EP1892473A2 - Burner and device for monitoring a flame - Google Patents

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Publication number
EP1892473A2
EP1892473A2 EP07016488A EP07016488A EP1892473A2 EP 1892473 A2 EP1892473 A2 EP 1892473A2 EP 07016488 A EP07016488 A EP 07016488A EP 07016488 A EP07016488 A EP 07016488A EP 1892473 A2 EP1892473 A2 EP 1892473A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flame
measuring element
combustion air
burner device
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07016488A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Elmar Ströhle
Peter Wickelmaier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG filed Critical Truma Geraetetechnik GmbH and Co KG
Publication of EP1892473A2 publication Critical patent/EP1892473A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • 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
    • F23D—BURNERS
    • F23D2208/00—Control devices associated with burners
    • F23D2208/10—Sensing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N2229/00—Flame sensors
    • F23N2229/18—Flame sensor cooling means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05005—Mounting arrangements for sensing, detecting or measuring devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/14—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermo-sensitive resistors

Definitions

  • the invention relates to a burner device according to the preamble of patent claim 1.
  • heaters For use in mobile recreational facilities, such as boats, campers or caravans, heaters are known that can be operated with fuel (diesel or gasoline) or gas (LPG, such as propane, butane or mixtures thereof). Advantages of mobile gas heaters include quiet operation, low power consumption and a very low exhaust odor.
  • fuel diesel or gasoline
  • LPG gas
  • Advantages of mobile gas heaters include quiet operation, low power consumption and a very low exhaust odor.
  • liquid fuel heaters it should be noted as positive that they can be fed by the same fuel that is usually present in the fuel tank for driving the recreational vehicle in larger quantities. This can be dispensed with the additional entrainment of LPG cylinders. Due to the odor nuisance caused by the liquid fuels and the resulting exhaust gases, however, special precautions must be taken.
  • the flame in the burner device does not burn correctly or does not burn at all, but still fuel is supplied.
  • the possibly still hot burner then generates so long smoke until finally the fuel supply is interrupted.
  • the smoke formation and the associated odor nuisance is only very short-term for a mobile heating in the leisure sector, acceptable for a few seconds, but not over a longer period of time.
  • Various devices are known with which the presence of a flame in a burner can be monitored.
  • it is known to detect a flame by optical means.
  • a temperature change of the exhaust gas or the flame can be detected, from which then can be concluded that a change in the flame behavior.
  • a mobile fuel heater in which a flame detector (flame sensor) and a glow plug to start the combustion are designed as an integral component.
  • the flame sensor sits directly in the flame and thus provides a very fast signal for the flame detection.
  • the disadvantage are the extremely high sensor temperatures in the flame and the fact that the sensor is destroyed by deposits in the combustion chamber or the signal quality is reduced by deposits on the sensor and / or by a displacement of the flame resulting from the deposits.
  • thermocouple in the exhaust line, ie downstream of the flame.
  • the long response time of the sensor is disadvantageous because the flame can not be monitored directly.
  • the sensor is located in an installation environment that is strongly heated by the exhaust gas.
  • a safe distinction is only possible after a longer measurement period (for example, five minutes). However, as stated above, such a long period of time is unacceptable due to the associated potential for smoke and odor.
  • the invention is based on the object to provide a burner device with a reliable flame detection.
  • a burner device comprising a fuel supply for supplying fuel, a combustion air supply for supplying combustion air, in particular primary combustion air, a mixing region for forming a mixture of the fuel with the combustion air, a combustion chamber adjoining the mixing region, in which the mixture is in the form of a Flame is combustible to an exhaust gas and with a measuring element for detecting a parameter, which is a criterion for the presence of the flame, characterized in that the measuring element is arranged upstream of the exhaust gas stream in a region which is a through the combustion air has conditional oxygen excess, and that the measuring element is held by a holder, at which the combustion air is passed before reaching the flame.
  • the burner apparatus is supplied with primary combustion air via the combustion air supply. It is readily possible that the flame also so-called secondary combustion air is supplied, but which comes from the environment of the flame and is not enriched with fuel. As a result, the secondary combustion air can also be mixed, for example, with the exhaust gas flow, that is to say the reaction products produced by the flame.
  • the primary combustion air is selectively fed to the burner apparatus and enriched in the mixing area with fuel (for example, diesel or gasoline).
  • fuel is vaporized in a suitable manner known per se, for example via a metal fleece, so that it can be guided in gaseous or vaporous form from the combustion air to the flame.
  • the combustion chamber adjoining the mixing area does not have to be spatially separated from the mixing area by structural measures. Rather, the combustion chamber results from the flow conditions, in particular by the flow rate of the combustion air and the exhaust gas.
  • the combustion chamber surrounds the area where the flame is formed.
  • the measuring element is used to detect a parameter by means of which the presence of the flame can be detected. This is for example - as known from the prior art - a change in temperature, a certain brightness when the flame is burning or the detection of ionization processes that take place during the combustion in the flame.
  • the measuring element is not arranged - as in the prior art - in the exhaust stream or in the middle of the flame, but upstream thereof.
  • the measuring element is arranged in a region in which an excess of oxygen is achieved, which is achieved by the primary combustion air.
  • This can be the area in which the combustion air is supplied or also an "initial area" of the flame (flame root) in which there is still an excess of oxygen due to the combustion air.
  • the oxygen surplus of the combustion air becomes downstream in the flame degraded because the oxygen is largely reduced by the hydrocarbons of the fuel.
  • the flame temperature is much higher, so the sensing element should not be located there.
  • the measuring element is held by a holder which is arranged such that the combustion air is passed before reaching the flame at her.
  • the measuring element can be an independent, held by a separate holder component.
  • the measuring element with the holder in a common component, such as a PT1000 temperature measuring element be integrated into a flame sensor. Therefore, only the region of a sensor which is effective for the actual measurement is considered as the measuring element, for example a resistance element whose resistance value changes with temperature change.
  • the surrounding components which embed, protect and hold the measuring element (for example, the resistor) and take over the power supply and signal derivation, are added to the mounting.
  • the holder can protrude into the region of the flame, in which the excess of oxygen due to the combustion air is given.
  • the measuring element is exposed to much lower temperatures than is known in prior art measuring elements, which are positioned in the center of the flame or in the hot exhaust area.
  • At least 30% of the combustion air can be conducted past the measuring element and / or on the holder. This means that at least 30% of the combustion air can be used to cool the measuring element or the holder.
  • the term combustion air is commonly used and may include both primary and secondary combustion air.
  • the measuring element or the holder can thus be cooled by both primary and secondary combustion air.
  • the measuring element can be completely flowed around by the combustion air.
  • the measuring element is held by the holder completely upstream of the flame in the combustion air flow.
  • the measuring element can be arranged in the region of a flame boundary existing between the flame and the combustion air, so that the measuring element can, for example, partially dip into the flame boundary. In this area, the required, due to the combustion air oxygen excess is present.
  • the flame boundary can be easily seen with the naked eye and marks the area where the flame is created and from which the flame emanates.
  • the Flammsky is also called Flammwurzel. At stable flow conditions, the position of the flame boundary will also be relatively stable, while the downstream flame ends may usually have a higher variability due to the flickering of the flame.
  • the measuring element can be arranged such that a visual contact between the measuring element and the flame is given. Due to the fact that the measuring element upstream of the exhaust gas flow and also of the largest part of the flame - may even be located completely upstream of the flame - must be arranged, the measuring element is not flowed around by hot gas. For a temperature measurement of the flame or the exhaust gas by convection is indeed possible, but not mandatory. Rather, the heat generated in the flame must be detected in the form of radiant heat. The radiant heat can be detected particularly reliably when the required visual contact between the measuring element and the flame exists.
  • the visual contact should be as large as possible, so that no disturbing components such as screens or grids between the flame and the measuring element are arranged.
  • the space between the measuring element and the part of the flame whose radiant heat is to be detected should therefore remain free of further components.
  • a fictitious measuring cone with a cone angle of at least 60 ° virtually describes the space which should not have any further components between the measuring element and the flame.
  • the parameter to be detected by the measuring element may be selected from the group temperature, radiation, presence of gas ions.
  • the measuring element can be designed as a temperature measuring element, for example as PT1000 sensor (measuring range up to about 500 ° C). It is therefore not necessary to provide a special high-temperature sensor. If a high temperature, which does not have to exceed 600 ° C, is detected by the transmitted radiant heat, this is considered as a criterion for the presence of the flame. However, if the temperature falls below a value to be defined beforehand, it is concluded that there is no more flame. The fuel supply is then to interrupt.
  • PT1000 sensor measuring range up to about 500 ° C
  • the measuring element can also be designed for detecting radiation, for example for optically detecting the brightness, that is to say the light emitted by the flame.
  • the light radiation can be in the visible range, but also in the range of UV or infrared radiation. If the area around the measuring element is bright, a flame must be present. Thus, an optical detection of the flame is possible.
  • a flicker detector can be used, which detects radiation fluctuations in the visible, UV or IR range and deduces the presence of a flame.
  • the measuring element As a further alternative, it is possible to form the measuring element as Ionisationsweller.
  • the ionization probe is able to detect ionization processes in the flame which occur during the combustion process. However, it is a prerequisite that the sensor is located in the area of the flame, but in compliance with the above rules. Accordingly, the part of the ionization sensor (measuring element) which is relevant for the measurement should not be positioned in the hot center of the flame or even downstream of it, but in the initial area of the flame which is cooler due to the supply of combustion air, where the required oxygen excess is present.
  • the measuring element delivers a signal which is evaluated by a controller which is not to be explained in more detail. If the controller detects that a flame is present, no control measures must be taken. If, on the other hand, the flame is extinguished or does not form after a predefined period of time during the starting process, the absence of the flame is detected by the measuring element and then recognized by the controller. The controller can then take action, such as interrupting the fuel supply to prevent odor and smoke formation. Similarly, the controller may issue an audible or visual signal to the operator to alert him to the extinction of the flame.
  • a nonwoven evaporator for evaporating the liquid fuel may be provided in the mixing area.
  • the nonwoven evaporator for example an annular metal fleece, is supplied with fuel from one side in droplets. Due to the heat of the flame in the combustion chamber, the metal fleece is heated in such a way that the fuel evaporates and is conveyed onwards by the approaching combustion air. He mixes with the combustion air and is finally burned in the flame.
  • the combustion air supply may comprise a swirling device to produce a flow swirl and thus a vortex-shaped flow of the combustion air upon entering the mixing region.
  • the swirling flow of the combustion air mixes the fuel more reliably and more uniformly with the combustion air, which ensures improved combustion.
  • the measuring element with the holder can, for. B. inserted from the "back" in the flame and as far into the mixing area or the combustion chamber are introduced, that the measuring element allows direct measurement of Strahlunstage the flame.
  • the measuring element is at least partially streamed by the combustion air (fresh air) or even completely flows around it, so that a targeted deflection of the flame takes place away from the measuring element.
  • the flow of combustion air can be formed concentrically around the measuring element, but also in the form of a "curtain".
  • the measuring element has no or only minimal contact with the flame boundary and can therefore either measure the radiant heat of the flame at the shortest distance, without assuming the high flame temperatures, or can only enter the extreme tip of the measuring element in FIG immerse the combustion air flow deliberately shaped flame border.
  • the heat introduced into the measuring element and the combustion air flowing around keep the measuring element in a thermal equilibrium.
  • the measuring element can be placed with millimeter precision relative to the flame or the flame boundary, so that the heat distribution in the measuring element and the holder and thus allow the absolute temperature of the measuring element set optimally.
  • the measured temperature remains almost constant at the sensor.
  • a higher burner output with greater radiant heat from the flame faces a higher (cooling) volume flow through the combustion air.
  • the acting on the measuring element and the holder heating and cooling mechanism is therefore ineffective, so that the temperature level hardly changes at the measuring element.
  • the oxygen surplus on the measuring element ensures that no formation of soot can affect the measurement result.
  • the targeted flow around the measuring element with clean combustion air can also be formed a protective sheath against other deposits.
  • the holder Since the holder is arranged in an area which is at least partially cooled by the combustion air, it is very easy to keep cables that must be guided to the measuring element, without particularly high temperature load.
  • the measuring element can be arranged at a position in which a higher flow velocity is achieved by shaping the mixing region or the combustion chamber than downstream thereof.
  • the flow rate of the combustion air in this area may be higher than the subsequent flame propagation speed. This will ensure that the flame does not flash back.
  • the bracket may be attached to a back wall of the burner, at which, by design, significantly lower temperatures are present.
  • FIGURE shows a cross section through an embodiment of the burner device according to the invention.
  • the figure shows a simplified cross-sectional view of a burner device according to the invention.
  • a combustion air supply 1 primary combustion air 2 is supplied.
  • swirl vanes 3 serving as swirling means can be provided, which provide the combustion air flow with a swirl, so that the combustion air 2 is guided in a vortex-shaped manner into a mixing area 4.
  • a fuel supply for supplying fuel is provided, which is exemplified by metal webs 5.
  • the metal webs 5 may be annular and placed at different locations. The positions shown in the figure are therefore only illustrative.
  • a multi-slotted wall 4a is provided in the mixing area 4.
  • Combustion air 2 can also flow into the outer region through the slots and thus reach the outer metal fleece 5 shown in the FIGURE.
  • the metal fleece 5 is supplied from the outside fuel, which evaporates in the metal fleece 5.
  • the vaporized fuel is entrained by the swirling combustion air 2, so that the resulting mixture reaches a combustion chamber 6, which is enclosed by a flame tube 7.
  • a flame 8 is formed in a known manner. Upstream of the flame 8, a flame front or flame boundary 9 can be seen, which is kept relatively stable by the prevailing flow conditions in the mixing area 4 and combustion chamber 6.
  • the flame boundary 9 represents the area where the combustion process begins. There is an excess of oxygen due to the incoming combustion air 2.
  • a diaphragm 10 is further arranged in the flame tube 7.
  • the resulting in the flame 8 exhaust gas is discharged upward and can be supplied, for example, a heat exchanger, which may be part of a heater, for example, a mobile usable heater for motorhomes and caravans.
  • a flame sensor 11 is arranged in the interior of the mixing area 4 in such a way that its measuring element 12 relevant for the measurement comes as close as possible to the flame 8, but without penetrating into the flame 8.
  • the measuring element 12 is thus located near the flame boundary 9 in the region of the inflow of combustion air 2.
  • the measuring element 12 is held by a holder 13 belonging to the flame sensor 11.
  • the measuring element 12 and the holder 13 form the flame sensor 11 as an integral component, which can be formed for example by a commercially available temperature sensor (PT1000) with protective tube.
  • PT1000 commercially available temperature sensor
  • the flame sensor 11 is attached via a fastening 14 to a burner back 15. From there supply voltage and signal lines 16 can be dissipated.
  • the combustion air 2 flows around the flame sensor 11 before it reaches the flame 8. Since the combustion air 2 comes from the environment, it is initially cold and thus cools the holder 13 and the measuring element 12. This is due to the measuring element 12 at a temperature which is considerably lower than the temperatures in the flame 8. The measuring element 12 registered only the radiant heat resulting from the flame 8. However, the measuring element 12 does not come into contact with hot gases in the flame 8 or in the exhaust gas.
  • the flame sensor 11 may be formed by an ionization sensor. Since the ionization sensor is instructed to come into contact with the gas ions generated in the flame, the sensing element 12 located at the tip of the flame sensor 11 must be positioned in the flame 8. It is sufficient, however, to place the measuring element 12 in the region of the flame boundary 9, where combustion processes and thus ionization are already taking place, but an excess of oxygen due to the oncoming combustion air 2 is still present.
  • the holder 13 serves as a heat sink for the measuring element 12, so that the measuring element 12, although arranged in the region of the flame roots at the flame boundary 9, is cooled and a lower temperature is applied than in the flame 8 ,

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Abstract

The burner device has a combustion chamber (6) at a mixing area (4), and a mixer is burnt in the combustion chamber in the form of a flame (8) to an exhaust gas. A measuring unit (12) detects a parameter, which represents a criterion for the presence of the flame. The measuring unit is arranged upstream to the exhaust gas flow in an area, where the exhaust gas flow provides excess oxygen, which is required by a combustion air (2). The measuring unit is held by a holder (13), and the combustion air is directed to the measuring unit before reaching the flame.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a burner device according to the preamble of patent claim 1.

Für den Einsatz in mobilen Freizeiteinrichtungen, wie zum Beispiel Booten, Wohnmobilen oder Caravans, sind Heizungen bekannt, die mit Kraftstoff (Diesel oder Benzin) oder Gas (Flüssiggas, wie zum Beispiel Propan, Butan oder Mischungen davon) betrieben werden können. Vorteile von mobilen Gas-Heizungen bestehen in dem geräuscharmen Betrieb, einem niedrigen Stromverbrauch sowie einem sehr geringen Abgasgeruch. Bei Flüssigkraftstoff-Heizungen ist als positiv zu vermerken, dass sie durch denselben Kraftstoff gespeist werden können, der im Kraftstofftank für den Antrieb des Freizeitmobils meist in größerer Menge vorhanden ist. Dadurch kann auf das zusätzliche Mitführen von Flüssiggasflaschen verzichtet werden. Aufgrund der Geruchsbelästigung durch die flüssigen Kraftstoffe und die daraus resultierenden Abgase sind jedoch besondere Vorkehrungen zu treffen. Insbesondere kann es problematisch sein, wenn die Flamme in der Brennervorrichtung nicht korrekt oder überhaupt nicht brennt, aber dennoch weiter Kraftstoff zugeführt wird. Der unter Umständen noch heiße Brenner erzeugt dann solange starken Qualm, bis schließlich die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird. Die Qualmbildung und die damit einhergehende Geruchsbelästigung ist aber bei einer mobilen Heizung im Freizeitbereich nur sehr kurzzeitig, über wenige Sekunden akzeptabel, keineswegs jedoch über einen längeren Zeitraum.For use in mobile recreational facilities, such as boats, campers or caravans, heaters are known that can be operated with fuel (diesel or gasoline) or gas (LPG, such as propane, butane or mixtures thereof). Advantages of mobile gas heaters include quiet operation, low power consumption and a very low exhaust odor. For liquid fuel heaters, it should be noted as positive that they can be fed by the same fuel that is usually present in the fuel tank for driving the recreational vehicle in larger quantities. This can be dispensed with the additional entrainment of LPG cylinders. Due to the odor nuisance caused by the liquid fuels and the resulting exhaust gases, however, special precautions must be taken. In particular, it can be problematic if the flame in the burner device does not burn correctly or does not burn at all, but still fuel is supplied. The possibly still hot burner then generates so long smoke until finally the fuel supply is interrupted. However, the smoke formation and the associated odor nuisance is only very short-term for a mobile heating in the leisure sector, acceptable for a few seconds, but not over a longer period of time.

Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, mit denen das Vorhandensein einer Flamme in einem Brenner überwacht werden kann. Insbesondere ist es bekannt, eine Flamme mit optischen Mitteln zu erkennen. Alternativ dazu kann auch eine Temperaturänderung des Abgases oder der Flamme detektiert werden, aus der dann auf eine Änderung des Flammverhaltens geschlossen werden kann.Various devices are known with which the presence of a flame in a burner can be monitored. In particular, it is known to detect a flame by optical means. Alternatively, a temperature change of the exhaust gas or the flame can be detected, from which then can be concluded that a change in the flame behavior.

Aus der DE 102 49 872 A1 ist ein mobiles Brennheizgerät bekannt, bei dem ein Flammwächter (Flammfühler) und ein Glühstift zum Start der Verbrennung als ein integrales Bauteil ausgeführt sind. Der Flammfühler sitzt direkt in der Flamme und liefert damit ein sehr schnelles Signal für die Flammerkennung. Nachteilig sind dabei jedoch die extrem hohen Fühlertemperaturen in der Flamme und die Tatsache, dass der Fühler durch Ablagerungen im Brennraum zerstört werden kann oder die Signalgüte durch Ablagerungen auf dem Fühler und/oder durch eine sich als Folge der Ablagerungen ergebende Verlagerung der Flamme gemindert wird.From the DE 102 49 872 A1 a mobile fuel heater is known in which a flame detector (flame sensor) and a glow plug to start the combustion are designed as an integral component. The flame sensor sits directly in the flame and thus provides a very fast signal for the flame detection. The disadvantage, however, are the extremely high sensor temperatures in the flame and the fact that the sensor is destroyed by deposits in the combustion chamber or the signal quality is reduced by deposits on the sensor and / or by a displacement of the flame resulting from the deposits.

In der DE 299 24 803 U1 wird ein brennerbetriebenes Heizgerät mit einem Flammwächter in Gestalt eines Thermoelements beschrieben, das in den zentralen Bereich der Flamme hineinragt. Auch hier bestehen die vorstehend geschilderten Nachteile.In the DE 299 24 803 U1 describes a burner-operated heater with a flame detector in the form of a thermocouple, which projects into the central region of the flame. Again, there are the disadvantages described above.

Ebenso ist es bekannt, ein Thermoelement in den Abgasstrang, also stromab von der Flamme zu platzieren. Dabei ist die lange Ansprechzeit des Fühlers nachteilig, da die Flamme nicht unmittelbar überwacht werden kann. Der Fühler ist in einer Einbauumgebung angeordnet, die durch das Abgas stark aufgeheizt wird. Zudem ist es für den Fühler schwierig, zwischen einem Lastwechsel (Verkleinern der Heizleistung) und einem Flammabbruch zu unterscheiden, da beide Vorgänge zunächst ein Signal mit ähnlichem Charakter und Gradienten erzeugen. In beiden Fällen geht die Abgastemperatur zurück. Eine sichere Unterscheidung ist erst nach einem längeren Messzeitraum (zum Beispiel fünf Minuten) möglich. Ein derart langer Zeitraum ist jedoch - wie oben dargelegt - aufgrund der damit möglicherweise verbundenen Qualm- und Geruchsbildung inakzeptabel.It is also known to place a thermocouple in the exhaust line, ie downstream of the flame. The long response time of the sensor is disadvantageous because the flame can not be monitored directly. The sensor is located in an installation environment that is strongly heated by the exhaust gas. In addition, it is difficult for the probe to distinguish between a load change (decreasing the heating power) and a flame break, since both processes initially generate a signal with similar character and gradient. In both cases, the exhaust gas temperature goes back. A safe distinction is only possible after a longer measurement period (for example, five minutes). However, as stated above, such a long period of time is unacceptable due to the associated potential for smoke and odor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Brennervorrichtung mit einer zuverlässigen Flammerkennung anzugeben.The invention is based on the object to provide a burner device with a reliable flame detection.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a burner device according to claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Brennervorrichtung, mit einer Kraftstoffzuführung zum Zuführen von Kraftstoff, einer Verbrennungsluftzuführung zum Zuführen von Verbrennungsluft, insbesondere primärer Verbrennungsluft, einem Mischbereich zum Bilden eines Gemischs des Kraftstoffs mit der Verbrennungsluft, einem sich an den Mischbereich anschließenden Brennraum, in dem das Gemisch in Form einer Flamme zu einem Abgas verbrennbar ist und mit einem Messelement zum Erfassen eines Parameters, der ein Kriterium für das Vorhandensein der Flamme darstellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement stromauf von dem Abgasstrom in einem Bereich angeordnet ist, der einen durch die Verbrennungsluft bedingten Sauerstoffüberschuss aufweist, und dass das Messelement von einer Halterung gehalten ist, an der die Verbrennungsluft vor Erreichen der Flamme vorbeigeführt wird.A burner device according to the invention, comprising a fuel supply for supplying fuel, a combustion air supply for supplying combustion air, in particular primary combustion air, a mixing region for forming a mixture of the fuel with the combustion air, a combustion chamber adjoining the mixing region, in which the mixture is in the form of a Flame is combustible to an exhaust gas and with a measuring element for detecting a parameter, which is a criterion for the presence of the flame, characterized in that the measuring element is arranged upstream of the exhaust gas stream in a region which is a through the combustion air has conditional oxygen excess, and that the measuring element is held by a holder, at which the combustion air is passed before reaching the flame.

Demnach wird der Brennervorrichtung primäre Verbrennungsluft über die Verbrennungsluftzuführung zugeführt. Es besteht ohne Weiteres die Möglichkeit, dass der Flamme auch noch sogenannte sekundäre Verbrennungsluft zugeführt wird, die jedoch aus der Umgebung der Flamme stammt und nicht mit Kraftstoff angereichert ist. Die sekundäre Verbrennungsluft kann sich dadurch zum Beispiel auch mit dem Abgasstrom, also den von der Flamme erzeugten Reaktionsprodukten mischen. Die primäre Verbrennungsluft hingegen wird gezielt der Brennervorrichtung zugeführt und in dem Mischbereich mit Kraftstoff (zum Beispiel Diesel oder Benzin) angereichert. Der Kraftstoff wird dabei in geeigneter, an sich bekannter Weise - zum Beispiel über ein Metallvlies - verdampft, so dass er gas- oder dampfförmig von der Verbrennungsluft bis zu der Flamme geführt werden kann.Accordingly, the burner apparatus is supplied with primary combustion air via the combustion air supply. It is readily possible that the flame also so-called secondary combustion air is supplied, but which comes from the environment of the flame and is not enriched with fuel. As a result, the secondary combustion air can also be mixed, for example, with the exhaust gas flow, that is to say the reaction products produced by the flame. The primary combustion air, however, is selectively fed to the burner apparatus and enriched in the mixing area with fuel (for example, diesel or gasoline). The fuel is vaporized in a suitable manner known per se, for example via a metal fleece, so that it can be guided in gaseous or vaporous form from the combustion air to the flame.

Der sich an den Mischbereich anschließende Brennraum muss räumlich nicht durch bauliche Maßnahmen von dem Mischbereich getrennt sein. Vielmehr ergibt sich der Brennraum durch die Strömungsverhältnisse, insbesondere durch die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft und des Abgases. Der Brennraum umgibt den Bereich, in dem sich die Flamme ausbildet.The combustion chamber adjoining the mixing area does not have to be spatially separated from the mixing area by structural measures. Rather, the combustion chamber results from the flow conditions, in particular by the flow rate of the combustion air and the exhaust gas. The combustion chamber surrounds the area where the flame is formed.

Das Messelement dient dazu, einen Parameter zu erfassen, anhand dessen das Vorhandensein der Flamme erkannt werden kann. Dies ist zum Beispiel - wie auch aus dem Stand der Technik bekannt - eine Temperaturänderung, eine bestimmte Helligkeit, wenn die Flamme brennt oder auch das Erkennen von Ionisationsvorgängen, die während der Verbrennung in der Flamme stattfinden.The measuring element is used to detect a parameter by means of which the presence of the flame can be detected. This is for example - as known from the prior art - a change in temperature, a certain brightness when the flame is burning or the detection of ionization processes that take place during the combustion in the flame.

Erfindungsgemäß ist das Messelement jedoch nicht - wie beim Stand der Technik - im Abgasstrom oder mitten in der Flamme angeordnet, sondern stromauf davon. Insbesondere ist das Messelement in einem Bereich angeordnet, in dem ein Sauerstoffüberschuss gegeben ist, der durch die primäre Verbrennungsluft erreicht wird. Dies kann der Bereich sein, in dem die Verbrennungsluft zugeführt wird oder auch ein "Anfangsbereich" der Flamme (Flammwurzel), in dem noch ein Sauerstoffüberschuss durch die Verbrennungsluft gegeben ist. Der Sauerstoffüberschuss der Verbrennungsluft wird in der Flamme stromabwärts abgebaut, da der Sauerstoff weitgehend durch die Kohlenwasserstoffe des Kraftstoffs reduziert wird. In diesem stromab gelegenen Bereich der Flamme jedoch ist die Flammtemperatur sehr viel höher, so dass das Messelement dort nicht angeordnet werden sollte.According to the invention, however, the measuring element is not arranged - as in the prior art - in the exhaust stream or in the middle of the flame, but upstream thereof. In particular, the measuring element is arranged in a region in which an excess of oxygen is achieved, which is achieved by the primary combustion air. This can be the area in which the combustion air is supplied or also an "initial area" of the flame (flame root) in which there is still an excess of oxygen due to the combustion air. The oxygen surplus of the combustion air becomes downstream in the flame degraded because the oxygen is largely reduced by the hydrocarbons of the fuel. However, in this downstream region of the flame, the flame temperature is much higher, so the sensing element should not be located there.

Weiterhin wird das Messelement von einer Halterung gehalten, die derart angeordnet ist, dass die Verbrennungsluft noch vor Erreichen der Flamme an ihr vorbeigeführt wird. Das Messelement kann dabei ein eigenständiges, von einer getrennten Halterung gehaltenes Bauelement sein. Ebenso kann jedoch das Messelement mit der Halterung in einem gemeinsamen Bauteil, wie zum Beispiel einem PT1000-Temperatur-Messelement, zu einem Flammfühler integriert sein. Als Messelement wird daher lediglich der für die eigentliche Messung wirksame Bereich eines Sensors angesehen, zum Beispiel ein Widerstandselement, dessen Widerstandswert sich bei Temperaturänderung ändert. Die umgebenden Komponeten, die das Messelement (zum Beispiel den Widerstand) einbetten, schützen und halten sowie die Spannungsversorgung und Signalableitung übernehmen, werden der Halterung zugerechnet.Furthermore, the measuring element is held by a holder which is arranged such that the combustion air is passed before reaching the flame at her. The measuring element can be an independent, held by a separate holder component. Likewise, however, the measuring element with the holder in a common component, such as a PT1000 temperature measuring element, be integrated into a flame sensor. Therefore, only the region of a sensor which is effective for the actual measurement is considered as the measuring element, for example a resistance element whose resistance value changes with temperature change. The surrounding components, which embed, protect and hold the measuring element (for example, the resistor) and take over the power supply and signal derivation, are added to the mounting.

Somit kann auch die Halterung in den Bereich der Flamme hineinragen, in dem der Sauerstoffüberschuss aufgrund der Verbrennungsluft gegeben ist. Jedoch muss sichergestellt sein, dass wenigstens ein Teil der Halterung ausserhalb der Flamme angeordnet ist - und zwar stromaufwärts von der Flamme - , so dass die noch kalte Verbrennungsluft zum Kühlen der Halterung und damit - zumindest indirekt - auch des Messelements genutzt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Messelement sehr viel niedrigeren Temperaturen ausgesetzt ist, als dies bei Messelementen aus dem Stand der Technik bekannt ist, die im Zentrum der Flamme oder im heißen Abgasbereich positioniert sind.Thus, the holder can protrude into the region of the flame, in which the excess of oxygen due to the combustion air is given. However, it must be ensured that at least part of the holder is arranged outside the flame - upstream of the flame - so that the still cold combustion air for cooling the holder and thus - at least indirectly - also the measuring element can be used. In this way, it is possible that the measuring element is exposed to much lower temperatures than is known in prior art measuring elements, which are positioned in the center of the flame or in the hot exhaust area.

An dem Messelement und/oder an der Halterung können wenigstens 30% der Verbrennungsluft vorbeigeführt werden. Das bedeutet, dass wenigstens 30% der Verbrennungsluft zur Kühlung des Messelements bzw. der Halterung genutzt werden können. Dabei wird der Begriff der Verbrennungsluft allgemein verwendet und kann sowohl primäre als auch sekundäre Verbrennungsluft umfassen. Das Messelement bzw. die Halterung können somit sowohl durch primäre als auch durch sekundäre Verbrennungsluft gekühlt werden. Durch die Bereitstellung von wenigstens 30% der Verbrennungsluft ist es gewährleistet, dass das Messelement und die Halterung zuverlässig gekühlt werden.At least 30% of the combustion air can be conducted past the measuring element and / or on the holder. This means that at least 30% of the combustion air can be used to cool the measuring element or the holder. The term combustion air is commonly used and may include both primary and secondary combustion air. The measuring element or the holder can thus be cooled by both primary and secondary combustion air. By providing at least 30% of the combustion air, it is ensured that the measuring element and the holder are reliably cooled.

Das Messelement kann vollständig durch die Verbrennungsluft umströmt werden. In diesem Fall wird das Messelement von der Halterung vollständig stromauf von der Flamme im Verbrennungsluftstrom gehalten.The measuring element can be completely flowed around by the combustion air. In this case, the measuring element is held by the holder completely upstream of the flame in the combustion air flow.

Ebenso kann das Messelement im Bereich einer zwischen der Flamme und der Verbrennungsluft vorhandenen Flammgrenze angeordnet sein, so dass das Messelement zum Beispiel teilweise in die Flammgrenze eintauchen kann. In diesem Bereich liegt der geforderte, durch die Verbrennungsluft bedingte Sauerstoffüberschuss vor. Die Flammgrenze lässt sich mit bloßem Auge gut erkennen und kennzeichnet den Bereich, in dem die Flamme entsteht und von dem aus die Flamme ausgeht. Die Flammgrenze wird auch als Flammwurzel bezeichnet. Bei stabilen Strömungsverhältnissen wird auch die Position der Flammgrenze relativ stabil sein, während die stromabwärts gelegenen Flammenden üblicherweise durch das Flackern bzw. Züngeln der Flamme eine höhere Variabilität aufweisen können.Likewise, the measuring element can be arranged in the region of a flame boundary existing between the flame and the combustion air, so that the measuring element can, for example, partially dip into the flame boundary. In this area, the required, due to the combustion air oxygen excess is present. The flame boundary can be easily seen with the naked eye and marks the area where the flame is created and from which the flame emanates. The Flammgrenze is also called Flammwurzel. At stable flow conditions, the position of the flame boundary will also be relatively stable, while the downstream flame ends may usually have a higher variability due to the flickering of the flame.

Das Messelement kann derart angeordnet sein, dass ein Sichtkontakt zwischen dem Messelement und der Flamme gegeben ist. Aufgrund der Tatsache, dass das Messelement stromauf von dem Abgasstrom und auch von dem größten Teil der Flamme - unter Umständen sogar vollständig stromauf von der Flamme - angeordnet sein muss, wird das Messelement nicht durch heißes Gas umströmt. Damit ist eine Temperaturmessung der Flamme bzw. des Abgases durch Konvektion zwar möglich, aber nicht zwingend erforderlich. Vielmehr muss die in der Flamme entstehende Wärme in Form von Strahlungswärme erfasst werden. Die Strahlungswärme lässt sich dann besonders zuverlässig detektieren, wenn der geforderte Sichtkontakt zwischen dem Messelement und der Flamme besteht.The measuring element can be arranged such that a visual contact between the measuring element and the flame is given. Due to the fact that the measuring element upstream of the exhaust gas flow and also of the largest part of the flame - may even be located completely upstream of the flame - must be arranged, the measuring element is not flowed around by hot gas. For a temperature measurement of the flame or the exhaust gas by convection is indeed possible, but not mandatory. Rather, the heat generated in the flame must be detected in the form of radiant heat. The radiant heat can be detected particularly reliably when the required visual contact between the measuring element and the flame exists.

Dabei sollte der Sichtkontakt möglichst großflächig sein, so dass keine störenden Bauelemente wie Blenden oder Gitter zwischen der Flamme und dem Messelement angeordnet sind. Der Raum zwischen dem Messelement und dem Teil der Flamme, deren Strahlungswärme erfasst werden soll, sollte daher frei von weiteren Bauelementen bleiben. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn von dem Messelement ausgehend ein fiktiver Messkegel mit einem Kegelwinkel von wenigstens 60° den Raum virtuell beschreibt, der keine weiteren Bauelemente zwischen Messelement und Flamme aufweisen soll.In this case, the visual contact should be as large as possible, so that no disturbing components such as screens or grids between the flame and the measuring element are arranged. The space between the measuring element and the part of the flame whose radiant heat is to be detected should therefore remain free of further components. In this case, it may be advantageous if, starting from the measuring element, a fictitious measuring cone with a cone angle of at least 60 ° virtually describes the space which should not have any further components between the measuring element and the flame.

Der von dem Messelement zu erfassende Parameter kann ausgewählt sein aus der Gruppe Temperatur, Strahlung, Vorhandensein von Gasionen.The parameter to be detected by the measuring element may be selected from the group temperature, radiation, presence of gas ions.

Zum Erfassen der Temperatur kann das Messelement als Temperatur-Messelement, zum Beispiel als PT1000 Fühler (Messbereich bis etwa 500°C) ausgeführt sein. Es ist daher nicht erforderlich, einen speziellen Hochtemperaturfühler vorzusehen. Sofern durch die übertragene Strahlungswärme eine hohe Temperatur, die jedoch nicht über 600°C liegen muss, erfasst wird, wird dies als Kriterium für das Vorhandensein der Flamme gewertet. Fällt die Temperatur jedoch unter einen vorher zu definierenden Wert, wird daraus geschlossen, dass keine Flamme mehr vorliegt. Die Kraftstoffzuführung ist dann zu unterbrechen.To detect the temperature, the measuring element can be designed as a temperature measuring element, for example as PT1000 sensor (measuring range up to about 500 ° C). It is therefore not necessary to provide a special high-temperature sensor. If a high temperature, which does not have to exceed 600 ° C, is detected by the transmitted radiant heat, this is considered as a criterion for the presence of the flame. However, if the temperature falls below a value to be defined beforehand, it is concluded that there is no more flame. The fuel supply is then to interrupt.

Alternativ kann das Messelement auch zum Erfassen von Strahlung, zum Beispiel zum optischen Erfassen der Helligkeit, also des von der Flamme abgegebenen Lichts ausgebildet sein. Die Licht-Strahlung kann dabei im sichtbaren Bereich, aber auch im Bereich der UV- oder Infrarotstrahlung liegen. Sofern der Bereich um das Messelement hell ist, muss eine Flamme vorliegen. Somit ist auch eine optische Detektion der Flamme möglich. Ebenso kann ein Flackerdetektor verwendet werden, der Strahlungsschwankungen im sichtbaren, UV- oder IR-Bereich erkennt und daraus das Vorhandensein einer Flamme ableitet.Alternatively, the measuring element can also be designed for detecting radiation, for example for optically detecting the brightness, that is to say the light emitted by the flame. The light radiation can be in the visible range, but also in the range of UV or infrared radiation. If the area around the measuring element is bright, a flame must be present. Thus, an optical detection of the flame is possible. Likewise, a flicker detector can be used, which detects radiation fluctuations in the visible, UV or IR range and deduces the presence of a flame.

Als weitere Alternative ist es möglich, das Messelement als Ionisationsfühler auszubilden. Der Ionisationsfühler ist in der Lage, Ionisationsvorgänge in der Flamme zu detektieren, die beim Verbrennungsvorgang auftreten. Hierbei ist es allerdings Voraussetzung, dass der Messfühler im Bereich der Flamme angeordnet ist, jedoch unter Beachtung der obigen Regeln. Demnach soll der für die Messung relevante Teil des Ionisationsfühlers (Messelement) nicht im heißen Zentrum der Flamme oder gar stromabwärts davon positioniert sein, sondern in dem durch die Zuführung der Verbrennungsluft kühleren Anfangsbereich der Flamme, wo auch noch der geforderte Sauerstoffüberschuss vorliegt.As a further alternative, it is possible to form the measuring element as Ionisationsfühler. The ionization probe is able to detect ionization processes in the flame which occur during the combustion process. However, it is a prerequisite that the sensor is located in the area of the flame, but in compliance with the above rules. Accordingly, the part of the ionization sensor (measuring element) which is relevant for the measurement should not be positioned in the hot center of the flame or even downstream of it, but in the initial area of the flame which is cooler due to the supply of combustion air, where the required oxygen excess is present.

Das Messelement liefert ein Signal, das von einer nicht näher zu erläuternden, an sich bekannten Steuerung ausgewertet wird. Sofern die Steuerung erkennt, dass eine Flamme vorliegt, müssen keine Steuerungsmaßnahmen ergriffen werden. Wenn hingegen die Flamme erlischt bzw. sich beim Startvorgang nicht nach einem vordefinierten Zeitraum ausbildet, wird das Fehlen der Flamme durch das Messelement detektiert und daraufhin durch die Steuerung erkannt. Die Steuerung kann dann Maßnahmen ergreifen, wie zum Beispiel ein Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr, um eine Geruchsbelästigung und Qualmbildung zu verhindern. Ebenso kann die Steuerung ein akustisches oder optisches Signal an den Bediener abgeben, um ihn auf das Erlöschen der Flamme hinzuweisen.The measuring element delivers a signal which is evaluated by a controller which is not to be explained in more detail. If the controller detects that a flame is present, no control measures must be taken. If, on the other hand, the flame is extinguished or does not form after a predefined period of time during the starting process, the absence of the flame is detected by the measuring element and then recognized by the controller. The controller can then take action, such as interrupting the fuel supply to prevent odor and smoke formation. Similarly, the controller may issue an audible or visual signal to the operator to alert him to the extinction of the flame.

In dem Mischbereich kann ein Vliesverdampfer zum Verdampfen des flüssigen Kraftstoffs vorgesehen sein. Dem Vliesverdampfer, zum Beispiel einem ringförmigen Metallvlies, wird Kraftstoff tröpfchenweise von einer Seite zugeführt. Durch die im Brennraum entstehende Wärme der Flamme ist das Metallvlies derart erhitzt, dass der Kraftstoff verdampft und durch die heranströmende Verbrennungsluft weiterbefördert wird. Dabei vermischt er sich mit der Verbrennungsluft und wird schließlich in der Flamme verbrannt.A nonwoven evaporator for evaporating the liquid fuel may be provided in the mixing area. The nonwoven evaporator, for example an annular metal fleece, is supplied with fuel from one side in droplets. Due to the heat of the flame in the combustion chamber, the metal fleece is heated in such a way that the fuel evaporates and is conveyed onwards by the approaching combustion air. He mixes with the combustion air and is finally burned in the flame.

Die Verbrennungsluftzuführung kann eine Dralleinrichtung aufweisen, um einen Strömungsdrall und damit eine wirbelförmige Strömung der Verbrennungsluft beim Eintreten in den Mischbereich zu erzeugen. Durch die drallförmige Strömung der Verbrennungsluft wird der Kraftstoff zuverlässiger und gleichförmiger mit der Verbrennungsluft gemischt, was eine verbesserte Verbrennung sicherstellt.The combustion air supply may comprise a swirling device to produce a flow swirl and thus a vortex-shaped flow of the combustion air upon entering the mixing region. The swirling flow of the combustion air mixes the fuel more reliably and more uniformly with the combustion air, which ensures improved combustion.

Das Messelement mit der Halterung kann z. B. von "hinten" in die Flamme gesteckt und soweit in den Mischbereich oder den Brennraum eingeführt werden, dass das Messelement eine direkte Messung der Strahlunswärme der Flamme ermöglicht. Das Messelement wird dabei von der Verbrennungsluft (Frischluft) wenigstens teilweise angeströmt oder gar vollständig umströmt, so dass eine gezielte Ablenkung der Flamme vom Messelement weg erfolgt. Die Anströmung mit Verbrennungsluft kann dabei konzentrisch um das Messelement, aber auch in Form eines "Vorhangs" ausgebildet sein.The measuring element with the holder can, for. B. inserted from the "back" in the flame and as far into the mixing area or the combustion chamber are introduced, that the measuring element allows direct measurement of Strahlunswärme the flame. The measuring element is at least partially streamed by the combustion air (fresh air) or even completely flows around it, so that a targeted deflection of the flame takes place away from the measuring element. The flow of combustion air can be formed concentrically around the measuring element, but also in the form of a "curtain".

Das Messelement hat je nach Einbautiefe und damit Eindringtiefe keinen oder einen nur minimalen Kontakt mit der Flammgrenze und kann daher entweder die Strahlungswärme der Flamme auf kürzeste Distanz messen, ohne jedoch die hohen Flammtemperaturen anzunehmen, oder kann nur mit der äußersten Spitze des Messelements in die durch den Verbrennungsluftstrom gezielt geformte Flammgrenze eintauchen. Die in das Messelement eingebrachte Wärme und die umströmende Verbrennungsluft halten das Messelement in einem thermischen Gleichgewicht. Das Messelement kann dabei milimetergenau relativ zu der Flamme bzw. der Flammgrenze platziert werden, so dass sich die Wärmeverteilung im Messelement und der Halterung und damit die Absoluttemperatur des Messelements optimal einstellen lassen.Depending on the installation depth and thus the penetration depth, the measuring element has no or only minimal contact with the flame boundary and can therefore either measure the radiant heat of the flame at the shortest distance, without assuming the high flame temperatures, or can only enter the extreme tip of the measuring element in FIG immerse the combustion air flow deliberately shaped flame border. The heat introduced into the measuring element and the combustion air flowing around keep the measuring element in a thermal equilibrium. The measuring element can be placed with millimeter precision relative to the flame or the flame boundary, so that the heat distribution in the measuring element and the holder and thus allow the absolute temperature of the measuring element set optimally.

Auch bei einem Lastwechsel der Brennervorrichtung bleibt die gemessene Temperatur am Fühler nahezu konstant. So steht zum Beispiel einer höheren Brennerleistung mit größerer Strahlungswärme der Flamme ein höherer (Kühl-)Volumenstrom durch die Verbrennungsluft gegenüber. Der auf das Messelement und die Halterung wirkende Aufheiz- und Kühlmechanismus ist daher gegenläufig wirksam, so dass sich das Temperaturniveau am Messelement kaum ändert.Even with a load change of the burner device, the measured temperature remains almost constant at the sensor. For example, a higher burner output with greater radiant heat from the flame faces a higher (cooling) volume flow through the combustion air. The acting on the measuring element and the holder heating and cooling mechanism is therefore ineffective, so that the temperature level hardly changes at the measuring element.

Der Sauerstoffüberschuss am Messelement gewährleistet, dass keine Rußbildung das Messergebnis beeinträchtigen kann. Durch die gezielte Umströmung des Messelements mit sauberer Verbrennungsluft kann darüberhinaus ein Schutzmantel gegenüber sonstigen Ablagerungen gebildet werden.The oxygen surplus on the measuring element ensures that no formation of soot can affect the measurement result. The targeted flow around the measuring element with clean combustion air can also be formed a protective sheath against other deposits.

Da die Halterung in einem Bereich angeordnet ist, der wenigstens teilweise durch die Verbrennungsluft gekühlt wird, ist es sehr einfach möglich, Kabel, die zu dem Messelement geführt werden müssen, ohne besonders hohe Temperaturbelastung zu halten.Since the holder is arranged in an area which is at least partially cooled by the combustion air, it is very easy to keep cables that must be guided to the measuring element, without particularly high temperature load.

Das Messelement kann an einer Stelle angeordnet werden, in der durch Formgebung des Mischbereichs bzw. des Brennraums eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird als stromab davon. Insbesondere kann die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft in diesem Bereich höher sein als die nachfolgende Flammausbreitungsgeschwindigkeit. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Flamme nicht zurückschlägt.The measuring element can be arranged at a position in which a higher flow velocity is achieved by shaping the mixing region or the combustion chamber than downstream thereof. In particular, the flow rate of the combustion air in this area may be higher than the subsequent flame propagation speed. This will ensure that the flame does not flash back.

Mit Hilfe der Halterung ist es möglich, einen physischen Kontakt des Messelements und damit einen Wärmeübergang in einem Bereich vorzusehen, der fernab von den heißen Bereichen der Flamme und des Abgases gelegen ist. Zum Beispiel kann die Halterung an einer Rückwand des Brenners befestigt werden, an der konstruktionsbedingt erheblich niedrigere Temperaturen vorliegen.With the aid of the support it is possible to provide a physical contact of the measuring element and thus a heat transfer in an area which is located far away from the hot areas of the flame and the exhaust gas. For example, the bracket may be attached to a back wall of the burner, at which, by design, significantly lower temperatures are present.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung.These and other advantages and features of the invention are explained in more detail below by means of an example with the aid of the accompanying figure. The single FIGURE shows a cross section through an embodiment of the burner device according to the invention.

Die Figur zeigt in vereinfachter Querschnittsdarstellung eine erfindungsgemäße Brennervorrichtung. Über eine Verbrennungsluftzuführung 1 wird primäre Verbrennungsluft 2 zugeführt. Im Bereich der Verbrennungsluftzuführung 1 können als Dralleinrichtung dienende Drallschaufeln 3 vorgesehen sein, die die Verbrennungsluftströmung mit einem Drall versehen, so dass die Verbrennungsluft 2 wirbelförmig in einen Mischbereich 4 geführt wird.The figure shows a simplified cross-sectional view of a burner device according to the invention. About a combustion air supply 1 primary combustion air 2 is supplied. In the area of the combustion air supply 1, swirl vanes 3 serving as swirling means can be provided, which provide the combustion air flow with a swirl, so that the combustion air 2 is guided in a vortex-shaped manner into a mixing area 4.

In dem Mischbereich 4 ist eine Kraftstoffzuführung zum Zuführen von Kraftstoff vorgesehen, die durch Metallvliese 5 exemplarisch dargestellt wird. Die Metallvliese 5 können ringförmig ausgebildet sein und an unterschiedlichen Stellen platziert sein. Die in der Figur gezeigten Positionen dienen daher lediglich der Erläuterung.In the mixing area 4, a fuel supply for supplying fuel is provided, which is exemplified by metal webs 5. The metal webs 5 may be annular and placed at different locations. The positions shown in the figure are therefore only illustrative.

In dem Mischbereich 4 ist eine mehrfach geschlitzte Wand 4a vorgesehen. Durch die Schlitze kann Verbrennungsluft 2 auch in den äußeren Bereich strömen und so das in der Figur gezeigte äußere Metallvlies 5 erreichen.In the mixing area 4, a multi-slotted wall 4a is provided. Combustion air 2 can also flow into the outer region through the slots and thus reach the outer metal fleece 5 shown in the FIGURE.

Dem Metallvlies 5 wird von außen Kraftstoff zugeführt, der im Metallvlies 5 verdampft. Der verdampfte Kraftstoff wird durch die verwirbelte Verbrennungsluft 2 mitgeführt, so dass das daraus resultierende Gemisch zu einem Brennraum 6 gelangt, der von einem Flammrohr 7 umschlossen ist.The metal fleece 5 is supplied from the outside fuel, which evaporates in the metal fleece 5. The vaporized fuel is entrained by the swirling combustion air 2, so that the resulting mixture reaches a combustion chamber 6, which is enclosed by a flame tube 7.

Dort bildet sich eine Flamme 8 in bekannter Weise aus. Stromauf von der Flamme 8 lässt sich eine Flammfront bzw. Flammgrenze 9 erkennen, die durch die herrschenden Strömungsverhältnisse im Mischbereich 4 bzw. Brennraum 6 relativ stabil gehalten wird. Die Flammgrenze 9 stellt den Bereich dar, an dem der Verbrennungsvorgang beginnt. Dort liegt durch die zuströmende Verbrennungsluft 2 ein Sauerstoffüberschuss vor.There, a flame 8 is formed in a known manner. Upstream of the flame 8, a flame front or flame boundary 9 can be seen, which is kept relatively stable by the prevailing flow conditions in the mixing area 4 and combustion chamber 6. The flame boundary 9 represents the area where the combustion process begins. There is an excess of oxygen due to the incoming combustion air 2.

Um eine kontrollierte Verbrennung in der Flamme 8 zu erreichen, ist weiterhin eine Blende 10 im Flammrohr 7 angeordnet. Das in der Flamme 8 entstehende Abgas wird nach oben abgeleitet und kann zum Beispiel einem Wärmetauscher zugeführt werden, der Bestandteil einer Heizung, zum Beispiel einer mobil einsetzbaren Heizung für Reisemobile und Caravans sein kann.In order to achieve a controlled combustion in the flame 8, a diaphragm 10 is further arranged in the flame tube 7. The resulting in the flame 8 exhaust gas is discharged upward and can be supplied, for example, a heat exchanger, which may be part of a heater, for example, a mobile usable heater for motorhomes and caravans.

Im Bereich der Blende 10 kann auch sogenannte sekundäre Verbrennungsluft aus der Umgebung zugeführt werden, die in der Flamme 8 verbrennt.In the region of the diaphragm 10, so-called secondary combustion air can also be supplied from the environment, which burns in the flame 8.

Im Inneren des Mischbereichs 4 ist ein Flammfühler 11 derart angeordnet, dass sein für die Messung relevantes Messelement 12 möglichst nah an die Flamme 8 heranreicht, ohne jedoch in die Flamme 8 einzudringen. Das Messelement 12 befindet sich somit nahe der Flammgrenze 9 im Bereich der Zuströmung der Verbrennungsluft 2.A flame sensor 11 is arranged in the interior of the mixing area 4 in such a way that its measuring element 12 relevant for the measurement comes as close as possible to the flame 8, but without penetrating into the flame 8. The measuring element 12 is thus located near the flame boundary 9 in the region of the inflow of combustion air 2.

Das Messelement 12 wird durch eine zu dem Flammfühler 11 gehörende Halterung 13 gehalten. Das Messelement 12 und die Halterung 13 bilden den Flammfühler 11 als integrales Bauelement, das zum Beispiel durch einen handelsüblichen Temperaturfühler (PT1000) mit Schutzrohr gebildet werden kann.The measuring element 12 is held by a holder 13 belonging to the flame sensor 11. The measuring element 12 and the holder 13 form the flame sensor 11 as an integral component, which can be formed for example by a commercially available temperature sensor (PT1000) with protective tube.

Der Flammfühler 11 ist über eine Befestigung 14 an einem Brennerrücken 15 befestigt. Von dort können Versorgungsspannungs- und Signalleitungen 16 abgeführt werden.The flame sensor 11 is attached via a fastening 14 to a burner back 15. From there supply voltage and signal lines 16 can be dissipated.

Wie durch den Pfeil in der Figur dargestellt, umströmt die Verbrennungsluft 2 den Flammfühler 11, bevor sie zur Flamme 8 gelangt. Da die Verbrennungsluft 2 aus der Umgebung stammt, ist sie zunächst kalt und kühlt somit die Halterung 13 und das Messelement 12. Dadurch liegt an dem Messelement 12 eine Temperatur an, die erheblich niedriger ist als die Temperaturen in der Flamme 8. Das Messelement 12 registriert lediglich die von der Flamme 8 resultierende Strahlungswärme. Das Messelement 12 gelangt jedoch nicht in Kontakt mit heißen Gasen in der Flamme 8 oder im Abgas.As shown by the arrow in the figure, the combustion air 2 flows around the flame sensor 11 before it reaches the flame 8. Since the combustion air 2 comes from the environment, it is initially cold and thus cools the holder 13 and the measuring element 12. This is due to the measuring element 12 at a temperature which is considerably lower than the temperatures in the flame 8. The measuring element 12 registered only the radiant heat resulting from the flame 8. However, the measuring element 12 does not come into contact with hot gases in the flame 8 or in the exhaust gas.

Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann der Flammfühler 11 durch einen Ionisationsfühler gebildet sein. Da der Ionisationsfühler darauf angewiesen ist, in Kontakt mit den in der Flamme entstehenden Gasionen zu gelangen, muss das an der Spitze des Flammfühlers 11 befindliche Messelement 12 in der Flamme 8 positioniert sein. Es genügt dabei aber, das Messelement 12 in dem Bereich der Flammgrenze 9 zu platzieren, wo bereits Verbrennungsvorgänge und damit Ionisationen erfolgen, jedoch noch ein Sauerstoffüberschuss durch die heranströmende Verbrennungsluft 2 gegeben ist.In another, not shown embodiment of the invention, the flame sensor 11 may be formed by an ionization sensor. Since the ionization sensor is instructed to come into contact with the gas ions generated in the flame, the sensing element 12 located at the tip of the flame sensor 11 must be positioned in the flame 8. It is sufficient, however, to place the measuring element 12 in the region of the flame boundary 9, where combustion processes and thus ionization are already taking place, but an excess of oxygen due to the oncoming combustion air 2 is still present.

Da die Verbrennungsluft 2 wenigstens die Halterung 13 kühlt, dient die Halterung 13 als Wärmesenke für das Messelement 12, so dass das Messelement 12, obwohl im Bereich der Flammwurzeln an der Flammgrenze 9 angeordnet, gekühlt wird und eine niedrigere Temperatur anliegt als in der Flamme 8.Since the combustion air 2 cools at least the holder 13, the holder 13 serves as a heat sink for the measuring element 12, so that the measuring element 12, although arranged in the region of the flame roots at the flame boundary 9, is cooled and a lower temperature is applied than in the flame 8 ,

Claims (13)

Brennervorrichtung, mit - einer Kraftstoffzuführung (5) zum Zuführen von Kraftstoff; - einer Verbrennungsluftzuführung (1) zum Zuführen von Verbrennungsluft (2); - einem Mischbereich (4) zum Bilden eines Gemischs des Kraftstoffs mit der Verbrennungsluft (2); - einem sich an den Mischbereich (4) anschließenden Brennraum (6), in dem das Gemisch in Form einer Flamme (8) zu einem Abgas verbrennbar ist; und mit - einem Messelement (12) zum Erfassen eines Parameters, der ein Kriterium für das Vorhandensein der Flamme (8) darstellt; dadurch gekennzeichnet, dass - das Messelement (12) stromauf von dem Abgasstrom in einem Bereich angeordnet ist, der einen durch die Verbrennungsluft (2) bedingten Sauerstoffüberschuss aufweist; und dass - das Messelement (12) von einer Halterung (13) gehalten ist, an der wenigstens teilweise die Verbrennungsluft (2) vor Erreichen der Flamme (8) vorbeigeführt wird. Burner device, with - A fuel supply (5) for supplying fuel; - A combustion air supply (1) for supplying combustion air (2); - a mixing section (4) for forming a mixture of the fuel with the combustion air (2); - A subsequent to the mixing region (4) combustion chamber (6) in which the mixture in the form of a flame (8) is combustible to an exhaust gas; and with - a measuring element (12) for detecting a parameter representing a criterion for the presence of the flame (8); characterized in that - The measuring element (12) is arranged upstream of the exhaust gas stream in an area which has an excess of oxygen due to the combustion air (2); and that - The measuring element (12) is held by a holder (13) on which at least partially the combustion air (2) is passed before reaching the flame (8). Brennervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Messelement (12) und/oder an der Halterung (13) wenigstens 30% der Verbrennungsluft vorbeigeführt werden.Burner device according to claim 1,
characterized in that on the measuring element (12) and / or on the holder (13) at least 30% of the combustion air are passed. Brennervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (12) wenigstens teilweise durch die Verbrennungsluft (2) angeströmt wird.Burner device according to claim 1 or 2,
characterized in that the measuring element (12) is at least partially flowed through by the combustion air (2). Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (12) vollständig durch die Verbrennungsluft (2) umströmt wird.Burner device according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the measuring element (12) is completely surrounded by the combustion air (2). Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (12) - bezogen auf die Strömung der Verbrennungsluft (2) - stromauf von der Flamme (8) angeordnet ist.Burner device according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the measuring element (12) - based on the flow of combustion air (2) - upstream of the flame (8) is arranged. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (12) im Bereich einer zwischen der Flamme (8) und der Verbrennungsluft (2) vorhandenen Flammgrenze (9) angeordnet ist.Burner device according to one of claims 1 to 5,
characterized in that the measuring element (12) in the region of between the flame (8) and the combustion air (2) existing flame boundary (9) is arranged. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (12) derart angeordnet ist, dass ein Sichtkontakt zwischen dem Messelement (12) und der Flamme (8) gegeben ist.Burner device according to one of claims 1 to 6,
characterized in that the measuring element (12) is arranged such that a visual contact between the measuring element (12) and the flame (8) is given. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Messelement (12) zu erfassende Parameter ausgewählt ist aus der Gruppe Temperatur, Strahlung, Vorhandensein von Gasionen.Burner device according to one of claims 1 to 7,
characterized in that the parameter to be detected by the measuring element (12) is selected from the group temperature, radiation, presence of gas ions. Brennervorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (12) ein Temperatur-Messelement oder ein optischer Sensor ist.Burner device according to claim 8,
characterized in that the measuring element (12) is a temperature measuring element or an optical sensor. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Messelement (12) zu erfassende Temperatur maximal 600° C beträgt.Burner device according to one of claims 1 to 9,
characterized in that the temperature to be detected by the measuring element (12) is at most 600 ° C. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Messelement (12) ein Ionisationsfühler ist.Burner device according to one of claims 1 to 10,
characterized in that the measuring element (12) is an ionization sensor. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich (4) einen Vliesverdampfer (5) zum Verdampfen des Kraftstoffs aufweist.Burner device according to one of claims 1 to 11,
characterized in that the mixing region (4) has a fleece evaporator (5) for evaporating the fuel. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluftzuführung (1) eine Dralleinrichtung (3) aufweist, zum Erzeugen eines Strömungsdralls der Verbrennungsluft (2) beim Eintreten in den Mischbereich (4).Burner device according to one of claims 1 to 12,
characterized in that the combustion air supply (1) comprises a swirl device (3) for generating a flow swirl of the combustion air (2) upon entering the mixing region (4).
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