WO1991006808A1 - Verfahren zum überwachen und sicherheitsmässigen einhalten des betriebs von kaminlosen öfen, insbesondere von petroleumöfen, und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum überwachen und sicherheitsmässigen einhalten des betriebs von kaminlosen öfen, insbesondere von petroleumöfen, und vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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sensor
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petroleum
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Jan Van Bemmel
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Toyotomi Kogyo Co., Ltd.
Zibrowius Gmbh
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    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring and ensuring that the operation of chimney-free stoves, in particular petroleum stoves, in the interior is normal and in the normal heating state, in which the flame height generated by the burner lies within a predetermined range, the exceeding of which is detected by radiation-sensitive means 5.
  • a corresponding control signal being generated when the temperature falls above or below the predetermined range and input to an electronic control circuit so that the normal Q heating state can be restored on the one hand and on the other hand during continuous operation of the burner outside of the predetermined range of Plammenwear over a predetermined period also produces a warning signal and, after a delay corresponding to the burner self 5 is automatically switched off.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention, as described above.
  • Concept of claim 12 is described.
  • a safety device for stoves is known, in particular for petroleum stoves (P0T-NL 86/000 10), in which, after normal operation has been reached, the level of the flames generated by the burner falls outside a predetermined range and / or the extent of the heating of the Heating device such as the burner head and the associated pipe can become so high that the furnace is in an undesired operating state.
  • the known safety device has a sensor device which detects that the predetermined range of the flame height has been exceeded and generates a corresponding measurement and / or control signal which is fed to an actuating device by means of which the petroleum stove returns to the desired operating state or is turned off.
  • the sensor device of the known safety device has two light sensors or sensors which detect the thermal radiation, each of which is assigned to the upper or lower limit of the predetermined range of the flame height in normal operation of the petroleum stove.
  • an automatic readjustment or readjustment by hand of the burner wick or its forced removal takes place. Switching by means of a falling switching lever if the predetermined range of the flame height is continuously exceeded for a predetermined time.
  • This known safety device which is based solely on the principle of radiation-sensitive detection of the flame height, does not meet the latest safety requirements, since it contains some uncertainty factors. If e.g. the burner is operated from the beginning only at the lowest possible flame height, this is not detected at all by the light sensor which is assigned to the lower limit of the predetermined range of the flame height. The burner now burns for a long time at the lowest flame height because the user e.g. has forgotten to switch off the furnace, there is a risk of an inadmissibly high CO content in the indoor air, since the furnace is not switched off automatically in the absence of a light-sensitive detection of the lowest flame height.
  • the burner flame can often briefly exceed the upper limit of the predetermined range of the flame height during normal heating operation of the furnace, which in the known safety device can lead to the premature automatic switch-off of the burner, although the maximum permissible CO ⁇ - Value in the indoor air has not yet been reached.
  • Such a rapid switch-off of the burner is associated with intensive odor and soot formation in an oven equipped with the known safety device, since there is not sufficient time for the hot tube of the burner to cool down and the petroleum contained in the wicking fabric is thus caused by the High radiation of the burner tube with strong odors is reduced.
  • Gas sensors e.g. Used in conjunction with microcomputers for automatic control of air purification devices or fans and detecting the proportion of CO, H and some other gaseous organic components via electrical resistance changes, e.g. Components of kitchen fumes, cigarette smoke or car fumes are known per se (Figaro Eng. Inc. type TGS 800).
  • O sensors for monitoring the oxygen accumulation in ventilators (US Pat. No. 95051).
  • Such an O sensor is e.g. formed as a galvanic cell, which has an anode made of lead, an oxygen cathode made of gold and a weakly acidic electrolyte.
  • a resistor and a thermistor for temperature compensation are connected between the cathode and the anode, so that the galvanic cell in the form of a lead-oxygen battery is always discharged.
  • the invention is based on the object of specifying a method of the type mentioned at the outset and an apparatus for carrying out the method in which the aforementioned disadvantages are avoided and increased security requirements are satisfied.
  • monitoring and safe maintenance of the operation of petroleum stoves are to be ensured, which are not necessarily dependent on radiation-sensitive detection of the flame height.
  • the object on which the invention is based is achieved according to the invention in that the proportion of Op in the exhaust gas of the burner inside the petroleum furnace is detected sensitively and used as a measure for monitoring the proportion of COp contained in the exhaust gas of the burner and in a
  • Control signal-forming voltage signal is converted, with the burner operating outside the predetermined range of flame height, the sensitive op detection is program-controlled both for restoring the normal heating state and for monitoring operation at the lowest flame height and for generating the warning signal via the electronic control circuit and the delayed automatic switch-off of the burner in each case at a predetermined first or a predetermined second lower Op component in the exhaust gas of the burner, each of which corresponds to a predetermined CO component in the interior air.
  • the method according to the invention is preferably characterized in that the CO content is additionally used as a measure for monitoring the COp content contained in the indoor air and that the warning signal is generated and the burner is automatically switched off when the op or CO content in the burner exhaust gas has reached the value that corresponds to the maximum permissible content of 0.8% COp in the indoor air.
  • the burner is preferably switched off automatically, for example 90 seconds after the warning signal indicating the low Op or the too high CO-COp level in the indoor air has been triggered.
  • the safety device according to the invention for chimney-less stoves, in particular petroleum stoves, for carrying out the method according to the invention is equipped with a sensor device with a light sensor which is held in the casing of the petroleum stove in association with the upper limit of a predetermined area of the flame height which determines the normal heating state of the petroleum stove , with a battery, an electronic control circuit connected to this, via which a wick-actuating device, which can also be operated by hand, can be adjusted according to a measurement signal of the light sensor when the predetermined range of the flame height is exceeded, with a warning device and a device for automatic switching off of the burner, each coupled to a time control device of the electronic control circuit and operating the burner above the predetermined range of the flame height for a predetermined time in each case nne can be actuated at different times.
  • this safety device is characterized in that the sensor device additionally has an 02 sensor coupled to a microprocessor, which is held within the housing of the petroleum stove in the lower housing area and via the electronic control circuit with the wick adjusting device, the warning device and is connected to the automatic switch-off device for the burner, the warning device or the switch-off device of the burner functioning at a predetermined first and a predetermined second, lower O concentration in the exhaust gas of the burner.
  • a CO sensor can also be provided on an electronic circuit board, which is arranged on a holder in an upper corner of the housing of the petroleum oven behind a screen that has a passage opening that reflects the heat radiated by the burner, such that a through the passage minimal exhaust gas stream entering the opening of the reflector screen hits the CO sensor.
  • the flame height also decreases, which means that, for example, in a petroleum stove with a two-stage burner, the second burner stage is no longer functional, which means higher CO emissions and thus increased COp Concentration in the indoor air conditional.
  • the safety device according to the invention detects exactly and immediately a reduction in the oxygen concentration in the housing of the petroleum stove, as a result of which an increase in the COp concentration in the indoor air is precisely monitored.
  • the safety device according to the invention can precisely and directly detect the higher CO concentration already inside the casing of the petroleum stove and thus ensures exact monitoring of the minimum flame height of the burner of the petroleum stove.
  • the safety device detects the COp concentration in the indoor air by measuring the Op concentration in the exhaust gas of the burner in the casing of the petroleum stove and transforms the respective Op concentration into a voltage signal.
  • the setpoint value is the voltage which corresponds to the maximum permissible COp concentration in the indoor air, which is set to 0.8 for the safety device according to the invention. If the COp concentration in the indoor air exceeds 0.8% (the maximum permissible value according to TÜV is 1 c / o), the burner is automatically switched off by the switch-off device of the safety device according to the invention. This means that the safety regulations specified by the safety device according to the invention lie considerably below the officially specified guidelines.
  • the COp content in the indoor air is measured with the Op sensor designed as a galvanic cell, which is arranged on a circuit board held by the casing of the petroleum stove.
  • the COp content is checked in the following procedure:
  • a time delay of the control of the COp content after switching on the petroleum oven e.g. 4 minutes so that the senso voltage stabilizes in this period
  • the operating voltage K u 0 fluctuates slightly from day to day during the test period. '' If the petroleum stove equipped with an op-sensor is switched on in a well-ventilated room, the sensor voltage ° U _-_, ensor im
  • the operating voltage U can be determined with the aid of the microprocessor as the maximum voltage value after each switching on of the burner of the petroleum stove before the sensor voltage drops due to poor ventilation of the interior.
  • the sensor voltage is recorded every 4 minutes and compared with the previous voltage value.
  • the determination of the operating voltage U after each start-up of the burner has the advantage that the influence of a voltage drift on the COp control is switched off.
  • the corresponding sensor voltage which deviates from the voltage in a well-ventilated state of the interior, would then be disadvantageously used as an operating
  • Voltage U can be used. This would have the consequence that switching off if the COp level was too high would result in a further increase each time the petroleum oven was switched on.
  • This problem can be solved by permanently setting the operating voltage U for a period of 45 minutes in the event that the burner has been switched off due to a high COp level in the indoor air. If the burner is switched on again during this period, the fixed operating voltage U is used for the COp control. It is assumed that after a period of 45 minutes the COp level has returned to normal, so that the operating voltage ° Uo in the previously described
  • the light sensor of the safety device according to the invention which is assigned to the maximum permissible flame height and which is arranged at a corresponding height next to the combustion chamber of the petroleum stove ensures interaction with the electronic one Control circuit of the safety device according to the invention for the necessary control functions such as
  • an acoustic intermittent alarm generation (e.g. 5 tones) when the upper limit of the predetermined range of the flame height of the burner is exceeded and
  • the op-sensor of the inventive safety device can be used in addition to the Monitoring by the light sensor gives additional monitoring when the burner is operating with an impermissibly high burner flame.
  • the method according to the invention and the safety device according to the invention ensure an automatic switch-off of the burner in approximately odor-preventing manner.
  • the safety device according to the invention enables the burner to be switched off automatically, by preventing the odor, by the following process steps:
  • the adjusting knob of the wick adjusting device of the burner is set in accordance with a very low flame height.
  • the correct setting is indicated by a colored marking and an acoustic intermittent signal of, for example, 3 seconds.
  • the burner then burns for a further 4 minutes, for example, in order to reduce the emission of odor-forming components.
  • the heating tube and the burner head can cool sufficiently during this period.
  • An activated electromagnet of the switch-off device then switches the burner off with a minimal odor.
  • the cooling process can also be ended at any time by turning the wick upwards by means of the adjusting knob of the wick adjusting device of the burner.
  • an exchangeable battery set for supplying all electrical current collectors of the petroleum stove, such as the ignition coil, the electronic control circuit with the microprocessor, the heating element of the CO sensor.
  • wick adjuster clockwise operates the main switch that closes the electronic circuit.
  • a battery test is carried out. If the voltage of the battery U is less than 2.3 V, ignition is not possible and a continuous buzzer signal sounds for 30 seconds, for example, which indicates that the battery must be replaced. After 30 seconds, the alarm signal is interrupted and the heating or heating process of the petroleum heater is interrupted by the action of the electromagnet, which causes the wick to reset. If the battery voltage is in the normal range, ignition is possible and must take place within 15 seconds, for example. If the ignition is not made after 15 seconds, an intermittent buzzer sounds, for example for 90 seconds, during which the petroleum stove can still be started. If the ignition has not taken place after 90 seconds, the activation of the petroleum stove is reversed by the action of the electromagnet.
  • a periodic monitoring cycle begins, in the course of which the battery voltage is checked in the manner described above and the flame level and the COp content in the exhaust gas are checked 4 minutes after the heating process of the petroleum oven has started.
  • the required frequency of the microprocessor allows the power consumption I of the electronic control circuit to be made relatively low.
  • the safety device has a mechanism arranged in the housing of the petroleum oven, by means of which the ignition device of the burner or the wick adjusting device are prevented from functioning in the battery housing in the absence or incorrect insertion of the battery.
  • the fuel level is checked continuously using a conventional circuit at the bottom of the fuel tank. If the level of the fuel is too low, an intermittent buzzer signal is generated for 3 minutes together with a floor flashing light. The fuel present in this state on the bottom of the burner is sufficient to let the burner burn for about 30 minutes.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of one with the
  • FIG. 2 is a perspective view of the petroleum oven of FIG. 1,
  • Fig. 5 is a block diagram from which the method for
  • FIG. 6a and 6b are perspective views of two embodiments of a mechanism of the safety device according to the invention, by which, in the absence or incorrect insertion of the battery into the battery housing, ignition of the burner or an adjustment of the wick adjustment device is prevented.
  • the petroleum oven 1 shown in FIGS. 1 and 2 has a housing 2, in the center of which a burner 4 having a wick adjusting device 3 is arranged, which can be of one or two stages, and a combustion chamber 5, partly by ⁇ Forced, open top burner housing 6. Between the burner housing 6 and the rear wall 7 of the housing 2 of the petroleum oven 1, which is on the left in FIG. 1, there is a heat reflection screen 8 which extends vertically downwards and which has a passage opening in the vicinity of the upper wall 9 of the housing 2 of the petroleum oven 1 10, through which part of the exhaust gas flowing out of the burner housing 6 (arrow A) of the burner 4 can pass.
  • an op sensor 13 designed as a galvanic cell is attached in the lower region of the housing 2 and coupled to a microprocessor of an electronic control circuit 14.
  • a CO sensor 11 Behind the heat reflection screen 8, in the upper left corner of the housing 2 in FIG. 1, a CO sensor 11 is mounted on a circuit board 15 for CO monitoring such that the exhaust gas flowing through the passage opening 10 of the heat reflection screen 9 flows onto it share hits.
  • the circuit board 15 is connected to the electronic control circuit 14 of the safety device, which in turn is connected to a warning signal device (not shown) and to an automatic switch-off device 16 for the burner 4.
  • a light sensor 19 assigned to the upper limit 17 of a predetermined range of the heights of the flames 18 of the burner 4 is arranged behind the heat reflection screen 8 such that the flames 18 exceed the upper limit 17 of the predetermined range of the flame height detected.
  • the light sensor 19 is connected to the electronic control circuit 14. If the light sensor 19 detects the flames 18 when the upper limit 17 of the predetermined range of the flame height is exceeded, it generates a measurement signal which is input to the electronic control circuit 14, by means of which an acoustic warning signal is generated.
  • the user of the petroleum stove 1 must now actuate the wick adjusting device 3 within 90 seconds and reset the height of the flames 18 of the burner 4 to the predetermined range of the flame height corresponding to the normal heating state of the burner 4. If this reset does not take place within the stated 90 seconds, the holding device 16 is actuated via the electronic control circuit 14 and the burner 4 is switched off automatically.
  • the operating voltage U of the O sensor 13 is determined as the maximum voltage value after the burner 4 has been switched on with the aid of the microprocessor of the electronic control circuit 14 before the sensor voltage U sensor due to a bad one Ventilation of the interior drops. As shown in FIG.
  • the sensor voltage U ⁇ _ ", ___ is recorded every 4 minutes and compared with the preceding voltage value.
  • U is the maximum voltage value before the sensor voltage US r , ensor falls on ° around the poor ventilation ° of the interior (cf. U_- is smaller than U ,,). The following therefore applies:
  • the CO sensor 11 can also continuously detect the CO content in the exhaust gas (arrow A) of the burner 4 in the housing 2, the measured CO concentration being continuously localized by the electronic circuit of the CO monitoring system electrical voltage can be converted / ground.
  • the CO concentration can also be used as a measure of the COp concentration contained in the indoor air.
  • the percentage CO and COp concentration in relation to the percentage oxygen content in the indoor air is plotted over the period of operation of the petroleum heater 1. It can be seen that the direct relationship between the decrease in Op and the increase in COp gives a corresponding relationship between the decrease in Op and a decrease in CO by the dependence of the increase in COp and CO.
  • FIG 5 illustrates the individual method steps for monitoring and safety-related compliance with the operation of the petroleum stove in an interior both in the normal heating state and outside the latter, the identifications of the individual blocks, to which reference is made, illustrate the functional relationships of the individual procedural measures.
  • 6a and 6b show two embodiments of a mechanism of the safety device, by means of which, in the absence or incorrect insertion of the battery 20 in the battery housing 21, ignition of the ignition device of the burner 4 is prevented or an adjustment of the wick adjustment device 3 is blocked and thus blocked it is not possible to ignite the wick with a match.
  • the mechanism has a functional spring 22 which, when the battery is used correctly, e.g. when it is in contact with a sensor plate 23 in the battery housing 21, is in the compressed state, with a release wire 24, one end of which, according to FIG. 6a, has a release plate 25 of a fuse 26 and. which responds to vibrations (eg also to earthquakes) the other end of which is connected to the sensor plate 23 is loose, so that the burner 4 can be ignited.
  • a functional spring 22 which, when the battery is used correctly, e.g. when it is in contact with a sensor plate 23 in the battery housing 21, is in the compressed state, with a release wire 24, one end of which, according to FIG. 6a, has a release plate 25 of a fuse 26 and. which responds to vibrations (eg also to earthquakes) the other end of which is connected to the sensor plate 23 is loose, so that the burner 4 can be ignited.
  • the release plate 25 of the fuse 26 is replaced by a locking lever 27, to which one end of the trigger wire 24 is connected, which sets the locking lever 27 in motion when the function spring 22 moves, thereby securing 26 is triggered.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und sicherheitsmäßigen Einhalten des Betriebs von kaminlosen Öfen, insbesondere von Petroleumöfen in Innenräumen sowohl im normalen Heizzustand als auch außerhalb des letzteren. Wird der normale Heizzustand verlassen, so ist die Gefahr einer unvollständigen Verbrennung und damit einer Verringerung des O2-Gehalts und eines Ansteigens der CO2-Konzentration in der Innenraumluft gegeben. Ziel der Erfindung ist es, eine äußerst exakte und schnelle Überwachung des CO2-Gehaltes der Innenraumluft zu ermöglichen und insbesondere unabhängig von der Flammenhöhe des Brenners dafür zu sorgen, daß eine exakte Überwachung und sicherheitsmäßige Einhaltung des Betriebs des Petroleumofens unabhängig von einer strahlungssensitiven Erfassung der Flammenhöhe möglich wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Anteil von O2 im Abgas des Brenners innerhalb des Petroleumofens sensitiv erfaßt und als Maß für die Überwachung des in der Innenraumluft enthaltenen Anteils von CO2 verwendet und in ein als Steuersignal dienendes Spannungssignal umgewandelt wird, wobei bei Betrieb des Brenners außerhalb eines vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe die sensitive O2-Erfassung sowohl zur Wiederherstellung des normalen Heizzustands als auch zum Überwachen des Betriebs bei niedrigster Flammenhöhe verwendet wird und die Erzeugung eines Warnsignals sowie einer verzögerten selbsttätigen Ausschaltung des Brenners jeweils bei einem vorbestimmten ersten bzw. bei einem vorbestimmten zweiten, geringeren O2-Anteils im Abgas des Brenners erfolgen, die jeweils entsprechenden vorbestimmten CO2-Anteile in der Innenraumluft entsprechen. Zusätzlich kann der Anteil von CO2 im Abgas des Brenners innerhalb des Petroleumofens sensitiv erfaßt und ebenfalls als Maß für die Überwachung des in der Innenraumluft enthaltenen Anteils von CO2 verwendet und in ein entsprechendes Steuersignal umgewandelt werden.

Description

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Verfahren zum Überwachen und sicherheitsmäßigen Einhalten des Betriebs von kaminlosen Öfen, insbesondere von Petroleumöfen, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 5
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und 0 sicherheitsmäßigen Einhalten des Betriebs von kaminlosen Öfen, insbesondere von Petroleumöfen, in Innenräumen so¬ wohl im normalen Heizzustand, bei dem die vom Brenner erzeugte Flammenhöhe innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, dessen Überschreiten strahlungssensitiv 5 erfaßt wird, als auch des Betriebs außerhalb des normalen Heizzustandes, wobei beim Über- wie beim Unterschreiten des vorbestimmten Bereiches jeweils ein entsprechendes Steuersignal erzeugt und einem elektronischen Steuer¬ kreis eingegeben wird, damit einerseits der normale Q Heizzustand wieder hergestellt werden kann und anderer¬ seits beim fortdauernden Betrieb des Brenners außerhalb des vorbestimmten Bereiches der Plammenhöhe über eine vorbestimmte Zeitspanne hinaus ein Warnsignal erzeugt und nach einer entsprechenden Verzögerung der Brenner selbst- 5 tätig ausgeschaltet wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durch¬ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es im Ober- begriff des Patentanspruchs 12 beschrieben ist.
Die Sicherheitsbestimmungen im Zusammenhang mit einer Innenraumluftverschmutzung, die durch kaminlose Öfen, insbesondere Petroleumöfen, verursacht sein kann, sind in letzter Zeit in den europäischen Landern verschärft worden und er ordern ein strenges Überwachen und sicherheitsmäßiges Einhalten des Betriebs derartiger kaminloser Öfen, wie z.B. von Petroleumöfen mit ein- oder zweistufigen Brennern (vgl. US-PS -3 90003)-
Bekannt ist eine Sicherheitsvorrichtung für Öfen, ins¬ besondere für Petroleumδfen (P0T-NL 86/000 10), bei denen nach Erreichen des Normalbetriebs die Höhe der vom Brenner erzeugten Flammen außerhalb eines vorbe¬ stimmten Bereiches geraten und/oder das Ausmaß der Erhitzung der Heizeinrichtung wie des Brennerkopfes und zugeordneten Rohres so hoch werden kann, daß ein uner¬ wünschter Betriebszustand des Ofens gegeben ist. Die bekannte Sicherheitsvorrichtung weist eine Sensoreinrich¬ tung auf, die ein Überschreiten des vorbestimmten Be¬ reiches der Flammenhöhe erfaßt und ein entsprechendes Meß- und/oder Steuersignal erzeugt, das einer Betätigungs¬ einrichtung zugeleitet wird, durch die der Petroleumofen in den gewünschten Betriebszustand zurückversetzt oder ausgeschaltet wird. Für einen Petroleumofen mit einem einstufigen Brenner weist die Sensoreinrichtung der be¬ kannten SieherheitsVorrichtung zwei Lichtsensoren oder die Wäremstrahlung erfassende Sensoren auf, die jeweils der oberen bzw. unteren Grenze des vorbestimmten Be¬ reiches der Flammenhöhe im Normalbetrieb des Petroleum¬ o ens zugeordnet sind. Entsprechend dem von den Licht¬ sensoren erzeugten Meßsignalen beim Überschreiten des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe erfogt ein automatisches Nachstellen oder ein Nachstellen von Hand des Dochtes des Brenners oder dessen zwangsweise Aus- Schaltung mittels eines herabfallenden Schalthebels, wenn der vorbestimmte Bereich der Flammenhöhe fortdauernd über eine vorbestimmte Zeit überschritten wird.
Diese bekannte Sicherheitsvorrichtung, die allein auf dem Prinzip der strahlungssensitiven Erfassung der Flammen¬ höhe basiert, genügt nicht den neuesten Sicherheitsan¬ forderungen, da es einige Unsicherheitsfaktoren in sich birgt. Wenn z.B. der Brenner von Anfang an nur bei der niedrigst möglichen Flammenhöhe betrieben wird, wird diese von dem Lichtsensor überhaupt nicht erfaßt, der der un¬ teren Grenze des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe zugeordnet ist. Brennt der Brenner nun bei der niedrigsten Flammenhöhe über einen langen Zeitraum, weil der Benutzer z.B. das Ausschalten des Ofens vergessen hat, so ist die Gefahr der Bildung eines unzulässig hohen CO -Gehaltes in der Innenraumluft gegeben, da eine automatische Aus¬ schaltung des Ofens in Ermangelung einer lichtsensitiven Erfassung der niedrigsten Flammenhöhe nicht erfolgt.
Da im Dochtgewebe stets Unebenheiten vorhanden sind, kann im normalen Heizungsbetrieb des Ofens die Brennerflamme häufig kurzfristig die obere Grenze des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe überschreiten, was bei der bekannten Sicherheitsvorrichtung zu einem vorschnellen automatischen Ausschalten des Brenners führen kann, obwohl der maximal zulässige CO^-Wert in der Innenraumluft noch gar nicht erreicht ist. Eine solche vorschnelle Ausschal¬ tung des Brenners ist bei einem mit der bekannten Sicherheitsvorrichtung ausgerüsteten Ofen mit einer intensiven Geruchs- und Rußbildung verbunden, da eine ausreichende Zeit für eine Abkühlung des heißen Rohres des Brenners nicht gegeben ist und das im Dochtgewebe enthaltende Petroleum somit durch die Hi zeabstrahlung des Brennerrohres unter starker Geruchsbildung ver- damυft. In Innenräumen, in denen ein kaminloser Petroleumofen brennt, und die Luftventilation ungenügend ist, steigt die COp-Konzentration und die Oo-Konzentration verringert sich (CΕ + 202 CO + 2HpO). Ein Mangel an Sauerstoff hat aber eine unvollständige Verbrennung zur Folge, die ein Ansteigen der CO-und COp-Konzentration mit sich bringt. Es besteht somit eine direkte Beziehung einer¬ seits zwischen der O - und der COp- bzw. der CO-Konzen- tration und andererseits zwischen der CO-.- und der C0- Konzentration. Steigt die COo-Konzentration an, so steigt auch die CO-Konzentration an.
GasSensoren, die z.B. in Verbindung mit Mikrocomputern zur automatischen Regelung von Luftreinigungsvorrichtungen oder Ventilatoren dienen und über elektrische Widerstands¬ änderungen den Anteil von CO, H und einigen anderen gas¬ förmigen organischen Bestandteilen erfassen, wie z.B. Komponenten von Küchenabgasen, Zigarettenrauch oder Auto¬ abgasen, sind an sich bekannt (Figaro Eng. Inc. Typ TGS 800).
Im medizinischen Bereich ist zur Überwachung der Säuer¬ stoffanreicherung in Beatmungsgeräten der Einsatz von O -Sensoren bekannt (US-PS 95051). Ein derartiger O -Sensor ist z.B. als galvanische Zelle ausgebildet, die eine Anode aus Blei, eine aus Gold hergestellte Sauerstoffkathode und einen schwach sauren Elektrolyten aufweist. Ein Widerstand und ein Thermistor zur Tempera¬ turkompensation sind zwischen die Kathode und die Anode geschaltet, so daß die galvanische Zelle in Form einer Blei-Sauerstoff-Batterie immer entladen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem bzw. der die zuvor erwähnten Nachteile vermieden werden und den erhöhten Sicherheitsanforderungen Genüge getan wird. Insbesondere soll für eine Überwachung und eine sicher¬ heitsmäßige Einhaltung des Betriebs von Petroleumöfen gesorgt werden, die nicht zwingend von einer strahlungs¬ sensitiven Erfassung der Flammenhöhe abhängig sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfin¬ dungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anteil von Op im Abgas des Brenners innerhalb des Petroleumofens sensitiv erfaßt und als Maß für die Überwachung des im Abgas des Brenners enthaltenden Anteils von COp verwendet und in ein das
Steuersignal bildendes Spannungssignal umgewandelt wird, wobei bei Betrieb des Brenners außerhalb des vorbestimm¬ ten Bereiches der Flammenhöhe die sensitive Op-Erfassung programmgesteuert sowohl zur Wiederherstellung des normalen Heizzustandes als auch zur Überwachung des Betriebs bei niedrigster Flammenhöhe dient und über den elektronischen Steuerkreis die Erzeugung des Warnsignals sowie der verzögerten selbsttätigen Ausschaltung des Brenners jeweils bei einem vorbestimmten ersten bzw. einem vorbestimmten zweiten geringeren Op-Anteil im Abgas des Brenners erfolgen, die jeweils einem vorbestimmten CO -Anteil in der Innenraumluft entsprechen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 11.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, daß zusätzlich der CO-Anteil als Maß für die Überwachung des in der Innenraumluft enthaltenden COp-Anteils verwendet wird und daß das Warnsignal erzeugt und die selbsttätige Ausschaltung des Brenners erfolgen, wenn der Op- bzw. der CO-Anteil im Abgas des Brenners den Wert erreicht hat, der dem maximal zulässigen Anteil von 0,8 % COp in der Innenraumluft entspricht. Vorzugsweise erfolgt die selbsttätige Ausschaltung des Brenners z.B. 90 sec. nach Auslösung des das zu geringe Op- bzw. das zu hohe CO-COp-Niveau in der Innenraumluft anzeigenden Warnsignals.
Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung für kamin¬ lose Öfen, insbesondere Petroleumöfen, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ausgerüstet mit einer Sensoreinrichtung mit einem Lichtsensor, der im Gehäuse des Petroleumofens in Zuordnung zur oberen Grenze eines vorbestimmten, den normalen Heizzustand des Petroleumofens bestimmenden Bereiches der Flammenhöhe gehaltert ist, mit einer Batterie, einem mit dieser ver¬ bundenen elektronischen Steuerkreis, über den eine auch von Hand betätigbare Dochtverstelleinrichtung ent¬ sprechend einem Meßsignal des Lichtsensors beim Über¬ schreiten des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe verstellbar ist, mit einer Warneinrichtung und einer Ein¬ richtung zum selbsttätigen Ausschalten des Brenners, die jeweils mit einer Zeitsteuereinrichtung des elektronischen Steuerkreises gekoppelt und bei Betrieb des Brenners ober¬ halb des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe über je¬ weils eine vorbestimmte Zeitspanne hinaus zeitlich ver¬ setzt betätigbar sind. Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Sicherheitsvorrichtung dadurch aus, daß die Sensorein¬ richtung zusätzlich einen mit einem Mikroprozessor ge¬ koppelten 02-Sensor aufweist, der innerhalb des Gehäuses des Petroleumofens im unteren Gehäusebereich gehaltert und über den elektronischen Steuerkreis mit der Docht¬ verstelleinrichtung, der Warneinrichtung und der selbst¬ tätigen Ausschalteinrichtung für den Brenner verbunden ist, wobei bei einer vorbestimmten ersten und einer vor¬ bestimmten zweiten, geringeren O -Konzentration im Abgas des Brenners die Warneinrichtung bzw. die Ausschaltein¬ richtung des Brenners in Funktion ist. Vorteilhafterweise kann ferner ein CO-Sensor auf einer elektronischen Schaltplatine vorgesehen sein, die an einer Halterung in einer oberen Ecke des Gehäuses des Petroleumofens hinter einem, die vom Brenner abgestrahlte Hitze reflektierenden, eine Durchlaßöffnung aufweisenden Schirms derart angeordnet ist, daß ein durch die Durch¬ laßöffnung des Reflektorschirms tretender minimaler Ab¬ gasstrom auf den CO-Sensor trifft.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung zu dessen Durchführung ist es möglich, den Betrieb von kaminlosen Öfen, insbesondere von Petroleumöfen, in Innenräumen unter - verglichen mit den amtlichen Sicherheitsvorschriften - noch strengeren Sicherheitsparametern korrekt zu überwachen und Sicher¬ heitsmäßig einzuhalten. Insbesondere ist die Erfassung der Höhe der Flammen des Brenners für eine exakte COp- Überwachung nicht zwingend notwendig.
Verringert sich z.B. die Säuerstoffkonzentration in der Innenraumlu , so verringert sich auch die Flammenhöhe, was bedeutet, daß z.B. bei einem Petroleumofen mit zwei¬ stufigem Brenner die zweite Brennerstufe nicht mehr in Funktion ist, was eine höhere CO-Emission und damit eine erhöhte COp-Konzentration in der Innenraumluft bedingt. Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung erfaßt exakt und unmittelbar eine Verringerung der Sauerstoffkonzen¬ tration im Gehäuse des Petroleumofens, wodurch eine Steigerung der COp-Konzentration in der Innenraumluft exakt überwacht wird. Gleichzeitig vermag die erfindungs¬ gemäße Sicherheitsvorrichtung genau und unmittelbar die höhere CO-Konzentration bereits im Inneren des Gehäuses des Petroleumofens zu erfassen und gewährleistet somit eine exakte Überwachung der minimalen Flammenhöhe des Brenners des Petroleumofens. Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung erfaßt über die Messung der Op-Konzentration im Abgas des Brenners im Gehäuse des Petroleumofens die COp-Konzentration in der Innenraumluft und transformiert die jeweilige Op- Konzentration in ein Spannungssignal. Der Sollwert ist die Spannung, die der maximal zulässigen COp-Konzentration in der Innenraumluft entspricht, die für die erfindungs¬ gemäße Sicherheitsvorrichtung auf 0,8 festgelegt ist. Wenn die COp-Konzentration in der Innenraumluft 0,8._ (der maximal zulässige Wert gemäß TÜV ist 1 c/o) über¬ schreitet, wird der Brenner von der Ausschaltvorrichtung der erfindungsgemaßen Sicherheitsvorrichtung automatisch ausgeschaltet. D.h. die von der erfindungsgemäßen Sicher¬ heitsVorrichtung vorgegebenen Sicherheitsbestimmungen liegen beträchtlich unter den amtlich vorgegebenen Richt¬ linien.
Die Messung des COp-Gehaltes in der Innenraumluft erfolgt mit dem als galvanische Zelle ausgebildeten Op-Sensor, der auf einer vom Gehäuse des Petroleumofens gehalterten Schaltungsplatine angeordnet ist.
Die Kontrolle des COp-Gehaltes erfolgt in folgendem Ver- fahrensablauf:
1. Eine Zeitverzögerung der Kontrolle des COp-Gehaltes nach Einschalten des Petroleumofens von z.B. 4 Minu¬ ten, damit sich die Senso Spannung in diesem Zeitraum stabilisiert,
2. eine Alarmverzögerung von z.B. 30 Sekunden, um tempo¬ rale Störungen auszuschließen,
3. Erzeugung eines intermittierenden z.B. aus 3 Tönen bestehenden Summersignals einer Dauer von maximal 90 sec, das anzeigt, daß der CO-COp-Gehalt in der Innenraumluft zu hoch ist. Während dieser Zeitdauer kann die Innenraumbelüftung z.B. durch öffnen einer Tür oder eines Fensters verbessert und damit die C0- COp-Konzentration verringert werden.
4. Ausschalten des Petroleumofens durch die Wirkung des Elektromagneten, wenn die Belüftung des Innenraums nicht innerhalb von 90 sec. verbessert worden ist.
Fehlfunktionen des Op-Sensors infolge seines Betriebs bei sehr niedrigen Temperaturen oder aufgrund des Endes seiner Betriebslebensdauer haben eine Sensorausgangs¬ spannung Ug von weniger als 30 mV zur Folge, welcher Zustand durch ein intermittierendes z.B. aus 7 Pieptönen bestehendes Summersignal 90 sec. nach Abschalten des Petroleumofens angezeigt wird.
Der in der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ver¬ wendete O -Sensor weist folgende Vorteile auf:
1. Extrem lange Lebensdauer (5 bis 10 Jahre).
2. Unempfindlichkeit gegenüber COp und anderen sauren Komponenten.
3. Erhöhte Zuverlässigkeit und Genauigkeit, da eine unmittelbare Beziehung zwischen einer Op-Abnahme und einer CO/COp-Zunahme gegeben ist, die aufgrund des Verbrennungsvorganges in nicht gelüfteten Räumen auf¬ tritt.
4. Möglichkeit der Bestimmung der Alarmspannung U des Op-Sensors.
5. Eigene Leistungsversorgung des als galvanische Zelle ausgebildeten Op-Sensors, so daß eine Gleichspannung von 3 V des elektronischen Steuerkreises des Petroleumofens aufrecht erhalten werden kann.
Es könnte lediglich zu beachten sein, daß sich ein sehr geringer Spannungsunterschied zwischen der Betriebsspan¬ nung U und der Spannung ergeben kann, die dem COp-Gehalt von 0,8 in der Innenraumluft entspricht. Wie aus den in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Versuchser¬ gebnissen hervorgeht, beträgt die Alarmspannung des Op-
Sensors Ua 2 mV. Es ist daher mit Blick auf die Stabili- tat und das Verhältnis Geräusch/Signal sowie hinsichtlich der Unempfindlichkeit des Op-Sensors gegenüber Tempera¬ turschwankungen ein Operationsverstärker hoher Qualität erforderlich, und zwar mit einem U_-Verstärkungsfaktor von K = 100. Die Genauigkeit der COp-Kontrolle hängt hauptsächlich von Spannungsabweichungen in der Hardware des elektronischen Steuerkreises des Petroleumofens und von der Spannungsabweichung (Drift) des Op-Sensors ab. Die durchschnittlichen Spannungsabweichungen des Op- Sensors der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung während eines Jahres beträgt 2 yό.
Wird angenommen, das Ausgangssignal des Op-Sensors habe eine Spannung von 50 mV, so bedeutet das eine Spannungs¬ abweichung von einem Millivolt pro Jahr. Bei U = 2 mV ergibt eine bei der Herstellung des Petroleumofens mittels eines Potentiometers fest eingestellten Betriebs¬ spannung U_ eine hohe Zuverlässigkeit der C0 -Kontrolle ~ ° ^ im Verlaufe eines Jahres.
V/ährend der Prüfυeriode schwankt die BetriebssnannunK u0 geringfügig von Tag zu Tag. 'Wird der mit einem Op-Sensor ausgerüstete Petroleumofen in einem gut gelüfteten Raum eingeschaltet, so steigt die SensorSpannung ° U_-_,ensor im
Verlaufe von 0 Minuten auf ca. 2 mV aufgrund der Temperatureinflüsse. Durch den Einbau eines Mikroprozessors in das Steuer¬ system der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ist es möglich, die oben aufgezeigten Probleme in den Griff zu bekommen. Die Betriebsspannung U kann mit Hilfe des Mikroprozessors nach jedem Einschaltvorgang des Brenners des Petroleumofens als maximaler Spannungswert bestimmt werden, bevor die SensorSpannung aufgrund einer schlechten Belüftung des Innenraums abfällt. Die SensorSpannung wird alle 4 Minuten erfaßt und mit dem vorhergehenden Spannungswert verglichen. Nach Bestimmung der Betriebs¬ spannung U ergibt sich die Alarmspannung des Sensors U aufgrund der Formel U_ = U_ - A U'_.
Tabelle 1
(Analyse der mit einem Op-Sensor des Typs KΞ-50 erhaltenen Versuchsergebnisse bei Kopplung des üp-3ensors mit dem Mikroprozessor des elektronischen Steuerkreises der erfin¬ dungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung)
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Durch die Bestimmung der Betriebsspannung U nach jeder Einschaltung des Brenners ergibt sich der Vorteil, daß der Einfluß einer Spannungsdrift auf die COp-Kontrolle ausge¬ schaltet wird. Ein Problem tritt jedoch in der Situation auf, wenn sich die Belüftung des Innenraums nach Abschal¬ ten des Brenners aufgrund eines zu hohen COp-Niveaus in einem schlecht belüfteten Raum nicht verbessert hat und der Petroleumofen unvorsichtigerweise wieder eingeschaltet ist, obwohl der COp-Gehalt des Raumes noch viel zu hoch ist. Die entsprechende Sensorspannung, die von der Spannung in einem gut belüfteten Zustand des Innenraumes abweicht, würde dann in nachteiliger Weise als Betriebs-
Spannung U verwendet werden. Dies hätte zur Folge, daß ein Abschalten bei einem zu hohen COp-Niveau dessen weiteres Ansteigen nach jedem Einschalten des Petroleum¬ ofens mit sich bringen würde.
Dieses Problem läßt sich dadurch lösen, daß die Betriebs¬ spannung U für einen Zeitraum von 45 Minuten fest für den Fall eingestellt wird, daß der Brenner aufgrund eines hohen COp-Niveaus in der Innenraumluft ausgeschaltet worden ist. Wird der Brenner während dieses Zeitraumes wieder eingeschaltet, so findet die festgesetzte Be¬ triebsspannung U Anwendung für die COp-Kontrolle. Es wird angenommen, daß nach dem Zeitraum von 45 Minuten das COp-Niveau wieder den normalen Zustand eingenommen hat, so daß die Betriebsspannung ° Uo in der zuvor beschriebenen
Weise wieder bestimmt wird.
Wenn die Brennerfla me den vorbestimmten Bereich der Flammenhöhe überschreitet, kann Ruß oder Rauch entstehen und es ist Brandgefahr gegeben. Der der maximal zulässi¬ gen Flammenhöhe zugeordnete Lichtsensor der erfindungsge¬ mäßen Sicherheitsvorrichtung, der in entsprechender Höhe neben der Verbrennungskammer des Petroleumofens angeord¬ net ist, sorgt in Zusammenwirkung mit dem elektronischen Steuerkreis der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung für die erforderlichen Steuerfunktionen wie
1. eine Zeitverzögerung von z.B. 3 sec, um temporale Störungen auszuschließen,
2. eine akustische intermittierende Alarmerzeugung (z.B. 5 Töne), wenn die obere Grenze des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe des Brenners überschritten wird und
3- eine automatische Ausschaltung des Brenners, wenn die Flammenhöhe innerhalb von z.B. 60 sec. nach Auslösung des Alarmsignals nicht in den vorbestimmten Bereich der Flammenhöhe zurückgestellt worden ist.
Da bei ungenügender Innenraumbelüftung beim Betrieb des Petroleumofens mit zu hoher Brennerflamme der auftreten¬ de Mangel an Sauerstoff eine unvollständige Verbrennung und damit ein Ansteigen der CO-COp-Konzentration in der Innenraumluft bewirkt, ist über den Op-Sensor der erfin¬ dungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung neben der Überwachung durch den Lichtsensor eine zusätzliche Überwachung bei Betrieb des Brenners mit unzulässig hoher Brennerflamme gegeben.
Von Wichtigkeit ist, beim selbsttätigen Ausschalten des Brenners eine Qualm- und damit verbundene Geruchsbildung zu verhindern, wie sie bei mit herkömmlichen Sicherheits¬ vorrichtungen ausgerüsteten Petroleumöfen auftreten.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung gewährleisten eine automatische Ausschaltung des Brenners in annähernd geruchsverhindern¬ der V/eise. Die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung ermöglicht eine geruchsverhindernde selbsttätige Ausschaltung des Brenners, und zwar durch den Ablauf folgender Verfahrens¬ schritte: Der Einstelldrehknopf der Dochtverstelleinrich¬ tung des Brenners wird entsprechend einer sehr geringen Flammenhöhe eingestellt. Die korrekte Einstellung wird durch eine farbige Markierung und ein akustisches inter¬ mittierendes Signal von z.B. 3 sec. angezeigt. In dieser Einstellung der Dochteinstellvorrichtung brennt der Brenner dann z.B. noch 4 Minuten, um die Emission von geruchsbildenden Komponenten zu verringern. In diesem Zeitraum können das Heizrohr und der Brennerkopf aus¬ reichend abkühlen. Hierauf schaltet ein aktivierter Elektromagnet der Ausschalteinrichtung den Brenner mit einer minimalen Geruchsentwicklung aus. Der Abkühlvorgang kann aber auch jederzeit durch Aufwärtsdrehen des Dochtes mittels des Einstelldrehknopfes der Dochteinstellvorrich¬ tung des Brenners beendet werden.
In die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung ist ein auswechselbarer Batteriesatz für die Versorgung aller elektrischer Stromabnehmer des Petroleumofens, wie z.B. der Zündspule, des elektronischen Steuerkreises mit dem Mikroprozessor, dem Heizelement des CO-Sensor, einbezogen.
Bei Drehen der Dochtverstelleinrichtung im Uhrzeigersinn wird der Hauptschalter betätigt, der den elektronischen Schaltkreis schließt. Zunächst wird eine Batterieprüfung durchgeführt. Ist die Spannung der Batterie U, kleiner als 2,3 V, so ist keine Zündung möglich und ein fortlau¬ fendes Summersignal ertönt für z.B. 30 sec, das anzeigt, daß die Batterie ausgewechselt werden muß. Nach 30 sec. wird das Alarmsignal unterbrochen und der Aufheiz- oder Heizvorgang des Petroleumofens wird durch Tätigwerden des Elektromagneten ausgesetzt, der eine Rückstellung des Dochtes bewirkt. Liegt die Spannung der Batterie im normalen Bereich, so ist die Zündung möglich und muß innerhalb von z.B. 15 sec erfolgen. Wird die Zündung nach 15 sec nicht vorgenommen, ertönt ein intermittierendes Summersignal z.B. 90 sec lang, während der die Zündung des Petroleumofens noch möglich ist. Hat nach 90 sec. die Zündung nicht stattgefunden, wird die Einschaltung des Petroleumofens durch Wirkung des Elektromagneten rück¬ gängig gemacht.
Nach erfolgreicher Zündung setzt ein periodischer Über¬ wachungszyklus ein, in dessen Verlauf die Batterie¬ spannung in der oben beschriebenen Weise überprüft sowie 4 Minuten nach Beginn des Aufheizvorganges des Petroleum¬ ofens die Kontrolle der Flammenhöhe sowie des COp-Gehaltes im Abgas durchgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung erweist sich als vorteilhaft, daß die erforderliche Frequenz des Mikroprozessors den Stromverbrauch I des elektronischen Steuerkreises verhältnismäßig gering gestalten laß.. Der Mikroprozessor arbeitet zufriedenstellend zwischen 0,5 und 5 MHz. Bei f = 0,5 MHz ist I gemäß Wahl gleich 2,5 mA. Bei f = 5 MHz ist I = 30 mA. Bei f - 0,5 MHz ist der Mikroprozessor zwar träger als bei f = 5 MHz, was jedoch bei dem vorliegenden Einsatz des Mikropro¬ zessors nicht ins Gewicht fällt.
Von Wichtigkeit ist schließlich, daß die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung einen im Gehäuse des Petroleum¬ ofens angeordneten Mechanismus aufv/eist, durch den bei Fehlen oder unkorrektem Einsetzen der Batterie Im Batteriegehäuse die Zündeinrichtung des Brenners oder die Dochtverstelleinrichtung in ihrer Funktionsaufnahme gehindert werden. Die Prüfung des Brennstoffpegels erfolgt mit einer üb¬ lichen Schaltung kontinuierlich am Boden des Brennstoff- tanks. Ist der Pegel des Brennstoffs zu niedrig, wird z.B. 3 Minuten lang ein intermittierendes Summersignal zusammen mit einem Bodenblinklicht erzeugt. Der am Boden des Brenns of anks in diesem Zustand vorhandene Brenn¬ stoff reicht aus, um den Brenner ca. 30 Minuten brennen zu lassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung zu seiner Durchführung werden nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:
Fig. 1 eineschematische Schnittansicht eines mit der
Sicherheitsvorrichtung ausgerüsteten Petroleum¬ o ens,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Petroleumofens nach Fig. 1 ,
Fig. 3 ein Diagramm, aus dem die Bestimmung der Betriebs¬ spannung U des Op-Sensors hervorgeht,
Fig. 4 ein Diagramm, aus dem die Beziehung des Sauer¬ stoffgehaltes der Innenraumluft über die Zeit und der C0-C0p-Konzentration hervorgeht,
Fig. 5 ein Blockdiagramm, aus dem das Verfahren zum
Überwachen und sicherheitsmäßigen Einhalten des Betriebs des Petroleumofens hervorgeht,
Fig. 6a und 6b perspektivische Ansicht zweier Ausführungs¬ formen eines Mechanismus der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung, durch den bei einem Fehlen oder unkorrekten Einsetzen der Batterie in das Batteriegehäuse eine Zündung des Brenners bzw. ein Verstellen der Dochtverstelleinrichtung ver¬ hindert wird.
Der aus den Fig. 1 und 2 hervorgehende Petroleumofen 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem mittig ein eine Docht- verstelleinrichtung 3 aufweisender Brenner 4 angeordnet ist, der ein- oder zweistufig ausgebildet sein kann, und ein eine Verbrennungskammer 5 bildendes, teilweise per¬ foriertes, oben offenes Brennergehäuse 6 besitzt. Zwischen dem Brennergehäuse 6 und der in Fig. 1 links liegenden Rückwand 7 des Gehäuses 2 des Petroleumofens 1 ist ein sich vertikal nach unten erstreckender Hitze¬ reflexionsschirm 8 gehaltert, der in Nähe der oberen Wand 9 des Gehäuses 2 des Petroleumofens 1 eine Durch¬ laßöffnung 10 aufweist, durch die ein Teil des oben aus dem Brennergehäuse 6 strömenden Abgases (Pfeil A) des Brenners 4 treten kann. An einer mit dem Boden des Ge¬ häuses 2 befestigten senkrechten Halterung 12 ist ein als galvanische Zelle ausgebildeter Op-Sensor 13 im unteren Bereich des Gehäuses 2 angebracht und mit einem Mikroprozessor eines elektronischen Steuerkreises 14 ge¬ koppelt. Hinter dem Hitzereflexionsschirm 8 ist in der in Fig. 1 linken oberen Ecke des Gehäuses 2 ein CO-Sensor 11 auf einer Schaltungsplatine 15 für die CO-Überwachung derart angebracht, daß auf ihn der durch die Durchla߬ öffnung 10 des Hitzereflexionsschirms 9 strömende Abgas¬ anteil auftrifft. Die Schaltungsplatine 15 ist mit dem elektronischen Steuerkreis 14 der Sicherheitsvorrichtung verbunden, der wiederum mit einer nicht gezeigten Warn¬ signaleinrichtung und mit einer selbsttätigen Ausschalt¬ einrichtung 16 für den Brenner 4 verbunden ist. Ein der oberen Grenze 17 eines vorbestimmten Bereiches der Höhen der Flammen 18 des Brenners 4 zugeordneter Lichtsensor 19 ist hinter dem Hitzereflexionsschirm 8 derart angeordnet, daß er ein überschreiten der oberen Grenze 17 des vor¬ bestimmten Bereiches der Flammenhöhe durch die Flammen 18 erfaßt. Der Lichtsensor 19 ist mit dem elektronischen Steuerkreis 14 verbunden. Erfaßt der Lichtsensor 19 die Flammen 18 beim Überschreiten der oberen Grenze 17 des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe, so erzeugt er ein Meßsignal, das dem elektronischen Steuerkreis 14 ein¬ gegeben wird, durch den ein akustisches Warnsignal er¬ zeugt wird. Der Benutzer des Petroleumofens 1 muß nun innerhalb von 90 sec die Dochtverstelleinrichtung 3 be¬ tätigen und die Höhe der Flammen 18 des Brenners 4 wieder in den vorbestimmten Bereich der Flammenhöhe entsprechend dem normalen Heizzustand des Brenners 4 zurückstellen. Erfolgt diese Rückstellung nicht innerhalb der genannten 90 sec, so wird die Aussehalteinrichtung 16 über den elektronischen Steuerkreis 14 betätigt und der Brenner 4 selbsttätig ausgeschaltet.
Wird der Petroleumofen 1 in einem gut gelüfteten Raum eingeschaltet, so steigt die Sp~annung
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des 0.-
Sensors 13 der Sicherheitsvorrichtung im Verlaufe von 90 Minuten auf ca. 2 mV aufgrund der Temperatureinflüsse. Während des Betriebs des Petroleumofens 1 erfaßt der Op- Sensor 13 fortlaufend den Op-Gehalt der Luft im Gehäuse _ und wandelt diesen fortlaufend in ein entsprechendes Spannungssignal. Aufgrund der unmittelbaren Beziehung zwischen einer Op-Abnahme und einer COp-Zunahme ist das den Op-Anteil angebende Spannungssignal jeweils ein Maß für den COp-Anteil in der Innenraumluft. Die Betriebs¬ spannung U des O -Sensors 13 wird, wie aus Fig. 3 her¬ vorgeht, nach dem Einschalten des Brenners 4 mit Hilfe des Mikroprozessors des elektronischen Steuerkreises 14 als maximaler Spannungswert bestimmt, bevor die Sensor- spannung U ensor aufgrund einer schlechten Belüftung des Innenraumes abfällt. Wie Fig. 3 zeigt, wird die Sensor- spannung U~_„,___, alle 4 Minuten erfaßt und mit dem vor- hergehenden Spannungswert verglichen. In Fig. 3 ist U der maximale Spannungswert, bevor die SensorSpannung USr,ensor aufg°rund der schlechten Belüftung° des Innenraums abfällt (vgl. U_- ist kleiner als U,,). Es gilt daher:
U,.- = ü"o. Die Alarmspannung Ua_ des 0__.-öensors 13 ergibt sich somit nach Bestimmung der Betriebsspannung zu
Ua = üo - Ua' . Entspricht der vom 0 d-Sensor 13 erfaßte
Sauersto anτeil dem S —pannungswert der Alarmspannung Ua_, so wird ein Alarmsignal erzeugt. Wird die Belüftung des Innenraums nicht innerhalb von 90 sec. verbessert, so verringert sich der Op-Gehalt weiter und der Petroleum¬ ofen wird durch die Wirkung eines die selbsttätige Aus¬ schalteinrichtung 16 bildenden Elektromagneten bei einem vom Op-Sensor 13 gelieferten Spannungswert Ug _ aus¬ geschaltet, der kleiner als die Alarmspannung ü_ ist.
Während des Betriebs des Petroleumofens 1 kann auch der CO-Sensor 11 fortlaufend den CO-Anteil im Abgas (Pfeil A) des Brenners 4 im Gehäuse 2 erfassen, wobei die gemessene CO-Konzentration ortlaufend durch die elektronische Schaltung der CO-Überwachung in eine entsprechend elek¬ trische Spannung umgewandelt v/erden kann. Die CO-Konzen¬ tration kann zugleich als Maß für die in der Innenraum¬ luft enthaltende COp-Konzentration verwendet werden. Im Diagramm gemäß Fig. 4 ist die prozentuale CO- und COp- Konzentration im Verhältnis zum prozentualen Sauerstoff¬ gehalt in der Innenraumluft über die Zeit des Betriebs des Petroleumofens 1 aufgetragen. Es zeigt sich, daß über die unmittelbare Beziehung zwischen der Op-Abnahme und der COp-Zunahme eine entsprechende Beziehung zwischen der Op-Abnahme und einer CO-Abnah e durch die Abhängigkeit der COp- und der CO-Zunahme gegeben ist.
Das Blockschaltbild gemäß Fig. 5 verdeutlicht die einzel¬ nen Verfahrensschritte zum überwachen und sicherheits¬ mäßigen Einhalten des Betriebs des Petroleumofens in einen Innenraum sowohl im normalen Heizzustand als auch außerhalb des letzteren, wobei die Kennzeichnungen der einzelnen Blöcke, auf die Bezug genommen wird, die funktionellen Zusammenhänge der einzelnen Verfahrensma߬ nahmen verdeutlichen.
Aus den Fig. 6a und 6b gehen zwei Ausführungsformen eines Mechanismus der Sicherheitsvorrichtung hervor, von dem bei Fehlen oder unkorrektem Einsetzen der Batterie 20 im Batteriegehäuse 21 ein Zünden einer Zündeinrichtung des Brenners 4 verhindert bzw. ein Verstellen der Docht- verstelleinrichtung 3 blockiert wird und damit ein Ent¬ zünden des Dochtes durch ein Streichholz nicht möglich ist.
Der Mechanismus weist eine Funktionsfeder 22 auf, die bei korrektem Einsatz der Batterie, d.h. bei deren Anlage an einer Sensorplatte 23 im Batteriegehäuse 21, sich im zusammengedrückten Zustand befindet, wobei ein Auslöse¬ draht 24, dessen eines Ende gemäß Fig. 6a mit einer Aus¬ löseplatte 25 einer auf Erschütterungen (z.B. auch auf Erdbeben) ansprechenden Sicherung 26 und dessen anderes Ende mit der Sensorplatte 23 verbunden ist, locker ist, so daß ein Zünden des Brenners 4 möglich ist. Wird die Batterie 20 aus dem Batteriegehäuse 21 entfernt oder liegt letztere nicht exakt an der Sensorplatte 23 an, so wird letztere von der zusammengedrückten Funktions¬ feder 22 nach vorn gedrückt, wodurch der Auslösedraht 24 gespannt und die Auslöseplatte 25 bewegt wird, wodurch die Sicherung 26 in Funktion tritt und eine Zündung ver¬ hindert bzw. eine Dochtverstellung blockiert wird oder eine Ausschaltung des Brenners 4 erfolgt. Bei der Aus¬ führungsform gemäß Fig. 6b ist die Auslöseplatte 25 der Sicherung 26 durch einen Verriegelungshebel 27 ersetzt, mit der das eine Ende des Auslösedrahtes 24 verbunden ist, der den Verriegelungshebel 27 bei einer Bewegung der Funktionsfeder 22 In Funktion setzt, wodurch die Sicherung 26 ausgelöst wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen und sicherheitsmäßigen Ein¬ halten des Betriebs von kaminlosen Öfen, insbesondere von Petroleumöfen in Innenräumen sowohl im normalen Heizzustand, bei dem die vom Brenner erzeugte Flammen¬ höhe innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, dessen Überschreiten strahlungssensitiv erfaßt wird, als auch des Betriebs außerhalb des normalen Heizzu- standes, wobei beim Über- wie beim Unterschreiten des vorbestimmten Bereiches jeweils ein entsprechendes
Steuersignal erzeugt und einem elektronischen Steuer¬ kreis eingegeben wird, damit einerseits der normale Heizzustand wieder hergestellt werden kann und anderer¬ seits beim fortdauernden Betrieb des Brenners außer- halb des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe über eine vorbestimmte Zeitspanne hinaus ein Warnsignal erzeugt und nach einer entsprechenden Verzögerung der Brenner selbsttätig ausgeschaltet wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Anteil von Op im Abgas des Brenners innerhalb des Petroleumofens sensitiv erfaßt und als
Maß für die Überwachung des im Abgas des Brenners ent¬ haltenen Anteils von COp verwendet und in ein das Steuersignal bildendes Spannungssignal umgewandelt wird, wobei bei Betrieb des Brenners außerhalb des vorbestimmten Bereiches der Flammenhöhe die sensitive Op-Erfassung programmgesteuert sowohl zur Wiederher¬ stellung des normalen Heizzustandes als auch zur Über¬ wachung des Betriebs bei niedrigster Flammenhöhe ver¬ wendet wird und über den elektronischen Steuerkreis die Erzeugung des Warnsignals sowie der verzögerten selbsttätigen Ausschaltung des Brenners jeweils bei einem vorbestimmten ersten bzw. vorbestimmten zweiten, geringeren Op-Anteil im Abgas des Brenners erfolgen, die jeweils einem vorbestimmten COp-Anteil in der Innenraumluft entsprechen.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der CO-Anteil als Maß für die Über¬ wachung des im Abgas des Brenners enthaltenen CO2- Anteils verwendet wird, und daß das Warnsignal erzeugt 10 und die selbsttätige Ausschaltung des Brenners er¬ olgen, wenn der O-- bzw. CO-Anteil im Abgas des Brenners den Wert erreicht hat, der dem maximal zu¬ lässigen Anteil von 0,8 COp in der Innenraumluft entspricht.
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3« Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die selbsttätige Ausschaltung des Brenners 90 sec nach Auslösung des das zu geringe Op- bzw. das zu hohe CO/COp-Niveau im Abgas des Brenners an- 20 zeigenden Warnsignals erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Betriebsspannung des Brenners U für einen vorbestimmten Zeitraum fest eingestellt wird,
25 wenn der Brenner ausgeschaltet worden ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung für 4 Minuten fest einge¬ stellt wird, wenn der Brenner aufgrund eines zu hohen
„0 COp-Niveaus in der Innenraumluft ausgeschaltet worden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Op-Sensors zyklisch erfaßt und
35 mit dem vorhergehenden Wert der SensorBpannung ver¬ glichen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Spannung des Op-Sensors alle 4 Minuten erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Steuerkreis batteriegespeist und das Einhalten eines vorgegebenen Wertes der BatterieSpannung U, selbsttätig überprüft wird, wobei bei Unterschreiten des vorgegebenen Wertes der
Batteriespannung U, entweder eine Zündung des Brenners verhindert und ein die Notwendigkeit eines Batterie¬ austausches anzeigendes Alarmsignal erzeugt oder das Alarmsignal für eine vorgegebene Zeitspanne erzeugt und der Aufheiz- oder Heizvorgang des Petroleumofens selbsttätig ausgeschaltet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeich¬ net, daß bei einer Störung der Schaltung der Batterieeinspeisung des elektronischen Steuerkreises die Zündung des Brenners automatisch verhindert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Verhinderung der Zündung des Brenners mechanisch erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den elektronischen Steuerkreis kontinuierlich eine Prüfung des Brennstoffpegels durchgeführt und bei Unterschreiten einer vorbestimmten Pegelhöhe automatisch ein intermittierendes Signal erzeugt wird.
12. Sicherheitsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 bis 11, mit einer Sensorein¬ richtung mit einem Lichtsensor, der im Gehäuse des Petroleumofens in Zuordnung zur oberen Grenze eines vorbestimmten, den normalen Heizzustand des Petroleum- ofens bestimmenden Bereiches der Flammenhöhe gehal¬ tert ist, mit einer Batterie, einem mit dieser ver¬ bundenen elektronischen Steuerkreis, über den eine, auch von Hand betätigbare Dochtverstelleinrichtung des Brenners entsprechend einem Meßsignal des Licht¬ sensors beim Überschreiten des vorbestimmten Be¬ reiches der Flammenhöhe verstellbar ist, mit einer Erschütterungssicherung sowie einer Warneinrichtung und einer Einrichtung zum selbsttätigen Ausschalten des Brenners, die jeweils mit einer Zeitsteuerein¬ richtung des elektronischen Steuerkreises gekoppelt und bei Betrieb des Brenners oberhalb des vorbe- stimmten Bereiches der Flammenhöhe über jeweils eine vorbestimmte Zeitspanne hinaus zeitlich versetzt be¬ tätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor¬ einrichtung zusätzlich einen mit einem Mikroprozessor gekoppelten Op-Sensor (11) aufweist, der innerhalb des Gehäuses (2) des Petroleumofens (1) im unteren Gehäusebereich gehaltert und über den elektronischen Steuerkreis (14) mit der Dochtverstelleinrichtung (3), der Warneinrichtung und der Ausschalteinrichtung (16) für den Brenner (4) verbunden ist, wobei bei einer vorbestimmten ersten und einer vorbestimmten zweiten, geringeren Op-Konzentration im Abgas des Brenners (4) die Warneinrichtung bzw. die selbsttätige Aus¬ schalteinrichtung (16) des Brenners (4) in Funktion ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein CO-Sensor (11) auf einer elektro¬ nischen Schaltplatine (15) vorgesehen ist, die an einer Halterung in einer oberen Ecke des Gehäuses (2) des Petroleumofens (1) hinter einem, die vom Brenner (4) abgestrahlte Hitze reflektierenden, eine Durch¬ laßöffnung (10) aufweisenden Schirm (8) derart ange¬ ordnet ist, daß ein durch die DurchlaßÖffnung (10) des Hitzereflexionsschirms (8) tretender minimaler Abgasstrom (A) auf den CO-Sensor (11) trifft.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen mit einer auf Erschütterungen ansprechenden Sicherung (26) gekoppelten Mechanismus (22, 24), von dem bei Fehlen oder unkorrektem Einsatz der Batterie im Batteriegehäuse (21) eine Betätigung einer Zünd¬ einrichtung des Brenners (4) verhindert oder die Dochtverstelleinrichtung (3) in ihrer Grundposition blockierbar ist, in der der Docht von Hand nicht an¬ zündbar ist.
5» Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus (22, 24) eine Funktionsfeder (22), die an einer Sensorplatte (23) des Batterie¬ gehäuses (21) angreift und im Ruhezustand des Mechanismus (22, 24) zusammengedrückt ist, sowie einen Auslösedraht (24) aufweist, dessen eines Ende mit der Sensorplatte (23) und dessen anderes Ende mit einer Auslöseplatte (25) der Sicherung (26) ver¬ bunden und der im Ruhezustand des Mechanismus (22, 24) locker ist, und daß bei Fehlen oder unkorrektem Einsatz der Batterie (20) die Sensorplatte (23) von der Funktionsfeder (22) des in Betrieb gesetzten Mechanismus (22, 24) unter Spannung des Auslöse¬ drahtes (24) im Batteriegehäuse (21) verschiebbar und die Auslöseplatte (25) der Sicherung (26) in Funktion setzbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseplatte (25) der Sicherung (26) durch einen schwenkbaren Verriegelungshebel (27) ersetzt ist.
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