CZ2000966A3 - Způsob bezpečnostního řízení hořáku a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro bezpečnostní řízení hořáků, zejména hořáků na plynné palivo.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známy způsoby řízení zapalovacího procesu u hořáků, které využívají čidla ionizace, detekující, zda došlo k zapálení hořáku. Ionizační čidla detekují ionizační proud, produkovaný v oblasti plamenů, tvořících se v blízkosti povrchu hořákového difuzoru, a to spalováním paliva, dodávaného do hořáku. Uvedená čidla jsou spojena s bezpečnostními zařízeními, která uzavírají přívod paliva do hořáku, aby se zabránilo další dodávce paliva po tom, co nedošlo k zápalu, a to není -li ionizačního proudu, a tedy palivo nebylo během zapalovací fáze zapáleno, nebo došlo ke zhasnutí plamenů za běžného provozu, což by mohlo mít za následek vznik nebezpečné koncentrace nespáleného paliva ve spalovací komoře, s vážným nebezpečím požáru a/nebo výbuchu. Bezpečnostní zařízení může být pak sestaveno tak, že spouští poprvé či opakovaně, zapalovací fázi hořáku, a to po předem nastaveném časovém úseku od uzavření přívodu paliva a činí dále předem nastavený počet takových pokusů o zapálení hořáku a po provedení nastaveného počtu neúspěšných pokusů pak generuje toto zařízení signál o chybné funkci hořáku. Uvedené metody ovšem neumožňují detekci abnormálních stavů během chodu hořáku, jako např. přehřátí hořáku nebo situace za chodu, kdy teplota hořákového difuzoru je nižší, než daná optimální teplota, což má obvykle za následek tvorbu množství CO a nespálených látek, přesahujících optimální hodnoty. Jsou také známy metody řízení hořáku, kde dodávka do hořáku se řídí podle předem nastavených parametrů, např. podle • ·

tepelného výkonu, který má být dodán topnému zařízení a podle teploty vody dodávané tomuto topnému zařízení.

Uvedené metody nejsou dostatečně vyhovující, protože bojler je řízen , aniž by se bralo v úvahu, jaké jsou momentální pracovní podmínky hořáku.

Podstata vynálezu

Tento vynález si klade za cíl vytvořit způsob a zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku, které by bylo jednoduché, spolehlivé, levné a schopné detekce nejen selhání při zapalování hořáku, ale i detekce abnormálních provozních stavů.

Toho se dosahuje způsobem bezpečnostního řízení hořáku, sestávajícího z tělesa s difuzorem, ve kterém jsou vytvořeny otvory pro průtok směsi vzduchu a paliva, kde hořák se zásobuje palivem, dochází k interakci tohoto paliva a prostředků schopných způsobovat spalování tohoto paliva, přičemž se mění průtok tohoto paliva a kde podstata vynálezu spočívá vtom, že se dále ještě snímá vzorková teplota z teploty uvedeného difuzoru, nejméně v jedné zóně difuzoru, přičemž se tak vytváří signál s intenzitou závislou na uvedené vzorkové teplotě. Výhodné je, je-li vzorková teplota z teploty uvedeného difuzoru teplotou, jejíž změny jsou analogické vůči teplotním změnám uvedeného difuzoru, v jeho části ovlivňované spalováním. Ještě je výhodné, uzavírá-li se během startovací fáze činnosti hořáku přívod paliva, nedosáhne-li intenzita uvedeného teplotního signálu prvé předem nastavené hodnoty v prvém předem nastaveném časovém úseku. Dále je výhodné, uzavírá-li se přívod paliva po proběhnutí uvedené startovací fáze, jestliže intenzita uvedeného teplotního signálu klesne v této době pod předem nastavenou hodnotu. Také je výhodné, aktivuje-li se při malé intenzitě teplotního signálu signál indikující chybnou funkci hořáku, Ještě je výhodné, omezí-li se přívod paliva, jestliže intenzita uvedeného teplotního signálu překročí druhou předem nastavenou hodnotu, a dále může být v takovém případě výhodné, aktivuje-li se následně druhý signál, indikující chybnou funkci hořáku. Také je výhodné, pro situaci podle předchozího případu, uzavírá-li se přívod paliva, jestliže • · intenzita uvedeného teplotního signálu zůstává během druhého předem nastaveného časového úseku vyšší, než druhá předem nastavená hodnota. Konečně může být i výhodné, aktivuje-li se ještě další signál indikující chybnou funkci hořáku, jestliže po uvedené startovací fázi intenzita uvedeného signálu zůstává během třetího předem nastaveného časového úseku nižší, než třetí předem nastavená hodnota.

Dalším předmětem vynálezu je zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku, sestávajícího z tělesa, obsahujícího difuzor, ve kterém jsou vytvořeny otvory pro průtok směsi vzduchu a paliva, obsahující dále napájecí zařízení, schopné zásobovat hořák tokem paliva, zapalovací zařízení, schopné interakce s uvedeným palivem tak, že se dosahuje spalování paliva, a řídící zařízení schopné měnit průtok paliva, kde podstata spočívá vtom, že zařízení dále obsahuje prostředky k teplotní detekci, schopné generace signálu, jehož intenzita je proporcionální vůči detekované teplotě.

Výhodné je, je-li uspořádání prostředků k teplotní detekci takové, že jsou v kontaktu s povrchem difuzoru. Alternativně může být i výhodné, jsou-li prostředky k teplotní detekci uspořádány v poloze blízké k povrchu difuzoru, ale nikoli v kontaktu s uvedeným povrchem. Dále může být výhodné volit uvedenou polohu tak, že prostředky k teplotní detekci detekují teplotu se změnami analogickými vůči změnám teploty difuzoru, v oblasti difuzoru, kteráje ovlivněna spalováním. Výhodné dále je, jestliže generovaný proporcionální signál je elektrickým signálem. Ještě může být výhodné, obsahují-li prostředky k teplotní detekci alespoň jeden termočlánek. Výhodné je také, jestliže prostředky k teplotní detekci jsou operativně spojeny s řídícím a sledovacím zařízením pro řízení a sledování hořáku, přičemž zde dále může být i výhodné, jsou-li uvedená řídící a sledovací zařízení přizpůsobená k interakci s uvedeným napájecím zařízením. Také zde může být výhodné, jsou-li tato řídící a sledovací zařízení přizpůsobena k aktivování signálních prostředků, schopných indikace chybné funkce hořáku. Ještě může být i výhodné, obsahuje-li řídící a sledovací zařízení elektronickou kartu. Co se týče termočlánku, je zde výhodou, je-li tento spojen s tělesem hořáku svařováním, nebo alternativně může být výhodné spojení pomocí mechanických spojovacích prostředků.

• · • · · ···· *·· • · · · · · ···· · · · ·

- Přehled obrázků na výkresech

Vynález je dále popsán na příkladném provedení a ve vztahu k připojeným výkresům, kde se jedná o provedení příkladné, ale nikoli limitující s ohledem na rozsah ochrany. Na obr. 1 je znázorněn půdorys hořáku tubulárního typu, vybaveného prostředky bezpečnostního řízení podle vynálezu. Obr.2 je řezem ll-ll vzhledem k obr. 1. Obr. 3 je nárysem hořáku tzv. lopatkového typu, vybaveného také prostředky bezpečnostního řízení podle vynálezu. Obr.4 je bokorysem vzhledem obr. 3, a to při pohledu zprava.

Příklady provedení vynálezu

Hořák podle vynálezu obsahuje těleso 1 s difuzorem 2 , ve kterém jsou vytvořeny otvory 3 pro průtok a následné spalování směsi paliva a vzduchu, dodávané do tělesa hořáku napájejícím zařízením, zde neznázoměným. Spalováním směsi vzduchu a paliva se vytváří od otvorů 3 na difuzoru 2 hořáku množství plamenů 5. V oblasti hořáku blízko otvorů 3 jsou uspořádána teplotní čidla_4, 4a, např. termočlánky, které v uvedené oblasti detekují teplotu difuzoru 2 a vytvářejí signál, např. elektrický signál, závislý na detekované teplotě . Poloha čidel 4 , 4a se volí tak, že změny teploty detekované čidlem jsou analogické změnám teploty difuzoru 2 v oblasti plamenů, tj. v oblasti ovlivněné spalováním směsi vzduchu a paliva během činnosti hořáku. Například čidlo 4 může být umístěno mezi dvěma řadami otvorů 3, nebo čidlo 4a může být umístěno vně řad otvorů 3. Navíc čidlo 4b může být umístěno blízko povrchu hořáku, aniž by ovšem bylo s tímto povrchem v přímém kontaktu , nebo v kontaktu prostřednictvím spojovacího elementu. V takovém případě může čidlo 4b sestávat z kovového elementu, spojeného s termočlánkem. Takto termočlánek čidla 4b měří teplotu kovového elementu čidla 4b, kde změny této teploty jsou v každé situaci analogické vůči změnám • · • 999 · · · 9 9 · 9 · o* 9 · · · « 9 9 9 • 9 9 9999 9 9 9 9

9 9 9· · 9999 9 9 9 9 9 teploty povrchu hořáku, a to v oblasti plamenů. Čidlo 4, 4a, 4b je operativně l

spojeno s elektronickou kartou, schopnou ovládat řídící zařízení pro změnu průtoku paliva a/nebo vzduchu, zaváděného do tělesa 1 hořáku napájecím zařízením, zde neznázorněným. Obr. 3 a 4 ukazují hořák 6 tzv. modulárního lopatkového typu, tvořeného tělesem 7, sestávajícím ze dvou symetrických polovin a zakončeným vrchní hlavovou částí 8, tvořící difuzor hořáku a mající otvory pro průtok směsi vzduchu a paliva , zaváděné do hořáku. Čidlo 4c, analogické vůči čidlu 4 nebo 4a, může být umístěno na boční stěně 9 hlavové části 8 , což umožňuje čidlu reagovat rychle na změny podmínek spalování v hořáku. Alternativně může čidlo 4d , analogické vůči čidlu 4b, být umístěno v blízkosti povrchu hořáku , aniž by bylo s ním v přímém kontaktu. Čidlo 4a, 4b, 4c může být vytvořeno jako drátový nebo páskový termočlánek. Termočlánek může být připojen k tělesu hořáku přímým přivařením, nebo pomocí mechanických připojovacích prostředků. Takové spojovací prostředky mohou být vytvořeny například takto:

- zástrčný kovový spojovací element,např. zástrčná rychlospojka, přivařená nebo přinýtovaná k povrchu hořáku, a nástrčný spojovací element, např. nástrčná rychlospojka , ke které je připevněn termočlánek, nebo kovové očko, přinýtované nebo přišroubované k povrchu hořáku, kde termočlánek je připojen k tomuto očku, nebo kovová destička, vytvořená na povrchu hořáku, ke které je termočlánek připevněn.

Zařízeni pracuje následujícím způsobem. Po zapálení hořáku, jestliže zapálení směsi vzduchu a paliva, procházející otvory 3, proběhne regulérně, se teplota detekovaná teplotními čidly 4 , 4a, 4b, 4c, 4d progresivně zvyšuje, až dosáhne a překročí, po určitém časovém intervalu, první předem nastavenou hodnotu teploty, uloženou na elektronické kartě. Jestliže, v opačném případě , nedojde k řádnému zapálení směsi, pak teplota detekovaná čidlem zůstává nižší, než uvedená první předem nastavená hodnota teploty. Jestliže pak uběhne předem nastavený časový interval, přičemž takový interval je vždy typický pro určité konkrétní provedení a závisí např. na teplotní setrvačnosti • · • · • ·« ·· ···· hořáku, na rozměrech spalovací komory , atd. od počátku zapalovacího procesu hořáku a přitom teplota detekovaná čidlem 4 , 4a, 4b, 4c nepřekročí uvedenou první předem nastavenou hodnotu, elektronická karta vypíná dodávku paliva do hořáku, protože skutečnost, že první předem nastavená teplota nebyla v průběhu uvedeného předem nastaveného intervalu překročena, znamená, že hořák nebyl zapálen. Elektronická karta může být naprogramována tak, že zapalovací proces hořáku se opakuje , a to po uběhnutí druhého předem nastaveného časového intervalu od uzavření přívodu paliva na konci prvního pokusu o zapálení. Jestliže pak selže další pokus o zapálení, zapalovací procedura může být opakována ještě s dalším, předem nastaveným počtem pokusů. Selžou - li všechny tyto pokusy, elektronická karta aktivuje chybný signál, indikující chybnou funkci hořáku a/nebo napájecího a řídícího systému obecně. Jestliže je hořák zapálen regulérním způsobem, ale během jeho činnosti dojde k přehřátí difuzoru, tj. překročí -li teplota, detekovaná čidly 4 , 4a, 4b, 4c, 4d druhou předem) nastavenou hodnotu, elektronická karta aktivuje druhý chybový signál a působí ke snížení množství paliva, přiváděného do tělesa 1 hořáku, a/nebo ke zvýšení množství spalovacího vzduchu. Jestliže se po uběhnutí druhého předem nastaveného časového intervalu nesníží teplota detekovaná čidlem 4, 4a, 4b, 4c, 4d pod uvedenou druhou předem nastavenou hodnotu, elektronická karta působí k zastavení napájení tělesa 1 hořáku, a to pro zabránění škod následkem přehřívání difuzoru po příliš dlouhou dobu. V opačném případě, jestliže po zapálení hořáku zůstává teplota detekovaná čidlem 4, 4a, 4b, 4c, 4d i po proběhnutí třetího předem nastaveného časového intervalu nižší, než třetí předem nastavená teplota, která odpovídá optimální pracovní teplotě, elektronická karta aktivuje ještě další signál, indikující chybnou funkci hořáku. A konečně, jestliže během činnosti hořáku dojde k nechtěnému přerušení spalování uvedené směsi, elektronická karta vypíná dodávku paliva a aktivuje signál chybné funkce hořáku, a to jakmile teplota difuzoru klesne pod uvedenou první předem nastavenou hodnotu. Takovým způsobem se dosahuje jednoduchého a účinného automatického bezpečnostního řízení Činnosti hořáku i celého zařízení, jehož je hořák součástí.

. λ A$i:6 ·· ···· ··

Uváděné předem nastavené teplotní hodnoty mohou být neměnné , nebo se mohou i měnit v závislosti na operativních parametrech hořáku, např. podle výkonu, podle tlaku přiváděného plynu , nebo podle dalších parametrů.

Tvar a uspořádání otvorů 3 , patrné z obr. 1, je pouze příkladné, nikoli však jediné možné, neboť pro otvory v difuzoru 2 je přijatelný jakýkoli jiný tvar či uspořádání. Také poloha teplotních čidel A 4a, 4b, 4c, 4d podle obr. 1 je pouze příkladná, nikoli však jediná možná, neboť poloha čidel se volí tak, aby teplota takto detekovaná sledovala změny teploty difuzoru 2 v oblasti plamenů, během činnosti hořáku.

Claims (20)

1. PANTENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob bezpečnostního řízení hořáku, sestávajícího z tělesa (1) sdifuzorem (2,8), ve kterém jsou vytvořeny otvory (3) pro průtok směsi vzduchu a paliva, kde hořák se zásobuje palivem, dochází k interakci tohoto paliva a prostředků schopných způsobovat spalování tohoto paliva, přičemž se mění průtok tohoto paliva, vyznačující se t í m , že se dále ještě snímá vzorková teplota z teploty uvedeného difuzoru, nejméně v jedné zóně difuzéru, přičemž se tak vytváří signál s intenzitou závislou na uvedené vzorkové teplotě.
2. 2. Způsob řízení hořáku podle způsobu 1,vyznačující se tím, že vzorková teplota z teploty uvedeného difuzoru je teplotou, jejíž změny jsou analogické vůči teplotním změnám uvedeného difuzoru (2,8) v jeho části ovlivňované spalováním.
3. 3. Způsob řízení hořáku podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že přívod paliva se během startovací fáze Činnosti hořáku uzavírá, nedosáhne-li intenzita uvedeného teplotního signálu prvé předem nastavené hodnoty v prvém předem nastaveném časovém intervalu.
4. 4. Způsob řízení hořáku podle nároku 3, vyznačující se tím , že přívod paliva se po proběhnutí uvedené startovací fáze uzavírá, jestliže intenzita uvedeného teplotního signálu klesne v této době pod předem nastavenou hodnotu.
5. 5. Způsob řízení hořáku podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že se dále aktivuje signál indikující chybnou funkci hořáku.
6. 6 . Způsob řízení hořáku podle jednoho z předchozích nároků, vyznačují c í se t í m, že přívod paliva se omezuje, jestliže intenzita uvedeného teplotního signálu překročí druhou předem nastavenou hodnotu.

   Ί. Způsob řízení hořáku podle nároku 6, vyznačující se tím, že se dále aktivuje druhý signál indikující chybnou funkci hořáku.
7. 8. Způsob řízení hořáku podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že se přívod paliva uzavírá, jestliže intenzita uvedeného teplotního signálu zůstává během druhého předem nastaveného časového intervalu vyšší, něž druhá předem nastavená hodnota.
8. 9. Způsob řízení hořáku podle jednoho z předchozích nároků, vyznačující se t í m , že se aktivuje ještě další signál indikující chybnou funkci hořáku, jestliže po uvedené startovací fázi intenzita uvedeného signálu zůstává během třetího předem nastaveného časového intervalu nižší, než třetí předem nastavená hodnota.
9. 10. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku, sestávajícího z tělesa (1,7), obsahujícího difuzor (2,8) ve kterém jsou utvořeny otvory (3) pro průtok směsi vzduchu a paliva, obsahující dále napájecí zařízení, schopné zásobovat hořák tokem paliva, zapalovací zařízení, schopné interakce s uvedeným palivem tak, že se dosahuje spalování paliva, řídící zařízení schopné měnit průtok uvedeného paliva, v y z na č u j í c í se t í m , že dále obsahuje prostředky (4, 4a, 4b, 4c, 4d) k teplotní detekci, schopné generace signálu, jehož intenzita je proporcionální vůči detekované teplotě.
10. 11. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároku 10, vyznač ující se t í m , že prostředky (4, 4a, 4c) k teplotní detekci jsou uspořádány tak, že jsou v kontaktu s povrchem difuzoru (2, 8).
11. 12. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároku 10, vyznač ující se t í m , že prostředky (4b, 4d) k teplotní detekci jsou uspořádány v poloze blízké k povrchu difuzoru (2, 8) ale nikoli v kontaktu s uvedeným povrchem.
12. 13. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároku 11 nebo 12,v y z n ač u j í c í se t í m, že uvedená poloha se volí tak, že prostředky (4, 4a, 4b,

    9 9 ' ·9 9 99 9 ·9

    9 9 9 9

    9 9 9 9999 9999

    999 999 9999 99 99 9

    4c, 4d) k teplotní detekci detekují teplotu se změnami analogickými vůči změnám teploty difuzoru (2, 8), v oblasti difuzoru, která je ovlivněna spalováním.
13. 14. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároků 11 až 12, vy z n ačující se tím, že uvedený signál je elektrickým signálem.
14. 15. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle jednoho z nároků 10 až 13, vyznačují cí se tím, že prostředky k teplotní detekci obsahují alespoň jeden termočlánek (4, 4a, 4b, 4c, 4d).
15. 16. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle jednoho z nároků 10 až 14, vyznačující se t í m, že prostředky (4, 4a, 4b, 4c, 4d) k teplotní detekci jsou operativně spojeny s řídícím a sledovacím zařízením pro řízení a sledování hořáku (1).
16. 17. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároku 16,v y z n a č u j í c í se t í m, že uvedená řídící a sledovací zařízení jsou přizpůsobená k interakci s uvedeným napájecím zařízením.
17. 18. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároku 16 nebo 17, vyznačující se tím, že uvedená řídící a sledovací zařízení jsou přizpůsobena k aktivování signálních prostředků, schopných indikace chybné funkce hořáku.
18. 19. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle jednoho z nároků 16 až 18 , vyznačující se tím, že uvedené řídící a sledovací zařízení obsahuje elektronickou kartu.
19. 20. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle jednoho z nároků 15 až 19, vyznačující se t í m, že termočlánek (4) je spojen s tělesem (1, 7) hořáku svařováním.

    44 ··*·
20. 21. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle jednoho z nároků 15 až

    19, vyznačující se t í m, že termočlánek je spojen s tělesem (1, 7) hořáku pomocí mechanických spojovacích prostředků.