EP0440872B1 - Circuit d'allumage et de sécurité pour brûleur à gaz - Google Patents

Circuit d'allumage et de sécurité pour brûleur à gaz Download PDF

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EP0440872B1
EP0440872B1 EP90105518A EP90105518A EP0440872B1 EP 0440872 B1 EP0440872 B1 EP 0440872B1 EP 90105518 A EP90105518 A EP 90105518A EP 90105518 A EP90105518 A EP 90105518A EP 0440872 B1 EP0440872 B1 EP 0440872B1
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relay
switch
diode
circuit
charging capacitor
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Honeywell BV
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/242—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/20—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays
    • F23N5/203—Systems for controlling combustion with a time programme acting through electrical means, e.g. using time-delay relays using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/04—Prepurge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/36—Spark ignition, e.g. by means of a high voltage

Definitions

  • the invention relates to an ignition and safety circuit fed from an alternating voltage, preferably the mains alternating voltage, for a gas burner supplied with gas via a solenoid valve, an electric spark igniter and a flame sensor.
  • an alternating voltage preferably the mains alternating voltage
  • a gas burner supplied with gas via a solenoid valve, an electric spark igniter and a flame sensor.
  • a flame sensor switches off the spark igniter and the burner changes to the normal operating state.
  • the fuel supply must be interrupted.
  • the duration of the safety period determines this duration depending on the burner output. It is therefore important that the security period is observed regardless of external influences. If one uses a current-heated one to determine the duration of the safety period Bimetallic strip, its rate of deformation depends on the current flowing through it and thus directly on the supply voltage. Fluctuations in the supply voltage therefore lead to changes in the safety time specified with the bimetal switch. If, on the other hand, the duration of the safety period is determined by charging or discharging a capacitor, this must have a fairly high capacitance in order to achieve the safety time of 10 seconds, for example. Such capacitors are usually designed as electrolytic capacitors, which are, however, inaccurate and have poor long-term stability.
  • the duration of the safety period is determined electrically with the aid of a precision capacitor, for example a thin-film capacitor of low capacitance, in connection with an operational amplifier and a switch-on relay for the gas valve and a bistable safety relay, in connection with one in the course of it Charging the pre-purge time-determining capacitor of larger capacity, work in series during the pre-purge time without responding and at the end of the pre-purge time are switched to parallel operation, so that the switch-on relay responds and the gas valve opens.
  • a precision capacitor for example a thin-film capacitor of low capacitance
  • the circuit arrangement according to FIG. 1 is operated with AC voltage, for which purpose for example the AC mains voltage of 220V is connected between the line terminal L and ground N. It is assumed that the burner should be started as soon as a room thermostat or other switch TH requesting the supply of heating energy closes.
  • the switch TH When the switch TH is closed, the fan motor LM first becomes live with which the pre-rinse time begins. At this time, the excitation winding VG of the fuel valve V and the ignition transformer ZT are still without current. Both lie between line L1 and ground, line L1 being disconnected from the mains, because in the rest position the switching contact gr of the switch-on relay GR for the gas valve is connected to its normally closed contact g2 and the normally open contact g1 is therefore de-energized.
  • a bistable safety relay SR also has a changeover contact sr, which is in the work position on the work contact s1. As soon as the thermostat contact TH closes, current flows on the one hand to the fan motor, as mentioned, and on the other hand via the normally open contact s1 to a direct current supply device PS, which supplies, for example, stabilized direct voltages of + 22V and -5V for supplying the other circuit parts. Finally, current flows from the mains line L via the changeover contact gr of the switch-on relay and its normally closed contact g2, a series resistor R1 and a rectifier diode D1 via a series connection of the field windings GR of the switch-on relay and SR of the safety relay to a charging capacitor C2 and from there to ground.
  • the ohmic resistances of the field windings GR and SR are dimensioned in connection with the series resistor R1 so that neither of the two relays GR or SR responds, but the capacitor C2 is slowly charged.
  • a capacitor C4 is connected to the connection point P2 from the grounding of the capacitor C2 and the safety relay SR via a blocking diode D4. It has a much smaller capacity, for example 1uF, than that Charging capacitor C2 with for example 47uF.
  • the capacitor C4 is connected in parallel with a voltage divider R7, R8, at the tap P6 of which the non-inverting input (+) of an operational amplifier OP is located.
  • the inverting input (-) of this operational amplifier is connected via a series resistor R9 to the tap P7 of a further voltage divider R4, R5, which is connected between the positive supply voltage + 22V and ground.
  • the voltage at tap P7 is, for example, + 15V.
  • the pre-rinsing period VSP ends and the safety period SP begins to run.
  • the charge stored on the capacitor C2 can flow off as a current pulse via the two relays SR and GR. From point P2 the current flows on the one hand directly via the safety relay SR and the transistor T2 to ground and on the other hand via the diodes D2 and D3 as well a resistor R3 through the switch-on relay GR and again the transistor T2 also to ground.
  • the capacitor C2 previously charged to approximately 36V is therefore discharged via the two relay windings.
  • the switch-on relay GR switches its contact gr to the normally open contact g1, so that the excitation winding VG of the gas valve V is now connected to the mains AC voltage and the gas valve opens.
  • the charging capacitor C5 of the spark generator is charged via the rectifier diode D6 and the resistor R12.
  • the capacitor C5 can periodically discharge via the primary winding of the ignition transformer ZT and ignition pulses for an ignition electrode assigned to the burner are produced at the output terminal Z.
  • a resistor R11 and a freewheeling diode D7 are connected in parallel to the series connection of capacitor C5 and primary winding of the ignition transformer ZT.
  • the resistor R1 and the diode D1 are disconnected from the AC line voltage and the rectifier diode D3 is connected to the line L1 via the resistor R2 and the capacitor C1, so that this diode D3 is connected to the resistor R3 drives a direct current through the switch-on relay GR and keeps it in the switch position mentioned.
  • a smoothing capacitor C3 is connected in parallel to the relay GR.
  • the impedance of the series connection of resistor R2 and capacitor C1 for example 10 kOhm, is significantly lower than that Resistor R1 with, for example, 100 kOhm, so that the direct current of, for example, 10 mA generated by diode D3 is significantly higher than the previous charging current.
  • the negative half-wave of the applied AC voltage generates a DC current of, for example, 10 mA, which flows to ground via the Zener diode ZD.
  • the voltage at the zener diode is, for example, 47V.
  • the timer capacitor C4 has a significantly lower capacitance than the charging capacitor C2.
  • the timer capacitor can thus be manufactured as a highly stable thin film capacitor. Together with a voltage divider consisting of highly constant resistors R7 and R8, it determines its discharge time and thus the duration of the safety period SP.
  • the capacitor C4 discharges via the voltage divider R7, R8 mentioned.
  • the non-inverting input (+) of the operational amplifier OP is located at the tap P6 of the voltage divider. As mentioned above, the inverting input is connected to the tap P7 of the voltage divider R4, R5.
  • resistor R5 is connected in parallel via resistor D6 via diode D5. Its resistance value of 39 kOhm, for example, is significantly lower than that of resistor R5, for example 220 kOhm.
  • resistor R6 With the parallel connection of resistor R6 to resistor R5, the voltage at the inverting input (-) of the operational amplifier OP inevitably decreases.
  • the positive output voltage of the operational amplifier OP disappears and thus the switch-on voltage for the transistor T2.
  • transistor T2 blocks, causing the direct current of, for example, 10 mA to no longer flow through transistor T2, but through safety relay SR and to capacitor C2.
  • the impedance of the capacitor C1 of about 10 kOhm is very high compared to that of the two relay windings.
  • the capacitor C1 connected to the AC voltage thus works almost as a constant current source.
  • the safety relay SR switches to the safety position. It remains there due to its bistable nature.
  • FIG. 2 illustrates the current and voltage values various switching points in the course of normal start-up of the burner.
  • the thermostat contact TH is closed.
  • the operational amplifier OP switches its output voltage from, for example, -5V to + 20V and switches transistor T2 through .
  • the pre-rinsing period VSP is thus ended and the safety period SP begins at time t1.
  • a current pulse I G flows through the switch-on relay GR, which triggers this relay. After switching its contact gr, the diode D3 generates a holding current I H that is lower than the response current. Simultaneously with the positive current pulse I G through the relay GR, a negative current pulse I N occurs through the safety relay SR, which, however, does not affect its switching position. It is already in the operating position. Since the thermostat TH has closed, switching pulses V FZ for the thyristor TY1 in the spark generator have been produced at the output of the flame sensor circuit FS. However, the primary winding of the ignition transformer TR1 is only connected to the supply line L1 at the time t1, so that ignition pulses ZT also only occur at the output terminal Z at this time t1.
  • the output signal V OP of the operational amplifier would disappear at the end of the safety period SP at the time t3. Since the transistor T1 is still blocked in this case, there is a positive current pulse I P through the safety relay SR, so that this switches over to its safety position at time t 3 and remains there due to its bistable mode of operation.
  • the safety relay is switched, the power supply circuit PS, the field winding VG of the gas valve V and the ignition transformer ZT become currentless.

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Claims (15)

  1. Circuit d'allumage et de sécurité alimenté à partir d'une source de tension alternative (L,N), de préférence la tension alternative du réseau, pour un brûleur à gaz alimenté en gaz par l'intermédiaire d'une soupape (ou valve) électromagnétique (V) et comportant un dispositif électrique d'allumage à étincelles (ZT) ainsi qu'un détecteur de flamme (FL, FS), et dans lequel :
    a) un premier condensateur de charge (C2) peut être chargé à partir de la source de tension alternative (L,N), par l'intermédiaire d'une première diode redresseuse (D1) et du circuit série formé par les enroulements d'excitation d'un relais de fermeture (GR) pour la soupape électromagnétique (V) et d'un relais de sécurité bistable (S1), sans déclencher une réponse des relais;
    (b) des premier et second interrupteurs électroniques (T2, T1) sont raccordés en parallèle à la masse (N), à partir d'un premier point de jonction (P1) des deux enroulements d'excitation (GR,SR);
    (c) lorsqu'une valeur prédéterminée de la tension, qui détermine une durée de balayage préalable (VSP) est atteinte aux bornes du premier condensateur de charge (C2) le premier interrupteur électronique (T2), est placé à l'état conducteur et déclenche la réponse du relais de fermeture (GR);
    (d) lorsque la flamme est détectée par le détecteur de flamme (FL, FS) , le second interrupteur électronique (T1) est placé à l'état conducteur et ferme un circuit de maintien pour le relais de fermeture (GR);
    (e) lors de l'écoulement d'une période de sécurité (SP) qui est déterminée par un circuit de retardement (C4,R7,R8,OP), le premier interrupteur électronique (T2) est à nouveau bloqué; et
    (f) le circuit de retardement comporte un second condensateur de charge (C4) pouvant être chargé par le premier condensateur de charge (C2) et possédant une capacité plus faible, ainsi qu'un amplificateur opérationnel (OP).
  2. Montage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que
    a) l'enroulement d'excitation (VG) de la soupape électromagnétique (V) peut être raccordé par l'intermédiaire d'un contact de travail (g1) du relais de fermeture (GR) et d'un contact de travail (s1) du relais de sécurité (SR) ainsi que d'un interrupteur de besoin thermique (TH) d'une part à une borne d'alimentation en courant (L) de la source de tension alternative.
    b) un contact de repos (g2) du relais de fermeture (GR) est raccordé par l'intermédiaire d'un circuit série formé d'une résistance (R1) et de la première diode redresseuse (D1) à un circuit série (GR, SR, C2 ), qui comprend les enroulements d'excitation du relais de fermeture (GR) et du relais de sécurité bistable (SR) ainsi que le premier condensateur de charge (C2), dont l'autre borne est raccordée à la masse (N);
    c) au moins une seconde diode (D2) est branchée dans le sens de blocage du courant de charge de la diode redresseuse (D1) entre un second point de jonction (P2) du relais de sécurité (SR) et du premier condensateur de charge (C2) d'une part et un troisième point de jonction (P5) du relais de fermeture (GR) et de la première diode redresseuse (D1) d'autre part;
    d) l'électrode, tournée à l'opposé du relais de sécurité (SR), de la seconde diode (D2) est raccordée par l'intermédiaire d'un premier condensateur (C1) au contact de travail (g1) du relais de fermeture (GR);
    e) le second condensateur de charge (C4) est branché en parallèle avec le premier condensateur de charge (C2), par l'intermédiaire d'une diode (D4) de blocage du courant de retour;
    f) un circuit du détecteur de flamme (FS), raccordé au détecteur de flamme (FL) et qui, en l'absence d'une flamme délivre, à une première sortie (FZ), des impulsions de commande pour le dispositif d'allumage à étincelles (ZT,TY1) et, dans le cas de la présence d'une flamme, délivre, sur une seconde sortie (FT), une tension qui place à l'état conducteur le second interrupteur électronique (T1);
    g) l'amplificateur opérationnel (OP) est raccordé par son entrée inverseuse (-) à un premier diviseur de tension (R4,R5) qui délivre une tension de seuil positive;
    h l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel (OP) est raccordée à un point de jonction (P3) du second condensateur de charge (C4) et de la diode (D4) de blocage du courant de retour;
    i) la sortie de l'amplificateur opérationnel (OP) est reliée à l'électrode de commande du premier interrupteur électronique (T2) et place ce dernier à l'état conducteur dès que la tension appliquée à l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel dépasse la tension présente sur l'entrée inverseuse (-);
    j) la résistance ohmique du circuit de charge pour le premier condensateur de charge (C2) est dimensionnée par l'intermédiaire des enroulements d'excitation du relais de sécurité (SR) et du relais de fermeture (GR) de manière que, lors de la charge du premier condensateur de charge (C2) par l'intermédiaire de ce circuit série, aucun des deux relais ne répond et, lorsque le premier interrupteur électronique (T2) devient conducteur, l'impulsion de courant de décharge du premier condensateur de charge (C2) commute le relais de fermeture (GR) dans la position de fonctionnement.
  3. Montage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la prise (P7) du premier diviseur de tension (R4,R5) est raccordée par l'intermédiaire d'une diode (D5) et d'une résistance (R6) au premier point de jonction (P1).
  4. Montage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'électrode, tournée à l'opposé du relais de sécurité (SR), de la seconde diode (D2) est raccordée au troisième point de jonction (P5) par l'intermédiaire d'une troisième diode (D3).
  5. Montage suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le premier condensateur de charge (C2) possède une capacité (par exemple 47 µF) nettement supérieure à celle du second condensateur de charge (C4) (par exemple 1 µF).
  6. Montage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un condensateur de lissage (C3) est branché en parallèle avec l'enroulement d'excitation du relais de fermeture (GR).
  7. Montage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une diode Zener (ZD) est branchée en parallèle avec le circuit série formé par la second diode (D2) et le premier condensateur de charge (C2).
  8. Montage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un second diviseur de tension (R7,R8) est branché en parallèle avec le second condensateur de charge (C4) et que sa prise (P6) est raccordée à l'entrée non inverseuse (+) de l'amplificateur opérationnel (OP).
  9. Montage selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la troisième diode (D3) est branchée en série avec une résistance (R3) entre le quatrième point de jonction (P4) et le troisième point de jonction (P5).
  10. Montage selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'entre le contact de repos (g2) du relais de branchement (GR) et la première diode (D1) est branchée une première résistance (R1) et qu'entre le contact de travail (g1) du relais de fermeture et l'électrode, tournée à l'opposé du premier condensateur de charge (C2), de la seconde diode (D2) est branché le montage formé d'un premier condensateur (C1) et d'une seconde résistance (R2).
  11. Montage selon la revendication 10, caractérisé en ce que la première résistance (R1) possède une valeur ohmique (par exemple 100 k.ohms) nettement supérieure à l'impédance (par exemple 1k.ohm) du circuit série formé par le premier condensateur (C1) et la seconde résistance (R2).
  12. Montage selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'entre le contact de repos (s2) du relais de sécurité (SR) et la masse (N) est branché le circuit série formé d'une troisième résistance (R13), d'une diode (D8) et d'un contact de fermeture (RS) pouvant être actionné manuellement.
  13. Montage selon la revendication 12, caractérisé en ce que les électrodes, tournées à l'opposé des contacts de relais (s2,g2), de la première diode (D1) et de la diode (D8) indiquée en dernier lieu sont reliées entre elles et sont connectées à la borne, non reliée à la masse, du contact de fermeture (RS).
  14. Montage selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la première sortie (FZ) du circuit (FS) du détecteur de flamme est raccordée à l'électrode de commande d'un thyristor de commutation (TY1) situé dans un générateur d'étincelles d'allumage (ZT,R11,C5,D7) , alimenté par l'intermédiaire d'une diode (D6) à partir de la tension alternative (L,N).
  15. Montage selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'un dispositif d'alimentation en courant (PS), qui délivre les tensions continues d'alimentation (+22 V, -5 V), pour l'amplificateur opérationnel (OP) et le circuit de détection de flamme (FS), est branché entre la masse (N) et un point de jonction (P8) entre le contact de travail (s1) du relais de sécurité (SR) et le point de commutation (gr) du relais de fermeture.
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