DE10162321A1

DE10162321A1 - Flammüberwachung

Info

Publication number: DE10162321A1
Application number: DE10162321A
Authority: DE
Inventors: Michael Kuntz; Martin Heuberger; Ruediger Nass
Original assignee: Nanogate Technologies GmbH
Current assignee: Nanogate Technologies GmbH
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-07-10
Also published as: AU2002358442A1; DE10297704D2; WO2003052320A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flammüberwachung mit einem Mittel zur Erzeugung eines flammabhängigen Stromflusses und einem Stromüberwachungsmittel. Hierbei ist vorgesehen, daß das Stromüberwachungsmittel einen keramischen Glühzünder mit bei steigender Temperatur abnehmendem Widerstand umfaßt und das Stromflußerzeugungsmittel dazu ausgebildet ist, einen Strom durch den Glühzünder zu erzeugen, der unter jenem liegt, welcher zur Erwärmung des Glühzünders auf eine Temperatur erforderlich ist, bei welcher daran vorbeiströmende Brennstofffluide daran gezündet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und befaßt sich demgemäß mit der Überwachung einer Flammzündung.
In vielen Brennern werden Brennstoffluide wie Gas, Kohlestaub oder Öl in einen Brennerraum eingebracht, beispielsweise eingedüst und dort verbrannt. Um die Flamme zu zünden, können die die Brennstofffluide an einem elektrisch beheizten Glühzünder vorbeigeführt werden, der auf eine hinreichend hohe Temperatur erwärmt ist. Die Erwärmung des Glühzünders erfolgt dabei typisch, indem ein Strom durch den Glühzünder geführt wird, der so hoch ist, daß er hinreichend heiß glüht.
Nachdem die Flamme gezündet hat, ist es energiesparend, den erwärmenden Strom zu unterbrechen. Es muß dann aber überprüft werden, ob die Flamme weiter brennt; sollte sie erlöschen, muß sie gegebenenfalls neuerlich gezündet werden. Es ist daher bekannt, eine Flammüberwachung vorzusehen, mit der das Vorhandensein oder erlöschen der Flamme erfaßt wird. Dabei wird in einer bekannten Variante eine Metallelektrode in der Flamme angeordnet, eine geringe Meß-Spannung zwischen Metallelektrode und Brennermasse angelegt und ein Ionisationsstrom gemessen.
Nachteilig hierbei ist, daß eine zusätzliche Elektrode benötigt wird, die nicht nur das Strömungsverhalten der Brennstofffluide negativ beeinflussen kann, der Flamme Wärme entzieht und überdies den mechanischen Aufwand erhöht, sondern auch Signale erzeugt, die schwierig auszuwerten sind.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Das Ziel wird erreicht mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Damit schlägt die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten wesentlichen Aspekt vor, daß bei einer Vorrichtung zur Flammüberwachung mit einem Mittel zur Erzeugung eines flammabhängigen Stromflusses und einem Stromüberwachungsmittel, vorgesehen ist, daß das Stromüberwachungsmittel einen keramischen Glühzünder mit bei steigender Temperatur abnehmendem Widerstand umfaßt und das Stromflusserzeugungsmittel dazu ausgebildet ist, einen Strom durch den Glühzünder zu erzeugen, der unter jenem liegt, welcher zur Erwärmung des auf Glühzünders auf eine Temperatur erforderlich ist, bei welcher daran vorbeiströmende Brennstofffluide daran gezündet werden.
Demnach hat die Erfindung erkannt, daß es vorteilhaft möglich ist, Widerstandsvariationen eines Glühzünders mit der Temperatur zur Flammüberwachung heranzuziehen, um gleichzeitig eine durch das starke Signal besonders große Veränderung beim Erlöschen der Flamme zu erzeugen und andererseits die Flammbeeinträchtigung zu minimieren.
In einer besonders bevorzugten Variante ist der Glühzünder unmittelbar im Bereich der gezündeten Flamme angeordnet. Damit ist sichergestellt, daß er von dieser sehr stark erwärmt wird was sowohl die Messung als auch das Zünden erleichtert.
In einer besonders bevorzugten Variante ist der Glühzünder aus SiC-Keramik gebildet, die zur Erzielung des gewünschten Heißleiterverhaltens entsprechend behandelt ist.
Es ist möglich, mit der Anordnung einen Ionisationsstrom zu erfassen, wenn der Glühzüner entsprechend beschaltet ist. Wird aber ein üblicher zweischenkliger Glühzünder verwendet, so kann der Strom besonders gut zwischen zwei Schenkeln des Glühzünders vorgesehen und erfaßt werden. Die Verwendung eines Glühzünders, der etwa eine sog. Haarnadelgeometrie aufweist, bei welcher im oberen Bereich eine Verjüngung mit enger Krümmung vorliegt, um im Kurvenbereich eine besonders hohe Stromdichte zu erzeugen, ist dabei besonders vorteilhaft.
Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist dargestellt in:
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 Beispiele für Widerstandstemperaturkurven von für die Erfindung bevorzugten Glühzündern.
Nach Fig. 1 umfaßt eine allgemein 1 bezeichnete Vorrichtung 1 zur Überwachung einer Flamme 2 ein Mittel 3 zur Erzeugung eines flammabhängigen Stromflusses und ein Stromüberwachungsmittel 4.
Die Flamme 2 wird erzeugt durch in einen Brennerraum 5 aus einer Düse 6 einströmende Brennfluide 7, die an einem SiC- Glühzünder 8 mit Haarnadelgeometrie vorbeiströmen, dessen verjüngter Haarnadelbereich unmittelbar im Flammzentrum angeordnet ist und dessen beide Schenkel mit dem Mittel 3 zur Erzeugung eines flammabhängigen Stromflusses verbunden sind. Der SiC-Glühzünder 8 weist einen mit steigender Temperatur stark abfallenden Widerstand auf, wozu er entsprechend dotiert bzw. auf andere Art behandelt ist.
Das Mittel 3 zur Erzeugung eines flammabhängigen Stromflusses weist zwei Ausgänge auf, die jeweils mit den Schenkeln des Glühzünderelementes verbunden sind. Intern können auf diese zwei Ausgänge zwei unterschiedliche Spannungen U1 oder U2 geschaltet werden. Die erste Spannung ist so hoch gewählt, daß der dadurch bewirkte Stromfluß zu einem Aufglühen des Glühzünders 8 spätestens binnen weniger Sekunden führt. Der Verlauf der Spannung U1 kann so gewählt sein, daß nach einer initialen Aufheizphase eine bestimmte Endtemperatur gehalten wird. Die zweite Spannung U2 ist so gering gewählt, daß ein gut meßbarer Strom durch den Glühzünder 8 erzeugt wird, der aber für sich alleine nicht ausreicht, um ein Aufglühen oder glühend Halten des Glühzünders 8 zu bewirken. Das Mittel 3 zur Erzeugung eines flammabhängigen Stromflusses ist weiter mit einem Eingang versehen, an welchen ein für den Stromfluß durch den Glühzünder indikativer Wert gespeist wird. Dieser Eingang 3a erhält ein Signal vom Stromüberwachungsmittel 4, welches den durch die Glühzünderschenkel fliessenden Strom überwacht.
Die Anordnung wird verwendet wie folgt:
Zunächst wird bei kaltem Brenner der Glühzünder 8 eine Spannung U1(t) angelegt, die ausreicht, um den Zünder zum Glühen zu bringen. Sein Widerstand verändert sich dabei. Dabei wird anhand des Signales vom Stromüberwachungsmittel 4 am Eingang 3a zunächst überprüft, ob ein Defekt des Glühzünders vorliegt. Dies ist der Fall, wenn bei hoher Spannung dauerhaft keine signifikanten Ströme fließen. In einem solchen Fall kann ein Warnsignal ausgegeben und die Brennstoffluidzufuhr unterbunden werden.
Bei fließendem Heizstrom wird Brennstoffluid in die Brennkammer eingedüst und am erhitzten Glühzünder vorbeigeführt, wodurch es sich entflammt.
Nach einer typisch für die Entflammung sicher ausreichenden Zeit wird die Spannung U1(t) auf die Spannung U2(t) erniedrigt. Dann wird eine kurze Zeitspanne abgewartet, innerhalb derer der Glühzünder 8 ohne Flamme so stark abkühlen würde, daß keine signifikanten Ströme mehr aufgrund der Spannung U2 fließen. Nun wird am Eingang 3a erfaßt, wie hoch der durch den Glühzünder 8 fließende Strom ist. Wenn dabei festgestellt wird, daß der Strom einem heißen Glühzünder 8 entspricht, bedeutet dies, daß der Glühzünder 8 sich in einer Flamme befindet, diese also weiter brennt. Wenn der Strom gering ist, spricht dies dafür, daß keine Flamme vorliegt und es muß ein neuer Zündzyklus begonnen werden. Wenn überhaupt kein Strom mehr vorliegt, spricht dies für einen Glühzünderdefekt, vor dem etwa nach Beginn eines neuen Zündzyklus gewarnt werden kann.
Es sei erwähnt, daß anstelle eines vollständig durch den Zünder erfolgenden Stromfluss auch ein Stromfluß zwischen Zünder und Brennermasse oder dergl. vorgesehen werden kann. Dies nutzt aus, daß die Flamme ionisierte Gase aufweist, die in der Lage sind, einen Stromfluß zu bewirken. Bei einer solchen Anordnung wird ein Signal gegebenenfalls unabhängig von einem Zünderbruch oder dergl. erhalten. Es ist auch möglich, beide Meßarten zu kombinieren.

Claims

1. Vorrichtung zur Flammüberwachung mit einem Mittel zur Erzeugung eines flammabhängigen Stromflusses und einem Stromüberwachungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß
das Stromüberwachungsmittel einen keramischen Glühzünder mit bei steigender Temperatur abnehmendem Widerstand umfaßt und
das Stromflusserzeugungsmittel dazu ausgebildet ist, einen Strom durch den Glühzünder zu erzeugen, der unter jenem liegt, welcher zur Erwärmung des auf Glühzünders auf eine Temperatur erforderlich ist, bei welcher daran vorbeiströmende Brennstofffluide daran gezündet werden.

2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühzünder unmittelbar im Bereich der gezündeten Flamme angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühzünder einen bei Erwärmung abnehmenden Widerstand aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühzünder aus SiC-Keramik gebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromflusserzeugungsmittel dazu ausgebildet ist, einen Strom durch den Glühzünder zu erzeugen, der zwischen zwei Schenkeln des Glühzünders fliesst.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromüberwachungsmittel dazu ausgebildet ist, einen Ionisationsstrom zwischen Glühzünder und Brennermasse oder einem anderen geeigneten Potentialpunkt zu bestimmen.