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Die Erfindung betrifft ein Überwachungsgerät für Gasfeuerungsanlagen,
das von einer UV-Röhre als Flammenwächter gesteuerte Relais aufweist.
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Obwohl die Flammenüberwachung mit Hilfe von UV-Röhren, d. h. als UV-empfindlichen
Photozellen, als sicherste Art der Überwachung anzusprechen ist, besteht auch bei
der Anwendung solcher Röhren noch die Gefahr, daß gealterte und defekt gewordene
Röhren das Vorhandensein einer Flamme vortäuschen, obwohl die Flamme erloschen ist.
Dies kommt daher, daß die zur Brennerüberwachung geeigneten UV-Röhren nach einer
bestimmten Laufzeit in der Weise defekt werden, daß sie auch dann einen Strom ziehen,
wenn keine Flamme vorhanden ist. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß
diese Röhren eine Gasfüllung haben, deren Dichte mit der Zeit zunimmt und endlich
einen Wert erreicht, der auch bei Fehlen einer UV-Strahlung bei genügend hoher Spannung
zu einer Glimmentladung in der Röhre führt. Es kann also vorkommen, daß bei einem
Ausfall der Flamme die UV-Röhre den Stromkreis, in den sie eingeschaltet ist, nicht
unterbricht, sondern ihre Leitfähigkeit beibehält und weiterhin einen Stromfluß
zuläßt, der verhindert, daß die Relais abfallen, die bei Fehlen der Flamme die Anlage
stillsetzen sollen. In diesem Falle würden also große Gasmengen ausströmen können,
die eine sehr große Explosionsgefahr bilden.
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Die Wahrscheinlichkeit, daß ein solcher Fehler und die damit verbundenen
Gefahren auftreten, kann dadurch vermindert werden, daß die UV-Röhren nach einer
relativ geringen Anzahl von Betriebsstunden ausgewechselt werden. Abgesehen davon,
daß ein vorzeitiges Auswechseln der UV-Röhren die Betriebskosten der Feuerungsanlage
erhöht, besteht die große Gefahr, daß das rechtzeitige Auswechseln der Röhren vergessen
oder sogar bewußt unterlassen wird. Eine weitere Möglichkeit, die Wahrscheinlichkeit
von Fehlmeldungen durch die UV-Röhre herabzusetzen, besteht darin, zwei solcher
Röhren vorzusehen, die zumindest insoweit voneinander unabhängig sind, daß die Anlage
dann stillgesetzt wird, wenn nur eine der beiden Röhren keinen Strom mehr leitet.
Auch eine solche Lösung ist nicht völlig befriedigend, weil einmal der Aufwand zur
Anbringung zweier UV-Röhren recht beträchtlich ist und außerdem es häufig schwierig
ist, zwei solcher Röhren am Brenner unterzubringen. Die Anordnung zweier Röhren
ist aber vor allem deshalb unbefriedigend, weil bei Anlagen, die viele tausend Stunden
ununterbrochen in Betrieb sind, ohne weiteres die Möglichkeit gegeben ist, daß auch
mehrere UV-Röhren unbemerkt defekt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen
und das Überwachungsgerät so auszubilden, daß die Gasfeuerungsanlage auch dann mit
Sicherheit stillgesetzt wird, wenn eine defekte UV-Röhre bei fehlender Flamme ihre
Leitfähigkeit behält.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in Serie
zu der mit Wechselspannung zu betreibenden LV-Röhre eine Reaktanz geschaltet ist,
deren Blindwiderstand bei der Frequenz der Speisespannung einige Zenerpotenzen größer
ist als der Wirkwiderstand eines in Serie zu der UV-Röhre geschalteten Widerstands
und an diesen Kreis eine Wechselspannung von socher Größe angelegt ist, daß eine
infolge eines Defekts auch bei Fehlen einer UV-Strahlung leitende Röhre bei Fehlen
der UV-Strahlung nicht bei jeder Halbwelle der Wechselspannung leitet, und von den
dadurch im Stromkreis auftretenden Impulsen Signale zum Abschalten der Anlage abgeleitet
werden.
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Wird die normale UV-Röhre einer UV-Strahlung von bestimmter Intensität
ausgesetzt, zündet die Röhre regelmäßig bei jeder Halbwelle der angelegten Wechselspannung.
Das gleiche ist grundsätzlich auch der Fall, wenn eine defekte Röhre leitend ist,
ohne daß sie eine UV-Strahlung trifft. Es wurde jedoch durch sorgfältige Untersuchungen
einer großen Anzahl defekter UV-Röhren festgestellt, daß ein Stromstärkenbereich
existiert, der in den normalen Betriebsbereich der Röhre fallen kann, bei dem im
Stromkreis Impulsspitzen auftreten. Diese Impulsspitzen sind vermutlich darauf zurückzuführen,
daß bei der Verwendung einer Reaktanz in Serie zu der UV-Röhre die Aufladung der
Reaktanz das Erreichen der Zündspannung, die bei einer nicht bestrahlten defekten
Röhre höher liegt als bei einer bestrahlten normalen Röhre, während jeder zweiten
Halbwelle der Betriebs-Wechselspannung nicht erreicht wird. Auf diese Weise werden
während der Halbwellen, während denen die defekte UV-Röhre durchzündet, durch die
ungewöhnliche Aufladung der Reaktanz Impulse erzielt, von denen dann Signale zum
Abschalten der Anlage abgeleitet werden.
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Diese Erscheinung tritt nur in einem bestimmten Stromstärkenbereich
auf, während bei geringeren Stromstärken und bei höheren Stromstärken ein gleichmäßiger
Strom erzeugt wird. Dies kann darauf zurückzuführen sein, daß bei geringeren Stromstärken
entsprechend geringeren Betriebsspannungen der Defekt der Röhre noch gar nicht in
Erscheinung tritt, während bei sehr hohen Stromstärken eine andere Art der Entladung
stattfinden kann oder die Elektroden der Röhre als Glühkathoden zu wirken beginnen
können, so daß auch in diesen Fällen ein gleichmäßiger Strom erzeugt wird. Für die
Erfindung genügt es, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung bei einer
defekten UV-Röhre die erwähnten Impulse reproduzierbar auftreten und zur Ableitung
von Abschaltsignalen ausgenutzt werden können. Der richtige Bereich der Wechselspannung
oder des Betriebsstroms kann leicht durch Beobachten der Impulse am Oszillographen
ermittelt werden.
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Die Erfindung ermöglicht es also mit sehr einfachen Mitteln, das Defektsein
einer UV-Röhre festzustellen und die Anlage bei Vorhandensein einer solchen defekten
Röhre abzuschalten, so daß nur eine einzige UV-Röhre benutzt zu werden braucht und
trotzdem gewährleistet ist, daß die Flamme der Feuerungsanlage sicher überwacht
und die Anlage bei Fehlen einer Flamme mit Sicherheit abgeschaltet wird.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
dem Widerstand, der sich in dem die UV-Röhre enthaltenden Stromkreis befindet, ein
Brückengleichrichter parallel geschaltet. Die an dem Widerstand abfallende und dann
gleichgerichtete Spannung wird zur Aussteuerung einer Schaltanordnung benutzt. Diese
Schaltanordnung weist eine Elektronenröhre auf, zwischen deren Kathode und Gitter
die am Gleichrichterausgang vorhandene Spannung angelegt ist. Bei der Röhre handelt
es sich um eine steile Triode, in deren Anodenstromkreis sich ein Schaltrelais befindet.
Der Ausgang des Gleichrichters wird von einem hohen Widerstand und einem Kondensator
großer Kapazität überbrückt, die
beide zueinander parallel geschaltet
sind. Der Kondensator dient im wesentlichen dazu, die abgegriffenen und gleichgerichteten
Spannungsspitzen zu speichern und ein negatives Signal zu erzeugen, das dazu geeignet
ist, die Röhre zu sperren.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher beschrieben und erläutert wird. Die Zeichnung zeigt das Schaltbild
des für die Erfindung wesentlichen Teils eines Überwachungsgeräts nach der Erfindung.
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Die zur Flammenüberwachung dienende UV-Röhre 1 bildet den Teil eines
Serienstromkreises, der außerdem einen Widerstand 2, einen Kondensator 3 und einen
Brückengleichrichter 4 enthält. An den Polen 5 und 6 dieses Stromkreises liegt eine
Betriebs-Wechselspannung V. An die Gleichstromkreise des Gleichrichters 4 sind in
Serie zueinander die Wicklungen zweier Relais 7 und 8 angeschlossen, denen ein Glättungskondensator
9 parallel geschaltet ist. Parallel zum Widerstand 2 ist ebenfalls ein Brückengleichrichter
10 gelegt, dessen positiver Pol an die Kathode und dessen negativer Pol an
das Gitter einer Triode 11 gelegt sind. Parallel zum Ausgang des Gleichrichters
10 sind ein Widerstand 12 und ein Kondensator 13 geschaltet. An die Anoden der Röhre
11 ist außer einem Vorwiderstand 14 die Wicklung eines Relais 15 angeschlossen,
das von einem Kondensator 16 überbrückt ist. Zwischen Anode und Kathode der Röhre
11 ist eine Wechselspannung U gelegt.
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Unter normalen Betriebsbedingungen fließt durch die von UV-Licht bestrahlte
Röhre 1 ein mittlerer Strom, der am Ausgang des Gleichrichters 4 einen Gleichstrom
hervorruft, der ausreicht, um die Relais 7 und 8 zu erregen. Die Erregung
der Relais 7 und 8
zeigt an, daß eine Flamme vorhanden ist und die
Gaszufuhr nicht unterbrochen zu werden braucht. Der in diesem Fall vom mittleren
Strom am Widerstand 2 erzeugte Spannungsabfall ist so groß, daß am Gitter der Röhre
eine Spannung von - 0,2 bis - 0,3 Volt erzeugt wird. Hierbei ist die Triode 11 noch
leitend, so daß auch das Relais 15 erregt ist und anzeigt, daß eine Flamme vorhanden
ist.
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Löscht die Flamme aus, so wird normalerweise die Röhre 1 nicht leitend
und der Stromfluß durch die Relais 7 und 8 unterbrochen, so daß die Relais abfallen.
Dadurch wird die Anlage stillgesetzt. Daneben spielt es keine Rolle, daß die Röhre
11 leitend bleibt, weil zwischen Kathode und Gitter dieser Röhre in diesem Fall
keine Spannung steht.
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Ein Defekt der UV-Röhre, die eine mangelnde Leitfähigkeit der Röhre
1 zur Folge hat, bewirkt in gleicher Weise ein Abfallen der Relais 7 und 8 und damit
ein Stillsetzen der Anlage. In diesem Falle sind also keine Gefahrenmomente vorhanden.
Ist die UV-Röhre 1 jedoch in der Weise defekt, daß sie auch bei Fehlen einer UV-Strahlung
ihre Leitfähigkeit bewahrt, so würden bei einem Ausfall der Flamme die Relais 7
und 8 erregt bleiben und dadurch das Vorhandensein einer Flamme vortäuschen. Dies
wird jedoch durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden.
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Die Betriebsspannung V ist erfindungsgemäß so gewählt, daß die Stärke
des die UV-Röhre 1 durchfließenden Stroms eine solche Größe hat, daß vermutlich
infolge einer Art von Selbstlöschung die Röhre 1 nicht bei jeder Halbwelle des Wechselstroms
leitend ist, sondern Halbwellen ausfallen, was in Verbindung mit dem Kondensator
3 zu heftigen Impulsspitzen in dem die Röhre 1 enthaltenden Stromkreis führt. Bei
bekannten UV-Röhren wird eine Wechselspannung V von 600 bis 700 Volt benötigt. Zweckmäßige
Werte für den Kondensator 3 sind 70 nF und für den Widerstand 2 68 Ohm. Die bei
diesen Betriebswerten und defekter UV-Röhre erzielten Impulsspitzen erzeugen am
Ausgang des Brückengleichrichters 10 bzw. am Kondensator 13 eine Spannung von 4
bis 15 Volt, die dem Gitter der Röhre 11 als negative Spannung zugeführt
wird. Die Röhre und die im Anodenkreis der Röhre liegenden Schaltelemente sind so
gewählt, daß bei einer Gitterspannung von - 2 Volt das Relais 15 gerade noch anzieht
und bei einer Spannung von - 3 Volt das Relais 15 abfällt. Damit ist gewährleistet,
daß bei den Spannungen, die bei defekter UV-Röhre auftreten, die Triode 11 in genügendem
Maße gesperrt wird, um das Relais 15 zum Abfall zu bringen. Der Abfall des Relais
15 genügt, um die Anlage stillzusetzen, auch wenn die Relais 7 und 8 angezogen sind.
Kontakte des Relais 15 können beispielsweise in Serie zu Kontakten der Relais 7
und 8 geschaltet sein, derart, daß das Öffnen eines dieser Kontakte genügt, um die
Anlage stillzusetzen.
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Es ist noch zu erwähnen, daß ähnliche Impulsspitzen wie bei einer
defekten Röhre auch dann auftreten, wenn eine intakte UV-Röhre mit ultraviolettem
Licht von nicht ausreichender Intensität bestrahlt wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung
des überwachungsgeräts hat also den Vorteil, daß nicht nur das Fehlen einer Flamme,
sondern auch eine zu kleine Flamme bemerkt wird, die auf ein fehlerhaftes Arbeiten
der Anlage zurückzuführen ist.
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Weiterhin sei bemerkt, daß die Röhre 11 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit Wechselstrom betrieben wird, damit bei einem Kurzschluß der Röhre
11 das Relais 15, das als Gleichstromrelais ausgebildet ist, nicht
anziehen kann. Beim normalen Betrieb wird die Wechselspannung von der Röhre 11 gleichgerichtet
und durch den Kondensator 16 geglättet, so daß das Relais 15 bei leitender Röhre
erregt wird.
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Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen. So ist es möglich, sowohl zur Auslösung eines Alarms in Abhängigkeit
von am Widerstand 2 auftretenden Spannungsimpulsen als auch zur Auslösung
eines Alarms bei normalem Ausfall einer Flamme andere Schaltungen zu verwenden.
Insbesondere können elektronische Schaltmittel statt Röhren Transistoren enthalten.