CZ302470B6 - Zpusob bezpecnostního rízení horáku a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Zpusob bezpecnostního rízení horáku, sestávajícího z telesa (1) s difuzorem (2, 8), ve kterém jsou otvory (3) pro prutok smesi vzduchu a paliva, kdy dochází k interakci paliva a prostredku zpusobujících spalování, pricemž se mení prutok paliva, jehož podstata spocívá v tom, že se snímá vzorková teplota z teploty difuzoru (2, 8), nejméne v jedné zóne difuzoru (2, 8), pricemž se vytvárí signál s intenzitou závislou na uvedené vzorkové teplote. Zarízení k provádení tohoto zpusobu je tvorené horákem, sestávajícím z telesa (1, 7) a obsahujícím difuzor (2, 8), ve kterém jsou otvory (3) pro prutok smesi vzduchu a paliva, a dále napájecím zarízením, schopným zásobovat horák tokem paliva, zapalovacím zarízením, schopným interakce s uvedeným palivem tak, že dosahuje spalování paliva a rídicím zarízením schopným menit prutok uvedeného paliva, pricemž podstata spocívá v tom, že zarízení obsahuje prostredky (4, 4a, 4b, 4c, 4d) k teplotní detekci, schopné generace signálu, jehož intenzita je proporcionální vuci detekované teplote.

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 se dále ještě snímá vzorková teplota z teploty uvede45 ného difuzoru, nejméně v jedné zóně tohoto difuzoru, přičemž se tak vytváří signál s intenzitou závislou na uvedené vzorkové teplotě, kde změny této teploty jsou analogické vůči změnám teploty uvedeného difuzoru v jeho části ovlivněné spalováním, a kde podstata tohoto způsobu spočívá v tom, že během startovací fáze se sleduje po prvním předem nastaveném časovém intervalu dosažení první předem nastavené hodnoty intenzity teplotního signálu a pokud v tomto okamžiku není první předem nastavená hodnota teplotního signálu dosažena, uzavírá se přívod paliva, dále, po úspěšném proběhnutí startovací fáze, se sleduje udržení první předem nastavené hodnoty intenzity teplotního signálu a pokud v tomto provozním režimu není první předem nastavená hodnota teplotního signálu udržena, uzavírá se přívod paliva, přičemž ještě, v tomto provozním režimu, se sleduje překročení druhé předem nastavené hodnoty teplotního signálu a pokud

- 1 CZ 302470 B6 v tomto provozním režimu je tato druhá hodnota teplotního signálu překročena, omezuje se přívod paliva, kde ještě také v tomto provozním režimu a v návaznosti na uvedené omezení přívodu paliva se sleduje po druhém předem nastaveném časovém úseku po omezení přívodu paliva pokles hodnoty teplotního signálu pod druhou předem nastavenou hodnotu a pokud i po tomto druhém časovém úseku je tato druhá hodnota teplotního signálu překročena, uzavírá se přívod paliva, načež během celého provozního režimu, po proběhnutí třetího předem nastaveného časového intervalu, se sleduje současně i dosažení třetí předem nastavené hodnoty uvedeného teplotního signálu a pokud tato třetí hodnota teplotního signálu není dosažena, aktivuje se varovný signál indikující chybný režim chodu hořáku.

to

Výhodné u popsaného způsobu je, jestliže v situaci kdy během startovací fáze, v předem nastaveném prvním časovém intervalu, není první předem nastavená hodnota teplotního signálu dosažena, a tak se uzavírá přívod paliva, nebo pokud po úspěšném proběhnutí startovací fáze klesne hodnota teplotního signálu pod první předem nastavenou hodnotu teplotního signálu, a tak se také uzavírá přívod paliva, aktivuje se první informační signál, indikující první chybný stav funkce hořáku. Zvláště výhodné je, jestliže v situaci, kdy při sledování překročení druhé předem nastavené hodnoty teplotního signálu je v tomto provozním režimu tato druhá hodnota teplotního signálu překročena, a tak se omezuje přívod paliva, aktivuje se druhý informační signál, indikující druhý chybný stav funkce hořáku.

Další podstatou vynálezu je ještě zařízení k provádění popsaného způsobu, upravené 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 tak, že se dosahuje spalování paliva, řídicí zařízení, schopné měnit průtok uvedené25 ho paliva a kde jsou také obsaženy prostředky k teplotní detekci, schopné generace signálu, jehož intenzita je proporcionální vůči detekované teplotě difuzoru, a to v oblasti difuzoru ovlivněné spalováním, přičemž u tohoto zařízení spočívá podstata v tom, že prostředky k teplotní detekci jsou operativně spojeny s řídicím a sledovacím zařízením pro řízení a sledování hořáku, přizpůsobeným k interakci s uvedeným napájecím zařízením a přizpůsobeným k aktivování signálních prostředků, schopných varovné indikace chybného režimu chodu a informační indikace prvního a druhého chybného stavu funkce hořáku.

S výhodou potom u takového zařízení uvedený signál je elektrickým signálem a prostředky k teplotní indikaci obsahují alespoň jeden termočlánek. Konečně je ještě výhodou, obsahuje-li řídicí a sledovací zařízení elektronickou kartu.

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 Il-II vzhledem k obr. 1. Obr. 3 je nárysem hořáku tzv. lopatkového typu, vybaveného také prostředky bezpečnostního řízení podle vynálezu. Obr. 4 je bokorysem vzhle45 dem 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 napájecím 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,

- 2 CZ 302470 B6 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 teploty povrchu hořáku, a to v oblasti plamenů. Čidlo 4, 4a, 4b je operativně spojeno s elektronickou kartou, schopnou ovládat řídicí zařízení pro změnu průtoku paliva a/nebo vzduchu, zaváděného do tělesa i 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 horáku 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:

zastřený 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.

Zařízení 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., a to již 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 chybový signál, indikující chybnou funkci hořáku a/nebo napájecího a řídicího 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! 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 i hořáku, a to pro zabránění škod následkem přehřívání difuzoru po příliš dlouhou dobu.

-3CZ 302470 Β6

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.

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 4, 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 (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob bezpečnostního řízení hořáku, sestávajícího z tělesa (1) s difuzorem (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, a kde se dále ještě snímá vzorková teplota z teploty uvedeného difuzoru (2, 8), nejméně v jedné zóně tohoto difuzoru (2, 8), přičemž se tak vytváří signál s intenzitou závislou na uvedené vzorkové teplotě, kde změny této teploty jsou analogické vůči změnám teploty uvedeného difuzoru (2, 8) v jeho části ovlivněné spalováním, vyznačený tím, že během startovací fáze se sleduje po prvním předem nastaveném časovém intervalu dosažení první předem nastavené hodnoty intenzity teplotního signálu a pokud v tomto okamžiku není první předem nastavená hodnota teplotního signálu dosažena, uzavírá se přívod paliva, dále, po úspěšném proběhnutí startovací fáze, se sleduje udržení první předem nastavené hodnoty intenzity teplotního signálu a pokud v tomto provozním režimu není první předem nastavená hodnota teplotního signálu udržena, uzavírá se přívod paliva, přičemž ještě, v tomto provozním režimu, se sleduje překročení druhé předem nastavené hodnoty teplotního signálu a pokud v tomto provozním režimu je tato druhá hodnota teplotního signálu překročena, omezuje se přívod paliva, kde ještě také v tomto provozním režimu a v návaznosti na uvedené omezení přívodu paliva se sleduje po druhém předem nastaveném časovém úseku po omezení přívodu paliva pokles hodnoty teplotního signálu pod druhou předem nastavenou hodnotu a pokud i po tomto druhém časovém úseku je tato druhá hodnota teplotního signálu překročena, uzavírá se přívod paliva, načež během celého provozního režimu, po proběhnutí třetího předem nastaveného časového intervalu, se sleduje současně i dosažení třetí předem nastavené hodnoty uvedeného teplotního signálu a pokud tato třetí hodnota teplotního signálu není dosažena, aktivuje se varovný signál indikující chybný režim chodu hořáku.
2. 2. Způsob bezpečnostního řízení hořáku podle nároku 1, vyznačený tím, že pokud během startovací fáze, v předem nastaveném prvním časovém intervalu, není první předem nastavená hodnota teplotního signálu dosažena, a tak se uzavírá přívod paliva, nebo pokud po úspěšném proběhnutí startovací fáze klesne hodnota teplotního signálu pod první předem nastavenou

   -4CZ 302470 B6 hodnotu teplotního signálu, a tak se také uzavírá přívod paliva, aktivuje se první informační signál, indikující první chybný stav funkce horáku.
3. 3. Způsob bezpečnostního řízení hořáku podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že

   5 pokud při sledování překročení druhé předem nastavené hodnoty teplotního signálu je v tomto provozním režimu tato druhá hodnota teplotního signálu překročena, a tak se omezuje přívod paliva, aktivuje se druhý informační signál, indikující druhý chybný stav funkce hořáku.
4. 4. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, pro bezpečnostní řízení hořáku, sestávajícího io z tělesa (1, 7), obsahujícího difuzor (2, 8), ve kterém jsou vytvořeny otvory (3) pro průtok směsi vzduchu a paliva, obsahující dále napájecí zařízení, schopné zásobovat hořák tokem paliva tak, že se dosahuje spalování paliva, řídicí zařízení, schopné měnit průtok uvedeného paliva a kde jsou také obsaženy prostředky (4, 4a, 4b, 4c, 4d) k teplotní detekci, schopné generace signálu, jehož intenzita je proporcionální vůči detekovaní teplotě difuzoru, a to teplotě v oblasti difuzoru

   15 ovlivněné spalováním, vyznačené tím, že prostředky (4, 4a, 4b, 4c, 4d) k teplotní detekci jsou operativně spojeny s řídicím a sledovacím zařízením pro řízení a sledování hořáku (I), přizpůsobeným k interakci s uvedeným napájecím zařízením a přizpůsobeným k aktivování signálních prostředků, schopných varovné indikace chybného režimu chodu a informační indikace prvního a druhého chybného stavu funkce hořáku.
5. 5. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároku 4, vyznačené tím, že uvedený signál je elektrickým signálem a prostředky (4, 4a, 4b, 4c, 4d) k teplotní indikaci obsahují alespoň jeden termočlánek.

   25 6. Zařízení pro bezpečnostní řízení hořáku podle nároku 5, vyznačené tím, že řídicí a sledovací zařízení obsahuje elektronickou kartu.