, daß an dem genannten Kondensator eine Ladung in entgegengesetztem Sinn zu derjenigen Ladung erzeugt wird, die durch das Arbeiten des Funkenerzeugungsstromkreises hervorgerufen worden ist, und eine Einrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins und der Polarität der an dem Kondensator vorhandenen Ladung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung eines Teiles einer Schaltung zum Erzeugen und Überwachen von Funken.

Fig. 2 bis k sind vereinfachte Schaltungsdarstellungen, anhand welcher die Funktionen von Teilender Schaltung gemäß Fig. 1 erläutert werden.

Fig. 5 ist ein Diagramm eines zusätzlichen Teiles der Schaltung gemäß Fig. 1.

Fig. 6 ist ein Diagramm eines Schaltungsteiles, welcher gegenüber dem Schaltungsteil gemäß Fig. 5 abgewandelt ist.

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer abgewandelten Zündanlage gemäß der Erfindung.

Die Schaltung gemäß Fig. 1 ist so ausgeführt, daß eine Reihe von Funken 10 erzeugt wird, um ein Gas-Luft-Gemisch zu zünden, welches aus einem Pilotbrenner austritt, so daß eine Pilotflamme erzeugt wird, die ihrerseits für das Zünden eines großen Industriebrenners verwendet wird. Es müssen automatische oder von Hand betätigte Steuerungen für den Brenner vorgesehen sein, um es einer Bedienungsperson zu ermöglichen, sicherzustellen, daß die Gaszufuhr für den Hauptbrenner nicht angeschaltet, wird, bis die Pilotflamme brennt und bereit ist, den Hauptbrenner zu zünden, und die Schaltung oder Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Kombination mit der Ausführung gemäß Fig. 5 ist so ausgeführt, daß Signale erzeugt werden, welche das Vorhandensein

einer solchen Flamme anzeigen. Die Schaltung weist weiterhin Mittel auf zum überwachen ihrer eigenen Funktion der Erzeugung von Funken, so daß die Gaszufuhr zu dem Pilotbrenner abgesperrt oder unterbrochen werden kann, falls kein Funken vorhanden ist, um dieses Gas zu zünden.

Der Funkori-orze-ugungQstrornkr'G"i « umfaßt ei non Funkent ramsf oriiiator Ii, dessen Sekundärwicklung 12 mit einer Funkenelektrode

13 verbunden ist. Die Primärwicklung 1*1 des Transformators 11 ist an einem Ende direkt mit der Sekundärwicklung 15 eines Hauptzüfuhrtransformators 16 verbunden, dessen Primärwicklung 17 über Anschlüsse N und L mit Energie versorgt wird. Das andere Ende der Primärwicklung Ik des Funkentransformators wird intermittierend mit Energie, gespeist, und zwar über einen Stromkreis, der Relaiskontakte RLI-I und einen gesteuerten Siliziumgleichrichter SCRl aufweist, wodurch intermittierendes Entladen eines Kondensators C3 über die Primärwicklung

14 gesteuert wird.

Nachstehend wird das Arbeiten der Schaltung gemäß Fig. 1 in Verbindung mit den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung erläutert.

Um einen Funken 10 an der Elektrode 13 zu erzeugen, wird ein Relais RLI betätigt, um die Kontakte RLI-I zu schließen. Dieser Arbeitsvorgang wird ausgeführt mittels eines Wechselstr'omsignales, welches über einen nicht dargestellten Druckknopf an einen gleichrichtenden Stromkreis angelegt wird, der eine Diode D4, einen Widerstand R5 und einen Kondensator C4 einer Kapazität von 0,8 Mikrofarad aufweist Und über das Relais RLI einen Gleichstrom erzeugt, der die Kontakte RLI-I während einer Zeitperiode geschlossen hält, während welcher der Diode D4 Energie zugeführt wird.

Bevor das Relais RLI betätigt wird, wobei angenommen wird, daß die Hauptzufuhr NL an den Transformator 16 angeschlossen ist, sind die Kontakte RLI-I offen und die Schaltung arbeitet so, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, wobei die Primärwicklung l4 des Funkentransformators 11 von dem übrigen Teil der Schaltung abgeschaltet ist. Da kein Gleichstrompfad über den Kondensator Cl verläuft, ist die Spannung an der Stelle A Null. Jedoch ist eine Wechselspannung an der Stelle A vorhanden, die gleich der Ausgangsspannung des Transformators 16 ist.

Pig. 3 zeigt das Arbeiten der Schaltung zum Erzeugen einer Reihe von Funken 10 an der Elektrode 13. Die Relaiskontakte RLI-I werden durch das Arbeiten des Relais RLI geschlossen, und der sich daraus ergebende Stromkreis, der in Fig. 3 wiedergegeben ist, führt zu intermittierendem Triggern des Gleichrichters SQRl immer dann, wenn die Tor-Kathode-Spannung, die durch die Widerstände R3 und R¹J und Ro (R3 hat einen Widerstand von 100.000 Ohm, R4 einen Widerstand von 10.000 Ohm und Ro einen Widerstand von 1000 Ohm) bestimmt ist, ihren Schwellenwert in jeder positiven Halbperiode der Wechselstromzufuhr übersteigt. Während der negativen Halbperioden wird der Kondensator C3, der eine Kapazität von 4.4 Mikrofarad hat, über die Diode D3 aufgeladen, und während der positiven Halbperioden wird der Kondensator C3 über den Gleichrichter SCRl entladen, wenn dieser getriggert wird. Die Entladung des Kondensators C3 über den Gleichrichter SCRl und über die Primärwicklung l4 des Transformators 11 führt zum Erzeugen eines Funkens 10 an der Elektrode 13.

Der Kondensator Cl, der eine Kapazität von 0,1 Mikrofarad hat und ein Kondensator mit geringem Verlust ist, hat eine zentrale Funktion beim Überwachung des Vorhandenseins eines Funkens

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und auch beim überwachen desVorhandenseins einer Flamme, wie dies später erläutert wird. Jedesmal, wenn die Ladung an dem Kondensator"C3 in die Primärwicklung l4 des Transformatprs.il entladen wird, fließt ein sich ändernder Strom·" in einer Richtung durch die Diode D"5 und den Kondensator Cl und bewirkt, daß der Kondensator Cl aufgeladen wird,, so daß die Spannung an der Stelle A mit Bezug zur Erdungsstelle E positiv wird. Somit wird durch das Arbeiten der Schaltung zum Erzeugen eines Funkens 10 an der Stelle A eine positive Spannung hervorgerufen, und bei einer praktischen Ausführungsform- der Schaltung kann diese Spannung in der Größenordnung von l80 Volt liegen.

Nach dem Arbeiten der Schaltung zum Erzeugen eines Funkens 10 an der Elektrode 13 gibt die Bedienungsperson den das Relais RLI steuernden Druckknopf frei, so daß die Kontakte RLI-I geöffnet werden. Die Schaltung kann nunmehr arbeiten, um das Vorhandensein einer Flamme nahe der Elektrode 13 festzustellen bzw. zu überwachen, wobei der Effekt verwendet wird, daß durch eine Flamme ionisiertes Gas rund um die Elektrode 13 erzeugt wird, welches Elektrizität in einer Richtung an Erde leitet,' so daß es wirksam als eine Diode D20 wirkt. Es ist nunmehr ein Stromkreis hergestellt, welcher das Ende 21 der Sekundärwicklung 15des Transformators l6 über die Primärwicklung I^ des Funkentransformators 11, über dessen Sekundärwicklung 12 und über die Diode D20 an Erde schaltet, wobei der aus ionisiertem Gas bestehende Stromkreisteil, der in Fig. 4 innerhalb eines mit einer unterbrochenen Linie gezeichneten Kastens P dargestellt ist, einen hohen Widerstand hat, der durch einen Widerstand 22 angezeigt ist. Wenn die Spannung an der Stelle B positiv wird, leitet die Flamme einen Strom, wobei diese Spannung angenähert auf Erdpotential gehalten wird, und wobei die Spannung an der Stelle A negativ wird. Während der entgegengesetzten

Halbperiode, wenn die Spannung an der Stelle B negativ wird, erfolgt kein Leiten über die Flamme, und der Kondensator Cl bleibt aufgeladen, und die Spannung an der Stelle A bleibt negativ. In einer praktisch ausgeführten Schaltung liegt die negative Spannung, auf welche der Kondensator Cl aufgeladen wird, in der Größenordnung von 90 Volt»

Die Arbeitsvorgänge der Schaltung gemäß Fig. 1 zum Erzeugen eines Funkens 10 und zum überwachen des Vorhandenseins eines Funkens 10 und einer Flamme, wie sie oben in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben sind, haben somit die Wirkung, an der Stelle A eine positive Spannung zu erzeugen, wenn die Schaltung einen Funken 10 erzeugt, und eine negative Spannung zu erzeugen, wenn die Schaltung sich in dem Zustand zum Feststellen einer Flamme befindet und eine Flamme vorhanden ist. Diese Polarität des Arbeitens ist jedoch nicht wesentlich, und die Schaltung könnte abgewandelt werden derart, daß eine negative Spannung erzeugt wird, wenn ein Funken 10 erzeugt wird, und eine positive Spannung erzeugt wird, wenn eine Flamme festgestellt wird. Es ist festzustellen, daß in dem Zustand der Schaltung zum Erzeugen von Funken die Spannungswellenform an der Stelle A Hochspannungsimpulse hat, die dem Gleichstrompegel überlagert sind. Diese werden unterdrückt durch das Vorhandensein eines spannungsabhängigen Nebenschlußwiderstandes VDR und eines Widerstandes Rl von 22.000 Ohm in der Schaltung zwischen der Stelle A und dem Ausgangsanschluß M (Fig. 1).

Fig. 5 zeigt auf der linken Seite der unterbrochenen Linie X-X den Ausgang des Stromkreises gemäß Fig. 1 zum Überwachen der Flamme und der Funken 10 sowie dessen Verbindung über die Anschlüsse M und E (siehe auch Fig. 1) an einen Detektorbzw. Feststellstromkreis, der auf der rechten Seite der

.-unterbrochenen Linie X-X dargestellt ist. Der Detektorstromkreis umfaßt einen umkehrenden Operationsverstärker 30 hoher Impedanz, der über einen Widerstand 31 von 1 Megohm gespeist wird und auf die an der Stelle A. erscheinende Gleichspannung anspricht, und einen negativen Ausgang Vo von -4,7 Volt, wenn die Gleichspannung an der Stelle A + l80 Volt (Funken vorhanden) beträgt, und einen positiven Ausgang Vo von +4,7 Volt erzeugt, wenn die Gleichspannung an der. Stelle A -90 Volt beträgt (Flamme vorhanden).

Zenerdioden 32 und 33 sind parallel zu einem Widerstand 34 von angenähert 200.000 0hm vorgesehen und in einen Rückkopplüngsstromkreis geschaltet, um das Schwingen der Ausgangsspannung in jeder Richtung auf 4,7 Volt zu begrenzen und um zusätzliches Unterdrücken irgendwelcher unerwünschter Übergangs spannungen zu schaffen. Hochgeschwindigkeitsdioden Dl und D2 sind weiterhin am Eingang des Operationsverstärkers 30 vorgesehen, um Spannungsdifferentiale am Eingang zu begrenzen und auf diese Weise einen weiteren Schutz gegen Übergangsspannungen zu schaffen.

Die Ausgangsspannung Vo betätigt eine Sichtanzeige oder Höranzeige zur Unterstützung der Handbetätigung einer Brennerzündanlage. Die Spannung Vo kann jedoch auch dazu verwendet werden, Steuerungen zu betätigen derart, daß automatischer Betrieb der Ventile erhalten wird, welche die Zufuhr an Brennergas und die Luftzufuhr steuern. Die Ausführung einer Vorrichtung zum Betätigen solcher Steuerungen ist bekannt und braucht nicht beschrieben zu werden.

Beim Arbeiten der Einrichtung gemäß vorstehender Beschreibung zum Feststellen des Vorhandenseins einer Flamme wird durch

Stromimpulse, die durch die Flamme geleitet werden, eine negative Ladung an dem Kondensator Cl aufgebaut, Wenn, wie vorgesehen, der Kondensator Cl ein Kondensator mit niedrigem Verlust (low-leakage) ist, und wenn gewährleistet ist, daß die Eingangsimpedanz des Detektorstromkreises hoch ist, wird die Zeitkonstante für die Entladung des Kondensators Cl auf einem, hohen Wert gehalten, und dies hat den Vorteil, daß die "Flamme vorhanden"-Anzeige während kurzzeitiger Schwankungen bestehen bleibt, die durch irgendein Flackern oder durch irgendeine Verringerung des Ausmaßes der Ionisation in der Flamme, was auftreten kann, hervorgerufen sind. Zu schnelles Arbeiten der Einrichtung zum Abschalten bzw. zum Sehließen des~ jenigen Ventiles, welches die Gaszufuhr zum Pilotbrenner steuert, ist daher vermieden, und die Einrichtung ist empfindlich und spricht auch auf relativ schwache Flammen ausreichend an.

Fig. 6 zeigt eine Ausführung eines Detektorstromkreises, die gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 5 abgewandelt ist. Der Stromkreis gemäß Fig. 6 hat den Vorteil, daß er auf falsche Signale nicht anspricht, die sich aus einem Kurzschluß zwischen der Funkenelektrode 13 und Erde oder zufolge eines · nndoren Verr.ap.ons dor Zündschaltung ergeben. Für ddfison Zweck unterscheidet sich der Stromkreis gemäß Fig. 6 von dem Stromkreis gemäß Fig. 5 dadurch, daß er ein Tiefpaßfilternetz aufweist mit einem Widerstand 4l von 1 Megohm, einem Widerstand 42 von 470.000 Ohm und einem Kondensator kj> einer Kapazität von 0,4? Mikrofarad. Wenn ein Kurzschluß auftritt, beispielsweise als Folge einer mechanischen Beschädigung der Funkenelektrode 13 oder als Folge von Feuchtigkeit oder einer anderen Verunreinigung oder Verschmutzung im Bereich der Elektrode 13, erscheint an der Stelle A ein Wechselstromsignal, welches in einigen Fällen den Detektorstromkreis

betätigen könnte. Um eine solche Betätigung-zu-vermeiden,"die dazu führen könnte, daß das die Gaszufuhr zum Hauptbrenner .-steuernde Ventil geöffnet würde, wenn keine Pilotflamme vorhanden ist, ist das Tiefpaßfiltemetz vorgesehen _} um ein . solches Wechselstromsignal auf eine Spannung von nahezu Null zu dämpfen bzw. zu schwächen. ""-.-■

Ein weiterer Unterschied zwischen den Stromkreisen gemäß den' Fig. 5 und 6 besteht darin, daß bei dem-Stromkreis "gemäß Fig. 6 der Pegel, bis zu welchem die Ausgangsspannung steigen kann, durch den Pegel der Speisespannung begrenzt ist und nicht durch die Zenerdioden 32 und 33, wie es bei dem Stromkreis gemäß Fig. 5 der Fall ist. Ein Rückkopplungswiderstand 4*1 schafft die erforderliche Verstärkungssteuerung.

Die. Erfindung gemäß vorstehender Beschreibung hat den Vorteil, daß ein einziger elektronischer Stromkreis zusammen mit einer einzigen Funken- und Detektorelektrode verwendet wird, um eine Einrichtung zu schaffen zum Erzeugen eines Funkens, zum Überwachen der Erzeugung des Funkens und zum überwachen der nachfolgenden Erzeugung einer Flamme. Dadurch, daß die elektroni- sehen Komponenten derart ausgeführt bzw. geschaltet sind, daß siein vielen Fällen zwei oder drei verschiedene Funktionen ausüben, sind die Komplexität und die Kosten der Schaltung verringert, und außerdem ist als Folge des Vorhandenseins einer vergleichsweise kleinen Anzahl von Komponenten die Zuverlässigkeit der Schaltung erhöht. .

Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Anlage gemäß der Erfindung, die besonderen Wert hat bei der Anwendung bei großen Brenneranlägen, bei denen an einer Stelle gezündet wird und mit dieser Zündung eine Vielzahl von Flammen erzeugt wird, beispielsweise

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entlang einer langen Strahl- oder Düsenleitung, wobei die Zündung nach Betätigung einer Start-Stop-Steuerung 70 erfolgt. Bei solchen Brenneranlagen können im Bereich einer oder, mehrerer Düsen Blockierungen oder "Verstopfungen od.dgl. auftreten, so daß dort Flammen nicht gebildet werden. In einer solchen Situation können sich nachteilige Folgen hinsichtlich der Brennerleistung und hinsichtlich Explosionsgefahr ergeben. Um solche nachteiligen Folgen zu vermeiden, weist die Anlage gemäß Fig. 7 eine entfernt angeordnete Flammenfeststellelektrode

71 auf, die das Vorhandensein einer Flamme an einer Stelle feststellt, die von der Stelle entfernt liegt, an der sich die Zündelektrode 72 für die Pilotflamme befindet, das heißt, daß die Elektrode 71 sich im Fall einer Brenneranlage mit einer Düsenleitung an demjenigen Ende der Leitung befindet, die dem Ende gegenüberliegt, an welchem die Pilotflamme gezündet wird.

Die Elektrode 71 ist mit einem Flammendetektorstromkreis 73 verbunden, der einem Stromkreis 7^ zum Erzeugen von Funken und zum Feststellen einer örtlichen Flamme gemäß den Fig. 1 und 5 ähnlich ist. Dieser Stromkreis JH enthält einen nicht dargestellten.Kondensator, der negativ aufgeladen wird, wenn nahe der Elektrode 71 eine Flamme auftritt. Das Arbeiten des · Stromkreises 73 führt zu einem positiven Ausgang, der an einen logischen Stromkreis 75 angelegt wird, und zwar zusammen mit dem Ausgang von dem Detektorstromkreis, welcher der Elektrode

72 zum Feststellen einer örtlichen Flamme zugeordnet ist, um zu bewirken, daß ein den Hauptgasstrom steuerndes Ventil 76 geschlossen wird, falls nicht an beiden Elektroden 72 und ein Flammensignal innerhalb eines Zeitraumes von drei Sekunden nach Zündung der Pilotflamme erscheint.

Leerseite

Claims

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Patentansprüche

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\ Iy Elektrische Zündanlage für einen Brenner, mit einem Funkenerzeugungsstromkreis ,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum überwachen des Erzeugens eines Funkens (10) vorgesehen ist, die einen Kondensator (Cl) aufweist, der durch das Arbeiten des Funkenerzeugungsstromkreises in einem Sinn aufgeladen wird, eine Einrichtung zum überwachen des Vorhandenseins einer Flamme vorgesehen ist, die Mittel (13, 20) besitzt, die auf die Flamme derart ansprechen, daß an dem genannten Kondensator (Cl) eine Aufladung in einem Sinn hervorgerufen wird, der zu dem Sinn der Aufladung entgegengesetzt ist, der durch das Arbeiten des Funkenerzeugungsstromkreises hervorgerufen ist, und daß eine Einrichtung (30) vorgesehen ist, um das Vorhandensein und die . Polarität der Ladung an dem Kondensator festzustellen.

2. Zündanlage nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins und der Polarität der Ladung an dem Kondensator (Cl) einen Verstärker (30) aufweist, der in Übereinstimmung mit der Polarität der Ladung an dem Kondensator Ausgänge unterschiedlicher Polarität liefert.

3. Zündanlage nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (30) ein Tiefpaßfilter (4l, 42, 43) aufweist, welches verhindert, daß der Verstärker auf falsche Wechselstromsignale anspricht, die sich aus einem Kurzschluß oder aus einem Versagen des Funkenerzeugungsstromkreises ergeben.

H. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (Cl) durch das Arbeiten der Einrichtung zum Erzeugen eines Funkens in positivem Sinn, und durch das Arbeiten der Einrichtung zum Überwachen des Vorhandenseins einer Flamme in negativem Sinn aufgeladen wird.

5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß für Funkenerzeugung und für das Feststellen des Vorhandenseins einer Flamme eine einzige Elektrode (13) verwendet ist.

6. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5j

dadurch gekennzeichnet, daß eine entfernt angeordnete Flammenfestste'] !elektrode (71) vorgesehen ist, um das Vorhandensein einer Flamme an einer Stelle festzustellen, die von der Stelle (72) des anfänglichen Zündens in einem Abstand liegt.

7. Zündanlage nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die entfernt angeordnete Flammenfest Stellelektrode (71) an einen Stromkreis (75) angeschlossen ist, dessen Funktion darin besteht, die Zufuhr von Brennstoff zu dem Brenner zu verhindern, wenn von der entfernt angeordneten Flammenfeststellelektrode (71) nach dem Zünden einer Pilotflamme innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes keine Flamme festgestellt wird.