DE3838635A1 - Zuendeinrichtung fuer einen brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für einen Brenner mit einem Flammenhalter zur Bildung einer Flammenfront, einer zum Flammenhalter führenden Brennstofflanze, einer im Bereich der Flammenfront angeordneten Zündelektrode, einem elektrisch leitfähigen Teil des Brenners, das der Zündelektrode zur Bil­ dung eines Zündfunkens zugeordnet ist, wobei das elektrisch leitfähige Teil des Brenners und die Zündelektrode gegeneinan­ der elektrisch isoliert sind, und mit einer Stromquelle, die zum Aufbau einer Zündspannung mit der Zündelektrode und dem elektrisch leitfähigen Teil des Brenners in Verbindung steht.

Derartige Zündeinrichtungen kommen bei praktisch sämtlichen Industriebrennern zum Einsatz. Da die Zündelektrode nahe der Flammenfront angeordnet sein muß, stellt sie ein thermisch hoch belastetes Bauteil dar, welches entsprechend verschleiß­ behaftet und wartungsintensiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zündeinrichtung der eingangs genannten Art verschleißfester und dementspre­ chend weniger wartungsintensiv auszubilden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Zündeinrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der vordere Abschnitt der Brennstofflanze aus elektrisch leitfähigem Mate­ rial besteht, gegen den elektrisch leitfähigen Teil des Bren­ ners isoliert ist und als Zündelektrode mit der Stromquelle in Verbindung steht.

Zumindest der vordere Abschnitt der Brennstofflanze ist natur­ gemäß thermisch hochfest ausgebildet. Wenn dieses Bauteil nun erfindungsgemäß die Funktion der Zündelektrode übernimmt, so verleiht es letzterer ebenfalls thermisch hochfeste Eigen­ schaften. Die Zündelektrode wird also in das ohnehin vorhande­ ne, thermisch belastbare Bauteil integriert. Sie wird damit praktisch verschleißfrei.

Ein wesentlicher zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Anzahl der den Brenner bildenden Bauteile abge­ senkt wird. Die gesamte Konstruktion vereinfacht sich dadurch erheblich.

Die Brennstofflanze kann aus hitzebeständigem Metall herge­ stellt sein. Vorteilhafter ist es hingegen, daß mindestens der vordere Abschnitt der Brennstofflanze aus keramischem Material besteht. Damit läßt sich die Erfindung auch auf Hochtempera­ turbrenner anwenden. Als elektrisch leitfähiges keramisches Material hat sich vor allen Dingen SiC in der Praxis bewährt.

Die Gestaltung der Brennstofflanze kann beliebig sein, solange das Überspringen eines Funkens im Bereich der Flammenfront gewährleistet ist. Zuverlässige Verhältnisse ergeben sich erfindungsgemäß dadurch, daß der vordere Abschnitt der Brenn­ stofflanze und/oder das elektrisch leitfähige Teil des Bren­ ners einen Vorsprung zur örtlichen Definition des Zündfunkens trägt.

Nach einem ganz besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist die Zündeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Flam­ menhalter einen rohrförmigen Abschnitt mit einer Durchtritts­ öffnung aufweist, der das elektrisch leitfähige Teil des Bren­ ners bildet und in den der vordere Abschnitt der Brennstoff­ lanze hineinragt, wobei die Brennstofflanze mit einer Brenn­ stoffaustrittsöffnung gegen die Durchtrittsöffnung gerichtet ist. Die Zündung erfolgt hier augenblicklich zum Zeitpunkt der Gemischbildung an derjenigen Stelle, an der Luft und Brenn­ stoff aufeinandertreffen.

Dabei kann die Brennstoffaustrittsöffnung erfindungsgemäß von einen nach außen gestülpten Rand umgeben sein, der den Vor­ sprung zur örtlichen Definition des Zündfunkens bildet. Der Zündfunke springt dann von diesem nach außen gestülpten Rand auf den Rand der Durchtrittsöffnung des Flammenhalters über.

Die Zündeinrichtung nach der Erfindung kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, daß der vordere und der hintere Abschnitt der Brennstofflanze je einen Flansch aufweist und daß die Flansche unter Zwischenschaltung einer Isolierscheibe mitein­ ander verschraubt sind, wobei die Schrauben auf der Höhe eines der Flansche je von einer Isolierbuchse umgeben sind. Zwar sind auch andere Verbindungsmöglichkeiten wie Kleben, Nieten oder Garnieren gegeben, jedoch stellt dies eine konstruktiv besonders einfache und dennoch zuverlässige Art dar, den vor­ deren Abschnitt der Brennstofflanze gegen den Brenner elek­ trisch zu isolieren.

Dabei besteht dann erfindungsgemäß die Möglichkeit, daß die Isolierbuchsen auf der Höhe des Flansches des hinteren Ab­ schnitts der Brennstofflanze angeordnet sind und daß eine der Schrauben über einen Leiter mit der Stromquelle in Verbindung steht, und zwar vorzugsweise in Steckverbindung. Die Leitung führt also außen an der Brennstofflanze entlang.

Eine alternative Lösung nach der Erfindung besteht darin, daß der vordere Abschnitt der Brennstofflanze eine stirnseitige Verschlußwand aufweist, die über den durch das Innere der Brennstofflanze geführten Leiter mit der Stromquelle in Ver­ bindung steht.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die stirnseitige Ver­ schlußwand der Brennstofflanze einen nach innen gerichteten Ansatz aufweist, auf den der als Röhrchen ausgebildete Leiter aufgesteckt ist. Abweichend davon besteht erfindungsgemäß auch die Möglichkeit, daß die stirnseitige Verschlußwand der Brenn­ stofflanze einen nach innen gerichteten Ansatz mit einer Aus­ nehmung aufweist, in die der als Stab ausgebildete Leiter eingesteckt ist. Diese Konstruktionen sind speziell an Brenn­ stofflanzen aus Keramik angepaßt.

Dabei ist es in jedem Falle vorteilhaft, daß die Brennstoff­ lanze einen entgegengesetzt zur stirnseitigen Verschlußwand angeordneten Boden aufweist und daß in den Boden eine Zündker­ ze eingesetzt ist, mit der der Leiter verbunden ist. Auf diese Weise wird der elektrische Anschluß problemlos in das Innere der Brennstofflanze eingeleitet.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Zündeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt der Brennstofflanze eine Verlängerung aufweist, die zur Ionisations-Flammenüberwa­ chung in die Flammenfront hineinragt.

Dabei kann die Verlängerung erfindungsgemäß stabförmig von der stirnseitigen Verschlußwand der Brennerlanze abstehen. Als Alternative bietet die Erfindung die Möglichkeit, daß die Verlängerung als die stirnseitige Verschlußwand umgebender Rand vorsteht.

Die Zündeinrichtung nach der Erfindung eignet sich für als Mündungsmischer arbeitende Brenner, bei denen ein Brennstoff aus der Brennstofflanze austritt, während ein Sauerstoffträ­ gergas durch die Durchtrittsöffnungen des Flammenhalters ein­ geleitet wird. Sowohl der Brennstoff als auch das Sauerstoff­ trägergas können mit einem Kühlmedium gemischt sein. Dabei kann der Brennstoff gasförmig oder flüssig vorliegen.

Die Zündeinrichtung eignet sich ferner für einen Vormischbren­ ner, bei dem ein Brennstoff/Sauerstoffträgergas-Gemisch den Durchtrittsöffnungen des Flammenhalters zugeleitet wird. Die Brennstofflanze fördert in diesem Falle ein Kühlmedium.

Vor allen Dingen eignet sich die Zündeinrichtung für einen sogenannten Hybridbrenner, der zeitweilig als Mündungsmischer und zeitweilig als Vormischbrenner betrieben wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch den vorderen zentralen Bereich eines Brenners;

Fig. 2 eine Einzelheit aus Fig. 1 in abgewandelter Ausführungsform;

Fig. 3 eine weitere Einzelheit aus Fig. 1 in abgewan­ delter Ausführungsform;

Fig. 4 eine Variante von Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt entsprechend Fig. 1 durch eine abgewandelte Ausführungsform;

Fig. 6 eine Einzelheit aus Fig. 3 in abgewandelter Ausführung.

Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 4 von einer weiteren Abwandlungsform.

Der in Fig. 1 gezeigte zentrale Bereich des Brenners umfaßt eine Flammenhalter 1, dessen vorderer Abschnitt 2 Durchtritts­ öffnungen 3 aufweist. An den vorderen Abschnitt 2 schließt sich ein rohrförmiger Abschnitt 4 an, in den eine Brennstoff­ lanze 5 mit ihrem vorderen Abschnitt 6 hineinragt. Der vordere Abschnitt der Brennstofflanze 5 besteht, ebenso wie der Flam­ menhalter 1, im vorliegenden Fall aus SiC, also aus einer elektrisch leitfähigen Keramik bestehen. Der vordere Abschnitt 6 der Brennstofflanze ist gegen den übrigen Brenner elektrisch isoliert. Hierzu weist der vordere Abschnitt 6 einen Flansch 7 auf, während am hinteren Abschnitt 8 ein entsprechender Flansch 9 angeordnet ist. Die Flansche sind unter Zwischen­ schaltung einer Isolierscheibe 10 miteinander verschraubt. Jede der Schrauben 11 ist an ihrer dem Flansch 9 zugeordneten Seite von einer Isolierbuchse 12 umgeben. Die im unteren Teil von Fig. 1 gezeigte Schraube 11 ist über einen Leiter 13 an die eine Seite einer Stromquelle 14′ (siehe Fig. 3) ange­ schlossen, deren andere Seite mit dem Brenner in Verbindung steht.

Der vordere Abschnitt 6 der Brennstofflanze 5 bildet also die Zündelektrode, wobei der Zündfunke zwischen Flammenhalter 2 und Brennstofflanze 5 überspringt. Um den Ort des Zündfunkens zu definieren, trägt der vordere Abschnitt 6 der Brennstoff­ lanze 5 einen Vorsprung 14. Dieser ist, ebenso wie eine Brenn­ stoffaustrittsöffnung 15, gegen eine der Durchtrittsöffnungen 3 gerichtet. Das zündfähige Gemisch kann also bei seiner Ent­ stehung gezündet werden.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Zündelektrode von der ohnehin vorhandenen, thermisch hoch belastbaren Brennstofflanze 5 gebildet wird.

Gemäß Fig. 2 weist die Brennstoffaustrittsöffnung 15 einen vorgewölbten Rand auf, der den Vorsprung 14 bildet.

Nach Fig. 1 ist die Ladung 13 mit einer Öse an die Schraube 11 angeschlossen. Alternativ besteht gemäß Fig. 3 die Möglich­ keit, die Schraube 11 mit einem Ansatz 11′ zu versehen, der in eine Muffe 11′′ eingeschoben ist, welche ihrerseits auf die Leitung 13 aufgesteckt ist. Diese Art der Verbindung kann Längenänderungen kompensieren, welche sich aus unterschiedli­ chen Wärmedehnungen ergeben.

Letztes trifft auch für die Konstruktion nach Fig. 4 zu, bei der der Ansatz 11′ der Schraube 11 eine Bohrung aufweist, in die die Leitung 13 eingesteckt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Vorsprung 14 nicht an der Brennstofflanze, sondern am rohrförmigen Abschnitt 4 des Flammenhalters 1 angeordnet.

Im übrigen ist hier der Leiter 13 innen durch die Brennstoff­ lanze 5 hindurchgeführt. Er ist mit einer stirnseitigen Ver­ schlußwand 16 des vorderen Abschnitts 6 der Brennstofflanze 5 elektrisch leitend verbunden. Der stirnseitigen Verschlußwand 16 liegt ein Boden 17 gegenüber, durch den eine Zündkerze 18 zum Anschluß an den Leiter 13 durchgeführt ist.

Der vordere Abschnitt 6 der Brennstofflanze 5 trägt eine Ver­ längerung 19, die in die Flammenfront des Flammenhalters 1 hineinragt und der Ionisations-Flammenüberwachung dient. Die Verlängerung 19 wird von dem durch die Verschlußwand 16 hin­ durchgesteckten Leiter 13 gebildet.

Abweichend davon ist die Verlängerung 19 gemäß Fig. 6 als ein die stirnseitige Verschlußwand 16 umgebender Rand ausgebildet. Im übrigen trägt die Verschlußwand 16 einen nach innen ragen­ den Ansatz 20, auf den der Leiter 13, der im vorliegenden Fall von einem Röhrchen gebildet wird, aufgesteckt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 trägt die stirnseitige Verschlußwand 16 ebenfalls einen Ansatz 21, wobei dieser eine Ausnehmung aufweist, in die der als Stab ausgebildete Leiter 13 hineingesteckt ist. Die Verlängerung 19 ist an die Ver­ schlußwand 16 angeformt.

Insbesondere die Konstruktionen nach den Fig. 2, 6 und 7 sind speziell an die Verwendung von Keramik angepaßt.

Im Rahmen der Erfindung sind Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So können Vorsprünge 14 sowohl am Flammenhalter als auch an der Brennstofflanze ausgebildet sein. Ferner kann die gesamte Brennstofflanze, also nicht nur der vordere Abschnitt 6, elek­ trisch gegen den Brenner isoliert sein. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, daß ein Teil des Brenners gegen die Brenn­ stofflanze, die gegebenenfalls leitend mit dem Brenner in Verbindung steht, isoliert ist. Selbstverständlich besteht auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Möglichkeit, die Brennstofflanze mit einer Verlängerung 19 zur Ionisations- Flammenüberwachung zu versehen.

Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombina­ tionen der beanspruchten Merkmale, die von der beiliegenden Anspruchsfassung abweichen.

Claims (15)

1. Zündeinrichtung für einen Brenner mit einem Flammenhalter (1) zur Bildung einer Flammenfront einer zum Flammenhalter führenden Brennstofflanze (5), einer im Bereich der Flammen­ front angeordneten Zündelektrode, einem elektrisch leitfähigem Teil des Brenners, das der Zündelektrode zur Bildung eines Zündfunkens zugeordnet ist, wobei das elektrisch leitfähige Teil des Brenners und die Zündelektrode gegeneinander elek­ trisch isoliert sind, und mit einer Stromquelle (14′), die zum Aufbau einer Zündspannung mit der Zündelektrode und dem elek­ trisch leitfähigen Teil des Brenners in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der vordere Abschnitt (6) der Brennstofflanze (5) aus elektrisch leitfähigem Material besteht, gegen den elektrisch leitfähigen Teil des Brenners isoliert ist und als Zündelektrode mit der Stromquelle (14′) in Verbindung steht.

2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der vordere Abschnitt (6) der Brennstofflanze (5) aus keramischem Material besteht.

3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vordere Abschnitt (6) der Brennstofflanze (5) und/oder das elektrisch leitfähige Teil des Brenners einen Vorsprung (14) zur örtlichen Definition des Zündfunkens trägt.

4. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenhalter (1) einen rohrförmigen Abschnitt (4) mit einer Durchtrittsöffnung (3) aufweist, der das elektrisch leitfähige Teil des Brenners bildet und in den der vordere Abschnitt (6) der Brennstofflanze hineinragt, wobei die Brenn­ stofflanze mit einer Brennstoffaustrittsöffnung (15) gegen die Durchtrittsöffnung (3) des Flammenhalters gerichtet ist.

5. Zündeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffaustrittsöffnung (15) von einem nach außen gestülpten Rand umgeben ist, der den Vorsprung (14) zur örtli­ chen Definition des Zündfunkens bildet.

6. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und der hintere Abschnitt (6, 8) der Brennstofflanze (5) je einen Flansch (7, 9) aufweist und daß die Flansche unter Zwischenschaltung einer Isolier­ scheibe (10) miteinander verschraubt sind, wobei die Schrauben (11) auf der Höhe eines der Flansche je von einer Isolierbuch­ se (12) umgeben sind.

7. Zündeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierbuchsen (12) auf der Höhe des Flansches (9) des hinteren Abschnitts (8) der Brennstofflanze (5) angeordnet sind und daß eine der Schrauben (11) über einen Leiter (13) mit der Stromquelle (14′) in Verbindung steht.

8. Zündeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraube (11) und der Leiter (13) in Steckverbindung miteinander stehen.

9. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (6) der Brennstoff­ lanze (5) eine stirnseitige Verschlußwand (16) aufweist, die über den durch das Innere der Brennstofflanze geführten Leiter (13) mit der Stromquelle (14′) in Verbindung steht.

10. Zündeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Verschlußwand (16) der Brennstofflanze (5) einen nach innen gerichteten Ansatz (20) aufweist, auf den der als Röhrchen ausgebildete Leiter (13) aufgesteckt ist.

11. Zündeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Verschlußwand (16) der Brennstofflanze (5) einen nach innen gerichteten Ansatz (21) mit einer Ausneh­ mung aufweist, in die der als Stab ausgebildete Leiter (13) eingesteckt ist.

12. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanze einen entgegen­ gesetzt zur stirnseitigen Verschlußwand (16) angeordneten Boden (17) aufweist und daß in den Boden eine Zündkerze (18) eingesetzt ist, mit der der Leiter (13) verbunden ist.

13. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (6) der Brenn­ stofflanze (5) eine Verlängerung (19) aufweist, die zur Ioni­ sations-Flammenüberwachung in die Flammenfront hineinragt.

14. Zündeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (19) stabförmig von der stirnseitigen Verschlußwand (16) der Brennstofflanze (5) absteht.

15. Zündeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung als die stirnseitige Verschlußwand (16) umgebender Rand vorsteht.