DE1526252A1 - Zuend- und UEberwachungseinrichtung fuer Flammen - Google Patents

Description

• Zünd- und UobGrwachungseinrichtung für Flammen In der Feuerungstechnik ist es bekannt, Oel- und Gasflammen mittels einer elektrischen Entladung zu zünden. Lin hochspannungstransformator, im vorliegenden Zusammenhang Zündtransformator gcnannt, versorgt dabei ein vor einer j#ustrittsöffnung für ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch angeordnetes Elektrodenpaar mit hochgespanntem Wechselstrom. Die elektrische- L#;itfähigkeit der zwischen den Elektroden liegenden hntladungsstrecke erhöht sich nach der Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches. Diese Lrhöhung der Leitfähigkeit im ilochspannungskreis des Zündtransformators bewirkt eine Steigerung der Stromaufnahme des Zündtransformators auf der Niederspannungeseite. Bei einer bekannten "(iünd- und Ueberwachungseinrichtung wird die im Niederspannungskreie auftretende

  I

  Stromänderung zur 21-ussteuerung eines Wechselstromrelais bundtzt,

  dessen Schaltsteliung anzeigt, ob eine Flamme eritstandt:;n ist oder

  n i c h -t, .

  Dei dieser bekanuiten iinrichtung kann auch ein auf d(-r iiochspan-

  nungsseite infolge von Verunreinigung durch l#Ilagerungen von

  '--taub, Feuchtigkoit. Puss und dergleichen en-tste-hendc-r 1-Icbün-

  schl-uss zur Lii-t.Iadu,--#,igsstrecke eine zur -#,ussteuerung des -Jechsel-

  s+V--,-c2th'rala.ts bereits hinroichende Stromänderung h,#rvorrufen, womit

  dieser ##inrichtung eine bekanntlich vresentliche l,-elbstilberwa-

  chungsfunktion fehlt.

  Zur dieses Mangels wird bei einer anderen bekannten Ein-

  Hinzu-nahme einer Reihe- von weiteren Bauelementen

  d,-. einer Entladuilgss-treckc;- hlektrodi-#>n

  Geometrie ausgenützt.

  #3er elektrischen Vorgänge in der Entladungsstrecke

  haben nun ergeben, dass in einem durch die Ilochspannungswicklung

  des Zündtransformators und die Entladungsstrecke gebildeten Strom-

  C>

  kreis die Entladung bereits nach wenigen Funkc-nübc-rschl*-"«gen in

  ein-- ii-nstabile'Lich'gjboge-nentladung übergeht, wobei die Spannung

  über der 1--..iitladurigsstr.#-,cke stark absinkt. Unter inwirkung ic),rii-

  sierteit Flammengase stabilisiert sich diese Lichtbogenentladung

  u-iiije-2 ii"reiterem leichtem iibsinken der Elrennspannung. hrlischt die

  Plamri,#e1, so bleibt der Lichtbogen längere Zeit bestehen und geht

  urit c,- la-ngsain--r Erhöhtaig der Bre.!,ir).spar-nung wieder in eine unsta-

  bil,3, von einigen Funkenentladungen begleitete Bogenentladung

  über. Die Strofftänderung auf der Nicdorspannungsseite beträgt da-

  bei 1-Lur wen.-Lige Prozent, so 'dass die, bekannten Schwierigkeiten

  einer zuverlc##ssigen Aussteuerung eines '.i'i--chselstronrc,1"is, das überdies sehr empfindlich sein muss, verständlich sind.
• Es wurde nun erkannt, dass sich lediglich durch geeignete Linflussnahme auf die elektrischen Vorgänge in der Lntladungsstrecke die im Niederspannungskreis des Zündtransformators messbare Stromänderung auf etwa das Hundertfache der bisher erreichten 'Jerte steigern lässt. Es gelingt dies unter inwendung einer beispiclsweise aus der Spektroskopie bekannten Anordnung zur brzeugung einer Folge von kondensierten Funken.
• Demnach ist gemäss der vorliegenden Lrfindung eine Zilnd- und Ueberwachungseinrichtung für Flammen, mit einen Zündtransform-ator, dessen 1.-ochspannungswicklung mit einer im "#'trbmungsbereich eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches angeordneten #intladungsstrecke verbunden ist und dessen Niederspannungswicklung mit einem auf Stromänderungen ansprechenden Schaltrelais elektrisch in Reihe liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches eine zwischen zwei Elektroden erzeugte gesteuerte periodische Funken- oder Büschelentladung dient. Linzelheiten der hier definierten L'inrichtung gehen aus den im folgenden an Hand der Zeichnungsfiguren beschriebenen ,-iusführungsbeispielen hervor.
• Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung und Fig. 2 bis 6 Elektrodenanordnungen.
• In der Fig. 1 bedeuten 1 und 2 Klemmen, über die ein Niederspannungskreis 3 eines Zündtransformators 4 an eine 'iiechselspannung#,s-

  e 1 ang, C., s e,h, 0 8 s Der Niederb-pa-runungskreis 17 erthält n

  R #,z:i h en s a I-:## sine 5 des ZUridtr""" -27-,#',zrma-

  uors 4 so,#,rie Oine Lrreg9r"viciclung 6 eLnes

  Alais 7, dessen 'L#)7ohal-'9J-kontakt 8 in einem bekaruiten und daher

  -nicht weiter dargestellten Ueberwachungsstromkreis eines k':#lteuer-

  gQrätes für einen Brenner 9 einer Peuerungsanlage liegt.

  Der BrennE#r 9 besitzt eine jiustrittsö«Le-fnuxig lG, meist Brenrierdüse

  genannt, für oin Brannstoff-Luft-Gemisch, das beispielsweise aus

  gasförmigen oder fein zerstäubten. Breraistoffen und beigemengter

  Verbrennungsluft besteht. Dieses Bren-ristoff-Luft-Gemisch wird im

  fo-IL.gp-.nden vereinfachend als Brenngas 11 bezeichnet, und zwar un-

  abhängig davon, ob es in unverbranntem Zustand vorliegt oder ob

  es eine Flamme 'bildet.

  Das Brenngas 11 tritt gewöhnlich-unter Bildung eines Strömungs-

  kegels 12 aus der Brennerdüse 10 aus. Infolge starker Turbulenz

  der Strömung, insbesondere am Rande des Strömungskegels 12,

  greift der Strömungsbereich des Brenngases 11 über den, Strömungs-

  kegel 12 hinaus. In diesem Strömungsbereich sind Elektroden 13

  und 14 angeordnet, deren Luftabstand als hntladungsstrecke 15

  bezeichnet wird. Die Elektroden 13 und 14 liegen elektrisch in

  Reihe mit einer Hochspannungswicklung 16 des Zündtransformators 4

  in einem beispielsweise für 15 000 Volt bemessenen Hochspannungs-

  kreis 17. in, der Fig. 1 ist ausserdem ein Lisenkern 18 des Zünd-

  transformators 4 angedeutet.

  bin Kondensator 19 ist zur Entladungsstrecke 15 elektriech par-

  20

  alle-.' "#eschaIltet und vorzugsweise in einem Gehäuse/des Zündtrans-

  f ormators 4 untergebracht. Zwockmässig wird der Kondensator 19

  zusammen mit dem Zündtransformator 4 in Kunstharz od"-r Isolic#r-

  meCsse vergossen. Die erwähnte jirt der Unterbringung des Kondcnsa-

  tors 19 verursacht keine Schwierigkeiten, da seine Lapazität in

  äer Grössenordnung von 10- 12 Farad liegt, was trct,. der erforder-

  .liehen hohen Spannungsfestigkeit kleine ibmossungen ergibt.

  Verlangt beispielsweise ein Thermostat der Feuerungsanlage "17#irme,

  so legt das Br,enner-Steuergerät Spannung an die Kl#,-rimen 1 und 2

  und gibt gleichzeitig eine Fördereinrichtung für das Brc=gas 11

  frei. Beim l#rregen düs Zündtransformators 4 wird zuno#ichst der Kon-

  densator 19 aufgeladen, bis diE Durchschlagspannung der Z--ntladmgs--

  strecke 15 erreicht ist. Ein folgender Funkenueberschlag entzieht

  dem Kondensator 19 die gespeicherte Energie, so dass nach der

  stromstarken und wegen der geringen Dämpfung sehr kurzzeitigen

  Funkenentladung die Spannung Über dem Kondensator 19 wegen des

  relativ hohen Innenwiderstandes der 'tilochspannungswicklung 16 auf

  einen 't#'iert absinkt, der nicht ausreicht, um die Entladung weiter

  zu unterhalten. #;e entsteht also eine energiereiche und zeitlich

  scharf begrenzte Funkenentladung, welche sich bei jeder i-Ialbwelle

  der an den Klemmen 1 und 2 anliegenden Wechselspannung wiederholt.

  Das gleiche gilt für die Vorstufe der Funkenentladung, der Bü-

  schel-, Spitzen- oder Sprühentladung. Es wurde nämlich gefunden,

  dass je nach der Natur des Breringases 11 bereits eine Büschelent-

  ladung von genügender Btärke zur Entzündung des Brenngases 11

  ausreicht, so dass in vielen Fällen von einem Funkenüberschlag

  mit seinen akustischexi und elektromagnetischen 3törerscheinungen

  abgesehen werden kann.

  ,#Yesentlich ist die Steuerung der Funken- oder der BUschelcntl.a-

  dung derart, daas zeitlich begrenzte, periodische Entladungen

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  wesentlich, so dass die Puunken- 3d#-#-r die l#Usch-elentl-ladung sGfort

  in eine L-Lehtbog--.nen-lu-ladurig übergeht. Lamit verliert der Konden-

  sator 19 si#ine ".-irksam-k--it-, er wi.-d durch die -k---,'.nti-l-adujigsstrc-eke 15

  praktisch kurzgeschlossen. Im Hochspannungskreis 17 bildet sich

  mithin Ein relativ gross#-,r Dauerstrom aus, der durch eine ent-

  t-'irhöi-lung der glitromaufriahme dsr Niederspannungswick-

  ltuig aufgebracht werden rnuss. Diese Erhöhung des "tromes im

  Nliedersparinungskreis 3 beträgt etwa den doppelten '.,*ert des im

  Nied#-7--üspe--iii-nungskreis 3 während ein.er Fur.ken- oder einer Bi-ischel-

  entladung fliessenden Stromes. Damit wird in der £---rregerviicklung6

  des Schaltrelais 7 eine Stromänderung im Verhältnis von etwa eins

  zu drei wirksam, die nicht nur eine sichere #-ussteuerung des

  Schaltrelnis 7 erlaubt, sondern die auch allfällige Stromu'#nderun-

  gen in-folge von im Hochspannungskreis 17 auftretenden Kriechströ-

  men um ein Vielfaches überdeckt.

  Elin Vollku.-zschluss im Hochspannungskreis 17, wie er an sieh nur

  durch mechanische Einwirkungen oder fehlerhafte klontage entstehen

  karu,., lässt sich bei der beschrieben-en in gleich,--##r

  '.eize erkennen, wie FreLridlicht bei bekann"ten

  Flammenüberwachungseinrichtungen. Die Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 eignet sich zur Verwendung in Feuerungsanlagen mit Dauerzündung; eigene Schaltorgane für den Zündtransformator 4 sind also entbehrlich. Diese Betriebsart kann bei nahezu allen Feuerungsanlagen mit Vorteil benützt werden und ermöglicht einen sehr einfachen bchaltungsaufbau von Drennersteuergeräten.
• ##711enn wenigstens eine der Llektroden (13; 14) -ine scharfe Spitze aufweist, ergibt*sich eine für eine Fu-akenentladung und besonders für eine Büschelentladung vorteilhafte Geometrie des elektrischen Feldes -in der #'nt'Ä'.adungsstrecke 15. Eine geeignete #,lektro.,1--.nausbildung zeigt die Fig. 2. Man erkennt eine Spitze 21, die an ein Drehtstück 22 angeformt ist, welches vorzugsweise aus dem Metall ilatin besteht und das in einem Elektrodenhalter 23 gefasst ist. Die Verwendung einer Platinelektrode bietet einige Vorteile, die durch den hohen Schmelz- und Verdampfungspunktt durch die Beständigkeit gegen Sauerstoff sowie durc'. ka!.--#, Wirkung des Platins auf Oxydationsvorgänge begründet sind. Die Beständigkeit gegen Sauerstoff ist vor allem wegen der durch Funkenentladungen verursachten Ozonbildung ein Vorteil, während andererseits die Ozonbildung die Zündung des Brenngases und die Selbstreinigung der Elektroden 13, 14 begünstigt, besonders wenn die katalytische Wirkung des Platins dazutrit-Iv-. Grundsätzlich können beide blektroden 13 und 14 (Fig. 1) so ausgebildet sein, wie unter der Fig. 2 beschrieben.
• In manchen Fällen ergeben sich Vereinfachungen der Elektrodenanordnungg insbesondere bei kleinen Brennern 9 (Fig. 1), wenn eine der E-lektroden 13, 14 gemäse der Fig. 3 ale*an sich beliebig geformtes, im S-Girömungsbereich des Brenngases 11 liegendes Konstruktionsteil des Brenners 9, beispielsweise durch die Brennerdüse K, gebildet ist. k.ls Gegenelektrode dient mit Vorteil eine solche nach der Fig. 2. An sich. ist die Llektrodenanordnung nach der Fig. 3 natürlich bekannt.
• Eine weitere mögliche Formgebung der Elektroden lässt die Fig. 4 erkennen, bei welcher einer plattenförmigen Llektrode 35 wiederum die spitze Gegenelektrode 24 gegenübersteht. Man w--hlt diese hlektrodenanordnung insbesondere dann, wenn eine Elektrode sich nur wenig erwärmen soll, was bei der Platte infolge grosser Iffärmeableitung und -abstrahlung der Fall ist.
• Bei Verwendung von Spitzenelektroden nach der Fig. 2 ergibt sich der Vorteil, dass die Elektroden ausserhalb.des Strömungskegels 12 (Fig. 1) angeordnet werden können und daher den schädlichen Einflüssen der eigentlichen Verbrennungszone des Brenngases 11 weitgehend entzogen sind. Dies wirkt sich vor allem bei Pilotbrennern. günstig aus. Bei sehr grossem #,)uerschnitt des Strömungekegels 12 erreicht man den genannten Vorteil durch die aus der Fig. 5 ersichtliche Elektrodenanordnung. In der Fig. 5 ist die Stirnseite' des Brenziers 9 mit der Brennerdüse 10 zu erkennen. Die Llektroden 13 und 14 sind dabei so angeordnet, dass die Entladungsstrecke 15 den Strömungsbereich des Brenngases 11 (Fig. 1) annähernd taneiert.
• Bei manchen Feuerungsanlagen ist es vorgesehen, dass eine der Blektrotken (13, 14), vom Brenngas 11 umspült wird, wie dies unter Verwendung der aus der Pig. 1 bekannten Bezugszahlen die Fig. 6 darstellt. Dizse Anordnung gewährleistet eine besonders gute

  Gärheableitung aus der Llektrode 14 zum Ereilner 9, wodurch eine

  Verdampfung des Llektrodenwarkstoffes wirksam verhinArt wird.

  Ein weiterer Vorteil der Llektrodenanordnung nach der Fig. 6 ist

  die Möglichkeit, die Entladungsstrecke 15 genügend weit von der

  Brennerdüse 10 entfernt vorzusehen.

  Die besprochenen Beispiele zeigen, dass sich die an Einfachheit

  und gleichzeitig gegebener Betriebssicherheit bisher kaum erreich-

  te, hier beschriebcne Zünd- und Ueberwachungseinrichtung bei einer

  Vielfalt von Feuerungsanlagen mit Vorteil anwenden lässt. Schliess-

  lich ist noch zu erwähnen, dass der Kondensator 19 den leistungs-

  faktor des Zündtransformators verbessert.

Claims (1)

1. P A T E N T i N S 1 R U E C H h i. Zünd- und Ueberwachungseinrichtung für Flammen, mit einem Zündtransformator, dessen Hochspannungswicklung mit einer im Strömungsbereich einels zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches (Brenngases) angeordneten Exiiadtuigsstrecke verbunden ist und dessen Niederspannungewicklung mit einem auf Stromänderungen ansprechenden Schaltrelais elektrisch in Reihe liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zündung des Brenngases (11) eine in der zwischen zwei Elekiroden (13, 14) liegenden Entladungsstrecke (15) erzeugte gesteuerte periodische Funken- oder Büschelentladung dient. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnct, dass der Entladungsstrecke (15) ein Kondensator (19) elektrisch parallel geschaltet ist. 3. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität des Kondensators (19) in der Grössenordnung von 10- 12 Parad liegt. 4. Einrichtung nach &nsprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (19) in einem Gehäuse (20) eines Zündtransformators (4) angeordnet und votzugsweise zusammen mit dem Zündtransformator (4) in Kunstharz eingegossen ist. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass' wenigstens eine der Elektroden (13, 14) eine scharfe Spitze (21) aufweist. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der hlektroden (13, 14) aus Platinmetall besteht. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dädurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (13, 14) durch ein beliebig geformtes, im Strömungsbereich des Brenngases (11) liegendes Konstruktionste-'-k.1 (10) eines Brenners (9) gebildet is-#;. 8. Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden (25) plattenförmig ausgebildet ist. g. Einrichtung nach Ansprüchen 1, 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (13, 14) ausserhalb des Strömungskegels (12) des Brenngases (11) angeordnet sind. 10. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 5 bis 99 dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungsstrecke (15) den Strömungebereich des Brenngases (11) annähernd tangiert. 11. Einrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 5 bis 89 dadurch geke=zeichnet, daso eine der Elektroden (13, 14) wenigstens teilweise in den Strömungskegel (12) des Brenngases (11) hineinragt und vorzugsweise mit dem Brenner 9 gut wärmeleitend verbunden ist.