DE1551961C - Vorrichtung zur Flammenüberwachung - Google Patents

Description

Bei der Flammenüberwachung ist die sogenannte tung zugeführt werden, und besteht darin, daß die Eigensicherheit der Überwachungsvorrichtung von Temperaturfühler etwa gleiche thermische Ansprechgroßer Bedeutung, d.h., ein Fehler in der Über- empfindlichkeit aufweisen und die Uberwachungswachungsvorrichtung einer Brenneranlage darf nicht vorrichtung sowohl beim Unterschreiten als auch. das ordnungsgemäße Vorhandensein einer Flamme S beim Überschreiten des Sollwertbereiches anspricht, vortäuschen können. Man hat auf verschiedene Weise Nimmt man an, daß die beiden Temperaturfühler,

versucht, diese Eigensicherheit zu gewährleisten. So .. beispielsweise zwei Thermoelemente in zwei unterbind Schaltungen bekannt, welche die Gleichrichter- schiedliche Temperaturzonen einer. Flamme einwirkungeinesFlammenfühlers(USA.-Patent2448503) tauchen,-so wird sich am Ausgang diese Uber- oder eines diesem unmittelbar zugeordneten Gleich- io wachungsschaltung ein Signal einstellen, welches der richters (deutsches Patent 1055690) ausnutzen, Temperaturdifferenz proportional ist. Die angeso daß auch bei Kurzschlüssen in den Zuleitungen schlossene Überwachungsvorrichtung wird auf den kein das Vorhandensein der Flamme vortäuschendes Sollwert dieser Temperaturdifferenz, also auf eine Signal abgegeben werden, kann, weil, die Gleich- bestimmte Ausgangsspannung der Fühlerschaltung richterwirkung fehlt. Zum anderen sind Schaltungen 15 eingestellt. Erlischt die Flamme, so nehmen beide . (deutsche Patente 1057 505, 1169 340, 1238 811) Thermoelemente dieselbe Temperatur, nämlich die bekannt, welche in periodischen Abständen in den der Brennkammer, an, so daß die Spannungsdifferenz Überwachungskreis Kontrollsignale einspeisen und verschwindet. Auch beim Bruch eines Thermodiese auswerten. elementes wird die Ausgangsspannung der Fühler-

Weiterhinist eine thermoelektrischeZündsicherungs- 20 schaltung zu Null. Das gleiche gilt für den Fall des einrichtung mit zwei einander entgegengeschalteten Kurzschlusses beider Thermoelemente. Tritt in nur Thermoelementen bekannt (USA.-Patent 2 385 530), einem der Thermoelemente ein Kurzschluß auf, so von denen das eine der Flamme unmittelbar aus- entspricht die Ausgangsspannung der Fühleranordgesetzt ist, während das andere hinter einer die nung nunmehr der Thermospannung des einen Flamme fernhaltenden Stauscheibe angeordnet ist. 25 Thermoelements und nicht mehr der Differenz der Man erreicht hierdurch, daß beim Zünden der beiden Thermospannungen. Auch hier ergibt sich Flamme die volle Thermospannung des der Flamme also eine Abweichung vom Sollwertbereich, welche unmittelbar ausgesetzten Thermoelements am Ma- angezeigt oder zur Auslösung von Alarm oder Sichergneten der Zündsicherungseinrichtung liegt und diese heitsvorrichtungen verwendet werden kann, zum Ansprechen bringt, während mit der allmäh- 30 Ähnlich liegen die Verhältnisse, wenn man den liehen Erwärmung des anderen Thermoelements die einen Temperaturfühler in die Flamme eintaucht und von diesem gelieferte Thermospannung der des ersten _; den anderen die Brennkammertemperatur und damit entgegenwirkt und diese auf den zum Halten des die Rückstrahlung der Kammerwände messen läßt. Magneten benötigten Wert reduziert. Die erstrebte Ein Mangel bekannter Flammenüberwachungsvor-Eigensicherheit, d. h. die Sicherheit gegen Fehler in 35 richtungen mit Temperaturfühler liegt ja bekanntlich der Überwachungsvorrichtung selbst, wird auch mit darin, daß der Temperaturfühler nicht zu unterdieser Anordnung nicht erreicht, weil bei einem scheiden vermag, ob die ihm zugeführte Wärme-Kurzschluß eines der Thermoelemente die volle energie von einer Flamme oder durch die Rück-Thermospannung des anderen am Magneten der strahlung erhitzter Kammerwände herrührt. Es ist Zündsicherungseinrichtung, steht und selbst dann 40 aber zu spät, wenn das Erlöschen einer Flamme erst noch erhalten bleibt, wenn die Flamme erloschen gemeldet wird, wenn sich die Brennkammer ab- und das betreffende Thermoelement nur noch der kühlt. Dieser Nachteil hat der Anwendung von Rückstrahlung der Kammerwände ausgesetzt ist. Thermoelementen zur Überwachung von Brennern

Ferner ist eine Überwachungseinrichtung für ,.öl- bisher._; Grenzen., gesetzt und vielfach den Einsatz brenner bekannt (USA.-Patent 2 592 086), beLwel- 45 komplizierter, auf dem Ionisationsprinzip beruhender eher zwei aus je einem Thermoelement bestehende oder mit optischen Mitteln, arbeitender Über-Temperaturfühlerunmittelbargegeneinandergeschaltet wachungsvorrichtungen erforderlich gemacht. Gerade : sind und die beiden Verbindungsstellen auf unter- die optischen Überwachungseinrichtungen bedürfen schiedlichen Temperaturen gehalten werden, ent- besonderer Schaltungen zur Selbstüberwachung. ; weder dadurch, daß die thermische Ableitung der 50 Außerdem führt das meistens unvermeidliche Abeinen Verbindungsstelle größer gemacht wird als die setzen von Verbrennungsrückständen auf der Optik ; der anderen, oder dadurch, daß mair die räumliche solcher Flammenfühler zu Fehlmessungen und Zuordnung der Verbindungsstellen in bezug auf die -anzeigen. Dem Ionisationsprinzip haftet der Nachteil Flamme entsprechend wählt. Das Problem der Eigen- an, daß wegen der geringen zur Verfügung stehenden sicherheit wird jedoch durch diese Anordnung nicht 55 Spannungen an die Isolation der Leitungen sehr hohe __■_ gelöst. Ihr haften vielmehr dieselben Mangel art wie Anforderungen gestellt werfen und demzufolge der zuvor erwähnten thermoefektrischen Zünd- Kriechströme und Induktionsspannungen das Meßsicherungseinrichtungen» . ^ . . ergebnis leicht verfälschen können. .· : C

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine mög- Alle, diese Nachteile werden durch die Erfindung

liehst einfach aufgebaute Vorrichtung zur Flammen- 6v mit denkbar einfachen Mittein vermieden. Die Ver- überwachung mit größtmöglicher Eigensicherheit zu wcndung von. Thermoelementen. zur Flammenüberschaffen. Die Erfindung geht aus von einer Vorrich- wachung ist zwar bekannt. Doch haftet den bisherigen tung der Flammenüberwachung mit zwei in Zonen Methoden der Nachteil an, daß zur Erzielung reprounterschiedlicher Temperatur der Flamme oder duzierbarer Ergebnisse eine gute Umgebungstempe-Brennkummur eintauchenden, gegeneinandergeschal- 65 raturkompensation und die Verwendung von Austeten Temperaturfühlern,, deren Ausgangsgrößen einer gleichsleitungen unumgänglich waren. Bei Anwendung auf Abweichungen der Differenz der Ausgangsgrößen der durch die Erfindung vorgeschlagenen Differenzvom Sollwert ansprechenden Uberwachungsvorrich- methode werden diese Kompensationsmaßnahmen

3 : 4.

überflüssig. Die Thermoelemente können über nor- nung an dem unbeschädigten Thermoelement an, male Kupferleitungen an die Überwachungsvorrich- welcher größer ist als die Differenz* der beiden tung angeschlossen werden. .":', Thermospannungen. Auch diese Art der Abweichung

Bei Meßvorrichtungen mit einem der zu messen- _> vom Sollwert wird angezeigt oder zur Auslösung den Temperatur ausgesetzten Thermoelement ist es 5 eines Alarms oder irgendwelcher Sicherheitsmaßnähzwar bekannt, am Ende der Ausgleichsleitungen men ausgenutzt^ Wird beispielsweise das Thermodiesem Thermoelement ein zweites !Thermoelement, element Tl kurzgeschlossen, so istjSeine .Ausgangsentgegenzuschalteh und mittels. eines /Thermostaten ^:. spannung 1/2 gleich Null, und die Spannurigsdiffeauf konstanter Temperatur zu halten und somit ^: renz Δ U, entspricht der Ausgang'sspannung"V1' des Temperaturschwankungen der ■ Vergleichsstelle zu ίο Thermoelements TEl. Dieser Spannungswert liegt kompensieren. Die Erfindung unterscheidet sich hier- 'außerhalb des Sollwertbereiches, so daß dieSÜbervon dadurch, daß beide Thermoelemente den zu ■-■::wachungsvorrichtung''"'emen;^Fehler'V.ah'ze)gV.i,t:Wird überwachenden Temperaturen ausgesetzt sind und umgekehrt das Thermoelement TEl kurzgeschlossen, damit zugleich eine Selbstüberwachung gegen ' so entspricht die Spannungsdifferenz J C/der negati-Thermoelementenbruch oder Kurzschluß erreicht 15 ven Ausgangsspannung 1/2' des Thermpelements wird. Eine Vergleichsstellenkompensatioh wird nicht TE.2, welche ebenfalls außerhalb des Sollwertbereiches benötigt. -Γ· ^Λ v: ^ — r ^ liegt. Diese Gegenüberstellung zeigt ferner, daß -die

Die Erfindung soll im folgenden an Hand einiger Überwachungsvorrichtung nur auf Spannungen einer • Ausführungsbeispiele veranschaulicht werden: _r; bestimmten Polarität anzusprechen braucht. Die

Fig. !zeigt die Überwachung einer Flamme FL so Wahl der Grenzwerte Ä undB des Soilwettbereiches mit Hilfe zweier in unterschiedliche Temperatur- hängt davon ab, wie stark sich die Temperaturen der zonen Zl und Z 2 der Flamme eintauchender beiden Thermoelemente bei ordnungsgemäßem BeThermoelemente TEl und TEl. Wie durch die unter- trieb voneinander unterscheiden und welche Abschiedliche Strichstärke der Thermoelementenschen- weichungen, vom Normal- oder Sollwert im Hinblick kel angedeutet ist, sind die beiden Thermoelemente 25 auf Schwankungen der Flammenintensität und -lage gegeneinander geschaltet, so daß an den Ausgangs- zugelassen werden, ohne daß ein Alarm ausgelöst klemmen Kl und Kl die Differenzen/ =.l/l—I/ 2 werdensoll. "IV-;

der Thermospannungen U1 und U2 erscheint. Fig. 3 zeigt die Überwachung eines in einer

In Fig.2 ist die Abhängigkeit der Ausgangsspan- Brennkammer^ angeordneten BrennersBi?!mittels nungen von der Temperatur aufgetragen. Im ersten 3° zweier ThermoelementeTEll und ΓΕ12. An den Quadranten des Koordinatensystems erscheint die - AusgangsklemmenK11 und KIl erhält man eine Ausgangsspannung U1 des Thermoelements TE 1 in Spannung, welche der Differenz zwischen der vom Abhängigkeit von der Temperatur Tl in der Flam- Thermoelement TEU gemessenen FlammentempemenzoneZl. Im dritten Quadranten ist die Aus- ratur und der vom Thermoelement T12 gemessenen gangsspannung Ul des Thermoelements TE2 in Ab- 35 Brennkammertemperatur entspricht. Erlischt der hängigkeit von der Temperatur T2. in der Flammen- Brenner BjR, so nehmen beide Elemente die BrennzoneZ2 aufgetragen. Außerdem gibt die durchgehende, kammertemperatur an, und an den Ausgangsklemmen im vorliegenden Fall unter 45° gegenüber dem erscheint das Signal Null. Für den Fall des Thermo- · Achsenkreuz geneigte Kennlinie die Abhängigkeit elementenbruches oder eines Kurzschlusses gilt das der Differenzspannung ΔU = Ul-Ul von der 40 Obengesagte. ".-...'■... ; .

Temperaturdifferenz Δ T = Tl — Tl wieder. Solange Wie man sieht, wird beim Erlöschen der Flamme

die Differenzspannung unabhängig vom Absolutwert das Ausgangssignal zu Null. Geringfügige Änderunder Temperaturen im Sollwertbereich SB der Über- gen der am Ausgang der Klemmen Kl und Kl stewachungsvorrichtung liegt, meldet diese das ord- henden Differenzspannung brauchen also die Übernungsgemäße Brennen der Flamme. Wird beispiels- 4$ wachungsschaltung noch nicht zum Ansprechen zu weise angenommen, daß zwischen den beiden bringen. Erst wenn sich dieser Spannungswert dem Flammenzonen Zl und Z2 bei ordnungsgemäß . Wert Null nähert oder im Falle des einseitigen Therbrennender Flamme ein Temperaturunterschied moelementenkurzschlusses den Sollwert beträchtlich ΔΤ'p Tl-Tl von 400°C besteht, so erhält man überschreitet, spricht die Überwachungsschaltung an. an den Ausgangsklemmen eia Signal Δυ'> welches 50 Hierdurch werden Fehlalarme infolge flackernder entsprechend der Eigenschaft > der verwendeten Flammen vermieden. Selbstverständlich kann durch Thermoelemente diesem Temperaturunterschied AT.; {eine geeignete Bemessung der Ansprechzeitkonstanvon 400° C proportional ist. ^; 4ΐ %ΐ ν ~ ten der Überwachungsschaltung solchen. Fehlalarmen

Erlischt die Flamme, so nehmen beide Thermo- ebenfalls entgegengetreten werden. ^;-:ΐ ; ^jt : - A" elementeTEl und ΓΕ2 je nach Art des Brenners 55 An Stelle von Thermoelementen können fauch bzw. des Ofens entweder die Brennkammertempera- andere in verschiedene Temperaturzonen der Flamme tür* die Umgebungstemperatur oder die Temperatur bzw. der Brennkammer eintauchbare; Temperaturdes. ausströmenden Brennstoff-Luft-Gemisches an.. fühler» beispielsweise von Schutzföhren umgebene Das Ausgangssignal AU wird also gleich Null und temperaturabhängige Widerstände oder mit einem meldet auf diese Weise" das Erlösehen der Flamme. 60 Ausdehnungsmedium gefüllte \ Fühler, ί verwendet Auch bei Unterbrechung einer der Thermoelementen- werden. ; ;^ /^ · :-v; ^/ΐν-^ν-ν^ϊ-:-;:::"'-::- leitungen bzw. der Thermoelemente selbst oder beim Γ In Fig.:4'fet eine Flammenüberwachungsvorrichgleichzeitigen Kurzschluß h beider Thermoelemente tung, gemäß der Erfindung, mit zwei Kapillarrohrwird das Ausgangssignal AU zu Null und damit ein Temperaturfühlern TFl und TFl dargestellt, welche Alarm ausgelöst \ «5 in unterschiedliche TemperaturzonenZl und Z2 der

Tritt nur in einem der Thermoelemente ein Kurz- Flamme FL eintauchen. Der Fühler TFl ist an eine schluß auf, so nimmt die Ausgangsspannung an den Bourdon-Feder BFl angeschlossen, welche die tem-Klemmen Al und Kl den Wert der Thermospan- peraturabhängigen Druckänderungen im Kapillar-

Claims (2)

1. rohrsystem in eine Kraft umsetzt,' welche über eine mit einem Gleichrichter ist dafür gesorgt, daß es nur

   Feder Fl auf den linken Hebelarm eines Waage- anspricht, wenn der Brückenstrom in der vorgeschrie-

   balkcns WB übertragen wird. Dementsprechend wirkt benen Richtung vom· Diagonalpunkt D1 zum ande-

   der Temperaturfühler TF2 über eine weitere Bour- ren Diagonalpunkt D 2 fließt/Ist keine Speisespan-

   don-FedcrßF2 und eine'FedcrF2 auf den rechten 5 nung vorhanden oder der Brenner abgeschaltet, so

   Hebelarm des Waagebalkens WB. Selbstverständlich fließt kein Brückenstrom, und der Arbeitskontakt r 2

   können an Stelle der Bourdon-Federn auch andere des Relais R 2 bleibt offen. Die Klemmen K 31 und

   Übertragungsglieder eingesetzt werden: Am Waage- K 32 sind wiederum an die Überwachungsschaltung

   balken WB 1st ein Schleifer SL befestigt, welcher über angeschlossen. Nur wenn die Flamme ordnungsgemäß

   /zwei voneinander getrennte Kontaktbahnen KB1 io brennt, sind alle Kontakte rl bis r3 geschlossen, und KB 2 verschiebbar ist und diese in einem be- Andernfalls ist der Stromkreis zwischen den beiden stimmten^ Winkelbereich des Waagebalkens mitein- Klemmen K31 und K32 durch wenigstens einen dieander verbindet. Die beiden Kontaktbahnen KBl ser Kontakte unterbrochen. . ;. .
   und KB 2 bilden zusammen mit dem Schleifer SL Trift im temperaturabhängigen Widerstand TW1 einen im Überwachungsstromkreis zwischen den bei- 15 ein Kurzschluß' auf, so fließt ein erhöhter Brückenden Klemmen K21 und K22 liegenden Schalter. strom zwischen den Punkten Dl und D2, welcher Das System ist so abgeglichen, daß ohne Flamme das Relais R 2 zum Ansprechen bringt. Dieses öffnet gleiche Kräfte auf die beiden Waagebalkenenden ein- mit seinem Kontakt r3 den Überwachüngsstromkreis wirken und der Waagebalken die in Fig. 4 dar- zwischen den Klemmen K31 und K32. Tritt im gestellte Lage einnimmt, der Schleifer SL also nur 20 Brückenzweig des temperaturabhängigen Widerstanauf der linken Kontaktbahn KB1 aufliegt. Brennt die des TWl eine Unterbrechung auf, so kann kein Flamme FL, so ist der Temperaturfühler TFl einer Brückenstrom in der vorgeschriebenen Richtung vom höheren Temperatur ausgesetzt als der Temperatur- Diagonalpunkt Dl zum Diagonalpunkt D2 fließen, fühler TF2, wodurch der Waagebalken im Uhrzeiger- so daß das Relais R 2 abfällt bzw. nicht ansprechen sinn um einen bestimmten Betrag geschwenkt wird, 25 kann und demzufolge mit seinem Arbeitskontakt r 2 bis sich das Gleichgewicht der Kräfte einstellt. Dies den Überwachungsstromkreis unterbricht. Wird der hat zur Folge, daß der Schleifer SL die beiden Kon- andere temperaturabhängige Widerstand TW2 kurztaktbahnen KBl und KB 2 überbrückt. Der Strom- geschlossen, so fließt der Brückenstrom ebenfalls in kreis zwischen den Klemmen K 21 und K 22 ist ge- der falschen Richtung, so daß der Kontakt r 2 offen-

   ^ä schlossen, wodurch das ordnungsgemäße Brennen 30 bleibt. Im Falle einer Unterbrechung im Brücken-• der Flamme angezeigt wird. Ist eines der beiden zweig des temperaturabhängigen Widerstandes TW 2 Fühlersysteme undicht oder tritt in den Ubertragungs- fließt wiederum ein gegenüber dem Normalwert ermitteln BFl, Fl bzw. BF2, F2 ein Bruch auf, so höhter Brückenstrom, welcher das Relais R3 zum verschwindet die Gegenkraft für den Waagebalken, Ansprechen bringt.

   und dieser wird in der einen oder der anderen Rieh- 35 Sollten zufällig beide temperaturabhängige Wider-

   tung weiter ausgelenkt als normalerweise. Die Über- stände TWl und TW 2 kurzgeschlossen werden, so

   brückung der beiden Kontaktbahnen kommt deshalb fließt ein erhöhter Strom im Versorgungsstromkreis

   nicht zustande oder wird unterbrochen, so daß der für die Brücke und läßt das Relais R1 ansprechen,

   Überwachungsstromkreis nicht mehr geschlossen ist. welches mit seinem Ruhekontakt rl den Über-

   Selbstverständlich läßt sich im Rahmen der Erfindung 40 wachungsstromkreis unterbricht. Tritt in beiden tem-

   eine Vielzahl anderer zum Kraft- oder Wegvergleich peraturempfindlichen Widerständen TWl und TW 2

   dienender Anordnungen in Verbindung mit Kapillar- gleichzeitig eine "Unterbrechung auf, so kann kein

   rohr-oder ähnlichen Temperaturfühlern einsetzen. Brückenstrom fließen und das Relais R 2 nicht an-

   Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfin- sprechen. Die Anordnung ist also kurzschluß- und

   . dungsgemäßen Flammenüberwachungsvorrichtung mit 45 unterbrechungssicher.

   zwei temperaturabhängigen Widerständen TWl und An Stelle zweier Relais R2 und R3 kann auch TW2, welche in eine die Überwachungsvorrichtung ein Zweistufenrelais eingesetzt werden, welches beim steuernde Brückenschaltung eingeschaltet sind. Die Erreichen des Brückenstrom-Sollwertes seinen Arbeiden temperaturabhängigen Widerstände TWl und beitskontaktr2 schließt und beim Überschreiten eines TW2 bilden zusammen mit zwei Festwiderständen 50 oberen Grenzwertes des Brückenstromes den Ruhe- Wl und W2 eine Brückenschaltung, in deren Dia- kontakt r3 öffnet. Es ist ohne weiteres e'rsichtlich, gonale die Parallelschaltung zweier Relais R 2 und daß die dargestellte Schaltung mit mehreren Relais R 3 eingeschaltet ist, während zwischen dem einen durch entsprechende elektronische Schaltungen, beiEckpunkt El und der einen Speisespannungsklemme spielsweise mit Hilfe logischer Schaltelemente, ersetzt SKI ein weiteres Relais Rl liegt. Der andere Eck- 55 und gegebenenfalls vereinfacht werden kann,
   punkt E2 ist an die andere Stromversorgungsklemme - ^: _ ; . ...
   SK 2 angeschlossen. Den beiden Klemmen SK1 und " Patentansprüche:
   SK2 wird eine Betriebsgleichspannung für die Brük- 1. Vorrichtung zur Flammenüberwachung mit kenschaltung zugeführt. Die beiden temperaturabhän- zwei in Zonen unterschiedlicher Temperatur der gigen Widerstände TWl und TW 2 tauchen wiederum 60 Flamme oder Brennkammer eintauchenden gegenin unterschiedliche Temperaturzonen einer Flamme einandergeschalteten Temperaturfühlern, deren ein, und zwar derart, daß im Normalbetrieb der Ausgangsgrößen einer auf Abweichungen der Widerstandswert des Fühlers TW1 kleiner ist als der Differenz der Ausgangsgrößen vom Sollwert andes Fühlers TW 2. Bei vorschriftsmäßig brennender sprechenden Überwachungsvorrichtung zugeführt Flamme fließt also ein Brückenstrom vom Diagonal- 65 werden, dadurch gekennzeichnet, daß punkt Dl zum Punkt D 2 und bringt das Relais/? 2 die Temperaturfühler etwa gleiche thermische zum Ansprechen. Durch Ausbildung dieses Relais Ansprechempfindlichkeit aufweisen und die Überais polarisiertes Relais oder durch Reihenschaltung wachungsvorrichtung sowohl beim Unterschreiten

   als auch beim Überschreiten des Sollwertbereiches anspricht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler zwei Thermoelemente dienen. ■

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler zwei mit einer Ausdehnungsflüssigkeit gefüllte Kapil-

   larrohrfühler dienen, welche gemeinsam auf eine Kontaktvorrichtung der Überwachungsvorrichtung einwirken.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturfühler zwei temperaturabhängige Widerstände dienen, welche in eine die Überwachungsvorrichtung steuernde Brückenschaltung eingeschaltet sind. ■'--.=, :

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   109 628/208