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Flammenüberwachungseinrichtung, insbesondere für leuchtende Flammen
Verbrennungsanlagen mit automatischer Zuführung eines flüssigen oder gasförmigen
Brennstoffes werden je nach Anlagegröße auf verschiedene Arten betrieben. Bei kleinen,
einfachen Anlagen wird die Brennstoffzufuhr bei einer Störung abgeschaltet, und
die Wiederinbetriebnahme erfolgt, nach Behebung der Störung, von Hand. Wird die
Anlage durch einen Thermostaten gesteuert, so wird die Flamme durch diesen selbsttätig
in und außer Betrieb genommen, wobei die Zündung der Flamme üblicherweise durch
eine elektrische Zündeinrichtung, bestehend aus einer Zündspule und einer Funkenstrecke,
erfolgt. Tritt bei einer solchen vollautomatischen Anlage eine Störung ein, so wird
bei kleinen Anlagen sofort die Zündung eingeschaltet und während einer bestimmten,
üblicherweise durch einen thermischen Schalter einstellbar begrenzten Zeitdauer
eine Wiederzündung der Flamme versucht. Bleibt dieser Versuch erfolglos, so wird
die Verbrennungsanlage in Störstellung geschaltet. Bei mittleren und größeren Anlagen
ist die sofortige Einleitung eines Zündversuches, wegen der im heißen Verbrennungsraum
sich bildenden explosiblen Gase, nicht zulässig. Die selbsttätige Wiederinbetriebnahme
erfolgt daher erst nach einer Ruhezeit, während welcher der Verbrennungsraum durch
natürlichen Kaminluftzug oder durch zwangsweise Entlüftung ausgespült wird. Zur
Steuerung derartiger Anlagen werden daher zweckmäßigerweise Zeitschaltwerke vorgesehen,
durch welche die für eine bestimmte Anlage besonders günstige Betriebsart ohne Schwierigkeiten
durchführbar ist. Voraussetzung ist jedoch immer, daß die Flamme durch eine empfindliche
und betriebssichere Flammenüberwachungseinrichtung kontrolliert wird. Derartige
Einrichtungen sind bereits in großer Zahl bekanntgeworden und haben sich gut bewährt.
Als auf die Flamme ansprechende Fühler werden dabei wärmeempfindliche Widerstände,
Bimetalle, Photozellen, Ionisationsstrecken usw. verwendet. Für die Überwachung
von leuchtenden Flammen, wie z. B. solchen von Ölbrennern, haben sich Überwachungseinrichtungen,
die auf die Lichtemission der Flamme ansprechen, als günstig erwiesen. Als Fühler
kommen vorzugsweise gasgefüllte Photozellen zur Anwendung. Diese haben jedoch den
Nachteil, daß sie einen zerbrechlichen Glaskolben aufweisen, der für den hier in
Frage kommenden rauhen Betrieb ungeeignet ist, und daß, wenn nicht ein empfindliches
und entsprechend kostspieliges Steuerrelais zur Anwendung kommen soll, eine entsprechend
hohe Verstärkung vermittels Elektronenröhren, Glimmrelais, Jontrons usw. vorgesehen
werden muß. Nachteilig erweist sich ferner, daß die Photozellen mit einer Vorspannung
betrieben werden müssen. Die Erfindung betrifft eine Flammenüberwachungseinrichtung,
insbesondere für leuchtende Flammen, mit einem aus Licht unmittelbar einen elektrischen
Strom erzeugenden Lichtelement, bei welcher die obenerwähnten Nachteile dadurch
umgangen sind, daß ein die Brennstoffzufuhr regelndes Steuerrelais über einen magnetischen
Verstärker die Befehle des Lichtelementes erhält.
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In der Zeichnung ist ein Schaltschema des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
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Darin bedeutet 1 ein Lichtelement, welches beim Auftreffen von Licht
selbst einen elektrischen Strom erzeugt, beispielsweise eine Sperrschichtzelle.
Diese Zelle ist in der Nähe der zu überwachenden Flamme aufgestellt und über eine
Leitung 2 mit der Steuerwicklung 3 eines sich selbst sättigenden magnetischen Verstärkers
verbunden. Parallel zur Zelle 1 ist ein Schutzkondensator 4 geschaltet, der die
bei Belichtungsänderungen auftretenden Ausgleichsspannungen und von den Lastwicklungen
induzierte Restspannungen unschädlich macht. Bei großer Entfernung zwischen Lichtelement
und magnetischem Verstärker ist in der Nähe des Lichtelementes 1 ein weiterer Schutzkondensator
41 vorgesehen, welcher auf die Leitung 2 induzierte Störspannungen, insbesondere
solche, die durch das Einschalten eines Zündtransformators entstehen, vom Lichtelement
1 fernhält. Durch zweckmäßige Dimensionierung der Steuerwicklung 3 läßt sich leicht
eine niederohmige Anpassung, die bei Sperrschichtzellen Bedingung ist, erzielen.
Die Belastung des magnetischen Verstärkers bildet ein Steuerrelais 5, welches einen
in einem
weiter nichtdargestellten Steuerstromkreis für den mehr
oder weniger selbsttätigen Betrieb einer Verbrennungsanlage angeordneten Umschalter
6 betätigt. Dieses Steuerrelais kann durch den magnetischen Verstärker mit Wechselstrom
oder mit Gleichstrom gespeist werden. Wegen der erreichbaren größeren Empfindlichkeit
ist jedoch vorzugsweise ein polarisiertes Gleichstromrelais vorzuziehen, und der
magnetische Verstärker ist daher für Gleichstromlast vorzusehen. Ein Transformator
7, welcher mit einer Primärwicklung 8 an einer Wechselspannung liegt, weist eine
Sekundärwicklung 9 mit Mittelabgriff 10 auf. Die beiden Außenklemmen der Sekundärwicklung
sind über je eine Lastwicklung 11 und je einen Trockengleichrichter 12 miteinander
im Schaltpunkt 13 verbunden, der seinerseits unter Zwischenschaltung des Steuerrelais
5 mit dem Mittelabgriff 10 in Verbindung steht. Ein Glättungskon.densator 14 ist
der Relaiswicklung des Steuerrelais 5 parallel geschaltet. Es ist selbstverständlich,
daß am magnetischen Verstärker alle diejenigen an sich bekannten Maßnahmen zur Anwendung
kommen können, die für eine zweckmäßige Einstellung des Arbeitspunktes und für eine
Erhöhung der Empfindlichkeit von Nutzen sind. Beispielsweise kann die Charakteristik
des magnetischen Verstärkers durch eine positive oder negative Gleichstromvorerregung
oder durch Vorerregung vermittels eines permanenten Magnets in einem gewünschten
Sinne verschoben werden. In der Zeichnung ist eine diesem Zweck dienende Gleichstromvorerregungsschaltung
angedeutet, bestehend aus einem Widerstand 15, einem Trockengleichrichter 16 und
einer Vorerregungswicklung 17, welche zwischen der rechten Klemme der Sekundärwicklung
9 und dem Punkt 10 geschaltet ist. Vermittels einer Rückkopplung ist es ferner möglich,
die Steilheit der Charakteristik zu verstärken,, sogar so weit, daß ein Kippvorgang
eintritt, durch den das Steuerrelais 5 schneller und mit einem größeren Kontaktdruck
schaltet. In .der Zeichnung ist eine diesem Zweck dienende Rückkopplungsschaltung
ebenfalls angedeutet, bestehend aus einer Reihenschaltung eines einstellbaren Widerstandes
18 und einer Rückkopplungswicklung 19, die zwischen den Schaltpunkten 10 und 13
geschaltet ist. Die Verhältnisse sind nun so gewählt, daß das Steuerrelais 5 bei
unbeleuchteter Sperrschichtzelle in eine Ruhestellung und bei beleuchteter Sperrschichtzelle
in eine Arbeitsstellung geschaltet wird, derart, daß vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein
der Flamme abhängige Steuervorgänge, die für den einwandfreien und sicheren Betrieb
einer beliebigen Verbrennungsanlage notwendig sind oder sich als zweckmäßig erweisen,
e-ingeleitet werden. können.
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Gegenüber Flammenüberwachungseinrichtungen mit anderen Photozellen
hat die beschriebene Einrichtung den Vorteil, daß keine zerbrechlichen Teile zur
Anwendung kommen, daß keine Zellenv orspannung benötigt wird, daß ein verhältnismäßig
robustes Steuerrelais anwendbar ist und daß der magnetische Verstärker für den vorgesehenen
verhältnismäßig ra.uhen Betrieb besonders geeignet ist; der letztere hat außerdem
noch den besonderen Vorteil, daß er bei verhältnismäßig geringem Kupferaufwand einen
sehr hohen Verstärkungsfaktor bei im Verhältnis kleiner Zeitkonstante aufweist.
Besonders die zuletzt erwähnte Eigenschaft ist im vorliegenden Falle, wo eine ausgeprägte
Ansprechverzögerung sich unter Umständen katastrophal auswirken kann, sehr beachtlich.
Die beschriebene Flammenüberwachungseinrichtung weist einen hohen Grad von Betriebssicherheit
auf, was bei Verbrennungsanlagen wegen der möglichen Explosionsgefahr von großer
Bedeutung ist.