DE2614708B2

DE2614708B2 - Sicherheitsvorrichtung an einem Gasbrenner

Info

Publication number: DE2614708B2
Application number: DE2614708A
Authority: DE
Inventors: Philippe Versailles Desvignes (Frankreich)
Original assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Current assignee: Chaffoteaux et Maury SAS
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1976-04-06
Publication date: 1980-11-13
Also published as: PT64960B; IT1059285B; GB1531099A; NL167764C; PT64960A; AU499984B2; FR2308057A1; BE840455A; ATA253276A; FR2308057B1; JPS51128036A; NL167764B; AU1294276A; DE2614708A1; ES446928A1; NL7603847A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft im besonderen derartige Sicherheitsvorrichtungen, welche zu den obigen Auslösezwecken die Verlängerungen des blauen Kegels einer Flamme infolge der Zunahme des Gehalts der den Sauerstoffträger bildenden Luft an CO₂ auswerten, wobei dies-ϊ Verlängerungen die wesentliche Herabsetzung der Temperatur eines wärmeempfindlichen Elements kleiner Abmessungen zur Folge haben, welches im normalen Betriebszustand auf der Achse der Flamme etwas hinter ihrem blauen Kegel liegt (d. h. wenn die den Sauerstoffträger bildende Luft nicht durch CO₂ und somit mittelbar durch CO verseucht ist, da der Gehalt der Luft an CO im allgemeinen an ihren Gehalt an CO₂ gebunden ist), während es bei einem gefährlichen Betriebszustand innerhalb dieses Kegels liegt (d. h. wenn der Gehalt der den Sauerstoffträger bildenden Luft an CO einen bestimmten Schwellenwert übersteigt).

Die bisher bekannten Sicherheitsvorrichtungen dieser Art (z. B. CH-PS 3 89 539) sind zur Benutzung mit genau bestimmten Brenngasen vorgesehen.

Nun sind aber die Betriebsbedingungen eines Brenners ganz verschieden, je nachdem, ob das benutzte Gas »Stadtgas« (dessen Heizwert größer als größenordnungsmäßig 4000 bis 5000 kcal/m³ ist, wobei die latente Verdampfungswärme der Feuchtigkeit nicht berücksichtigt ist), »Naturgas« (Heizvermögen größer als ,größenordnungsmäßig 9000 bis 10 000 kcal/m³) oder »verflüssigtes Gas« (Heizwert größer als größenordnungsmäßig 12 000 kcal/m³) ist.

Wenn die Zusammensetzung und/oder die Art des Gasies verändert werden, z. B. infolge eines Wechsels der Gasquelle, wird die Verbrennung an der Stelle des Brenners verändert, die Flamme, deren Verformungen zu Sicherheitszwecken ausgewertet werden, wird labil,

und es besteht die Gefahr ihrer »Ablösung«, was die Sicherheitsvorrichtung unwirksam macht

Die gleiche Ablöseerscheinung kann auch bei den bekannten Sicherheitsvorrichtungen der betrachteten Art beobachtet werden, wenn nur die Zusammensetzung der den Sauerstoffträger bildenden Luft verändert wird. So erhöht die Vergrößerung des Gehalts dieser Luft an CO₂ die Ablöseneigung der Flammen.

Diese Ablöseerscheinung, welche bei gewissen Sicherheitsvorrichtungen gesucht und ausgewertet wird, ist dagegen bei den hier betrachteten Sicherheitsvorrichtungen störend, da sie die Stetigkeit der Verformungen der Flamme und ihres blauen Kegels zerstört und so die Auswertung dieser Verformungen und somit die hierdurch erzielte Sicherheit unzuverläs- '⁵ sig macht

Die Erfindung bezweckt die Ablöseneigung der zu Sicherheitszwecken ausgewerteten Flamme aufzuheben oder zumindest stark herabzusetzen, so daß eine genaue und sichere Auswertung der Verformungen dieser Flamme möglich wird, welche von Änderungen der Zusammensetzung der den Sauerstoffträger bildenden Luft herrühren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Sicherheitsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Es ist zwar aus der US-PS 21 34 169 bereits ein Schweißbrenner bekannt bei dem eine zentrale Flamme von einem Kranz kleiner Flammen umgeben ist Diese kleinen Flämmchen dienen jedoch keineswegs der Stabilisierung der Hauptflamme, also der Erhöhung der Haftwirkung der Hauptflamme am Gasauslaß, sondern ausschließlich der Neuentzündung der aus den zentralen Rohren ausströmenden Gase, falls die Hauptflamme durch den hohen Gasdruck der Verbrennungsgase ausgeblasen worden sein sollte. Diese kleinen Flammen erfüllen ihre eigentliche Aufgabe immer nur dann, wenn keine Hauptflamme existiert

Im Gegensatz dazu wirken die kleinen Flämmchen ίο beim Anmeldungsgegenstand mit der Hauptflamme zusammen. Gerade diese Wechselwirkung der Hauptflamme und der sie umgebenden kleinen Flammen führt zu der Haftung der Flamme an der Ausströmöffnung und damit zur erwünschten Veränderung der Ablösung. «5

Es sei bemerkt, daß es bereits vor der Erfindung bekannt war, die Basis einer Flamme vcn einer ringförmigen Flamme kleiner Austrittsgeschwindigkeit zum Zwecke der Stabilisierung der so umgebenen Flamme zu umgeben. Bisher war jedoch diese so Maßnahme nicht in Kombination mit einer die Verlängerungen des blauen Kegels der zentralen Flamme auswertenden Sicherheitsvorrichtung in Betracht gezogen worden. Man konnte meinen, daß dieser Kranz die Eigenschaften des blauen Kegels und seine Auswertung verändert hätte; die bei der Entwicklung der Erfindung gemachte Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß dieses nicht der Fall war, sondern daß im Gegenteil es letzten Endes nur die Kombination der beiden beanspruchten Maßnahmen (Auswertung der Verlangerangen des blauen Kegels der zentralen Flamme und Festhalten dieser Flamme durch die ringförmige Flamme) war, welche zum ersten Mal gestattete, tatsächlich unter allen Umständen ihre »Sicherheitsaufgabe« unabhängig von den Änderungen der Zusammen-Setzung des Brenngases zu erfüllen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der beschriebenen Sicherheitsvorrichtune sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Zündbrenners, welcher erfindungsgemäß so ausgebildet ist, daß er als Sicherheitsvorrichtung zur Überwachung der Zündung eines Gasbrenners benutzt werden kann;

F i g. 2 eine Draufsicht dieses Zündbrenners;

F i g. 3 und 4 in einem Axialschnitt bzw. in Draufsicht einen anderen, ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildeten Zündbrenner.

In F i g. 1 ist eine Zündbrennerflamme 1 dargestellt welche an dem Ausgang einer rohrförmigen Leitung 2 durch die Verbrennung eines unter Druck aus dieser Leitung durch ihre Flammenaustrittsöffnung 3 austretenden Gasstroms gebildet wird, welcher aus einem Gemisch aus Brenngas und den Sauerstoffträger bildender Luft besteht

Wie bei Gasapparaten (Warmwasserbereiter, Badeofen, Kessel, Herd usw.) üblich, soll die Flamme 1 die Zündung eines Brenners mit mehreren Flammen bewirken, sobald dieser Brenner mit Brenngas gespeist wird.

Dieser Brenner 4 sowie die von diesem erteugten Flammen 5 sind in F i g. 1 und 2 strichpunktiert dargestellt

Bei normaler Verbrennung, d. h. wenn die umgebende Atmosphäre hinsichtlich ihres Gehalts an Sauerstoff und mittelbar an giftigem Gas normal zusammengesetzt ist besteht die Flamme 1 des Zündbrenners aus zwei gleichachsigen, deutlich unterscheidbaren Abschnitten, welche beide als kreisförmige Basis den Rand der Flammenaustrittsöffnung 3 haben, nämlich einem mittleren bläulichen, verhältnismäßig kurzen und stark leuchtenden Kegel 6 mit einer mehr oder weniger länglichen halbkugeligen Form, und einem hell leuchtenden Fortsatz 7, dessen Farbe zwischen blassem Gelb und Violett schwankt

Wenn die umgebende Atmosphäre weniger sauerstoffhaltig wird, insbesondere wenn ihr Gehalt an CO und an CO2 (diese Gehalte hängen im allgemeinen voneinander ab) zunimmt, verlängert sich der blaue Kegele.

Ein wärmeempfindliches Element 8 mit kleinen Abmessungen ist in der Achse der Flamme 1 in einer normalerweise hinter dem Kegel 6 liegenden Zone innerhalb des Fortsatzes 7 angeordnet und es sind Mittel vorgesehen, welche das Sinken der Temperatur des Elements 8 infolge anormaler Verlängerungen des Kegels 6 auswerten. Es zeigt sich nämlich, daß die innerhalb des Kegels 6 herrschende Temperatur erheblich niedriger (und mit der Umgebungstemperatur vergleichbar) ist als die an der Grenze dieses Kegels und unmittelbar hinter diesem herrschende, welche 1000⁰C übersteigt

Diese Auswertung kann die Auslösung eine» hörbaren und/oder sichtbaren Alarmsignals sein, vorzugsweise besteht sie jedoch in der automatischen Abstellung der Gaszufuhr zu der Leitung 2 oder wenigstens der den Brenner 4 mit Gas speisenden Leitung.

Die durch eine derartige Anordnung erzielte Sicherheit erweist sich als wirksam, solange die Flamme 1 an der Flammenaustrittsöffnung 3 der Leitung 2 haften bleibt. Sie wird jedoch unsicher, wenn die Flamme 1 labil wird und sich von der Flammenaustrittsöffnung 3 »ablöst«.

Nun ist aber die Gefahr einen derartiscn Ablösuns

nicliit vernachlässigbar, insbesondere infolge von Änderungen der Art und/oder der Zusammensetzung des Speiseeises oder auch ganz einfach infolge der Verseuchung der den Sauerstoffträger bildenden Luft mit CO₂, wobei dann die Verlängerung der Flamme über einen bestimmten Schwellenwert hinaus von zufälligen Ablösungen derselben begleitet wird.

Zur Stabilisierung der Flamme, d. h. zur Verhinderung ihrer Ablösungen, wird ihre Basis unter Berührung von Flämmchen 9 zur »Steuerung« oder zum »Zurückhalten« umgeben.

Diese Flämmchen werden durch Verbrennung des gleichen Gasgemischs wie das die Flamme 1 erzeugende gebildet, jedoch unter einem verringerten Druck.

Sie gehen durch eine die Flammenaustrittsöffnung 3 umgebende öffnung 10 von einer Entspannungskammer U aus, welche mit der Leitung 2 über öffnungen 12 kleinen Querschnitts in Verbindung steht, welche seitlich in dem strömungsabwärts liegenden Ende dieser Leitung ausgebildet sind.

Die öffnung 10 kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein.

Bei der Ausführungsform der F i g. 1 und 2 ist diese öffnung ein kontinuierlicher kreisförmiger Spalt

Die Flammenaustrittsöffnung 3 wird bei dieser Ausführungsform außen durch eine zylindrische Hülse 13 begrenzt, deren Durchmesser kleiner als der der Leitung 2 ist. Die Achse dieser Hülse 13 liegt lotrecht und fällt mit der der Leitung 2, oder genauer mit dem Ende dieser Leitung zusammen, welche in die betrachtete Zündflamme ausläuft und allein dargestellt ist

Man sieht ferner einen auf dieser Achse liegenden starren Stab 14, welcher an seinem Ende das wärmeempfindliche Element 8 trägt und die elektrischen Leiter für dieses enthält

Die Hülse 13 ist mit dem Rest der Leitung 2 mittels einer kegelstumpfförmigen Wand 15 verbunden, welche die obigen öffnungen 12 enthält

Ein konzentrisch zu der Hülse 13 außerhalb derselben und der Wand 15 angeordneter ringförmiger Zylinderdeckel 16 vervollständigt die Entspannungskammer 11.

Dieser Decke! 16 besteht aus einer ebenen Lochscheibe, welche außen und innen durch einen lotrechten zylindrischen Mantel verlängert wird.

Diese Lochscheibe umgibt unmittelbar das freie Ende der Hülse 13 und begrenzt mit dieser den ringförmigen Spalt 10.

Der Deckel 16 kann auf beliebige gewünschte Weise an der Leitung 2 befestigt werden, insbesondere durch Schweißen oder Aufschrauben, insbesondere falls die Acnse dieser Leitung nicht lotrecht liegt

In dem dargestellten Fall jedoch, in welchem diese Achse lotrecht liegt, genügt es, den Deckel auf eine ringförmige schmale Auflagefläche 17 zur Zentrierung aufzusetzen, welche die Basis der Wand 15 nach außen waagerecht verlängert Diese Ausbildung besitzt den Vorteil, den Ausbau des Deckels erheblich zu erleichtern, z.B. für seine Reinigung oder seinen etwaigen Ersatz durch einen anderen Deckel mit einem anderen Innendurchmesser, um mit der Hülse 13 einen Spalt 10 mit anderer Dicke abzugrenzen.

Anstatt einen axialen dreieckigen oder trapezförmigen Halbschnitt zu besitzen, kann die Entspannungskammer 11 einen beliebigen anderen gewünschten, z. B. rechteckigen Querschnitt haben, wobei dann die mit Löchern versehene Wand 15 nicht mehr kegelstumpfförmig ist sondern eben und querliegend, wobei sie dann in ihrem mittleren Abschnitt an eine zylindrische Muffe 13 angeschlossen ist welche länger als die vorhergehende ist

Bei der in F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsab-Wandlung ist die Öffnung 10 diskontinuierlich und wird durch einen Kranz von kleinen kreisförmigen nahe beieinanderliegenden Löchern gebildet

Die Leitung 2 wird hier durch eine querliegende Wand 18 abgeschlossen, welche in ihrer Mitte die

ίο Flammenaustrittsöffnung 3 und um diese herum die Löcher 10 enthält

Die Entspannungskammer 11 wird durch diese Wand 18, durch das sich unmittelbar an den äußeren Rand dieser Wand anschließende axiale Ende der Seitenwand der Leitung 2 und durch eine Lochscheibe 19 begrenzt welche bei 12 Löcher enthält, innerhalb der Leitung 2 angeordnet ist und einen kreisförmigen Bereich der Seitenwand dieser Leitung mit dem Rand der Flammenaustrittsöffnung 3 verbindet

Diese Lochscheibe 19 kann kegelstumpfförmig sein, wie dargestellt, oder einen beliebigen anderen, von einem geradlinigen Abschnitt verschiedenen axialen Halbschnitt haben. Dieser axiale Halbschnitt kann z. B. die Form eines L haben, so daß die Kammer 11 einen

Rechteckquerschnitt erhält.

Die Lochscheibe kann einfach in das Ende der mit ihr versehenen Leitung 2 eingepreßt werden. Sie kann jedoch auch nach ihrem Einsetzen hart angelötet oder angeschweißt werden.

Der Kranz von kleinen nahe beieinanderliegenden Löchern 12 kann durch weniger zahlreiche und weniger nahe beieinanderliegende Löcher ersetzt werden, z. B. durch drei um 120° um die Achse der Flammenaustrittsöffnung 3 herum versetzte Löcher, welche die Form von mehr oder weniger langen Bohnen haben, welche auf Kreisbögen liegen, deren Achse die der Flammenaustrittsöffnung 3 ist

Ganz allgemein muß die öffnung 10, unabhängig davon, ob sie einfach oder mehrfach ist radial in einer so kleinen Entfernung von dem Rand der Flammenaustrittsöffnung 3 angeordnet sein, daß die aus dieser öffnung kommenden Flämmchen 9 an der Basis der aus der Flammenaustrittsöffnung 3 austretenden Hauptflamme 1 »kleben« können, wie dies weiter unten genauer erläutert ist

Die Löcher 12 und 10 liegen im allgemeinen nicht in einer Flucht, so daß dem Gasgemisch ein Richtungswechsel in der Entspannungskammer U erteilt wird.
Als Hinweis sei angegeben, daß für einen Außen-

durchmesser der öffnung 10 von größenordnungsmäßig 10 mm der Durchmesser der Flammenaustrittsöffnung 3 größenordnungsmäßig 6 mm betragen kann, während die radiale Breite der öffnung 10 die Größenordnung des Millimeters haben kann.

Die Arbeitsweise der obigen Vorrichtungen ist folgende:

Wenn das brennbare Gasgemisch unter Druck in die Leitung 2 geschickt wird, tritt der größte Teil desselben axial unter einem verhältnismäßig hohen Druck durch die mittlere Flammenaustrittsöffnung 3 aus, jenseits welcher seine Zündung die Flamme 1 bildet

Der restliche Teil dieses Gemischs tritt in die Entspannungskammer 11 durch die öffnungen 12 ein, wobei er einen gewissen Druckabfall beim Durchtritt

durch diese öffnung erfährt, welche z.B. zwei kreisförmige Löcher von etwa 1 mm Durchmesser sein können.
Hierauf tritt dieser restliche Teil unter einem

verringerten Druck seinerseits aus der Kammer 11 durch die ringförmige, einfache oder mehrfache, öffnung 10 aus, wobei er einen Kranz von Flämmchen 9 oder eine kontinuierliche ringförmige Flamme 9 bildet, welche die Basis der Flamme 1 unter Berührung umgeben.

Die Erfahrung zeigt, daß diese Flämmchen 9 auf die Flamme 1 eine Haftwirkung ausüben, welche praktisch ihre Ablösungen verhindert.

Man kann daher in voller Sicherheit die von den Änderungen der Verseuchung der den Sauerstoffträger bildenden Luft herrührenden Verformungen dieser Flamme und ihres blauen Kegels an der oben angegebenen Weise auswerten.

Zur Ermöglichung einer genauen Überwachung

dieser Verformungen liegt vorzugsweise die Achse der Flamme 1 lotrecht und ist nach oben gerichtet.

Da im allgemeinen die Brenner 4, welche durch diese als Zündflamme benutzte Flamme gezündet werden sollen, nicht unmittelbar über dieser angeordnet, sondern etwas waagerecht gegenüber dieser versetzt sind, wird vorzugsweise außerdem folgende Maßnahme angewandt: Das Vorhandensein der Entspannungskammer 11 wird ausgenutzt, um unter Ausgang von dieser

ίο eine oder mehrere seitliche schräge Flämmchen 20 (Fig. 1 und 2) zu erzeugen, wofür öffnungen 21 in der Außenwand dieser Kammer ausgebildet sind. Die Lage dieser öffnungen ist so gewählt, daß die gebildeten Flämmchen 20 auf die Ausgänge der Brenner 4 gerichtet sind und so die Zündung derselben erleichtern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sicherheitsvorrichtung an einem Gasbrenner zur Überwachung der Zusammensetzung der Verbrennungsluft durch Überwachung der Verbrennung •eines PrimärMt enthaltenden Gasgemischs in einer !Flamme des Gasbrenners, mit einem wärmeempfindlichen Element das im Bereich der Austrittsöffnung der Flamme in der Flammenachse angeordnet iist, und mit Mitteln, welche die von den Verlängerungen des Kegels der Flamme bei Zunahme des COr-Genahs in der Verbrennungsluft herrührende Temperatursenkung des wärmeempfindlichen Elements zu Sicherheitszwecken auswerten, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenaustritts-Öffnung (3) von einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Kranz von Offnungen (10) für Fläirmchen (9) umgeben ist, daß die Öffnungen (10) einen derartigen Abstand von der Flammen austrittsöffnung (3) aufweisen, daß die Basis der Flamme (1) mit den Flämmchen (9) in Berührung steht, und daß die Öffnungen (10) über druckmindernde Mittel (12) mit einer Leitung (2) verbunden sind, die das die Flamme (1) speisende Gasgemisch führt

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Bildung des die Basis der Flamme (1) unter Berührung umgebenden Kranzes von Flämmchen (9) eine ringförmige Entspannungskammer (U) enthalten, welche zu dem Ende der Leitung (2) gleitachsig ist und einerseits mit dem Innern dieser Leitung durch Löcher (12) kleinen Querschnitts und andererseits mit dem Äußeren durch eine ringförmige, kontinuierliche oder diskontinuierliche, die Flammenaustrittsöffnung (3) umgebende Öffnung (10) in Verbindung steht

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Flammenaustrittsöffnung (3) lotrecht liegt.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Öffnung (10) ein kontinuierlicher Spalt ist.

5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungskammer (11) einerseits durch die mit Löchern (12) versehene und in Richtung auf das strömungsabwärts liegende Ende der Leitung (2) verjüngte Seitenwand (15) und andererseits durch einen diese Wand umgebenden ringförmigen Zylinderdeckel (16) begrenzt wird.

6. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenausitrittsöffnung (3), deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Leitung (2) ist, sich an diese Leitung durch eine ringförmige, mit Löchern (12) versehene kegelstumpfförmige Wand (15) anschließt

7. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (16) eine ebene, außen durch einen zylindrischen Mantel verlängerte Lochscheibe umfaßt.

8. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenaustrittsöffnung (3) durch eine zylindrische Hülse (13) begrenzt wird, welche ihrerseits an die Leitung durch eine kegelstumpfförmige oder ebene Wand (15) angeschlossen ist.

9. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand größten Durchmessers der kegelstumpfförmigen oder ebenen Wand (15) außen so geformt ist daß er eine Anlagefläche (17) zur Zentrierung der Basis des zylindrischen Mantels des Deckels (16) bildet welcher einfach auf sie aufgesetzt ist

10. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Kranz von öffnungen aus wenigstens drei Löchern (10) besteht, welche um 120° gegeneinander um die Achse der Flammenaustrittsöffnung (3) herum versetzt und in ein und derselben ringförmigen, in ihrer Mitte die Flammenr-istrittsöffhung (3) enthaltenden querliegenden Wand (18) um die Flammenaustrittsöffnung herum ausgebildet sind.

11. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Entspannungskammer (U) durch das zylindrische Ende der Leitung (2), durch die ringförmige querliegende mit Löchern (10) versehene Wand (18) und eine mit Löchern (12) versehene, vorzugsweise kegelstumpfförmige Lochscheibe (19) begrenzt wird, welche innerhalb der Leitung (2) einen ringförmigen Bereich der Seitenwand dieser Leitung mit dem Rand der im Zentrum der ringförmigen querliegenden Wand ausgebildeten Flammenaustrittsöffnung (3) verbindet.