DE69110214T2

DE69110214T2 - Steuerungsverfahren für Brenner.

Info

Publication number: DE69110214T2
Application number: DE69110214T
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Oguchi
Original assignee: Toyotomi Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyotomi Kogyo Co Ltd
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: DE69110214D1; US5203687A; KR0180920B1; EP0473250B1; KR920004778A; JP2629420B2; TR24888A; JPH04106311A; EP0473250A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungssystem für einen Brenner, der in der Lage ist, direkt die Sauerstoffkonzentration in einem Raum festzustellen, in dem der Brenner angeordnet ist, um dadurch eine abnormale Verbrennung infolge eines Abnehmens des Sauerstoffs zu verhindern, und insbesondere auf ein Steuersystem für einen Brenner zur Feststellung der Sauerstoffkonzentration in einem Raum unter Verwendung eines Sauerstoffsensors, der in der Lage ist, mit gasförmigem Sauerstoff zu reagieren, um ein von der Konzentration des Sauerstoffs abhängendes Ausgangssignal zu erzeugen, wie einem Gasfühler vom Typ galvanische Zelle, um dadurch ein Abnormalitäts-Feststellungssignal zu erzeugen, um wenigstens eine Alarmvorrichtung und/oder eine Verbrennungsreduktionseinrichtung zu betätigen, wenn die Sauerstoffkonzentration im Raum auf ein Niveau unterhalb eines vorgegebenen eingestellten Wertes abgesunken ist.
Die Verwendung einer Verbrennungsvorrichtung oder eines Brenners, wie beispielsweise eines ölbetriebenen Raumheizers, eines gasbetriebenen Raumheizers oder dergleichen, zum Erwärmen eines dicht geschlossenen Raums, verursacht eine Abnahme an Sauerstoff infolge der Verbrennung, die zu einer unvollständigen Verbrennung des Brennstaffs im Brenner führt. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Verhältnisse sind verschiedene Techniken bislang entwickelt worden, um eine Abnahme an Sauerstoff festzustellen. So ist beispielsweise im US-Patent 4 710 125 ein System vorgeschlagen worden zur direkten Feststellung eines Mangels an Sauerstoff basierend auf einer Variation in der Flammenströmung unter Benutzung von Charakteristika eines Brenners zur Erzeugung eines Normabweichungs-Feststellungssignals. Darüber hinaus ist auch bereits ein System vorgeschlagen worden, bei welchem eine Sauerstoffkonzentrationszelle unter Verwendung von Zirkon dazu benutzt wird, um eine Differenz des Sauerstoffpartialdrucks zwischen der Luft im Raum, in dem der Brenner angeordnet ist, und dem vom Brenner abgegebenen Verbrennungsgas festzustellen, um ein Normabweichungs-Feststellungssignal zu erzeugen. Die vorgeschlagenen Systeme sind alle geeignet, um die Sauerstoffkonzentration indirekt festzustellen unter Benutzung der Verbrennung, die in einem Brenner stattfindet. Unglücklicherweise benötigt jedes der vorgeschlagenen Systeme relativ hohe Spannung und großen Strom für die Feststellung, so daß es notwendig ist eine handelsübliche Stromversorgung zu verwenden. Die vorgeschlagenen Systeme sind daher nicht geeignet zur Verwendung für einen Brenner, bei dem ein natürlicher Abzug für die Verbrennung benutzt wird und eine Trockenzelle oder eine Batterie für die Stromversorgung verwendet wird, wie beispielsweise einem Ölbrenner vom Dochtbetätigungstyp. Unter Beachtung der vorstehenden Ausführungen haben die Erfinder ein System unter Benutzung eines Sauerstoffsensors, beispielsweise eines Gassensors vom Typ galvanischer Zelle, erdacht, das durch eine Trockenzelle oder Batterie angetrieben werden kann und in der Lage ist, die Sauerstoffkonzentration direkt festzustellen unabhängig von der Verbrennung, um ein Normabweichungs-Feststellungssignal zu erzeugen.
Ein Sauerstoffsensor zur direkten Feststellung von Sauerstoff in einer Umgebung, wie ein Gassensor vom Typ galvanische Zelle, ist im allgemeinen geeignet, um Sauerstoff innerhalb eines weiten Bereichs zwischen 0% und 100% zu bestimmen. Die optimale Sauerstoffkonzentration in einem Raum, in dem ein Brenner angeordnet ist, liegt bei etwa 21%, während in einem abnormalen Zustand infolge des Verbrauchs von Sauerstoff durch die Verbrennung die Sauerstoffkonzentration auf ein Niveau von 18% oder weniger erniedrigt wird. Dies wird üblicherweise als Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration bezeichnet. Es besteht somit ein signifikanter Unterschied in der Sauerstoffkonzentration zwischen dem optimalen Zustand und dem abnormalen Zustand und daher verursacht die Messung einer Differenz der Sauerstoffkonzentration mit Hilfe eines Sauerstoffsensors einen Fehler, da der Sauerstoffsensor nicht geeignet ist, um Sauerstoffkonzentrationen innerhalb eines so engen Bereichs mit entsprechender Genauigkeit zu messen. Im allgemeinen zeigt ein Sauerstoffsensor einen Fehler von 2 bis 3% bei der Messung von Sauerstoff, von beispielsweise 18% Konzentration. Liegt der erzeugte Fehler auf der positiven Seite, so ist ein vom Sauerstoffsensor erhaltener Meßwert so, als ob die Sauerstoffkonzentration im normalen Bereich läge.
Der Hauptgrund, daß der Sauerstoffsensor, der ein Gassensor vom Naßtyp ist, wie beispielsweise ein Gassensor des Typs galvanische Zelle, die in der Lage ist eine Gaskonzentration entsprechend einem elektrochemischen Prozeß unter Benutzung eines Elektrolyts zu messen, einen Fehler beim Messen der Sauerstoffkonzentration erzeugt, liegt darin, daß die Umgebungstemperatur eines Sensors oder die Temperatur eines den Sensor umgebenden Bereichs den Sauerstoffsensor normwidrig beeinflußt, um den Ausgang des Sensors zu variieren. Im einzelnen ist ein Sauerstoffsensor im allgemeinen so ausgelegt, daß er das Maß der Reaktion zwischen der Arbeitselektrode und Sauerstoff in der Atmosphäre in Form einer Variation in der Spannung, dem Strom oder dem Innenwiderstand als Ausgangssignal liefert. Unglücklicherweise verursacht die Umgebungstemperatur eine Veränderung der Reaktion, die zu einer Veränderung des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors führt. Als weiterer Gassensor, der in der Lage ist die Sauerstoffkonzentration direkt zu messen, wird ein Gassensor vom Halbleitertyp verwendet, der aber in gleicher Weise durch die Umgebungstemperatur beeinflußt wird und damit ungeeignet ist zur Steuerung eines Brenners.
Darüber hinaus zeigen die verschiedenen konventionellen Gassensoren, einschließlich des Gassensors vom Typ galvanische Zelle, im allgemeinen Eigenschaften die stark verschieden sind von denen bei der Temperatur, bei der sie normalerweise benutzt werden, wenn die Umgebungstemperatur auf einen Wert nahe dem Gefrierpunkt erniedrigt wird. Es ist daher höchst wünschenswert dieses Problem zu beseitigen.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Steuerungssystem für einen Brenner zu schaffen, das in der Lage ist, einen Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration exakt und positiv festzustellen, ohne daß es durch die Umgebungstemperatur bei der Benutzung eines Gassensors beeinträchtigt wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines Steuersystems für einen Brenner, welches in der Lage ist, einen Zustand einer niedrigen Sauerstoffkonzentration effektiv festzustellen und dabei gleichzeitig den Effekt eines unvollständigen Verbrennungsgases auf die Messung zu minimieren.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Steuersystems für einen Brenner, das es erlaubt, eine Sauerstoffmessung nach der Einstellung des Ausgangs eines Sauerstoffsensors proportional zur Sauerstoffkonzentration durchzuführen, um auf diese Art und Weise Fehlfunktionen wirksam zu verhindern.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Steuersystems für einen Brenner, das in der Lage ist, ein Normabweichungs-Feststellungsignal exakt zu erzeugen, selbst wenn der Verbrennungsvorgang eines Brenners neu gestartet worden ist, wenn er einmal angehalten wurde.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Steuersystems für einen Brenner, das in der Lage ist, Fehlfunktionen wirksam zu verhindern, selbst wenn eine Raumtemperatur oder eine Temperatur in einem Raum, in dem ein Brenner angeordnet ist, zeitweise variiert.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Steuerungssystems für einen Brenner, das in der Lage ist, Fehlfunktionen zu verhindern, selbst wenn ein Sauerstoffühler altert oder in seiner Funktion schlechter wird oder die Umgebungstemperatur exzessiv abgesenkt ist.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt schließlich in der Schaffung eines Steuerungssystems für einen Brenner, das in der Lage ist, den Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration positiv festzustellen, selbst wenn die Umgebungstemperatur auf ein Niveau abgesenkt wird, das unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungssystem für einen Brenner mit einem Sauerstoffühler geschaffen, der in der Lage ist, mit Sauerstoffgas zu reagieren, um ein Ausgangssignal, abhängig von der Sauerstoffkonzentration, zu erzeugen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Raum festzustellen, in welchem der Brenner angeordnet ist, um dadurch eine Alarmvorrichtung und/oder eine Brennstoffreduziereinrichtung mit einem Normabweichungen feststellenden Signal zu versorgen und sie zu betätigen, wenn die Sauerstoffkonzentration unter einem vorgegebenen Wert absinkt. Das Steuerungssystem umfaßt eine Sauerstoffkonzentrationsfühleinrichtung zum Empfang eines elektrischen Signals, welches vom genannten Sauerstoffühler geliefert wird und die Sauerstoffkonzentration feststellt, basierend auf dem elektrischen Signal zur Erzeugung eines festgestellten Sauerstoffkonzentrationswertes, der durch ein elektrisches Signal, beispielsweise ein digitales Signal oder dergleichen angezeigt werden kann, eine erste Vergleichseinrichtung, um den festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert mit einem Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert zu vergleichen, der durch ein elektrisches Signal, wie ein digitales Signal oder dergleichen angezeigt werden kann und eine Referenzwertspeichereinrichtung zur Speicherung eines anfänglich eingegebenen Anfangswerts als Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert für die genannte erste Vergleichseinrichtung. Die Referenzwertspeichereinrichtung ist in der Lage, den festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert als neuen Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert zu speichern, um die genannte erste Vergleichseinrichtung mit dem genannten Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert zu versorgen, wenn die genannte erste Vergleichseinrichtung feststellt, daß der festgestellte Sauerstoffkonzentrationswert größer ist als der Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert. Die erste Vergleichseinrichtung und die Referenzwertspeichereinrichtung arbeiten so, daß der Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert erneuert wird, so daß der höchste Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert, der nach dem Start des Betriebs des Steuerungssystems festgestellt worden ist, als Referenzwert zur Beurteilung eines Zustands niedriger Sauerstoffkonzentration dient. Unter der Annahme, daß die optimale Sauerstoffkonzentration im Raum 21% beträgt, wird der höchste Sauerstoffkonzentrationswert (Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert) als 21% betrachtet. Das Steuerungssy stem umfaßt darüber hinaus eine zweite Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Abweichung zwischen dem genannten festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert und dem genannten Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert mit einem die Normabweichung beurteilenden Referenzwert, der durch ein elektrisches Signal, wie ein digitales Signal oder dergleichen angezeigt sein kann, der zur Erzeugung des genannten Normfeststellungssignals führt, falls festgestellt wird, daß die genannte Abweichung größer ist als der besagte, die Normabweichung beurteilende Referenzwert, wenn die genannte erste Vergleichseinrichtung feststellt, daß der festgestellte Sauerstoffkonzentrationswert kleiner ist als der besagte Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert. Die erste und zweite Vergleichseinrichtung arbeiten so, daß sie eine Abnahme des höchsten Sauerstoffkonzentrationswerts um einen vorgegebenen Betrag feststellen, um auf diese Art und Weise das Auftreten des Zustandes niedriger Sauerstoffkonzentration zu bestimmen. Dies bedeutet, daß der die Normabweichung beurteilende Referenzwert eine Toleranz der Variation der Sauerstoffkonzentration bestimmt. Angenommen, daß die optimale Sauerstoffkonzentration 21% beträgt und die Sauerstoffkonzentration beim Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration 18% ist, so entspricht der die Normabweichung beurteilende Referenzwert 3%. Man erkennt somit, daß das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung es ermöglicht, die das Normabweichungs-Feststellungssignal verursachende Sauerstoffkonzentration auf der Basis des höchsten Sauerstoffkonzentrationswertes zu bestimmen, so daß der Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration festgestellt werden kann, ohne daß dies durch die Umgebungstemperatur beeinträchtigt wird, selbst wenn eine Variation der Umgebungstemperatur eine Variation des festgestellten Sauerstoffkonzentrationswerts verursacht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Brenner in einem Gehäuse untergebracht, in dem eine Leitung zum Einführen von Luft aus dem Raum in den Brenner vorgesehen ist, und der genannte Sauerstoffühler ist in dieser Leitung angeordnet. Wie oben beschrieben, hat der Sauerstoffühler die Eigenschaft, sein Ausgangssignal zu verändern bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur und der Fehler des Ausgangssignals neigt dazu verkleinert zu werden bei einem Anwachsen der Umgebungstemperatur, weshalb der Sauerstoffsensor vorzugsweise an einer Stelle angeordnet ist, an der die Variation der Umgebungstemperatur so gering wie möglich ist. Das Äußere des Gehäuses weist im allgemeinen eine höhere Temperaturvariation auf als das Innere und eine Temperatur im Gehäuse wird angehoben durch Hitze, die vom Brenner abgegeben wird. Daher ist es bevorzugt, daß der Sauerstoffühler im Gehäuse angeordnet ist. Der Brenner neigt jedoch im allgemeinen dazu, unvollständig verbranntes Verbrennungsgas unmittelbar nach seinem Start abzugeben und das unvollständig verbrannte Verbrennungsgas ist schwerer als Sauerstoff, so daß es schwierig ist, das unvollständig verbrannte Gas aus dem Gehäuse nach außen abzugeben, was dazu führt, daß der Betriebsfehler des Sauerstoffühlers vergrößert wird. Dementsprechend ist erfindungsgemäß der Sauerstof fühler vorzugsweise in der Leitung angeordnet. Eine solche Konstruktion ermöglicht es, den Sauerstoffühler an einer Stelle anzuordnen die in einem bestimmten Ausmaß erwärmt wird und im wesentlichen frei ist von unvollständigem Verbrennungsgas, so daß der Sauerstoffühler ein bef riedigendes und exaktes Betriebsverhalten selbst dann zeigt, wenn er in einem Zustand gestartet wird, in dem die Umgebungstemperatur nicht erhöht ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Vorfreigabezeitglied vorgesehen, zum Starten der Zeitzählung in dem Augenblick, wenn der Brenner die Verbrennung startet. Das Vorfreigabezeitglied arbeitet so, daß die erste Vergleichseinrichtung startet, wenn es die vorbestimmte Einstellzeit gezählt hat. Ein Sauerstoffsensor, wie beispielsweise ein Gassensor vom Typ galvanische Zelle, liefert normalerweise kein Ausgangssignal, welches proportional zur Sauerstoffkonzentration ist, bevor nicht eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Start verstrichen ist, selbst wenn er sich in einem geeigneten Temperaturbereich befindet, was zu einer Fehlfunktion des Steuerungssystems führt. Die oben beschriebene Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert dieses Problem in wirksamer Weise.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß der genannte Anfangswert, der in der besagten Referenzwertspeichereinrichtung gespeichert wird, einen kritischen Wert umfaßt, der so bestimmt ist, daß er es gestattet, daß der Ausgang des Sauerstoffühlers proportional zur Sauerstoffkonzentration beim Niveau des genannten kritischen Wertes und darüber ist. Eine solche Konstruktion ermöglicht es, daß das Normabweichungs-Feststellungssignal positiv erzeugt wird, wenn der festgestellte Sauerstoffkonzentrationswert niedriger ist als der kritische Wert. Die Einstellung des Ursprungswerts auf ein geeignetes Niveau ermöglicht es, Alterungen und Verschlechterungen des Sauerstoffühlers festzustellen, die zu einem Normabweichungs-Feststellungssignal führen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Vorfreigabezeitglied vorgesehen zum Starten des Zeitzählens in dem Moment, in dem der Brenner die Verbrennung einstellt. Das Vorfreigabezeitglied erzeugt ein Ausgangssignal, wenn es die voreingestellte Zeit aufgezählt hat und wird zurückgestellt, wenn der Brenner vor der Beendigung des Zählens erneut die Verbrennung startet. Darüber hinaus ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, die durch das Ausgangssignal des genannten Vorfreigabezeitgliedes gestartet wird, um dadurch die genannte Referenzwertspeichereinrichtung wieder einzustellen. Wenn der Brenner erneut gestartet wird, nachdem die Verbrennung des Brenners infolge der Erzeugung eines Normabweichungs-Feststellungssignals unterbrochen worden ist und bevor die Luft im Raum durch Außenluft ersetzt worden ist, so daß die Sauerstoffkonzentration im Raum einen normalen Wert erreicht, besteht die Möglichkeit, daß der Sauerstoffsensor arbeitet und dabei die Sauerstoffkonzentration, die eigentlich den Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration darstellt, als optimale Sauerstoffkonzentration mißversteht, und damit es versäumt, ein Normabweichungs-Feststellungssignal zu erzeugen, obgleich die Sauerstoffkonzentration tatsächlich sich auf einem Niveau befindet, das dem Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration entspricht. Die oben beschriebene Konstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung beseitigt diese Nachteile.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Raumtemperaturdetektor zum Feststellen der Temperatur des Raums, in dem der Brenner angeordnet ist, vorgesehen, und darüber hinaus ist eine den Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwert erzeugende Einrichtung vorgesehen zum Erzeugen des genannten Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwertes, variierend in Abhängigkeit von der Raumtemperatur, die von dem genannten Temperaturdetektor festgestellt wird, so daß die Korrektur des Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwertes entsprechend einer Temperatur erreicht wird. Die Abhängigkeit des Sauerstoffühlers von der Temperatur vergrößert sich bei einer Reduktion der Umgebungstemperatur, so daß das Maß um das die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers beim Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration verringert wird groß ist, wenn die Umgebungstemperatur gering ist verglichen mit dem, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist. Auch eine Ventilation verursacht oft eine Erniedrigung der Umgebungstemperatur des Sauerstof fühlers, so daß das Ausgangssignal des Sauerstofffühlers entsprechend reduziert wird. Eine solche Situation erhöht möglicherweise die Abweichung zwischen dem gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert und dem Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert unabhängig davon, ob die Sauerstoffkonzentration im Raum normal ist. Die vorstehend beschriebene Konzentration gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, den Normabweichungsfeststellungs-Referenzwert zu korrigieren in Abhängigkeit von der durch den Raumtemperaturdetektor festgestellten Temperatur, um auf diese Art und Weise Fehlfunktionen des Steuerungssystems wirksam zu verhindern.
Darüber hinaus ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Normabweichungen feststellende Einrichtung vorgesehen, um Normabweichungen des genannten Sauerstoffsensors festzustellen, wobei diese Normabweichungen feststellende Einrichtung das Normabweichungs-Feststellungssignal erzeugt, wenn der Ausgang der Sauerstoffkonzentrations-Feststellungseinrichtung unter einem zweckdienlichen Grenzwert des Sauerstoffsensors liegt. Wenn man die höchste Sauerstoffkonzentration, die nach dem Beginn der Messung gemessen worden ist, als normale Sauerstoffkonzentration ansieht, so arbeitet das Steuerungssystem selbst dann, wenn der Sauerstoffsensor infolge einer Verschlechterung des Sauerstoffsensors, einer übermäßigen Absenkung der Umgebungstemperatur oder dergleichen kein normales Meßverhalten zeigt. Das Vorsehen der Normabweichungen feststellenden Einrichtung beseitigt diesen Nachteil.
Der Sauerstoffsensor zeigt dann, wenn die Umgebungstemperatur auf einen zweckdienlichen Grenzwert des Sauerstoffsensors oder darunter abgesenkt wird, Eigenschaften, die verschieden sind von denen, die der Sauerstoffsensor zeigt, wenn er in einem normalen zweckdienlichen Temperaturbereich betrieben wird. In einer solchen Situation zeigt daher das Steuerungssystem nicht das normale Steuerungsverhalten, bei dem die höchste nach dem Start der Messung gemessene Sauerstoffkonzentration als Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert definiert wird. Zum Beispiel nimmt der Ausgang eines Sauerstoffühlers vom Typ galvanische Zelle stark ab, wenn die Umgebungstemperatur auf ein Niveau von nur einigen Grad Celsius abgesenkt wird, während die Ausgangsspannung rasch wieder hergestellt und vergrößert wird, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors fährt fort anzuwachsen, unabhängig von einem Abnehmen der Sauerstoffkonzentration im Raum, wenn er wieder eingestellt wird. Auf diese Art und Weise stellt das Steuerungssystem möglicherweise den Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration nicht fest, wenn es sich im normalen Steuerungszustand befindet.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, kann ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darüber hinaus einen Niedrigtemperatursteuerungsmodus besitzen, der es erlaubt, den Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration zu messen, selbst wenn die Umgebungstemperatur unter die zweckdienliche Grenztemperatur abgesenkt ist. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Steuerungssystein darüber hinaus einen Temperatursensor umfassen, der dem Sauerstoffühler benachbart angeordnet ist sowie eine dritte Vergleichseinrichtung, eine Steuerungsmodus-Änderungseinrichtung und eine Vergleichswert-Betätigungseinrichtung und eine vierte Vergleichseinrichtung. Die dritte Vergleichseinrichtung vergleicht eine von dem genannten Temperaturfühler festgestellte Temperatur mit einer Referenztemperatur zum Zeitpunkt, wenn der Brenner die Verbrennung startet, um auf diese Art und Weise ein Niedertemperatur-Feststellungssignal zu erzeugen, wenn die festgestellte Temperatur niedriger ist als die genannte Referenztemperatur. Die Steuerungsmodus-Anderungseinrichtung macht eine Steuerung unwirksam, die von der ersten und zweiten Vergleichseinrichtung durchgeführt wird, wenn das besagte Niedrigtemperatur-Feststellungssignal dazu eingegeben wird. Die Vergleichswert-Betätigungseinrichtung erzeugt einen Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert, der wenigstens auf der durch den genannten Temperaturfühler festgestellten Temperatur basiert, wenn die genannte dritte Vergleichseinrichtung ein Niedrigtemperatur-Feststellungssignal erzeugt. Die vierte Vergleichseinrichtung vergleicht den Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert mit dem festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert, um daraus das genannte Normabweichungs-Feststellungssignal zu erzeugen, wenn die Abweichung zwischen dem genannten festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert und dem Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert größer ist als ein Niedrigtemperatur-Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwert.
Die Vergleichswert-Betätigungseinrichtung benutzt eine Veränderung in der Umgebungstemperatur des Sauerstoffühlers (gemessene Temperatur), um eine Art Variation des gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert vom Ursprungswert durch Berechnen zu erhalten, wenn man annimmt, daß die normale Verbrennung weitergeht. Die Beziehung der Veränderung im gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert zur gemessenen Temperatur wurde vorher durch ein Experiment bestimmt. Die Veränderung der Sauerstoffkonzentration beim Betrieb kann in Form einer zwei-dimensionalen Kurve ausgedrückt werden. Selbst wenn der Ausgang des Sauerstoffühlers der Veränderung der Sauerstoffkonzentration nicht folgt, wird der Ausgang durch die Veränderung beeinflußt. Auf diese Art und Weise ermöglicht es der Vergleich zwischen dem gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert und dem Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert den Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration festzustellen. Darüber hinaus kann auch ein Raumtemperaturfühler vorgesehen sein, um die Raumtemperatur zu messen, so daß die Temperatur beim Betrieb durch die Vergleichswert-Betätigungseinrichtung mit berücksichtigt wird.
Diese und andere Ziele und viele Vorteile der vorliegenden Erfindung werden rasch klar, wenn diese unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und in Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines steuerungssystems für einen Brenner gemäß der vorliegenden Erfindung, das in einer Weise ausgebildet ist, daß es zur Benutzung für einen Ölbrenner vom Dochtbetätigungstyp geeignet ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm, das das Steuerungssystem nach Fig. 1 detaillierter wiedergibt;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein Beispiel eines Ölbrenners vom Dochtbetätigungstyp, bei dem das Steuerungssystem nach Fig. 1 Anwendung finden kann;
Fig. 4A eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der Beziehung zwischen der Verbrennungszeit eines Brenners und der Umgebungstemperatur eines Sauerstof fühlers zeigt, die durch einen Temperatursensor gemessen wird, wenn die Temperatur auf einem zweckdienlichen Temperaturwert für den Sauerstoffsensor oder darüber liegt;
Fig. 4B eine graphische Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen der Verbrennungszeit eines Brenners und der Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers;
Fig. 5A eine graphische Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen der Verbrennungszeit eines Brenners und der Umgebungstemperatur eines Sauerstoffühlers, die gemessen wird durch einen Temperatursensor, wenn die Temperatur auf ein Niveau unterhalb einer zuträglichen Temperatur für den Sauerstoffühler abgesenkt worden ist;
Fig. 5B eine graphische Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen der Verbrennungszeit eines Brenners und der Ausgangsspannung eines Sauerstoffühlers vom Typ galvanische Zelle;
Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Steuerungssystems in Fig. 2 zeigt und
Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Zusatzeinrichtung, die in das Steuerungssystem nach Fig. 2 inkorporiert werden kann.
Nachfolgend soll das Steuerungssystem für einen Brenner gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Steuerungssystems der vorliegenden Erfindung und Fig. 3 zeigt einen Ölbrenner vom Dochtbetätigungstyp, der ein Beispiel für einen Brenner darstellt, auf dem das Steuerungssystem nach den Fig. 1 und 2 angewandt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Steuerung ein Mikrocomputer verwendet.
In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Ölbrenner vom Dochtbetätigungstyp, der so ausgebildet ist, daß er einen Docht zum Zünd- und Brennerlösch-Betrieb vertikal bewegt. Der Verbrennungsbetrieb des Ölbrenners wird dadurch gestartet, daß der Docht in eine angehobene Position oder eine Zündposition über einen Dochtbetätigungsmechanismus 3 bewegt wird und daß dann der Docht mit Hilfe einer Zündeinrichtung 5 gezündet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dochtbetätigungseinrichtung 3 so ausgebildet, daß sie zusammen mit einem (nicht dargestellten) Leistungsschalter des Steuerungssystems betätigt wird. Insbesondere wird der Leistungsschalter während der Bewegung des Dochts in die angehobene Dochtstellung durch die Dochtbetätigungseinrichtung 3 geschlossen gehalten, so daß eine Spannung an das Steuerungssystem von einer Energiequelle angelegt wird, welche eine Trockenzelle oder Batterie umfaßt. Dann, wenn der Docht weiter in die angehobene Dochtstellung bewegt wird, wird die Zündvorrichtung 5 betätigt, wodurch der Ölbrenner die Verbrennung startet. Wenn der Energieschalter geschlossen ist, werden die Spannung Vb der Batterie und eine Referenzspannung Vr zum Überprüfen der Batterie verglichen. Diese Überprüfung kann durch Verwendung jeglicher geeigneten Technik durchgeführt werden, wie sie im Stand der Technik bekannt ist. Wenn irgendeine Abnormalität in der Energieversorgung festgestellt wird, wird ein weiter unten noch erläuterter automatischer Feuerlöschmechanismus 37 betätigt, um die Zündung zu verhindern, während bei Nichtfeststellung einer Abnormalität die Zündung durchgeführt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Batterieprüfung mit Hilfe eines Batterieprüfkreises durchgeführt, der in einer Hauptsteuereinrichtung 7 enthalten ist. Die Hauptsteuereinrichtung 7 umfaßt eine Vergleichs- und Beurteilungseinrichtung, die weiter unten zusammen mit weiteren Vorrichtungen noch beschrieben wird. Der Brenner ist so angeordnet, daß sein oberer Abschnitt in einem Raum in einem Gehäuse 11 und umgeben von einer Reflexionsplatte 9 angeordnet ist und sein unterer Abschnitt im unteren Abschnitt des Gehäuses 11 eingeschlossen ist. Auf der Innenfläche einer Seitenwand des Gehäuses 11 ist eine Leitung 15 fest montiert, deren beiden oberen und unteren Enden mit Öffnungen versehen sind. Die untere Öffnung der Leitung 15 kommuniziert mit einer Öffnung im Boden des Gehäuses 11, so daß Luft vom Äußeren des Gehäuses 11 durch die Leitung 15 in das Gehäuse 11 eingeleitet werden kann. In der Leitung 15 sind ein Sauerstofffühler 17 und ein Temperaturfühler 19 angeordnet. Zu diesem Zweck verwendet das dargestellte Ausführungsbeispiel einen Sauerstoffühler vom Typ galvanische Zelle. Der Temperaturfühler 19 wird dazu benutzt, eine Umgebungstemperatur des Sauerstoffsensors zu messen, die eine Temperatur der Umgebung ist, in welcher der Sauerstoffsensor 17 angeordnet ist. Auf der Außenfläche der anderen Seitenwand 14 des Gehäuses 11 ist ein Temperaturfühler 21 zur Feststellung der Raumtemperatur oder der Temperatur eines Raums, in welchem der Brenner angeordnet ist, montiert.
Der Sauerstoffühler 17 vom Typ galvanische Zelle ist in der Lage, mit gasförmigem Sauerstoff zu reagieren, um ein elektrisches Signal proportional zur Konzentration des mit ihm reagierenden Sauerstoffs zu erzeugen. Der Sauerstoffühler 17 erzeugt daher ein Analogsignal proportional zur Konzentration des reagierenden Sauerstoffs. Um eine Weiterverarbeitung des Analogsignals mit Hilfe eines Mikrocomputers durchführen zu können, ist es notwendig, das Analogsignal in ein Digitalsignal umzuwandeln. Eine Sauerstoffkonzentrations-Feststelleinrichtung 23 umfaßt einen Verstärker zum Verstärken des Analogsignals und einen A/D Konverter zum Umwandeln des verstärkten Analogsignals in ein Digitalsignal. Die Sauerstoffkonzentrations-Feststelleinrichtung 23 arbeitet somit zur Erzeugung des gemessenen Sauerstoffkonzentrationswerts 51, der proportional der Sauerstoffkonzentration ist und in Form eines Digitalsignals angegeben wird. Der gemessene Sauerstoffkonzentrationswert S1 wird dann einer ersten Vergleichseinrichtung 25 zugeführt, um die maximale oder höchste Sauerstoffkonzentration während des Meßvorgangs zu ermitteln. Die erste Vergleichseinrichtung 25 vergleicht den gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert S1 mit einem Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1, der in einer Referenzwertspeichereinrichtung 27 gespeichert ist, was dazu führt, daß der gemessene Sauerstoffkonzentrationswert S1 als neuer Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert in der Referenzwertspeichereinrichtung 27 gespeichert wird, wenn der gemessene Sauerstoffkonzentrationswert S1 größer ist als der Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1. Die Sauerstoffkonzentrationsfeststellung wird wiederholt in einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt oder beispielsweise in Zeitintervallen von 10 Sekunden. In der Referenzwertspeichereinrichtung wird zunächst ein Anfangswert gespeichert, um sicherzustellen, daß eine Anfangsvergleichsoperation erreicht wird. Die erste Vergleichseinrichtung 25 startet den Betrieb nach einem Vorfreigabezeitglied 29, welches anfängt die Zeit zu zählen zu dem Zeitpunkt, wenn die Zündung des Brenners gestartet wird und nach einer vorbestimmten eingestellten Zeit zu zählen aufhört. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein kritischer Wert, der eine Veränderung im Ausgang des Sauerstoffühlers verursacht, damit dieser proportional zur Sauerstoffkonzentration bei einem Niveau des kritischen Wertes oder darüber ist, als Ausgangswert benutzt, um in der Referenzwertspeichereinrichtung 27 abgespeichert zu werden.
Das erste Vorfreigabezeitglied 29 wird aufgrund der Tatsache benutzt, daß der Sauerstof fühler vom Typ galvanische Zelle kein zur Sauerstoffkonzentration proportionales Ausgangssignal liefert, ehe nicht eine vorbestimmte Zeitdauer vom Anschalten des Sauerstoffühlers verstrichen ist, selbst wenn dieser im Bereich einer zuträglichen Temperatur betrieben wird. Die Fig. 4A zeigt ein Beispiel des Verhältnisses zwischen der Verbrennungszeit des Brenners und der Umgebungstemperatur des Sauerstoffühlers (Fühlertemperatur), die erreicht wird, wenn die Umgebungstemperatur bei der zuträglichen Temperatur für den Sauerstoffühler (5ºC) oder darüber liegt. Die Fühlertemperatur oder Umgebungstemperatur wird durch den Temperaturfühler 19 gemessen. Die Fig. 48 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Verbrennungszeit und einer vom Sauerstoffühler 17 erzeugten Spannung. Wie man aus den Fig. 4A und 4B erkennen kann, wird die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 17 unabhängig von der Sauerstoffkonzentration vom Start der Verbrennung des Brenners 1 bis zum Zeitpunkt t1 reduziert und wächst proportional an entsprechend der Veränderung der Sauerstoffkonzentration, nachdem diese Zeitspanne t1 verstrichen ist. In Berücksichtigung dieses Sachverhalts ist das Vorfreigabezeitglied 29 so ausgebildet, daß die Zeit TM1 auf einen Wert gleich oder größer als die Zeit t1 eingestellt ist, was dazu führt, daß die erste Vergleichseinrichtung 25 den Betrieb erst dann startet, wenn die Ausgangsspannung des Sauerstof fühlers 17 normal geworden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die eingestellte Zeit TM1 auf 20 Minuten eingestellt.
Wenn die Sauerstoffkonzentration im Raum, in der der Brenner angeordnet ist, normal ist, so wächst das Ausgangssignal des Sauerstoffühlers an, wie es in Fig. 48 in gestrichelten Linien angegeben ist. Dies führt zum Arbeiten der ersten Vergleichseinrichtung 25, um den Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1, der in der Referenzwertspeichereinrichtung 27 gespeichert ist, zu erneuern. Wenn der Raum dicht geschlossen ist, jedenfalls in einem Ausmaß das reicht, um eine Reduzierung der Sauerstoffkonzentration ab dem Zeitpunkt t2 zu verursachen, so ist der Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1, der zum Zeitpunkt t2 erhalten wird, die maximale oder höchste Sauerstoffkonzentration. Die erste Vergleichseinrichtung 25 liefert dann den gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert S1 an eine zweite Vergleichseinrichtung 31. Die zweite Vergleichseinrichtung 31 vergleicht die Abweichung D (=R1-S1) zwischen dem gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert S1 und dem Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1 mit einem Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwert R2, der mit Hilfe einer Einrichtung zur Erzeugung eines die Normabweichung beurteilenden Referenzwertes, die mit dem Bezugszeichen 33 versehen ist, erzeugt wird, um auf diese Art und Weise ein Normabweichungs- Feststellungssignal S2 zu erzeugen für den Alarm und/oder der automatischen Feuerlöschvorrichtung. Die automatische Feuerlöschvorrichtung 37 gehört zur Kategorie der Verbrennungsreduzierungseinrichtungen zur Reduzierung des Ausmaßes der Verbrennung und im Falle der vorliegenden Erfindung ist die Feuerreduzierungseinrichtung eine Einrichtung, die sowohl eine Reduzierung der Verbrennung als auch ein Feuerauslöschen ausführt. Ein Brenner, der langsam eine abnormale Verbrennung verursacht infolge eines niedrigen Wärmefreigabewerts, beispielsweise ein Ölbrenner vom Dochtbetätigungstyp, kann der Bedingung eine niedrige Sauerstoffkonzentration durch eine Abnahme der Verbrennung Rechnung tragen, so daß die Feuerauslöschung nicht benötigt wird.
Das dargestellte vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist so konstruiert, daß die zweite Vergleichseinrichtung 31 dazu verwendet wird, um die Abweichung D zwischen dem gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert S1 und dem Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1 zu erhalten. Sie kann aber auch durch die erste Vergleichseinrichtung 25 erhalten werden.
Die Einrichtung zur Erzeugung eines die Normabweichung beurteilenden Referenzwertes 33 dient zur Erzeugung des die Normabweichung beurteilenden Referenzwertes R2 in Abhängigkeit von der durch den Temperaturfühler 21 gemessenen Raumtemperatur. Der die Normabweichung beurteilende Referenzwert R2, der von der Einrichtung 33 erzeugt wird, nimmt ab wenn die Raumtemperatur verringert wird. Stellt jedoch der Raumtemperaturfühler 21 eine rasche Veränderung der Raumtemperatur fest, beispielsweise infolge eines Einblasens von kalter Luft, so führt die Referenzwerterzeugungseinrichtung 33 eine Korrektur durch, indem sie dafür sorgt, daß der die Normabweichung beurteilende Referenzwert R2 temporär angehoben wird.
Wenn der Dochtbetätigungsmechanismus 3 manuell betätigt wird oder die Feuerauslöscheinrichtung 37 automatisch betätigt wird, um zu veranlassen, daß der Docht in eine Feuerauslöschposition abgesenkt wird, so wird der (nicht gezeigte) Energieschalter geöffnet, um das Steuerungssystem von der Energieversorgung zu isolieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Vorfreigabezeitglied 39 und die Rückstelleinrichtung 41 vorgesehen, um sicherzustellen, daß der Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1, der in der Referenzwertspeichereinrichtung 27 gespeichert ist, für eine vorbestimmte Zeitperiode nach der Öffnung des Schalters noch aufrechterhalten bleibt. Dies sorgt dafür, daß der Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert R1 gehalten wird, bis die Zählzeit des Vorfreigabezeitglieds 39 beendet ist. Das Normabweichungs-Feststellungssignal wird deshalb sofort erzeugt, nachdem der Zustand der niedrigen Sauerstoffkonzentration im Raum eingetreten ist. Auf diese Art und Weise kann ein Wieder-Starten der Verbrennung ehe die Sauerstoffkonzentration im Raum einen normalen Wert erreicht, wirksam verhindert werden.
Die vorhergehende Beschreibung beruht auf der Basis eines normalen Steuerungsmodus, bei dem die Umgebungstemperatur des Sauerstoffühlers oder die Temperatur in der Umgebung des Sauerstoffsensors 17 innerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Sensors liegt. Im nachfolgenden soll sein Niedrigtemperatursteuerungsmodus beschrieben werden, der unter der Bedingung ausgeführt wird, daß die Umgebungstemperatur des Sauerstoffühlers unterhalb des Betriebstemperaturbereichs liegt.
Die Fig. 5A zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Verbrennungszeit des Brenners und der Umgebungstemperatur des Sauerstoffühlers (Fühlertemperatur), die durch den Temperaturfühler 19 gemessen wird, wobei diese Beziehung erhalten wird, wenn die Temperatur auf einen Wert unterhalb der Betriebstemperatur des Sauerstoffühlers von 5ºC abgesenkt wird und Fig. 5B zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Verbrennungszeit des Brenners und der Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers 17 vom Typ galvanische Zelle. Eine durch eine durchgezogene Linie in Fig. 5B wiedergegebene Kurve zeigt die Ausgangs spannung des Sauerstoffühlers 17 an. Wie man sehr rasch bei einem Vergleich zwischen den Kurven in Fig. 5B und 4B erkennt, wird die Ausgangsspannung sehr stark reduziert, wenn die Umgebungstemperatur unter die Betriebstemperatur abgesenkt wird. Wird jedoch die Ausgangsspannung wieder hergestellt, so ist der Ausgang des Sauerstoffühlers kontinuierlich erhöht, selbst wenn die Sauerstoffkonzentration im Raum in eine Richtung hin abnimmt, daß die Bedingung niedriger Sauerstoffkonzentration verursacht wird. Die Ausgangsspannung ist jedoch etwas beeinflußt durch das Abnehmen der Sauerstoffkonzentration, während die Spannung wieder hergestellt wird. Insbesondere wird ein Anwachsen der Ausgangsspannung mit einem Abnehmen der Sauerstoffkonzentration reduziert. Im Niedrigtemperatursteuerungsmodus wird der Zustand der niedrigen Sauerstoffkonzentration festgestellt in Abhängigkeit von der Größe der Abweichung zwischen dem gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert und einem Vergleichsbetriebswert, der die Ausgangsspannung des Sauerstoffühlers ist und gehalten wird in Form eines Vergleichswerts durch einen Betrieb unter der Annahme, daß die Sauerstoffkonzentration im Raum nicht unter ein Niveau entsprechend der Bedingung niedriger Sauerstoffkonzentration abgesenkt ist. Eine in gestrichelten Linien in Fig. 5B angegebene Kurve zeigt ein Beispiel eines Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswerts, wie er durch den Meßbetrieb erhalten wird.
Um den Niedrigtemperatursteuerungsmodus zu realisieren, ist eine dritte Vergleichseinrichtung 43 vorgesehen, um zu beurteilen, ob der Niedrigtemperatursteuerungsmodus ausgewählt werden soll. Die dritte Vergleichseinrichtung 43 hat eine Betriebsgrenztemperatur To des Sauerstoffühlers, die vorher als Vergleichswert eingegeben worden ist. Die dritte Vergleichseinrichtung 43 vergleicht einen Anfangswert T1 des Temperaturfühlers 19 mit der Betriebsgrenztemperatur To, was dazu führt, daß ein Niedrigtemperatur- Feststellungssignal einer Steuerungsmodus-Wechseleinrichtung 45 und einer Vergleichswert-Betätigungseinrichtung 47 zugeführt wird, wenn der Anfangswert T1 kleiner ist als die Betriebsgrenztemperatur To. Wenn das Niedrigtemperaturfeststellsignal als Eingangssignal an die Steuerungsmodus- Wechseleinrichtung 45 angelegt wird, so macht diese die Steuerung des normalen Steuerungsmodus, der durch die erste Vergleichseinrichtung 25 und die zweite Vergleichseinrichtung 31 durchgeführt wird, unwirksam. Die Unwirksamkeit wird dadurch erreicht, daß irgendeine der ersten und zweiten Vergleichseinrichtungen 25 und 31 in den Nichtbetriebszustand überführt wird.
Die Vergleichswert-Betätigungseinrichtung 47 startet den Betrieb wenn das zweite Vorfreigabezeitglied 49, das mit der Schließung des Energieschalters zu zählen beginnt, die eingestellte Zeitdauer TM2 fertiggezählt hat. Die eingestellte Zeit TM2 ist so eingestellt, daß sie viel kleiner ist als die eingestellte TM1 des ersten Vorfreigabezeitglieds 29, welches beim normalen Steuerungsmodus verwendet wird. Es kann beispielsweise 20 Sekunden betragen. Das zweite Vorfreigabezeitglied 49 kann entsprechend den Eigenschaften des Sauerstoffühlers eliminiert werden.
Die Vergleichswert-Betätigungseinrichtung 47 erzeugt dann, wenn die dritte Vergleichseinrichtung 43 ein Niedrigtemperaturfeststellungssignal erzeugt, einen Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert S1', basierend auf einer Raumtemperatur Tr, die vom Raumtemperaturfühler 21 gemessen und eingegeben wird und einer Temperatur Ts, die von einem Temperaturfühler 19 gemessen und als Eingang ebenfalls eingegeben wird. Eine vierte Vergleichseinrichtung, die mit dem Bezugszeichen S1 versehen ist, vergleicht den Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert S1' mit dem gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert S1, der von dr Sauerstoffkonzentrations-Feststelleinrichtung 23 geliefert wird, wodurch ein Normabweichungs-Feststellungssignal S2 erzeugt wird, wenn die Abweichung ein d (=S1'-S1) zwischen dem Sauerstoffkonzentrationswert S1' und dem gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert S1 größer ist als ein Niedrigtemperatur- Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwert R3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Niedrigtemperatur- Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwert R3 vorher in der vierten Vergleichseinrichtung S1 gespeichert. Wenn eine Temperaturkorrektur notwendig ist wie sie beim normalen Steuerungsmodus weiter oben beschrieben worden ist, kann eine Einrichtung zur Erzeugung eines Niedrigtemperatur- Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwerts vorgesehen sein, die in ähnlicher Weise aufgebaut ist wie die Normabweichungsbeurteilungs-Referenzwerterzeugungseinrichtung 33.
Die Vergleichswert-Betätigungseinrichtung 47 bestimmt, unter der Annahme, daß fortlaufend eine normale Verbrennung stattfindet, beim Arbeiten eine Betriebsweise, bei der der gemessene Sauerstoffkonzentrationswert von seinem Anfangswert entsprechend den Änderungen der Raumtemperatur Tr der Umgebungstemperatur Ts des Sauerstoffühlers verändert wird. Die Beziehung zwischen einer Veränderung des gemessenen Sauerstoffkonzentrationswerts und der Veränderung der Raumtemperatur Tr und der gemessenen Temperatur Ts wurde vorher durch ein Experiment bestimmt. Der Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert S1', der im Betrieb erhalten wird, kann erhalten werden entsprechend der Betriebsformel S1' = Tr x α + Ts x β, wobei α und β jeweils einen Koeffizienten darstellen. Die Betriebsformel ist ein Beispiel und es ist daher selbstverständlich, daß jede andere geeignete Betriebsformel für diesen Zweck ebenfalls benutzt werden kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die durch den Raumtemperaturfühler 21 gemessene Raumtemperatur dazu ausgenutzt, um im Betrieb eine weitere Erhöhung der Genauigkeit zu erreichen. In diesem Zusammenhang verursacht die Anordnung des Temperaturfühlers 19 in der Leitung 15, durch die Luft vom Raum in den Brenner eingebracht wird, daß die Raumtemperatur den Temperaturfühler beeinflußt. Dieses Problem kann dadurch eliminiert werden, daß man den Sauerstoffkonzentrations-Vergleichswert S1' mit Hilfe lediglich des Ausgangssignals des Temperaturfühlers 19 ermittelt, ohne Benutzung des Ausgangs des Raumtemperaturfühlers 21.
Die Fig. 6 zeigt die Art des Betriebs des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 unter Verwendung eines Mikrocomputers. Jedoch ist der Betrieb des Vorfreigabezeitglieds 39 von Fig. 6 eliminiert. Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel kann eine Einrichtung 53 zum Feststellen einer Normabweichung des Sauerstof fühlers aufweisen, um ein Normabweichungs-Feststellungssignal S2 zu erzeugen, wenn der festgestellte Sauerstoffkonzentrationswert S1, der von der Sauerstoffkonzentrations-Feststelleinrichtung 23 erzeugt wird, unterhalb des Betriebsgrenzwerts des Sauerstoffsensors 17 liegt. Die Normabweichungs-Feststelleinrichtung 53 kann eine fünfte Vergleichseinrichtung 53a und eine Einrichtung 53b aufweisen, um den Betriebsgrenzwert zu speichern und um den gemessenen Sauerstoffkonzentrationswert S1, der von der Sauerstoffkonzentrations-Feststelleinrichtung 23 erzeugt wird, mit dem Betriebsgrenzwert zu vergleichen was dazu führt, daß ein Normabweichungs-Feststellungs signal S2 erzeugt wird, wenn der gemessene Sauerstoffkonzentrationswert S1 unter dem Betriebsgrenzwert liegt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, ist das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß selbst dann, wenn eine Veränderung der Umgebungstemperatur eine Veränderung des gemessenen Sauerstoffkonzentrationswerts verursacht, der Zustand niedriger Sauerstoffkonzentration festgestellt werden kann, während verhindert ist, daß sie wesentlich beeinflußt wird durch Veränderungen der Umgebungstemperatur, da eine Sauerstoffkonzentration, die ein Normabweichungs-Feststellsignal erzeugt, auf der Basis maximaler Sauerstoffkonzentration bestimmt wird.

Claims

1. Steuerungssystem für einen Brenner mit einem Sauerstoffühler, der in der Lage ist, mit Sauerstoffgas zu reagieren, um ein Ausgangssignal abhängig von der Sauerstoffkonzentration zu erzeugen, um die Sauerstoffkonzentration in einem Raum festzustellen, in welchem der Brenner angeordnet ist, um dadurch eine Alarmvorrichtung und/oder eine Brennstoffreduziereinrichtung mit einem Normabweichungen feststellenden Signal zu versorgen und sie zu betätigen, wenn die Sauerstoffkonzentration unter einen vorgegebenen Wert absinkt, dadurch gekennzeichnet, daß:

eine Sauerstoffkonzentrationsfühleinrichtung (23) vorhanden ist zum Empfang eines elektrischen Signals, welches vom genannten Sauerstoffühler (17) geliefert wird und zur Feststellung der Sauerstoffkonzentration, basierend auf dem elektrischen Signal zur Bildung eines festgestellten Sauerstoffkonzentrationswertes

ein erste Vergleichseinrichtung (25) vorgesehen ist, um den festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert mit einem Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert (R1) zu vergleichen;

eine Referenzwertspeichereinrichtung (27) vorhanden ist zur Speicherung eines anfänglich eingegebenen Anfangswertes als Sauerstoffkonzentrations-Referenzwert für die genannte erste Vergleichseinrichtung;

wobei die genannte Referenzwert-Speichereinrichtung den festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert als neuen Sauerstoffkonzentrationsreferenzwert speichert, um die genannte erste Vergleichseinrichtung mit dem genannten Sauerstoffkonzentrationsreferenzwert zu versorgen, wenn die genannte erste Vergleichseinrichtung feststellt, daß der festgestellte Sauerstoffkonzentrationswert größer ist als der Sauerstoffkonzentrationsreferenzwert; und

eine zweite Vergleichseinrichtung (31) vorgesehen ist zum Vergleichen der Abweichung (D) zwischen dem genannten festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert und dem genannten Sauerstoffkonzentrationsreferenzwert mit einem die Normabweichung beurteilenden Referenzwert (R2), der zur Erzeugung des genannten Normfeststellungssignals (S2) führt, falls festgestellt wird, daß die genannte Abweichung größer ist als der besagte, die Normabweichung beurteilende Referenzwert, wenn die genannte erste Vergleichseinrichtung feststellt, daß der festgestellte Sauerstoffkonzentrationswert kleiner ist als der besagte Sauerstoffkonzentrationsreferenzwert.

2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) in einem Gehäuse (11) untergebracht ist, in dem eine Leitung (15) zum Einführen von Luft aus dem Raum in den Brenner vorgesehen ist, und daß der genannte Sauerstoffühler (17) in dieser Leitung angeordnet ist.

3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorfreigabezeitglied (29) vorgesehen ist zum Starten der Zeitzählung in dem Augenblick, in dem der Brenner die Verbrennung startet und daß das Vorfreigabezeitglied die erste Vergleichseinrichtung startet, wenn es die vorbestimmte Einstellzeit gezählt hat.

4. Steuerungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Anfangswert, der in der besagten Referenzwertspeichereinrichtung (27) gespeichert wird, einen kritischen Wert umfaßt, der so bestimmt ist, daß er es gestattet, daß der Ausgang des Sauerstoffühlers (17) proportional zur Sauerstoffkonzentration beim Niveau des genannten kritischen Wertes und darüber ist.

5. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorfreigabezeitglied (39) vorgesehen ist zum Starten des Zeitzählens in dem Moment, in dem der Brenner die Verbrennung einstellt, und daß das Vorfreigabezeitglied ein Ausgangssignal erzeugt, wenn es die voreingestellte Zeit aufgezählt hat und zurückgestellt wird, wenn der Brenner vor der Beendigung des Zählens erneut die Verbrennung startet, und daß eine Rückstelleinrichtung (41) vorgesehen ist, die durch das Ausgangssignal des genannten Vorfreigabezeitglieds gestartet wird, um dadurch die genannte Referenzwertspeichereinrichtung (27) wieder einzustellen.

6. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raumtemperaturdetektor (21) zum Feststellen der Temperatur des Raums, in dem der Brenner angeordnet ist, vorgesehen ist, und daß eine den Normabweichungsbeurteilungsreferenzwert erzeugende Einrichtung (33) vorgesehen ist zum Erzeugen des genannten Normabweichungsbeurteilungsreferenzwertes, variierend in Abhängigkeit von der Raumtemperatur, die von dem genannten Temperaturdetektor festgestellt wird.

7. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Normabweichungen feststellende Einrichtung (53) vorgesehen ist, um Normabweichungen des genannten Sauerstoffsensors (17) festzustellen, und daß diese Normabweichungen feststellende Einrichtung das Normabweichungsfeststellungssignal erzeugt, wenn der Ausgang der Sauerstoffkonzentrationsfeststellungseinrichtung unter einem zweckdienlichen Grenzwert des Sauerstoffsensors liegt.

8. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (19) dem Sauerstoffühler (17) benachbart angeordnet ist;

daß eine dritte Vergleichseinrichtung (43) vorgesehen ist zum Vergleichen einer von dem genannten Temperaturfühler festgestellten Temperatur mit einer Referenztemperatur zum Zeitpunkt, wenn der Brenner die Verbrennung startet, um auf diese Art und Weise ein Niedertemperaturfeststellungssignal zu erzeugen, wenn die festgestellte Temperatur niedriger ist als die genannte Referenztemperatur;

daß eine Steuerungsmodus-Änderungseinrichtung (45) vorgesehen ist, um eine Steuerung unwirksam zu machen, die von der ersten und zweiten Vergleichseinrichtung durchgeführt wird, wenn das besagte Niedrigtemperaturfeststellungssignal dazu eingegeben wird;

daß eine Vergleichswertbetätigungseinrichtung (47) vorgesehen ist, um einen Sauerstoffkonzentrationsvergleichswert (S1') zu erzeugen, der basiert auf der durch den genannten Temperaturfühler (19) festgestellten Temperatur, wenn die genannte dritte Vergleichseinrichtung ein Niederigtemperaturfeststellungssignal erzeugt; und

daß eine vierte Vergleichseinrichtung (51) vorgesehen ist zum Vergleichen des genannten Sauerstoffkonzentrationsvergleichswerts mit dem festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert, um daraus das genannte Normabweichungsfeststellungssignal zu erzeugen, wenn die Abweichung (D) zwischen dem genannten festgestellten Sauerstoffkonzentrationswert und dem Sauerstoffkonzentrationsvergleichswert größer ist als ein Niedrigtemperaturnormabweichungsbeurteilungsreferenzwert.

9. Steuerungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vergleichswertbetätigungseinrichtung (47) den Betrieb in Abhängigkeit von der Temperatur ausführt, die durch den genannten Raumtemperaturdetektor (21) festgestellt wird.

10. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner ein Ölbrenner vom Dochtbetätigungstyp ist.

11. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Sauerstoffühler vom Typ galvanische Zelle ist.