DE1451597C - Flammenwächter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Flammenwächter, wie 150° C nicht überschreiten sollen. Auch ist keine

er zum Überwachen von Flammen, z. B. in Brenn- Möglichkeit vorgesehen, die in der Abschirmung ge-

kammern von Dampferzeugern benutzt wird. legene kalte Lötstelle durch eine Luftströmung stär-

Da die Flamme in diesen Brennkammern Tem- ker zu kühlen, als dies ohne Abschirmung der Fall peraturen von 1700 bis 2200° C aufweist und der 5 ist. Vielmehr fällt die Konvektionskühlung in der Flammenwächter zur Herstellung eines großen Ab- Abschirmung wegen des großen Strömungswidertastwinkels dicht an oder schon in der Flamme an- Standes ihrer Schlitze kaum gegenüber der Wirgeordnet sein muß, kann er durch Strahlungswärme kung der Abschirmung als Strahlungsschild ins GeTemperaturen bis etwa 1400° C ausgesetzt sein. wicht.

Aus der USA.-Patentschrift 3 076 495 ist eine io Dagegen ist bei der Erfindung die Abschirmung überwachungseinrichtung für die Flammen von Öl- in Form des offenendigen konzentrischen Innenrohres brennern bekannt, bei der das Fühlglied im offenen so vorteilhaft, da sie gleichzeitig als Strahlungsschild Ende eines Rohres angeordnet ist und durch einen dient und eine gute zusätzliche Kühlung durch Kon-Luftstrom gekühlt wird. Das .Fühlglied besteht aus vektion infolge der hohen erreichbaren Strömungseiner Cadmiumsulfidzelle, die Temperaturen bis 15 geschwindigkeit der Druckluft erzielt wird,
höchstens 40° C verträgt und erhält infrarotes Licht Auch der Temperaturwächter, der in der USA.-über einen als Quarzstab ausgebildeten Lichtleiter. Patentschrift 1 945 652 in seiner Anwendung auf Das andere Ende des Quarzstabes kann Temperaturen Zementöfen gezeigt ist, kann die Aufgabe der Ervon 600° C und mehr Erreichen. findung nicht lösen. Es handelt sich nämlich bei ihm

Da aber zur Überwachung der Flammen in Brenn- 20 nicht um die Anwendung konzentrischer Rohre, sonkammern die Lichtstrahlung im Wellenlängenbereich dem um die Anordnung von Ringspalten für den von 300 bis 4000 Angström günstig ist, die jedoch Durchtritt von Kühlluft. Diese Konstruktion gestatvon Quarz bis zu 10% pro Millimeter Länge des tet auch nicht die Entfernung des eigentlichen Meß-Quarzstabes absorbiert wird, und da die Temperaturen gliedes während des Betriebes,
die im vorstehenden Absatz angegebenen extremen 25 Eine andere Konstruktion nach der USA.-Patent-Werte erreichen können, ist diese bekannte Aus- schrift 2 493 078 ist für die Messung von Temperaführung für die Brennkammern von Dampferzeugern türen in Schmelzbädern bestimmt. Hier fehlt die Luftnicht geeignet. zuführung über zwei Druckluftzuleitungen, obwohl

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Flammen- zwischen der innersten Wand des Strahlungsweges

wächter so auszubilden, daß er den erwähnten Be- 30 und der Außenwand des Gerätes mehrere Luftkanäle

dingungen, insbesondere den auftretenden hohen zu Kühlzwecken angeordnet sind. Die Luft dient hier

Temperaturen gewachsen ist. aber in der Hauptsache dazu, die Schlacke an der

Die Erfindung geht von einem Flammenwächter Oberfläche des Schmelzbades zu entfernen, um eine

aus, dessen fotoempfindliches Fühlglied im offenen Strahlungsmessung zu ermöglichen. Da bei diesem

Ende eines auf die Flamme gerichteten Rohres an- 35 Schmelzofen das Meßgerät nur zeitweise eingebracht

geordnet ist und durch einen das Fühlglied in direk- wird und als Ganzes wieder entfernt wird, ist auch

tem Kontakt kühlenden Luftstrom gekühlt wird. hier eine Notwendigkeit für die Zuleitung der Luft

Die Erfindung besteht darin, daß das dem Fühl- über zwei Leitungen nicht gegeben, und deshalb glied zugeordnete Rohr von einem einen inneren fehlen auch diese beiden Zuleitungen hier,
ringförmigen Luftkanal frei lassenden, ebenfalls 40 Der in der USA.-Patentschrift 3 080 755 entoffenendigen Außenrohr konzentrisch umgeben ist, haltene Temperaturwächter weist wohl zwei konzendaß dem Innenrohr Drückluft über eine erste an das trisch ineinanderliegende und das Temperaturmeß-Innenrohr angeschlossene und im Außenrohr lösbar glied umfassende Rohre auf. Aber es wird nur der angeordnete Druckluftzuleitung zugeführt wird und Ringraum zwischen den beiden Rohren von einer daß dem Außenrohr pruckluft über eine zweite an 45 Kühlflüssigkeit durchsetzt, während durch den Hohldas Außenrohr angeschlossene Druckluftzuleitung raum des Innenrohres nicht oxydierendes Gas gezugeführt wird, leitet wird. Die Verwendung von zwei Druckluft-Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Er- Zuleitungen zur Kühlung des fotoempfindlichen Fühlfindung kann das Fühlglied, zusammen mit dem gliedes.eines Flammenwächters ist somit auch durch Innenrohr und der ersten Druckluftzuleitung als Ein- 50 diese Vorveröfferitlichung nicht nahegelegt worden, heit aus dem Außenrohr entfernt werden, während Die Erfindung hat wesentliche Vorteile,
dem Außenrohr gleichzeitig Druckluft über die zweite Der Flammenwächter kann so dicht an der Flamme Druckluftzuleitung zugeführt wird. angeordnet, sein, daß er wenigstens einen Winkel

Zwar ist schon aus der Patentschrift 24136 des von 90° überwacht. Außerdem ist zur Kühlung des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost- 55 fotoempfindlichen Fühlgliedes selbst bei extremen Berlin eine Sicherheitseinrichtung für ölbrenner be- Brennkammertemperaturen nur eine sehr geringe kannt, bei der die kalte Lötstelle eines Thermo- Luftströmung von etwa 1 cbm pro Minute in dem elementes durch eine in der Luftströmung der Ver- Raum zwischen dem Außen- und dem Innenrohr brennungsluft angeordnete und die kalte Lötstelle und von nur 0,1 cbm pro Minute durch das Innenumgebende Abschirmung vor der Strahlung der 60 rohr erforderlich. Diese kleinen Luftmengen können Flamme geschützt ist. überdies ohne weiteres von der Luftversorgung der

Diese Vorrichtung ist jedoch nicht auf einen Brenner abgezweigt werden.

Flammenwächter, der den oben beschriebenen Tem- Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Innenperaturbedingungen genügt, anwendbar, da nach der rohr mit dem Fühlglied aus dem Außenrohr heraus-Erfindung die auf etwa 350 bis 400° C vor- 65 genommen werden kann und trotzdem das Rückgewärmte Verbrennungsluft zur Kühlung des foto- schlagen der Flamme durch die Luftströmung im empfindlichen Fühlgliedes verwendet werden soll, die Außenrohr verhindert wird,
kalten Lötstellen aber eine Temperatur von etwa Diese und weitere Vorteile ergeben sich aus der

folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen. Es stellt dar

Fig. 1 den Flammenwächter nach der Erfindung als Seitenansicht, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 den Flammenwächter, das Führungsrohr und den Weg der Kühlung im Schnitt,

F i g. 3 eine Seitenansicht der Anordnung nach der Fig. 2,

F i g. 4 eine Abwandlung der Anordnung nach der Fig. 2,

F i g. 5 eine abgeänderte Luftzuführung im Schnitt,

F i g. 6 einen Querschnitt durch eine Brenneranordnung, die einen Flammenwächter enthält,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch die Brenner- und Zündanordnung,

F i g. 8 eine schematische Darstellung des Luftzuführungssystems,

F i g. 9 eine schematische Darstellung der Notversorgung für die Kühlung,

F i g. 10 eine Ansicht einer ölbrennerdüse mit eingebautem Flammenwächter.

Der Flammenwächter muß die Flammen oder den Feuerball abtasten oder »sehen« können. Bei der vorliegenden Anordnung besteht der Flammenwächter aus einer Glimmröhre, die der Strahlungswärme der Flamme ausgesetzt ist, die Temperaturen in der Größenordnung von etwa 1400° C erreichen kann. Diese Hitze würde das Fühlglied ohne Wärmeabführung sehr schnell zerstören. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die Strahlungswärme schnell abzuführen, wozu Kühlluft unmittelbar über das Fühlglied geführt wird.

Der Flammenwächter 10 ist gemäß der F i g. 1 in einem Stutzen 12 angeordnet. Er besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 14, das an dem Stutzen 12 angeschweißt ist. Mit dem starren Außenrohr 16 ist beispielsweise mit Hilfe von Rohrschellen 18 eine biegsame Manschette 20 verbunden, die ihrerseits mit Hilfe von Schellen 22 mit dem Rohr 24 verbunden ist. Dieses ist wiederum, z. B. durch Schweißung, mit einer Kammer 28 des Luftzufuhrsystems für den Brenner verbunden. Auf das äußere Ende des Rohres 24 ist ein Gehäuse 30 geschraubt, dessen Kammer 32 mit dem Inneren des rohrförmigen Gehäuses 14 in Verbindung steht. Die Luft strömt über die Leitung 34 ins Innere des rohrförmigen Gehäuses 14. Wenn nötig, kann eine Düse 36 vorgesehen sein, über die Luft verhältnismäßig hohen Drucks aus der Leitung 38 zugeführt wird, um zu verhindern, daß die Flamme oder heiße Gase über das Rohr 14 zurückschlagen.

Der Flammenwächter ist im einzelnen in den F i g. 2, 3 und 4 dargestellt. Er ist in einem Innenrohr 40 angeordnet, das im Außenrohr 16 konzentrisch mit Hilfe von Rippen 42 zentriert ist. Das äußere Ende des Innenrohres 40 besitzt eine Eingangsmuffe 44 (F i g. 2), an die eine flexible Leitung 46 angeschlossen ist, die die elektrischen Leitungen 48 enthält und in einem Rohr 50 endet, das seinerseits mit dem Gehäuse 52 verschraubt ist. Dieses Gehäuse ist mit seinem Flansch 54 am äußeren Ende des Gehäuses-30 mit Schrauben 56 befestigt. Die elektrischen Leitungen 48 sind durch das Rohr 50 und die Kammer 58 in das Gehäuse 52 geführt und enden an einem Anschluß 60, der an den elektrischen Stromkreis der Flammenüberwachung angeschlossen ist. Die Luft wird über die Leitung 62, das Gehäuse 52 und die Kammer 58 dem Inneren des Rohres 50 zugeführt und gelangt von dort über die flexible Leitung 46 und das Innenrohr 40 zum offenen Ende 64 des letzteren.

Ein Quarzglasfenster 66 (Fig. 2) ist im Innenrohr 40 mit Hilfe von Stiften 68 zentriert und durch Stifte 70 gehalten, die in dem Rohr 40 angebracht sind. Ein dreieckig gebogener Draht 72 ist im Innenrohr 40 angebracht und drückt gegen die Unterseite des Quarzglasfensters. Um das Quarzglasfenster in der richtigen Stellung zu halten, ist ein Ring 74, der mit

ίο Rippen oder Riffeln versehen ist und aus wärmeleitendem Material besteht, im Innenrohr 40 angeordnet. Dieser Ring dehnt sich so aus, daß er die Oberflächen des Innenrohres 40 und des Fühlgliedes 76 berührt. Die Rippen verlaufen in der Längsrichtung des Rohres.

Das Fühlglied 76 weist Elektroden 78 auf, die durch einen Sockel 82 in der Röhre 80 gehalten werden. Auf gegenüberliegenden Seiten eines Flansches 84 des Sockels 82 sind Unterlegscheiben 86 und 88 angeordnet. Eine Feder 90, deren eines Ende durch die Muffe 44 festgelegt ist, drückt auf die Unterlegscheibe 86 und sorgt für eine federnde Halterung des Fühlgliedes 76. Die Feder 90 drückt also die Unterlegscheibe 86, den Sockel 82, die Unterlegscheibe 88, den mit Rippen versehenen wärmeleitenden Teil 74, das dreieckige Teil 72 und das Quarzglasfenster 66 nach vorne gegen die Stifte 70. Dadurch wird das gesamte Bauteil fest im Innenrohr 40 gehalten. Die Muffe 44 ist an dem Innenrohr 40 mit Schrauben 92 befestigt. Nach dem Entfernen dieser Schrauben kann das ganze Bauteil oder irgendein Teil davon einschließlich des Quarzglasfensters entfernt werden.

Die Luft gelangt aus dem flexiblen Rohr 46 über das Innenrohr 40 in die Kammer 94. Von dort strömt sie durch ein Loch 96 im Sockel 82 nach außen in den ringförmigen Kanal und schließlich hinter die Oberfläche des Quarzglasfensters 66. Die geriffelte oder vergrößerte Oberfläche des Gliedes oder Schirmes 74 führt die Wärme vom Fühlglied 66 ab. Die große Oberfläche unterstützt die Wärmeabführung. Auch die Luft, die in unmittelbarem Kontakt die Röhre 80 überstreicht, dient der schnellen Wärmeabfuhr.

Stromabwärts vom Quarzglasfenster 66 ist eine Scheibe 98 zwischen den Stiften 70 und 100 angeordnet, die einen solchen Innendurchmesser hat, daß der Luftstrom aus dem offenen Ende des Innenrohres 40 im wesentlichen in Form eines zylindrischen Hohlkörpers abgeführt wird. Dieser zylindrische Luftstrom tendiert sehr wenig, nur um etwa 10° nach außen, und hat ausreichende Energie, um kleine Teilchen abzuweisen, die sonst in das Innenrohr 40 eintreten und das Quarzglasfenster 66 berühren könnten.

Unter bestimmten Bedingungen ist es günstig, den Abtastwinkel zu verkleinern. Dann kann ein Verlängerungsrohr 102 (F i g. 4) an Stelle der Scheibe 98 eingesetzt werden, das sowohl den Abtastwinkel verkleinert als auch zusätzlichen Schutz für das Quarzglasfenster 66 gewährt.

In der Brennkammer (F i g. 7) gelangt Druckluft von einem Gebläse 108 (F i g. 8) zu den Brennern 104 und den Zündern 106. Wie schematisch in der F i g. 8 dargestellt ist, wird diese Luft über Luftvorwärmer 110 geleitet, in denen der Druck abfällt, und gelangt dann durch die Brenner 104, in denen der Druck weiter abfällt, in die Brennkammer 112 und nach außen über den Abzug 114. Vom Ausgang

des Gebläses 108 wird über die Nebenleitung 116 für die Zünder 106 Luft abgezweigt. Bei Normallast liefert das Gebläse 108 einen Druck von etwa 1000 mm Wassersäule.

Durch die Widerstände in den Luftvorwärmern und in den Brennern fällt dieser Druck um etwa 400 mm WS. Wenn man einen Druckverlust von 150 mm WS in der Nebenschlußleitung 116 zuläßt, dann bleibt ein Differenzdruck von etwa 250 mm WS über und zwischen der Luftkammer 118 des Zünders und der Brennkammer 112.

Da der Kühlluftbedarf für den oben beschriebenen Flammenwächter bei 110 bis 130 mm WS etwa 0,1 cbm pro Minute durch das Innenrohr 40 und etwa 1,0 cbm pro Minute durch das Außenrohr 14 beträgt, kann die gesamte Luftversorgung der Kühlvorrichtung für das Fühlglied aus der Luftkammer 118 über die Leitung 119 erfolgen, ohne daß der Betrieb des Zünders beeinträchtigt wird. Im Hinblick auf den geringen Druck- und Strömungsbedarf der Kühlung und den im Vergleich dazu großen Luftbedarf der Brennkammer kann die Kühlluft für den Flammenwächter¹ von irgendeiner geeigneten Stelle am Kessel abgezweigt werden, ohne die Luftquelle unangemessen zu belasten.

Bei kleiner Last ist der Luftstrom durch die Brenner klein. Es ist dann möglich, daß der Druckabfall an den Luftvorwärmern und an den Brennern nicht groß genug ist, um einen Differenz-Druck von wenigstens 75 mm WS für die Zünd- bzw. Sperrluft zu erreichen.

Für den Fall also, daß der Differenzdruck zwischen der Brennkammer 112 und der Luftkammer 118 auf unter 75 mm WS absinkt, wird ein Schalter 120 durch den verringerten Differenzdruck betätigt und ein Hilfsgebläse 122 (F i g. 8) angelassen, um den Differenzdruck in der Luftkammer 118 auf mehr als 75 mm WS über den Druck in der Brennkammer 112 zu erhöhen.

Da im Ausführungsbeispiel die Kühlluft für den Flammenwächter von der Luftkammer 118 abgezweigt wird, wird er auch bei niedriger Belastung der Brennkammer 112 mit genügender Kühlluft versorgt, ohne daß Hilfsvorrichtungen notwendig sind.

Für den Fall aber, daß das Hilfsgebläse 122 ausfällt und der Differenzdruck in der Brennkammer 112 unter den kritischen Wert von 75 mm WS absinkt, wird ein nicht dargestellter Schalter betätigt, der dem Schalter 120 ähnlich ist, um ein Ventil 124 zu öffnen, so daß Außenluft hohen Drucks über eine Düse 125 zeitweise die Zufuhr ausreichender Kühlluft sicherstellt, bis der Fehler abgestellt ist. Auch hier gestattet der niedrige Kühlluftbedarf für den Flammenwächter die Abzweigung der Kühlluft von der Hauptluftversorgung ohne Beeinträchtigung des normalen Betriebes und ohne daß besondere Speicher vorgesehen werden müssen.

Das starre Außenrohr 16 besitzt einen nach innen gerichteten Flansch 127 an seinem offenen Ende, an dem das Innenrohr 40 anliegt. Die innere Luftführung erfolgt über die Leitung 46, die zusammengedrückt werden kann, wenn der Flansch 54 am Ende des Gehäuses 30 angeschraubt wird. Durch den elastischen Druck der Leitung 46 wird das Rohr 40 gegen den Flansch 127 gedrückt und der Austritt für den Luftstrom zwischen dem Außenrohr 16 und dem Innenrohr 40 gesperrt.

Das Ende des Innenrohres 40 ist zwischen der Scheibe 98 und dem offenen Ende mit Löchern 129 versehen, durch die die Luft aus dem Außenrohr 16 in das Innenrohr 40 abströmen kann. Diese Luft mischt sich mit dem im wesentlichen zylindrischen Luftstrom am Ende des Innenrohres 40 durch die Öffnung in der Scheibe 98 und verstärkt den Luftstrom, der das Quarzglasfenster 66 und das Fühlglied 76 gegen in der Brennkammer umherfliegende Teilchen schützt. Der Ring 127 dient also auch als Führung für die Luft, die vom offenen Ende des Außenrohres 16 austritt.

Es muß dafür gesorgt werden, daß der Flammenwächter einschließlich des Gehäuses 52, der Leitung 46 und des Innenrohres 40 usw. während des Betriebs der Brennkammer herausgenommen werden kann. Da der Druck in der Brennkammer über dem atmosphärischen Druck liegt, muß verhindert werden, daß die Flamme oder heiße Gase während der Entfernung des Innenrohres 40 durch das Außenrohr 16 austreten. Deshalb wird bei der Entfernung des Innenrohres 40 weiterhin Druckluft über die Leitung 62 zugeführt. Auch wird Druckluft über die Leitung 38 und die Düse 35 zugeführt, um den Druck am äußeren Ende des Rohres 14 ein wenig größer zu halten als den Druck in der Brennkammer.

Bei einer Brennkammer mit Saugluftbetrieb, bei der der Druck in der Brennkammer unter dem Atmosphärendruck liegt, kann die zusätzliche Luftzufuhr über die Leitung 62 unterbleiben, wie dies in der F i g. 5 dargestellt ist. In diesem Fall kann die gesamte Luftzufuhr sowohl für die innere als auch die äußere Kühlung des Innenrohres 40 und der innere und der äußere Luftstrom zur Leitung 46 durch die Luftzuleitung 34 erfolgen. Es werden dann Löcher 126 vorgesehen, die die Kammern 58 und 32 verbinden und den Luftzutritt von der Kammer 32 über die Öffnungen 126 in das Rohr 50 und die Leitung 46 gestatten. Da der Druck in der Brennkammer unterhalb des Atmosphärendrucks liegt, kann der Flammenwächter aus dem Rohr 14 entfernt werden, ohne daß eine Gefahr für den Austritt der Flamme durch das Rohr 14 besteht.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Flammenwächter, dessen fotoempfindliches Fühlglied im offenen Ende eines auf die Flamme gerichteten Rohres angeordnet ist und durch einen das Fühlglied in direktem Kontakt kühlenden Luftstrom gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Fühlglied (76) zugeordnete Rohr (40) von einem einen inneren ringförmigen Luftkanal frei lassenden, ebenfalls offenendigen Außenrohr (16) konzentrisch umgeben ist, daß dem Innenrohr (40) Druckluft über eine erste an das Innenrohr (40) angeschlossene und im Außenrohr (16) lösbar angeordnete Druckluftzuleitung (46) zugeführt wird und daß dem Außenrohr (16) Druckluft über eine zweite an das Außenrohr (16) angeschlossene Druckluftzuleitung (24) zugeführt wird.

2. Flammenwächter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlglied (76) zusammen mit dem Innenrohr (40) und der ersten Druckluftzuleitung (46) als Einheit aus dem Außenrohr (16) entfernt werden kann, während dem Außenrohr (16) Druckluft über die zweite Druckluftzuleitung (24) zugeführt wird.

3. Flammenwächter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckluftzuleitung (46) von der zweiten Druckluftzuleitung (24) umgeben ist und daß beide Druckluftzuleitungen (46 und 24) flexibel sind.

4. Flammenwächter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Außenrohres (16) an seinem offenen Ende ein Abschlußflansch (127) befestigt ist, gegen den das offene Ende des Innenrohres (40) durch in der ersten Druckluftzuleitung (46) angeordnete federnde Glieder gedrückt wird, und daß das Innenrohr (40) in der Nähe seines offenen Endes radiale Eintrittsöffnungen (129) für den zweiten Druckluftstrom aufweist.

5. Flammenwächter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das

Fühlglied (76) von einem offenendigen zylindrischen und innen mit Längsrippen versehenen Abschirmrohr (74) umgeben ist, wobei die Längsrippen einen Durchlaß für Druckluft zwischen dem Fühlglied (76) und dem Abschirmrohr (74) frei lassen.

6. Flammenwächter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am offenen Ende des nicht ganz bis zum offenen Ende des Innenrohres (40) reichenden Abschirmroh res (74) ein rundes, einen Ringspalt für den Durchtritt von Druckluft frei lassendes Quarzglasfenster (66) angeordnet ist.

7. Flammenwächter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenrohr (40) stromabwärts im Abstand von dem Quarzglasfenster (66) eine einen Durchlaß für Druckluft frei lassende Ringblende (98) angeordnet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen