ELECTRICAL IGNITION AND CONTROLLING APPARATUS FOR GAS BURNERS

Abstract: 1. Electric ignition and monitoring device for gas burners with or without a pilot light and with a thermoelectrically controlled safety valve manually operated and temporarily supplied with external current during jump-spark ignition, characterised in that a solenoid valve (HV) closed in the energised state is provided in the gas feed pipe of a burner (B), this valve being supplied from the A.C. power network on actuation of the safety valve (TV) connected in parallel to a slow-release switching relay (VR) by means of a control element (U), whereby the contact arrangement (3, 4) of the switching relay (VR) switches on the external current supply (FE) and prepares for jump-spark ignition (ZG) (Fig. 1).

Description: Elektrische Zund- und Uberwachuns- einrichtung für Gasbrenner Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung für gasbeheizte Geräte jeglicher Art, um den elektrischen Zündvorgang und die Punktion derartiger Geräte sicher zu vollziehen und überwachen zu können. Die zu diesem Zweck vorhandenen Einrichtungen sind damit belastet, dass der Dauerbetrieb weder für sich thermoelektrisch gesicherten Zündoder Pilotflamme jährlich ca. 200 m3 Gas erfordert. Derartige Kosten konnten bisher auf Dauer gesehen nur durch den Einsatz einer ebenso aufwendigen lonisationsüberwachung aufgefangen werden. Noch hinzu kommt, dass diese voll auf Netz angewiesenen Einrichtungen bei Stromausfall nicht mehr in Betrieb genommen werden können. In Anbetracht dieser wesentlichen Mängel liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Zünd- und überwachungseinrichtung für Gasbrenner mit oder ohne Pilotflamme zu entwickeln, die in Ergänzung bereits vorhandener Einrichtungen mit geringem Aufwand und auf einfache Weise erst bei Bedarf die Zündung der Brennstelle vornimmt und überwacht, auf Rehlzündung sowie Betriebsstörungen unbedingt (eigen-)sicher reagiert, und es darüber hinaus gestattet, den Gasbrenner auch im stromlosen Zustand mittels Premdzündung betreiben zu können. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der hinwendung auf eine elektrische Zünd- und tberwachungseinrichtung für Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 gemäss der Erfindung darin, dass in der Gas zuleitung eines Brennere ein im erregten Zustand geschlossenes Elektromagnetventil vorgesehen ist, welches bei Betätigung des Sicherungsventils parallel zu einem verzögert abfallenden Schaltrelais über ein Steuerelement aus dem Wechseletromnetz gespeist wird, wobei die Kontaktanordnung des Schaltrelais die Fremdstrom- versorgung einschaltet und die Hochspannungszündung vorbereitet. Der wesentliche Unterschied zu den bekannten Einrichtungen dieser Art liegt in der Massnahme begründet, dass das den von Rand betätigten Sicherungsventil im Gasweg nachgeordnete und funktionell über ein besonderes Steuerelement elektrisch geschaltete Magnetventil des Gasbrenners eine im erregten Zustand geschlossene ausführung aufweist. Diesem Elektromagnetventil ist zugleich ein Schaltrelais parallelgeschaltet, dessen Brbeitskontakte in den Stromkreisen für die Fremdstromversorgungseinheit und für das HochspSnnungszuna- gerät liegen. Dabei kann der Einsatz des letzteren nur vorbereitet werden, indem die volle Einschaltung erst durch den Umschaltkontakt des Steuerelements erfolgt, wenn die Brennstelle in Betrieb genommen werden soll. Da dann das Elektromagnetventil stromlos wird und öffnet, das Schaltrelais aber verzögert abfällt, bleibt parallel zu der Zündfunkenbildung am Gasbrenner die Premdstromversorgung des thermoelektrisch gesteuerten Sicherungsventils noch solange aufrechterhalten, bis dessen Speisung durch das von Seiten der Gasflamme erhitzte Thermoelement erfolgt. Anderenfalls unterbricht das Sicherungsventil die gesamte Gaszufuhr und der Zundvorgang muss wiederholt werden. Sollte bei dieser Anordnung in funktionswidriger Weise keine Zündung des Gas brenners erfolgen und zugleich die Fremdstromversorgung des Sicherungsventils infolge eines Defekts nicht abschalten können, so kann dieser Stromkreis durch einen besonderen Ruhekontakt unterbrochen werden, der von dem Magnetventil in dessen Offenstellung und mit ausreichender Zeitverzögerung betätigt wird, um auch in einem derartigen Störungsfall mit Sicherheit eine Sperrung der Gaszufuhr zum offenen Brenner hin zu bewirken. - Darüber hinaus ist es bei einem Ausfall der Wechselstromversorgung aufgrund der besonderen Ausführung des Magnetventils möglich, die Brennstelle während der Handbetätigung des Sicherungsventile anderweitig zu zünden und das Gerät zu betreiben, solange der erzeugte Thermostrom das Sicherungsventil offenhält. Gemäss den Merkmalen des Unteranspruchs 2 lässt sich die erfindungsgemässe Zünd- und tberwachungseinrichtung ebenso auch auf Gasbrenner mit besonderer Zund- oder Pilotflamme anwenden. In diesem Pall wirkt die vorbeschriebene Einrichtung massgeblich mit dem in stromlosem Zustand geöffneten Elektromagnetventil des Pilotflammenbrenners zusammen, während das wie üblich fungierende Elektromagnetventil des Hauptbrenners über einen weiteren Ruhekontakt des Schaltrelais freigegeben wird, nachdem dieses infolge der Umschaltung des Steuerelements verzögert abgefallen ist. Hierbei erweist es sich als zweckmässig, nicht nur die Zündelektrode sondern auch das Thermoelement des Sicherungsventils dem Pilotflammenbrenntr zuzuordnen (Unteranspruch 3). Wie aus dem Unteranspruch 4 ersichtlich, besteht das Steuerelement der erfindungsgemässen Zünd- und tberwachungsein- richtung aus einer Umschaltkontaktanordnung, die an entsprechender Stelle innerhalb des Gasgeräts oder in einem anderen tberwachungsbereich angebracht ist. Dabei kann das Steuermoment beispielsweise von Hand, thermisch durch einen Bimetallfühler, hydraulisch oder pneumatisch durch einen Druckgeber verursacht werden. Des weiteren ist es möglich, die Umschaltung der Kontaktanordnung eines Steuerrelais zu übertragen, das durch eines oder zugleich mehrere der ge nannten Überwachungsorgane von geeigneter Stelle aus elektrisch ferngesteuert wird. Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist nach den Merkmalen der Unteransprüche 5 und 6 vorgesehen, das Elektromagnetventil des eigentlichen Gasbrenners bzw. an dessen Stelle das Elektromagnetventil eines Hauptbrenners, der mittels einer erfindungsgemäss gesicherten Pilotflamme in Betrieb genommen werden soll, gegen eine Gasventilanordnung auszutauschen, die mechanisch von einem Differenzdruckgeber betätigt wird. Bei diesem Betätigungsorgan kann es sich z.B. um die Armatur eines Wasserdurchlauferhitzers od.dgl. handeln, die auf eine Entnahme von Brauchwasser reagiert und das Gasventil dementsprechend öffnet oder schliesst. Um dabei die erfindungsgemässe Zünd- und Überwachungseinrich- tung funktionsgerecht in diese Geräte einzuordnen, ist es erforderlich, dass der Differenzdruckgeber auch das Steuer- element der Einrichtung betätigt, dessen Umschaltung jedoch zeitlich gesehen in jedem Fall eher erfolgen muss, als das betreffende Gasventil geöffnet wird, um die sofortige Zünaung des dann austretenden Gases sicherzustellen. Eine derartige Verzögerung im Betätigungsablauf von Steuerelement und Gasventil lässt sich apparativ ohne weiteres mit geläufigen Mitteln realisieren, so dass hierauf an dieser Stelle der Übersichtlichkeit halber nicht besonders eingegangen zu werden braucht. Zudem empfiehlt sich im Interesse unbedingter Funktionssicherheit, bei einer Ausführung mit Pilotflammenbrenner sowohl diesem Brenner als auch dem über den Differenzdruckgeber betätigten hauptgasbrenner jeweils eine eigene Zündelektrode von Seiten des gleichen Rochspannungs- zundgerätes her zuzuordnen, um auch funktionswidrig auftretende Zeitunterschiede zwischen dem Einsetzen der Zündung und dem Austreten von Gas in jedem Fall abzufangen. - Um dagegen einen differenzdruckgesteuerten Gasbrenner ohne Pilotflaame bei Stromausfall weniger umständlich in Betrieb nehmen zu können, ist es z.B. möglich, vor der Ventil anordnung des Brenners einen von Hand absperrbaren Hilfsbrenner abzuzweigen, dessen Zindflarme, einmal gezündet, solange erforderlich auf das vorhandene Thermoelement einwirkt und für die weitere Zündung jeweils die gleichzeitige Wasserentnahme und Bedienung des Sicherungsventils ber- flüssig macht. In der anliegenden Patentzeichnung wird der Aufbau und die Funktion der erfindungsgemässen Zünd- und Überwachungsein- richtung aus einer Vielzahl von Bnwendungemöglichkeiten für vier typische Gasgerät-Ausführungen jeweils anhand eines Stromlaufplans näher erläutert. Hierbei zeigt, jeweils unter Vernachlässigung aller für das Verständnis der Erfindung nicht unmittelbar erforderlichen Einzelheiten, Fig. 1 ein zündgesichertes und überwachtes Gasgerät mit beispielsweise einer Kochbrennstelle; Fig. 2 das gleiche Gasgerät mit einem durch Pilotflamme gezündeten tängebrenner für Backöfen od.dgl.; Fig. 3 ein Gasgerät nach Fig. 1 mit einem durch Differenz druckgeber gesteuerten Gasventil für Wasserdurch lauferhitzer od.dgl.; und Fig. 4 das gleicherweise durch einen Differenzdruckgeber gesteuerte Gasgerät mit einem Pilotflammenbrenner nach Fig. 2. Wie aus der Darstellung in Fig. 1 ersichtlich, lässt sich der Gasbrenner B vermittels einer Betätigung des thermoelektrisch gesteuerten Sicherungsventils TV in Betrieb nehmen. Ob dabei an der Brennstelle Gas austritt und gezündet wird, bestimmt das Steuerelement U, dessen Umschaltkontakt 2 in Reihe mit dem sich schliessenden Einschaltkontakt 1 des Sicherungsventils TV liegt. Gemäss der eingezeichneten Ruhestellung des Umschaltkontakts 2 soll zunächst aus bestimmten Gründen kein Bedarf an der Entzündung des Gasbrenners B bestehen. Demgemäss wird über die Kontakte 1 und 2 das Elektromagnetventil HV aus dem Wechselstromnetz erregt und geschlossen, 8o dass an dem Brenner B kein Gas austreten kann. Zur gleichen Zeit hat das dem Ventil HV parallelgeschaltete Schaltrelais VR angezogen und mit seinem Arbeitskontakt 3 die Fremdstromversorgungseinheit FE eingeschaltet, die anstelle fehlenden Thermostroms von der Brennstelle B her nach Freigabe der Betätigungshandhabe hilfsweise das Sicherungsventil TV erregt und offen hält. Ausserdem bereitet der sich schliessende Arbeitskontakt 4 des Schaltrelais VR die Einschaltung des Hochspannungs- zündgerätes ZG vor. Wenn in dieser Phase jetzt der Umschaltkontakt 2 des Steuerelements U, z.B. infolge tnermischer Betätigung durch einen Bimetall-Federstreifen oder indirekt durch ein in zweckentsprechender Weise über den Kontakt 5 (fern-)geschaltetes Steuerrelais SR verursacht, in seine Arbeitsstellung umlegt, wird das Zündgerät ZR eingeschaltet und das Elektromagnetventil HV stromlos, womit das dann aus dem Brenner B austretende Gas augenblicklich entzündet wird. Da das im gleichen Stromkreis gelegene Schaltrelais VR jedoch mit einer bestimmten Verzögerung abfällt, werden über die Kontakte 3 und 4 die e die Fremdstromversorgungseinheit FE und das Zündgerät ZR erst dann abgeschaltet, wenn der Gasbrenner B brennt und dessen Thermoelement die Stromversorgung des Sicherungsventils TV übernommen hat. Anderenflls, d.h. bei Fehlzündung oder Stromausfall, unterbricht dieses Ventil TV die gesamte Gaszufuhr, so dass der Vorgang wiederholt und erneut gezündet werden muss. Bei Ausfall des Wechselstroms besteht dann die Möglichkeit, das über die Dauer der Betätigung des Sicherungsventils TV durch das jetzt offene Eletromagnet- ventil HV aus dem Brenner B ausströmende Gas voL Hand zu entzünden, bis dieses den erforderlichen Thermostrom für das Sicherungsventil TV zu dessen Offenhaltung liefert. Bei der Ausführung nach Fig. 2 der Zeichnung handelt es sich um ein Gasgerät, dessen Brennetelle von einem Längsbrenner B gebildet wird, dem wiederum zur Zündung ein besonderer Pilotflammenbrenner P zugeordnet ist. Dabei wirken die Schaltelemente der erfindungsgemässen Zünd- und Überwachungseinrichtung, wie zuvor beschrieben, mit dem in erregtem Zustand geschlossenen Elektromagnetventil PV des Pilotflammenbrenners P zusammen. Hinzu kommt auf Seiten des Schaltrelais VR ein weiterer Ruhekontakt 6, der das normal fungierende Elektromagnetventil EV des Längsbrenners B in der Zündphase schliessen lässt und es erst nach verzögertem Abfall des Schaltrelais VR ansprechen und öffnen lässt. Dementsprechend sind bei diesem Gerät die Zündelektrode und das Thermoelement dem Pilotflammenbrenner P zugeordnet, so dass mit dessen Funktion die des gesamten Gasgeräts in der vorbeschriebenen Weise abgesichert und überwacht wird. Die Ausführung nach Fig. 3 der Zeichnung unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Gasgerät nach Aufbau und Funktion im wesentlichen dadurch, dass an Stelle des Elektromagnetventils (EV) für den Gasbrenner B ein mechanisch betätigtes Ventil BV verwendet wird, das mit einem geläufigen Differenzdruckgeber DG gekoppelt ist. Diese Armatur reagiert beispielsweise innerhalb eines Durchlauferhitzere auf die bei der Entnahme von Brauchwasser auftretende Druckänderung und wertet dieselbe zum Öffnen (und Schliessen) des Gasventils BV aus. Um dabei auch das erfindungsgemäss vorgesehene Steuerelement U auf die Wasserentnahme ansprechen zu lassen, ist es erforderlich, dasselbe ebenfalls mit diesem Differenzdruckgeber DG mechanisch zu koppeln. Damit die elektrische Zündung hierbei mit Sicherheit vor dem Austreten von Gas eingesetzt hat, muss der betreffende Betätigungsvorgang zuerst auf das Steuerelement U und dann erst (zeitlich danach) auf das Gasventil BV wirken. Darüber hinaus verlaufen die Zünd- und Uberwachungsvorgängc sämtlich wie bei einer Anordnung nach Fig. 1 der Zeichnung. Dementsprechend ist in Fig. 4 der Zeichnung ein Gasgerät dargestellt, bei welches das Elektromagnetventil (HV) des durch einen zündgesicherten Pilotflamienbrenner P betriebenen Längsbrenners B nach Fig. 2, wie vorbeschrieben, ebenso gegen ein differenzdruckgesteuertes Normalventil BV ausgetauscht worden ist. Auch bei dieser Ausführung haben sich die bestimmenden Elemente der erfindungsgemässen Zünd- und Überwachungseinrichtung nicht geändert, so dass die verschiedenen Vorgänge für sich und in Verbindung miteinander in ihren Abläufen klar zu überschauen sind: Demgemäss wird bei Betätigung des Sicherungsventile TV zunächst das Elektromagnetventil PV des Pilotflammenbrenners P über den Einschaltkontakt 1 sowie den Umschaltkontakt 2 des Steuerelements U aus dem Wechselstromnetz erregt und der Brenner P geschlossen. Des weiteren vollzieht das dazu parallel an Spannung gelegte Schaltrelais VR mit seinem Arbeitskontakt 3 die Einschaltung der Fremdstromversorgungs- einheit FE, die zunächst wegen noch fehlenden Thermostroms durch die brennende Pilotflamme P die Offenhaltung des Sicherungsventils TV übernimmt. Wenn jetzt infolge der Entnahme von Brauchwasser der Differenzdruckgeber DG anspricht, betätigt dieser zuerst den Umschaltkontakt 2 des mit ihm mechanisch gekoppelten Steuerelements U. Durch diesen Vorgang wird das mit dem Schaltrelaiskontakt 4 vorbereitete Zündgerät ZG eingeschaltet und das gleichzeitig abgeschaltete Elektromagnetventil PV geöffnet, so dass der gezündete Pilotflsenbrenner P zu brennen beginnt und Thermostrom an das Sicherungsventil TV liefert, während das abfallverzögerte Schaltrelais VR die Fremdstromversorgung (3jFE) und die Zünaung (4/ZG) noch kurzzeitig eingeschaltet belässt. Erst nach der Umschaltung des Steuerelements U öffnet dann der Differenzdruckgeber DG mechanisch das Gasventil BV des Längsbrenners B, wobei das ausströmende Gas mittels der Pilotflamme P und/oder über die Hochspannungszündung durch eine sicherheitshalber auch für den Brenner B vorgesehene Hilfefunkenstrecke entzündet wird Danach gelangt das Schaltrelais VR verzögert zum Abfall und setzt durch Öffnen seiner Arbeitskontakte 3 und 4 die Fremdstromversorgungseinheit FE und das Zündgerät ZG ausser Betrieb. - Wenn hierbei z.B. auf Grund eines Defekts die Fremdstromversorgung FE nicht abgeschaltet oder unterbrochen wird und das Sicherungsventil TV demzufolge funktionswidrig geöffnet bleibt, d.h. an der Brennstelle angezündet Gas ausströmen kann, ist als zusätzliche Sicherung eine mit dem Elektromagnetventil PV des Pilotflammenbrenners P, bzw. bei Einzelbrennern B mit deren Gasventil HV, auf geeignete Weise mechanisch gekoppelte Ruhekontaktanordnung vorgesehen. Dieselbe wird durch das Ventil bei Erreichen der Offenstellung verzögert geöffnet und trennt dementsprechend nach einer kurzen Prüfzeit den Premdstromkreis primär- oder sekundärseitig zusätzlich auf. Diese hier nur in Fig. 4 angedeutete Massnahme lässt sich selbstverständlich ebenso und ohne weitere Hinweise auch bei den Einrichtungen nach Fig. 1 bis 3 der Zeichnung anwenden. Sollte sich aementsprechend bei jeder der vorbeschriebenen Anordnungen aus irgendwelchen Gründen auch nur einer dieser miteinander verknüpften und aufeinander folgenden Vorgänge nicht in ordnungsgemässer Weise abwickeln, so bewirkt die gegenseitige Absicherung der erfindungsgemässen Einrichtung in sich selbst automatisch eine sofortige Unterbrechung der gesamten Gaszufuhr, ohne dabei jedoch die Möglichkeit auszuschliessen, die betreffenden Gasgeräte bei Stromausfall trotzdem mittels Fremdzündung in Betriebnehmen zu können.

Claims: Patentansrüche 1. Elektrische Zünd- und Überwachungseinrichtung für Gas brenner mit oder ohne Pilotflamme sowie einem von Hand zu betätigenden und während des Hochspannungs-ZUndvor- gangs zeitweilig mit Premdstrom versorgten thermo elektrisch gesteuerten Sicherungsventil, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gaszuleitung eines Brenners (B) ein im er regten Zustand geschlossenes Elektromagnetventil (HV) vorgesehen ist, welches bei Betätigung des Sicherungs ventils (TV) parallel zu einem verzögert abfallenden Schaltrelais (VR) über ein Steuerelement (U) aus dem Wechselstromnetz gespeist wird, wobei die Kontakt anordnung (3, 4) des Schaltrelais (VR) die Fremdstrom versorgung (FE) einschaltet und die Hochspannungs zünaung (ZG) vorbereitet (Fig. 1). 2. Zür und Überwachungseinrichtung für Gasbrenner mit Pi flamme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da± em im erregten Zustand geschlossenen Elektromagnet ventil (PV) für den Pilotflammenbrenner (P) das ver zögert abfallende Schaltrelais (VR) parallelgeschaltet ist und dieses über einen zusätzlichen Ruhekontakt (6) das Elektromagnetventil (HV) für den Hauptbrenner (B) steuert (Fig. 2). 3. Zünd- und Überwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement des Si cherungsventils (TV) und die Zündelektrode des Hoch spannungs-Zündgerätes (ZG) dem Pilotflammenbrenner (P) zugeordnet sind. 4. Zünd- und Überwachungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (U) aus einer an geeigneter Stelle vorgesehenen Umschalt kontaktanordnung (2) besteht, die funktionsgemäss z.B. von Hand, thermomechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder auch elektrisch über ein entsprechend (fern-)geschaltetes Steuerrelais (SR) betätigt wird. 5. Zünd- und Überwachungseinrichtung für Gasbrenner ohne Pilotflamme nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass ein anstelle des Elektromagnetventils (HV) vorgesehenes Gasventil (BV) mechanisch-verzögert durch einen z.B. wasserdurchlaufgesteuerten Differenzdruck geber (DG) betätigt wird, der kurzzeitig zuvor auf die ebenfalls mit ihm gekoppelte Umschaltkontaktanordnung (2) des Steuerelements (U) einwirkt (Fig. 3). 6. Zünd- und berwachungseinrichtung für Gasbrenner mit Pilotflarme nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass zuerst die Umschaltkontaktanordnung (2) des Steuerelements (U) und kurzzeitig danach das normale Gasventil (BV) des Hauptbrenners (B) mechanisch durch einen z.B. wasserdurchlaufgesteuerten Differenzdruck geber (DG) betätigt werden (Fig. 4). 7. Zünd- und Überwachungseinrichtung, insbesondere nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektromagnetventil (HV) oder dem Gasventil (BV) eines Brenners (B) ein in der Offenstellung zeitverzögert ansprechender Ruhekontakt zur (zusätzlichen) Unterbre chung der Fremdstromversorgung (FE) des Sicherungs ventils (TV) beigeordnet ist. 8. Zünd- und tberwachungseinrichtung nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass dem Pilotflammenbrenner (P) und dem über den Differenzdruckgeber (DG) betriebenen Hauptbrenner (B) in Parallelschaltung jeweils eine be sondere Zündelektrode zugeordnet ist.

Inventors: WONISCH, FRANZ
Applicants: MAYER & WONISCH (KG) SPEZIALFABRIK FUR MESS- UND REGELGERATE
Application year: 1980
Main classification: F23N5
IPC codes: F23N5, F23Q9