DE4313575C2 - Überwachungseinrichtung für die Dauerzündflamme in Gasverbrauchseinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für die Dauerzündflamme in Gasverbrauchseinrichtungen mit Zündflammenbrenner mit einem in der Nähe der Zündflamme vorgesehenen Temperaturmeßsensor.

Zündflammenbrenner der angegebenen Art finden insbesondere Anwendung in Heimheizanlagen mit und ohne Gasabzug, gasbetriebenen Heißwasserbereitern, wie Durchlauferhitzern und Heißwasserspeichern, gasbetriebenen Kühlanlagen usw., bei denen das Gas in dem Brenner von einer Dauerzündflamme entzündet wird. In solchen Gasverbrauchern sind in der Regel Sicherungseinrichtungen zur Unterbrechung der Gaszufuhr bei unzureichendem Gasdruck, schadhafter Zündeinrichtung oder fehlendem oder unzureichendem Wasserstrom vorgesehen. Nach dem Prinzip der Zündsicherung wird die Gaszufuhr auch gesperrt, wenn die Brennerflamme, die Dauerzündflamme, erlischt. Weiterhin ist es bekannt, mittels Thermoelemente oder Bimetallelemente Schalter zu betätigen, die die Gaszufuhr für die Dauerzündflamme unterbrechen.

Insbesondere bei Heißwasserspeichern mit Gasbrenner, bei denen die Dauerzündflamme im unteren Bereich des Gerätes vorgesehen ist, ist eine visuelle Kontrolle schwerlich möglich, um festzustellen, ob die Dauerzündflamme erloschen oder angezündet ist. Dies trifft auch bei Heizöfen für Zentralheizungen zu, bei denen die Zündflamme im Inneren des Gerätes unsichtbar angeordnet ist. Stellt deshalb der Benutzer einer solchen Anlage fest, daß beispielsweise aus dem Heißwasserspeicher kein warmes Wasser mehr entnommen werden kann oder die Heizung ausgefallen ist, so ist für ihn schwerlich erkennbar, ob dieser Defekt nur darauf zurückzuführen ist, daß die Dauerzündflamme erloschen ist oder nicht. Er ist in solchen Fällen gezwungen, die Dienste des Fachmanns in Anspruch zu nehmen, um den als relativ einfach einzustufenden Defekt zu beheben.

Aus der DE GM 76 17 832 ist eine thermoelektrische Zündsicherungsvorrichtung für gasbeheizte Geräte mit einem die Brennstoffzufuhr überwachendem Ventil bekannt, dessen Schließkörper mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist. Im Erregerstromkreis des Elektromagneten ist ein Thermoelement vorgesehen, das im Flammbereich des Zündbrenners befestigt ist. Außerdem ist ein optisches Anzeigeinstrument vorgesehen, das den Betriebszustand der Vorrichtung erkennen läßt. In konkreter Ausgestaltung liegt der Schließkörper des Ventils am Außenumfang eines Permanentmagneten, in dessen Einflußbereich eine das optische Anzeigeelement beeinflussender magnetischer bzw. magnetisierbarer Gegenkörper vorgesehen ist. Durch die mittelbare mechanische Kopplung über den Dauermagneten wird dabei angezeigt, ob das vom Thermoelement gesteuerte Ventil geöffnet oder geschlossen ist. Es wird also indirekt angezeigt, ob eine Dauerzündflamme brennt oder nicht brennt.

Aus der DE OS 23 17 857 ist eine Flammenkontrolleinrichtung bei gasbetriebenen Absorberkühlgeräten bekannt, die ebenfalls ein Thermoelement zur Steuerung des die Gaszufuhr überwachende Magneten des Ventils aufweist, wie dieses auch bei dem vorhergehenden beschriebenen Stand der Technik gegeben ist. Zusätzlich ist das Thermoelement über einen Spannungsverstärker an eine Anzeigelampe angeschlossen, so daß die im Falle des Brennens der Flamme eine Anzeige mittels einer Leuchtdiode erfolgt. Bei der dort überwachten Flamme handelt es sich nicht um eine Dauerzündflamme im Sinne des Anmeldungsgegenstandes. Ferner ist auch hier nur eine einzige Anzeigelampe vorgesehen, die den Zustand "Flamme brennt" anzeigt.

Aus der DE 25 37 647 A1 ist weiterhin eine elektrische Kontrolleinrichtung für eine Gasflamme bekannt, die nach dem gleichen Prinzip arbeitet, wie die gemäß der DE OS 23 17 857. Dabei wird die den Zündsicherungsmagneten angelegte Spannung zur Anzeige herangezogen. Eine weitere Anzeige ist nicht vorgesehen. Zum Stand der Technik ist dabei in dieser Schrift ausgeführt, daß es vorbekannt war, Lichtleiter für die Anzeige zu verwenden oder ein zusätzliches Thermoelement für den Nachweis einer Flamme einzusetzen. Dieses zusätzliche Thermoelement wird durch die Verwendung des vorhandenen eingespart. Die bekannte Anzeige weist ebenfalls keine eindeutige Anzeige auf, um beide Zustände, nämlich das Brennen und Nichtbrennen der Lampe anzugeben.

Weiterhin ist aus der DE 27 35 815 A1 eine Überwachungseinrichtung in heißen Gas- oder feinkörnigen Feststoffströmen unter Verwendung eines Thermoelementes bekannt. In Abhängigkeit von der Temperaturänderungsgeschwindigkeit und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des differenzierten Thermoelementausgangssignals wird eine Sicherheitsschaltung ausgelöst. Eine Anzeige einer Dauerzündflamme ist nicht angegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, den Kunden oder Fachmann auf einfache Weise eindeutig anzuzeigen, ob eine Dauerzündflamme in dem betreffenden Gerät angezündet ist oder eine solche erloschen ist. Dabei sollen mindestens beide Betriebszustände gesondert angezeigt werden. Die Überwachungseinrichtung soll weiterhin so ausgeführt sein, daß sie nachträglich eingebaut werden kann, ohne Änderungen an den Bauelementen der Gasverbrauchseinrichtung selbst vornehmen zu müssen.

Gelöst wird die Aufgabe nach der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebene technische Lehre.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und förder­ liche Ausgestaltungsformen einer geeigneten Schaltung sind in den Unteransprüchen im einzelnen angegeben.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Dauerzündflamme ein optischer oder akustischer Signalgeber von einer Auswerteschaltung angesteuert wird, um den Nutzer oder dem Fachmann sofort zu signalisieren, daß der Defekt des Gasverbrauchers darin besteht, daß die Dauerzündflamme erloschen ist oder ein Defekt auf die Dauerzündflamme nicht zurückzuführen ist, da sie nach wie vor brennt. Im Falle, daß keine Zündflamme vorhanden ist, kann das generierte Steuersignal auch zur Steuerung des Hauptventils in der Gaszuleitung herangezogen werden. Je nach Ausbildung der elektrischen Ansteuerschaltung des magnetischen Hauptventils muß das Ansteuersignal dem angepaßt sein. Das Hauptventil ist bekanntlich Bestandteil der Anlage. Das optische Anzeigeelement kann dabei direkt am Gerät angeordnet sein, oder aber auch in einem Steuergerät an der Wand befestigt sein. In jedem Fall ist die Auswerteschaltung so auszulegen, daß die Schaltung eine geringe Ansprechschwelle aufweist und damit eine hohe Ansprechempfindlichkeit, um bereits mit Entzünden der Zündflamme ein positive Signalanzeige zu erreichen. Dabei ist sowohl für den Temperatursensor als auch die Auswerteschaltung, wenn sie in dem Gerät untergebracht sind, oder auf die Stromversorgung angewiesen sind, die sicherheitstechnischen Vorschriften zu beachten, wonach bestimmte Strom- und Spannungswerte von dem Brennerbereich fernzuhalten sind, damit keine Gasgemischentzündungen im Fehlerfall, bedingt durch die Strom- und Spannungszuführung, auftreten können.

Falls der Gasverbraucher mit einer Gassicherung der eingangs beschriebenen Art ausgestattet ist, die ein Thermoelement zur Steuerung der Zufuhr für den Gasbrenner aufweist, so kann auf einfache Weise die von dem Thermoelement generierte Thermospannung von diesem abgegriffen der Auswerteschaltung zugeführt werden, so daß kein gesondertes Thermoelement vorgesehen sein muß.

Im übrigen sind Thermoelemente nach DIN 43 710 einsetzbar, aber auch davon abweichende, die in Abhängigkeit von der Zündflammentemperatur bestimmte Spannungen generieren, die in dem Operationsverstärker mit einer Vergleichsspannung verglichen werden. Darüber hinaus sind aber auch zur Temperaturmessung der Flamme nichtlineare Widerstände, nämlich NTC- und PTC-Widerstände, einsetzbar, die als Heiß- und Kaltleiter bekannt sind und in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise in einen Stromkreis geschältet und in Nähe der Dauerzündflamme gebracht werden müssen, um in Abhängigkeit der temperaturabhängigen Widerstandsänderung eine Spannung zu verändern, die als Meßspannung mit einer Vergleichsspannung im Komparator verglichen wird. Die Signalanzeige bzw. die Steuerung eines akustischen Signalgebers kann in gleicher Weise erfolgen, wie dies unter Verwendung eines Thermoelementes möglich ist. Um die Funktionsfähigkeit einer Auswerteschaltung überprüfen zu können, ist es weiterhin empfehlenswert, entsprechende Prüfschaltungen im Verbund mit der Auswerteschaltung vorzusehen, ebenso eine Anzeige der Betriebsspannung, so daß eine einfache Fehlerdiagnose bei Ausfall eines Gasverbrauchers der angesprochenen Art durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Stromlaufplan einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung dargestellt, die ein Thermoelement 1 aufweist, das im Bereich der Dauerzündflamme angeordnet ist. Über eine Zuführungsleitung ist das Thermoelement 1 mit einer Auswerteschaltung verbunden. Die Auswerteschaltung weist einen Ableitwiderstand 2 und einen Eingangswiderstand 3 auf, über den eine Thermospannung an den positiven Eingang 6 eines Operationsverstärkers, der als Komparator 4 eingesetzt ist, anliegt. Der zweite Signalpfad ist auf Masse 9 gelegt. In dem Operationsverstärker wird die anliegende Thermospannung mit einer Referenzspannung, die am invertierenden Eingang 5 anliegt, verglichen. Diese Referenzspannung ist aus der am Anschluß 11 anliegenden positiven Betriebsspannung abgeleitet, und zwar über einen Spannungsteiler mit den Widerständen 7 und 8. Im Ausführungsbeispiel liegt am invertierenden Eingang 5 des Operationsverstärkers eine Spannung von 7 mV an, die durch Spannungsteilung der Durchspruchspannung von der parallel geschalteten Diode 37 (0,7 V) abgeleitet ist, wodurch eine besonders niedrige Ansprechschwelle erzielt wird. Die Schaltung reagiert also sofort, wenn das Thermoelement 1 infolge der Entzündung der Dauerzündflamme eine geringe Spannung generiert. Der Operationsverstärker ist darüber hinaus mit der Stromversorgungsquelle über die Leitung 13 und mit Masse über die Leitung 14 verbunden und die Diode 37 am Abgriff des Spannungsteilers aus dem Widerstand 10 im Stromversorgungsweg und den Widerständen 7 und 8 angeschlossen.

Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers ist der gemeinsame Koppelpunkt 16 der Basen zweier in Reihe geschalteter Transistoren verbunden. Der erste Transistor 14 ist ein NPN-dotierter Transistor, während der zweite Transistor 15 ein PNP-dotierter Transistor ist. Mit dem gemeinsamen Koppelpunkt der beiden Emitter ist eine Verbindungsleitung 18 mit dem Koppelpunkt 20 einer Reihenschaltung mit zwei Widerständen 17 und 19 und Leuchtdioden 21, 22 verbunden. Der Kollektor des zweiten Transistors 15 liegt auf Masse. In Reihe mit dem Widerstand 17 ist eine Leuchtdiode 21 geschaltet, und zwar in Durchlaßrichtung bezogen auf die Betriebsspannungsquelle U_B+, die am Eingang 11 angeschaltet ist, so daß die Anode an der Betriebsspannungsquelle und die Kathode mit dem Widerstand 17 verbunden ist. In Reihe mit dem zweiten Widerstand 19 ist eine weitere Leuchtdiode 22 vorgesehen, die ebenfalls in Durchlaßrichtung geschaltet ist, so daß der Widerstand 19 an der Anode und die Masse an die Kathode der Leuchtdiode 22 angeschlossen ist. Weiterhin ist ein hochohmiger Nebenschluß zu der Leuchtdiodenanordnung vorgesehen, die über einen Tastschalter 23 aktivierbar ist. Der Nebenschluß besteht aus dem Widerstand 24, der über den Schaltkontakt mit der Betriebsspannungsquelle verbindbar ist. Von dem Widerstand 24 wird eine Spannung über den Widerstand 25 der Entkopplungsdiode 26 zugeführt, die in Durchlaßrichtung geschaltet und mit dem positiven Eingang 6 des Operationsverstärkers über die Leitung 27 verbunden ist. Die Stromversorgung der Schaltung ist sichergestellt über ein an ein Stromversorgungsnetz 33 angeschaltetes Netzteil 31, das eingangsseitig Sicherungen 34, 35 und einen Transformator 32 aufweist. Sekundärseitig ist eine Sicherung 30 in den Stromversorgungskreis geschaltet, ferner ist zur Anzeige, daß eine Betriebsspannung anliegt, eine Leuchtdiode 28 mit einem Serienwiderstand 29 zwischen der Betriebsspannung U_B+ und Masse angeordnet, so daß der einwandfreie Betriebszustand des Netzteils hierüber signalisiert wird. Um nun die Funktionsfähigkeit der Schaltung zu testen, braucht lediglich der Tastschalter 23 geschlossen zu werden, so daß ein Strom über den Widerstand 25 und die Diode 26 an den Eingang 6 des Operationsverstärkers fließt. Dieser bewirkt, daß am Ausgang 12 des Operationsverstärkers ein Hochpotential (high) anliegt, so daß der NPN-dotierte Transistor 14 leitend schaltet und ein Strom über den Widerstand 19 und die Leuchtdiode 22 gegen Masse fließt, während der andere zweite Transistor 15 geschlossen ist. Wird nun die Taste wieder losgelassen, so liegt an dem positiven Eingang 6 des Operationsverstärkers keine Spannung an und am Ausgang 12 des Operationsverstärkers liegt ein Low-Potential an, so daß der zweite Transistor 15 leitend schaltet, während der erste gesperrt ist und so die Diode 21 leuchtet, wobei der Stromweg über die Diode 21 dem Widerstand 17 und dem Transistor 15 geschlossen ist. Damit ist vom Fachmann und vom Benutzer zunächst feststellbar, ob die Auswerteschaltung als solche korrekt arbeitet. Liegt nun keine Zündflamme an, so wird dieser Zustand beibehalten. Sobald aber die Zündflamme entzündet ist und an dem Thermoelement 1 eine Spannung generiert wird, die dem vergleichswert am invertierenden Eingang 5 des Operationsverstärkers überschreitet, so wird am Ausgang 12 ein High-Potential (6 V) erzeugt, das dazu führt, daß nunmehr der erste Transistor (14) leitend schaltet und der zweite sperrt, so daß die Leuchtdiode 22 aufleuchtet und dem Benutzer und dem Fachmann signalisiert, daß die Zündflamme vorhanden ist. Somit ist es möglich, mittels einer an sich aus der Temperaturmeßtechnik bekannten Schaltung auf einfache Art und Weise dem Benutzer und dem Fachmann anzuzeigen, ob die Dauerzündflamme des Gasverbrauchers vorhanden ist oder nicht vorhanden ist.

Claims (16)

1. Überwachungseinrichtung für die Dauerzündflamme in Gasverbrauchseinrichtungen mit Zündflammenbrenner mit einem in der Nähe der Zündflamme vorgesehenen Temperatursensor und mit einer Anzeigevorrichtung, die den Brennzustand der Flamme anzeigt mit folgenden Merkmalen:
der Temperatursensor (1) ist an eine Auswerteschaltung angeschaltet, die in Abhängigkeit von der im unmittelbaren Bereich der Zündflamme festgestellten Temperatur durch Vergleich mit einer Referenzgröße elektrische Steuersignale generiert;
der Temperaturmeßsensor ist ein Thermoelement oder ein thermischer nichtlinearer Widerstand (NTC oder PTC);
die Auswerteschaltung weist einen Komparator (4) auf, an deren einem Eingang eine Vergleichsspannung und an deren anderem Eingang eine von einem Thermoelement (1) generierte oder eine durch ein nichtlineares Widerstandselemente geänderte Spannung anliegt;
von dem Komparatorausgang (12) wird in Abhängigkeit des Überschreitens oder Unterschreitens der Vergleichsspannung ein Steuersignal ausgegeben, das einen Schalter im Stromversorgungsweg des akustischen oder optischen Signalgebers (21, 22) derart ansteuert, daß zumindest das Brennen oder Nichtbrennen der Zündflamme angezeigt wird.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung dann ein elektrisches Signal erzeugt, wenn vom Temperatursensor keine Temperatur festgestellt ist, und das Signal gesonderte optische und/oder akustische Signalgeber (21, 22) steuert.

3. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stromversorgung der Schaltungsanordnung eine optische Anzeigevorrichtung (28) vorgesehen ist, die das Anliegen einer Betriebsspannung signalisiert.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betriebsspannungsanzeige in den Stromanschlußweg des nichtlinearen Widerstandselementes eingeschaltet ist.

5. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen und akustischen Signalgeber (21, 22) der Verbrennungsanlage zugeordnet an dem jeweiligen Gerät selbst oder an einer Gebäudewand befestigt sind, und daß zwischen dem Anzeigegerät mit dem optischen und/oder akustischen Signalgeber und dem Temperaturmeßsensor (1) oder mit der in der Verbrennungsanlage integrierten Auswerteschaltung Verbindungsleitungen vorgesehen sind.

6. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei optische Anzeigeelemente (21, 22, 28) vorgesehen sind, die farblich voneinander verschieden sind, wobei jedes Anzeigeelement (21, 22, 28) mit Steuersignalausgängen der Auswerteschaltung und/oder dem Stromversorgungskreis angeschlossen ist.

7. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als optisches Anzeigeelement Leuchtdioden oder Signallampen vorgesehen sind.

8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als akustisches Anzeigeelement ein Tonfrequenzgenerator und ein damit verbundener Lautsprecher vorgesehen sind.

9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Komparator (4) ein Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen positiver Eingang (6) mit dem einen Ende eines Thermoelementes (1) direkt oder über einen Spannungsteiler mit diesem verbunden ist und dessen invertierender Eingang (5) mit einer Referenzspannungsquelle oder mit dem Abgriff eines an eine Betriebsspannungsquelle angeschalteten Spannungsteilers (7, 8) verbunden ist, und daß am Ausgang (12) des Operationsverstärkers bei Anliegen einer Thermospannung am positiven Eingang (6) ein Steuersignal mit einem ersten Potential (high-Signal) und im Falle, daß keine Thermospannung anliegt und die generierte Thermospannung eine bestimmte Schwelle unterschreitet, ein Steuersignal mit einem zweiten Potential (low-Signal) abgreifbar ist, und daß in Abhängigkeit der generierten Steuersignale ein oder mehrere Schalter (14, 15) in dem Anzeigestromkreisleitend bzw. sperrend schalten.

10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter zwei in Reihe geschaltete NPN- und PNP-dotierte Transistoren (14, 15) vorgesehen sind, deren Basen miteinander verbunden sind und an den Ausgang (12) des Operationsverstärkers angeschaltet sind und deren Emitter mit einem Abgriff eines Spannungsteilers (17, 19) verbunden ist, in dessen Stromzweigen jeweils eine Leuchtdiode (21, 22) angeordnet ist, wobei die Dioden zwischen der Versorgungsspannung einerseits und der masseführenden Leitung andererseits in Durchlaßrichtung geschaltet sind, und daß mit der positiven Betriebsspannungsquelle der Kollektor des ersten Transistors (14) und mit, der masseführenden Leitung der Kollektor des zweiten Transistors (15) verbunden sind, und daß je nach Wert der anliegenden logischen Steuerspannung die eine oder die andere Leuchtdiode (21, 22) leitend schaltet.

11. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor ein NPN-dotierte Transistor und der zweite Transistor ein PNP-dotierte Transistor ist, und daß bei Anliegen einer Thermospannung am Ausgang des Operationsverstärkers eine positive Spannung anliegt und der erste Transistor (14) leitend und der zweite Transistor (15) sperrend schaltet und die Leuchtdiode (22) aufleuchtet und im Falle, daß keine ausreichende Thermospannung vom Thermoelement (1) anliegt am Ausgang das Operationsverstärkers keine Spannung abgreifbar ist und der zweite Transistor (15) leitend schaltet, während der erste sperrt und die Leuchtdiode (21) leuchtet.

12. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Signaleingang des Komparators (4), an dem das Thermoelement (1) angeschlossen ist, über einen Schalter eine Betriebsspannung anschaltbar ist.

13. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die am invertierenden Eingang des Komparators (4) anliegende Spannung, von einem Spannungsteiler (7, 8) abgreifbar ist, der parallel zu einer Diode (37) geschaltet ist, die in Durchlaßrichtung zwischen der Betriebsspannungsquelle (U_B) und Masse angeordnet ist.

14. Überwachungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermospannung von einem Thermoelement (1) abgreifbar ist, das zur elektronischen Abschaltung der Gaszufuhr des Gasbrenners der Anlage vorgesehen ist.

15. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung der Auswerteschaltung ein an ein Stromversorgungsnetz angeschaltetes Netzgerät vorgesehen ist und daß eine Signallampe oder eine Diode (28) zwischen Stromführungsleitung und Masse geschaltet ist.

16. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom generierten Signal im Falle, daß der Temperatursensor keine Temperatur feststellt, das elektrisch steuerbare Hauptventil in der Gaszuleitung von der Auswerteschaltung angesteuert sperrt.