Flammenüberwachungsschaltung für einen Brenner mit Glühzünder

Abstract

 Zur Flammenüberwachung eines Brenners wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandswertes eines Glühzünders (GL) dazu ausgenutzt, das Vorhandensein oder Fehlen einer den Glühzünder aufheizenden Flamme festzustellen. Hierzu ist der Glühzünder in eine selbstabgleichende Brückenschaltung (R1, R2, R3, GL) eingeschaltet, welche den Strom durch den Glühzünder (GL) so abgleicht, daß dieser eine konstante Temperatur von beispielsweise 1000°C annimmt und beibehält. Die Größe des hierfür erforderlichen Brückenstroms ist ein Maß für das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme.

Beschreibung

[0001] Zum Zünden von Gasbrennern werden vielfach keramische Glühzünder verwendet. Im Prinzip kann man hierfür auch Glühdrahtzünder einsetzen. Bekannt ist ferner, daß der Widerstand eines solchen Glühzünders temperaturabhängig ist und daß der Temperaturkoeffizient einen merklichen und angenähert konstanten Wert hat. Die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung nutzt diese Tatsache um den Glühzünder zugleich für die Überwachung der Flamme einzusetzen, wodurch ein besonderer Flammenfühler entfällt. Halt man den Glühdraht auf einer konstanten Temperatur von beispielsweise 1000°C, so ist der hierzu erforderliche Strom durch den Glühdraht davon abhängig, ob der Glühdraht von einer Flamme beheizt wird oder nicht. Ist eine Flamme vorhanden, so braucht nur ein geringfügiger Strom eingespeist werden, um die gewünschte Temperatur von beispielsweise 1000°C zu erzielen und aufrechtzuerhalten. Fehlt hingegen die Flamme, so muß der Glühdraht voll durch den elektrischen Strom auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden, so daß der Strom bei fehlender Flamme wesentlich höher ist als bei brennender Flamme. Die Solltemperatur des Glühdrahts wird so gewählt, daß sie ein sicheres Zünden des Brenners gewährleistet.

[0002] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Glühdraht zusätzlich zur Überwachung des Verbrennungsluftstroms ausgenutzt werden. Ist ein solcher Luftstrom vorhanden, so zeigt der Heizstrom für den Glühzünder Fluktuationen, d.h. einen merklichen Wechselstromanteil, bei fehlendem Luftstom hingegen nicht.

[0003] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels einer Flammenüberwachungsschaltung für einen Gasbrenner erläutert. Die Erfindung kann allerdings auch für Ölbrenner eingesetzt werden, wenn die Schaltung und insbesondere die Temperatur des Glühzünders entsprechend gewählt wird. Wenn im folgenden von einem Glühdraht die Rede ist, so sind hierunter auch andere Glühzünder, wie Glühflächenzünder zu verstehen, deren elektrischer Widerstand temperaturabhängig ist.

[0004] Im dargestellten Beispiel ist der Glühdraht GL in eine selbstabgleichende Brückenschaltung mit den Widerständen R1, R2 und R3 eingeschaltet, welche über einen Transistor Q oder einen sonstigen steuerbaren elektrischen Widerstand an die Stromversorgungsleitungen PS1 und PS2 angeschlossen ist. Der Selbstabgleich der Brücke erfolgt mit Hilfe einer differenzbildenden Schaltung S, welche die Potentiale an den beiden Brückendiagonalpunkten B1 und B2 gegeneinanderschaltet und hieraus eine Fehlerspannung e ableitet, die in einem Verstärker A1 verstärkt wird und ein Ausgangssignal E1 entstehen läßt. Dieses steuert an der Basis des Transistors Q dessen Stromdurchlässigkeit. Ist die Differensspannung e und damit das Signal E1 groß, so wird der Transistor Q niederohmig, so daß ein hoher Strom in die Brückenschaltung fließt. Damit wird der Glühzünder GL so weit aufgeheizt, bis wegen seiner hierdurch bedingten Widerstandsänderung die Brückenschaltung wieder abgeglichen ist. Sobald sich eine Flamme gebildet hat und diese den Glühzünder GL heizt, braucht nur noch ein vergleichsweise geringer Strom durch den Glühdraht GL zu fließen, um die Brücke abzugleichen. Die Differenzspannung e und mit ihr das Ausgangssignal E1 des Verstärkers A1 nimmt ab, wodurch der Transistor Q weniger stromdurchlässig wird und den Stromfluß in die Brückenschaltung drosselt.

[0005] An die beiden Stromversorgungsleitungen PS1 und PS2 ist ferner ein Spannungsteiler R4, R5 angeschlossen, der an seinem Abgriff eine konstante Vergleichsspannung E2 zur Verfügung stellt. Diese wird im Vergleicher CP1 mit dem Ausgangssignal E1 des Verstärkers A1 verglichen, welches, wie erwähnt, in seiner Größe vom Vorhandensein oder Fehlen einer den Glühdraht GL aufheizenden Flamme abhängt. Die vorgegebene Vergleichsspannung E2 ist so gewählt, daß beim Vorhandensein einer Flamme das Ausgangssignal FL des Vergleichers CP1 einen positiven Wert (1) und beim Fehlen der Flamme beispielsweise den Wert Null hat. Anstelle eines Summierers S und eines Verstärkers A1 kann ein Differentialverstärker eingesetzt werden, der mit seinen beiden Eingängen an die beiden Brückendiagonalpunkte B1 und B2 angeschlossen ist. Ist die Leitung PS1 die Plus-Leitung und die Leitung PS2 die Minus-Leitung, so ist E2 positiv und E1 negativ, so daß beim Vorhandensein der Flamme und somit einem geringen Strom durch den Glühzünder GL die Spannung E1 einen niedrigen Wert hat und folglich das Signal FL positiv, z.B. (1) ist. Während der Aufheizphase hingegen, fließt ein hoher Strom durch den Glühzünder GL, so daß die Spannung E1 einen hohen Wert hat und das Vergleicherausgangssignal FL gleich Null ist. Derselbe Zustand stellt sich ein, wenn während des Betriebs die Flamme erlischt und der Glühzünder GL mangels Heizung durch die Flamme mit einem hohen Strom aufgeheizt werden muß, um das Brückengleichgewicht aufrechtzuerhalten. Für die Erzeugung eines solchen starken Brückenstroms muß der Transistor Q oder ein sonstiger elektronisch steuerbarer Widerstand im Versorgungsstromkreis der Brücke niederohmig gesteuert werden, wozu im gezeigten Ausführungsbeispiel die Spannung E1 einen hohen Wert annehmen muß. Dadurch fällt die Ausgangsspannung FL auf einen niedrigen Wert, z.B. Null.

[0006] Der Glühzünder kann in Weiterbildung der Erfindung zusätzlich auch zur Überwachung des Verbrennungsluftstroms ausgenutzt werden. Befindet er sich im Verbrennungsluftstrom, so wird er durch diesen zusätzlich gekühlt und braucht zum Erreichen der vorgegebenen Temperatur eine höhere Stromzufuhr. Außerdem bewirkt der Luftstrom Fluktuationen dieser Stromzufuhr, wodurch das Brückenausgangssignal e eine merkliche Wechselstromkomponente erhält, die auch am Ausgang des Verstärkers A1 dem Signal E1 aufgeprägt ist. Sie wird über eine Hochpaßschaltung bestehend aus Kondensator C1 und Widerstand R6 einem Verstärker A2 zugeführt, an dessen Ausgang ein Gleichrichter D1 und ein Tiefpaßfilter bestehend aus Kondensator C2 und Widerstand R7 angeschlossen ist. Die auf diese Weise aus dem Wechselspannungsanteil des Signals E1 abgeleitete Gleichspannung E3 wird in einem weiteren Vergleicher CP2 mit der am Spannungsteiler R4, R5 abgegriffenen Vergleichsspannung E2 verglichen und erzeugt ein vom Luftstrom abhängiges Ausgangssignal AF. Ist kein Luftstrom vorhanden, so hat das Signal AF den Wert Null und bei ordnungsgemäßem Luftstrom hat es einen positiven Wert.

[0007] Die Zusatzschaltung mit den Bauteilen C1, C2, R6, R7, A2 und D1 dient gleichzeitig der Eigenüberwachung des Glühzünders. Ist dieser unterbrochen, so bleibt die Brückenschaltung R1, R2, R3, GL ständig unabgeglichen. Dies bedeutet, daß das Signal E1 ein Gleichstromsignal ohne Wechselspannungskomponente ist und folglich das Signal AF ebenso wie bei fehlendem Luftstrom keinen positiven Wert annehmen kann. Der Brenner wird also bei unterbrochenem Glühzünder genauso stillgesetzt wie bei nicht-ordnungsgemäßer Verbrennungsluftzufuhr.

[0008] Anstelle eines Glühdrahtzünders kann auch ein anderer Glühzünder verwendet werden, sofern er einen merklichen und konstanten Temperaturkoeffizienten hat und damit in einem Temperaturregelkreis eine konstante Temperatur des Glühzünders aufrechterhalten werden kann.

Ansprüche

1. Flammenüberwachungsschaltung für einen Brenner mit Glühzünder (GL), dadurch gekennzeichnet, daß

a) der im Betrieb der Flamme des Brenners ausgesetzte Glühzünder (GL) in einen Temperaturregelkreis (R1, R2, R3, GL, A1, Q) eingeschaltet ist, der die Glühzündertemperatur auf einem vorgegebenen, zum Zünden des Brenners ausreichenden Wert hält; und

b) die Größe des den Glühzünder durchfließenden Heizstroms ein das Vorhandensein oder Fehlen der Flamme anzeigendes Signal (FL) liefert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Glühzünder (GL) in eine selbstabgleichende Brückenschaltung (R1, R2, R3, GL) eingeschaltet ist und sein Temperaturkoeffizient einen merklichen und zumindest angenähert konstanten Wert hat,

b) die Brückenschaltung über einen steuerbaren Widerstand (Q) an die Stromversorgungsleitungen (PS1, PS2) angeschlossen ist;

c) die Diagonalspannung (e) der Brücke den steuerbaren Widerstand (Q) im Sinne einer geschlossenen Regelschleife in Richtung auf den Brückenabgleich (e = 0) steuert;

d) eine von der Diagonalspannung (e) abgeleitete Spannung (E1) in einem Vergleicher (CP1) mit einer vorgegebenen Vergleichsspannung (E2) verglichen wird; und

e) die vorgegebene Vergleichsspannung (E2) so gewählt ist, daß der Vergleicher (CP1) beim Vorhandensein einer Flamme ein erstes Signal (1) und beim Ferien der Flamme ein zweites Signal (0) liefert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung eine gleichstromgespeiste Widerstandsbrücke (R1, R2, R3, GL) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand (Q) ein Transistor ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Vergleichsspannung (E2) an einem an die Stromversorgungsleitungen (PS1, PS2) angeschlossenen Spannungsteiler (R4, R5) abgegriffen wird.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Diagonalpunkte (B1, B2) der Brücke (R1, R2, R3, GL) ein Differentialverstärker (S, A1) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal (E1) zusammen mit der vorgegebenen Vergleichsspannung (E2) dem Vergleicher (CP1) zugeführt wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühzündertemperatur etwa 1000°C beträgt.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 für einen dem Verbrennungsluftstrom ausgesetzten Glühzünder, dadurch gekennzeichnet, daß der verstärkte Wechselstromanteil des Brückenausgangssignals (e) gleichgerichtet und das Gleichrichterausgangssignal (E3) zusammen mit einer Vergleichsspannung (E2) einem zweiten Vergleicher (CP2) zugeführt wird, der eine vom Vorhandensein des Wechselstromanteils abhängiges Ausgangssignal (AF) liefert.

9. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß

a) an dem Ausgang des Differentialverstärkers (S, A1) über eine Hochpaßschaltung (C1, R6) ein zweiter Verstärker (A2) angeschlossen ist, und

b) mit dessen Ausgang ein Gleichrichter (D1) mit nachgeschalteter Tiefpaßschaltung (C2, R7) verbunden ist, deren Ausgangssignal (E3) dem einen Eingang (+) des zweiten Vergleichers (CP2) zugeführt wird, welcher an seinem anderen Eingang (-) die Vergleichsspannung erhält.

Zeichnung