EP0480312A1

EP0480312A1 - Luftstromüberwachungseinrichtung für Brenneranlagen

Info

Publication number: EP0480312A1
Application number: EP91116898A
Authority: EP
Inventors: Derk Vegter
Original assignee: Honeywell BV
Current assignee: Honeywell BV
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1992-04-15
Anticipated expiration: 2011-10-04
Also published as: DE59102338D1; EP0480312B1

Abstract

Eine eigensichere Luftstromüberwachungseinrichtung für Brenneranlagen enthält einen über eine 2-Drahtleitung anschließbaren Strömungsschalter (sp), dessen Offenstellung vor Einschaltung des Gebläses (F) überprüft wird. Hierzu liegt die Reihenschaltung von Strömungsschalter (sp) und Gebläse (F) parallel zur Erregerwicklung eines Relais (RL), welches über einen hochohmigen Widerstand (R1) an die Netzspannung (N) angeschlossen ist. Sollte der Strömungsschalter (SP) bereits vor der Einschaltung des Gebläses (F) geschlossen sein, so kann das Relais (RL1) nicht ansprechen, weil es vom Strömungsschalter und dem Gebläse niederohmig überbrückt ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftstromüberwachungseinrichtung für Brenneranlagen gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Es ist üblich, die Brennstoffzufuhr zum Brenner erst dann einzuschalten, wenn mit Hilfe eines Strömungsschalters das ordnungsgemäße Arbeiten des die Verbrennungsluft zuführenden Gebläses festgestellt ist. Hierzu sind Strömungsschalter mit einem Umschaltkontakt bekannt, wobei der Ruhekontakt der anfänglichen Eigenüberwachung dient, um festzustellen, ob nicht etwa bereits bei stehendem Gebläse der Strömungsschalter geschlossen, also schadhaft ist. Nachteilig ist hierbei das Erfordernis von drei Zuleitungen zum Strömungsschalter, was bei der Installation der Brenneranlage und bei ihrer Wartung und Reparaturen, beispielsweise durch Verwechseln der Anschlüsse zu Fehlern führen kann.
Weiterhin zeigt EP-A 0 197 334 eine Schaltung zur Steuerung einer brennstoffbeheizten Wärmequelle, bei welcher der Strömungsschalter nur zwei Zuleitungen aufweist und gleichwohl einer Eigenüberwachung unterliegt. Hierzu ist die Spule eines Relais über einen Widerstand an Betriebsspannung angeschlossen, wobei der Relaisspule einerseits ein Kondensator und andererseits der Strömungsschalter parallelgeschaltet sind. In Reihe mit der Relaisspule liegt ein Umschalter derart, daß das Relais einen Selbsthaltekreis aufweist, der bei Selbsthaltung des Relais die Relaisspule vom Kondensator und vom Strömungsschalter trennt. Mit der Relaisspule ist ein elektronischer Schalter in Reihe nach Masse geschaltet. Das Einschaltsignal für den Brenner wird am Verbindungspunkt zwischen Relaisspule und Umschalter abgegriffen.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit geringerem schaltungstechnischen Aufwand eine eigensichere Luftstromüberwachungseinrichtung zu schaffen, deren Strömungsschalter nur zwei Anschlüsse benötigt. Dies gelingt mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend von drei in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform, bei der der Reihenschaltung von Strömungsschalter und Gebläse die Erregerwicklung eines Relais unmittelbar parallelgeschaltet ist;
Fig. 2 eine ähnliche Schaltungsanordnung, bei der die Erregerwicklung eines empfindlichen Gleichstromrelais über eine Gleichrichterbrückenschaltung an die Reihenschaltung von Strömungsschalter und Gebläse angeschlossen und mit dem Relais die Erregerwicklung eines Gasventils in Reihe geschaltet ist;
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform, bei der die mit einem Zeitgeber ausgerüstete und besonders stromsparende Steuerschaltung für ein Relais an den Verbindungspunkt von Strömungsschalter und Parallelwiderstand angeschlossen ist.

Bei allen drei Ausführungsbeispielen wird die überwachungseinrichtung mit Wechselspannung aus dem 220V-Netz gespeist. Sie ist mit ihrer Phasenleitung N über einen Netzschalter S an die stromführende Leitung der Netzwechselspannung angeschlossen, deren Masseleitung mit O bezeichnet ist. Das Gebläse F wird über den mit ihm in Reihe geschalteten Relaiskontakt rl1 eines Hilfsrelais RL1 an die Versorgungsspannungsleitungen N und O angeschlossen. Zwischen den Verbindungspunkt von Relaiskontakt rl1 und Gebläse F einerseits und den Ausgang A der überwachungsschaltung andererseits ist der Kontakt sp des Strömungsschalters eingeschaltet. Dieser wird in herkömmlicher Weise durch den vom Gebläse F erzeugten Luftstrom geschlossen, sobald dieser einen vorgegebenen Mindestdurchsatz erreicht. Das Auftreten eines Signals am Ausgang A zeigt an, daß die erforderliche Luftströmung vorhanden ist und somit der Brenner in Gang gesetzt werden kann. Dieses Signal am Ausgang A kann beispielsweise unmittelbar zum öffnen eines Gasventils oder zum Ingangsetzen einer herkömmlichen Brennersteuerschaltung dienen, welche die einzelnen Schritte eines Brennerzyklus bestimmt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 ist der Strömungsschalter sp mit dem Gebläse F in Reihe geschaltet, und dieser Reihenschaltung ist hier die Erregerwicklung RL1 eines Wechselstromrelais unmittelbar parallelgeschaltet. Zwischen den Verbindungspunkt P4 von Strömungsschalter sp und Gebläse F und die Spannungsversorgungsleitung N ist der Arbeitskontakt rl1 des Relais RL1 eingeschaltet. Der Reihenschaltung von Relaiskontakt rl1 und Strömungsschalter sp liegt der hochohmige Widerstand R1 parallel. Das Einschaltsignal für einen angeschlossenen Brenner oder dessen Steuerschaltung wird vom Verbindungspunkt P3 zwischen Widerstand R1 und Strömungsschalter sp abgenommen.
Sobald der beispielsweise von einem Thermostaten gesteuerte Netzschalter S schließt, liegt die Netzspannung an der Reihenschaltung von Widerstand R1 und Relais RL1. Das Gebläse F ist durch die beiden Arbeitskontakte rl1 und sp vom Netz getrennt. Der Widerstandswert des Widerstands R1 von beispielsweise 2200 Ohm is klein im Vergleich zur Impedanz des Relais RL1 von beispielsweise 25000 Ohm. Beim Anlegen der Netzspannung zieht folglich das Relais RL1 an und schließt seinen Kontakt r11. Damit läuft das Gebläse F an. Sobald sich ein ausreichender Luftstrom ausgebildet hat, schließt der Strömungsschalter sp, wodurch dann die Netzspannung über die nunmehr geschlossenen Kontakte rl1 und sp unmittelbar an den Verbindungspunkt P3 und den Ausgang A gelangt.
Sollte vor dem Schließen des Netzschalters S der Strömungsschalter sp aufgrund eines Fehlers bereits geschlossen sein, so bildet die Reihenschaltung von Strömungsschalter sp und Gebläse F einen Parallelkreis zum Relais RL1. Die Impedanz des Gebläses F ist klein gegenüber derjenigen des Relais RL1. Sie beträgt bezogen auf den Wert von RL1 = 25000 Ohm, beispielsweise nur F = 200 Ohm. Wenn also der Strömungsschalter sp bereits geschlossen ist, ehe das Gebläse anläuft, wird das Relais RL1 niederohmig überbrückt und kann nicht ansprechen. Damit gelangt keine Netzspannung an den Ausgang A. Wichtig ist dabei, daß der Widerstandswert des Widerstandes R1 groß ist gegenüber der Impedanz des Gebläses F. Zugleich muß die Impedanz des Relais RL1 groß sein gegenüber dem Widerstandswert des Widerstands R1, damit das Relais RL1 von dem die Reihenschaltung von Widerstand R1 und RL1 durchfließenden Strom zum Ansprechen gebracht werden kann.
Die Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet sich von der nach Figur 1 einerseits dadurch, daß anstelle eines Wechselstromrelais ein hochempfindliches Gleichstromrelais RL1 verwendet und über eine Gleichrichterbrückenschaltung D1 bis D4 an den Verbindungspunkt P3 angeschlossen ist. Andererseits ist mit der Relaisschaltung die Erregerwicklung VG eines Brennstoffventils V in Reihe geschaltet und der Relaiswicklung RL1 eine Zenerdiode Z parallelgeschaltet. Hier hat der Widerstand R1 beispielsweise einen Wert von 15000 Ohm, das Relais eine Impedanz von RL = 6400 Ohm, das Gebläse eine Impedanz von F = 200 bis 500 Ohm und die Erregerwicklung VG des Brennstoffventils eine Impedanz von 1000 bis 5000 Ohm bei einer Betriebsspannung von 186V. Die Sperrspannung der Zenerdiode Z beträgt 47V, die Betriebsspannung des Relais RL1 etwa 48V. Auch hier ist der Widerstandswert des Widerstandes R1 wesentlich größer als die Impedanz des Gebläses F.
Bei offenem Strömungsschalter sp reicht der Strom über den Widerstand R1 aus, um das Relais RL1 zum Ansprechen zu bringen, er genügt aber nicht zum öffnen des Gasventils GV. Der am Relais RL1 aufgrund dieses Stroms entstehende Spannungsabfall erreicht nicht die Durchbruchspannung der Zenerdiode Z. Diese bleibt also gesperrt. Wiederum würde das Relais RL1 nicht ansprechen, wenn es infolge eines fehlerhaften und damit bereits beim Schließen des Schalters S geschlossenen Strömungsschalters SP durch diesen und das niederohmige Gebläse F kurzgeschlossen würde.
Sobald nach dem Ansprechen des Relais RL1 das Gebläse F anläuft und der Strömungsschalter sp einen hinreichenden Luftdurchsatz meldet und schließt, fließt der Strom unter Umgehung des Widerstands R1 nunmehr über die geschlossenen Kontakte rl1 und sp zum Punkt P3 und von dort durch die Reihenschaltung von Relais RL1 und Gasventil VG. In diesem Fall wird die Spannung am Relais RL1 durch die Zenerdiode Z begrenzt, welche den überschüssigen Strom am Relais RL1 vorbeileitet und am Relais RL1 eine konstante Spannung entstehen läßt. Dieser erhöhte Strom führt zu einer erhöhten Spannung am Gasventil GV von beispielsweise 186V (220 - 47/ V2 = 186). Die Nennspannung an der Erregerspule des Gasventils GV sollte also 186 Volt betragen. Dieser erhöhte Strom öffnet das Gasventil VG.
Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 bringt das Auftreten der Netzspannung am Verbindungspunkt P3 nicht unmittelbar den Erregerstrom für das Relais RL1 auf, sondern es ist eine den Stromverbrauch des Relais RL1 herabsetzende Schaltungsanordnung zwischengeschaltet. Das Relais RL1 ist in Reihe mit einem elektronischen Schalter T1 auf der einen Seite und einem Strombegrenzungswiderstand R7 und einem Gleichrichter D2 auf der anderen Seite zwischen die Stromversorgungsleitungen N und O eingeschaltet. Parallel zum elektronischen Schalter T1 liegt ein Widerstand R8, welcher in Reihe mit der Relaiswicklung RL1 und infolge des dem bei gesperrtem Transistor T1 über die Relaiswicklung RL1, den Begrenzungswiderstand R7 und den Gleichrichter D2 fließenden Halbwellenstroms eine bestimmte Spannung am Punkt P1 entstehen läßt. Der Halbwellenstrom kann das Relais RL1 nicht ansprechen lassen.
Ein Zeitgeber, bestehend aus einem Ladekondensator C2 mit parallelgeschaltetem Widerstand R4, einem Vorwiderstand R3 und einem Differenzverstärker U1, ist über einen zweiten Gleichrichter D1 und einen hochohmigen Widerstand R1 ebenfalls an die Netzleitung N angeschlossen. Der Ausgang P2 des Verstärkers U1 steht über einen Widerstand R9 mit der Basis des Transistors T1 in Verbindung. Zwischen den nicht invertierenden Eingang (+) und den Ausgang P2 des Verstärkers ist ein Widerstand R6 eingeschaltet, und ein Widerstand R5 liegt zwischen dem genannten Eingang und der Masseleitung O. Der invertierende Eingang (-) liegt am Verbindungspunkt des RC-Zeitglieds C2/R4 mit dem Vorwiderstand R3. Ein Widerstand R2 ist der Reihenschaltung von Gebläse F und Strömungsschalter sp parallelgeschaltet. Die einzelnen Widerstände und Kondensatoren können beispielsweise wie folgt dimensioniert sein: C1 = 47uF, C2 = 0,22uF, R1 = 220kOhm, R2 = 100kOhm, R3 = 3,3MOhm, R4 = 1MOhm, R5 = 47kOhm, R6 = 1 MOhm, R7 = _l8kOhm, R8 = 4,7kOhm und der Widerstandswert der Relaiswicklung RL1 = 1,6kOhm. Die Versorgungsspannung +V beträgt beispielsweise +22V und die Spannung -V, z.B. -5V.
Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Beim Schließen des Netzschalters S fließt ein Halbwellenstrom über den Gleichrichter D2 und den Widerstand R7 auf den Kondensator C1 und lädt diesen beispielsweise auf -24V auf. Dieser Wert wird bestimmt durch die Größe des zuvor genannten Halbwellenstroms und den Reihenwiderstand von RL1 und R8. Wie erwähnt, reicht dieser Strom nicht aus, um das Relais RL1 zum Ansprechen zu bringen. Gleichzeitig mit der Einschaltung des Ladestroms für den Kondensator C1 wird beim Schließen des Netzschalters S über den Widerstand R1 und den Gleichrichter D1 der Zeitgeber R3, R4, C2, U1 eingeschaltet, indem über den Widerstand R3 der Kondensator C2 aufgeladen wird. Die Spannung am Kondensator C2 steht zugleich am invertierenden Eingang (-) des Differenzverstärkers U1. Seinem nicht invertierenden Eingang wird eine Vorspannung zugeführt, die durch den Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen R5 und R6, bestimmt ist. Sobald die Spannung am invertierenden Eingang (-) des Verstärkers U1 diejenige am nicht invertierenden Eingang (+) übersteigt, schaltet der Ausgang P2 des Verstärkers auf P2 = -5V und steuert über den Widerstand R9 den Transistor T1 durch. Dabei ist die Zeitspanne bis zum Durchschalten des Transistors T1 länger als die für die Aufladung des Kondensators C1 erforderliche Zeit.
Sobald der Transistor T1 durchschaltet, entlädt sich der Kondensator C1 über die Relaiswicklung RL1 und bringt das Relais zum Ansprechen. Nach der Entladung des Kondensators C1 wird das Relais RL1 durch einen Haltestrom im angesprochenen Zustand gehalten, welcher über den Transistor T1 fließt bzw. bei dessen Sperrung über den Widerstand R8 fließt. Dieser Haltestrom könnte das Relais RL1 nicht zum Ansprechen bringen.
Mit dem Ansprechen des Relais RL1 schließt sein Arbeitskontakt rl1 und schaltet das Gebläse F ein. Sobald in der Luftzufuhrleitung zum Brenner eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit herrscht, spricht der Strömungsschalter sp an und verbindet den Ausgang A der überwachungseinrichtung über den Relaiskontakt rl1 mit der Netzleitung. An den Ausgang A kann beispielsweise eine hochohmige Schaltung angeschlossen sein, die eine bestimmte Vorspülzeit realisiert und danach die Erregerwicklung eines Brennstoffventils einschaltet. Diese hochohmige Schaltung wird durch den Widerstand R2 simuliert.
Sollte infolge einer Störung des Strömungsschalters sp dieser bereits vor Einschaltung des Gebläses geschlossen sein, so läuft der Zeitgeber nicht an, weil seine Eingangsspannung zwischen dem Punkt P3 und Masse über die Reihenschaltung des fälschlicherweise geschlossenen Strömungsschalters sp und der relativ niederohmigen Motorwicklung des Gebläses F kurzgeschlossen ist. Der Innenwiderstand des Motors beträgt beispeilsweise 500 Ohm, während der Eingangswiderstand R1 wesentlich hochohmiger ist und wie oben erwähnt, beispielsweise 220kOhm beträgt. Wenn der Zeitgeber nicht anspricht, entsteht keine Durchschaltspannung für den Transistor T1, so daß auch das Relais rl1 nicht ansprechen kann. Ein gestörter Zeitgeber oder kurzgeschlossener Transistor T1 bewirkt, daß der Kondensator C2 nicht aufgeladen werden kann und deshalb das Relais RL1 nicht ansprechen kann. Die Schaltung ist also eigensicher.

Claims

1. Luftstromüberwachungseinrichtung für Brenneranlagen mit einem Gebläse (F) und einem durch den Luftstrom betätigbaren Strömungsschalter (sp), bei dessen Schließen ein Brenner in Gang gesetzt, z.B. die Brennstoffzufuhr geöffnet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Strömungsschalter (sp) mit dem Gebläse (F) in Reihe geschaltet und dieser Reihenschaltung die Erregerschaltung eines Relais (RL1) parallelgeschaltet ist;

b) ein Arbeitskontakt (r!1) des Relais (RL1) zwischen den Verbindungspunkt (P4) von Gebläse (F) und Strömungsschalter (sp) einerseits und eine Spannungsversorgungsleitung (N) andererseits eingeschaltet ist;

c) der Reihenschaltung von Relaiskontakt (rl1) und Strömungsschalter (sp) ein Widerstand (R1) parallelgeschaltet ist;

d) die Impedanz des Gebläses (F) klein gegenüber derjenigen des Widerstandes (R1) ist;

e) die Impedanz des Gebläses (F) klein gegenüber derjenigen der Relaiserregerschaltung ist; und

f) das Einschaltsignal (A) für den Brenner, an der dem Gebläse (F) abgewandten Anschlußklemme (P3) des Strömungsschalters (sp) abgenommen wird.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandes (R1) klein ist gegenüber der Impedanz des Relais (RL1) (Fig. 1).

3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (RL1) ein Wechselstromrelais ist.

4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Relaisspule (RL1) die Erregerwicklung (VG) eines Brennstoffventils (V) in Reihe geschaltet und dieser Reihenschaltung die Reihenschaltung von Strömungsschalter (sp) und Gebläse (F) parallelgeschaltet ist (Fig. 2).

5. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (RL1) ein Gleichstromrelais ist und über eine Gleichrichterbrückenschaltung (D1 bis D4) zwischen den Strömungsschalter (sp) und die Erregerwicklung (VG) des Brennstoffventils eingeschaltet ist.

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaiswicklung (RL1) eine Zenerdiode (Z) parallelgeschaltet ist.

7. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine solche Wahl der Ansprechempfindlichekeit von Relais (RL1) und Gasventil (GV), daß bei offenem Strömungsschalter (sp) der durch den Widerstand (R1) begrenzte Strom das Relais (RL1) zum Ansprechen bringt, nicht aber das Gasventil (GV) öffnet.

8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) einerseits die Erregerwicklung (RL1) des Relais in Reihe mit einem elektronischen Schalter (T1) an die Stromversorgungsleitung (N, O) angeschlossen und andererseits der Eingang eines Zeitgebers (R3, R4, C4, U1) an den Verbindungspunkt (P3) von Widerstand (R1) und Strömungsschalter (sp) angeschlossen ist;

b) der Ausgang (P2) des Zeitgebers mit der Steuerelektrode des elektronischen Schalters (T1) in Verbindung steht; und

c) die Reihenschaltung des Strömungsschalters (sp) mit dem Gebläse (F) dem Eingang (P3) des Zeitgebers parallelgeschaltet ist.

9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Zeitgeber (R3, R4, C2, U1) und andererseits das Relais (RL1) jeweils über einen Gleichrichter (D1, D2) an eine Wechselstromversorgungsleitung (N, O) angeschlossen und der Reihenschaltung von Relaiswicklung (RL1) und elektronischem Schalter (T1) ein Speicherkondensator (C1) parallelgeschaltet ist.

10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Reihenschaltung von elektronischem Schalter (T1) und Relaiswicklung (RL1) ein Widerstand (R7) solcher Bemessung in Reihe geschaltet ist, daß der bei geschlossenem Schalter (T1) fließende Strom zwar als Haltestrom für das Relais ausreicht, als Ansprechstrom jedoch zu gering ist.

11. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitgeber einen Ladekondensator (C2) sowie einen Differenzverstärker (U1) aufweist, dessen Ausgang (P2) mit der Steuerelektrode des elektronischen Schalters (T1) in Verbindung steht.

12. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaiswicklung (RL1) über einen Strombegrenzungswiderstand (R7) an die Stromversorgungsleitung (N) angeschlossen ist.