DE2252618A1 - Brenner - Google Patents

Description

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA, .Tokyo , Japan

Brenner

Die Erfindung "betrifft einen Brenner mit einer Brennstofffördereinrichtung und einer Luftfördereinrichtung.

Im allgemeinen wird bei Brennern das Diffusionsverbrennungssystem angewandt. Die in der Praxis realisierten Systeme umfassen Brenner vom Düsentyp (gun type), Topfbrenner (pot type) oder Leuchtflammenbr eimer (red flame type), wobei als Brennstoff Gas verwendet wird.

Bei diesen Brennern finden sich in der Atmosphäre rund um die Verbrennungsflamme alle Brennstoffkonzentrationen'von 100 $> bis 0 #, so daß die Stabilität der Verbrennung bemerkenswert groß ist. Diese Systeme werden auf verschiedenen Gebieten angewandt. Es ist jedoch auch möglich, die Verbrennung durch Mischen von Brennstoff mit Luft durchzuführen. Falls der Brennstoff in die Verbrennungsatmosphäre eingeführt wird, wenn die Mischung von Brennstoff und Luft unvollständig ist, so findet eine thermische Zersetzung des Brennstoffs statt und nur ein Teil des Brennstoffs verbrennt, während der Rest zur Ausbildung von Rußzentren und danach zur Bildung von Ruß führt.

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Die Bildung von Ruß bewirkt eine Zunahme der Wärmeübertragung des Verbrennungsgases. Gleichzeitig bewirkt dieser Ruß jedoch auch eine Luftverschmutzung, und durch die unvollständige Verbrennung erhöht sich der Gehalt an Kohlenmonoxyd und Stickoxyden.

Es wurde ferner ein Brennersystem vorgeschlagen, bei dem zunächst eine Primärgasmischung von Brennstoff und Luft gebildet wird. Hiermit werden gewisse Nachteile des Diffusionsbrennersystems beseitigt. Durch dieses System wird insbesondere die Rußbildung stark herabgesetzt. Es bestehen jedoch Probleme hinsichtlich der Erzielung einer optimalen Konzentration der Primärgasmischung und hinsichtlich einer Flammenstabilität bei Veränderungen der Konzentration. Diese Probleme stehen in Zusammenhang mit der Verbrennungsgeschwindigkeit und mit der Brennstoffzufuhrgeschwindigkeit.

Wenn die Brennstoffzufuhrgeschwindigkeit größer ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit, so hebt sich die Flamme in Abwärtsrichtung der Strömung ab und die Flamme wird ausgeblasen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Ablösung der Flamme. Wenn die Brennstoffzufuhrgeschwindigkeit geringer ist als die Verbrennungsgeschwindigkeit so wird die Flamme in die Flammenlöcher gesaugt. Dieser Vorgang wird als Zurückschlagen der Flamme bezeichnet.

Daher ist eine vollständige Verbrennung unmöglich und es kommt zu einer Zerstörung des Brenners wenn die Flamme sich abhebt oder zurückschlägt. Somit ist es unbedingt erforderlich, einen unstabilen Verbrennungszustand zu verhindern. Zur Aufrechterhaltung eines stabilen Verbrennungszustandes ist es erforderlich, die Brennstoffzufuhrgeschwindigkeit unter einem Grenzwert zu halten, bei dem die Ablösung

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der Flamme auftritt, und oberhalb einem Wert zu halten, "bei dem die Flamme zurückschlägt. Selbst wenn die Flammzufuhrgeschwindigkeit im Bereich der Verbrennungsgeschwindigkeit liegt, so treten doch in einem gewissen Bereich Verbrennungsgeräusche auf. Demgemäß ist es erforderlich, die Brennstoffzuführgeschwindigkeit aus dem Bereich herauszulassen, innerhalb dessen Verbrennungsgeräusche auftreten.

Unter optimalen Verbrennungsbedingungen wird der Luftüberschuß auf ein Minimum herabgesetzt, wodurch der Wärmeaustauschvorgang von Verbrennungsluft und Brennstoffgas begünstigt wird und wobei eine "vollständige Verbrennung ohne Rußbildung mit einer stabilen !lamme stattfindet. Der Brenner muß so konstruiert sein, daß er auch härtesten Bedingungen genügt. Es kommt leicht vor, daß die Flamme instabil wird, wenn die genannten optimalen Bedingungen durch externe oder interne Einflüsse verändert werden.

Es ist erforderlich, einen Brenner zu schaffen, welcher mit einem breiteren Bereich des Luftüberschusses betrieben werden kann und welcher je nach der Veränderung der Verbrennungs*· bedingungen automatisch geregelt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner zu schaffen, welcher mit völlig stabiler Verbrennung arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Brenner der eingangs genannten Art gelöst, welcher gekennzeichnet ist durch ein Leuchtelement, welches bei Beaufschlagung mit Verbrennungswärme Licht emittiert, durch einen Lichtdetektor, welcher das Licht des Leuchtelementes (4) empfängt und durch eine Steuereinrichtung, welche auf das Signal des Lichtdetektors (7) anspricht und die Menge der durch die Luftzufuhreinrichtung zugeführten Luft oder die Menge der durch die {^zuführeinrichtung

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zugefiihrten Gasmenge regelt.

Mit dem erfindungsgemäßen Brenner wird die Menge an zugefiihrter Verbrennungsluft und die Menge an zugeführtem Gas ständig geregelt (Überschuß von Luft). Hierdurch wird die Verbrennung stabilisiert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen Schnitt des erfindungsgemäßen Brenners und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Regeleinrichtung des Brenners gemäß Pig. 1.

In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. Pig. 1 zeigt die wesentlichen Teile eines Brenners 1 gemäß vorliegender Erfindung _r welcher einen Brennerzylinder 2, eine Brennerplatte 3 mit einer Vielzahl von Flammenlöchern, ein Leuchtelememt 4 £ζ.Β. ein Platindraht), welches auf der Verbrennungsplatte 5 befestigt ist, einen Mischraum 5 zum Mischen von Brennstoff und Luft, eine Verbrennungskammer 6 und einen lichtdetektor 7 (z. B. ein CdS-photoelektrisches Element), welches am Verbrennungszylinder 2 befestigt ist, aufweist.

Pig. 2 zeigt eine Regeleinrichtung mit einer Lichtietektoreinriehtung 8, welche den Lichtdetektor 7 umfaßt, mit einer Steuereinrichtung 9 zum Steuern der Menge der zugefiilirten Luft, mit einem Verstärker 10, mit einem Thyristor-Kleinwiiikel-Steuerkreis 11, mit einem Zweiweg-Thyristor 12, mit einer Wechselstromkraftquelle 13, mit einer Luftzuführeinrichtung 14 (z. B. ein Gebläse), mit einer Luftleitung 15, mit einer Brennstoffzufuhreinrichtung 16 zum Zuführen des Brennstoffs in den Brenner 1 und mit einer Zuführleitung 17.

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Im folgenden soll die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Brenners, welcher als Leuchtelement einen Platindraht und als Lichtdetektor ein CdS-photoelektrisches Element und als Luftfördereinrichtung 14 ein Gebläse umfaßt, näher erläutert werden. Wenn die zunächst stabile Verbrennung durch bestimmte Einflüsse verändert wird und in Gefahr gerät, zurückzuschlagen, gelangt die heiße Flamme in die Nähe der Oberfläche der Verbrenmingsplatte 3. Hierdurch wird der Platindraht 4, welcher auf der Oberfläche der Verbrennungsplatte 3 befestigt ist, aufgeheizt, und beginnt zu leuchten.

Der Platindraht 4 sendet aufgrund der Verbrennungsflamme ein deutliches Glühlicht aus und die Lichtänderung des Platindrahts wird durch das CdS-photoelektrische Element 7 empfangen. Durch die Beaufschlagung des photoelektrischen Elementes 7 mit dem Licht wird der Innenwiderstand dieses Elementes 7 herabgesetzt und ein durch das Element 7 hindurchfließender elektrischer Strom wird erhöht. Die Veränderung des Stroms wird durch den \&?stärker 10 verstärkt und mit diesem verstärkten Strom wird die Einrichtung 11 zur Kleinwinkel-Steuerung des Thyristors beaufschlagt, wodurch der kleine Winkel des Zweiweg-Thyristors 12 herabgesetzt wird.. Die Drehzahl des Gebläses 14 wird hierdurch erhöht und die Luftzufuhr wird verstärkt, wodurch die Flamme stabilisiert wird.

Wenn nun andererseits die Flamme in Gefahr gerät sich abzuheben und auszulöschen, so erhebt sich die Flamme über das Leuchtelement und die Temperatur des Platindrahtes 4 wird gesenkt und dieser wird dunkel. Hierdurch wird der Widerstand des CdS-photoelektrischen Elementes 7 erhöht und der durch dieses Element 7 hindurch fließende elektrische Strom wird herabgesetzt. Hierdurch wird der Kleinwinkel des Zweiwegthyristors 12 erhöht, was zu einer Abnahme der Drehzahl des Gebläses 14 führt. Hierdurch wird der Luftüberschuß herabgesetzt und die Flamme wird gesenkt

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und stabilisiert. Durch Wiederholung der oben erwähnten Vorgänge kann ein stabiler Verbrennungszustand über eine lange Zeitdauer hinweg aufrecht erhalten werden.

Der maximale Grenzwert und der minimale Grenzwert für den Kleinwinkel kann durch den Widerstand des Steuerkreises 11 festgelegt werden. Die Änderung der flamme findetnicht so rasch statt, da das Gebläse 14 recht träge ist.

Bei einem Betrieb dieses oben beschriebenen Brenners war es möglich, den Brenner innerhalb eines Bereiches von - 50 ^ Änderung der Menge des zugeführten Brennstoffs stabil zu halten. Bei oben beschriebener Ausführungsform wird ein CdS-photoelektrisches Element als Lichtdetektor verwendet. Es ist jedoch auch möglich, andere photoelektrische Wandler zu verwenden, wie z. B. Phototransistoren, Sonnenbatterien oder dgl.

Bei der beschriebenen AusfUhrungsform wird die Drehzahl des Gebläses als Regelgröße verwendet. Es ist ferner möglich, die Menge an zugeführter Luft unter Verwendung eines steuerbaren Ventils in der Luftleitung 15 zu regeln. Die Regeleinrichtung ist nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es ist möglich, die Menge an zugeführtem Brennstoff in ähnlicher Weise zu regeln.

Somit bietet die vorliegende Erfindung einen wirksamen Brenner zur Stabilisierung der Verbrennungsbedingungen unter Regelung der Menge an zugeführter Luft oder an zugeführtem Brennstoff.

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Claims (2)

1. 2252818

   -7-

   PATEJfTiISFRtJGHE-

   Brenner mit einer Brennstoff-Fördereinrichtung und einer Luftfördereinrichtung, gekennzeichnet durch ein Leuchtelement (4), welches "bei Beaufschlagung mit Verbrennungs-^ wärme Licht emittiert, durch einen Lichtdetektor (7) zum Empfang des Lichts des Leuchtelementes (4) und durch eine Steuereinrichtung (9), welche* auf das Signal des Lichtdetektors (7) anspricht und die Menge der durch die Luftfördereinrichtung (14) zugefiihrten Luft oder die Menge des durch die Brennstoff-Fördereinrichtung (16) zugeführten Brennstoffs regelt.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mischraum (5), eine Brennkammer (6) und eine Brennerplatte (3) mit einer Vielzahl von Flammen!öehern_r welche den Mischraum (5) von der Verbrennungskammer (6) abtrennt, wo"bei das Leuchtelement (4) auf der der Verbreimungskammer (6) zugewandten Seite der Brennerplatte (3) angeordnet ist.

   Brenner nach einem der Anspräche 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (9) eine Thyristor-Kleinwinkel-Steuereinriehtung (1ΐ) umfaßt, sowie einen Doppelweg-Thyristor (12) zur Steuerung des elektrischen Stroms einer Wechselstromq^uelle (T5) fiir di& fördereinrichtung (f4).

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