EP1591723A2 - Elektrode - Google Patents

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EP1591723A2
EP1591723A2 EP05008882A EP05008882A EP1591723A2 EP 1591723 A2 EP1591723 A2 EP 1591723A2 EP 05008882 A EP05008882 A EP 05008882A EP 05008882 A EP05008882 A EP 05008882A EP 1591723 A2 EP1591723 A2 EP 1591723A2
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EP
European Patent Office
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electrode
electrically conductive
ceramic body
conductive ceramic
isolierkeramikkörper
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EP05008882A
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Heinrich Oehler
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
BBT Thermotechnik GmbH
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
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    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/725—Protection against flame failure by using flame detection devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05005—Mounting arrangements for sensing, detecting or measuring devices

Definitions

  • the invention relates to an electrode for use as an ionization electrode for flame monitoring or ignition electrode in a gas or oil burner according to the preamble of claim 1.
  • an ionization electrode With an ionization electrode, the presence of a flame in a burner supervised. In this case, a current flows at a monitoring distance between the electrode wire and a ground potential when the fuel / air mixture is ionized.
  • Ground potential in an atmospheric gas burner is usually the burner surface, in a fan burner for oil or gas usually the aperture for distribution the combustion air at the mixing device. From a firing machine will be evaluated the flame signals.
  • Known ionization electrodes consist of a solid wire which, in subregions, in particular for attachment, is enclosed by an electrically insulating body. Just like the required pair of ignition electrodes, which between its each other standing fire end forms a spark gap is the flame monitoring device with a holder on the aperture of a fan burner for oil or gas or on the Burner plate of an atmospheric gas burner attached.
  • ignition and ionization electrodes In addition to the temperature resistance, ignition and ionization electrodes must also have a have sufficient corrosion resistance to ensure safe burner operation over a to ensure a long period of time.
  • Metallic ignition electrodes are constantly subject to a certain burn-off, so that during maintenance possibly the spark gap or the electrode distance must be readjusted.
  • the problem is with the previously used Electrode wire the formation of insulating protective layers on the Surface, in particular by metal, chromium and aluminum oxides. That's what happens over time to a large drop in the possible ionization current. The ionization signal becomes weaker and there are calibrations based on combustion regulations necessary.
  • the invention is therefore the object of electrodes for ignition, flame monitoring and ionisationsstromteil to optimize gas and oil burners.
  • the electrode as lonisationselektrode for flame monitoring or ignition at a gas or oil burner is characterized in that at least that of the Flame applied area consists of an electrically conductive ceramic body.
  • the electrically conductive ceramic body is mounted in a Isolierkeramik redesign.
  • a bore in the center of the Isolierkeramik emotionss serve as a pin Steel wire and the electrically conductive ceramic body with an electrically conductive Glass melt fixed.
  • the electrically conductive ceramic body with an electrically conductive Glass melt fixed.
  • the steel wire protrudes on the opposite side from the Isolierkeramik redesign out.
  • the electrically conductive ceramic body may in a first embodiment, a rotationally symmetric Own form. This is favorable for use as ignition electrode.
  • the electrically conductive ceramic body can be flat be executed and have an angled end portion. This shows in the execution as ignition electrode preferably in the direction of spark gap and can optionally also pointed.
  • the surface running, electrically conductive ceramic body can from a composite of several ceramic, preferably sintered together Layers exist.
  • the Isolierkeramik redesign is attached to the outside of a retaining plate. Especially at one Zündelektrodencru is a Isolierkeramik redesign firmly connected to the support plate. In contrast, the adjacent, associated Isolierkeramik redesign is displaceable on the holding plate stored to adjust the electrode gap in the spark gap.
  • the electrical conductive ceramic body of an oxide ceramic in particular from the group of Silicon carbides.
  • the structure of an electrode for ignition, flame monitoring and ionisationsstrom miniaturized for gas and oil burners.
  • Compared to conventional Electrodes result in a significantly higher robustness, so that a safe burner operation over a long period of time.
  • burnup is only still minimal and when used as an ionization electrode for flame monitoring can no longer form insulating protective layers which the lonisationssignal weaken.
  • the electrode for use in flame monitoring consists of an ionization electrode 1 for ionisationsstromunk or is designed as ignition electrode 2. there the area of the electrode acted upon by the flame consists of an electric conductive ceramic body Each two ignition electrodes 2 are associated with each other and form a spark gap F between their ends.
  • the electrode is surrounded by a Isolierkeramik redesign 3 and thus fixed to a holder 4 for fixing the arrangement.
  • a steel wire is used as a pin 5 together with the electrically conductive ceramic body of the ionisation electrode 1 or the ignition electrode 2 is arranged in a bore in the center of the Isolierkeramik analysess 3 and fixed with an electrically conductive glass melt 6.
  • a Isolierkeramik redesign In a pair of ignition electrodes 2, a Isolierkeramik redesign 3 is fixed to the holding plate 4 connected. In contrast, the adjacent Isolierkeramik analyses 3 is slidable with a another plate 7 mounted on the support plate 4 to the electrode spacing and the spark gap F to adjust.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode als lonisationselektrode (1) zur Flammenüberwachung oder Zündelektrode (2) bei einem Gas- oder Ölbrenner. Diese besteht aus einer lonisationselektrode zur lonisationsstrommessung auf einer Überwachungsstrecke gegen ein zugeordnetes Massepotenzial oder zwei einander zugeordneten Zündelektroden (2), welche eine Funkenstrecke (F) ausbilden, einem jeweils die Elektrode in Teilbereichen einfassenden Isolierkeramikkörper (3) sowie einem Halter (4) zur Befestigung der Anordnung im Bereich einer Brenneroberfläche oder einer Mischeinrichtung des Brenners. Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Elektroden zur Zündung, Flammenüberwachung und lonisationsstrommessung bei Gas- und Ölbrennern zu optimieren. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, dass mindestens der von der Flamme beaufschlagte Bereich aus einem elektrisch leitfähigen Keramikkörper besteht. Dazu ist der elektrisch leitfähige Keramikkörper in einem lsolierkeramikkörper (3) gelagert, wobei ein Stahldraht als Anschlussstift (5) sowie der elektrisch leitfähige Keramikkörper in einer Bohrung im Zentrum des Isolierkeramikkörpers (3) mit einer elektrisch leitfähigen Glasschmelze (6) fixiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für den Einsatz als lonisationselektrode zur Flammenüberwachung oder Zündelektrode bei einem Gas- oder Ölbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Mit einer lonisationselektrode wird das Vorhandensein einer Flamme bei einem Brenner überwacht. Dabei fließt ein Strom an einer Überwachungsstrecke zwischen dem Elektrodendraht und einem Massepotenzial, wenn das Brennstoff-/Luft-Gemisch ionisiert ist. Als Massepotenzial dient bei einem atmosphärischen Gasbrenner meistens die Brenneroberfläche, bei einem Gebläsebrenner für Öl oder Gas in der Regel die Blende zur Verteilung der Verbrennungsluft an der Mischeinrichtung. Von einem Feuerungsautomaten werden die Flammensignale ausgewertet.
Bekannte lonisationselektroden bestehen aus einem massiven Draht, der in Teilbereichen, insbesondere zur Befestigung, durch einen elektrisch isolierenden Körper eingefasst wird. Genau wie das erforderliche Zündelektrodenpaar, welches zwischen seinen zueinander stehenden Endbereichen eine Funkenstrecke bildet, ist die Flammenüberwachungseinrichtung mit einem Halter an der Blende eines Gebläsebrenners für Öl oder Gas oder an der Brennerplatte eines atmosphärischen Gasbrenners befestigt.
Neben der Temperaturbeständigkeit müssen Zünd- und lonisationselektroden auch eine ausreichende Korrosionsfestigkeit besitzen, um einen sicheren Brennerbetrieb über eine lange Zeitdauer zu gewährleisten. Metallische Zündelektroden unterliegen ständig einem gewissen Abbrand, so dass bei Wartungsarbeiten möglicherweise die Funkenstrecke bzw. der Elektrodenabstand neu justiert werden muss. Problematisch ist bei dem bisher verwendeten Elektrodendraht die Ausbildung von isolierenden Schutzschichten auf dessen Oberfläche, insbesondere durch Metall-, Chrom- und Aluminiumoxide. Dadurch kommt es im Laufe der Zeit zu einem starken Abfall des möglichen lonisationsstroms. Das lonisationssignal wird schwächer und bei darauf basierenden Verbrennungsregelungen sind Kalibrierungen nötig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Elektroden zur Zündung, Flammenüberwachung und lonisationsstrommessung bei Gas- und Ölbrennern zu optimieren.
Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Elektrode als lonisationselektrode zur Flammenüberwachung oder Zündelektrode bei einem Gas- oder Ölbrenner ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der von der Flamme beaufschlagte Bereich aus einem elektrisch leitfähigen Keramikkörper besteht.
Dabei ist der elektrisch leitfähige Keramikkörper in einem Isolierkeramikkörper gelagert. In einer Bohrung im Zentrum des Isolierkeramikkörpers sind ein als Anschlussstift dienender Stahldraht sowie der elektrisch leitfähige Keramikkörper mit einer elektrisch leitfähigen Glasschmelze fixiert. Auf einer gemeinsamen Achse mit dem elektrisch leitfähigen Keramikkörper ragt dabei der Stahldraht auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Isolierkeramikkörper heraus.
Der elektrisch leitfähige Keramikkörper kann in einer ersten Ausführungsvariante eine rotationssymmetrische Form besitzen. Dies ist für eine Verwendung als Zündelektrode günstig. Dazu wird der elektrisch leitfähige Keramikkörper im flammennahen Endbereich mit einem größeren Durchmesser versehen. Zwei benachbarte Elektroden bilden dann mit ihren einander zugeordneten Endbereichen eine Funkenstrecke aus.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann der elektrisch leitfähige Keramikkörper flächig ausgeführt sein und einen abgewinkelten Endbereich besitzen. Dieser zeigt bei der Ausführung als Zündelektrode vorzugsweise in Richtung Funkenstrecke und kann wahlweise auch spitz zulaufen. Der flächig ausgeführte, elektrisch leitfähige Keramikkörper kann aus einem Verbund von mehreren keramischen, vorzugsweise miteinander versinterten Schichten bestehen.
Generell ist der Isolierkeramikkörper außen an einer Halteplatte befestigt. Speziell bei einem Zündelektrodenpaar ist ein Isolierkeramikkörper fest mit der Halteplatte verbunden. Dagegen ist der benachbarte, zugeordnete Isolierkeramikkörper verschiebbar an der Halteplatte gelagert, um den Elektrodenabstand in der Funkenstrecke einzustellen. Dies kann sehr einfach mit einer entsprechenden Lehre erfolgen. Vorzugsweise besteht der elektrisch leitfähige Keramikkörper aus einer Oxidkeramik, insbesondere aus der Gruppe der Siliziumkarbide.
Mit der Erfindung wird der Aufbau einer Elektrode zur Zündung, Flammenüberwachung und lonisationsstrommessung bei Gas- und Ölbrennern optimiert. Gegenüber herkömmlichen Elektroden ergibt sich eine deutlich höhere Robustheit, so dass ein sicherer Brennerbetrieb über eine lange Zeitdauer gewährleistet ist. Bei Zündelektroden ist der Abbrand nur noch minimal und bei der Verwendung als lonisationselektrode zur Flammenüberwachung können sich keine isolierenden Schutzschichten mehr ausbilden, welche das lonisationssignal abschwächen.
Es ergibt sich dadurch gegenüber herkömmlichen Ausführungen eine höhere lonisationsstromausbeute und der Abfall des lonisationsstroms im Laufe der Betriebszeit bleibt aus. Somit müssen Kalibrierungen von Verbrennungsregelungen, welche nach dem lonisationssignal arbeiten, nur noch in relativ großen Zeitabständen durchgeführt werden oder können sogar ganz entfallen.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt:
Fig. 1:
Einen Elektrode im Längsschnitt,
Fig. 2:
einen Elektrodenpaar mit rotationssymmetrische Form,
Fig. 3:
eine flächig ausgeführte Elektrode in perspektivischer Darstellung und
Fig. 4:
eine Elektrodenpaar mit einstellbarem Elektrodenabstand.
Die Elektrode für den Einsatz zur Flammenüberwachung besteht aus einer lonisationselektrode 1 zur lonisationsstrommessung oder ist als Zündelektrode 2 ausgeführt. Dabei besteht der von der Flamme beaufschlagte Bereich der Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Keramikkörper Jeweils zwei Zündelektroden 2 sind einander zugeordnet und bilden zwischen ihren Enden eine Funkenstrecke F aus.
In Teilbereichen ist die Elektrode von einem Isolierkeramikkörper 3 eingefasst und damit an einem Halter 4 zur Befestigung der Anordnung fixiert. Ein Stahldraht ist als Anschlussstift 5 zusammen mit dem elektrisch leitfähigen Keramikkörper der lonisationselektrode 1 oder der Zündelektrode 2 in einer Bohrung im Zentrum des Isolierkeramikkörpers 3 angeordnet und mit einer elektrisch leitfähigen Glasschmelze 6 fixiert.
Bei einem Paar von Zündelektroden 2 ist ein Isolierkeramikkörper 3 fest mit der Halteplatte 4 verbunden. Dagegen ist der benachbarte Isolierkeramikkörper 3 verschiebbar mit einer weiteren Platte 7 an der Halteplatte 4 gelagert, um den Elektrodenabstand bzw. die Funkenstrecke F einzustellen.

Claims (8)

  1. Elektrode als lonisationselektrode (1) zur Flammenüberwachung oder Zündelektrode (2) bei einem Gas- oder Ölbrenner, bestehend aus einer lonisationselektrode zur lonisationsstrommessung auf einer Überwachungsstrecke gegen ein zugeordnetes Massepotenzial oder zwei einander zugeordneten Zündelektroden (2), welche eine Funkenstrecke (F) ausbilden, einem jeweils die Elektrode in Teilbereichen einfassenden Isolierkeramikkörper (3) sowie einem Halter (4) zur Befestigung der Anordnung im Bereich einer Brenneroberfläche oder einer Mischeinrichtung des Brenners,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der von der Flamme beaufschlagte Bereich aus einem elektrisch leitfähigen Keramikkörper besteht.
  2. Elektrode nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Keramikkörper in einem Isolierkeramikkörper (3) gelagert ist, wobei ein Stahldraht als Anschlussstift (5) sowie der elektrisch leitfähige Keramikkörper in einer Bohrung im Zentrum des Isolierkeramikkörpers (3) mit einer elektrisch leitfähigen Glasschmelze (6) fixiert sind.
  3. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Keramikkörper eine rotationssymmetrische Form aufweist.
  4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Keramikkörper als Zündelektrode (2) eine rotationssymmetrische Form aufweist und im flammennahen Endbereich einen größeren Durchmesser besitzt, wobei zwei benachbarte, einander zugeordnete Endbereiche eine Funkenstrecke (F) ausbilden.
  5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Keramikkörper flächig ausgeführt ist und einen abgewinkelten Endbereich besitzt, welcher bei der Ausführung als Zündelektrode (2) in Richtung Funkenstrecke (F) zeigt.
  6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der flächig ausgeführte, elektrisch leitfähige Keramikkörper aus einem Verbund von mehreren keramischen, vorzugsweise miteinander versinterten Schichten besteht.
  7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkeramikkörper (3) außen an einer Halteplatte (4) befestigt ist, wobei bei der Ausführung als Zündelektrode (2) ein Isolierkeramikkörper (3) fest mit der Halteplatte (4) verbunden ist und der benachbarte, zugeordnete Isolierkeramikkörper (3) zum Einstellen des Elektrodenabstandes in der Funkenstrecke (F) verschiebbar an der Halteplatte (4) gelagert ist.
  8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Keramikkörper aus einer Oxidkeramik, insbesondere aus der Gruppe der Siliziumkarbide, besteht.
EP05008882.2A 2004-04-27 2005-04-22 Elektrode Withdrawn EP1591723A3 (de)

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