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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen
der Anwesenheit einer Flamme in einem Brenner, eine Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung
und eine Brennersteuerungsinstallation, die eine solche Vorrichtung
aufweist.
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Es
ist bekannt, zum Überwachen
der Anwesenheit einer Flamme in einem Brenner einen Sensor vorzusehen,
der gewöhnlich
ein UV-Kolbensensor ist, um die Anwesenheit einer Flamme zu überwachen.
Derselbe Sensor kann verwendet werden, um die Anwesenheit sowohl
der Hauptflamme als auch der Zündflamme
zu überwachen.
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Ein
herkömmlicher
Kolbensensor ist wirksam, indem eine Spannung, die in Großbritannien
typischerweise eine Wechselspannung mit einem Spitzenwert von 300
V (230 V ist der Effektivwert) ist, über Filamente des Kolbens,
der mit Inertgas gefüllt ist,
angelegt wird. In Anwesenheit von UV-Licht treten zwischen den Filamenten
Entladungen auf, und jede Entladung resultiert in einem kleinen
Stomimpuls. Die Strome von dem Kolben werden durch einen Filterkreis
geleitet, der einfach einen Widerstand und einen Kondensator in
Reihe aufweisen kann, werden dann verstärkt und über die Spule eines Relais
geleitet, um es angezogen zu halten (wobei der "angezogene" Zustand das Gegenteil des Zustands
ist, der bei Abwesenheit eines Stroms angenommen wird). Während also
die kleinen Ströme
hinreichend häufig auftreten,
besteht ihre integrierte Wirkung darin, das Relais ständig angezogen
zu halten. Der Kondensator, der Verstärker und die Relaisspule wirken
gemeinsam als Speicherpuffer, der das Ansprechverhalten dämpft, so
daß momentane
Intervalle zwischen Stromimpulsen kein Signal "keine Flamme erfaßt" auslösen. Wenn jedoch eine fortgesetzte
Abwesenheit von Stromimpulsen vorliegt, fällt das Relais ab, und ein
Signal "keine Flamme
erfaßt" wird erzeugt.
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Zur
Erzielung eines dynamischeren Ansprechverhaltens ist es vorteilhaft,
die einzelnen Stromimpulse zu überwachen.
Bei einem bestimmten Vorschlag wird eine Gleichspannung von 300
V zyklisch über
einem Kolben angelegt; beispielsweise kann die Spannung für 20 ms
angelegt werden und danach eine Pause von 60 ms folgen. Die Zahl
der Stromimpulse, die etwa über
drei Zyklen detektiert werden, kann dann überwacht und diese Zahl (der "Zählwert") als Ausgangssignal des Sensors genutzt werden.
Bei einer solchen Anordnung hat sich der Betrieb zwar als wirksam
zur Überwachung
einer Hauptflamme erwiesen, war aber nicht immer wirksam, wenn eine
Zündflamme
zu überwachen
war, und zwar insbesondere dann, wenn die Positionen der Zündflamme
und des Kolbensensors nicht ideal aufeinander abgestimmt waren.
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Eine
mögliche
Vorgehensweise zur Lösung dieses
Problems wäre
die Verlängerung
der Periode, während
der die Spannung angelegt wird, so daß etwa in einem Zyklus die
Spannung während
60 ms angelegt und während
20 ms nicht angelegt wird. Es wurde jedoch festgestellt, daß diese
Vorgehensweise scheinbar funktionierte und den Zählwert tatsächlich erhöht, jedoch zu einem noch schwerer
wiegenden Problem führen
kann, daß nämlich nach
einem beträchtlichen
Betriebszeitraum der Kolbensensor beschädigt werden kann und infolgedessen
immer noch ein Zählwert
vorhanden ist, der die Anwesenheit einer Flamme anzeigt, auch wenn
keine Flamme existiert. Das ist natürlich ein schwerwiegendes Problem.
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Die
französische
Patentanmeldung FR-2335796-A beschreibt eine Brennersteuerungs- und -überwachungseinheit.
Die Einheit enthält
eine Flammenüberwachungsschaltung,
die einen fotoelektrischen Widerstandssensor und eine Spannungsquelle
aufweist, die zwischen zwei Einstellungen umschaltbar ist. Während der
Vorspülphase
des Brennerbetriebs wird die Spannungsquelle auf einen ersten Spannungswert
eingestellt, und die Empfindlichkeit des fotoelektrischen Widerstandssensors
wird erhöht.
Im normalen Brennerbetrieb wird die Spannungsquelle auf einen zweiten
Spannungswert eingestellt, und die Empfindlichkeit des fotoelektrischen Widerstandssensors
wird reduziert.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Überwachen
der Anwesenheit einer Flamme in einem Brenner sowie einer Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung,
wobei die Probleme der oben beschriebenen Verfahren vermieden oder
gemildert werden und die Vorrichtung insbesondere imstande ist, über einen
langen Zeitraum eine zuverlässige
Anzeige der Anwesenheit sowohl einer Brennerhauptflamme als auch
einer Brennerzündflamme
zu liefern.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren angegeben zum Überwachen der Anwesenheit einer Flamme
in einem Brenner, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Sensors, dessen elektrisches Ausgangssignal als Reaktion
auf eine über
dem Sensor angelegte Spannung sich in Abhängigkeit von der Anwesenheit
oder Abwesenheit von Licht ändert,
das von einer Brennerflamme abgestrahlt wird, wobei der Sensor an
einer Stelle angeordnet ist, die Licht von der Flamme des Brenners
ausgesetzt ist, Anschließen
des Sensors über
eine Spannungsquelle, die einstellbar ist, wobei die Spannungsquelle
auf eine erste Einstellung eingestellt wird, Uberwachen des Ausgangssignals
von dem Sensor während
des Betriebs des Brenners, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein
UV-Kolbensensor ist, das Licht UV-Licht ist, und die Einstellung
der Spannungsquelle ausgehend von der ersten Einstellung in Abhängigkeit
von dem überwachten
Ausgangssignal automatisch geändert
wird, um das Ausgangssignal innerhalb eines vorbestimmten Bereichs
zu halten.
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Die
automatische Änderung
der Einstellung der Spannungsquelle ermöglicht die automatische Einstellung
der Empfindlichkeit der Überwachung
in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal. Wenn also beispielsweise eine kleine Zündflamme überwacht wird
und das Ausgangssignal von dem Kolbensensor somit kleiner als der
vorbestimmte Bereich ist, wird die Einstellung der Spannung erhöht, bis
das Ausgangssignal in den vorbestimmten Bereich fällt. Wenn
dann die Hauptflamme gezündet
wird und das Ausgangssignal von dem Kolbensensor somit erheblich
ansteigt und den vorbestimmten Bereich überschreitet, wird die Spannungseinstellung
verringert, bis das Ausgangssignal so abfällt, daß es innerhalb des vorbestimmten
Bereichs liegt. Ein solches Vorgehen ermöglicht das Erzielen einer guten
und zuverlässigen Überwachung
der Anwesenheit einer Flamme beliebiger Größe und verlängert die Lebensdauer des Kolbensensors.
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Die Änderung
der Einstellung der Spannungsquelle kann auf verschiedene Weise
erfolgen. Beispielsweise kann die Höhe der angelegten Spitzenspannung
geändert
werden, aber bevorzugt ist die Spannungsquelle, über die der Kolbensensor angeschlossen
ist, eine Quelle von Gleichspannungsimpulsen, und die Einstellung
der Spannungsquelle wird geändert
durch Ändern
der Dauer jedes der Impulse. Bevorzugt bleibt die Größe der Gleichspannung
jedes Impulses im wesentlichen die gleiche, wenn die Dauer der Impulse
geändert
wird. Bevorzugt dauern die Impulse zwischen 10 und 100 ms und treten
mit einer Frequenz von 10 bis 100 Hz auf. Bevorzugt bleibt die Frequenz
der Impulse konstant, wenn sich ihre Dauer ändert.
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Falls
das Ausgangssignal von dem Kolbensensor den vorbestimmten Bereich
unterschreitet, wird die Dauer von jedem der Impulse bevorzugt um
eine erste vorbestimmte Zeitdauer verlängert, und wenn das Ausgangssignal
von dem Kolbensensor den vorbestimmten Bereich überschreitet, wird die Dauer
von jedem der Impulse bevorzugt um eine zweite vorbestimmte Zeitdauer
verkürzt.
Die erste und die zweite vorbestimmte Zeitdauer kann zweckmäßig die
gleiche sein. Es versteht sich, daß beispielsweise dann, wenn
das Ausgangssignal unter dem vorbestimmten Bereich liegt und die
Dauer von jedem der Impulse somit um die erste vorbestimmte Zeitdauer
verlängert
wird, die Verlängerung
eventuell nicht ausreicht, um das Ausgangssignal in den vorbestimmten
Bereich zu bringen; in diesem Fall wird die Dauer von jedem der
Impulse erneut um die erste vorbestimmte Zeitdauer verlängert, und
diese Verlängerung
wird wiederholt, bis das Ausgangssignal in den vorbestimmten Bereich
fällt.
Bei einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung sind
die vorbestimmten Zeitdauern jeweils 1 ms.
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Bevorzugt
wird die Spannungsquelle anfangs auf ihre maximale Einstellung eingestellt
und dann schrittweise reduziert, bis das Ausgangssignal von dem
Kolbensensor innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Indem mit
dem Vorgang bei der maximalen Einstellung der Spannungsquelle begonnen wird,
wird die effektive Funktion des Kolbensensors gleich zu Beginn gewährleistet,
und die Lebensdauer des Sensors wird nicht wesentlich beeinflußt, weil
die Einstellung der Spannungsquelle rasch reduziert wird, bis das
Ausgangssignal von dem Kolbensensor innerhalb des vorbestimmten
Bereichs liegt.
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Der
Kolbensensor hat bevorzugt eine vollkommen herkömmliche Konstruktion. Ein Beispiel
eines geeigneten Kolbensensors ist ein Kolbensensor von Sylvania
GmbH; ein sol cher Kolbensensor erzeugt eine Serie von Stromimpulsen
in Anwesenheit der angelegten Spannung und von UV-Licht. Die Anzahl
von Stromimpulsen, die von dem Sensor in einer gegebenen Zeit erzeugt
wird, wird bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt als das Ausgangssignal
von dem Sensor genutzt. In einem typischen herkömmlichen Fall liefert ein Sensorkolben
einen Zählwert
zwischen 50 und 200 über
einen Zeitraum von 250 ms. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Sensorkolben bevorzugt so angeordnet, daß er im
stabilen Betrieb einen relativ niedrigen Zählwert liefert, und das obere
Ende des vorbestimmten Bereichs des Ausgangssignals von dem Kolbensensor
ist bevorzugt ein Zählwert
von weniger als 0,5 ms–1. Somit ist über einen
Zeitraum von 250 ms der Zählwert,
der das maximale Ende des vorbestimmten Bereichs darstellt, bevorzugt
kleiner als 125. Bevorzugt ist die Obergrenze des vorbestimmten
Bereichs erheblich niedriger als dieser Wert, wodurch die Kolbenlebensdauer
weiter verlängert
wird; speziell ist der maximale Zählwert innerhalb des vorbestimmten
Bereichs bevorzugt kleiner als 60 während einer Periode von 250
ms. Bei einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist
der vorbestimmte Bereich ein Zählwert
von 20 bis 30 über
einen Zeitraum von 250 ms.
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Der Überwachungsprozeß der Erfindung kann
nur zum Überwachen
der Hauptflamme eines Brenners oder nur zum Überwachen der Zündflamme
eines Brenners angewandt werden, aber die Fähigkeit zum automatischen Einstellen
bringt einen besonderen Vorteil, wenn der Kolbensensor sowohl dann
funktioniert, wenn nur die Zündflamme
des Brenners brennt, als auch dann, wenn der Brenner mit maximaler
Wärmeleistung
betrieben wird.
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Gemäß der Erfindung
wird ferner eine Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung
angegeben, die folgendes aufweist: einen Sensor, dessen elektrisches
Ausgangssignal als Reaktion auf eine über dem Sensor angelegte Spannung
sich in Abhängigkeit
von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Licht ändert, das von einer Brennerflamme
abgestrahlt wird, eine Spannungsquelle, deren Einstellung einstellbar
ist und die über
den Sensor angeschlossen ist, und ein Überwachungssystem zum Überwachen des
Ausgangssignals von dem Sensor während
des Betriebs des Brenners, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor
ein UV-Kolbensensor ist, das Licht UV-Licht ist, und das Überwachungssystem
die Ein stellung der Spannungsquelle in Abhängigkeit von dem überwachten
Ausgangssignal automatisch ändert,
um das Ausgangssignal innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu
halten.
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Gemäß der Erfindung
wird außerdem
eine Brennersteuerungsinstallation bereitgestellt, die folgendes
aufweist: einen Brenner zum Verbrennen von Brennstoff, eine Steuereinheit
zum Steuern des Durchflusses von Brennstoff und Luft zu dem Brenner,
und eine Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung,
die einen Sensor aufweist, dessen elektrisches Ausgangssignal als
Reaktion auf eine über dem
Sensor angelegte Spannung sich in Abhängigkeit von der Anwesenheit
oder Abwesenheit von Licht ändert,
das von einer Brennerflamme abgestrahlt wird, und eine Spannungsquelle
aufweist, deren Einstellung einstellbar ist und die über den
Sensor angeschlossen ist, wobei der Sensor an einer Stelle angeordnet
ist, die UV-Licht von der Flamme des Brenners ausgesetzt ist, wobei
die Steuereinheit so angeordnet ist, daß sie das Ausgangssignal von
dem Sensor während
des Betriebs des Brenners überwacht,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Sensor ein UV-Kolbensensor
ist, das Licht UV-Licht ist und die Steuereinheit so angeordnet
ist, daß sie
die Einstellung der Spannungsquelle in Abhängigkeit von dem überwachten
Ausgangssignal automatisch ändert,
um das Ausgangssignal innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu
halten.
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Es
versteht sich, daß die
Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung
und die Brennersteuerungsinstallation die erforderlichen strukturellen Merkmale
aufweisen können,
um sie zur Durchführung
des Verfahrens der Erfindung in jeder der oben definierten Formen
geeignet zu machen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben; diese zeigen in
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1 ein
Schaltbild einer Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung;
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2 ein
Diagramm des von einer Spannungsquelle, die Teil der Überwachungsvorrichtung von 1 ist,
gelieferten Spannungssignals; und
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3 ein
Schema einer Kesselanlage einschließlich der Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung
von 1.
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Es
wird zuerst auf 1 Bezug genommen. Eine allgemein
gezeigte Brennerflammen-Überwachungsvorrichtung
weist allgemein einen UV-Kolbensensor 1, eine Gleichspannungsquelle
2 und einen Mikroprozessor 3 auf, der so geschaltet ist, daß er ein
Ausgangssignal von dem UV-Kolbensensor 1 über einen Zähler 5 und Widerstände R1 und
R2 empfängt.
Die Gleichspannungsquelle 2 weist eine Gleichspannungsversorgung
2A und einen elektronischen Schalter 2B auf.
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Der
UV-Kolbensensor 1 hat eine wohlbekannte Form. Verschiedene Firmen
wie Sylvania GmbH, Deutschland, und die japanische Firma Hamamatsu
stellen geeignete Sensoren her, die bereits zur Überwachung hinsichtlich Flammenausfall
in Brennern verwendet werden. Ein Beispiel eines geeigneten handelsüblichen
Erzeugnisses ist der Fotodetektor Typ Nr. P630, der derzeit von
Sylvania GmbH verkauft wird. Der Kolbensensor 1 ist auf herkömmliche
Weise in dem Brenner (nicht gezeigt) angeordnet, wobei der Sensor
UV-Licht sowohl
von der Brennerhauptflamme als auch der Zündflamme ausgesetzt ist.
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Bei
Verwendung in einer Brennerflammenabtastvorrichtung ist der Kolbensensor
1 typischerweise mit einer Wechselspannungsquelle mit einem Effektivwert
von typischerweise 230 V und einem Spitzenwert von 300 V verbunden,
und das Ausgangssignal von dem Kolben ist mit einem Filterkreis, einem
Verstärker
und einem Relais verbunden, wie oben beschrieben wurde. Bei Anwesenheit
von UV-Licht wird ein Ausgangssignal erzeugt, und der kumulative
Effekt dieses Signals ist ausreichend, so daß es nach Verstärkung das
Relais "angezogen" hält, wodurch
die Anwesenheit einer Flamme angezeigt wird.
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Die
Anordnung, welche die Erfindung verkörpert und in 1 gezeigt
ist, verwendet den gleichen Kolbensensor 1, unterscheidet sich jedoch
in zweierlei Hinsicht von der typischen Anordnung, wie nachstehend
beschrieben wird.
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Anstelle
der Verwendung einer Wechselspannungsquelle liefert die Spannungsquelle
2 aufgrund des elektronischen Schalters 2B Gleichspannungsimpulse
in Zyklen, wie 2 zeigt. Aus 2 ist
ersichtlich, daß im
Verlauf eines Zyklus mit einer Dauer T die Gleichspannung während einer
Zeitdauer t1 mit einem Pegel V angelegt
und dann für
eine Dauer t2 ausgeschaltet wird. Bei einem
speziellen Beispiel der Erfindung ist der Wert von V gleich 300 V,
und der Wert von T ist 80 ms. Bei diesem Beispiel ist der Wert von
R1 400 kΩ,
und der Wert von R2 ist 10 kΩ.
Wenn man die Zeitdauern t1 und t2 kombiniert, erhält man natürlich 80 ms, aber die Einzelwerte
von t1 und t2 werden
in Abhängigkeit
von einem Steuersignal variiert, das der elektronische Schalter
2B von dem Mikroprozessor 3 empfängt,
wie noch im einzelnen erläutert
wird.
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Der
zweite Punkt, in dem sich die Anordnung von 1 von einer
typischen bekannten Anordnung unterscheidet, betrifft die Behandlung
des Ausgangssignals von dem Kolbensensor 1. Das Ausgangssignal von
dem Kolbensensor weist in Anwesenheit von UV-Licht eine Serie von
Stromimpulsen auf; in einem herkömmlichen
System ist es der kumulative Effekt der Stromimpulse, der dazu genutzt
wird, ein Relais "angezogen" zu halten, wogegen
bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung die einzelnen Stromimpulse detektiert und von dem
Zähler
5 gezählt
werden und das Resultat dem Mikroprozessor 3 zugeführt wird.
Bei Abwesenheit von UV-Licht sollte die Zahl dieser Stromimpulse
null sein, ist aber in jedem Fall sehr gering, und zwar auch bei
einer angelegten Gleichspannung von 300 V, jedoch bei Anwesenheit
von UV-Licht steigt die Zahl beträchtlich an, und damit liefert
die Anzahl von Impulsen, die in einer gegebenen Zeit von dem Zähler 5 detektiert
werden (nachstehend als "Zählwert" bezeichnet) eine
rasche Anzeige der An- oder Abwesenheit von UV-Licht. Bei einem
speziellen Beispiel der Erfindung wird der Zählwert über eine Dauer von 250 ms gemessen (was
ungefähr
drei Zyklen der Spannungsquelle 2 entspricht), so daß ein Zählwert 30
30 Stromimpulsen über
eine Dauer von 250 ms darstellt.
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Der
Zählwert
wird höher,
wenn der Spannungspegel auf irgendeine Weise ansteigt (indem beispielsweise
die Dauer t1 im Vergleich mit der Dauer
t2 verlängert
wird oder der Wert V der Spannung erhöht wird), und auch dann, wenn
die auf den Kolbensensor 1 fallende UV-Lichtmenge größer wird.
Im Betrieb des Brenners ist die UV-Lichtmenge dadurch veränderlich,
daß der
Brenner mit einer niedrigen oder hohen Einstellung betrieben wird,
und eine noch größere Schwankung
tritt auf zwischen dem Fall, in dem nur die Zündflamme des Brenners brennt,
und dem Fall, in dem die Hauptflamme des Brenners ihre maximale
Einstellung hat. Wir haben festgestellt, daß der Kolbensensor 1 zwar prinzipiell
imstande ist; die Anwesenheit von derart unterschiedlichen Flammen zu
detektieren, daß sich
jedoch dann, wenn der Sensor 1 in eine Schaltung mit ausreichender
Empfindlichkeit zum Detektieren der Zündflamme eingefügt ist,
das Problem einstellt, daß der
Zählwert
sehr hoch wird, wenn die Hauptflamme mit ihrer Maximaleinstellung
brennt; wir haben festgestellt, daß diese sehr hohen Zählwerte
die Lebensdauer des Kolbensensors 1 stark verkürzen. Bei der beschriebenen
Ausführungsform
der Erfindung wird dieses Problem dadurch überwunden, daß die Einstellung
der Spannungsquelle 2 im Betrieb variiert wird, wie nachstehend
beschrieben wird.
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Zur
Erläuterung
der Funktionsweise der Erfindung ist es zweckmäßig, ein spezielles Beispiel
mit zugehörigen
Zahlenwerten zu benutzen, und diese Vorgehensweise wird nachstehend
angewandt; es versteht sich jedoch, daß die tatsächlich gewählten Werte geändert werden
können,
um den speziellen Umständen
einer gegebenen Situation zu entsprechen.
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Zu
Beginn des Betriebs stellt der Mikroprozessor 3 die Spannungsquelle
2 so ein, daß eine
zyklische Gleichspannung der in 2 gezeigten
Form mit dem Wert V von 300 V (der während des gesamten Betriebs
des Brenners konstant bleibt) erzeugt wird, wobei die Dauer t1 mit 60 ms und die Dauer t2 mit
20 ms eingestellt sind. Zu Beginn wählt ein Benutzer außerdem einen
Grenzwert für
den kleinsten Zählwert
aus, der als eine Anzeige für
die Anwesenheit einer Flamme zu betrachten ist; in diesem speziellen
Beispiel wird dieser mit 10 angenommen (d. h. 10 Stromimpulse innerhalb
einer Abtastdauer von 250 ms bei diesem Beispiel). Der Mikroprozessor stellt
dann den Bereich des Ausgangssignals von dem Sensor ein, der zu
akzeptieren ist; bei diesem Beispiel ist der Bereich ein Zählwert von
20 bis 30.
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Der
anfängliche
Spannungszyklus von 2 stellt den maximalen Spannungspegel
dar, der über den
Kolben angelegt wird, und daher ist auch dann, wenn nur die Zündflamme
brennt, die Wahrscheinlichkeit groß, daß der von dem Mikroprozessor
3 überwachte Zählwert von
dem Kolbensensor 1 größer als
30 ist. Da das Signal über
dem vorbestimmten Bereich liegt, stellt infolgedessen der Mikroprozessor die
Spannungsquelle 2 durch Verkürzen
der Dauer t1 und Verlängern der Dauer t2 ein.
Bei diesem speziellen Beispiel ist die Einstellung eine Änderung
von 1 ms, so daß die
Dauer (t1) der Spannungszuführung zu
59 ms und die Dauer (t2) der Spannungsabschaltung
zu 21 ms wird. Nach vier Zyklen, also nach einer Sekunde bei diesem
Beispiel, wird der Zählwert
von dem Kolbensensor 1 erneut überprüft; wenn
er auf einen Wert innerhalb des vorbestimmten Bereichs zwischen
20 und 30 gefallen ist, wird die Spannungsquelle auf ihrer neuen
Einstellung gehalten, wenn er aber immer noch über dem vorbestimmten Bereich ist,
wird die Spannungsquelle erneut durch Ändern der Dauern t1 und
t2 um 1 ms eingestellt; diese Schritte werden
jede Sekunde wiederholt, bis das Signal von dem Kolbensensor 1 in
den gewünschten
Bereich eines Zählwerts
von 20 bis 30 fällt.
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Wenn
beispielsweise die Hauptflamme des Brenners abgestellt ist, so daß nur die
Zündflamme verbleibt,
um UV-Licht zu liefern, ist es wahrscheinlich, daß das Signal
des Kolbensensors 1 unter die Untergrenze des vorbestimmten Bereichs
(d. h. unter 20) fällt.
In diesem Fall wird die Spannungsquelle 2 durch Verlängern der
Dauer t1 und Verkürzen der Dauer t2 in
Schritten von 1 ms eingestellt, bis der Zählwert so ansteigt, daß ex in
dem vorbestimmten Bereich liegt. Wenn die Spannungsquelle 2 ihre
Maximaleinstellung erreicht und der Zählwert 20 noch nicht erreicht
hat, wird das von dem Mikroprozessor 3 als ein Hinweis darauf erachtet,
daß keine
Flamme vorhanden ist, und die entsprechenden Steuerungsschritte
einschließlich
der Abschaltung der Brennstoffzufuhr zu dem Brenner werden ausgeführt.
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Es
ist also ersichtlich, daß mit
der die Erfindung verkörpernden
Anordnung das Überwachungssystem
ständig
justiert wird, so daß der
Ausfall selbst der Zündflamme
zuverlässig
detektiert werden kann und dennoch der Kolbensensor 1 nicht über längere Zeit überlastet
wird, so daß seine
Lebensdauer verlängert
wird.
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3 zeigt
ein spezielles Beispiel dafür,
wie die Flammenüberwachungsvorrichtung
von 1 in einer Kesselanlage verwendet werden kann.
Die Kesselanlage weist eine Steuereinheit 100 für den Brennstoffbrenner
eines Kessels auf. Steuereinheiten dieser allgemei nen Art sind wohlbekannt
und handelsüblich;
beispielsweise gibt es die Micro Modulation Steuersysteme von Autoflame
Engineering Limited. GB 2 138 610-B und GB 2 169 726-B betreffen
Erfindungen, die sich auf solche Steuereinheiten beziehen, und der
Inhalt dieser Patentschriften wird hier summarisch eingeführt.
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Allgemein
gesagt, liefert die Brennersteuereinheit 100 Steuerausgangssignale
an einen Motor zum Betätigen
eines Brennstoffventils und einen Motor zum Betätigen eines Luftventils, um
die Brennstoff- und Luftmengen zu steuern, die zu dem Brenner strömen. Die
Steuereinheit 100 empfängt
außerdem
Eingangssignale, die beispielsweise Signale von Sensoren umfassen,
welche die Positionen von Ventilelementen der Luft- und Brennstoffventile
detektieren, eines oder mehrere Signale von Sensoren, die Variablen
detektieren, welche die Verbrennungsprodukte betreffen, und ein
Signal, das die Wassertemperatur in dem Kessel bezeichnet. Im Gebrauch empfängt die
Steuereinheit das Temperatureingangssignal, vergleicht es mit einem
Sollwert und stellt in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen den beiden Werten die Luft- und Brennstoffventile
so ein, daß die
Verbrennungsrate des Kessels geändert wird.
Signale, welche die Verbrennungsprodukte betreffen, werden ebenfalls
von der Steuereinheit empfangen und können genutzt werden, um das
dem Brenner zugeführte
Luft-/Brennstoff-Verhältnis
einzustellen, wie in GB 2 169 716-B im einzelnen beschrieben wird.
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Damit
die Brennersteuereinheit 100 im Gebrauch mit einer bestimmten
Brenneranlage effektiv funktioniert, ist eine Inbetriebnahme erforderlich.
Im Fall der Brennersteuereinheit 100 von GB 2 138 610-B
umfaßt
diese Inbetriebnahme unter anderem das Auswählen und Speichern von Paaren
von Ausgangssteuersignalen für
die Luft- und Brennstoffventile bei unterschiedlichen Ausgangswerten
des Brenners, um dadurch den Verbrennungsvorgang über den
gesamten Betriebsbereich des Brenners zu optimieren. Wenn die Steuereinheit 100 anschließend in Betrieb
ist, vergleicht sie ein Eingangssignal, das die Temperatur von Wasser
in dem Kessel bezeichnet, mit gespeicherten Daten, die eine Solltemperatur
bezeichnen, und wählt
in Abhängigkeit
von der Differenz einen Ausgangswert für den Brenner aus. Die Steuereinheit
kann dann geeignete Positionen für
die Luft- und Brennstoffventilelemente bestimmen und diese Elemente
nach Bedarf einstellen, wobei auch Eingangssignale, welche die Verbrennungsprodukte betreffen,
und alle anderen Eingangssignale, welche die Steuereinheit empfängt, berücksichtigt
werden.
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Sowohl
während
der Inbetriebnahme als auch beim anschließenden Betrieb des Kessels
ist es erwünscht,
daß ein
Bediener Daten aus der Steuereinheit 100 lesen kann, und
zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 100 an ihrer Vorderseite
mit einem Display versehen.
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Es
wird nun speziell auf das in 3 gezeigte
Beispiel der Kesselanlage Bezug genommen. Die Anlage weist einen
Kessel 120 mit einem Brennerkopf 121, einem Brennraum 122 und
einem Feuerzug 123 auf. Luft wird dem Brennerkopf 121 aus
einem Lufteinlaß 124 über ein
Lufteinlaßregister 125 durch ein
Zentrifugalgebläse 126 und
schließlich
ein Luftauslaßregister 127 zugeführt. Gewöhnlich ist
nur das eine oder das andere von den Registern 125 und 127 vorgesehen.
Der Brennerkopf 121 kann entweder mit Gas oder Öl als Brennstoff
betrieben werden; Gas wird dem Brennerkopf aus einem Einlaß 128 über ein Ventil 129 zugeführt, wogegen Öl aus einem
Einlaß 130 über ein
Ventil 131 dem Brennerkopf zugeführt wird. Der Kessel hat ein
Wasserauslaßrohr 132 mit einem
handbetätigten
Ventil 133 und eine Wasserrücklaufleitung 134 mit
einem herkömmlichen
handbetätigten
Ventil 135 und einem zusätzlichen Ventil 136.
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Die
Steuereinheit 100 ist mit verschiedenen Fühlereinrichtungen
verbunden, die in 3 gezeigt sind. Speziell ist
die Einheit über
einen Abgasanalysator 137 mit einer Abgasanalysesonde 138 und
einem Lastsensor (einer Temperaturfühlereinrichtung) 139 verbunden,
der den Wasserauslaß des
Kessels überwacht.
Die Steuereinheit 100 ist ferner über eine Inverter-Schnittstelleneinheit 141 und
einen Inverter 142 mit dem Motor des Gebläses 126 verbunden (wobei
die Schnittstelleneinheit 141 ein Rückführungssignal von einem dem
Gebläse 126 zugeordneten
Tachogenerator 126A empfängt), über einen ersten Luftservomotor 143 mit
dem Lufteinlaßregister 125 und/oder über einen
zweiten Luftservomotor 144 mit dem Luftauslaßregister 127 verbunden,
mit einer Luftdruckerfassungseinrichtung 145, die in der
Luftzufuhrleitung abstromseitig von dem Auslaßregister 127 vorgesehen
ist, über
Brennstoff-Servomotoren 146 mit den Brennstoffventilen 129, 131 verbunden, mit
einem weiteren Servomotor 147 zum Einstellen der Konfiguration
des Brennerkopfs 121 verbunden und mit einer Steuereinheit 136A für das Ventil 136 an
der Was serrücklaufleitung 134 zum
Kessel verbunden. Die Steuereinheit 100 führt sämtliche
Steuerfunktionen für
die Brennereinheit einschließlich derjenigen
Funktionen aus, die herkömmlich
von einem separaten Steuerungskasten ausgeführt werden (beispielsweise
die Steuerung des Brenners während
der Zündphase).
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Zusätzlich ist
die Steuereinheit 100 mit einem Flammenmonitor 140 verbunden,
der den oben beschriebenen Sensorkolben 1 aufweist. Der Monitor 140 ist
so positioniert, daß der
Kolben der Basis der Brennerflamme und der Zündflamme (nicht gezeigt) ausgesetzt
ist. Der Monitor 140 ist mit der Steuereinheit 100 verbunden,
welche die anderen Komponenten der Flammenüberwachungsvorrichtung von 1 aufweist.
Der Mikroprozessor 3 der Flammenüberwachungsvorrichtung
ist auch der Mikroprozessor, der für die anderen Steuervorgänge verwendet wird,
die von der Steuereinheit 100 ausgeführt werden. Die Steuereinheit 100 überprüft, daß das Signal von
der Einrichtung 140 die Anwesenheit einer Flamme anzeigt,
und wenn das nicht der Fall ist, wird der Ausfall angezeigt, und
die Steuereinheit erzeugt einen Alarm und/oder schaltet das System
ab.
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Die
Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf eine spezielle
Ausführungsform
einer Brennersteuerungseinheit beschrieben, es versteht sich jedoch,
daß die
Erfindung bei vielen verschiedenen Brennersteuerungseinheiten anwendbar ist,
die sämtliche
oder nur einen Teil der oben angesprochenen Brennersteuerungsfunktionen
ausführen.