DE3008757A1

DE3008757A1 - Fluessigbrennstoff-raumheizvorrichtung und verfahren zum temperaturregeln derselben

Info

Publication number: DE3008757A1
Application number: DE19803008757
Authority: DE
Inventors: Donald G Batchelor
Original assignee: White Consolidated Industries Inc
Current assignee: Blaw Knox Corp
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1980-03-07
Publication date: 1980-09-18
Also published as: US4263886A; FR2451007B1; NL8001424A; SE8001780L; CA1130887A; FR2451007A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Flüssigbrennstoff-Raumheiz vorrichtungen und insbesondere auf kompakte Raumheizvorrichtungen mit einer erzwungenen Luftströmung für kleine geschlossene Bereiche, wie ein Fahrzeug-Fahrerhaus. Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Temperaturregeln einer Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung, vorzugsweise einer solchen mit einem Keramikblock-Heizelement.

Die steigende Notwendigkeit für eine Einsparung an Energie und insbesondere von fossilen Erdöldestillat-Brennstoffen oder äquivalenten Stoffen hat zu Versuchen geführt, energiewirksame Raum-Heizvorrichtungen zu schaffen, die in einer sicheren und zuverlässigen Weise für eine maximale Wärmeabgabe pro Mengeneinheit an flüssigem Brennstoff sorgen.

Beispielsweise offenbart das US-Patent 3 964 859 eine kompakte Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung unter Verwendung einer mit einem Flammensensor regulierten Zumeßpumpe, die einen Brennstoffzerstäuber vom Propellertyp in einer erhitzten Kammer speist. Es sind zahlreiche Temperaturfühler und temperaturgeregelte Steuerungselemente vorhanden, mit dem„Ziel, eine optimale Brennstoff-Verbrennung zu erzielen und aufrechtzuerhalten. Das US-Patent 3 086 579 und das US-Reissue-Patent 25 970 offenbaren eine Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einem Keramikblock-Heizelement und mit einem temperaturungeregelten Brennstoffaufbringungsglied zum Herstellen einer allgemein konstanten Betriebstemperatur der Heizvorrichtung.

Während solche Vorrichtungen den Brennstoffverbrauchswirkungsgrad vergrößern und einen Heizer kleiner Kapazität bilden können, der zum Erfüllen von Heizerfordernissen für ein Fahrzeug-Fahrerhaus geeignet ist, führt die Kompliziertheit dieser Vorrichtungen notwendigerweise zu Zuverlässigkeitsproblemen. Diese werden besonders dann bedeutsam, wenn Heizvorrichtungen der beschriebenen Art in Fahrerhäusern von Fahrzeugen installiert werden, die sich über

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große Distanzen von Wartungseinrichtungen bewegen. Die Möglichkeit, daß ein solches Fahrzeug beispielsweise in einen Schneesturm oder dergleichen gerät, macht es erforderlich, daß die Heizvorrichtung extrem zuverlässig und sicher zu betreiben ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung und eines entsprechenden Verfahrens zum Temperaturregeln derselben.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnen sich ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. 2 bzw. 5 bzw. 6 bzw. 10 bzw. 16 bzw. 19 bzw. 22 aufgeführten Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden dem Keramikblock-Heizelement der Raumheizvorrichtung feste Volumenteile an flüssigem Brennstoff zugeführt. Die Zufuhrgeschwindigkeit bzw. die Frequenz des Aufbringens von Brennstoff-Volumenteilen auf das Heizelement wird durch einen Temperaturfühler bestimmt, wie ein Thermoelement, das direkt den von einer Verbrennungskammer, welche das Heizelement enthält, abgelassenen Verbrennungsgasen ausgesetzt ist. Unter Verwendung eines Steuerungs- bzw. Regelungssystems vom Rückführungstyp stabilisiert das Ausgangssignal des Temperaturfühlers die Verbrennungsgas-Temperatur durch Aufrechterhalten oder durch Verändern der Zufuhrrate bzw. -geschwindigkeit der Brennstoff-Volumenteile. Diese werden vorzugsweise mittels einer Zumeßpumpe zugeführt, die als das einzige Brennstoff-Zumeßmittel fungiert. Der Stabilisierungspunkt des Steuerungsbzw. Regelungssystems wird mittels eines für eine Bedienungsperson zugänglichen Steuerungselements, wie eines Potentiometers, verschoben, um den Wärmeaustoß der Heizvorrichtung anzuheben oder abzusenken.

Die elektronisch gesteuerte bzw. geregelte Raumheizvorrichtung enthält das Keramikblock-Heizelement, dem durch die Zumeßpumpe feste Volumenteile an flüssigem Brennstoff mit einer von den Tem-

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peraturerfordernissen abhängigen Rate bzw. Geschwindigkeit zugeführt werden. Das Heizelement ist in der Verbrennungskammer angeordnet. Die aus der Verbrennungskammer abgelassenen Abgase werden direkt zu dem Thermoelement geleitet, dessen Ausgangsspannung benutzt wird, um die Frequenz einer Impulsschaltung, die die Zumeßpumpe antreibt, zu verändern oder aufrechtzuerhalten. Das durch eine Bedienungsperson einstellbare Potentiometer arbeitet als ein Thermostat zum Herstellen eines erwünschten Temperatur-Referenzwertes, mit dem das Thermoelement-Ausgangssignal laufend verglichen wird. Start- und Abschalt-Schaltungsanordnungen verhindern das Auftreten von unsicheren Betriebsbedingungen.

Eine Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hat sich als höchst zuverlässig und äußerst brennstoffsparend erwiesen. Da die Brennstoffzufuhr durch die Verbrennungstemperatur reguliert wird, sind das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise für eine Verwendung mit einer großen Vielfalt von Brennstoffen geeignet, wie von Heizöl, Kerosin, Dieselöl und dergleichen.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einem schematischen Gesamtdiagramm eine Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung und ihr Steuerungs- bzw. Regelungssystem nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 - in einem schematischen Diagramm einen zerhackerstabilisierten Verstärker, der für eine Verwendung in dem in Figur 1 dargestellten Steuerungs- bzw. Regelungssystem geeignet ist,

Figur 3 - ein schematisches Diagramm einer Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung, die für eine Verwendung in dem in Figur 1 dargestellten Steuerungs- bzw. Regelungssystem geeignet ist,

Figur 4 - ein schematisches Diagramm einer Temperatursteuerschaltung, die für eine Verwendung in dem in Figur 1 dargestellten Steuerungs- bzw. Regelungssystem geeignet ist, Figur 5 - ein schematisches Diagramm einer Zündsteuerschaltung,

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die für eine Verwendung in dem in Figur 1 dargestellten Steuerungs- bzw. Regelungssystem geeignet ist, und Figur 6 - ein schematisches Diagramm einer Brennstoffpumpen-Treiberschaltung, die für eine Verwendung in dem in Figur 1 dargestellten Steuerungs- bzw. Regelungssystem geeignet ist.

In den Zeichnungen und insbesondere in Figur 1 ist in schematischer Form eine elektronisch gesteuerte bzw. geregelte, mit flüssigem Brennstoff arbeitende Raum-Heizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Ein Heizvorrichtung-Gehäuse 10, das vorzugsweise zylindrisch und aus Blech oder dergleichen hergestellt ist, bildet ein abzugartiges Frischluft-Ansaugende 12 und ein Auslaßende 14 für erwärmte Frischluft. Es wird ein erzwungener Luftstrom von dem Ansaugende 12 zum Auslaßende 14 vorgesehen, und zwar durch ein Frischluft-Gebläse 16, das vorzugsweise gemäß Darstellung am Ansaugende 12 in dem zylindrischen Heizvorrichtung-Gehäuse 10 angeordnet ist. Die Einschalt- und Ausschaltvorgänge des Frischluft-Gebläses 16 werden durch Erregen und Entregen einer Versorgungsleitung 18 für das Frischluft-Gebläse 16 gesteuert.

Unmittelbar stromauf des Frischluft-Gebläses 16 befindet sich gemäß Darstellung in dem Heizvorrichtung-Gehäuse 10 eine allgemein geschlossene Verbrennungskammer 20, die vorzugsweise zylindrisch geformt und in bezug auf das zylindrische Heizvorrichtung-Gehäuse 10 koaxial angeordnet ist. Die Verbrennungskammer 20 besitzt eine metallische, wärmeleitende, zylindrische Wandung 22 oder dergleichen, die als Mittel für einen wirksamen Wärmeaustausch zwischen der Wandung 22 und der im Bypass strömenden Frischluft geeignet ist, welche gemäß der vorherigen Erörterung durch das Frischluft-Gebläse 16 zugeführt wird. Eine solche Wandung 22 könnte beispielsweise rippenartige Kühlglieder, sich longitudinal erstrekkende Luftkanäle oder dergleichen enthalten. Es ist festzustellen, daß die Wandung 22 der Verbrennungskammer einen Abstand von dem Gehäuse 10 hat, um dazwischen die bewegte Frischluft 23 für

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eine optimale Erwärmung derselben hindurchtreten zu lassen. Es ist ferner festzustellen, daß zahlreiche Wärmeaustauschglieder umfangsmäßig angeordnet sein könnten, um die Verbrennungskammer in ihrer Abstandsbeziehung innerhalb des Gehäuses 10 zu halten, wie es in Figur 1 dargestellt ist.

Ein für einen wirksamen Wärmeaustausch erfolgendes Erhitzen der Wandung 22 der Verbrennungskammer wird mittels eines Heizelements 25 vorgesehen, das vorzugsweise in Form eines brennstoffporösen (fuel porous) Keramikblocks des in dem zuvor genannten US-Reissue Patents 25 970 dargestellten Typs ausgebildet ist. Das Heizelement 25 ist zylindrisch geformt und mit einer Zünderaufnahme-Blindbohrung 27 sowie ein oder mehreren Injektoraufnahme-Blindbohrungen 2 9 (von denen nur eine dargestellt ist) versehen. Vorzugsweise erstrecken sich die Bohrungen 27, 29 rechtwinklig in die Oberfläche des Keramikblock-Heizelements 25. Es ist festzustellen, daß sich verschiedene Zünder/Injektor-Bohrungskonfigurationen als annehmbar herausgestellt haben.

Der Innenraum der Verbrennungskammer 20 ist durch eine Zwischenwandplatte 30 in einen Zuluftbereich- 32 und einen Verbrennungsbereich 34 unterteilt. Vorzugsweise ist das zylindrische Keramikblock-Heizelement 25 in eine zentrierte, becherartige Vertiefung 31 der Zwischenwandplatte 30 eingesetzt, wobei sich die Vertiefung 31 gemäß Darstellung zu dem Frischluft-Gebläse 16 erstreckt. Zwischen dem Verbrennungsbereich 34 und dem Zuluftbereich 32 besteht eine Strömungsverbindung über eine Mehrzahl von Luftinjektionsöffnungen 33, die durch die Zwischenwandplatte 30 verlaufen. Eine Verbrennungsluft-Einlaßleitung 35 liefert Luft zu dem Zuluftbereich 32, wobei die zugeführte Luft ihrerseits von einem Verbrennungsluft-Gebläse 37 zur Verfügung gestellt wird. Das letztere wird dadurch ein- und ausgeschaltet, daß eine Versorgungsleitung 38 für das Verbrennungsluft-Gebläse erregt und entregt wird. Diese Versorgungsleitung 38 führt auch zu einer elektronischen +5 Volt Gleichstromquelle 90.

Ein geeigneter flüssiger Brennstoff wird zu dem porösen Keramik-

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block-Heizelement 25 geleitet, und zwar vorzugsweise durch direktes Einspritzen über eine Brennstoff-Leitung 40, die von einer solenoidbetätigten Brennstoff-Zumeßpumpe 42 vom herkömmlichen Kolbenverdrängungstyp versorgt wird. Die Dosier- bzw. Zumeßpumpe 42 wird mit Stromimpulsen angetrieben bzw. gespeist, welche ein Pumpensteuerungssignal 44 bilden. Eine für eine solche Anwendung geeignete Pumpe wird von der Valcor Engineering Corp. von Kenilworth, N.J., hergestellt und als Zumeßpumpe der Serie SV-500 vertrieben .

Das Entzünden des zugeführten Brennstoffs erfolgt mittels eines elektrischen Widerstandsheizelements 50, das in der Zünderaufnahme-Blindbohrung 27 des Heizelements 25 angeordnet ist. Das Erregen und Entregen des Widerstandsheizelements 50 erfolgt über eine Zünder-Versorgungsleitung 52.

Eine Verbrennungsgas-Abgasauslaßleitung 60, die mit dem Verbrennungsbereich 34 in Strömungsverbindung steht, leitet Verbrennungs gase direkt zu einem Abgastemperaturfühler, der in der bevorzugten Ausführungsform ein Thermoelement 62 darstellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß auch andere äquivalente Temperaturfühler von der vorliegenden Erfindung umfaßt sein sollen. Ein Thermoelement-Ausgangssignal 64 wird als ein Eingangssignal zu einem Thermoelement Verstärker 66 geleitet, der seinerseits ein verstärktes Thermoele ment-AusgangsSignal 68 bildet. Dieses wird gleichzeitig zu einer Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung 70, einer Temperatursteuerschaltung 72 und einer Zündsteuerschaltung 74 geleitet. Ein Tem peratursteuerung-Ausgangssignal 73 bestimmt die Betriebsfrequenz einer Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung 75, die ihrerseits das Pumpensteuerungssignal 44 zu der Brennstoff-Zumeßpumpe 42 lei tet. Die letztere arbeitet vorzugsweise als das einzige Zumeß- bzw. Dosierglied zum Zuführen von Brennstoff zu dem Heizelement 25

Start- und Abschalt-Betriebsfolgen der in Figur 1 dargestellten Raumheizvorrichtung für flüssigen Brennstoff werden durch ein Startrelais 80, ein Laufrelais 82, ein Wärmerelais 84, ein Oder-Tor 86 und ein NAND-Tor 88 gesteuert, wobei der genaue Betrieb

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dieser Elemente nachfolgend näher erläutert wird. Für eine Verwendung als das NAND-Tor 88 hat sich ein solches vom CMOS Typ 4011 als geeignet herausgestellt. Vorzugsweise ist das Oder-Tor in Form von parallelen Dioden ausgebildet, deren Stromausgänge miteinander verbunden sind. Eine solche Konfiguration eines Oder-Tors ist in der Technik bekannt. Die zuvor erwähnten Schaltungselemente werden beispielsweise mittels der +5 Volt Gleichstromquelle 90 versorgt.

Es wird nunmehr die Betriebsweise des in Figur 1 dargestellten, mit flüssigem Brennstoff arbeitenden Raumheizers detailliert beschrieben, wobei eine solche Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fahrzeug-Fahrerhauses benutzt wird und das Fahrzeug eine +12 Volt Gleichstromquelle 92 aufweist. Es ist eine mit dieser Gleichstromquelle 92 verbundene Versorgungsleitung 94 vorgesehen, die zu dem Startrelais 80 und zu dem Laufrelais 82 geführt ist. Beide Relais 80, 82 sind vom einpoligen Umschalttyp, wobei jedes Relais fünf Verbindungsanschlüsse hat, nämlich einen gemeinsamen Anschluß, einen normalerweise offenen Anschluß, einen normalerweise geschlossenen Anschluß und ein Paar von Relaisbetätigungsanschlüssen.

Im Zusammenhang mit dem Startrelais 80 ist die 12 Volt Versorgungsleitung 94 mit einem Startrelais-Betätigungsanschluß 96 verbunden. Der andere Startrelais-Betätigungsanschluß 97 ist direkt mit der Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung 75 über eine erste Freigabesignalleitung 76 verbunden, deren Funktion noch näher erläutert wird. Der Betätigungsanschluß 97 ist elektrisch auch mit einem Anschluß eines SPST Ein-Aus-Schalters 100 verbunden, dessen anderer Anschluß elektrisch geerdet ist.

Im Zusammenhang mit dem Laufrelais 82 ist die 12 Volt Versorgungsleitung 94 mit einem Laufrelais-Betätigungsanschluß 102 und einem gemeinsamen Laufrelais-Anschluß 104 verbunden. Der andere Laufrelais-Betätigungsanschluß 103 ist über eine Zündsteuersignalleitung 78 mit der Zündsteuerschaltung 74 verbunden.

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Es wird nunmehr eine typische Startfolge des Flüssigbrennstoff-Raumheizers aus Figur 1 beschrieben. Beim Bewegen des Ein-Aus-Schalters 100 zu einer geschlossenen oder leitenden Position wird eine Startrelais-Betätigungsspule 99 elektrisch erregt. Diese wirkt in herkömmlicher Weise so, daß ein normalerweise offener Kontakt 98 des Startrelais geschlossen wird. In diesem erregten Zustand des Startrelais wird das geerdete Widerstandsheizelement 50 mit Leistung versorgt, und zwar über die Zünder-Versorgungsleitung 52, welche ihrerseits mit dem gemeinsamen Anschluß 93 des Startrelais verbunden ist, der seinerseits über die zwischen den Relais verlaufende Versorgungsleitung 91 mit dem normalerweise geschlossenen Laufrelais-Anschluß 101 des Laufrelais 82 verbunden ist, wobei die 12 Volt Versorgungsleitung 94 über den gemeinsamen Laufrelais-Anschluß 104 zu dem normalerweise geschlossenen Laufrelais-Anschluß 101 führt. Bei diesen anfänglichen Startbedingungen bleibt das Laufrelais 82 im unerregten Zustand, während das Startrelais erregt wird. Die Zündsteuerschaltung 74 hält die Zündsteuersignalleitung 78 in einem ungeerdeten Zustand, um ein Erregen des Laufrelais zu vermeiden.

Wenn die 12 Volt Versorgung in der zuvor erläuterten Weise über die Relais 80, 82 zu dem Widerstandsheizelement 50 gelangt, beginnt dieses mit einem Erwärmen des umgebenden Keramikblock-Heizelements 25, um für ein Entzünden des zu diesem geleiteten flüssigen Brennstoffs zu sorgen. Zu diesem Zeitpunkt wird aus noch näher zu erläuternden Gründen kein Brennstoff zum Heizelement geleitet.

In den Pfad des Zünder-Steuersignals an der Zünder-Versorgungsleitung 52 ist ein ohmsches Wärmerelais-Betätigungselement 85 in Reihe geschaltet, das sich selbst zu erwärmen beginnt. Das Betätigungselement 85 grenzt unmittelbar an einen normalerweise offenen, bimetallischen Schalter 87 an, der sich beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur zu einem geschlossenen oder leitenden Zustand bewegt. Derartige bimetallische, thermisch betätigte Schalter sind in der Technik bekannt.

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Zusätzlich zu der Leistungsversorgung des Widerstandsheizelements 50 führt ein Schließen des Ein-Aus-Schalters 100 dazu, daß über die erste Freigabesignalleitung ein erstes Freigabesignal zu der Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung 75 geleitet wird. Ein Betrieb derselben macht es erforderlich, daß sowohl die erste Freigabesignalleitung 76 wie auch eine zweite Freigabesignalleitung 110 gleichzeitig passende Freigabesignale zu der Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung 75 leiten. Das über die zweite Freigabesignalleitung 110 zu der Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung 75 geleitete zweite Freigabesignal wird von dem Ausgang des NAND-Tors 88 geliefert, welches zwei Eingänge 112, 114 hat. In bekannter Weise führt das Anlagen eines einer logischen 0 entsprechenden Signals an einen Eingang des NAND-Tors 88 zu einem einer logischen 1 entsprechenden Signal, welches das zweite Freigabesignal für die Brennstoffpuitipen-Treiberimpulsschaltung 75 bildet. Andererseits führt ein gleichzeitiges Anlegen von logischen 1 Signalen an die Eingänge 112, 114 des NAND-Tors zu einer logischen 0 bzw. dem Verschwinden eines zweiten Freigabesignals für die Treiberimpulsschaltung 75, so daß ein Betrieb der Brennstoff -Zumeßpumpe 42 verhindert wird.

Beim anfänglichen Starten der dargestellten Raum-Heizvorrichtung, also mit dem geschlossenen Ein-Aus-Schalter 100 und dem erregten Startrelais, wird eine logische 1 am Eingang 114 des NAND-Tors erzeugt, da sich der bimetallische Schalter 87 in einem offenen Zustand befindet und da somit über einen in Reihe geschalteten Widerstand 116 Spannung zum Eingang 114 gelangt. Eine Stabilisierungsschaltung 120, die aus einer einzelnen Diode 121 parallel zu einem Kondensator 122 zum Unterdrücken transienter Vorgänge besteht, ist zwischen den Eingang 114 des NAND-Tors und die elektrische Masse geschaltet, um einen stabilen logischen 1-Wert herzustellen, wenn sich der bimetallische Schalter 87 des Wärmerelais 84 in einem offenen Zustand befindet. Auch die Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung 70 bildet ein logisches 1 Signal für den Eingang 112 des NAND-Tors in einer noch zu erläuternden Weise. Unter diesen Bedingungen leitet die zweite Freigabesignalleitung 110 kein Freigabesignal zu der Brennstoffpumpen-Treiberimpuls-

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Schaltung 75. Zu diesem Zeitpunkt wird das Keramikblock-Heizelement 25 erwärmt, wobei jedoch kein Brennstoff zugeführt wird, da die Treiberimpulsschaltung 75 durch das Fehlen eines zweiten Preigabesignals an der Leitung 110 gesperrt ist.

Gleichzeitig mit dem Erregen des Widerstandsheizelements 50 in der zuvor erwähnten Weise wird das Verbrennungsluft-Gebläse 37 über das Oder-Tor 86 gespeist, dessen einer Eingang 81 direkt mit dem normalerweise offenen Kontakt 98 des Startrelais verbunden ist, welchem in der erwähnten Weise Spannung zugeführt wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Ventilationsluftgebläse zu diesem Zeitpunkt nicht arbeitet.

Mit dem Zuführen von Verbrennungsluft zu dem Zuluftbereich 32 und mit dem Erwärmen des Keramikblock-Heizelements 25 durch das Widerstandsheizelement 50 auf einen hohen Temperaturwert wird die Verbrennungskammer für die Brennstoffzufuhr vorbereitet. Vorzugsweise wird der Zuluftbereich 32 für Verbrennungsluft unter Druck gesetzt, und es wird Luft an das Keramikblock-Heizelement 25 angrenzend über die Luftinjektionsöffnungen 33 gemäß der Darstellung eingeführt.

Bei einer vorbestimmten Temperatur verbindet der bimetallische Schalter 87 des Wärmerelais den Eingang 114 des NAND-Tors über einen in Reihe geschalteten Widerstand 118 mit Masse, wodurch dem Eingang 114 des NAND-Tors 88 ein logisches 0 Signal zugeleitet wird. Dadurch entsteht über die Freigabeleitung 110 ein zweites Freigabesignal, wodurch die Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung ihren Betrieb mit einer anfänglichen vorbestimmten maximalen Frequenz beginnt. Somit wird die Brennstoff-Zumeßpumpe 42 mit Treiberimpulsen versorgt, wodurch bestimmte Brennstoff-Volumenmengen direkt zu dem stark erhitzten Keramikblock-Heizelement geleitet werden. Es erfolgt ein nahezu momentanes Entzünden des zugeführten Brennstoffs. In bekannter Weise wird ein Brennstoff/ Luft-Dampf als ein Dampf an einer Oberfläche des Keramikblock-Heizelements 25 verbrannt. Diese Verbrennung erstreckt sich in die Verbrennungskammer und führt zu einer Erhitzung der Wandungen

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22 für einen Wärmeaustausch, wie es zuvor erörtert wurde. Während des Brennvorgangs werden über die Abgasauslaßleitung 60 Gase abgeleitet und direkt zu dem Fühler bzw. Thermoelement 62 geleitet. Das Thermoelement-Ausgangssignal 64, welches einen Anstieg der Verbrennungsgas-Abgastemperatur angibt, wird gleichzeitig über den Thermoelement-Verstärker 66 zu der Temperatursteuerschaltung 72, zu der Temperatürverlauf-Begrenzungsschaltung 70 und zu der Zündsteuerschaltung 74 geleitet.

Es ist ersichtlich, daß dann, wenn in dem Widerstandsheizelement 50 ein offener Kreis entsteht, eine Brennstoffzufuhr der Raum-Heizvorrichtung vermieden wird. Dieses ist wie folgt zu erklären: Da sich infolge eines Fehlens eines Stromflusses das Wärmerelais-Betätigungselement 85 nicht erwärmt, wird der bimetallische Schalter 87 in einem offenen Zustand gehalten. Dadurch wird an den Eingang 114 des NAND-Tors 88 fortgesetzt eine logische 1 angele gt_; und der andere Eingang 112 des NAND-Tors verbleibt in der zuvor erläuterten Weise auf einer logischen 1, wodurch ein logisches 0 Signal am Ausgang des NAND-Tors bzw. das Fehlen eines Freigabesignals den Betrieb der Brennstoffpumpe unterbindet. Es ist ersichtlich, daß dieses Ausfallsicherungsmerkmal in sehr vorteilhafter Weise einen unsicheren Betrieb der Raum-Heizvorrichtung und ein Zuführen von Brennstoffen zu dem Keramikblock-Heizelement ohne Entzündungsvorgang verhindert.

Nach einem normalen Starten der Heizvorrichtung, also nach eingeleiteter Verbrennung, erreicht das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal· 68 einen Wert, der für eine vorbestimmte Verbrennungsabgastemperatur (beispieisweise von 93°C bzw. 200⁰F) bezeichnend ist. Dabei wird die Zündsteuerschaltung 74 aktiviert, um die Zündsteuersignalleitung 78 in einer noch zu erläuternden Weise elektrisch mit Masse zu verbinden. Die geerdete Zündsteuersignalleitung 78 ist mit dem anderen Betätigungsanschluß 103 des Laufrelais 82 verbunden, so daß dieses erregt wird und seinen normalerweise geschlossenen Kontakt bzw. Anschluß 101 öffnet sowie einen normalerweise offenen Kontakt bzw. Anschluß 107 schließt. Es ist ersichtlich, daß beim Erregen des Laufrelais 82

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die über die Zwischenrelais-Versorgungsleitung 91 angelegte 12 Volt Versorgung von dem gemeinsamen Anschluß 93 des Startrelais 80 abgenommen wird. Dieses Abschalten führt zu einem Entregen des Widerstandsheizelements 50 und des in Reihe geschalteten Wärmerelais-Betätigungselements 85, wodurch sich der bimetallische Schalter 87 abzukühlen beginnt. Es ist auch ersichtlich, daß beim Betätigen des Laufrelais 82 keine Leistung mehr von dem Startrelais 80 über den Dioden-Eingang 81 zu dem Verbrennungsluft-Gebläse 37 und der +5 Volt Gleichstromquelle 90 geleitet wird. Um die Leistungszufuhr zu dem Verbrennungsluft-Gebläse 37 und der Gleichstromquelle 90 aufrechtzuerhalten, wird ein zweiter Versorgungspfad vorgesehen, und zwar von der Versorgungsleitung 94 über den nunmehr geschlossenen, normalerweise offenen Anschluß 107 des erregten Laufrelais 82 und den anderen Eingang 83 des Oder-Tors 86, das hierdurch erregt wird. Es ist also ersichtlich, daß ein Betätigen des Laufrelais 82 zu einer Leistungszufuhr zu dem Frischluft-Gebläse 16 führt, und zwar über die entsprechende Versorgungsleitung 18, die ebenfalls mit dem Kontakt bzw. Anschluß 107 des Laufrelais elektrisch verbunden ist. Es ist ersichtlich, daß während des anfänglichen Startens das Frischluft-Gebläse 16 ausgeschaltet bleibt, bis das Verbrennungsabgas eine Temperatur erreicht, die für einen erhitzten Zustand der Verbrennungskammer 20 bezeichnend ist. Daraufhin wird das Laufrelais 82 erregt. Auf diese Weise wird ein Zirkulieren von kalter Ventilationsluft vermieden .

Bei fortgesetztem Betrieb der Raum-Heizvorrichtung steigt die Verbrennungsabgastemperatur ständig bis zu einem Punkt (beispielsweise 205⁰C bzw. 400⁰F), bei dem die Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung 70 das logische 1 Signal von dem Eingang 112 des NAND-Tors abnimmt, um in einer noch zu beschreibenden Weise ein logisches 0 Eingangssignal vorzusehen. Zu diesem Zeitpunkt gelangen zu beiden Eingängen 112, 114 des NAND-Tors logische 0 Signale. Wenn das thermische bzw. Wärmerelais 84 in der zuvor erläuterten Weise von der Zündsteuerschaltung 74 entregt wird, kühlt sich der bimetallische Schalter 87 schließlich ab, um zu öffnen und wiederum eine logische 1 an den Eingang 114 des NAND-

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Tors 88 zu legen. Es ist ersichtlich, daß die Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung 70 entsprechend arbeitet, um sicherzustellen, daß die Brennstoff-Verbrennung nach dem Entregen des Widerstandsheizelements 50 nach Erregen des Laufrelais 82 fortgesetzt auf einer selbständigen Basis stattfindet. Wenn nach dem Entregen des Widerstandsheizelements 50 ein Flammenausfallzustand innerhalb des Verbrennungsbereichs 34 auftreten sollte, würden die Verbrennungsgastemperaturen zu sinken beginnen und nicht das Temperaturerfordernis (205⁰C bzw. 400⁰P) der Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung erreichen, woraufhin das logische 1 Signal an dem Eingang 112 des NAND-Tors 88 verbleibt. Nach dem Abkühlen und öffnen des bimetallischen Schalters 87 würde auch eine logische 1 an den Eingang 114 des NAND-Tors 88 angelegt, so daß wegen der logischen 1 Signale an beiden Eingängen 112, 114 eine logische 0 an der Freigabeleitung 112 entstehen würde. Dieses wiederum würde dazu führen, daß die Brennstoff-Zumeßpumpe 42 an einer weiteren Brennstoffzufuhr gehindert wird. Ein solches Sicherheitsmerkmal· führt dazu, daß kein Brennstoff zu der Verbrennungskammer 20 geleitet wird, wenn nach dem Entregen des Widerstandsheizelements 50, welches für die anfängliche Brennstoffentzündung sorgt, ein Ausfall· bezüg^ch der Seibstentzündung des Brennstoffs auftritt.

Es sei angenommen, daß die anfängliche Entzündung stattgefunden hat und aufrechterha^en wird. Die in Figur 1 dargestellte Raum-Heizvorrichtung befindet sich nunmehr in einem laufenden Zustand (Laufzustand), wobei die Frequenz der Pumpen-Treiberimpulse bzw. -Antriebsimpulse von der Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung 75 entsprechend dem Pegel· des verstärkten Thernrc^ement- Aus gangs signais 68 gerege^ wird, das zu der Temperatursteuerschaitung 72 gel·eitet wird.

Die Temperatursteuerschaitung 72 biidet einen Bezugswert, mit dem das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 laufend verglichen wird. Ein soicher Referenz- bzw. Bezugswert kann durch den Benutzer verändert werden, um die Betriebstemperatur der Heizvorrichtung entsprechend einzurichten, wobei die genaue Art und Weise des Veränderns des Referenzwertes noch näher eriäutert wird. Wenn

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dieser Referenzwert und das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 in einer vorbestimmten Beziehung stehen, ist die Frequenz der anfänglich von der Treiberimpulsschaltung 75 zu der Zumeßpumpe 42 geleiteten Impulse über ein Temperatursteuerung-Ausgangssignal 73 in Form eines Temperaturbedarfssignals zum Aufrechterhalten einer Verbrennungstemperatur verringert. Wenn die Verbrennungsabgastemperatur zu fallen beginnt, wird ein solches Ungleichgewicht von der Temperatursteuerschaltung 72 erfaßt, die ihrerseits die Brennstoffpumpen-Treiberimpulsschaltung dazu veranlaßt, die Frequenz der Antriebs- bzw. Treiberimpulse für die Brennstoff-Zumeßpumpe zu vergrößern.

Nunmehr wird der Abschaltvorgang der in Figur 1 dargestellten Raum-Heizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung erläutert. Zum Ausschalten der Raum-Heizvorrichtung wird der Ein-Aus-Schalter 100 in seine Aus-Position bewegt, wodurch das Startrelais 80 entregt und das über die Signalleitung 76 zu der Treiberimpulsschaltung 75 geleitete Freigäbesignal entfernt werden. Dadurch wird die Treiberimpulsschaltung 75 daran gehindert, weitere Betätigungsimpulse zu der Brennstoff-Zumeßpumpe 42 vom Solenoid-Typ zu leiten. Mit der Beendigung der Brennstoffzufuhr zu dem Keramikblock-Heizelement 25 beginnt die Verbrennungsabgastemperatur zu fallen. Es ist darauf hinzuweisen, daß zu diesem Zeitpunkt das Laufrelais 82 betätigt bleibt, da die Zündsteuerschaltung 74 das Laufrelais-Betätigungselement 108 über die Signalleitung 78 immer noch erdet. Wenn das Laufrelais 82 in seinem betätigten oder geschlossenen Zustand verbleibt, setzen das Verbrennungsluft-Gebläse 37 und das Ventilations- bzw. Frischluft-Gebläse 16 ihren Betrieb fort, um die Verbrennungskammer 20 zu spülen und abzukühlen. Wenn das sich ständig abkühlende Verbrennungsabgas eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 93⁰C bzw. 200⁰F) erreicht, die von dem Thermoelement 62 erfaßt wird, sorgt die Zündsteuerschaltung 74 für ein Aufheben der Erdung des Laufrelais-Betätigungsanschlusses 103, um das Laufrelais 82 zu entregen. Dadurch wird die +12 Volt Gleichstromversorgung von dem normalerweise offenen Anschluß 107 abgenommen, wodurch die Versorgung des Frischluft-Gebläses 16, des Verbrennungsluft-Gebläses 73 und der +5 Volt

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Gleichstromquelle 90 beendet wird. Durch das Entregen des Laufrelais 82 wird wiederum die Spannungsversorgung an den gemeinsamen Anschluß 93 des Startrelais 80 angelegt, und zwar als Vorbereitung für eine zukünftige Startfolge.

Es ist ersichtlich, daß durch das Steuerungs- bzw. Regelverfahren und die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung ein sicherer und wirksamer Betrieb der Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung vorgesehen wird. Ein unsicherer Betrieb der Heizvorrichtung wird vermieden, indem sichergestellt wird, daß niemals Brennstoff zu dem Keramikblock-Heizelement geleitet wird, wenn keine Brennstoff zündung vorliegt. Ferner setzen das Frischluft-Gebläse und das Verbrennungsluft-Gebläse ihren Betrieb nach einer Beendigung der Brennstoffzufuhr fort, bis die Temperatur des Verbrennungsabgases auf einen vorbestimmten Wert gefallen ist, der für einen sicheren Abschaltpunkt der Raum-Heizvorrichtung bezeichnend ist. Ferner ermöglicht die Schnellerfassung von Temperaturänderungen mittels des Thermoelements 62 ein laufendes und ziemlich momentanes bzw. sofortiges Regulieren der Brennstofferfordernisse zum Aufrechterhalten einer optimalen Verbrennung und eines stabilen Temperaturbetriebes. Ferner können zahlreiche Brennstoffe mit verschiedenen Verbrennungseigenschaften, wie Heizöl, Kerosin und Dieselbrennstoff, benutzt werden, da die Brennstoffanwendung bzw. -zufuhr direkt durch die Verbrennungstemperatur geregelt wird.

Es werden nun Beispiele für bestimmte Schaltungsmittel erörtert, die bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung benutzt werden.

In Figur 2 ist ein Verstärker dargestellt, der im Zusammenhang mit dem Thermoelement-Verstärker 66 zum praktischen Durchführen der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Der in Figur 2 dargestellte Verstärker ist in seiner Eigenschaft bekannt und vorzugsweise in Form eines Zerhackerverstärkers ausgebildet, der zum Verstärken des Mikrovolt-Ausgangssignals eines typischen Thermoelements geeignet ist. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des Verstärkers enthält gemäß Figur 2 ein kompensierendes Brückennetzwerk 130 mit einer Nulleinstellung zum Kompensieren der Spannung

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von einem Umgebungstemperatur-Thermoelement 132, das mit dem in Figur 1 dargestellten Abgastemperatur-Thermoelement 62 in Reihe geschaltet ist. Ein Paar von Eingangsleitungen 134, 136 verläuft von der Brücken/Thermoelement-Schaltungsanordnung zu einem Paar von Analogschaltern 140, 142. Diese arbeiten als Stichprobenbzw. Schalttore, die in einer noch zu beschreibenden Weise getriggert werden. In Reihe geschaltete und jeweils geeigneten Versetzungsschaltungen (offset circuits) 143, 145 nachgeschaltete Operationsverstärker 144, 146 positiver Verstärkung und mit geschlossenem Schleifenbetrieb (closed-loop mode) arbeiten in der Weise, daß das Thermoelement-Signal verstärkt und über einen Filterkondensator 148 zu der !temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung (run temperature limit circuit) 70, der TemperaturSteuerschaltung 72 und der Zündsteuerschaltung 74 geleitet wird. Eine geeignete, in ihrer Eigenschaft bekannte Operationsverstärker-Rückkopplungsschaltung 149, 150 befindet sich gemäß Darstellung zwischen den Ausgängen der Verstärker 144, 146 und ihren invertierenden Eingängen (-). Ein zusätzliches Paar von Analogschaltern 151, 152 ist an den entsprechend nicht-invertierenden Eingängen (+) der Operationsverstärker 144, 146 vorgesehen. Diese Analogschalter werden in bekannter Weise so gesteuert, daß sie die Eingänge auf einen Offset- bzw. Versetzungswert zurückführen. Das zum Bilden einer stabilisierten Verstärkung erfolgende Steuern oder Zerhakken des Eingangssignals bei 64 erfolgt durch vier NAND-Tore 161, 162, 163, 164, deren Eingänge miteinander verbunden sind, damit die NAND-Tore als Inverter arbeiten. Die NAND-Tore 163, 164 sind gemäß Darstellung mit geeigneten RC-Zeitkonstanten-Komponenten versehen, und zwar für eine Funktion als ein astabiler Multivibrator, der mit einer vorbestimmten Zerhackerfrequenz schwingt. An dem Ausgang 165 des NAND-Tors 163 wird ein periodisches Zerhacker- oder Torsteuerungssignal als Eingangssignal für das NAND-Tor 162 gebildet. Dieses arbeitet als ein Inverter, dessen invertiertes Ausgangssignal als ein Eingangssignal zum NAND-Tor 161 geleitet wird, welches ebenfalls als ein Inverter arbeitet. Der Ausgang 166 des NAND-Tors 161 ist zum Steuern des Analogschalters 140 mit diesem verbunden, während der Ausgang 167 des NAND-Tors 162 zum gleichzeitigen Steuern der Analogschalter 141, 151 sowie 152 mit diesen verbunden ist. - 24 -

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Entsprechend einem herkömmlichen zerhackerstafailisierten Verstärkerbetrieb wird dem Kondensator 148 eine Reihe von Impulsen vom Ausgang des Operationsverstärkers 146 zugeleitet, wobei jeder Impuls eine Amplitude hat, die sich entsprechend dem Pegel des Thermoelement-Ausgangssignals 64 verändert. Der Kondensator 148 filtert die Impulse, um ein sich veränderndes analoges Signal zu bilden, dessen Amplitude direkt proportional zu der Verbrennungsabgastemperatur an der Stelle des Thermoelements 62 und hierfür bezeichnend ist. Dieses veränderliche analoge Signal wird zu der Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung 70, der Temperatursteuerschaltung 72 und der Zündsteuerschaltung 74 geleitet. Es ist festzustellen, daß sich CMOS Typ 3130 Operationsverstärker für eine Verwendung als Verstärker 144, 146 als geeignet herausgestellt haben. Ferner wurde festgestellt, daß CMOS Typ 4066 Analogschalter für eine Verwendung als Analogschalter 140, 142, 151, 152 geeignet sind. Außerdem haben sich CMOS Typ 4011 NAND-Tore für eine Verwendung als NAND-Tore 161, 162₇ 163, 164 als geeignet erwiesen.

Die Temperaturverlauf-Begrenzungsschaltung 70 ist in Figur 3 dargestellt. Das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 wird dem invertierenden Eingang (-) eines Operationsverstärkers 170 beispielsweise vom CMOS LM124 Typ zugeführt. Der nicht-invertierende Eingang (+) dieses Operationsverstärkers 170 ist mit einem Widerstandsnetzwerk mit Widerständen 172, 173, 174 verbunden, die in bekannter Weise arbeiten, um einen Bezugspunkt zu bilden, mit dem das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 in bekannter Weise verglichen wird. Wenn das dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 170 zugeführte verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 in einer vorbestimmten Beziehung zu dem zum nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 170 geleiteten Referenzwertes steht, wird ein Ausgangssignal entsprechend einer logischen 1 oder einer logischen 0 zum Eingang des NAND-Tors 88 geleitet, wie es zuvor im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert wurde. Beispielsweise könnte der von dem Widerstandsnetzwerk mit den Widerständen 172, 173, 174 gebildete Referenzwert für eine Abgastemperatur von etwa 205⁰C (400⁰F) bezeichnend sein.

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Eine solche Temperatur würde anzeigen, daß eine selbständige Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer aufgetreten ist, wie es zuvor erörtert wurde, und daß eine logische 0 an den Eingang 112 des NAND-Tors 88 angelegt werden könnte, um in der beschriebenen Weise einen fortgesetzten Betrieb der Brennstoff-Zumeßpumpe aufrechtzuerhalten.

In Figur 4 ist eine Schaltung dargestellt, die sich als die Temperatursteuerschaltung 72 eignet. Diese enthält einen Operationsverstärker, beispielsweise vom CMOS LM124 Typ. Das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 wird dem nicht-invertierenden Eingang (+) zugeführt. Ein geeignetes Widerstandsnetzwerk mit Widerständen 181, 182, 183, 184 sowie 185 bildet einen Temperaturbedarf-Bezugswert an dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 180. Mit diesem Bezugswert wird das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 ständig in einer bekannten Weise verglichen. Die Amplitude des von dem Operationsverstärker 180 gebildeten Temperaturbedarfssignals wird durch die Beziehung zwischen dem Signal an der Ausgangsleitung 68 und dem Bezugswert am invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 180 bestimmt Der Bezugswert wird so eingestellt, daß er einer erwünschten Verbrennungsgastemperatur entspricht, die wiederum der erwünschten Temperatur der von der Heizvorrichtung zugeführten erwärmten Frischluft entspricht. Im Zusammenhang mit diesem Bezugswert wird die Heizvorrichtung für einen kontinuierlichen Betrieb stabilisiert, wie es zuvor erwähnt wurde. Ein Mittel zum Anheben und Absenken der Betriebstemperatur der in Figur 1 dargestellten Raum-Heizvorrichtung wird durch den Widerstand 182 gebildet, der in Form eines für die Bedienungsperson zugänglichen Potentiometers ausgebildet ist. Es ist ersichtlich, daß der dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 180 zugeführte Bezugswert durch passendes Einstellen des Potentiometers-Widerstands 182 verändert werden kann. Wenn sich der invertierende Eingang (-) und der nicht-invertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers 180 in einer vorbestimmten stabilisierten Zustandsbeziehung zueinander befinden, bestimmt das als Temperaturbedarfssignal gebildete analoge Signal die Frequenz der zu der Zumeßpumpe gelei-

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teten Treiberimpulse, um das Verbrennungsgas auf einer Temperatur zu stabilisieren oder zu halten, die durch die Einstellung der Bedienungsperson am Potentiometer-Widerstand 182 festgesetzt wurde.

In Figur 5 ist eine geeignete Schaltung für eine Verwendung als die Zündsteuerschaltung 74 dargestellt, die im Zusammenhang mit Figur 1 erörtert wurde. In einer ähnlichen Weise, wie es im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 erläutert wurde, wird dem nicht-invertierenden Eingang (+) eines Operationsverstärkers 190 beispielsweise vom CMOS LM124 Typ ein Referenzwert-Signal von einem in bekannter Weise angeschlossenen ohmschen Netzwerk mit Widerständen 191, 192 und 193 zugeführt. Das verstärkte Thermoelement-Ausgangssignal 68 wird dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 190 zugeführt. Wenn das Signal des Thermoelement-Verstärkers in bezug auf den dem nicht-invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers 190 zugeführten Referenzwert einen vorbestimmten Wert erreicht, wird vom Ausgang des Operationsverstärkers 190 ein geeignetes Basistreibersignal 194 zu einem passend vorgespannten, relaistriggernden PNP Transistor 195 geleitet, der seinerseits einen relaiserdenden PNP Transistor 196 in einen leitenden Zustand triggert. Ein Einschalten des Transistors 196 führt zu einem wirksamen Erden der Zündsteuersignalleitung 78, um das Laufrelais 82 zu erregen, wie es zuvor im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert wurde. Beispielsweise kann der von dem Widerstandsnetzwerk mit den Widerständen 191, 192, 193 zugeführte Bezugswert für eine Verbrennungsabgastemperatur von 93⁰C (200⁰F) bezeichnend sein. Wenn das Ausgangssignal 68 einen solchen Wert erreicht, erzeugt der Operationsverstärker 190 ein Signal, das den Transistor 195 einschaltet, welcher seinerseits den Transistor 196 einschaltet, um die Leitung 78 zu erden und das Laufrelais 82 einzuschalten, damit das Widerstandsheizelement 50 in der erläuterten Weise entregt wird. Wenn das dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers 190 zugeführte Ausgangssignal 68 unter einen Wert fällt, der für eine Verbrennungsabgastemperatur von 93⁰C (200⁰F) bezeichnend ist, werden die Transistoren 195, 196 ausgeschaltet und das Laufrelais entregt,

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wobei ein solcher Zustand während eines Abschaltspülzyklus der Heizvorrichtung erfolgt, wie es zuvor erläutert wurde.

In Figur 6 ist eine als die Treiberimpulsschaltung 75 (Figur 1) zum Antreiben der Zumeßpumpe 42 geeignete Schaltung dargestellt. Diese sorgt für eine Ansteuerung der Zumeßpumpe mit einer Frequenz , die sich in Abhängigkeit von den Brennstofferfordernissen der Heizvorrichtung ändert, was allein durch die Temperaturen an dem Thermoelement 62 bestimmt wird. Allgemein enthält die Treiberimpulsschaltung einen Oszillator 200 und eine Impulsverstärkungsschaltung 210. Der Oszillator 200 erzeugt an seinem Ausgang 212 eine Reihe von Rechteckwellen-Gleichstromimpulsen fester Amplitude und Impulsbreite, wobei die Frequenz der Impulse am Ausgang 212 durch den Wert des bei 73 zugeführten analogen Temperaturbedarf ssignals bestimmt wird. Wie es zuvor im Zusammenhang mit den Figuren 3, 4 und 5 erläutert wurde, ist ein Operationsverstärker 215 beispielsweise vom CMOS Typ LM124 vorgesehen, dessen Ausgang mit einem Eingang eines Freigabe-NAND-Tors 218 verbunden ist. Der Ausgang dieses NAND-Tors führt zu dem zusammengefaßten Eingangeines invertierenden NAND-Tors 219. Das Freigabe-NAND-Tor 218 arbeitet in einer bekannten Weise, um ein Anlegen des Operationsverstärker-Ausgangssignals an den Oszillator-Ausgang 212 zu unterbinden, wenn kein Freigabesignal (logische 1) an der zweiten Freigabesignalleitung 110 anliegt, wie es zuvor im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert wurde. Der invertierende Eingang (-) des Operationsverstärkers 215 ist mit einem Widerstandsnetzwerk mit Widerständen 220, 221 sowie 222 verbunden. Der Widerstand 222 ist variabel, um in bekannter Weise die von dem Oszillator 200 gebildete Impulsbreite einstellen zu können. Der nicht-invertierende Eingang (+) des Operationsverstärkers 215 ist mit einer Frequenzbestimmungsschaltung mit einem Kondensator 230, mit Dioden 231 sowie 232, mit einem aufladenden PNP Transistor 235, mit einer Diode 236 und mit Widerständen 237, 238 sowie verbunden, wobei diese Elemente gemäß der schematischen Darstellung in Figur 6 zusammengeschaltet sind. Es ist ersichtlich, daß eine Änderung bezüglich der Amplitude des Temperaturbedarfssignals bei 73 die Frequenz der am Ausgang 212 des Oszillators 200

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gebildeten Impulse entsprechend vergrößert oder vermindert (hauptsächlich als Funktion der Aufladungsrate des Kondensators 230), wenn dem NAND-Tor 218 ein Freigabesignal (logische 1) zugeführt wird.

In der Impulsverstärkungsschaltung 210 werden die leistungsarmen Impulse vom Ausgang 212 des Oszillators 200 zur Basis eines Transistors 240 geleitet, der seinerseits Basisstrom einem ersten Leistungstransistor 242 zuführt. Dieser wiederum liefert Basisstrom an einen zweiten Leistungstransistor 244, dessen Ausgang durch eine Zenerdiode 246 stabilisiert ist. Die drei Verstärkerstufen mit den Transistoren 240, 242, 244 liefern geeignete Impulse ausreichender Amplitude (Leistung) zum Antreiben der zuvor im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Solenoid-Zumeßpumpe 42. Ein Pumpunterdrückungstransistor 248 wird eingeschaltet, wenn die erste Freigabesignalleitung 76 ungeerdet ist, das heißt wenn sich der Ein-Aus-Schalter in einem offenen Zustand befindet und das Laufrelais erregt ist. Dieses führt zu einem wirksamen Erden der Basis des Transistors 240, so daß eine Verstärkung jedes der Impulsverstärkungsschaltung 210 zugeführten Signals verhindert wird. Dieses führt zu einem Unterdrücken des Betriebes der Brennstoff-Zumeßpumpe 42. Es ist ersichtlich, daß der frequenzvariable Oszillator 200, dessen Impulse über den Ausgang 212 zu der Impulsverstärkungsschaltung 210 gelangen, in einer wirksamen Weise Pumpenbetätigungsimpulse bildet. Die betätigte bzw. erregte Zumeßpumpe 42 liefert ihrerseits Festvolumen-Brennstoffchargen zu dem Keramikblock-Heizelement 25 mit einer Frequenz oder Rate in Übereinstimmung mit dem Temperaturbedarfssignal (bei 73) von der Temperatursteuerschaltung 72, wie es zuvor erörtert wurde.

Es wurde festgestellt, daß die in den Figuren 1 bis 6 dargestellte Erfindung einen wirksamen Brennstoff-Raumheizer mit stabilen Verbrennungsparametern, großer Zuverlässigkeit und schnellem Ansprechverhalten bei veränderlichen Erwärmungserfordernissen bildet. Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben sind, ist jedoch darauf hinzuweisen, daß verschiedene Modifikationen und Umgestaltungen von Teilen im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können.

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Claims

G 52 199-su White Consolidated Industries, Inc., 11770 Berea Road, Cleveland, Ohio 44111 (USA) Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung und Verfahren zum Temperaturregeln derselben Patentansprüche

1. Verfahren zum Temperaturregeln einer Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einem Keramikblock-Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß feste Volumenteile von flüssigem Brennstoff zu dem Keramikblock-Heizelement geleitet werden, daß der aufgebrachte Brennstoff zum Verbrennen an einer Seite des Keramikblock-Heizelements entzündet wird, daß eine für die Brennrate bzw. -geschwindigkeit des Brennstoffs an der Seite bezeichnende Temperatur erfaßt wird, daß ein zu der gemessenen Temperatur proportionales Meßsignal gebildet wird, daß ein Referenzwert vorgesehen wird, der für eine erwünschte Brennrate bzw. -geschwindigkeit des Brennstoffs bezeichnend ist, daß das Meßsignal mit dem Referenzwert verglichen wird und daß die Rate bzw. Geschwindigkeit des Aufbringens der Volumenteile von flüssigem Brennstoff auf das Keramikblock-Heizelement verändert wird, um das Meßsignal sowie den Referenzwert in einer vorbestimmten Beziehung zu halten.

2. Verfahren zum Temperaturregeln einer Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einer belüfteten Verbrennungskammer, die ein Keramikblock-Heizelement enthält, dadurch gekennzeichnet, daß feste Volumenteile von flüssigem Brennstoff auf das Keramikblock-Heizelement aufgebracht werden, daß der aufgebrachte Brennstoff zum Verbrennen an einer Seite des Keramikblock-Heizelements entzündet wird, daß die Temperatur der aus der Verbrennungskammer abgelassenen Verbrennungsgase erfaßt wird, daß ein zu der gemessenen Temperatur proportionaler Meßwert gebildet wird, daß ein Referenzwert gebildet wird, der für

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eine erwünschte Temperatur der abgelassenen Verbrennungsgase bezeichnend ist und daß die Rate bzw. Geschwindigkeit des Aufbringens der Volumenteile an flüssigem Brennstoff auf das Keramikblock-Heizelement verändert wird, um das Meßsignal und den Referenzwert in einem vorbestimmten Verhältnis zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzwert zum Verändern der Temperatur verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffvolumenteile aufgebracht werden, indem sie jeweils direkt in das Keramikblock-Heizelement eingespritzt werden.

5. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung, gekennzeichnet durch eine belüftete Verbrennungskammer (20), durch Mittel (35, 37) zum Versorgen der Verbrennungskammer (20) mit Verbrennungsluft, durch ein in der Verbrennungskammer (20) befindliches Keramikblock-Heizelement (25), durch eine Pumpe (42) zum kontinuierlichen Aufbringen fester Volumenteile von flüssigem Brennstoff mit einer veränderlichen Rate bzw. Geschwindigkeit auf das Keramikblock-Heizelement (25), durch Zündermittel (50) zum Verbrennen des aufgebrachten Brennstoffs an einer Seite des Keramikblock-Heizelements (25) und durch Pumpensteuerungsmittel

(75) zum Verändern der Rate bzw. Geschwindigkeit und damit zum Verändern der Verbrennungsgeschwindigkeit des Brennstoffs.

6- Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer (20) mit einem Verbrennungsluft-Einlaß

(35) sowie einem Verbrennungsgas-Auslaß (60), durch ein in der Verbrennungskammer (20) enthaltenes Keramikblock-Heizelement (25), durch eine Zumeßpumpe (42) zum aufeinanderfolgenden Aufbringen einer Mehrzahl von festen Volumenteilen an flüssigem Brennstoff mit einer veränderlichen Rate bzw. Geschwindigkeit direkt auf das Keramikblock-Heizelement (25), durch Zündermittel (50) zum Verbrennen des aufgebrachten Brennstoffs an einer Seite des Keramikblock-Heizelements (25), durch einen an dem

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Auslaß (60) angeordneten Temperaturfühler (62), der direkt den aus der Verbrennungskammer (20) abgelassenen Verbrennungsgasen ausgesetzt ict und ein Meßsignal bildet, das für die Temperatur der abgelassenen Verbrennungsgase bezeichnend ist, und durch Steuerungsmittel (72) zum Verändern der Aufbringungsrate bzw. -geschwindigkeit der Brennstoff-Volumenteile, um das Meßsignal auf einem vorbestimmten Referenzwert zu halten.

7. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Ventilationsluft-Gebläse (16) und durch Wärmeaustauschermittel (22) zum überführen von Wärmeenergie zwischen der Verbrennungskammer (20) und der von dem Ventilationsluft-Gebläse (16) zugeführten Luft.

8. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (20) durch eine Zwischenwandplatte (30) in einen Zuluftbereich (32), der mit dem Einlaß (35) in Strömungsverbindung steht, und einen Verbrennungsbereich (34) getrennt ist, der mit dem Auslaß (60) in Strömungsverbindung steht, wobei das Keramikblock-Heizelement (25) in dem Verbrennungsbereich (34) und an die Zwischenwandplatte (30) angrenzend angeordnet ist, wobei ferner die letztere an Bereichen perforiert bzw. durchlöchert ist, die unmittelbar an das Keramikblock-Heizelement (25) angrenzen, um diesen Verbrennungsluft zuzuführen, und wobei die Brennstoffvolumenteile direkt in das Keramikblock-Heizelement

(25) injiziert werden.

9. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mit dem Einlaß (35) verbundene Gebläsemittel (37) zum Einbringen von Verbrennungsluft in den Zuluftbereich (32) und zum Halten desselben auf einem Druck über dem Umgebungsdruck.

10. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Heizvorrichtung-Gehäuse (10) mit einem Frischluft-Einlaß

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(12) sowie einem Frischluft-Auslaß (14), durch ein Ventilationsgebläse (16) zum Drücken von Luft von dem Frischluft-Einlaß (12) zu dem Frischluft-Auslaß (14), durch eine in dem Gehäuse (10) angeordnete geschlossene Verbrennungskammer (20) mit einer Verbrennungsluft-Einlaßleitung (35) und einer Verbrennungsgas-Auslaßleitung (60), durch ein Verbrennungsluft-Gebläse (37) zum Drücken von Luft in den Verbrennungsluft-Einlaß (35), durch ein in der Verbrennungskammer (20) angeordnetes Keramikblock-Heizelement (25) , durch eine Zumeßpumpe

(42) zum aufeinanderfolgenden Einspritzen einer Mehrzahl von festen Volumenteilen an flüssigem Brennstoff direkt in das Keramikblock-Heizelement (25), durch Zündermittel (50) zum Verbrennen des eingespritzten Brennstoffs an einer Seite des Keramikblock-Heizelements (25) , durch ein in der Auslaßleitung (60) angeordnetes und den von der Verbrennungskammer (20) abgelassenen Verbrennungsgasen direkt ausgesetztes Thermoelement (62), das ein Meßsignal bildet, welches für die Temperatur an der Thermoelement-Stelle bezeichnend ist, und durch auf das Meßsignal ansprechende Steuerungsmittel (72, 75) zum Betreiben der Zumeßpumpe (42) mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um das Meßsignal auf einem vorbestimmten Referenzwert zu halten.

11. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 10, gekennzeichnet durch Mittel zum Verändern des Referenzwerts und damit zum gleichzeitigen Verändern des Meßsignals.

12. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluft-Auslaß (14) und die Verbrennungsgas-Auslaßleitung (60) zu verschiedenen Bereichen führen.

13. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluft-Einlaß (12) und die Verbrennungsluft-Einlaßleitung (35) mit separaten Luftquellen (16, 37) verbunden sind.

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14. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet/ daß die Zumeßpumpe (42) eine solenoidbetätigte Verdrängerkolbenpumpe ist.

15. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenpumpe (42) manuell einstellbar ist, um ihre Verdrängung durch Ändern ihres Kolbenhubes zu verändern.

16. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einer Verbrennungskammer, die ein Heizelement enthält, welches mittels einer solenoidbetätigten Verdrängerkolben-Zumeßpumpe mit einer Mehrzahl von Flüssigbrennstoff-Volumenteilen versorgt wird, und mit einer elektronischen Steuerschaltung, gekennzeichnet durch Temperaturerfassungsmittel (62) zum Bilden eines für die Temperatur der Verbrennungskammer (20) bezeichnenden Meßsignals, durch Mittel zum Bilden eines Referenzwerts, der für eine erwünschte Verbrennungskammer-Temperatur bezeichnend ist, durch Mittel zum Vergleichen des Meßsignals und des Referenzwerts, wobei die Vergleichsmittel ein Steuerungsausgangssignal bilden, wenn das Meßsignal und der Referenzwert in einer vorbestimmten Beziehung bestehen, und durch auf das Ausgangssignal ansprechende Impulsschaltungsmittel (75) zum Betreiben der solenoidbetätigten Pumpe (42) mit einer Frequenz, die von dem Wert des Ausgangssignals abhängt.

17. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einer Steuerschaltung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch in der Verbrennungskammer (20) befindliche elektrische Widerstandsheizmittel (50) zum Entzünden des zu dem Heizelement (25) geleiteten flüssigen Brennstoffs und durch Relaismittel (80, 82) zum Aktivieren und Entaktivieren des Widerstandsheizmittels (50).

18. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einer Steuerschaltung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch auf das Meßsignal ansprechende Relaissteuerungsmittel zum Triggern der Relaismittel, um das Widerstandsheizmittel (50) an vorbestimmten Werten des Meßsignals zu aktivieren und zu entaktivieren. -6-

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19. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einer belüfteten Verbrennungskammer, die ein Heizelement enthält, dem aufeinanderfolgend eine Mehrzahl von festen Flüssigbrennstoff-Volumenteilen mittels einer solenoidbetätigten Verdrängerkolben-Zumeßpumpe zugeführt wird, und mit einer elektronischen Steuerschaltung, gekennzeichnet durch ein den aus der Verbrennungskammer (20) abgelassenen Verbrennungsgasen direkt ausgesetztes Thermoelement (62) zum Bilden eines für die Temperatur der abgelassenen Verbrennungsgase bezeichnenden Meßsignals durch ein Potentiometer (182) zum Bilden eines erwünschten Temperatur-Referenzwerts, der für eine erwünschte Temperatur des abgelassenen Verbrennungsgases bezeichnend ist, durch Mittel (180) zum Vergleichen des Meßsignals sowie des Referenzwerts, wobei diese Vergleichsmittel ein Steuerungsausgangssignal bilden, dessen Wert von einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Meßsignal und dem Referenzwert abhängt und durch eine Impulsschaltung (75) zum Betreiben der solenoidbetätigten Pumpe (42), wobei diese Impulsschaltung (75) einen Zündimpuls zum Aktivieren eines Hubes der Solenoid-Pumpe (42) bildet und wobei die Rate bzw. Geschwindigkeit der von der Impulsschaltung (75) zu der Pumpe (42) geleiteten Zündimpulse proportional zu dem Wert des von den Vergleichsmitteln (180) gebildeten Steuerungsausgangssignals ist.

20. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einer Steuerschaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (182) für eine Bedienungsperson zugänglich und einstellbar ist, um hierdurch einen anderen erwünschten Temperatur-Referenzwert festlegen zu können.

21. Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einer Steuervorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch Zündermittel (50), die in Abhängigkeit von vorbestimmten Werten des Meßsignals aktiviert und entaktiviert werden.

22. Verfahren zum Temperaturregeln einer Flüssigbrennstoff-Raumheizvorrichtung mit einem Keramikblock-Heizelement, dadurch

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gekennzeichnet, daß feste Volumenteile an flüssigem Brennstoff zu dem Keramikblock-Heizelement geleitet werden, daß der aufgebrachte Brennstoff entzündet wird, um an einer Seite des Keramikblock-Heizelements zu verbrennen, daß eine für die Verbrennungsrate bzw. -geschwindigkeit des Brennstoffs an der Seite bezeichnende Temperatur erfaßt wird, daß ein zu der erfaßten Temperatur proportionales Meßsignal gebildet wird und daß die Rate bzw. Geschwindigkeit des Aufbringens der Volumenteile an flüssigem Brennstoff auf das Keramikblock-Heizelement in Übereinstimmung mit dem Meßsignal verändert wird.

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