EP2136140A1

EP2136140A1 - Brennerkopf für hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtungen

Info

Publication number: EP2136140A1
Application number: EP08018252A
Authority: EP
Inventors: Manfred Stocker
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2009-12-23

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Brennerkopf für hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtungen vorgesehen. Der Brennerkopf weist an einem Ende ein Düsenende auf, an dem die Flamme austritt, und am anderen Ende des Brennerkopfes ist ein Anschlussende vorgesehen, mit dem der Brennerkopf mit einer Brennervorrichtung verbunden ist. Der Brennerkopf weist einen Lichtleiterführungskanal auf, der sich vom Düsenende bis zum Anschlussende erstreckt und in dem ein Lichtleiter mit einer Lichteingangsseite und einer Lichtausgangsseite angeordnet ist. Die Öffnung des Lichtleiterführungskanals ist am Düsenende in der Nähe der Flamme angeordnet, so dass die UV-Strahlung der Flamme in die Lichteingangsseite des Lichtleiters eindringen kann, wobei die Lichtausgangsseite des Lichtleiters am Anschlussende vorzugsweise mit einem Sensor verbunden ist, um das Verhalten der Flamme zu überwachen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennerkopf für hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtungen.
In der DD 299920 A7 ist eine Vorrichtung zur optischen Überwachung von Hochtemperaturreaktoren beschrieben. Die Vorrichtung weist ein Bündel von Lichtleitfasern auf, das in einem Innenraum eines in den Hochtemperaturreaktor mündenden Kanals angeordnet ist. Das Bündel von Lichtleitfasern ist mit einer Stirnseite dem Innenraum des Hochtemperaturreaktors zugewandt und an der anderen Stirnseite ist das Bündel Lichtleitfasern in mindestens zwei Teilbündel aufgeteilt. Die einzelnen Teilbündel sind jeweils mit korrespondierenden optoelektronischen Wandlern verbunden.
Aus der DD 299137 A7 geht eine Zünd- und Überwachungseinrichtung für Brenner zur Erzeugung einer Flamme in einem Reaktionsraum hervor. Die Flamme wird mittels einer Lichtleitfaser überwacht, wobei die dem Reaktionsraum zugewandte Seite der Lichtleitfaser von der aus dem Reaktionsraum emittierten Strahlung getroffen wird und die dem Reaktionsraum abgewandte Seite der Lichtleitfaser ist mit einem optoelektronischen Wandler gekoppelt. Das Bündel Lichtleitfasern ist von einem Mantel umgeben, der einen Spühlgasanschluss aufweist und in Richtung des Reaktionsraumes über die Stirnseite des Bündels herausragt und eine kreisförmige Ausströmöffnung bildet.
In der DE 10 2005 036 146 A1 ist eine Anordnung zur optischen Flammenprüfung beschrieben. Der Messaufbau besteht aus einer Kombination zweier optischer Sensoren. Zur Bilderfassung wird eine Digitalkamera eingesetzt, mit der hochauflösenden Helligkeitsverteilung der gesamten oder von Teilen der Flammen als Graubilder aufgezeichnet werden können. Parallel dazu wird eine spektrale Beobachtung der Flamme durch einen Spektralsensor in einem weiteren Wellenlängenbereich vorgenommen. Der Spektralsensor ist über einen Lichtwellenleiter mit einem Diodenzeilenspektrometer verbunden. Mit diesem Spektralsensor werden die Emissions- oder Transmissionsspektren der Flamme an festgelegten Punkten detektiert, die die Flammequalität charakterisieren. Somit ist es möglich, gleichzeitig Bilder und Spektren von Flammen eines Kraftbrenners aufzunehmen, wodurch eine Flammenüberwachung möglich ist.
In der G 9315161.6 U1 ist ein Brenner für abzufackelnde Industriegase beschrieben. Ein derartiger Brenner weist mindestens eine Sekundärluftzuführung sowie einen Zündbrenner und eine Flammenüberwachung für die abzufackelnden Gase auf. Zur Flammenüberwachung dient eine in unmittelbarer Nähe der Hauptflamme angeordnete, von Sprühluft durchströmte Sonde. Die Sonde weist eine Optik und einen Lichtleiter in ihrem Inneren auf. An den Lichtleiter ist ein strahlungsempfindliches Messgerät angeschlossen. Das Messgerät ist insbesondere ein Pyrometer. Die Optik und der Lichtleiter werden durch die die Sonde durchströmende Spühlluft geschützt, insbesondere gekühlt. Der Zustand der Hauptflamme kann bei dieser Art der direkten Überwachung verzögerungsfrei von dem Messgerät festgestellt werden, so dass ein notwendiger Eingriff zur Steuerung der Hauptflamme unverzüglich durchgeführt werden kann.
Aus der DE 40 258 52 A1 geht eine Zünd- und Überwachungsvorrichtung für Brenner hervor. Die Überwachungsvorrichtung ist für Brenner in Industrieöfen, in denen Flammenreaktionen ablaufen, vorgesehen. Dabei wird ein Bündel von Lichtleitfasern mit ringförmigen Querschnitt und ebener Stirnseite einem Reaktionsraum derart zugewandt, dass die Stirnseite von einer aus dem Reaktionsraum emittierten Strahlung getroffen wird. Das Bündel umhüllt dicht einen elektrischen Leiter und isoliert diesen. Der elektrische Leiter setzt sich über die Stirnseite des Bündels als Zündelektrone fort, wobei deren Spitze auf ein Bauteil gerichtet ist und eine Funkenstrecke bildet. Die Lichtleitfasern des Bündels sind auf der dem Reaktionsraum abgekehrten Seite mit mindestens einem optoelektronischen Wandler verbunden, wobei der elektrische Leiter mit einem Hochspannungsanschluss versehen ist.
In der DE 40 259 09 A1 ist eine Vorrichtung zur optischen Überwachung von Hochtemperaturreaktoren, in denen Flammenreaktionen unter erhöhtem Druck ablaufen, beschrieben. Zur Flammenüberwachung ist ein Bündel von Lichtleitfasern mit einer ebenen Stirnseite dem Reaktionsraum zugewandt. Am anderen Ende ist das Bündel von Lichtleitfasern in mindestens zwei Teilbündel aufgeteilt. Jedem Teilbündel ist eine charakteristische Anzahl von Lichtleitfasern zugeordnet, wobei die einzelnen Teilbündel jeweils mit korrespondierenden optoelektronischen Wandlern zur Umwandlung optoelektronischen Wandlern zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlungsenergie eines definierten Wellenlängenbereichs in elektrische Signale verbunden sind.
Die oben beschriebenen Vorrichtungen sind statisch. Bei hand- oder maschinengeführten Brennervorrichtungen, z.B. bei Autogenbrennern, ist es nicht möglich, seitlich am Bereich der Flamme Halteeinrichtungen zum Halten des Endes eines Lichtleiters vorzusehen, da dies beim Bewegen der Brenner stören würde. Bei derartigen Autogenbrennem ist es schwierig, einen optischen Sensor anzuordnen, so dass er zuverlässig die Flamme detektieren kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereit zu stellen, die eine sichere, zuverlässige und einfache Flammenüberwachung einer Brennerflamme einer hand-oder maschinengeführten Brennervorrichtung erlaubt.
Die Aufgabe wird mit einem Brennerkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Brennervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Brennerkopf für hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtungen vorgesehen. Der Brennerkopf weist an einem Ende ein Düsenende auf, an dem die Flamme austritt, und am anderen Ende der Brennerkopf ist ein Anschlussende vorgesehen, mit dem der Brennerkopf mit einer Brennervorrichtung verbunden ist. Der Brennerkopf weist einen Lichtleiterführungskanal auf, der sich vom Düsenende bis zum Anschlussende erstreckt und in dem ein Lichtleiter mit einer Lichteingangsseite und einer Lichtausgangsseite angeordnet ist. Die Öffnung des Lichtleiterführungskanals ist am Düsenende in der Nähe der Flamme angeordnet, so dass die UV-Strahlung der Flamme in die Lichteingangsseite des Lichtleiters eindringen kann, wobei die Lichtausgangsseite des Lichtleiters am Anschlussende vorzugsweise mit einem Sensor verbunden ist, um das Verhalten der Flamme zu überwachen.
Erfindungsgemäß wird eine hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtung mit einem Brennerkopf mit einem Lichtleiter bereit gestellt. Die Brennervorrichtung weist zumindest eine Gasleitung zum Zuführen von Brenngas auf, die an dem Anschlussende des Brennerkopfes angeschlossen ist. Des weiteren ist eine Steuereinrichtung zum automatischen Steuern der Brenngaszufuhr vorgesehen. Die Brennervorrichtung umfasst einen Sensor, der an den von der Brennerseite entfernten Ende des Lichtleiters an diesen zur Detektion des vom Lichtleiter übertragenen Lichts gekoppelt ist, wobei der Sensor an die Steuereinrichtung derart gekoppelt ist, dass diese nach Maßgabe des detektierten Lichtes die Brenngaszufuhr steuert.
Der Betrieb von handgeführten und vollautomatisierten Brennern und Sonderbrenneranlagen wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung störungssicher, da die Flamme der Brennervorrichtung sicher und zuverlässig überwacht werden kann.
Das unerwünschte Ausströmen von Gas kann verhindert werden, da eine Steuereinrichtung die Gaszufuhr zum Brennerkopf sofort unterbricht sobald keine Flamme mehr vorhanden ist.
Erfindungsgemäß wird ein Lichtleiter verwendet, der entlang des Brennerschaftes bzw. des Brennerkopfes geführt wird und im Nachbarbereich zur Flamme entsprechend angeordnet ist, so dass die Stirnfläche des Lichtleiters bzw. des Lichtleiterkabels, das mehrere Lichtleiter umfassen kann, auf die Flamme gerichtet ist.
Dadurch, dass das Licht zum Sensor mittels des Lichtleiters übertragen wird benötigt der Sensor keinen direkten Sichtkontakt zu der zu überwachenden Flamme. Es besteht somit keine Gefahr das der hitzeempfindliche Sensor verschleißt, da er in ausreichender Entfernung zur Flamme angeordnet werden kann.
In der Vorrichtung kann ein Kühlkreislauf zum Kühlen des Brennerkopfes mittels eines Kühlmediums vorgesehen sein. Erfindungsgemäß ist der Lichtleiterführungskanal und der darin angeordnete Lichtleiter derart im bzw. am Kühlkreislauf angeordnet, dass der Lichtleiter mittels des Kühlmediums gekühlt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch vorgesehen sein, den Lichtleiter in der Gasleitung anzuordnen, um ihn mittels des in der Gasleitung strömenden Gases zu kühlen.
Durch die Kühlung des Lichtleiters wird dieser vor Beschädigungen und Überhitzung durch die Flammen des Brenners geschützt.
Das düsenendseitige Endes des Lichtleiters ist derart angeordnet, dass nur die zu überwachende Flamme detektiert wird. Dadurch ist ein Störungseinfluss durch Fremdlicht weitgehend unmöglich.
Mit der Erfindung soll vor allem die Zündflamme überwacht werden, um sicher zu stellen, dass die Flamme nicht ausgeht. UV-Licht ist besonders geeignet um das Vorhandensein einer Flamme festzustellen. Es ist aber genauso gut möglich eine oder mehrere Hauptflammen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu überwachen.
Insbesondere ist eine Kontrolle der Flamme von Vorteil, wenn der Brenner z.B. hinter einem Hitzeschild angeordnet ist und die Sicht auf die Flamme durch den Hitzeschild verdeckt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert durch Detektion und Abschaltung sicher und zuverlässig das Ausströmen von Gas bei einer Brennervorrichtung. Ausströmendes Gas kann, wenn es sich ansammelt und zufällig gezündet wird, zu einer unkontrollierten Personen gefährdenden Explosion führen. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden derartige Unfälle verhindert.
Die Brennervorrichtungen der vorliegenden Erfindung können Autogenbrenner sein. Dies sind Werkzeuge, die zum Schneiden, Härten und Schweißen eingesetzt werden. Diese Brenner werden entweder von Hand oder mittels Roboterarm bewegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann z.B. bei Einflammenbrennern, Mehrflammenbrennern, umschaltbaren 2-, 3-, 5-Flammenbrennern und Sonderbrennem verwendet werden.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen dabei schematisch:

Figur 1a:: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brennerkopf gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 1b:: eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Brennerkopfes gemäß Figur 1 a.
Figur 2:: eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung,
Figur 3:: einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Brennerkopf gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Figur 4a:: ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung,
Figur 4b:: ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung,
Figur 4c:: ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung,
Figur 4d:: ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung.

Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Brennervorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1, Fig. 2) erläutert.
Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung 1 (Fig. 1a, 1b, 2) umfasst einen Brennerkopf 2 mit einem Anschlussende 3 zum Anschließen zumindest einer Gasleitung 8 und einem Düsenende 4, an welchem zumindest ein Düsenabschnitt zum Austreten des zugeführten Gases ausgebildet ist, sowie einen Lichtleiterführungskanal 5, der an dem Brennerkopf 2 vorgesehen ist und der sich vom Anschlussende 3 bis zum Düsenende 4 erstreckt. Im Lichtleiterführungskanal 5 ist ein Lichtleiter 6 angeordnet, der mit einem Ende im Bereich des Düsenendes 4 des Brennerkopfes 2 derart angeordnet ist, dass Licht von am Düsenende 4 austretenden und verbrennenden Gas in den Lichtleiter 6 eintreten kann und zu einem entfernt angeordneten Sensor 10 geführt werden kann.
Die Brennervorrichtung 1 weist ein Brennersteuersystem 7 mit zumindest einer Gasleitung 8 zum Zuführen von Brenngas auf, die an dem Anschlussende 3 des Brennerkopfes 2 angeschlossen ist, sowie eine Steuereinrichtung 9 zum automatischen Steuern der Brenngaszufuhr. An dem von dem Brennerkopf 2 entfernten Ende des Lichtleiters 6 ist der Sensor 10 angeordnet. Der Sensor 10 ist derart an den Lichtleiter 6 gekoppelt, dass er das im Lichtleiter 6 übertragene Licht empfangen und detektieren kann. Der Sensor 10 ist mit der Steuereinrichtung 9 derart verbunden, dass diese nach Maßgabe des detektierten Lichts die Brenngaszufuhr steuern kann.
Das Brennersteuersystem 7 (Fig. 2) umfasst ein Mischerrohr 11 mit einem Gasversorgungsende 12 und einem Gasanschlussende 13. Am Gasversorgungsende 12 ist das Mischerrohr 11 mit einem Luftventil 14 über eine schlauchförmige Luftleitung mit einer Sauerstoff- oder Druckluftversorgungsquelle 16 verbunden. Das Gasversorgungsende 12 des Mischerrohrs 11 ist über ein Brenngasventil 17 über eine schlauchförmige Brenngasleitung 8 mit einer Brenngasversorgungsquelle 19 verbunden. Die Brenngasversorgungsquelle 19 ist beispielsweise eine Acetylen-Druckflasche. Im Bereich des Gasversorgungsendes 12 des Mischerrohres 11 ist eine Druckanzeige 20, zur Überwachung des Gasdrucks im Mischerrohr 11 vorgesehen. In dem Mischerrohr 11 mischen sich der Sauerstoff aus der Sauerstoffversorgungsquelle 16 und das Brenngas aus der Brenngasversorgungsquelle 19. Das Mischungsverhältnis der beiden Gase kann über die Ventile 14, 17 eingestellt werden.
Das Brennersteuersystem 7 umfasst ein zweites Mischerrohr 21, ebenfalls mit einem Gasanschlussende 22 und einem Gasversorgungsende 23. Über ein Ventil 24 und eine schlauchförmige Leitung 25 ist das Mischerrohr 21 am Gasversorgungsende 23 mit einer Sauerstoffversorgungsquelle 26 verbunden. Über ein Ventil 27 und eine Leitung 18 ist das Mischerrohr 21 mit einer Brenngasversorgungsquelle 29 verbunden. Im Mischerrohr 21 wird eine Gasmischung für die Zündflamme bereitgestellt. Deshalb wird das Mischerrohr 21 im Folgenden als Zündgas-Mischerrohr bezeichnet.
Anstatt der beiden Mischerrohre 11, 21 am Anschlussende 3 des Brennerkopfes 2 kann auch vorgesehen sein, dass das Brenngasgemisch in getrennten Kanälen bis in die Nähe des Düsenendes 4 des Brennerkopfes 2 geführt und dort erst gemischt wird. Auf diese Weise muss das brennbare Brenngasgemisch nicht den gesamten Brennerkopf durchströmen.
Das Brennersteuersystem 7 weist als Sensor 10 einen UV-Sensor zum Erfassen des ultravioletten Lichts einer Flamme auf. Als Sensor 10 kann beispielsweise ein Sensor UVS 1, UVS 5 oder UVS 6 der Firma Krom Schröder verwendet werden.
Das Brennersteuersystem 7 umfasst eine Kühlmittelvorlaufleitung 29 mit Ventil 30, in die über eine Pumpe 31 Kühlmittel aus einem Kühlmitteltank 32 gefördert wird. Als Kühlmittel kann zum Beispiel Wasser oder ein geeignetes Gas verwendet werden. Es ist ein Kühlmittelrücklaufleitung 33 vorgesehen, der ebenfalls ein Ventil aufweist 44.
Die Steuereinrichtung 9 weist einen Mikroprozessor auf und ist über elektrische Steuerleitungen mit den Ventilen 14, 17, 24, 27, 30, 33, der UV-Sonde verbunden.
Im folgenden wird der Brennerkopf 2 der Brennervorrichtung 1 anhand von Figur 1 erläutert. In der nachfolgenden Beschreibung werde die Angaben oben und unten entsprechend der Figuren verwendet.
Der Brennerkopf 2 weist einen in etwa quaderförmigen, hohlen Düsengrundkörper 34 auf der das Gehäuse des Brennerkopfes 2 bildet. Der Düsengrundkörper 34 umfasst eine Vorderwandung bzw. Düsenwandung 35 am Düsenende 4, eine Rückwandung bzw. Anschlusswandung 36 am Anschlussende 3, zwei Seitenwandungen 38, eine Oberwandung 39 und eine Unterwandung 40.
In der Vorderwandung 35 ist eine sich von der einen Seitenwandung 38 zur anderen Seitenwandung 38 erstreckenede Aussparung 41 ausgebildet. Die Aussparung 41 ist derart ausgebildet, dass die Vorderwandung 35 im Bereich der Aussparung 41 in etwa dreiecksförmig zurückversetzt ist.
Der Brennerkopf 2 ist z.B. aus Messing, Kupfer oder einer anderen geeigneten Legierung ausgebildet.
Am Anschlussende 3 bzw. der Anschlusswandung 36 des Brennerkopfes 2 ist in etwa mittig eine Gasleitung 42 angeordnet. Die Gasleitung 42 erstreckt sich in das Innere bzw. den Hohlraum des quaderförmigen Düsengrundkörpers 34, in dem sich die Gasleitung 42 in drei Düsenkanäle 43 aufteilt. An jedem der drei Düsenkanäle 43 ist jeweils eine Hauptflammendüse 44 ausgebildet. Die Hauptflammendüsen 44 sind z.B. übereinander angeordnet und derart ausgerichtet, dass sie das Gasgemisch in etwa waagrecht aus dem Brennerkopf 2 leiten. Auf diese Weise werden drei Hauptflammen bereitgestellt.
Die Anzahl, die Anordnung und die Ausbildung der Hauptflammendüsen 44 kann je nach Verwendungszweck variiert werden. Es können z.B. auch mehrere Reihen mit jeweils mehreren Hauptflammendüsen 44 vorgesehen sein, die dann eine Art Flammenarray ausbilden. Diese Hauptflammendüsen 44 sind dann flächig über die Düsenwandung 35 des Brennerkopfes 2 verteilt.
Das aus der Anschlusswandung 36 herausragende Ende der Gasleitung 42 wird als Anschlussabschnitt 45 bezeichnet. Der Anschlussabschnitt 45 ist über eine gasdichte Verbindung, wie zum Beispiel einen Konus und eine Überwurfmutter, mit dem Mischerrohr 11 des Brennersteuersystems 7 verbunden.
Im oberen Drittel des Anschlussendes 3 bzw. der Anschlusswandung 36 des Brennerkopfes 2 ist eine Zündflammengasleitung 46 vorgesehen. Die Zündflammengasleitung 46 erstreckt sich vom Anschlussende 3 des Brennerkopfes 2 durch den Düsengrundkörper 34 und endet in einem Schenkel der Aussparung 41 der Düsenwandung 35 des Düsengrundkörpers 34. Düsenendseitig ist an der Zündflammengasleitung 46 eine Zündflammenkopf 47 vorgesehen, die in Richtung der Hauptflammendüsen 44 geneigt ist, um diese zu entflammen. Das aus der Anschlusswandung 36 herausragende Ende der Zündgasleitung 46 wird als Anschlussabschnitt 48 bezeichnet. Der Anschlussabschnitt 48 ist über eine gasdichte Verbindung, wie zum Beispiel einen Konus und eine Überwurfmutter, mit dem Mischerrohr 21 des Brennersteuersystems 7 verbunden.
Im oberen Bereich der Anschlusswandung 36 des Düsengrundkörpers 34 ist ein rohrförmiger, mit der Anschlusswandung 36 bündig abschließender Kühlmittelzulauf 48 angeordnet. Der Kühlmittelzulauf 48 ist über eine flüssigkeitsdichte Verbindung, zum Beispiel einen Konus und eine Überwurfmutter, mit der Kühlmittelvorlaufleitung 29 des Brennersteuersystems 7 verbunden. Der Kühlmittelzulauf 48 weist eine Lichtleiteraussparung 49 zum Durchführen des Lichtleiters 6 bzw. eines Lichtleiterabschnitts des Lichtleiters auf.
Im unteren Bereich der Anschlusswandung 36 des quaderförmigen Düsengrundkörpers 34 ist ein rohrförmiger, mit der Anschlusswandung 36 bündig abschließender Kühlmittelablauf 51 angeordnet. Der Kühlmittelablauf 51 ist über eine flüssigkeitsdichte Verbindung, wie zum Beispiel einen Konus und eine Überwurfmutter, mit der Kühlmittelrücklaufleitung 33 des Brennersteuersystems 7 verbunden.
Das über die Pumpe 31 und die Kühlmittelvorlaufleitung 29 durch den Kühlmittelzulauf 49 geförderte Kühlmittel durchströmt den quaderförmigen Düsengrundkörper 34 vom Bereich der Oberwandung 39 bis zum Bereich der Unterwandung 40 wo es durch den Kühlmittelablauf 51 aus dem Düsengrundkörper 34 austritt. Auf diese Weise wird der wärmeleitende Düsengrundkörper 34 gekühlt und so vor Überhitzung durch die Hauptflammen und die Zündflamme geschützt.
Der Lichtleiter 6 der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist einen Lichtleiterdüsenabschnitt 52 und einen Lichtleitersteuersystemabschnitt 53 auf. Die beiden Lichtleiterabschnitte 52, 53 sind beispielsweise über einen Steckverbinder 54 miteinander verbunden. Der Steckverbinder 54 ist z.B. ein Physical-Contact-Stecker (PC-Stecker).
Im oberen Schenkel der dreiecksförmigen Aussparung 41 der Düsenwandung 35 ist das düsenendseitige Ende des Lichtleiterdüsenabschnitts 52 in einer kleinen Bohrung mit einem Durchmesser von z.B. 1,5 mm bis 3 mm und vorzugsweise 2 mm angeordnet.
Innerhalb der Bohrung kann das hitzeempfindliche, düsenendseitige Ende des Lichtleiters von der Düsenwandung 4 etwas zurückversetzt angeordnet sein (z.B. 1-3 mm), um es vor der der direkten Hitze der zu überwachenden Flamme zu schützen.
Das düsenendseitge Ende des Lichtleiters 6 ist in etwa mit einem Abstand kleiner 10 mm, insbesondere kleiner 3 mm, insbesondere kleiner 2 mm von der zu detektierenden Flamme beabstandet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das düsenendseitge Ende des Lichtleiters in etwa mit einem Abstand kleiner 50 mm, insbesondere kleiner 30 mm, insbesondere kleiner 20 mm von der zu detektierenden Flamme beabstandet ist. Bei derart großen Abständen ist es zweckmäßig eine Linse zum Einkoppeln des Lichtes der zu überwachenden Flamme in den Lichtleiter vorzusehen.
Im Randbereich des düsenendseitigen Endes des Lichtleiterdüsenabschnitts 52 kann eine Lichtleiterabschlussplatte 55 vorgesehen sein. Die Lichtleiterabschlussplatte 55 ist aus einem schlecht wärmeleitenden Material ausgebildet, um den Lichtleiter 6 vor der Hitze der Flamme zu schützen.
Der Lichtleiterdüsenabschnitt 52 erstreckt sich von seinem düsenendseitigen Ende bzw. der Aussparung 41 der Düsenwandung 35 durch den Düsengrundkörper 34 bis hin zur Anschlusswandung 36 bzw. in den Kühlmittelzulauf 49. Durch die Lichtleiteraussparung 50 im Kühlmittelzulauf 49 wird der Lichtleiterdüsenabschnitt 52 aus dem Brennerkopf 2 geführt. Der Lichtleiterdüsenabschnitt 52 ist in der Lichtleiteraussparung 50 fixiert. Der Abschnitt des Düsengrundkörpers 34 und der Abschnitt des Kühlmittelzulaufs 49 durch die der Lichtleiterdüsenabschnitt 50 geführt ist werden in diesem Ausführungsbeispiel als Lichtleiterführungskanal 5 bezeichnet.
Es kann aber auch ein separater rohrförmiger Körper in dem der Lichtleiter 6 angeordnet ist vorgesehen sein, der dann als Lichtleiterführungskanal 5 bezeichnet wird.
Das düsenendseitige Ende des Lichtleiters 6 ist derart angeordnet, dass die Stirnseite des Lichtleiters 6 durch die das Licht in den Lichtleiter einfällt auf die Zündflamme gerichtet ist. Die Stirnseite des Lichtleiters 6 muss so ausgerichtet werden dass nur die zu überwachende Flamme, in diesem Ausführungsbeispiel die Zündflamme, ein Signal erzeugt.
Der Lichtleiter 6 kann als ein- oder mehradriger Lichtleiter ausgebildet sein. Der Lichtleiter 6 ist zum Übertragen des Wellenlängenbereichs des UV-Lichts ausgebildet. Der Lichtleiter weist eine ausreichende Flexibilität auf, um ihn entsprechend im Brennerkopf anzuordnen.
Der Lichtleiterdüsenabschnitt 52 ist außerhalb des Brennerkopfes 2 über den Steckverbinder 54 mit einem Ende des Lichtleitersteuersystemabschnitts 53 verbunden.
Das andere Ende des Lichtleitersteuersystemabschnitts 53 ist mit der UV-Sonde 10 verbunden.
Durch die Anordnung innerhalb des quaderförmigen Düsengrundkörpers 34 und im Kühlmittelzulauf 49 bzw. im Lichtleiterführungskanal 5 wird der Lichtleiter 6 effektiv vor Überhitzung durch die Wärmeaufnahme des Düsengrundkörpers 34 durch die Hauptflammen und die Zündflamme geschützt.
Im tiefsten Punkt der Aussparung 41 der Düsenwandung 35 ist eine Zündkerze 56 derart angeordnet, dass elektronische Zündelektroden 57 der Zündkerze 56 außerhalb der Düsenwandung 35 angeordnet sind. Der Rest der Zündkerze 56 ist im Düsengrundkörper 34 fixiert. Der Zündfunke der Zündkerze 56 ist zum Entzünden des aus der Zündflammendüse 47 ausströmenden Gases vorgesehen. Die Zündkerze 56 ist über eine elektrische Steuerleitung mit der Steuereinrichtung 9 des Steuersystems 7 verbunden. Die Steuerleitung kann beispielsweise von der Zündkerze 56 durch den Düsengrundkörper 34 über den Kühlmittelzulauf 49 und die Kühlmittelvorlaufleitung 29 zur Steuereinrichtung 9 geführt sein.
Auf diese Weise kann die Zündflamme bereit gestellt werden, die dann wiederum die Hauptflammen entzünden kann.
Die Anordnung der Bauteile (Gasleitung 8, Zündgasleitung 46, Kühlmittelzulauf 49, Kühlmittelablauf 51 usw.) des erfindungsgemäßen Brennerkopfes erfolgt in der Regel etwa kreisförmig, um den Aufbau des Brennerkopfes möglichst platzsparend und kompakt auszuführen. Diese Bauteile sind von einem im Querschnitt kreisförmigen Gehäuse 37 umschlossen. In den Figuren wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit diese Bauteile übereinander angeordnet.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Der Brennerkopf 2 und das Brennersteuersystem 7 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) unterscheiden sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich durch die Anordnung des Lichtleiters.
Der Anschlussabschnitt 45 der Gasleitung 42 weist eine Aussparung 58 zum Durchführen des Lichtleiterdüsenabschnitts 52 des Lichtleiters 6 auf. Der Lichtleiterdüsenabschnitts 52 erstreckt sich durch Aussparung 58 in den Anschlussabschnitt 45 bzw. in die Gasleitung 42, von dort aus in den obersten der drei Düsenkanäle 43.
An den obersten der drei Düsenkanäle 43 ist ein Lichtleiterführungskanalabschnitt 59 angeschlossen. Dieser erstreckt sich bis in den unteren Schenkel der dreiecksförmigen Aussparung 41 und von dort wieder zurück in den obersten der drei Düsenkanäle 43. Das in den Düsenkanälen strömende Gas srömt vom obersten der drei Düsenkanäle 43 in den Lichtleiterführungskanalabschnitt 59 und von dort wieder zurück in den obersten der drei Düsenkanäle 43. Der Lichtleiterdüsenabschnitt 52 ist im Lichtleiterführungskanalabschnitt 59 angeordnet und endet in der Aussparung 41, wo er gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel angeordnet ist.
Die Bauteile durch die sich der Lichtleiter erstreckt werden in ihrer Gesamtheit als Lichtleiterführungskanal 5 bezeichnet.
Der Lichtleiter 6 bzw. der Lichtleiterdüsenabschnitt 52 wird durch das den Lichtleiterführungskanalabschnitt strömende Gas effektiv gekühlt und auf diese Weise vor Überhitzung durch den Brennerdüsengrundkörper geschützt.
Es ist auch möglich den das düsenendseitige Ende des Lichtleiterdüsenabschnitts über eine Öffnung aus dem obersten der drei Düsenkanäle zu führen und den Abschnitt bis zur Aussparung 41 mittels des zirkulierenden Kühlmittels zu kühlen. Der Lichtleiter 6 wird dann mit Kühlmittel und Gas gekühlt.
Der Lichtleiter 6 kann zum Kühlen auch in der Zündgasleitung 33 angeordnet sein.
Es kann auch vorgesehen sein das der Lichtleiter 6 in einem separaten rohrförmig ausgebildeten Lichtleiterführungskanal 5 innerhalb des Brennerkopfes 2 derart angeordnet ist, dass zwischen dem Lichtleiter 6 und dem Lichtleiterführungskanal 5 ein Ringspalt ausgebildet ist. Zum Kühlen des Lichtleiters kann vorgesehen sein diesen Ringspalt mit inertem Gas zu durchströmen, um den Lichtleiter 6 zu kühlen. Das inerte Gas kann z.B. Druckluft oder Sauerstoff sein das am düsenendseitigen Ende des Lichtleiterführungskanals in der Aussparung 41 aus dem Ringspalt austritt.
Der Lichtleiterführungskanals 5 kann von einem Schlauch ausgekleidet sein, um ihn abzudichten. Dies ist insbesondere notwendig wenn der Lichtleiter aus mehreren Abschnitten ausgebildet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel das den in den Figuren 1a, 1b und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht, sofern nachfolgend nichts anderes ausgeführt ist, ist vorgesehen die Brenngasleitung bzw. die Brenngasleitungen und den Lichtleiterführungskanal in einem gemeinsamen Führungsrohr durch den Brennerkopf zu führen. Im Führungsrohr strömt zum Kühlen ein Kühlmittel, das den Lichtleiterführungskanal und die weiteren Leitungen bzw. Kanäle umströmt.
Der Lichtleiter ist im Lichtleiterführungskanal derart angeordnet, dass zwischen dem Lichtleiter und dem Lichtleiterführungskanal ein Ringspalt ausgebildet ist. Dieser Ringspalt wird von einem Gas, insbesondere Luft in Richtung Düsenwandung durchströmt, um den Lichtleiter zu kühlen.
Das Führungsrohr mündet in den Düsengrundkörper in dem die einzelnen Leitungen und Kanäle auseinander geführt werden.
Der Lichtleiter ist in einer Bohrung im Brennerkopf in unmittelbarer Näher der zu detektierenden Flamme angeordnet. Durch die Bohrung tritt das den Lichtleiter kühlende und umströmende Gas am Brennerkopf aus und kühlt auch die Bohrung. Auf diese Weise wird insbesondere das hitzeempfindliche düsenendseitige Ende des Lichtleiters effektiv gekühlt.
Bei dieser Ausführungsform wird der Lichtleiter im Führungsrohr sowohl durch das flüssige Kühlmittel als auch durch die Kühlluft abgekühlt.
Das Führungsrohr kann auch neben einer Kühleinrichtung des Brennerkopfes angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Lichtleiterführungskanal außen an dem Brennerkopf angeordnet.
Erfindungsgemäß der Lichtleiter 6 dann entlang des Brennerschaftes bzw. des Brennerkopfes geführt und im Nachbarbereich zur Flamme entsprechend angeordnet, so dass die Stirnfläche des Lichtleiters bzw. des Lichtleiterkabels, das mehrere Lichtleiter umfassen kann, auf die Flamme gerichtet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 4a) ist ein separater Lichtleiterführungskanal 5 vorgesehen. Der Lichtleiterführungskanal ist aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet. Im Lichtleiterführungskanal ist ein Lichtleiter derart angeordnet, dass zwischen dem Lichtleiter und dem Lichtleiterführungskanal ein Ringspalt ausgebildet ist. Der Ringspalt wird von einem Kühlmedium beispielsweise von inertem Gas durchströmt, um den Lichtleiter zu kühlen.
Über ein Verbindungselement 60 ist der Lichtleiterführungskanal 5 entlang des Brennerschaftes des in Fig. 4a dargestellten Einflammenbrenners geführt. Das Verbindungselement 60 ist aus einem schlecht wärmeleitenden Material ausgebildet, um den Lichtleiterführungskanal 5 thermisch von dem heißen Brennerkopf 2 zu entkoppeln.
Entsprechend ist der Lichtleiter bei dem in Fig. 4c dargestellten umschaltbaren 3-Flammenbrenner angeordnet.
Bei einem in Fig. 4b dargestellten Mehrflammenbrenner ist der Lichtleiterführungskanal und der darin angeordnete Lichtleiter im Brennerschaft bzw. dem Brennerkopf geführt. Die Anordnung des Lichtleiterführungskanals und des darin angeordneten Lichtleiter ist durch die gestrichelte Linie schematisch dargestellt. Die Kühlung des Lichtleiters kann auf eine der oben beschriebenen Weisen erfolgen.
Entsprechend ist der Lichtleiter bei dem in Fig. 4d dargestellten Sonderbrenner angeordnet.
Grundsätzlich ist es auch möglich den Lichtleiter ohne Lichtleiterführungskanal zu verwenden, wenn das Material des Lichtleiter für eine derartige Anwendung geeignet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch vorgesehen sein den Lichtleiter mit einer eigenen Kühleinrichtung mittels eines Kühlmediums zu Kühlen.
Es kann auch vorgesehen den Lichtleiterführungskanal bzw. den Lichtleiter neben einem Kühlkanal anzuordnen und ihn dadurch zu kühlen.
Der Brennerkopf kann ein Brennerkopf mit oder ohne Kühleinrichtung, mit oder ohne Zündflamme, mit einer oder einer beliebigen Anzahl von Hauptflammen und hand oder maschinengeführt sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Detektion einer Zündflamme und/oder einer oder mehrerer Hauptflammen verwendet werden. Beim Vorhandensein einer Zündflamme und einer Hauptflamme, wenn lediglich die Zündflamme überwacht werden soll, ist der Lichtleiter derart angeordnet, dass, falls die Zündflamme von der viel helleren Hauptflamme überdeckt wird, der Lichtleiter ein beschränktes Sichtfeld aufweist, um zu gewährleisten, dass lediglich die Zündflamme detektiert wird.

Bezugszeichenliste

1: Brennervorrichtung
2: Brennerkopf
3: Anschlussende
4: Düsenende
5: Lichtleiterführungskanal
6: Lichtleiter
7: Brennersteuersystem
8: Gasleitung
9: Steuereinrichtung
10: Sensor
11: Mischerrohr
12: Gasversorgungsende
13: Gasanschlussende
14: Ventil
15: Luftleitung
16: Druckluftversorgungsquelle
17: Brenngasventil
18: Leitung
19: Brenngasversorgungsquelle
20: Druckanzeige
21: Mischerrohr
22: Gasanschlussende
23: Gasversorgungsende
24: Ventil
25: Leitung
26: Sauerstoffversorgungsquelle
27: Ventil
28: Brenngasversorgungsquelle
29: Kühlmittelvorlaufleitung
30: Ventil
31: Pumpe
32: Kühlmitteltank
33: Kühlmittelrücklaufleitung
34: Düsengrundkörper
35: Düsenwandung
36: Anschlusswandung
37: Gehäuse
38: Seitenwandung
39: Oberwandung
40: Unterwandung
41: Aussparung
42: Gasleitung
43: Düsenkanal
44: Hauptflammendüse
45: Anschlussabschnitt
46: Zündflammengasleitung
47: Zündflammendüse
48: Anschlussabschnitt
49: Kühlmittelzulauf
50: Lichtleiteraussparung
51: Kühlmittelablauf
52: Lichtleiterdüsenabschnitt
53: Lichtleitersteuersystemabschnitt
54: Steckverbinder
55: Lichtleiterabschlussplatte
56: Zündkerze
57: Zündelektrode
58: Aussparung
59: Lichtleiterführungskanalabschnitt
60: Verbindungselement

Claims

Brennerkopf (2) für hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtungen (1) wobei der Brennerkopf (2) mit einem Anschlussende (3) zum Anschließen zumindest einer Gasleitung (8) und einem Düsenende (4) an welchem zumindest ein Düsenabschnitt zum Austreten des zugeführten Gases ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Lichtleiterführungskanal (5) an dem Brennerkopf (2) vorgesehen ist, der sich vom Anschlussende (3) bis zum Düsenende (4) erstreckt, in dem ein Lichtleiter (6) angeordnet ist, der mit einem Ende, das im folgenden als Lichteingangsseite bezeichnet wird, im Bereich des Düsenendes (4) des Brennerkopfes (2) derart angeordnet ist, dass Licht von am Düsenende (4) austretendem und verbrennendem Gas in den Lichtleiter (6) eintreten kann und zu einem entfernt angeordneten Sensor (10) geführt werden kann.
Brennerkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lichtleiterführungskanal (5) in dem Brennerkopf (2) angeordnet ist.
Brennerkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor (10) ein UV-Sensor ist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Brennerkopf (2) ein Gasleitungsabschnitt (42) ausgebildet ist, in dem Gas strömt, der sich vom Anschlussende bis zum Düsenabschnitt erstreckt, in dem der Lichtleiter angeordnet ist um ihn mittels des Gases zu kühlen.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Brennerkopf (2) einen Kühlkreislauf (49, 51) zum Kühlen des Brennerkopfes (2) mittels eines Kühlmediums aufweist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lichtleiter (6) im Kühlkreislauf angeordnet ist und mittels des Kühlmediums gekühlt wird.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lichtleiterführungskanal (5) außen an dem Brennerkopf (2) angeordnet ist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Brennerkopf (2) als Brennerkopf für Brennervorrichtungen (1) mit Brenngas-Sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Flammen ausgebildet ist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Brenngas Acetylen oder ein anderes geeignetes Gas ist.
Hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtung (1) mit
einem Brennerkopf (2) mit einem Lichtleiter (6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, zumindest einer Gasleitung (8) zum Zuführen von Brenngas, die an dem Anschlussende (3) des Brennerkopfes (2) angeschlossen ist,
einer Steuereinrichtung (9) zum automatischen Steuern der Brenngaszufuhr,
einem Sensor (10), der an dem von der Brennerseite entfernten Ende des Lichtleiters (6) an diesen zur Detektion des im Lichtleiter übertragenen Lichtes gekoppelt ist,
wobei der Sensor (10) an die Steuereinrichtung (9) derart gekoppelt ist, dass diese nach Maßgabe des detektierten Lichtes die Brenngaszufuhr steuert.
Hand- oder maschinengeführte Brennervorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Brennervorrichtung (1) einen Kühlkreislauf zum Kühlen des Brennerkopfes aufweist in dem der Lichtleiter (6) angeordnet ist und gekühlt wird.