DE2315527A1

DE2315527A1 - Brennerueberwachungseinrichtung

Info

Publication number: DE2315527A1
Application number: DE2315527A
Authority: DE
Inventors: Alfred Hammond Bellows; Philip Guiffrida; Arthur George Bradford Metcalf
Original assignee: Electronics Corp of America
Current assignee: Electronics Corp of America
Priority date: 1972-03-31
Filing date: 1973-03-28
Publication date: 1973-10-11
Also published as: US3825913A; FR2179400A5; GB1389166A; NL7304484A; CH564169A5; BE797400A; CA980444A

Description

Electronics Corporation of America Cambridge

Massachusetts (USA)

Brennerüberwachungseinrichtung

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Messfühler und Steuereinrichtungen zur Ueberwachung von Brennern.

Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Anwendung von photoelektrischen Flammenwächtern, die den Avalanche-Effekt aufweisen und auf ultraviolettes Licht ansprechen, unter Berücksichtigung ihrer Anordnung dicht bei der überwachten flamme und durch Ueberwachung der Messfühlerwirkung durch eine ausfallsichere Schaltung in der Art, dass die unnötige Abschaltung des Brenners verringert wird.

Im besonderen ermöglicht diese Erfindung die Montage der Messfühleranordnung direkt am Brenner.„Somit weist diese ein verbessertes Sichtfeld bezüglich des zu überwachenden Bren-

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ners auf, eine garantiert stetige Verbindung des Messfühlers mit einer auserwählten Flamme, eine gleicnmässige Ueberwachung der Einstellung der Brennerarretierung und eine zunehmende Signalstärke auf, wobei sich eine Verbesserung der optischen Tiefenwirkung der Kohlendecke, wenn die Einrichtung in Kohlenverbrennungseinrichtungen verwendet wird und eine Verbesserung der Mehrfachflammenunterdrückung ergibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Flammen-Messfühlerpaar mit einer zugeordneten Schaltung für jeden Messfühler zur Simulation des Ausbleibens der Flamme, ein Paar von Elementen, die elektrisch auf die Kessfühler ansprechen, um einen Fehlerzustand anzunehmen, wenn ein zugeordneter Messfühler das Ausbleiben der Flamme anders als während einem Zeitabschnitt des simulierten Ausbleibens der Flamme anzeigt oder wenn ein zugeordneter Messfühler das Vorhandensein der Flamme während einem Zeitabschnitt des simulierten Ausbleibens der Flamme anzeigt, und eine angeschlossene Alarmvorrichtung, die anzeigt, wenn beide Elemente sich im Fehlerzustand befinden, um auf diese Weise ein wahrscheinliches Ausbleiben der Flamme anzuzeigen.

Es ist zweckmässig, wenn die Elemente Flammenrelais darstellen, die eine Alarmvorrichtung betätigen, wenn in diesen ein Fehlerzustand auftritt, beide Messfühler von einem Kühlmantel für Flüssigkühlung umgeben sind, welcher seinerseits in einem Rohr, dessen innere Wand zur äusseren Wand des Kühlmantels einen Abstand aufweist, montiert ist, um Luft an den Messfühlern vorbeiströmen zu lassen und um zu verhindern, dass Asche oder ähnliches die Messfühler bedeckt; somit ist es möglich, die Messfühler in unmittelbarer Nähe der zu überwachenden Flamme anzuordnen, die der Flamme zugewandte Stirnseite des Rohres eine Luftablenkklappe und eine Austrahlungsbremse aufweist *

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zwei Stromquellen an das Brennstoffventil für den Brenner angelegt sind, wobei die Schaltung Kontakte aufweist, die von den entsprechenden Flammenrelais gesteuert werden, und die Stromquellen ebenso an ihre Alarmvorrichtungen durch Kontakte, die von den entsprechenden Flammenrelais gesteuert werden, angeschlossen sind und wenn jedes Flammenrelais durch in Serie mit einer dritten Stromquelle und der Flammenausfallalarmvorrichtung geschalteten Kontakte wirksam gesteuert wird.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ueberwachiingseinrichtung und ein Schema für eine Ueberwachungseinrichtung eines Brenners, und

Fig. 2 eine vergrösserte und teilweise gebrochene isometrische Ansicht der ultravioletten Messfühler mit den zugehörigen Kleinteilen.

Fig. 1 zeigt einen Bruchteil einer Ofenwand 10 mit einer Oeffnung 12, in der die Brenndüse 19 für das OeI mit einer Brennstoffleitung 16, welche sich durch die Kesselstirnwand 18 erstreckt und mit einem Magnetventil 20 hinter der Kesselstirnwand versehen ist, gelagert ist.

Die Abtasteinrichtung 24 ist durch einen Arm 22 hängend an der Düse 14 angebracht. Die Abtasteinrichtung enthält ein äusseres, hauptsächlich zylindrisches Führungsrohr 26, das dicht neben dem Brenner 14 in der Oeffnung 12 eine axiale Oeffnung 18 aufweist und sich parallel zur Leitung durch die Kesselstirnwand 18 erstreckt.

Zwischen der Kesselstirnwand 18 und der Ofenwand umgibt ein Windkasten 30 mit einstellbaren Klappen 32 die Leitung 16 und das Rohr 26, um dem Brenner 14 durch den Windkasten Luft

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zuzuführen, wie durch die Pfeile gezeigt wird.

Die Abtasteinrichtung 24 ist im Detail in Fig. 2 dargestellt. Im Rohr 26 wird durch eine Zentrierfeder 40. ein doppelwandiger Kühlmantel 42 für Wasser konzentrisch gehalten. Die Wassereinlass- bzw. Wasserauslassöffnungen stehen mit einer Ringzone 48 zwischen den zwei 2-Iantelwänden in Verbindung und sind durch Wasserrohre 50 und 52 verbunden. Die Wasserrohre sind von einem bandförmig gewickelten Schutzschlauch 54, welcher aus einer Oeffnung in einer Rückwand 56 der Abtasteinrichtung 24 herausragt, umgeben. Eine Zwischen'.·;and 48 verhindert den direkten Wasserfluss vom Einlass zum Auslass.

Innerhalb des Mantels 42 sind zwei auf ultraviolette Strahlung empfindliche photoelektrische Flammenwächter 60 bzw. 62 (wie z.B. in der U.S. Patentschrift No. 3.416.041 beschrieben) montiert, die mit den an der Stirn des Mantels 42 angeordneten optischen Linsen 64 und 66 ausgerichtet sind. Die Messfühler 60 und 62 sind zur optischen Verbindung mit einer Brennerflamme 68 durch die Linsen 64 und 66 und die Oeffnung 28 entlang entsprechender optischer Achsen 70 und 72 parallel zur Längsachse 73 des Rohres 26 angeordnet, 'veil die Messfühler starr inbezug auf die Brennerdüse montiert sind, bleibt ihre Verbindung mit der Flamme, selbst für den Fall, dass die Brennerstellung verschoben ist, erhalten. Zwischen den Messfühlern und den Linsen ist eine Blende 74 mit lichtundurchlässigen Zungen 76 und 77, die um einen Winkel (zwischen ihren radialen Zentrumslinien), der gleich dem Winkel zwischen den Achsen 70 und 72 voneinander getrennt sind, eingelegt. Die ■ Blende ist so montiert, dass sie getrieben von einem Antrieb 78 über eine Welle 80 in ihrer Ebene um die Achse 73 winkelförmig rückwärts und vorwärts zwischen einer ersten Position, bei welcher die Zungen 76 und 77 mit den Achsen 70 und 72 ver-

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bunden sind, um die Flamme 68 gegenüber den Messfühlern abzudecken, und einer zweiten Position, bei welcher die Messfühler der Flamme ausgesetzt sind, bewegt v/erden kann. Eine an die Messfühler und denAntrieb 78 angeschlossene elektrische Leitung

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82 verbindet durch eine Wand 56 diese mit der in Fig. 1 gezeigten Steuerschaltung. Eine Blende - nicht dargestellt - kann, falls erwünscht, zwischen den Messfühlern 60 und 62 angeordnet werden, um eine Interferenz zwischen den Messfühlern zu verhindern.

Die Oeffnung 28 wird durch ein kegeistumpfförmiges Luftleitblech und ein mit dem vorderen Ende des Rohres 26' verbundenes Strahlungsschild 84 gebildet..

Der Messfühler 60 ist über eine ausfallsichere

Schaltung 90 an ein Flammenrelais 92, welches einen Kontaktsatz 94 betätigt, angeschlossen. In einer ersten Stellung (wenn das Relais stromführend.ist) schliesst der Kontaktsatz einen Stromkreis zwischen einer elektrischen Stromquelle 96 und dem JLentil 20. In einer zweiten Stellung (wenn das Relais,wie in Fig. 1 gezeigt, stromlos ist) schliesstder Kontaktsatz einen Stromkreis zwischen der Stromquelle 96, einem Relais 98 und-einer parallel geschalteten Gefahrenlampe 100. Die Schaltung 90, v/elche eine normale Signaländerung und -verstärkung erzeugt, bewirkt, dass das Relais 92 immer dann, wenn durch den Kessfühler 60 eine Flamme 68 wahrgenommen wird, erregt wird und die mit der Kreisfrequenz der Blende 74 synchronisiert ist, um das während den Perioden der vorgetäuschten Flaramenabwesenheit, welche immer dann vorkommt, wenn die Blendenzungen in Axiallität mit den Achsen 70 und 72 sind, gespeiste Relais 92 zu halten. Das Relais 92 wird abfallen, wenn die Flamme 68 ausgehen sollte oder der Messfühler 60 das Vorhandensein einer ausgenommenen Periode des vorgetäuschten Ausbleibens der Flamme signalisieren sollte oder der Messfühler 60 auf andere Weise versagen sollte. Eine mögliche

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Ausführung der Schaltung ist in der U.S. Patentschrift 3.288.195 veröffentlicht.

Der Messfühler 62 ist über eine ausfallsichere Schaltung 110 an ein Flammenrelais 112, welches einen Kontaktsatz 114 betätigt, angeschlossen. In einer ersten Stellung (wenn das Relais 112, wie Fig. 1 zeigt, stromführend ist) schliesst der Kontaktsatz 114 einen Stromkreis zwischen einer elektrischen Stromquelle 116 und dem Ventil 20. In einer zweiten Stellung (wenn das Relais 112 stromlos ist), schliesst der Kontaktsatz 114 einen Stromkreis zwischen der Stromquelle 116, einem Relais 118 und einer parallel geschalteten Gefahrenlampe 120. Die Schaltung 110 steuert das Relais 112 in der gleichen Art, wie die Schaltung 90 das Relais 92 steuert*

Immer wenn eines von beiden oder beide Relais 92 und 112 erregt sind, wird somit das Ventil geöffnet und die Brennstoffzufuhr zur Brennerdüse 14 ermöglicht« Sollte ein Flammenrelais erregt und das andere nicht erregt sein, so wird der Grund für die Nichterregung sehr wahrscheinlich eher ein Messfühlerdefekt oder ein Defekt in der Schaltung als ein tatsächliches Ausbleiben der Flamme sein und das Ventil 20 bleibt geöffnet, während die Lampe 100 oder 120 die Notwendigkeit einer Reparatur signalisiert.

Sollten beide Flammenrelais nicht erregt werden, werden beide Stromquellen 96 und. 116 zusammen vom Ventil 20 abgetrennt und das Ventil wird schliessen und die Brennstoffzufuhr unterbrochen. In diesem Zustand sind beide durch die Relais 98 und 118 betätigten Kontakte 130 bzw. 132 eines Schaltkreises zwischen einer Stromquelle 134 und einer Gefahrenlampe 136 für das Ausbleiben der Flamme geschlossen, um somit die Wahrscheinlichkeit, dass die Flamme 68 erlöscht sei_s anzuzeigen.

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Durch Wasserumwälzung durch den Mantel 52 werden die Messfühler 60 und 62 gekühlt. Am ausserhalb liegenden Ende des Rohres 26 wird durch einen Einlass 140 Luft eingespeist, welche durch das Rohr zirkuliert, um an der Oeffnung 28 auszutreten; dadurch entsteht ein Ueberdruck, um Asche und andere Ueberbleibsel von der Stirnseite der Messfühler fernzuhalten. Somit können die Messfühler ungeachtet der dort vorhandenen hohen Temperatur sehr nahe bei der Flamme zur Steigerung ihres selektiven und fehlerfreien Ansprechvermögens auf das ultraviolette Licht in der überwachten Flamme angeordnet werden.-Die Anordnung von zwei Messfühlern und der vorstehend beschriebenen Schaltung verringern im Falle eines Messfühlerdefektes die unnötige Schliessung des Ventils 20.

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Claims

Patentansprüche

I IJ Brennerüberwachungseinrichtung, gekennzeichnet durch ein längliches rohrförmiges Teil, das an einem Ende eine Austrittsöffnung aufweist, durch ein Organ zum Halten des rohrförmigen Teils, so dass dessen Austrittsöffnung neben der Brennstoffdüse des überwachten Brenners liegt, durch eine im rohrförmigen Teil angeordnete Messfühleranordnung und eine am rohrförmigen Teil von dessen Austrittsöffnung entfernt liegende Mündung, durch welche Luft einführbar ist, die an der Messfühleranordnung vorbei strömt," wobei die Messfühleranordnung eine Kammer bestimmt, durch welche ein Kühlmittel fliessen kann, und eine optische Fensteranordnung, ein Paar photoelektrische Flammenmessfühler, die neben der Kammer angeordnet sind und in einer festen optischen Verbindung mit der optischen Fensteranordnung und der Austrittsöffnung stehen, eine zwischen den Kessfühlern und der optischen Fensteranordnung eingeführte Blende und eine Einrichtung, um die Blende so su regulieren, dass sie Zeitabschnitte von Flamir.enacv/esenheit für jeden 1-Iessfühler simuliert, aufweist, durch eine Kühlmittelzuführeinrichtung, welche sich von einem von der Austrittsöffnung entfernt liegenden Punkt bis sur Kammer erstreckt, um die Bauteile der Fühleranordnung zu kühlen und durch eine Befestigungseinrichtung zum Halten der Fühleranordnung in einem bestimmten Abstand vom rohrförmigen Teil, um es aer Luft su ermöglichen, an der Messfühleranordnung vcrbeizuströmen und durcn die Austrittsöffnung auszuströmen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch ein Paar von Elementen, die elektrisch auf die Messfühler ansprechen, um einen Fehlerzustand anzunehmen, wenn
ein zugeordneter Messfühler das Ausbleiben der Flamme anders
als während einem Zeitabschnitt des simulierten Ausbleibens
der Flamme anzeigt oder wenn ein zugeordneter Messfühler das
Vorhandensein der Flamme während einem Zeitabschnitt des simulierten Ausbleibens der Flamme anzeigt, und eine angeschlossene Alarmvorrichtung, die anzeigt, wenn beide Elemente sich im Fehlerzustand befinden, um auf diese Weise ein wahrscheinliches Ausbleiben der Flamme anzuzeigen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Elemente Flammenrelais sind, denen ein Paar von Alarmeinrichtungen zugeordnet sind und jedes der Relais so geschaltet ist, dass es seine zugeordnete Alarmvorrichtung auslöst, wenn es einen Fehlerzustand aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei elektrische Stromquellen, durch Kontakte, die von den entsprechenden Relais gesteuert werden, durch welche die Stromquellen parallel zu einer Brennstoffdüse geschaltet werden, um deren Position zu steuern, durch Kontakte, die von den entsprechenden Relais gesteuert werden, durch welche die Stromquellen an ihre zugeordneten Alarmvorrichtungen angelegt werden, und
Kontakte, die von den entsprechenden Relais gesteuert werden, die in Reihe mit der Flammenausfallvorrichtung verbunden sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zuletzt erwähnten Kontakte in Reihe zu einer
dritten Stromquelle liegen.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Teil an sei-

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ner Stirnseite ein Luftablenkorgan und eine Austrahlungsbremse enthält, welche eine optische Blende für die Fühler bilden.
7. Einrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfühler den Avalanche-Effekt aufweisen und auf ultraviolettes Licht ansprechen.
8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer Brennerkammer mit einer Brennerdüse angeordnet ist, wobei die Messfühler direkt neben der Düse derart montiert sind, dass sie unverschiebbar inbezug auf die Düse sind und sich zusammen mit der Düse bewegen.

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