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Flammenwächtervorrichtung mit fotoelektrischem Meßglied Die Erfindung
betrifft eine Flammenwächtervorrichtung mit einem fotoelektrischen Meßglied.
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Eine der schwerwiegendsten Nachteile der bekannten Flammenwächtervorrichtungen
ist es, daß auch nach Erlöschen der Flamme das fotoelektrische Meßglied von Störstrahlungen
erregt bleiben kann. Solche Störstrahlungen werden beispielsweise von rot glühenden
Wänden des Feuerungsraumes oder bei offenen Flammen vom Tageslicht bzw. künstlichem
Licht, wie Raumbeleuchtung, hervorgerufen.
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Es ist eine Reihe von Flammenwächtervorrichtungen bekannt, bei denen
die Flammenstrahlung das fotoelektrische Meßglied durch die Öffnung in einer Schirmwand
erreicht, die das Meßglied vor Störstrahlung schützen soll. Es läßt sich aber nicht
verhindern, daß durch diese Öffnung auch Störstrahlung nach außen tritt.
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Bei einer weiteren bekannten Flammenwächtervorrichtung erregt die
Flammenstrahlung einen strahlungsoptischen Wandler, der seinerseits das fotoelektrische
Meßglied beeinflußt, wobei wiederum das Meßglied von der aus der Ofenatmosphäre
einfallenden Störstrahlung durch eine mit einer Öffnung versehene Schirmwand geschützt
werden soll. Hierbei hat die Schirmwand die Form eines hohlen Konus, der vorn mit
einer Linse abgeschlossen ist, die die Strahlung des Wandlers bündeln und durch
eine sehr kleine Öffnung am anderen Ende des Konus leiten soll. Der strahlungsoptische
Wandler hat die Aufgabe, die Flammenstrahlung in einen Bereich größerer Wellenlänge
zu transformieren, in dem das fotoelektrische Meßglied empfindlicher ist. Nachteilig
ist hierbei, daß das Gerät versagt, wenn das optische System nicht genau auf den
Wandler ausgerichtet ist. Ferner läßt es sich auch hierbei nicht vollständig vermeiden,
daß Störstrahlung bis zum Meßglied gelangt.
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Erfindungsgemäß dagegen kann man eine absolute Sicherheit gegen den
Einfluß von Störstrahlung erhalten, wenn man von einer Flammenwächtervorrichtung
mit einem fotoelektrischen Meßglied ausgeht, das von der Strahlung eines strahlungsoptischen
Wandlers beeinflußt und von der aus der Ofenatmosphäre einfallenden Störstrahlung
durch eine mit einer Öffnung versehene Schirmwand geschützt ist, und dafür sorgt,
daß der strahlungsoptische Wandler in die Schirmwandöffnung eingesetzt ist.
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Auf diese Weise entsteht eine Schirmwand, deren Öffnung für die Störstrahlung
vollständig geschlossen ist. Der Verschluß erfolgt aber mit dem Wandler, also dem
bei brennender Flamme aktiven Element, so daß hinsichtlich der Nutzstrahlung keinerlei
Beschränkung auftritt. Unter einem »strahlungsoptischen Wandler« im Sinne der Erfindung
werden alle Einrichtungen verstanden, die auf Grund einer Beeinflussung durch die
Flamme (Lichtstrahlung, Wärmebeeinflussung) in der Strahlungsabsorption, Strahlungsreflexion,
Strahlungstransmission oder Strahlungsemission eine Änderung erfahren. Die einfachsten
Einrichtungen dieser Art sind unmittelbar durch die Flammenhitze zum Leuchten gebrachte
Körper.
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Eine besonders gute Abschirmung ergibt sich, wenn eine im wesentlichen
vollkommen gegen Strahlungseinfall geschützte Kammer vorgesehen ist, wobei in einem
Wandteil dieser Kammer der strahlungsoptische Wandler und in einem im Bereich der
vom Wandler ausgehenden Strahlung liegenden Teil der Kammer das fotoelektrische
Meßglied angeordnet ist.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung soll die
Kammer in an sich bekannter Weise rohrförmig ausgebildet und an ihrem einen Ende
durch das fotoelektrische Meßglied abgeschlossen sein, wobei am anderen Ende des
Rohres der strahlungsoptische Wandler angeordnet ist. Ein solches Rohr kann relativ
lang sein; man kann es durch eine einfache Bohrung in den Feuerungsraum einführen
und erzielt somit eine gute Isolation des fotoelektrischen Meßgliedes gegenüber
der Wärme des Feuerungsraumes. Das vorn und hinten geschlossene
Rohr
hat den weiteren Vorteil, daß keine Ablagerungen, z. B. Ruß, Stüub, sich auf der
Fläche des fotoelektrischen Meßgiiedes ablagern und es dadurch unempfindlich machen
können.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der ,ichfolgenden
Beschre;bung einiger Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es
zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung den Schnitt durch einen Feuerungsraum
mit Brenner und Flammenwächtervorrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine erste
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flammenwächtervorrichtung, F i g. 3 eine zweite
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flammenwächtervorrichtung, F i g. 4 eine dritte
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flami-,icnwächtervorrichtung, F i g. 5 die
Spitze der erfindungsgemäßen Flammenwächtervorrichtung gemäß einer ersten Aus-Restaltung,
F i g. 6 die Spitze der erfindungsgemäßen Flamiaenwächtervorrichtung gemäß einer
zweiten Aus-@#estaltung, F i g. 7 die Spitze der erfindungsgemäßen Flammenwichtervorrichtung
gemäß einer dritten Austiestaltung und F i g. 8 die Spitze der erfindungsgemäßen
Flamnienwächtervorrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltung.
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In F i g. 1 ist schematisch eine Brennkammer 1
veranschaulicht,
die durch die Wandung 1 umschlossen ist. Der Brennstoff wird über die Leitung 3
der Düse 4 zugeführt, so daß im Feuerungsraum die Flamme 5 entsteht. Der
Einfachheit halber sind die bekannten Zündvorrichtungen, Ventile u. dgl. fortgelassen.
Durch eine Bohrung 6 in der Wandung 2 ist die Flammenwächtervorrichtung 7 gemäß
der Erfindung eingeführt. Die als strahlungsoptischer Wandler augebildete Spitze
8 taucht in die Flamme 5 ein. Am hinteren Ende ist das fotoelektrische Meßglied
9 angebracht. Beide Teile sind durch das Rohr 10 miteinander verbunden. Dieses
Rohr ist in der Bohrung fest montiert, so daß es sich beim Reinigen nicht verschieben
kann.
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F i g. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Flammenwächtervorrichtung,
bei der ein Rohr 11 mit geschlossenem vorderem Ende 12 verwendet wird, das vollständig
aus einem als strahlungsoptischer Wandler geeigneten Material besteht. Das hintere
Ende ist durch ein übliches fotoelektrisches Meßglied 13 abgeschlossen, dessen Meßzelle
14 senkrecht zur Rohrachse steht. Wird das vordere Ende 12 dieses Rohres in die
Flamme getaucht, wird die von der Innenseite des Rohrbodens 12 ausgehende
Strahlung von der Meßzelle 14 aufgenommen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wird ein beliebiges, z.
B. keramisches Rohr 15 verwendet, auf das vorn ein becherförmiges Element
16 aus einem für die strahlungsoptische Anpassung geeigneten Material als
Wandler aufgeschoben ist. Das hintere Ende ist wiederum durch ein fotoelektrisches
Meßglied 17 mit einer dem Becher 16 zugewandten Meßzelle 18 abgeschlossen.
Die Arbeitsweise ist ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2.
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Eine noch billigere Ausführung ist in F i g. 4 gezeigt, bei der in
das Rohr 19 als Wandler lediglich eine Scheibe 20 aus für die spannungsoptische
Anpassung geeignetem Material am vorderen Ende eingesetzt ist. Am hinteren Ende
ist wiederum ein fotoelektrisches Meßglied 21 mit einer Zelle 22 angebracht. Das
Rohr 15 bzw. 19 besteht vorzugsweise aus einem Material, das selbst bei der Flammentemperatur
keine strahlungsoptischen Eigenschaften besitzt, so daß die Beeinflussung der Meßzellen
allein durch die Glieder 16 bzw. 20 erfolgt.
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In F i g. 5 und 6 sind besondere Formen des strahlungsoptischen Wandlers
veranschaulicht. Die Elemente können das vordere Ende des Rohres 11 in F i g. 2
oder das aufgeschobene becherförmige Element 16 in F i g. 3 ersetzen. Die Spitze
23 in F i g. 5 ist konusförmig ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, daß die Anordnung
nach der Erfindung einen sehr geringen Strömungswiderstand im Flammenbereich hat.
Die Spitze 24 in F i g. 6 besitzt eine zur Rohrachse schräge Fläche 25, deren Hauptabmessung
dem Brenner zugewandt ist. Dies stellt sicher, daß die für die Strahlungsumwandlung
wichtige Fläche von einem relativ großen Flammenanteil getroffen wird.
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In F i g. 7 ist der scheibenförmige Wandler 26 von Laschen
27 des Rohres 28 gehalten, so daß freie Durchtrittsöffnungen 29 in
der Rohrwandung verbleiben. Auf diese Weise erhält man eine beidseitige Beheizung
des strahlungsoptischen Wandlers, trotzdem aber eine relativ kleine Abklingzeit
beim Erlöschen der Flamme. Letzteres wird noch dadurch unterstützt, däß die Abkühlung
des Rohres infolge der Öffnungen 29 schneller erfolgen kann. Dabei ist nicht zu
befürchten, daß Störstrahlungen das fotoelektrische Meßglied treffen, weil die Öffnungen
29 keine direkte Einstrahlung zulassen und überdies die Wandlerscheibe 26 über den
Rohrdurchmesser nach außen übersteht. Auch die Ablagerung von Staub-oder Rußteilchen
auf der Meßzelle ist wegen des langen Weges im Rohr und des darin befindlichen Luftpolsters
so gut wie ausgeschlossen.
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In F i g. 8 besteht der Wandler aus einem kegelförmigen Gebilde 30;
vorzugsweise mit relativ dünner Wandstärke. Dieser Kegel wird vom Rohr 31 über die
Stege 32 gehalten, deren Enden als Laschen 33 in Löcher im Kegel eingreifen. Zwischen
den Stegen 32 verbleibt die recht große Öffnung 34, so daß der Kegel 30 allseitig
von der zu überwachenden Flamme getroffen werden kann. Der Unterschied gegenüber
den voranstehenden Beispielen besteht im wesentlichen darin, daß die von der Flamme
erregte Außenfläche direkt die Strahlung abgibt, die die Meßzelle erfassen soll.
Der Kegel geht über den Durchmesser des Rohres 31 hinaus, um zu verhindern, daß
Störstrahlung durch die Öffnung 34 bis zur Meßzelle gelangen kann.
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In F i g. 4 ist noch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
veranschaulicht. In der Nähe des hinteren Endes des Rohres 19 befinden sich in der
Rohrwand Öffnungen 35, die so gerichtet sind, daß von außen kein Licht auf die Meßzelle
22 fallen kann. Falls aus irgendeinem Grunde der Wandler 20 am vorderen Ende
entzweigehen sollte, etisteht infolge des Schornsteinzuges ein recht starker Luftzug
durch die Öffnungen 35 und das Rohrinnere, der die Reste der Wandlerscheibe
20 hinausbläst. Da der Wandlet 10 im allgemeinen die Flammenstrahlung
erst in den spektralen Empfindlichkeitsbereich der Fotozelle transformiert, wird
beim Fehlen des Wandlers dieses Zelle trotz brennender Flamme, z. B. farblos brennender
Flämme, nicht mehr erregt, so daß die Anlage abgeschaltet wird. Es handelt sich
demnach
um eine Art Selbstsicherung der Flammen-CD