Elektrischer Flammenwächter In Brennereinrichtungen zur Verfeuerung von gas förmigen, flüssigen oder pulverförmigen Brennstoffen werden elektrische Flammenwächter verwendet, welche die Flamme kontrollieren und zur Überwachung und Steuerung der Brennereinrichtung dienen. Zur Kon trolle der Flamme ist vorgeschlagen worden, eine in den Brennraum des Brenners eintauchende Sonde zu verwenden, mittels welcher die durch die Flamme erzeugte lonisation gemessen wird.
Da die über die Sonde fliessenden elektrischen Ströme grössenordnungs mässig nur einige Mikroampere betragen, ist die Sonde an einen elektronischen Verstärker angeschlossen, in dessen Ausgangskreis sodann elektrornechanische Relais eingeschaltet sind, welche das jeweils ge wünschte Steuerungs- und Überwachungsprogramm vollziehen.
An den elektronischen Verstärker werden schwer zu erfüllende Anforderungen gestellt. Bei Verwendung üblicher Hochvakuumröhren ist wegen ihres ver gleichsweise nicht sehr hohen Eingangswiderstandes ein mehrstufiger Verstärker unerlässlich. Abgesehen vom hohen Aufwand an Einzelteilen ist es bei einem mehrstufigen elektronischen Verstärker schwierig, den selben in die Selbstüberwachung des Flammenwächters einzubeziehen. Um ferner die erforderliche Betriebs sicherheit des elektronischen Verstärkers zu erhalten, sind in der Regel Spezialröhren erforderlich.
Es ist daher aus diesen und anderen Gründen vermittels der bisher bekannten Flammenwächter nur bei verhältnis mässig kostspieligem Aufbau derselben möglich, die an sie gestellten Anforderungen zu erfüllen und ins besondere ein auch im Betrieb stark schwankendes Flammenbild vermittels einer Sonde über einen grossen Bereich zu überwachen.
Die vorliegende Erfindung befasst sich demgemäss mit einem elektrischen Flammenwächter zur Über wachung und Steuerung von Brennereinrichtungen, bei welchem wenigstens eine in den Brennraum des Brenners eintauchende Sonde zur Überwachung der Flamme, eine Verstärkereinrichtung mit wenigstens einer Elektronenröhre zur Verstärkung der an der Sonde auftretenden Sondenströme sowie eine Mehrzahl von elektromechanischen Relais für die betriebsmässige Ein- und Ausschaltung der Brennereinrichtung und für die Abschaltung derselben im Falle einer Störung vorgesehen ist,
wobei wenigstens eines dieser Relais in Abhängigkeit von dem durch eine Elektronenröhre fliessenden Hauptentladungsstrom betätigt wird. Der erfindungsgemässe Flammenwächter ist dadurch ge kennzeichnet, dass als Elektronenröhre eine Gas- entladungsröhre mit Starterelektrode dient, an welch letzterer die Sonde angeschlossen ist, dass die Sonde über einen Hocholmiwiderstand eine solche Vorspan- nung erhält, bei welcher die Gasentladungsröhre zündet, wenn die Flamme des Brenners nicht brennt,
dass die Vorspannung der Sonde und auch die Anoden spannung der Gasentladungsröhre <B>je</B> eine Gleichspan nung ist und dass das in Abhängigkeit vom Haupt- entladungsstrom der Gasentladungsröhre betätigte Relais wenigstens einen Kontakt aufweist, vermittels welchem eine Löschvorrichtung ein- und ausgeschaltet wird, welche die Gasentladungsröhre jeweils nach einer Verzögerungszeit löscht und darauf die Neu zündung der Gasentladungsröhre wieder freigibt.
Da bei sind vorzugsweise die Stromkreise der Gas- entlad-ungsröhre und der Löschvorrichtung derart gegeneinander verriegelt, dass das abwechselnde Zün den und Löschen der Gasentladungsröhre so lange erfolgt, bis die Flamme des Brenners gezündet hat oder die Brennereinrichtung infolge einer Störung stillgesetzt worden ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei die für das Verständnis der Erfindung nicht unbedingt erforderlichen Einzelheiten aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht veranschaulicht sind.
Die Brennereinrichtung weist in bekannter Weise ein Flammenrohr <B>D,</B> einen das Gebläse und Brenn stoffpumpe antreibenden Elektromotor<B>G,</B> einen die Zündelektroden speisenden Zündtransformator Z so wie ein elektrornagnetisch gesteuertes Ventil B zur Freigabe und zum Absperren der Brennstoffzufuhr auf. Die Vorlauftemperatur oder Zimmertemperatur wird mittels des Thermostaten T überwacht, dessen Kon- tak T, geöffnet ist, wenn die Vorlauftemperatur oder Zimmertemperatur den Sollwert übersteigt, während .der Kontakt T, sich schliesst, sobald die Vorlauf temperatur oder Zimmertemperatur unter den Sollwert absinkt.
Die Überwachung der Flamme<B>1</B> des Brenners erfolgt mittels einer in sie eintauchenden Sonde 2, die vermittels des Durchführungsisolators<B>3</B> aus dem Brennergehäuse isoliert nach aussen geführt wird.
Der elektrische Teil des Flammenwächters besteht im wesentlichen aus drei Einheiten, und zwar aus der Verstärkereinrichtung I, der Löschvorrichtung <B>11</B> und der Schalteinheit III. An die Klemmen 4 und<B>5</B> des Flammenwächters wird wie üblich das Wechselstrom netz von beispielsweise 220 Volt angeschlossen, und es ist angenommen, dass die eine Klemme 4 direkt mit dem Flammenrohr <B>D</B> der Brennereinrichtung verbun den werden kann, so dass sich ein Zwischentransforma tor erübrigt.
Die Verstärkereinrichtung <B>1</B> weist einen nur ein stufigen Verstärker auf, der durch eine Gasentladungs- röhre <B>6</B> mit Starterelektrode gebildet wird.
Die Sonde 2 liegt unmittelbar an der Starterelektrode der Röhre<B>6</B> und erhält über einen Hochohmwiderstand <B>7</B> von beispielsweise etwa 1011 Ohm eine positive Vorspannung gegenüber der Kathode der Röhre<B>6</B> und damit auch gegenüber dem Flammenrohr <B>D.</B> Diese Gleichspan nung wird vermittels des in der Löschvorrichtung H enthaltenen Gleichrichters<B>8</B> erhalten und durch den Filterkondensator<B>9</B> geglättet.
Im Anodenkreis der Röhre<B>6,</B> welcher gleichfalls durch die vorerwähnte Gleichspannung gespeist wird, ist noch die Erreger wicklung eines elektromagnetischen Relais F einge schaltet<B>'</B> welches die Kontakte F, bis F, aufweist. Zwischen der Starterelektrode und der Kathode der Röhre<B>6</B> ist noch ein Kondensator<B>10</B> zur Lieferung der Steuerleistung eingeschaltet.
Die dargestellte Löschvorrichtung <B>11</B> arbeitet vor wiegend mit elektronischen Hilfsmitteln. Sie weist eine weitere Gasentladungsröhre 12 mit Starterelektrode auf und ihre Anode ist über den Kontakt F, und den Kondensator<B>13</B> mit der Anode der Röhre<B>6</B> der Verstärkereinrichtung <B>1</B> elektrisch gekoppelt. Die Anode der Röhre 12 liegt an einem Abgriff des aus Ohmschen Widerständen 14 und<B>15</B> bestehenden Spannungsteilers, der seinerseits an der vom Gleich richter<B>8</B> gelieferten Gleichspannung liegt.
Von der Starterelektrode der Röhre 12 führt ein Widerstand<B>16</B> zum Pluspol der vom Gleichrichter<B>8</B> erzeugten Gleichspannung sowie ein Kondensator<B>17</B> zur Ka thode der Röhre 12. Bei geöffnetem Kontakt T, des Thermostaten T ist der Kondensator<B>17</B> vermittels der Relaiskontakte Al und F2 kurzgeschlossen. Ein mit der Anode der Röhre 12 verbundener weiterer Ohm- scher Widerstand<B>18,</B> der in Reihe mit dem Relais kontakt<B>A,</B> liegt, ergänzt die Löschvorrichtung<B>11.</B>
Die Schalteinheit III hat ein elektromagnetisches Relais<B>A,</B> welches die Kontakte<B><I>A, A, A, A,</I></B> aufweist. Der Kontakt<B>A,</B> dient als Selbsthaltekontakt, sobald das Relais<B>A</B> erstmals angezogen hat; der Kontakt A4 bewirkt die betriebsmässige Ein- und Ausschaltung des Brennstoffventils B. In Reihe mit dem Kontakt F, und dem Ohmschen Widerstand<B>19</B> sind die Heiz- elemente von zwei Thermorelais <B>U</B> und<B>S</B> geschaltet, von welchen das Thermorelais <B>U</B> die Kontakte<B>U,</B> und U, betätigt.
Spricht das Thermorelais <B>U</B> nach Auf heizung seines Heizelementes an, so wird der Kontakt U, geöffnet und der Kontakt<B>U,</B> geschlossen. Das weitere Thermorelais <B>S</B> hat einen bei kaltem Heiz- element geschlossenen Kontakt<B>S,</B> der in Reihe mit der Anschlussklemme <B>5</B> liegt.
Hat das Relais<B>S</B> ange sprochen, so öffnet sich der Kontakt<B>S"</B> und die Ver- riegelungstaste <B>S,</B> fällt ein, so dass der Kontakt S" geöffnet bleibt, auch wenn sich das Heizelement des Thermorelais <B>S</B> wieder abgekühlt hat. Erst durch manuelles Zurückziehen der Verriegelungstaste S" wird der Kontakt S, wieder geschlossen. Im übrigen ist die Verzögerungszeit, mit welcher das Thermorelais <B>S</B> anspricht, ein Mehrfaches der Verzögerungszeit, mit welcher das andere Thermorelais <B>U</B> anspricht.
Der Zündtransformator Z wird vermittels der Kontakte F4 und<B>U2</B> geschaltet.
Wird nun bei stillgesetzter Brennereinrichtung, <B>d.</B> h. bei nicht vorhandener Flamme<B>1,</B> der Kontakt T, des Thermostaten T geschlossen, so läuft sofort der Gebläsemotor <B>G</B> des Brenners an. Der Gleichrichter<B>8</B> erzeugt die zum Betrieb der Verstärkereinrichtung <B>1</B> und der Löschvorrichtung II erforderliche Gleich spannung. Die Röhre 12 der Löschvorrichtung kann jedoch nicht zünden, da ihre Starterelektrode über die noch geschlossenen Kontakte<B>A,</B> und Fg, mit der Kathode verbunden bleibt.
Ist die Isolation der Sonde 2 in Ordnung und brennt die Flamme<B>1</B> nicht, so wird der Kondensator<B>10</B> über den Widerstand<B>7</B> aufgeladen, bis die Starterelektrode der Röhre<B>6</B> das zur Zündung der Hauptentladung erforderliche Potential erreicht hat. Sobald die Röhre<B>6</B> gezündet hat, zieht das Relais F an. Damit werden die Kontakte<I>F" F,</I> F4, <I>F, F,</I> geschlossen und die Kontakte F2, F.5 geöffnet.
Der Kondensator<B>10</B> wird durch F, entladen, die Zünd vorrichtung bzw. der Zündtransformator Z durch F4 eingeschaltet, und durch F, werden die beiden Thermo- relais <B>U</B> und<B>S</B> aufgeheizt. Nach einer bestimmten Verzögerungszeit spricht nun das Thermorelais <B>U</B> an, und es wird der Kontakt U, geöffnet und der Kontakt <B>U2</B> geschlossen. Damit erhält nun das elektromagneti sche Relais<B>A</B><I>über</I> F4, <B>U,</B> und den Widerstand<B>19</B> Spannung. Sein Anker zieht an, und die Kontakte<B><U>A.,</U></B> <B><I>A,</I></B><I> A4</I> werden geschlossen, während der Kontakt<B>A,</B> sich öffnet.
Der Kontakt A3 wirkt als Selbsthalte- kontakt; vermöge des geschlossenen Kontaktes A4 wird das Brennstoffventil B geöffnet. Gleichzeitig wird wegen der offenen Kontakte<B>A,</B> und F, der Konden sator<B>17</B> durch den Widerstand<B>16</B> langsam aufgeladen. Diese Schaltfunktionen können jedoch nur ausgeführt werden, sofern die beiden Thermorelais <B>U</B> und<B>S</B> ordnungsgemäss arbeiten, d.h. wenn keines derselben eine etwa ausgebrannte oder unterbrochene Heiz- wicklung aufweist.
Erreicht die Starterelektrode der Röhre 12 die Zündspannung, so wird beim Zünden der Röhre 12 an ihrer Anode eine auf die Brenn spannung verminderte Spannung entstehen. Dieser in negative Richtung weisende Spannungssprung wird über den Kondensator<B>13</B> auf die Anode der brennen den Röhre<B>6</B> übertragen, so dass diese gelöscht wird. Der Hauptentladungsstrom der Röhre<B>6</B> verschwindet, und die Erregerwicklung des Relais F wird stromlos, so dass die Kontakte F, bis F, wieder in die gezeichnete Ausgangslage zurückkehren.
Wegen des Selbsthalte- kontaktes <B>A,</B> verbleiben aber die Kontakte<B>A,</B><I>bis<B>A,</B></I> in der zuletzt erwähnten Stellung. Hat nun die Flamme <B>1</B> noch nicht gezündet, so wird sich der Kondensator<B>10</B> neuerdings aufladen, bis die Röhre<B>6</B> von neuem zündet. Mit dem Zünden der Röhre<B>6</B> wird wegen des sich wiederum schliessenden Kontaktes F, die noch brennende Röhre 12 durch die Wirkung des Konden- sators <B>13</B> gelöscht, bis sie schliesslich nach Ablauf der Aufladezeit des Kondensators<B>17</B> ebenfalls wieder zündet und damit die Röhre<B>6</B> löscht.
Dieses Spiel wiederholt sich so lange, bis entweder das Thermo- relais <B>S</B> anspricht und die ganze Einrichtung ver mittels des Kontaktes<B>S,</B> vom Netz abschaltet, oder bis die Flamme<B>1</B> brennt. Brennt die Flamme<B>1,</B> so wird wegen ihrer Leitfähigkeit der Kondensator<B>10</B> elektrisch überbrückt, so dass er sich nicht mehr auf die zur Zündung der Röhre<B>6</B> erforderliche Spannung aufladen kann. Sobald daher die Röhre<B>6</B> nicht mehr zündet, kehren die Kontakte F, bis F, endgültig in die gezeichnete Stellung zurück, während die Kon takte<B>A,</B> bis A4 geschlossen und der Kontakt<B>A,</B> ge öffnet bleibt.
Das Thermorelais <B>U</B> kühlt sich dem entsprechend ab, und nach einer gewissen Zeit wird der Kontakt<B>U,</B> geöffnet und der Kontakt<B>U,</B> ge schlossen. Das Öffnen von<B>U2</B> bewirkt das Abschalten des Zündtransformators Z. Durch das Schliessen von U, wird nun aber eine Wechselspannung über<B><I>A, U,</I></B> F5, <B>A2</B> auf die Anode der noch brennenden Röhre 12 gegeben, so dass diese nunmehr ebenfalls noch end- g ülti <B>g</B> gelöscht wird.
Eine Wiederzündung der Röhre 12 ist wegen des geschlossenen Kontaktes F2 verunmög- licht. Damit ist der Betriebszustand der Brenner- einrichtung und des Flammenwächters erreicht.
Sollte im geschilderten Betriebszustand die Flamme <B>1</B> aus irgendwelchen Gründen erlöschen, so läuft das beschriebene Programm von neuem an, bis entweder die Flamme<B>1</B> wieder brennt oder das Thermorelais <B>S</B> die Anlage wegen Störung vom Netz abschaltet und stillsetzt. Ist ferner zum Beispiel eine der beiden Röhren <B>6</B> oder 12 defekt, so wird entweder das Steuerpro gramm gar nicht durchgeführt oder das Thermorelais <B>S</B> wird nach Ablauf seiner Aufheizzeit die Brenner- einrichtung wieder abschalten. Der elektrische Teil des Flammenwächters führt daher eine weitgehende Selbstüberwachung aus.
Besonders vorteilhaft ist, dass die beiden Röhren<B>6</B> und 12 nur während des An- laufens in gegebenenfalls intermittierender Weise bren nen, um dann während des ordnungsgemässen Betrie bes der Brennereinrichtung gelöscht zu werden. Da durch wird eine erhebliche Verlängerung der Ge brauchszeit der Röhren<B>6</B> und 12 bewirkt.
An sich sind verschiedene Varianten der beschrie benen Einrichtung möglich. Beispielsweise könnte die Löschvorrichtung <B>11</B> anstelle der Röhre 12 ein Thermo- relais enthalten, dessen Kontakte zwecks Löschung der Röhre<B>6</B> deren Hauptentladungsstromkreis unter brechen und nachher wieder schliessen. Eine Elek tronenröhre 12 und die wenigen ihr zugeordneten elektrischen Einzelteile nehmen jedoch erheblich weni ger Raum ein, als ein zuverlässig arbeitendes Thermo- relais, so dass die dargestellte rein elektronisch arbei tende Löschvorrichtung II sich als überlegen erwiesen hat.
Ferner wäre es denkbar, für die Röhren<B>6</B> und 12 nicht Glimmentladungsröhren mit kalter Kathode, sondern Gasentladungsröhren mit geheizter Kathode und Steuergitter einzusetzen. Die angestrebte Selbst überwachung des Flammenwächters ist dann aber nicht so einfach zu verwirklichen wie bei Anwendung von Glimmentladungsröhren mit kalter Kathode und Starterelektrode. Im Interesse einer hohen Strom verstärkung der Verstärkereinrichtung <B>1</B> bietet schliess lich die Anwendung einer Gleichspannung zum Betrieb der Glimmröhre<B>6</B> und der Sonde 2 erhebliche Vor teile, und man kann dann mit einer nur einstufigen Verstärkung auskommen.