DE69708990T2

DE69708990T2 - Sicherheitsvorrichtung eines Brenners zur Zündung der Flamme, Detektion der Flamme und Steuerung der Gaszufuhr

Info

Publication number: DE69708990T2
Application number: DE69708990T
Authority: DE
Inventors: Rene Remaud
Original assignee: Saunier Duval Eau Chaude Chauffage SDECC SA
Current assignee: Saunier Duval Eau Chaude Chauffage SDECC SA
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: ATE210802T1; EP0821198B1; EP0821198A1; FR2751729B1; ES2169329T3; DE69708990D1; FR2751729A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung eines Brenners zur Zündung der Flamme, zur Detektierung der Flamme und zur Steuerung der Gaszufuhr, beispielsweise in einem Dampfkessel oder einem Boiler.
Die Brenner setzen Sicherheitsvorrichtungen voraus, um zum einen zu verhindern, daß die Flamme des Brenners nicht ausbleibt, was den Betrieb der Wärmeanlage verhindert, und zum anderen zu vermeiden, daß in dem Fall, in dem die Flamme erlöschte, das Gas nicht weiterhin aus dem Brenner ausströmt.
Dem Fachmann sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, die zum Anschluß an das 220 V-Netz bestimmt sind. Diese bekannten Vorrichtungen weisen einen hohen Stromverbrauch auf, und zwar wegen ihrer zweifachen Funktion, nämlich der Funktion der Entzündung der Flamme und der Funktion der Steuerung der Gaszufuhr, die im allgemeinen mittels eines Relais realisiert wird, welches ein Schaltschütz ansteuert. Die elektrische Leistung, die für solche Vorrichtungen benötigt wird, verhindert ihren Einsatz bei Geräten, die von Batterien aus gespeist werden.
Zur Senkung des Energieverbrauchs schlägt die US-Patentschrift Nr. US 4 167 767 eine Vorrichtung zum Entzünden eines Gasbrenners, zum Detektieren der Flamme und zur Steuerung der Gaszufuhr vor, bei welcher die Flamme mit Hilfe von Funken gezündet wird, die von einem Schwinger zwischen zwei Elektroden erzeugt werden, die sich in der Nähe des Brenners befinden. Diese Vorrichtung umfaßt einen Vergleicher, der ein Signal empfängt, das für die Spannung zwischen den beiden Elektroden repräsentativ ist, und der diese Spannung mit einer ersten Soll-Spannung in der Weise vergleicht, daß die Funkenbildung unterbrochen wird (und somit Energie eingespart wird), wenn die Spannung zwischen den Elektroden kleiner ist als die erste Sollspannung, was als Hinweis auf die Anwesenheit einer Flamme auf dem Brenner interpretiert wird.
Andererseits wird - immer noch gemäß der US-Patentschrift 4 167 767 - die Gaszufuhr (aus Sicherheitsgründen) abgelehnt, wenn die Spannung zwischen den Elektroden höher ist als ein zweiter Sollwert, der über dem ersten Sollwert liegt, was als Hinweis auf einen Fehler bei der Funkenbildung aufgefaßt wird. Die Sicherheit, die mit dieser Vorrichtung geboten wird, ist somit unvollständig, da in den Fällen, in denen die zwischen den Elektroden gemessene Spannung geringer ist als der zweite Sollwert, aus dem Brenner weiterhin Gas ausströmt, auch wenn die erzeugten Funken nicht dazu kommen, die Flamme zu entzünden.
Die vorliegende Erfindung soll nun diese Nachteile beseitigen und eine elektronische Vorrichtung zum Entzünden der Flamme auf einem Brenner, zum Detektieren der Flamme und zum Steuern der Gaszufuhr in den Brenner vorschlagen, bei welcher der Energieverbrauch so verringert ist, daß sie von Strombatterien aus gespeist werden kann, während andererseits ein hohes Maß an Sicherheit geboten wird.
Zu diesem Zweck weist die den Gegenstand der Erfindung darstellende Vorrichtung eine elektronische Anordnung mit positiver Sicherheit auf, welche es gestattet, die Flamme eines Brenners zu entzünden und zu kontrollieren. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung macht es die Vorrichtung möglich, einen Hauptbrenner mit Hilfe eines Zündbrenners zu entzünden, wobei in diesem Fall die Vorrichtung die Zündung des Hauptbrenners erst dann ansteuert, wenn die Flamme auf dem Zündbrenner vorhanden ist. Die elektronische Anordnung, die von Batterien gespeist wird, erzeugt Funken, überprüft die Anwesenheit der Flamme und steuert in positiver Weise ein Schaltschütz an, das die Gaszufuhr zum Hauptbrenner freigibt. Diese Anordnung wird zur Zündung von Brennern eingesetzt, die einen Brenner mit nicht dauernder Zündung aufweisen.
Dabei wird hier daran erinnert, daß die positive Sicherheit darin besteht, daß eine Störung an einem der Bestandteile keinerlei für den Verbraucher gefährliche Situation herbeiführen kann.
Genauer gesagt wird mit der Vorliegenden Erfindung eine Sicherheitsvorrichtung für Brenner zur Zündung der Flamme, zur Detektierung der Flamme und zur Steuerung der Gaszufuhr vorgeschlagen, welche in herkömmlicher Weise einen Funkengenerator aufweist, der einen zur Erzeugung eines Wechselsignals geeigneten Schwinger umfaßt, welches zwischen zwei in der Nähe des Brenners angeordneten Elektroden in der Weise erzeugt wird, daß zwischen den beiden Elektroden Funken gebildet werden, wobei die Funken zum Zünden einer Flamme auf dem Brenner geeignet sind. Erfindungsgemäß weist diese Sicherheitsvorrichtung für Brenner des weiteren einerseits einen Fenstervergleichsschwinger auf, der zum Empfangen eines für die Spannung zwischen den beiden Elektroden repräsentativen Signals und zum Vergleichen des Signals mit zwei Sollspannungen ausgelegt ist, und andererseits eine Einrichtung für die Gaszufuhr zum Brenner, welche von dem Fenstervergleichsschwinger in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs steuerbar ist. Wegen dieser Maßnahmen ist die Sicherheit für den Betrieb der Vorrichtung positiv gegeben. Es ist nämlich allgemein bekannt, daß eine Flamme die Materie zwischen den Elektroden ionisiert, und daß diese ionisierte Materie sich elektrisch wie eine Diode verhält, d. h. daß sie den Durchtritt des Stroms nur in einer Richtung gestattet. Für die Anwesenheit der Flamme ist somit das Erscheinen einer kontinuierlichen Spannung zwischen den Elektroden charakteristisch, wohingegen bei Fehlen der Flamme die zwischen den Elektroden angelegte sinusförmige Spannung einen Wert besitzt, der im Mittel Null beträgt. Unter diesen Bedingungen erfaßt der Fenstervergleichsschwinger dann, wenn das für die Spannung zwischen den beiden Elektroden repräsentative Signal kleiner als ein erster vorgegebener Wert oder größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist, eine Funktionsstörung in der Vorrichtung und bricht die Gaszufuhr in den Brenner ab. Wenn das für die Spannung zwischen den beiden Elektroden repräsentative Signal dagegen zwischen den beiden vorgegebenen Werten liegt, erfaßt der Fenstervergleichsschwinger die Anwesenheit einer Flamme und läßt die Gaszufuhr in den Brenner zu.
Gemäß speziellen Merkmalen weist die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für Brenner eine Strobe- Abschaltversorgung auf, die so ausgelegt ist, daß sie ein Schaltschütz bzw. ein Elektroventil speist, das Teil der Einrichtung zur Gaszufuhr zum Brenner ist, oder eine Strobe-Abschaltversorgung zur Stromregelung, welche zur Versorgung desselben Elektroventils oder eines zweiten Elektroventils ausgelegt ist. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung diese beiden Stromversorgungen nebeneinander auf, wobei die Strobe-Abschaltversorgung nur dazu verwendet wird, die volle Leistung, die erforderlich ist, um das Schaltschütz in geöffnete Position zu bringen, kurzzeitig zuzuführen, wodurch die Energie der Batterien geschont wird.
Vorzugsweise besteht eine der beiden Elektroden aus dem Brenner.
Dank dieses Merkmals vereinfacht sich die Ausbildung der Vorrichtung und es bereitet die Positionierung der Teile, welche zwischen den Elektroden eine Diode bilden, keinerlei Schwierigkeiten.
Entsprechend ergänzenden Merkmalen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem eine Einrichtung zur Detektierung der Flamme auf, welche mit einer der Elektroden verbunden ist und folgendes umfaßt:
- einen Vergleicher, der zum Empfangen des für die Spannung zwischen den beiden Elektroden repräsentativen Signals und zum Vergleichen des Signals mit einer Sollspannung ausgelegt ist, und
- eine Einrichtung zum Ansteuern des Schwingers unter Berücksichtigung des Ausgangssignals aus dem Vergleicher.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Ausgangssignal aus der Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Schwingers, der zur Funkenbildung dient, in der Lage, dann, wenn das Ausgangssignal aus dem Vergleicher für die Anwesenheit einer Flamme zwischen den beiden Elektroden repräsentativ ist, die Frequenz, mit welcher der Schwinger betätigt wird, zu verringern, wobei die Ansteuereinrichtung im übrigen aus einem einfachen Widerstand bestehen kann.
Dank dieser Anordnung wird die mittlere Spannung am Ausgang des Schwingers verringert und ist der Stromverbrauch der Vorrichtung sehr gering, da die Zündphase, die den größten Stromverbrauch bedeutet, sehr kurz ist, und da im Anschluß an die Zündphase der Betrieb der Vorrichtung ausschließlich dazu dient, die Anwesenheit einer Flamme auf dem Brenner zu überprüfen.
Gemäß den speziellen Merkmalen weist der zur Funkenbildung dienende Schwinger einen primären Transformator und einen Transistor auf, die so ausgelegt sind, daß sie gemeinsam Prüfsignale erzeugen. Gemäß anderen speziellen Merkmalen weist dieser Schwinger einen sekundären Transformator und einen Kondensator auf, welche so ausgelegt sind, daß sie gemeinsam Funken zum Zünden der Flamme zwischen den beiden Elektroden erzeugen.
Wegen dieser Anordnungen wird es besonders einfach, die Vorrichtung in Betrieb zu nehmen.
Aus Gründen der Sicherheit weist der Funkengenerator schließlich vorzugsweise eine Entladefunkenstrecke auf.
Mit Hilfe aller dieser Maßnahmen ist die zum Steuern der Gaszuführeinrichtung nötige Energie ausreichend gering, damit im Normalbetrieb eine Batterie über mehrere Monate hinweg diese Energie zuführen kann. Somit ist keinerlei Anschluß an das Netz erforderlich und es vereinfacht sich die Anlage in erheblichem Maße, da keine elektrischen Installationen vorgesehen werden müssen.
Des weiteren sieht die Erfindung auch eine Heizvorrichtung, beispielsweise einen Boiler oder einen Heizkessel, vor, die sich dadurch auszeichnet, daß sie eine Vorrichtung umfaßt, wie sie schrittweise vorstehend erläutert wurde.
Weitere Vorteile, Zielsetzungen und Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, die nur zur Erläuterung dient und in welcher:
Fig. 1 einen ersten Typus einer Wärmeanlage darstellt, in welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen ist;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung darstellt, mit welcher die vorliegende Erfindung in Betrieb genommen wird und die in die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einbezogen ist;
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung darstellt, mit welcher die vorliegende Erfindung betrieben wird;
Fig. 4 einen zweiten Typus einer Wärmeanlage zeigt, in welcher die in Fig. 3 dargestellte Schaltung vorgesehen ist;
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung zeigt, mit welcher die vorliegende Erfindung umgesetzt wird, und
Fig. 6 einen dritten Typus einer Wärmeanlage darstellt, in welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung einbezogen ist, die ihrerseits die in Fig. 5 dargestellte Schaltung umfaßt.
Die Beispiele zur Ausführung der Erfindung, die nachstehend erläutert werden, kommen bei einer Wärmeanlage zum Einsatz, die mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben wird. Die Erfindung ist jedoch auch leicht bei Wärmeanlagen einsetzbar, die mit anderen Arten von Brennstoffen betrieben werden, beispielsweise flüssigen, festen oder pulverförmigen Stoffen, wobei einfach die üblichen Kenntnisse eines Fachmanns eingesetzt werden.
In Fig. 1 ist eine Wärmeanlage 1 zu erkennen, die einen Gaseinlaß 2, einen Strömungsmitteleinlaß 3, einen Strömungsmittelauslaß 4 und einen Brenner 5 aufweist, der mit dem Gaseinlaß 2 verbunden ist und in thermischer Hinsicht mit einem Strömungsmittelkreislauf 6 in Verbindung bzw. Kontakt steht, der vom Strömungsmitteleinlaß 3 zum Strömungsmittelauslaß 4 führt.
Eine elektronische Schaltung 7, die über eine Stromversorgung 8 gespeist wird, ist mit einer Einrichtung zur Detektierung der Anwesenheit einer Flamme 11 verbunden, die sich in der Nähe des Auslasses eines Zündbrenners 14 befindet, und ferner mit einer Einrichtung zum Zünden der Flamme 9, die sich am Ausgang des Zündbrenners 14 befindet, sowie mit einer Einrichtung 25 zur Gaszuführung, die zwischen dem Gaseinlaß 2 und dem Brenner 5 angeordnet ist, und schließlich an einen Zulaufschalter 13 angeschlossen ist.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist dabei festzustellen, daß die Einrichtung 11 zur Detektierung der Anwesenheit einer Flamme mit der Elektrode 9 verbunden ist, welche somit die Bildung von Funken zum Entzünden der Flamme sicherstellt und gleichzeitig zum Detektieren der Anwesenheit der Flamme dient.
Die Wärmeanlage 1 besteht beispielsweise aus einem Boiler oder einem Heizkessel bekannter Bauart. Der Brenner 5 ist so ausgelegt, daß er die Luft mit dem vom Gaseinlaß 2 kommenden Gas mittels der Gaseinlaßeinrichtung 25 vermischt, um so die ordnungsgemäße Verbrennung des so gebildeten Gemisches sicherzustellen und die Verbrennungsgase über einen Kamin 12 abzieht. Der Brenner 5 ist von bekannter Bauart.
Der Hauptbrenner 5 wird von einem Zündbrenner 14 gezündet, dessen Flamme mittels der Einrichtung 9 zum Zünden der Flamme gezündet wird und auf welchem die Einrichtung 11 zum Detektieren der Flamme die Anwesenheit einer Flamme erfaßt, wobei der Zündbrenner 14 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung auch die Aufgabe der zweiten Elektrode 45 übernimmt.
Das Strömungsmittel, z. B. Wasser, das zwischen dem Strömungsmitteleinlaß 3, wo es eine gegebene Temperatur aufweist, und dem Strömungsmittelauslaß 4 zirkuliert, wo es durch die Flamme des Brenners 5 erwärmt wurde, durchströmt anschließend einen Kreislauf, der von der Wärmeanlage 1 abhängig ist.
Der Gaseinlaß 2 ist entweder mit einem Gasvorrat verbunden oder an ein Gasversorgungsnetz angeschlossen.
Die elektronische Schaltung 7 ist in mehreren Ausführungsformen in den Fig. 2, 3 und 5 dargestellt. Die Stromversorgung 8 umfaßt vorzugsweise eine Batterie oder einen Akkumulator. Sie kann jedoch ggf. auch durch Anschluß an das Stromnetz vervollständigt werden.
Die Einrichtung 11 zum Detektieren der Anwesenheit einer Flamme, die sich in der Nähe des Zündbrenners 14 befindet, ist so ausgelegt, daß sie ein Signal abgibt, das für die Anwesenheit oder das Fehler einer Flamme am Ausgang des Brenners 5 repräsentativ ist. Die Einrichtung 9 zum Zünden der Flamme, die sich am Ausgang des Zündbrenners 14 befindet, ist so ausgelegt, daß sie am Ausgang des Brenners 5 eine Flamme entzündet. Die Einrichtung 25 zur Gaszuführung, die zwischen dem Gaseinlaß und dem Brenner 5 angeordnet ist, wird entweder in der Weise ausgelegt, daß sie das vom Gaseinlaß 2 zum Brenner 5 hin strömende Gas durchströmen läßt, wenn sie geöffnet ist, oder daß sie diesen Strömungsweg sperrt, wenn sie geschlossen ist.
Der Zulaufschalter wird von der Strömungsmenge an Wasser im Kreislauf 6 entsprechend den bekannten technischen Vorkehrungen gesteuert, die hier nicht weiter erläutert werden.
Die elektronische Schaltung 7, die im folgenden anhand der Fig. 2, 3 und 5 beschrieben wird, steuert die Einrichtung 9 zum Zünden der Flamme sowie eine Einrichtung 10 zur Gaszuführung in Abhängigkeit von dem Signal, das von der Einrichtung 11 zum Detektieren der Flamme abgegeben wird.
Fig. 2 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltung 7 dar. Die Schaltung umfaßt bei dem ersten Typus einer Wärmeanlage, der in Fig. 1 dargestellt ist, folgendes:
- die Einrichtung 11 zum Detektieren der Flamme, die durch Erfassen des Ionisierungszustands der Flamme arbeitet (diese Ionisierung der Flamme ist, elektrisch gesehen, ähnlich wie eine Diode) und die aus einem Operationsverstärker IC1, einem Transistor TR2 und zugehören Bausteinen aufgebaut ist, unter denen insbesondere der Widerstand 18 zur Polarisierung des Transistors TR2 ein Signal abgibt, wenn die Flamme am Brenner vorhanden ist;
- einen Funkengenerator 20, der zum einen aus einem "Blockier"-Schwinger 21 besteht, der einen Transistor TR1, einen Transformator T1 und einen Widerstand R1 umfaßt, welcher das Signal, das von der Einrichtung 11 zum Detektieren der Flamme abgegeben wird, empfängt, und zum anderen von einem Zünder 22 mit Entladung eines Kondensators gebildet wird, der eine Diode D1, einen Kondensator C2, eine Entladefunkenstrecke mit Silizium sid1 aufweist, welcher aus einem automatisch ausgelösten Thyristor besteht, der nur zwei Elektroden aufweist, sowie einen Transformator T2, der ein Signal von 1b kV liefert, um über eine Dauer von 5 Mikrosekunden Funken zu erzeugen und das vom "Blockier"-Schwinger 21 kommende Signal übernimmt. Schließlich macht es eine Entladefunkenstrecke E1 möglich, während, der Detektierung der Flamme die Masse zum einen von der Wärmeanlage 1 und zum anderen von der elektronischen Schaltung 7 zu trennen. Der auf diese Weise gebildete "Biockier"-Schwinger erzeugt ein Wechselsignal, das von der Diode gleichgerichtet wird, die aus dem Ionisierungszustand der Flamme besteht. Das gleichgerichtete Signal, das diese Diode verläßt, wird von den Widerständen R4 und R6 sowie einem Kondensator C3 des Flammendetektors 11 integriert und anschließend vom Operationsverstärker IC1 mit einem unveränderlichen Sollwert verglichen, der von den Widerständen R7 und R8 bestimmt wird. Auf diese Weise erfolgen die Untersuchungen zur Feststellung der Anwesenheit einer Flamme in deren Präsenz bei verkürzter Zeitdauer ab, was bei der Batterie Energie spart;
- ein Fenster-Vergleichsschwinger 3, der aus. Operationsverstärkern IC2-a und IC2-b sowie peripheren Bauteilen besteht, empfängt ein Signal, das zwischen dem Widerstand 18 und dem Transistor TR2 abgegriffen wird. Dieser Vergleichsschwinger hat somit zwei Sollwerte, die er von den Polarisierungswiderständen R27 und R28 erhält, und erfaßt die Übergänge des abgegriffenen Signals;
- eine Einrichtung zum Steuern des Schwingers 21 unter Berücksichtigung des Signals, das vom Vergleicher IC1 abgegeben wird, welche bei dem hier beschriebenen und dargestellten Beispiel einen einfachen Widerstand R2 aufweist;
- eine Strobe-Abschaltversorgung 24 bekannter Bauart, wie sie unter der Bezeichnung "Boost" bekannt ist; diese dient der Versorgung der Gaszuführeinrichtung 10, die hier aus dem Elektroventil bzw. Schaltschütz 25 besteht, in positiver Weise. Diese Versorgung besteht aus einem Transistor TR60 einer Spule L60, einer Diode D60 und einem Kondensator C60. Sie liefert Strom mit 30 mW, was ausreicht, um das Schaltschütz 25 in geöffneter Stellung zu halten;
- eine Zeitschalteinrichtung 26, die aus einem Operationsverstärker IC2-c, einem Transistor TR41 und den zugehörigen Widerständen und Kapazitäten besteht, so daß es möglich ist, während einer begrenzten Zeitdauer einen Strom fließen zu lassen, der das Elektroventil 25 in seine geöffnete Stellung bringt, wodurch die Batterien geschont werden;
- eine Strobe-Abschaltversorgung zur Stromregelung 27, die ebenfalls von der bekannten "Boost"-Bauart ist und aus Operationsverstärkern IC2-d und IC3-A, Transistoren TR50, TR51 und TR61, einer Diode D61, einer Spule L61 und einer Zenerdiode 46 besteht und so ausgelegt ist, daß sie den Strom, der das Schaltschütz 25 in seine geöffnete Stellung bringt, zuverlässig liefert. Diese Strobe-Abschaltversorgung liefert eine Leistung von 1 Watt;
- eine Sicherheitseinrichtung als Schutz gegen Rückstauung aus dem Kamin- Bezugszeichen SRC die aus einem Bimetallstreifen mit automatischer Rückstellung besteht und in einer Reihe mit dem Schaltschütz angeordnet ist; diese schaltet in bekannter Weise den Strom ab, sobald eine Stauung erfaßt wird, wobei eine erneute Zündung durch die geringe Leistung verhindert wird, die zum Malten des Schaltschützes benötigt wird und nicht ausreicht, um dieses wieder zu öffnen, wenn sich die Sicherheitseinrichtung zum Schutz gegen Rückstauung wieder schließt.
Dabei ist zu beachten, daß zur Gewährleistung einer zuverlässigen Sicherheit die Strobe-Abschaltvorrichtungen 24 und 27 Spannungen liefern, die höher sind als die Spannung der Spannungsquelle. Bei einer Störung kann das Schaltschütz 25 somit nicht zufällig angesteuert werden.
Die Schaltung mit der Bezeichnung "Zulaufschalter - switch puisage", oben in Fig. 2, stellt eine Einrichtung dar, mit deren Hilfe die Schaltung aus Fig. 2 mit Spannung versorgt wird. Sie steuert einen Zulaufschalter 13 an (Fig. 1), welcher die Zündung anfordert.
Die Fig. 3 und 4 beziehen sich auf eine Wärmeanlage, bei welcher der Hauptbrenner 5 von der Zündeinrichtung 9 direkt gezündet wird und die Flamme auf diesem Brenner von der Einrichtung 11 zum Detektieren der Flamme kontrolliert wird. In diesem Fall dient bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung genau dieser Hauptbrenner auch als zweite Elektrode 45.
In Fig. 3 ist die Anordnung eines Schaltautomaten 30 mit zwei Transistoren TR3 und TR4, zugehörigen Widerständen und einer Sicherung F1 zu erkennen, die mit einem Eingang der Stromversorgung 24 verbunden ist.
Zusammen mit einem Kondensator C20 des Fenstervergleichsschwingers 23 sorgt der Schaltautomat 30 für die Sperrung der Vorrichtung, wenn der Brenner nicht gezündet wird, ehe der Kondensator C20 nicht auf den ersten vorgegebenen Wert des Vergleichsschwingers 23 aufgeladen wurde, wobei die Anlage nur durch Absperren des Zulaufs entriegelt werden kann.
Außerdem bildet bei diesem Ausführungsbeispiel die Zeitschalteinrichtung 26 nicht Teil der elektronischen Schaltung 7. Im Gegenteil empfängt hier eine Schaltung 31 zur Zulassung der höchstmöglichen Leistung, die aus einem Operationsverstärker IC2-e besteht, das gleiche Signal wie der Vergleichsschwinger 23 und gibt ein Signal an die Strobe-Abschaltversorgung zur Stromregelung 27 ab, deren Schaltungsbild schematisch vereinfacht in Fig. 3 dargestellt ist.
Die Vereinfachung der in Fig. 3 dargestellten Strobe- Abschaltversorgung 27 entspricht einer Variante der elektronischen Schaltung zur Stromversorgung, die in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Variante bietet den Vorteil, daß hier ein Anschluß an das Stromnetz vorgenommen werden kann.
Die in Fig. 5 dargestellte elektronische Schaltung 7 ist speziell an die in Fig. 6 dargestellte Wärmeanlage angepaßt.
Fig. 6 stellt dabei einen dritten Typus einer Wärmeanlage dar, in welchem eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen ist, bei der im Vergleich zu Fig. 1 zwei Schaltschütze 42 und 43 (in Fig. 5 dargestellt) anstelle des Elektroventils 25 zum Einsatz kommen und bei welcher eine elektronische Schaltung 7, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, die Schaltschütze in Abhängigkeit von Stromsignalen und der jeweiligen Position des Schalters steuert, die der Anforderung der Zündung oder des Zulaufs sowie der Zündelektrode entspricht.
Auch in Fig. 5 finden sich folgende Einrichtungen wieder:
- die Einrichtung 11 zum Detektieren einer Flamme;
- der Funkengenerator 20, der zum einen aus einem "Blockier"-Schwinger 21 und zum anderen aus einem Zünder 22 mit Entladung des Kondenstors C2 besteht;
- der Fenster-Vergleichsschwinger 23, der identisch wie der in Fig. 2 dargestellte Schwinger ist, allerdings mit dem Unterschied, daß eine Diode 44 zusätzlich parallel zum Widerstand R21 am Eingang der Vergleicherschaltung vorgesehen ist;
- die Strobe-Abschaltversorgung 24, welche ein primäres Schaltschütz 43 speist;
- eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz vor Rückstauung aus dem Kamin, die mit SRC bezeichnet ist und in Reihe mit dem primären Schaltschütz 43 liegt; sowie
- die Strobe-Abschaltversorgung 27 zur Stromregelung, welche ein sekundäres Schaltschütz 42 versorgt.
Zu diesen in Fig. 2 vorgesehenen Elementen kommen noch die folgenden hinzu:
- Eine Schaltung zum Zulassen der höchstmöglichen Leistung 31, die einen Operationsverstärker IC2-e aufweist, dessen Invertiereingang eine vorgegebene konstante Spannung übernimmt und dessen nicht-invertierender Eingang das Signal empfängt, das in den Fenster-Vergleichsschwinger 23 eintritt. Das Ausgangssignal der Zulassungsschaltung 31 tritt in die Versorgungsschaltung 27 ein.
- Eine Regelschaltung 40, welche einen Operationsverstärker 41 aufweist, dessen Invertiereingang ein Signal übernimmt, das zwischen dem sekundären Schaltschütz 42 und einem Widerstand R13 abgegriffen wird, der mit Masse verbunden ist. Der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 41 übernimmt eine vorgegebene unveränderliche Spannung, die einem Regelsollwert entspricht. Das Ausgangssignal der Regelschaltung 40 tritt in den Stromversorgungskreis 27 zusammen mit dem Signal ein, das aus der Leistungszulas-sungsschaltung 31 kommt.
Um die Sicherheit zu gewährleisten, mit der die Flamme am Schaltschütz erfaßt wird, werden die folgenden Grundsätze herangezogen:
- Das Signal der Detektierung der Flamme wird in der Regelschleife der Ionisierung der Flamme abgegriffen. Der Vergleicher, der den Operationsverstärker IC1 umfaßt, setzt einen Sollwert für das Flammensignal fest und unterbricht dabei den Schwinger 21, der den Transformator T21 und den Transistor TR1 umfaßt, wenn das Signal einen höheren Wert als der Sollwert aufweist, und gibt ihn frei, wenn das Signal einen geringeren Wert als der Sollwert aufweist. Somit steuert er die Funkenbildung am Brenner 5.
- Die Validierung des Flammensignals erfolgt mit Hilfe des Fenster-Vergleichsschwingers 23: die Operationsverstärker IC2-a und IC2-b bilden zusammen einen Schwinger, der erst dann starten kann, wenn das Signal am Eingang von IC2-a innerhalb des Bereichs liegt, der von den Polarisierungswiderständen R27 und R28 definiert wird. Dieser Schwinger ist positiv: kein Bauelementenfehler kann ihn zum Schwingen bringen, wenn das Eingangssignal nicht innerhalb des definierten Bereichs liegt.
- Die Strobe-Abschaltversorgung 24 vom Typus "Boost" erzeugt eine Spannung, die höher ist als die Versorgungsspannung, die nötig ist, um das Schaltschütz 25 offenzuhalten. Die Energie, die in der Spule L60 gespeichert ist, wenn der Transistor TR60 gesättigt ist, ist gesperrt.
Dieses System kann nur dann funktionieren, wenn alle Bauelemente aktiv sind, und infolgedessen kann ein Bauelementenfehler die Stromzufuhr zum Schaltschütz 25 nicht unterbrechen, wenn kein dynamisches Signal an der Basis des Transistors TR60 anliegt.
- Die Zeitschalteinrichtung 26 läßt absolut sicher die Betätigung der Strobe-Abschaltversorgung 27 nur während einer begrenzten Dauer unter Berücksichtigung der vollen Leistung zu, die erforderlich ist, um das Schaltschütz in seine geöffnete Stellung zu bringen, wodurch es möglich wird, die Batterien zu schonen. Die Zeitschaltung wird dadurch initialisiert, daß der Operationsverstärker IC2-h in Schwingung übergeht.
- Die Strobe-Abschaltversorgung 27 wird von dem Operationsverstärker IC2-d erregt, welcher die Lade- und Entladespannung des Kondensators C22 des Fenster-Vergleichsschwingers 23 verwendet. Der Strom im Schaltschütz 25 wird durch den Widerstand R64 im Zusammenwirken mit der Zenerdiode 46, mit dem Operationsverstärker IC3-A und den anderen zugeordneten Widerständen geregelt. Der Operationsverstärker IC3-A wirkt auf das Zyklusverhältnis des quadratischen Signals ein, das vom Operationsverstärker IC2-d erzeugt wird.
Für die Sicherheit gegen eine Rückstauung aus dem Kamin wird mittels eines (hier nicht dargestellten) Bimetallstreifens gesorgt, der in einem (hier nicht dargestellten) Zugunterbrechergehäuse angeordnet ist. Dieser Streifen unterbricht den Strom im Schaltschütz 25 während einer Rückstauung der Gase im Kamin, was die Schließung des Schaltschützes 25 hervorruft. Während des Schließens des Bimetallstreifens wird dabei von dem schwachen Haltestrom, der von det Stromversorgung 24 abgegeben wird, ein erneutes Öffnendes Schaltschützes 25 verhindert. Um ein erneutes Öffnen des Schaltschützes 25 zu gestatten, muß der Zulauf gesperrt werden und entsprechend der vorstehend dargestellten funktionsweise erneut der Zulauf angefordert werden.
- Zur direkten Zündung des Brenners 5 (vgl. Fig. 4) muß eine Zeitschaltung verwendet werden, welche die Öffnungszeit des Elektroschützes 25 sehr sicher auf mindestens 5 s begrenzt (Dauer, die unter der Bezeichnung "Zündsicherheitszeit" bekannt, ist); dies wird mit Hilfe des Kondensators C20 erreicht, der während einer Zündanforderung progressiv geladen und während der Detektierung einer Flamme auf dem Sollwert gehalten wird. Sofern die am Kondensator C20 anliegende Spannung innerhalb des Betriebsbereichs des Schwingers 23 liegt, arbeitet dieser. Wenn dagegen vor der vollständigen Aufladung des Kondensators G20 eine Detektierung der Flamme nicht erfolgt, läuft dessen Spannung aus dem Bereich des Schwingers hinaus und hält somit der Schwinger an.
- Das Schaltschütz 25 wird ab Beginn der Zulaufanforderung mit Strom versorgt, wenn die Ladespannung des Kondensators C20 den unteren Grenzwert des Sollwertbereichs des Schwingers überschritten hat.
Bei den in den Fig. 3 und 5 dargestellten Varianten macht man sich zur Sperrung der Vorrichtung in den Fällen, in denen das Fehlen einer Flamme vor Ablauf der von der Zeitschalteinrichtung definierten Sicherheitszeit festgestellt wird, den Umstand zunutze, daß sich der Schwinger 23 bei vollständiger Aufladung des Kondensators C20 in der oberen Stellung blockiert, was eine Dauersättigung des Transistors TR60 und dann des Transistors TR3 hervorruft, wobei dieser seinerseits den Transistor TR4 blockiert. Diese Sperrung wird vom Widerstand R10 aufrechterhalten, solange das System mit Strom versorgt wird, auch wenn der Schwinger erneut kippt. Eine Sicherung F1 gewährleistet die Sperrung im Falle eines Kurzschlusses eines Transistors, wobei im Augenblick des Ausfalls der Strom im Transistor TR60, in der Spule L60 und im Transistor TR4 sehr beträchtlich wird.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kontrolle der Zündung eines Brenners zu zwei Zeitpunkten eingesetzt werden, was eine Sicherheitszeit von 10 Sekunden ermöglicht. Zu diesem Zweck setzt man:
- ein zweites Schaltschütz 42 ein, das die hohe Leistung ermöglicht, sobald die Flamme vorhanden ist, oder
- ein Schaltschütz mit Doppel klappe.
Zu diesem Zweck wird entweder der Schaltkreis IC2-d/TR50/TR51/TR61/D61 oder ein anderer vergleichbarer Schaltkreis eingesetzt; um das zweite Schaltschütz 42 anzusteuern (oder den Strom für die große Klappe zuzuführen).
Die Erfassung einer hohen Leistung wird durch einen Operationsverstärker IC2-e gewährleistet, der die Weiterleitung des Flammensignals bei der für die Anwesenheit einer Flamme charakteristischen Spannung erfaßt und den Betrieb des zweiten "Boost"-Elements 27 ermöglicht.
Das zweite "Boost"-Element 28 (das in Fig. 5 in vereinfachter Form dargestellt ist) kann auf einen unveränderlichen Stromwert eingeregelt oder von einem Stromregelsystem gesteuert werden (vgl. die Steuerung der Spannung Vref an den Klemmen der Zenerdiode 46 in Fig. 2).
Somit ist der Stromkreis zur Stromversorgung, der die beiden Strobe-Abschaltversorgungen 24 und 27 umfaßt, in der Weise angepaßt, daß er zwischen den Klemmen der aus dem Schaltschütz 25 bzw. den Schaltschützen 42 und 43 bestehenden Gaszuführeinrichtung eine Spannung anlegt, die höher ist als die Ausgangsspannung der Stromversorgung, und zwar in der Weise, daß eine ggf. aufgetretene Betriebsstörung des Stromkreises zur Stromversorgung den Durchfluß von Gas durch die Gaszuführeinrichtung verhindert.
Hierbei ist festzustellen, daß mit diesen Systemen die europäischen Normen eingehalten werden, die für Steuerungs- und Sicherheitssysteme bei Geräten gelten, die mit gasförmigen Brennstoffen betrieben werden, nämlich die Normen EN 298 und EN 26.

Claims

1. Sicherheitsvorrichtung eines Brenners zur Zündung der Flamme, zur Detektierung der Flamme und zur Steuerung der Gaszufuhr, welche einen Funkengenerator (20) aufweist, der einen zur Erzeugung eines Wechselsignals geeigneten Schwinger (21) umfaßt, welches zwischen zwei in der Nähe des Brenners angeordneten Elektroden (9, 45) in der Weise erzeugt wird, daß zwischen den beiden Elektroden (9, 45) Funken gebildet werden, wobei die Funken zum Zünden einer Flamme auf dem Brenner (5, 14) geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie einerseits einen Fenster-Vergleichsschwinger (23) aufweist, der zum Empfangen eines für die Spannung zwischen den beiden Elektroden (9, 45) repräsentativen Signals und zum Vergleichen des Signals mit zwei Sollspannungen ausgelegt ist, und andererseits eine Einrichtung (25, 42, 43) für die Gaszufuhr zum Brenner (5, 14), welche von dem Fenster-Vergleichsschwinger (23) in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs steuerbar ist.

2. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Strobe-Abschaltversorgung (24) aufweist, welche zur Versorgung eines Elektroventils (25, 43) vorgesehen ist, das Teil der Einrichtung zur Gaszufuhr zum Brenner (5) ist.

3. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Strobe-Abschaltversorgung zur Stromregelung (27) aufweist, welche zur Versorgung eines Elektroventils (25, 42) vorgesehen ist, das Teil der Einrichtung zur Gaszufuhr zum Brenner (5) ist.

4. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (45) aus dem Brenner (5, 14) besteht.

5. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren eine Einrichtung zur Detektierung der Flamme (11) aufweist, welche mit der Elektrode (9) verbunden ist und folgendes umfaßt:

- einen Vergleicher (IC1), der zum Empfangen des für die Spannung zwischen den, beiden Elektroden (9, 45) repräsentativen Signals und zum Vergleichen des Signals mit einer Sollspannung ausgelegt ist, und

- eine Einrichtung (R2) zum Ansteuern des Schwingers (21) unter Berücksichtigung des Ausgangssignals aus dem Vergleicher (IC1).

6. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal aus der Ansteuereinrichtung (R2) in der Lage ist, die Frequenz, mit welcher der Schwinger (21) betätigt wird, zu verringern, wenn das Ausgangssignal aus dem Vergleicher (IC1) für die Anwesenheit einer Flamme zwischen den beiden Elektroden (9, 45) repräsentativ ist.

7. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinrichtung (R2) aus einem einfachen Widerstand besteht.

8. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (21) einen primären Transformator (T1) und einen Transistor (TR1) aufweist, welche so ausgelegt sind, daß sie gemeinsam Prüfsignale generieren.

9. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger einen sekundären Transformator (T2) und einen Kondensator (C2) aufweist, welche so ausgelegt sind, daß sie gemeinsam Funken zum Zünden der Flamme zwischen den beiden Elektroden (9, 45) erzeugen.

10. Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Funkengenerator (20) des weiteren eine Entladefunkenstrecke (E1) aufweist.

11. Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Sicherheitsvorrichtung für Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.