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Vorrichtung zum Zünden und Überwachen der Flamme eines Brenners für
gasförmige und flüssige Brennstoffe Diee Erfindung b°trifft eine. Vorrichtung zum
Zünden und. Überwachen der Flamme eines Brenners für gasförmige und flüssige Brennstoffe
mit einer Üb.erwachungselektrode und einer im Stromkreis einer Spannungsquelle liegenden
Zündelektrode.
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Die in der Industrie verwendeten Brenner haben im allgemeinen einen
Zündbrenner zur Erzeugung einer Flamme, die die Brennstoffentzündung an einem Hauptbrenner
bewirkt. Aus Gründen der Sicherheit soll das Vorhandensein einer ordnungsgemäßen
Zündflamme überwacht werden. Ist keine ordnungsgemäße Zündflamme vorhanden, so soll
eine geeignete Überwachungsvorrichtung verhindern, daß sich das Brennstoffspeiseventil
für den Hauptbrenner öffnet.
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Ist aber eine ordnungsgemäße Zündflamme von der Überwachungsvorrichtung
festgestellt worden, so soll sich daain das Hauptbrennstoffventil öffnen. Nach der
Ziüidiung des Hauptbrenners muß die Flamme am Hauptbrenner überwacht werden. Nach
der Zündung der Hauptbrennerflamme kann der Zündbrenner abgestellt werden.
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Die Hauptbrennerflamme wird häufig mit Hilfe eines optischen Systems
mit Photozelle überwacht. Das optische System überwacht jedoch nicht die Zündflamme,
da das Licht einer Zündflamme durch Photoze11en nicht zuverlässig festgestellt werden
kann.
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Zum Überwachen der Zündflamme wird gewöhnlich eine Einrichtung verwendet,
die -eine Überwachungselektrode besitzt, auf welche die Zündflamme auftrifft. Es
sind schon verschiedene elektrische Schaltungen in \'erb,in.dung mit einer CTberwac
hungselektrode vorgeschlagen worden; meistens wird dabei die gleichrichtende Eigenschaft
der Flamme ausgenutzt, um ein elektrisches Entladungsgefäß, etwa eine Elektronenröhre,
zu betätigen.
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Andere Schaltungen machen sich die elektrische Leitfähigkeit der Gasflamme
zunutze, um eine geeignete Sicherheitsvorrichtung zu betätigen.
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Bei den Schaltungen dieser Art wird oft die Zünd: -flamme durch Anlegen
einer Zündspannung zwischen einer Zündelektrode und dem Rohr des Zündbrenners erzeugt.
Das Zündbrennerrohr wird gewöhnlich auf Erdpotential gehalten. Zwischen der Überwachungselektrode
und dem Brennerrohr wird außerdem eine von der Zündspannung unabhängige Spannungsquelle
verwendet, damit der Strom entsprechend dieser Spannung von dem Rohr durch die Flamme
zu der Überwachungselektrode fließen und ein Signal in -einem Anzeige- oder Steuerstromkreis,
welcher das Vorhan: densein der Zündflamme überwacht, hervorrufen kann.
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Zu diesem Zweck ist es wichtig, daß die Flamme dauernd in elektrischem
Kontakt mit dem geerdeten Zündbrennerrohr ist, um den Überwachungsstromkreis zu
schließen. Dieser Überwachungsstromkreis kann mit dem erwähnten optischen System
für die Überwachung der Hauptflamme so zusammengeschaltet werden, daß die von der
Photozelle gesteuerte Überwachungsspannung der Hauptflamme und die Überwachungsspannung
der Zündflamme parallel an einem Verstärker mit hochomige:m Eingang liegen.
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Diesen bekannten Einrichtungen haften jedoch verschiedene Nachteile
an. Erstens kann der Zündbre.rinerflammen-Überwachungsstromkreis, der an einen solchem
Verstärker mit hoher Impedanz angeschlossen ist, nur einen sehr kleinen Ausgangsstrom
erzeugen, der gewöhnlich in des- Größenordnung von wenigen Mikroampere liegt. Wegen
dieser kleinen Ströme sind solche Überwachungseinrichtungen oft unzuverlässig. Wird
eine Zeitlang die Überwachungselektrode von der Flamme des Zündbrenners getroffen,
so bilden sich Kahle und ähnliche Produkte, die den Reihenwiderstand im Flammen-Überwachungsstromkreis
merklich erhöhen und das Flächenverhältnis zwischen dem Brenner und der Überwachungselektrode
vermindern; auf diese @Tei:se wird der Wirkungsgrad der Gleichrichtung herabgesetzt.
Dieser Umstand führt zu
weiterer Reduzierung des erzielbaren Ausgangsstromes
und kann eine Störung in der Zündbrennerflammen-Überwachungseinrichtung hervorrufen.
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Außerdem muß die Überwachungselektrode in unmittelbarer Nähe des Geobietes
angeordnet sein, wo die Zündflamin-, den vom Hauptbrenner kommenden Brennstoff schneidet.
Da jedoch die Hauptbrennerflamme keine feste Lage einnimmt, kann die Hauptflamme
auf die Überwachungselektrode auftreffen und dabei einen zufälligen und unerwünschten
Stromweg durch die Hauptflamme zur Erde bilden; dadurch wird im Verstärker eine
Anzeige, ob die Zündflamme noch richtig brennt oder nicht, verhindert. Dies kann
außerdem dazu führen, daß die die Hauptflamme überwachende Photozelle auf die, Hauptflamme
nicht anspricht. Wenn beispielsweise das von der Hauptflamin-, ausgestrahlte Licht
von der Photozelle abgedeckt würde, so würden die Verstärherstufen stets erregt
sein und dem Hauptbrenner erlauben hochzulaufen, als ob er schlecht arbeite. Versagt
überdies das Ziindbrennergasventil und schließt sich nicht nach der erfolgten Entstehung
der Hauptflamme, so würde eine solche unerwünschte Fortsetzung der Arbeitsweise
Bewirkt -,werden.
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Ein weiterer Nachteil ist, daß das geerdete Zündbrennerrohr selbst
als eine Elektrode des Flammen-Überwachungsstromkreises verwendet wird. Die Zündbrennerflamme
muß aber ständig einen relativ ni:ederohmigen elektrischen Kontakt mit dem Rohr
bilden. um den Überwachungsstromkreis zu schließen. Reißt die Flamme ab oder wird
sie von Teilen der Rohröffnung abgelenkt, so wird diese elektrische Verbindung unterbrochen,
und die Einrichtung arbeitet unstabil. Um das zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden,
um das offene Ende des geerdeten Ziindbrennerrohres herum mehrere einige Zentimeter
in die Flamme hineinragende Finger oder Rippen aii-ruordnen, um dauernd einen zuverlässigen
niederohmigen elektrischen Kontakt mit einer möglichst großen Flammenfläche zu bilden.
Auf den Fingern oder Rippen selbst werden jedoch bald. Kohle und andere Umsetzungsprodukte
abgelagert, und .die Flamme kann in der Praxis nicht befriedigend geerdet werden.
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Den bekannten Vorrichtungen haftet ein 7usätzlicher Nachteil an, :der
auf die notwendige Ausrichtung der Überwachungselektrode zur Verhinderung eines
Kurzschlusses mit dem Brennerrohr oder den sich von diesem erstreckenden Fingern
oder Rippen zurückzuführen ist. Es ist deshalb nämlich oft notwendig, die Überwachungselektrode
mit einem größeren Abstand von der Öffnung des Brennerrohres anzuordnen. Das bedeutet
aber, daß man einen die Überwachungselektrode tragenden Arm beträchtlicher Länge
verwenden muß. Die Überwachungselektrode kann sich unter dem Einflu:ß der Flammenhitze
dann leicht aus der Flamme herauskrümmen.
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Ein anderer Nachteil der bekannten Zündflamtnen-Überwachungseinrich:tung
besteht darin, daß sie nicht imstande i:s:t, zwischen einer Gasentzündung im Zündbrenner,
die durch den Zündfunken von der Zündelektrode verursacht wird, und einer Gasentzündung,
welche durch Auftreffen des Gases auf die heißen Steine des Ofens bewirkt wird,
zu unterscheiden.
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Alle diese Nachteile der bekannten Vorrichtung zum Zünden und Überwachen
der Flamme eines Brenners können gemäß der Erfindung in einfacher Weise dadurch
beseitigt werden, daß ein zweiter Stromkreis angeordnet ist, welcher ebenfalls von
der die Zündelektrode speisenden Spannungsquelle gespeist wird und welcher die Überwachungselektrode
mit dem ersteren Stromkreis so verbindet, daß ein Überwachungsstrom zwischen der
Zündelektrode und der Überwachungselektrode durch die Flamme des Brenners hindurch
entsteht. In den zweiten Stromkreis wird ein auf den Überwachungsstrom ansprechendes
Überwachungsgerät eingeschaltet. Zweckmäßig ist es, wenn das mit dem zweiten Stromkreis
verbundene Ende der Spannungsquelle mit dem Brenner verbunden ist.
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f'l'enn man nach der Erfindung vorgeht, ergibt sich eine Schaltung,
bei der der erste elektrische Stromkreis den Brenner mit der Zündelektrode über
die Spannungsquelle verbindet, während der zweite eIektrische Stromkreis die Überwachungselektrode
mit der Zündelektrode verbindet.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Flamme
nicht geerd°t zu sein braucht. Durch diesen Vorteil ergeben. sieh Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, durch die die Nachteile der erläuterten vorbekannten
Anordnung vermieden werden. Es ist nämlich Jetzt ohne nachteilige Folgen, wenn die
Flamme einmal aus irgendeinem Grunde den elektrischen Kontakt mit dem Breimerrohr
verlieren sollte.
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Während die bekannten Einrichtungen nach deii obigen Erläuterungen
nicht imstande sind zwisch,n der zufällig auf die Cherwachmigselektrode auftreffenden
Hauptflamme des Üll)renners und der Z_ündflarnme zu unterscheiden, spricht die erfindungsgemäße
Vorrichtung beim unbeabsichtigten und unerwünschten Auftreffen der Hauptflamme auf
die Überwachungselektrode nicht an. @@-ährend ferner bei den vorbhkannten Einrichtungen
eine träge und gelbe Zündflamme, die den I-Iauptbrenner nicht oder nicht zuverlässig
zünden kamt, fälschlicherweise zu einer Anzeige der Überwachungsvorrichtung führte,
die eine richtige Arbeitsweise des Brenners andeutete. arbeitet die erfindungsgemäße
Vorrichtung nur, wenn eine Zündflamme mit ausreichend großer Hitze vorhanden ist.
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Alle diese Vorzüge ergeben sich aus der Tatsache. daß entsprechend
dem Erfindungsvorschlag für die Zündung des Zündbrenners und für die Speisung des
Überwachungsstromkreises eine geineinsanie Spannungsquelle verwendet wird. Wie sich
durch diese gemeinsame Spannungsquell:; das erwähnte vorteilhafte Arbeiten der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ergibt, wird an Hand der nachstehend erläuterten Schaltungsbeispiele
der erfindiingsgemälien Vorrichtung im einzelnen dargelegt.
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Eine nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung kann im einzelnen
beispielsweise bestehen aus einer normalerweise stromführenden elektronischen 1--,iitladungseinrichtung,
z. B, einer gittergesteuerten Elektronenröhre, mit einem Eingangskreis geringer
Impedanz und mit einem Ausgangskreis, deren Eingangskreis über den zweiten elektrischen
Stromkreis zwischen der Überwachungselektrode und einem Etide der Spannungsquelle
mit solcher Poleng angeschlossen ist, daß die Entladungseinrichtung bei Vorhandensein
eines Überwachungsstromes zwischen der Zündelektrode und der Überwachungselektrode
gesperrt wird, und aus einer zweiten, normalerweise gesperrten Entladungseinrichtung,
deren Eingangskreis mit dem Ausgangskreis der ersten Entladungsei,nri.chtutig so
verbunden ist, daß die zweite Entladungseinrichtung stromführend wird, wenn die
erste Entladungseinrichtung gesperrt wird, und eine Ausgangsspannung an einem Ausgangskreis
der zweiten Entladungseinrichtung entsteht, der die Erzeugung der Brentierflamme
anzeigt.
Diese Vorrichtung kann man noch dahingehend erweitern,
daß der Brenner eine Zündflamme für einen Hauptbrenner liefert und eine Einrichtung
für die Zufuhr des Brennstoffes zum Hauptbrenner vorgesehen ist, die nur bei Vorhandensein
des überwachungsstromes in Tätigkeit tritt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen nun an Hand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes beschrieben \verden
; es zeigt Fig. 1 ein schematisches Schaltbild zur Veranschaulichung der Wirkungsweise
der Erfindung, Fig. 2 ein ähnliches Schaltbild einer zweckmäßigen Abwandlung Fig.
3 bis 6 Schaltschemata weiterer Abwandlungen, Fig. 7 ein Leitungsschaltschema der
Anlage nach Fig. 2 und Fig. 8 bis 10 abgewandelte Teilschaltungen.
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Das allgemeine Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in. Fig.
5 in seinen .einfachsten Grundzügen veranschaulicht. Die zum Zünden der Gasmischung
in einem Zündbrennerrohr 1 vorgesehene Hochspannung wird gleichzeitig als Energiequelle
zum Betätigen des Flammensonden-Überwachungsstromkreises verwendet. Eine Wechselspannung
aus dem Netz speist eine Primärwicklung 43 eines Transformators und wird in einer
Sekundärwicklung 47 auf eine sehr hohe Spannung, etwa in der Größenordnung von 5000
V, herauftransformiert. Die in Fig. 1 zu sehende Wicklung 43 wird vom Netz aus über
die Leiter 99, 100 und durch die Leiter 76, 78, 98 und 97 erregt, wenn die Vorrichtung
107 geschlossen ist. Das eine Ende der Sekundärwicklung 47 ist über den Leiter 15
mit der Kle mme 13 einer Zündelektrode 5 verbunden, die in Fig. 5 schematisch nur
als ein in der Nähe des offenen Brennerendes befindlicher Stab, in Fig. 1 und 2
aber in einer bevorzugten Bauart veranschaulicht ist.
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Das andere Ende oder Klemme der Wicklung 47 ist über den Leiter 19
mit der Klemme 17 des Brennerrohres 1 verbunden. Die in dem Einlaß 3 und durch das
Rohr 1 geführte Gasmischung wird deshalb von dem durch diese hohe Spannung der Spannungsquelle
47 in dem elektrischen Stromkreis zwischen dem Rohr 1 und der Zündelektrode 5 hervorgerufenen
Funken gezündet, so daß eine aus dem offenen Ende oder Mundstück des Brennerrohres
1 herausströmende Flamme entsteht.
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Gemäß der Erfindung wird dieselbe Spannungsquelle außerdem zur Speisung
des Flammen-Überwachungsstromkreises benutzt. Dieser Stromkreis verläuft von einem
Ende der Transf.ormatorsekundärwicklung 47 über den Leiter 15 zur Klemme 13 der
Zündelektrode 5 und dann über die gleichrichtende Flamme zur Sondenelektrode 7,
die in Fig. 5 schematisch a15 Stab, in Fig. 1 und 2 aber in einer bevorzugten Ausführungsform
dargestellt ist, und von dort zu der Klemme, 9 der Sondenelektrode 7 und durch dien
Leiter 11 und die- Überwachungsvorrichtung, die einen Anzeige- oder Steuerstromkreis
48 (Fig. 5) enthält, zu diem anderen Ende der Transformatorsekundärwicklung 47.
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In Fig. 1 und 2 ist der Anzeige- oder Steuerstromkreis im einzelnen
dargestellt; der in diesem Stromkreis liegende Widerstand 49 im Eingangskreis der
Verstärkerröhre 59 entspricht dabei etwa dem Block 48 in Fig.5. Der in dem Flammen-Überwachungsstromkreis
nach Fig. 1 und 2 gleichgerichtete Strom fließt von der Sondenelektrode 7 durch
den Leiter 11 über den Widerstand 49 zur Erde. Der Stromkreis setzt sich durch die
Erde zur geerdeten Verbindung 53 der Klemme 17 des Brennerroh res 1 fort. Die Klc
mm,e 17 ist .an die gegenüberliegende Klemme der Wicklung 47 angeschlossen, von
welcher durch den Leiter 15 die Verbindung zur Zündelektrode 5 hergestellt ist.
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Dieselbe Hochspannungsquelle 47, die die Zündelektrode 5 erregt und:
den Funken für die Zündung des Gases in dem normalerweise unwirksamen Zündbrenner
1 erzeugt, speist somit außerdem den Flammen-Überwachungsstromkreis. Brennt zwischen
der Zündelektrode 5 und der Sondenelektrode 7 eine Flamme, so wird eine durch dne
Flamme gleichgeriehtete Spannung im Anzeige- oder Steuerstromkreis 48 (Fig. 5) oder
am Widerstand 49 (Fig. 1 und 2) erzeugt. Wenn der Zündbrenner versagen sollte, wenn
z. B. der Zündelektrode 5 keine zur Zündung ausreichende Spannung mehr zugeführt
wird, wird die Flammen-Überwachungseinrichtung anzeigen, daß keine Flamme vorhanden
ist, weil dieselbe Energiequell-c 47, die zum Erregen der Zündelektrode 5 verwendet
wird, auch als Energiequelle in dem Flammen-Überwachungsstromkreis benutzt wird.
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Dies würde darüber hinaus, im Gegensatz zu den vorgeschriebenen Einriehtungen
bekannter Art, auch dann zutreffen, wenn die heißen Steine im Brennofen eine unerwünschte
sporadische Zündung des Zündbrenners aufrechterhalten. Ferner stehen mit Rücksicht
darauf, daß die Zündspannung hoch, und zwar et%va von der Größenordnung von 5000
Volt, ist, im Vergleich zu nur einigen Mikroampere bei den bekannten Einrichtungen
sehr große Flammen-Üb°rwachungsströme in der Größenordnung von 400 Mikroampere zur
Verfügung. Auf diese Weise kann der Eingangskreis des Verstärkers eine sehr niedrige
Impedanz haben; der Widerstand 49 hat z. B. einen Wert in der Größenordnung von
1 Megohm. Sollten sich auf der Sondenelektrode 7 Kohle oder andere Umsetzungsprodukte
absetzen, so können somit diese die Arbeitsweise der Einrichtung nicht beeinträchtigen,
weil eine ausreichende Stromreserve zur Verfügung steht.
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Es werden nun Einzelheiten der Steuer- oder Anzeigestromkreise nach,
Fig. 1 und 2 erläutert. Nach Fig. 1 ist der Widerstand 49 im niederohmigen Eingangskreis
des Elektronen-Entladtings-Verstärkers 59 zwischen dem Steuergitter 55 und der Kathode
des Elektronenverstärkers 59 geschaltet. Parallel zum Widerstand 49 ist ein Überbrückungskondensator
111 geschaltet. Der Heizstrom für die Kathode 57 des Verstärkers 59 und für die
Kathode 75 des nachstehend erörterten Verstärkers 77 kann der sekundären Heizwicklung
63' eines Transformators entnommen wer den, dessen Primärwicklung von einer Wechselstromquelle,
z. B. von dem Netz, erregt wird.
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Ist am offenen Ende des Brenners eine Flamme vorhanden, so entsteht
die durch die Flamme gleichgerichtete Spannung im Flammen-Überwachungsstromkreis
am Widerstand 49. Auf diese Weise kann dem Steuergitter 55 eine gegen die Kathode
negative Spannung zugeführt werden, die die normalerweise leitende Röhre 59 beim
Vorhandensein der Flamme sperrt. Wenn dagegen keine Flamme vorhanden ist, so kann
kein vollständiger Stromkreis von der Zündelektrode 5 zur Sondenelektrode 7 gebildet
werden, und es wird keine negative Spannung dem Gitter 55 des Verstärkers 59 aufgedrückt,
die den Verstärker sperren könnte.
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Mit der Kathode 57 der Verstärkerröhre 59 ist die untere Klemme einer
weiteren Sekundärwicklung 63 verbunden, welche die Spannung von der Primärwicklung
65 hinauftransformiert. Die obere Klemme der Sekundärwicklung 63 ist über einen
einen Teil eines Spannungsteilers 67, 69 bildenden Widerstand 67 an
die
Anode 61 der Röhre 59 angeschlossen. Infolge der beim Vorhandensein der Flamme normalerweise
nicht leitenden Röhre kann kein Strom von der Verbindungsstelle der beiden Spannungsteilerwiderstände
67, 69 durch die Röhre 59 fließen. Es tritt somit an dem Spannungsteilerwiderstand
69 ein sehr geringer Spannungsabfall auf. Da dieser Widerstand 69 durch die Leiter
71 zwischen Steuergitter 73 und Kathode 75 eines weiteren Hochvakuumröhrenverstärkers
77 geschaltet ist, so wird das Gitter 73 im wesentlichen dasselbe Potential wie
die Kathode 75 haben, und die Röhre 77 wird leiten, wodurch ein Strom durch die
Spule eines Relais 81 in dem Stromkreis veranlaßt wird" der von der Kathode 76 durch
die Röhre 77 zu ihrer Anode 79, von dieser über die Relaiswicklung 81, durch den
Widerstand 83, nach der oberen Klemme der Sekundärwicklung 63, durch diese nach
der Mittelklemme 64 derselben und durch den unteren Leiter 71 zurück zur Kathode
75 verläuft.
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Unter solchen Verhältnissen zieht das erregte Relais 81 seinen Anker
87 an und schließt dabei den Schalter 85. Falls erwünscht, kann dieser Schalter
einen Zeiger oder irgendeinen anderen, nicht dargestellten Anzeiger, etwa eine Lampe,
betätigen, die beispielsweise wie die Lampe III in Fig. 2 geschaltet ist und das
ordnungsgemäße Arbeiten der Flamme des Zündbrenners anzeigt.
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Die Spulen-wicklung 81 ist mit einem parallel geschalteten Überbrückungskondensator
dargestellt. Nimmt man zunächst einmal an, daß außerdem ein weiterer Schalter 89
geschlossen ist, so wird sich dies in der Erregung einer weiteren Spule 91 mit einer
Energiezufuhr vom Netz über die Leiter 97 und 99 durch die geschlossenen Schalter
85 und 89 äußern. Der Anker der Spule 91 wird dann in die Spule hineingezogen, wodurch
ein Hebel 95 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und damit der Ventilkolben 101 vom
Ventilsitz abgehoben wird. Dieser Vorgang macht das normalerweise unwirksame Heizölzufiihrungssystem
wirksam, so daß Öl zum Br.ennersystein dann zugeführt wird, -,nenn die Zündbrennerflamme
vorhanden ist.
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Ist aber keine Zündflamme vorhanden, so fließt im Überwachungsstromkreis
zwischen der ZündeIektrode 5 und der Sondenelektrode 7 kein Strom, und die Verstärkerröh
,re 59 ist stromführend. Dieser Strom wird eine negative Vorspannung am Widerstand
69 erzeugen, der das Gitter 73 des Verstärkers 77 gegen seine Kathode 75 negativ
macht und die Röhre 77 sperrt. Das Relais 81 wird dann stromlos, so daß der Schalter
85 unter der Wirkung einer nicht dargestellten Rückholfeder, ähnlich der nachstehend
be-
schriebenen Feder 103, in seine in Fig. 1 dargestellte Offenstellung zurückkehrt.
In der Spulenwicklung 91 kann somit kein Strom mehr fließen, und der Arm 95 wird
durch die Feder 103 in seine Stellung nach Fig. 1 zurückgeführt, wobei er den Ventilkolben
101 in die dargestellte Verschlußstellung zieht, damit das Ölspeisesystem unwirksam
macht und verhindert, daß Öl zum Hauptbrenner gelangt.
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Der Schalter 89 kann .durch eine weitere Spule 105 gesteuert werden,
welche ebenfalls vom Netz über die Leiter 97, 98, 99 und 100 erregt werden kann,
wenn ein Thermostat, ein selbsttätiger Wasser- bzw. Druckregler oder eine beliebige
andere Regelvorrichtung 107 geschlossen wird. Die Spule 105 kann als ein Sicherheätszeitschalter
oder als Zeitverzögerung zum Verzögern des Schließens dies Schalters 89 dienen,
um die Erregung des Relais 91 um ein besonders erwünschtes Zeitintervall zu verzögern,
das durch die Verzögerungszeit, mit der die Vorrichtung 107 und die Spule 105 arbeiten,
gegeben ist.
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Die Steuerung der Gaszufuhr zum Zündbrenner erfolgt über ein anderes
Solenoidrelais 117. Die Spule 117 wird gleichzeitig mit dem Relais 105 über
die Leiter 153 und 154 erregt, wodurch der Arm 119 eiltgegen dem Uhrzeigersinn und
entgegen der Wirkung der Feder 121 geschwenkt und das Ventil 123 betätigt wird,
welches die den Einlaß 3 des Zündbrenners erreichende Gasströmung reguliert.
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Der Überwachungsstromkreis und der Zündbrenner nach Fig.l können leicht
zur Abänderung der bisher bekannten Steuer- und Flammen-Überwachungseinrichtung
nur durch das Einsetzen des Zündbrenners in eine Wandung des Hauptbrenners und durch
Herstellen einiger elektrischer Verbindungen nach Fig. 1 vom Überwachungsstromkreis
zu den vorhandenen äußeren Klemmen der vorhandenen Steuereinrichtung benutzt werden.
Eine vollständigere Schaltung, welche die Anwendung und Verbindung des Systems nach
Fig. 1 für eine Steuer- und Flarnmen-Üb@erwachungseinrichtun@g veranschaulicht,
ist in Fig.2 dargestellt.
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Die Schaltung nach Fig.2 ist ähnlich der in l'erbindung mit Fig. 1
erläuterten Schaltung; sie weist jedoch einige Verbesserungen auf, z. E. eine Vorkehrung
zur automatischen Abschaltung des Flaniin,-n-Überwachungsstromkreis°s nach Ablauf
einer Zeit, innerhalb welcher der Brennstoff normalerweise gezündet ist. Das allgemeine
Prinzip dieser Vorkehrung ist in Fig. 6 dargestellt, um zti zeigen, daß diese Vorkehrung
auch auf Zündsysteme, Sondenanzeigesysteme und Überwachungs- oder Steuersvsteine
an ivendliar ist, welche anders geartet sind als die Vorrichtung der Erfindung.
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Zu diesem Zweck ist in Fig.6 bei 47 ein verallgemeinerter Zündstromkreis
zur Inbetriebsetzung des normalerweise unwirksamen Ziindbrenn2rs und zur Erzeugung
der Zündbrennerflamme gezeigt. der Zündflanimen-Überwachungsstromkreis kann von
einer beliebigen, nicht dargestellten Spannungsduelle erregt werden. In dieser Figur
ist eine gebräucliliclie Hauptbrenner-Überwachungs-Pliotozelle bzw. ein -Mikrofon
oder eine andere Empfangsvorrichtung 134 dargestellt, die mit einem heliehigen #7erst<irl@er
50 verbunden ist, an welchen außerdem der @ün di>renn°rf:anim@n-tb@rwaclittngsstroinlcr,-is
angescliloss#-n werden kann, falls nicht beabsichtigt ist, die anderen -Merkmale
der Erfindung anztiv-end2n. -Nachdem die Zündbrennerflamme auf ihr Vorhandensein
geprüft und (-2r Plr,-nnstofff dem Hauptbrenner so lange zugeführt «-urd;. daß der
Brennstoff gezündet haben müßte, wird gemäß einem llerkrnal der Erfindung eine von
einem Transformator 60 erregte Zeitverzögerungsspule oder eine andere Vorrichtung
113 den normalerweise geschlossenen Schalter 11.5 Offnen. wodurch der Zündflammen-Überwachungsstromkreis
vom Verstärker 50 abgetrennt wird. Die Gefahr. daß der Zündflaininen-Überwachungsst.romkreis
eine Anzeige in dein \-erstärker 50 hervorruft, die zu dein gleichen Ergebnis führen
würde, wie wenn die 1dauptflammen-Überwachungsvorrichtung 134 eine einwandfreie
Hauptflamme anzeigen würde, selbst wenn die Hauptflammen-L7berwachungsvorrichtung
gar nicht arbeitet, ist ausgeschlossen.
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Der Steuerschalter 107 ist zuerst geschlossen. Während dieser Schalter
so dargestellt ist, daß er an der vollen Netzspannung arbeitet, kann er in bekannter
Weise ebensogut auch in einem Niederspannungsstromkreis arbeiten. Die Spule des
Gasventilsteuerrelais 117 wird mit dem \etzwechselstrom in einem
Kreis
erregt, der wie folgt verläuft: von der Oberseite des in Fig. 7 an der rechten Seite
gezeigten Netzes, über die Leitung 97, durch einen auf dem gleichen Anker 87 wie
der Schalter 85 getragenen Schalter 127 des Relais 81, entlang eines Leiters 150
und über einen Schalter 128, der auf diese Weise in Reihe mit dem Schalter 127 geschaltet
und auf dem Anker eines weiteren Solenoidrelais 130 angebracht ist; entlang des
Leiters 152 über den Schalter 115 des gleichzeitig miterregten Solenoids 113 und:
durch den Leiter 153 zur oberen Klemme des Gasventilsteuerrelais 117; durch das
Relais 117 zu seiner unteren Klemme und durch, den Leiter 154 zum Leiter 76; dann
durch den geschlossenen Steuerschalter 107 und durch die Leiter 100 und 99 zu der
anderen Seite des Netzes.
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letzt «-erden nicht nur das Gasventilsteuerrelais 117 und das Zeitverzögerungsrelais
113 erregt, sondern auch die Transformatorprimärwicklung 43, welche in. der Sekundärwicklung
47 die Zündspannung und die Speisespannung für den Flammen-Überwachungskreis erzeugt,
weil die obere Klemme der Primärwicklung durch die Leiter 78 und 153 mit der oberen
Klemme der Wicklung des Relais 1.17 und die untere Klemmeder Transformatorprimärwicklung
43 durch die Leiter 76 und 154 mit der unteren Klemme der Wicklung des Relais 117
verbunden ist, so daß die Wicklung des Relais 117 und die Primärwicklung 43 parallel
geschaltet sind.
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Außerdem sind jetzt auch das zwischen dem Leiter 152 und dem Steuerschalter
107 geschaltete Zeitverzögerungs-Solenaidrelais 105 und ein weiteres Solenoid.relais
132 erregt. Das zuletzt genannte Relais wird vom Netz in dem Stromkreis erregt,
welcher den. Leiter 97, einen an demselben Anker des Solenoidtrelais 130
wie dier vorerwähnte Schalter 128 befestigten Schalter 129, die Leiter 155 und 156,
den Schalter 107 und die Leiter 100 und 99 enthält. Ein weiteres Solenoid 124 wird
gleichfalls normalerweise infolge seiner Verbindungen an einer Seite über den Leiter
161 und den Kontakt 115 des Relais 113 mit den Leitern 166 und 167 und über den
Kontakt 160 mit dein Leiter 97 sowie an der anderen Seite über den Leiter 162 mit
d-en Leitern 100 und 99 erregt. Der Zweck dieses Relais 124 wird später erläutert.
Eine parallel zum Reil.ais 124 geschaltete Anzeigelampe 1, die etwa eine Neondiode
der Type NE51 sein kann, wird dann aufleuchten und zeigt an, daß das Zündbrenner-Gasventil
123 für die Gasspeisung des Brenners 1 und diie Gaszündung geöffnet ist. Das Ergebnis
dieser ersten Arbeitsstufe besteht im Zünden dies Zündbrenners durch die zwischen
der Zündelektrode 5 und dem Brenner 1 herrschende, von der Sekundärwicklung 47 erzeugte
Spannung, ferner in der Erzeugung einer Überwachungsspannung am Widerstand 49 mittels
des Flammen-Sonden-Überwachungsstromkreises. 11, 9, 7, 17, 19, 53 sowie in der Sperrung
der normalerweise leitenden Röhre 59. Es wird dadurch die Röhre 77 stromführend,
wodurch die Relaiswirkung 81 erregt und der Schalter 85 geschlossen wird. Bei diesem
Schließen des Schalters 85 öffnet der Anker der Wicklung 81 den erwähnten Schalter
127 aus seiner Kontaktstellung mit dem Leiter 150. Wie später gezeigt wird,- wird
jedoch durch einen Schalter 160 ein Parallel«-eg vom Schalter 127 zum Leiber 152
gebildet, so daß der-Erregerkreis tatsächlich nicht unterbrochen ist.
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Nunmehr ist auch die Zeitverzögerungsvorrichtung des Relais 105 in
Tätigkeit gesetzt -worden, wodurch der Schalter 89- geschlossen und das Solenoid
91 für die Hauptbrennerölzufuhr zur Steuerung des Brennstoffventils 101 erregt wird.
Eine zweite, parallel zum Solenolid 91 geschaltete Anzeigelampe II leuchtet auf
und zeigt an, daß das Heizälventil erregt wurde. Es strömt Brennstoff in das Hauptbrennersystem
135. Für ein Gebläse oder einen Brennermotor ist ein Anlaßrelais vorgesehen, dessen
mit 136 bezeichnete Wicklung parallel zum Relais 105, und zwar über den Leiter 164,
den Schalter 133, den Leiter 165 und den Leiter 162 zur unteren Klemme des Solenoids
105 und über den Leiter 166 zur oberen Klemme geschaltet ist, wodurch das Relais
in Betrieb gesetzt wird. Eine solche Erregung der Wicklung 136 des Brennermotor-Anlaßrelais
kann den Schalter 160 schließen und damit die obererwähnte Überbrückung der Kontakte
der in Reihe geschalteten Schalter 127 und 128 herstellen. Der Weg dieses Überbrückungskreises
verläuft von der linken Klemme des Schalters 160 (Fig.2) über Leitungen 176 und
97 zum oberen Kontakt des Schalters 127 und über diie Leiter 167, 166 und 152 zur
unteren Klemme des Schalters 128. Auch wenn sich diese Schalter öffnen, wird den
Relais 105, 113. 132 und 136 über diesen Parallelweg .dauernd Energie zugeführt.
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Eine Photozelle, ein -Mikrophon oder eine andere, auf die Hauptflamme
ansprechende Empfangsvorrichtung 134 kann das Vorhandensein der Verbrennung im Hauptbrenner
überwachen und eine Anzeige in einem bekannten, für den Hauptbrenner vorgesehenen
Flammenüberwachu.ngsrelaiskreis 131 herbeiführen, der das Relais 130 erregt. Eine
solche Erregung verursacht das Anziehen des Relaisankers, das Öffnen des Schalters
128 und Schließen des Schalters 129. Der durch die Wirkung des Zündbrenners und
die sich ergebende Stromführung des Verstärkers 77 in die Schließstellung gebrachte
Schalter 85 wird dann mit dem geschlossenen Schalter 129 über den Leiter 170 in
Reihe geschaltet. Ein. Strom fließt somit vom Leiter 97, über den. geschlossenen
Schalter 129, den Leiter 170 und über den Leiter 171 zu einer dritten Anzeigelampe
111, welche mit dem Leiter 99 verbunden ist. Das Aufleuchten der Lampe III
kann daher drei Zustände anzeigen. Während der Zündung des Zündbrenners zeigt sie
an, daß eine einwandfreie Zündflamme, in dem vom Leiter 97, längs des Leiters 172,
über den Schalter 126 und längs des Leiters 173, dann über den geschlossenen Schalter
85 und den Leiter 171, durch die Lampe III zu dein Leiter 99 verlaufenden Kreis
vorhanden ist. Die aufleuchtende Lampe III zeigt ferner das richtige Arbeiten der
Hauptbrennerflamme in dem oben angegebenen, den geschlossenen Schalter 129 und die
Leiter 170 und 171 enthaltenden Kreis an. Drittens wird das Aufleuchten der Lampe
IlI bei nicht arbeitendem Hauptbrenner eine Störung eines Schaltelementes, z. B.
der Röhre 59 oder 77, anzeigen, die ein falsches Arbeiten des Relais 81 verursachen
könnte. Da nämlich das erregte Relais 124 den Kontakt 85 dies Relais 81 über den
Kontakt 126 mit dem Leiter 97, der geerdet sein kann, verbindet, wird die zwischen
dem Leiter 97 und dem Leiter 99 geschaltete Lampe III an das Netz angeschlossen.
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Andererseits würde ein unrichtiges Arbeiten des Relais 81 während
der Arbeitszeiten des Hauptbrenners normalerweise eine dauernde Erregung des BrennstDffventilsteuerrelais
91 für den Hauptbrenner gestatten, wenn das erwähnte Relais 124 nicht vorhanden
wäre. Wenn bei den bekannten Systemen das Flammen-Überwachu.ngsrelais, welches den
die Zünd- und Hauptflamme steuernden Relais 81 und 130 entspricht, nicht richtig
arbeitet, so wird der Hauptbrenner dauernd in Betrieb sein, und Brennstoff wird
so lange in den Feuerraum gepumpt, bis der Letztehilfeschalter,
der
sogenannte Endschalter, den Hauptbrenner beim Erreicahen eines vorbestimmten Druckes
oder einer vorbestimmten Temperatur Schließlich außer Betrieb setzt.
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j7GTenn eine Verbrennungsstörung während der Zeit, in der das Überwachungsrelais
unrichtig arbeitet, auftritt, wird der bekannte Hauptbrenner nicht außer Betrieb
gesetzt, und wenn die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr nach Beendigung der Störung
wieder aufhört, so wird dauernd nicht entzündeter Brennstoff in den Feuerraum gepumpt.
Arbeitet das Relais 130 der bekannten Systeme unrichtig und folgt eine Verbrennungsstörung,
so wird die. Brennstoffzufuhr zum Hauptbrenner nicht unterbrochen. Dieser Zustand
ist eine Eigenart der bekannten Vorrichtungen und wird von den Sicherheitsbehörden
nur hingenommen, weil bis jetzt keine Abhilfe zur Verfügung stand.
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Mit Hilfe des Relais 124 wird dagegen eine zusätzliche störungssichernde
Vorrichtung geschaffen, denn die Erregung des Relais 124 hört auf, wenn der Zeitschalter
113 zu einer Zeit geöffnet wird, wo die Zündung des Brennstoffes des Hauptbrenners
erfolgt sein müßte, wodurch der Kontakt 85 sich vom Leiter 97 trennt, der geerdet
sein kann. Auf diese Weise wird das Brennstoffsteuerrel:ais 91 für den Hauptbrenner
von der mit dem Leiter 97 verbundenen Netzseite abgetrennt und so verhindert, daß
das Relais 91 nach der Zündperiode des Hauptbrenners erregt bleibt, falls eine Störung
eines Teiles im Flammen-Überwachungsstromkreis auftritt. Somit wird durch die Erfindung
eine zusätzliche Sicherheit erreicht.
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Darüber hinaus kann gesagt werden, daß in dem unwahrscheinlichen Falle,
daß sowohl das Zündsystem als auch das Gasventil nach der erfolgten Zündung nicht
richtig arbeiten, der Abfall des Relais 124 den Überwachungsstromkreis an einer
Störung der Hauptflammen-Überwachungseinrichtung hindert.
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Das Zeitverzögerungsrelais 113 wird inzwischen nach einer vorbestimmten
Zeit, gewöhnlich in der Größenordnung von 20 Sekunden, innerhalb welcher der Brennstoff
des Hauptbrenners normalerweise gezündet sein müßte, arbeiten. Der Schalter 115
öffnet sich, wobei er den Stromkreis mit der Primärwicklung 43 unterbricht und nicht
nur die nicht mehr benötigte Zündflammenzündung abschaltet, sondern, wie im Fall
der Fig.6, die Zündbrenner-Sonden-Überwachungsanzeigen unmöglich macht. Die Verstärkerröhre
59 wird auf diese Weise wieder leitend, schaltet den Verstärker 77 ab und macht
das Solenoid 81 stromlos, so daß der Schalter 85 in seine dargestellte offene Stellung
zurückkehrt. Auf .diese Weise spricht der Zündflammen-Überwachungsstromkreis auf
die Zündbrenne@rflamme nur während der Zeiten an, in der sein Arbeiten tatsächlich
erforderlich ist.
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Das Solenoid 91 für das Hauptbrenner-Heizöl bleibt jedoch erregt,
und zwar als Folge der beschriebenen Arbeitsweise des Solen oids 130, welches den
Schalter 129 geschlossen hält. Läßt jedoch die Verbrennung im Hauptbrenner nach,
so fällt das Relais 130 ab, wobei es den Abfall des Solenoids 91 und das Schließen
des Brennstoffventils 101 verursacht. Nach dem Verstreichen einer zum Entfernen
der Gase ausreichenden kurzen Zeit wird dann infolge des Zeitverzögerungsvorgänges
des Relais 132 das öffnen des Schalters 133 erfolgen und. die Erregung der Anlaßrelaiswicklung
136 für den Brennermotor aufhören. Der Brenner ist jetzt in einer Sicherheitsstellung
verriegelt. Um wieder in Betrieb benommen zu werden, muß der Brennersteuerschalter
107 so lange offengehalten werden, bis die Zeitverzögerungsrelais wieder umgeschaltet
sind. Die beschriebenen und in Fig, 1 und 2 veranschaulichten Schaltungen und mechanischen
Bauarten können ohne Schwierigkeiten an Stelle vorhandener Überwachungs- und Steuerstromkreise
in bekannten Einrichtungen angewandt -,werden. Es können auch andere Arten bekannter
Zeitverzögerungssysteme und Schalter sowie andere Typen von Entladungsvorrichtungen
als Elektronenröhrenverstärker, beispielsweise Gasentladungsvorrichtungen nach Art
des Thyratrons, verwendet werden. Um der Arbeitsweise der Schalturig besser folgen
zu können, können noch die Anzeigelampen I, 1I und III mit z. B. gelben, weißen
und roten oder anders gefärbten Fenstern oder durchscheinenden Abdeckungen abgedeckt
«-erden. An Stelle von Lampen können Nleßgeräte und spannungsempfindliche anzeigende,
messende oder registrierende Vorrichtungen angewandt werden. An Stelle des vorteilhaften.
normalerweise leitenden 1'erstärkers 59 kann ferner ein normalerweise nicht leitender
'\'erstärkerk.reis angewandt «-erden, der durch eine positive Flammen-Sonden-Spannung
geschaltet wird, um dieselben Ergebnisse zu erzielen. Andere Abwandlungen ergeben
sich für den Fachmann von selbst.
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Die Zündelektrode 5 kann auch im Innern des Brenners oder außerhalb
dessen Auslaßöffnung, wie in Fig.4 und 3 veranschaulicht ist, angeordnet sein, und
es lassen sich auch andere Formen von Zündelektroden, etwa die Sondenelektrode 5
nach Fig. 3 oder zwei Entladungs-Sondenelektroden 84 und 84' nach F ig. 4, verwenden.
Bei der Abart nach Fig. 3 liefert die Hochspannungssekundärwicklung 47 ihre Spannung
zwischen Zündelektrode 5 und Brenner 1 parallel zu der dem Sondenüberwachungskreis
zwischen der Sondenelektrode 7 und dem Rohr 1. zugeführten Spannung. Hier treten
die mit der Erdung der Flamme auftretenden Schwierigkeiten nicht auf. Die leiden
Zündelektroden 84, 84' nach Fig. 4 werden von der geerdeten, in der Mitte angezapften
Sekundärwicklung 80 eines Transformators erregt, dessen Primärwicklung an das Netz
angeschlossen ist. Das Brennerrohr 1 ist bei der Darstellung in zevei Abschnitte
aufgeteilt; der linke Abschnitt ist von dem rechten Abschnitt durch einen Isolator
86 getrennt, damit die Flamme bei ihrem Durchgang durch den linken Abschnitt des
Rohres 1 nicht geerdet wird.
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Obwohl die vorstehend beschriebenen mechanischen Einrichtungen und
elektrischen Schaltungen insbesondere auf Zündgasbrenner und auf Haupt-Heizölbrenner
anwendbar sind, können die Zünd- und Überwachungsapparatur und andere Merkmale der
Erfindung auch bei anderen Brennerarten und bei anderen Steuer- oder Anzeigestromkreisen
verwendet werden. Beispielsweise könnte für den Hauptbrenner pulverisierte Kohle
oder Gas verwendet werden. Falls es erwünscht ist, an Stelle der Photozelle oder
einer anderen Empfangsvorrichtung 134 für den Hauptflammen-Überwachungskreis eine
Hauptflammen-Sondenelektrode zu nehmen, kann dies in der in Fig.8 veranschaulichten
'\;#7eise geschehen. Die Zündflammen-Sondenelektrode 7 ist in den Fig. 3, 4 und
J 111 schematischer Darstellung außerhalb des Brennerrohres 1 angeordnet, obgleich
sie sich auch wie in Fig. 1 und 2 im Innern des Rohres befinden kann; sie erstreckt
sich jedoch vorteilhaft bis in den Bereich, wo sie auch von der Flamme des Hauptbrenners
135 getroffen wird. Es kann derselbe L'berwachungsstrotnlzreis 48 nach Fig.1 und
? mit sämtlichen Relais, Zeitverzögerungen und anderen Steuervorkehrungen verwendet
werden.
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An die Stelle der Photozelle oder einer anderen Vorrichtung 134 ist
hier jedoch eine weitere Flammen-
Sondenelektrode 207 gesetzt, welche
in die Hauptflamme des Hauptbrenners in einen Bereich hineinragt, der vom Überschneidungsbereich
der Haupt- und der Zündflamme, in dem die Zündflammen-Sondenelektrode 7 angeordnet
ist, einen Abstand hat. Wenn die Zündflamme geprüft und die Hauptbrennerflamme im
normalen Vorgang, wie vorher beschrieben, erzeugt werden mußte, so wird der Zündbrenner
abgeschaltet, und die Hauptbrennerflamme muß nun überwacht werden. Dieses wird.
nach Fig.8 mit Hilfe einer weiteren Spannungsquelle bewirkt, die als Wechselstromtransformator
dargestellt ist, dessen Primärwicklung 243 mit den Erregerleitungen 164 und 166
des Hauptbirennermotors. (Fig.2) verbunden werden kann und dessen Sekundärwicklung
247 an einer Klemme geerdet und an der anderen Klemme mit der Hauptbrennerflam.mensonde
207 verbunden ist. Auf diese Weise wird die Hauptflamme durch den Strom überwacht,
der von der Sekundärwicklung 247 zwischen den Sondenelektroden 207 und 7 in der
gleichrichtenden Hauptflamme und über den Leiter 11 und Erde zu den Eingangsklemmen
des Überwachungsstromkreises 48 fließt. Ein Nachlassen oder Aufhören der Hauptflamme
wird den Stromfluß von der Elektrode 207 zur Elektrode 7 verhindern, so daß eine
entsprechende Anzeige erfolgt, ebenso wie eine Anzeige durch ein Nachlassen des
Stromes der Photozelle 134 nach Fig.2 hervorgerufen wird, wenn die Hauptflamme versagt.
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Wird dem Steuerbrenner 1 statt eines intermi,ttierenden Zündpotentials
nach Fig. 1, 2 und 8 ein konstantes Zündpotential aufgedrückt, so kann das vorstehend
beschriebene Zeitverzögerungsrelais 113 der Fig. 1, 2 und 8 entsprechend Fig.9 in
die Verbind.ung 11 von der Sondenelektrode 7 zum Überwachungskreis 48 eingeschaltet
werden, um das Überwachen der Zündbrennerflamme zu verhindern, nachdem die Hauptflamme
entstanden ist. Die Hauptflammen-Sondenelektrode 207 ist dann über einen Leiter
206 mit dem Leiter 11 und dem Überwachungskreis 48 verbunden, wodurch die von der
Sekundärwicklung 47 gelieferte Zündspannung dafür benutzt wird, um einen Hauptflammen-Überwachungsstromkreis
von der dauernd überschlagenden Zündelektrode 5, durch die dauernd erzeugte Steuerbrennerflamme,
die Hauptflamme, die Elektrode 207, die Leiter 206, 11 und Erde herzustellen. Mittels
eines solchen Systems kann. der Ausfall entweder der Zündflamme oder der Hauptflamme
oder beider Flammen angezeigt werden.
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Einige der beschriebenen erflndungsgemäUen Sicherheitsvork ehrungen,
z. B. die mit dem Relais 124 zusammenarbeitende Vorkehrung, kann natürlich mit anderen,
von dien Sondenelektroden abweichenden Arten von Zündflammenanzei@gern zusammengebaut
werden. So kann z. B. bei dem System nach Fig. 10 ein gleicher Stromkreis wie nach
Fig. 2 benutzt werden, der über die angedeuteten Leitungen angeschlossen ist und
mit ;einer Photozelle PC, z. B. einer infrarotempfindlichen Bleisulfidzelle, verbunden
ist, die über Erde und über den Leiter 11 an den Eingangswiderstand 49 des Überwachungskreises
angeschlossen ist.