FR2498741A1 - Gas burner igniter and flame monitor - uses ceramic shroud guiding gas outwards and rearwards towards burners and flame monitor - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif d'allumage et de surveillance de flammes comprenant une buse de veilleuse d'allumage avec un déflecteur et une bougie d'allumage et un thermocouple disposé dans la région de l'ouverture de sortie de ladite buse. On comprend sous l'appellation "déflecteur" un capot, une coiffe ou similaire au-dessus de l'ouverture de sortie de la buse d'allumage de flammes, grâce auquel les gaz de la veilleuse d'allumage sont déviés dans une ou plusieurs directions voulues. Les gaz de la veilleuse d'allumage sortant de la buse sont allumés au moyen d'une bougie d'allumage électrique et la flamme-pilote ainsi générée allume les gaz du brûleur même.Pour que la flamme d'allumage brûle en permanence, on prévoit dans les dispositifs connus d'allumage et de sécurité pour brûleurs à gaz, en tant qu organe de surveillance, un thermocouple qui, en fonctionnement normal, est chauffé par la flamme d'allumage. The invention relates to an ignition and flame monitoring device comprising an ignition pilot nozzle with a deflector and a spark plug and a thermocouple arranged in the region of the outlet opening of said nozzle. The term "deflector" includes a cover, a cap or the like above the outlet opening of the flame ignition nozzle, by means of which the gases of the ignition pilot are deflected in one or more desired directions. The ignition pilot gases coming out of the nozzle are ignited by means of an electric spark plug and the pilot flame thus generated ignites the gases of the burner itself.To keep the ignition flame burning, provides in known ignition and safety devices for gas burners, as a monitoring device, a thermocouple which, in normal operation, is heated by the ignition flame.
Si la flamme d'allumage s'éteint, le thermocouple se refroidit et met en circuit, par l'intermédiaire d'un bilame, une valve de sécurité qui interrompt l'amenée de gaz au brûleur à gaz.If the ignition flame goes out, the thermocouple cools down and switches on, via a bimetallic strip, a safety valve which interrupts the supply of gas to the gas burner.
A cet effet, le thermocouple est fixé au voisinage de la flammepilote au moyen d'un organe de fixation. Souvent, dans les dispositifs d'allumage et de surveillance de flammes connus, on n'est pas assuré que le thermocouple est protégé du rayo- nement secondaire provenant de la flamme des brûleurs à gaz.For this purpose, the thermocouple is fixed in the vicinity of the pilot flame by means of a fixing member. Often, in known ignition and flame monitoring devices, it is not guaranteed that the thermocouple is protected from secondary radiation from the gas burner flame.
I1 peut dans ce cas se produire que, lors d'un arrêt de la flamme d'allumage, l'alimentation en gaz des brûleurs à gaz n'est pas arrêtée par le thermocouple à cause de ce rayonnement secondaire, mais que, au contraire, les brûleurs à gaz continuent à brûler alors que la flamme d'allumage est éteinte. In this case, it can happen that, when the ignition flame is stopped, the gas supply to the gas burners is not stopped by the thermocouple because of this secondary radiation, but that, on the contrary , the gas burners continue to burn while the ignition flame is out.
Un autre inconvénient des dispositifs d'allumage et de surveillance de flammes connus réside en ce qu'ils ne réagissent pas à l'insuffisance d'oxygène. En cas d' insuf- fisance d'oxygène, la teneur en C02 augmente dans les gaz de flammes et cunduit à une interruption de la flamme. Dans ce cas, le dispositif de surveillance doit également réagir et interrompre l'alimentation en gaz jusqu'à un nouveau réglage des brûleurs. Another disadvantage of known flame ignition and monitoring devices is that they do not react to insufficient oxygen. In the event of insufficient oxygen, the CO 2 content increases in the flame gases and leads to an interruption of the flame. In this case, the monitoring device must also react and interrupt the gas supply until the burners are adjusted again.
Les dispositifs d'allumage et de surveillance de flammes sont de plus en plus importants dans le domaine des dispositifs de consommation de gaz. Cela est dû d'une part à l'utilisation croissante de gaz naturel et de gaz de liquéfaction du charbon et, d'autre part, à la nécessité croissante de protéger les utilisateurs contre les dangers des gaz non brûlés sortants. Cela amène à chercher des solutions qui permettent d'obtenir de manière totale, sûre et fiable, mais économique; une surveillance des flammes d'allumage aussi bien en ce qui concerne leur extinction que l'apparition d'une insuffisance d'oxygène et la combustion incomplète qui en resulte. Ignition and flame monitoring devices are increasingly important in the field of gas consumption devices. This is due on the one hand to the increasing use of natural gas and coal liquefaction gases and, on the other hand, to the growing need to protect users from the dangers of outgoing unburnt gases. This leads to the search for solutions which make it possible to obtain in a total, safe and reliable, but economical way; monitoring of the ignition flames, both with regard to their extinction and the appearance of insufficient oxygen and the resulting incomplete combustion.
Les déflecteurs utilisés dans les dispositifs d'allumage et de surveillance de flammes connus sont en métal, en particulier en acier. De tels déflecteurs agissent cependant défavorablement sur l'allumage et la surveillance, principalement sur la sécurité vis-à-vis de l'insuffisance d'oxygène. Les déflecteurs métalliques s'échauffent par le contact avec les flammes. Cette chaleur se transmet par rayonnement thermique à l'organe de fixation et à la buse* ce qui modifie la section d'écoulement des gaz et un rajustage, principalement au moyen d'un tiroir commandé par un bilame, est nécessaire pour se conformer aux teneurs modifiées. The deflectors used in known ignition and flame monitoring devices are made of metal, in particular steel. Such deflectors, however, have an unfavorable effect on ignition and monitoring, mainly on safety against insufficient oxygen. The metal deflectors heat up by contact with the flames. This heat is transmitted by thermal radiation to the fixing member and to the nozzle * which modifies the gas flow section and an adjustment, mainly by means of a drawer controlled by a bimetallic strip, is necessary to comply with the modified contents.
La présente invention vise principalement à pallier cet inconvénient et à assurer que le thermocouple d'interruption de l'alimentation en gaz des brûleurs, en cas d'extinction de la flamme d'allumage, fonctionne également comme sécurité vis-à-vis de l'insuffisance d'oxygène. The main object of the present invention is to overcome this drawback and to ensure that the thermocouple for interrupting the gas supply to the burners, in the event of the ignition flame extinguishing, also functions as safety vis-à-vis the insufficient oxygen.
A cet effet, le dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention est caractérisé par le fait que le déflecteur est en matériau céramique réfractaire. To this end, the ignition and flame monitoring device according to the invention is characterized in that the deflector is made of refractory ceramic material.
Du fait que les materiaux céramiques sont mauvais conducteurs de la chaleur, l'utilisation d'un déflecteur céramique dans le dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention empeche la modification de la section de buse de la buse de flamme d'allumage et élimine la nécessité de son rajustage. En outre, les matériaux céramiques sont plus durables, ne s'oxydent et ne se carbonisent pas, de sorte qu'un dispositif d'allumage et de surveillance de flammes équipé, conformément à l'invention, d'un déflecteur céramique, a une durée de vie allongée. Jusqu'à présent, la durabilité de l'ensemble du dispositif d'allumage et de surveillance de flammes était déterminée par la durée de vie du déflecteur.Due to the fact that ceramic materials are poor conductors of heat, the use of a ceramic deflector in the ignition and flame monitoring device according to the invention prevents the modification of the nozzle section of the flame nozzle d 'ignition and eliminates the need for its adjustment. In addition, the ceramic materials are more durable, do not oxidize and do not carbonize, so that an ignition and flame monitoring device equipped, in accordance with the invention, with a ceramic deflector, has a longer service life. Until now, the durability of the entire ignition and flame monitoring device was determined by the life of the deflector.
Selon une forme de réalisation préférée du dispositif selon l'invention, on prévoit que des canaux de guidage pour les courants partiels de flammes d'allumage sortant du déflecteur dans plusieurs directions sont formés dans ledit déflecteur de telle manière que le courant partiel dirigé sur le thermocouple est sensible à la teneur en C02 du gaz de la
2 flamme d'allumage de sorte que la flamme, en cas d'insuffisance d'oxygène, ne chauffe plus le thermocouple, au moins un autre courant partiel assurant cependant une flamme continuant à brûler de manière stable. Lors de l'apparition d'une insuffisance d'oxygène, la flamme qui chauffe le thermocouple, qui est alimentée par un courant partiel du gaz d'allumage de flammes, s'éteint ou s'interrompt. Le thermocouple refroidi interrompt alors l'arrivée du gaz aux bruleurs.Pendant ce temps, le gaz qui se trouve dans la canalisation d'alimentation allant à la buse d'allumage de flamme brule sous forme d'une flamme stable qui est alimentée par un ou plusieurs autres courants partiels, jusqu'à ce que l'ensemble du gaz soit brulé.According to a preferred embodiment of the device according to the invention, it is provided that guide channels for the partial streams of ignition flames exiting the deflector in several directions are formed in said deflector so that the partial stream directed on the thermocouple is sensitive to the C02 content of the gas in the
2 ignition flame so that the flame, in the event of insufficient oxygen, no longer heats the thermocouple, at least one other partial current ensuring however a flame continuing to burn stably. When there is insufficient oxygen, the flame which heats the thermocouple, which is supplied by a partial current of the flame ignition gas, goes out or is interrupted. The cooled thermocouple then interrupts the supply of gas to the burners, during which time the gas in the supply line going to the flame ignition nozzle burns in the form of a stable flame which is fed by a or several other partial streams, until all of the gas is burned.
On empeche ainsi, lors d'un réallumage, le risque dtunedé flagration.This prevents, during a re-ignition, the risk of flagration.
Selon une forme de mise en oeuvre avantageuse du dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention, le déflecteur a une forme telle que les flammes d'allumage sortent selon plusieurs plans et, de préférence, la flamme d'allumage dirigée sur le thermocouple sort du déflecteur selon un plan situé en-dessous des flammes d'allumage de gaz des brûleurs. On obtient ainsi effectivement que le thermocouple est protégé contre le rayonnement thermique provenant des gaz des brûleurs et ne réagit qu'au courant partiel du gaz de flamme d'allumage dirigé sur lui, de sorte qu'on s'assure que l'alimentation en gaz est interrompue lorsque la flamme d'allumage s'éteint aussi bien que lorsqu'il se produit une insuffisance d'oxygène. According to an advantageous embodiment of the ignition and flame monitoring device according to the invention, the deflector has a shape such that the ignition flames come out in several planes and, preferably, the directed ignition flame on the thermocouple comes out of the deflector according to a plane located below the gas ignition flames of the burners. This effectively obtains that the thermocouple is protected against thermal radiation from the burner gases and only reacts to the partial current of the ignition flame gas directed at it, so that it is ensured that the supply of gas is interrupted when the ignition flame goes out as well as when there is insufficient oxygen.
Selon une autre forme d'exécution avantageuse du dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention, la face inférieure du déflecteur sur laquelle soufflent les gaz d'allumage de flammes présente la forme d'une surface d'impact de laquelle bifurquent au moins une cuvette déviatrice bombée inclinée vers le haut pour les flammes d'allumage de gaz des brûleurs et au moins une cuvette d'écoulement adjacente s'ecoulant horizontalement pour la flamme d'allumage dirigée sur le thermocouple. Le gaz d'allumage qui s'écoule dans les cuvettes déviatrices bombées inclinées vers le haut forme de ce fait également ensuite une flamme stable lorsque le debit d'amenée de gaz diminue.Au contraire, la flamme s'éteint très rapidement dans le canal ou la cuvette d'écoulement adjacent s'écoulant horizontalement lors de l'apparition d'une insuffisance d'oxygène, de sorte que, grâce au thermocouple refroidi, l'amenée de gaz est arrêtée. According to another advantageous embodiment of the ignition and flame monitoring device according to the invention, the underside of the deflector on which the flame ignition gases blow has the form of an impact surface from which branch off at least one domed deflecting bowl tilted upwards for the gas ignition flames of the burners and at least one adjacent flow bowl flowing horizontally for the ignition flame directed on the thermocouple. The ignition gas flowing in the upwardly angled curved deflecting bowls therefore also forms a stable flame when the gas delivery rate decreases; on the contrary, the flame goes out very quickly in the channel or the adjacent flow bowl flowing horizontally when there is insufficient oxygen, so that, thanks to the cooled thermocouple, the gas supply is stopped.
Du fait que le matériau céramique du déflecteur est très facile à former, on peut prévoir toutes les formes possibles adéquates pour les cuvettes ou canaux d'écoulement.Because the ceramic material of the deflector is very easy to form, one can provide all possible shapes suitable for the bowls or flow channels.
Conformément à une forme de réalisation encore pré férée du dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention, I'électrode d'allumage est montée dans le déflecteur. De préférence, la bougie d'allumage se forme à l'intérieur du déflecteur. Alors que, dans les dispositifs connus, la pointe d'électrode est exposee à la flamme-pilote en permanence pendant le fonctionnement, ce qui la détériore par oxydation et la salit par carbonisation, l'électrode est, selon la présente invention, isolée dans le déflecteur, pro tégée contre les rayonnements thermiques et contre l'encrasse- ment. Du fait que le matériau céramique du déflecteur possède des propriétés isolantes, on peut s'abstenir de prévoir une isolation particulière de la pointe d'électrode. Par la suppression de l'isolation de la bougie d'allumage, on peut obtenir une amélioration supplémentaire du prix de revient. In accordance with a still preferred embodiment of the ignition and flame monitoring device according to the invention, the ignition electrode is mounted in the deflector. Preferably, the spark plug is formed inside the deflector. While, in known devices, the electrode tip is exposed to the pilot flame permanently during operation, which deteriorates it by oxidation and dirty it by carbonization, the electrode is, according to the present invention, isolated in the deflector, protected against thermal radiation and against fouling. Due to the fact that the ceramic material of the deflector has insulating properties, it is possible to refrain from providing special insulation for the electrode tip. By removing the insulation of the spark plug, it is possible to obtain an additional improvement in the cost price.
Dans une forme de réalisation encore plus avantageuse du dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention, le déflecteur est monté dans un support en un matériau ayant une conductibilité thermique inférieure et des boucliers pour la protection de la buse de flamme d'allumage sont fixés sur le support. Ces boucliers peuvent être formés par des sections découpées et dépliées des parois latérales du support. In an even more advantageous embodiment of the ignition and flame monitoring device according to the invention, the deflector is mounted in a support made of a material having a lower thermal conductivity and shields for the protection of the flame nozzle. 'ignition are fixed on the support. These shields can be formed by cut and unfolded sections of the side walls of the support.
On résume ci-après une nouvelle fois les avantages du dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention:
- augmentation de la durée de vie grâce à la réalisation du déflecteur en matériau céramique réfractaire;
- formage facile des canaux ou des cuvettes de gaz d'allumage de flammes dans le déflecteur;
- protection du thermocouple contre le rayonnement secondaire et sécurité de fonctionnement permanent de celui-ci;
- garantie d'une sécurité non seulement en cas d'extinction de la flamme d'allumage mais également en cas d'apparition d'une insuffisance d'oxygène;
- sécurité de combustion complète des gaz se trouvant dans le conduit d'amenée du gaz d'allumage de flammes après interruption de l'amenée du gaz par le thermocouple;
- protection de la bougie d'allumage par son montage dans le déflecteur;;
- suppression d'une isolation de la bougie d'allumage dont la fonction est remplie par le matériau du déflecteur;
- protection de la buse de gaz d'allumage contre le rayonnement thermique par le montage de boucliers de rayonnement sur le support.The advantages of the ignition and flame monitoring device according to the invention are again summarized below:
- increased service life thanks to the deflector made of refractory ceramic material;
- easy forming of the flames of ignition gas flames in the deflector;
- protection of the thermocouple against secondary radiation and permanent operational safety of the latter;
- guarantee of safety not only in the event of the ignition flame going out, but also in the event of insufficient oxygen;
- complete combustion safety of the gases in the flame ignition gas supply pipe after interruption of the gas supply by the thermocouple;
- protection of the spark plug by mounting it in the deflector;
- removal of insulation from the spark plug, the function of which is fulfilled by the material of the deflector;
- protection of the ignition gas nozzle against thermal radiation by mounting radiation shields on the support.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en se référant au dessin annexé dans lequel
- la figure I est une vue en élévation, partiel lement en coupe, d'un dispositif d'allumage et de surveillance de flammes de construction connue;
- la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure l;
- la figure 3 est une vue en perspective d'un déflecteur en matériau céramique conforme à l'invention;
- la figure 4 est une vue en perspective du déflecteur monté sur un support;
- la figure 5 est une vue en perspective avec arrachement partiel du déflecteur avec une électrode d'allumage incluse, et
- la figure 6 est une vue en coupe et perspective du déflecteur de la figure 5.The invention will be clearly understood on reading the following description made with reference to the accompanying drawing in which
- Figure I is an elevational view, partially in section, of an ignition and flame monitoring device of known construction;
- Figure 2 is a top view of the device of Figure l;
- Figure 3 is a perspective view of a deflector of ceramic material according to the invention;
- Figure 4 is a perspective view of the deflector mounted on a support;
FIG. 5 is a perspective view with partial cutaway of the deflector with an ignition electrode included, and
- Figure 6 is a sectional and perspective view of the deflector of Figure 5.
Les mêmes parties sont munies des memes références dans les diverses figures. The same parts are provided with the same references in the various figures.
Dans le dispositif connu d'allumage et de surveillance de flammes représenté aux figures 1 et 2, le déflecteur 2 est monté dans son support 3 sur une platine de fixation I qui porte également une buse 5 fixée dans un support de buse 4, un thermocouple 6 et une électrode d'allumage 7 au moyen d'un ressort 8. Le déflecteur 2 guide les gaz sortant de la buse 4 par un canal 14 vers le thermocouple 6 et l'électrode 7 en direction horizontale. Les gaz sont allumés par l'élec- trode d'allumage 7. Tant que les flammes brûlent et chauffent le thermocouple 6 qui leur est exposé, l'alimentation en gaz est maintenue. Si la flamme s'interrompt ou s1 éteint, le thermocouple 6 se refroidit et arrête thermoélectriquement l'amenée de gaz, ce qui produit l'arrêt des brûleurs d'allumage et de gaz. In the known flame ignition and monitoring device represented in FIGS. 1 and 2, the deflector 2 is mounted in its support 3 on a fixing plate I which also carries a nozzle 5 fixed in a nozzle support 4, a thermocouple 6 and an ignition electrode 7 by means of a spring 8. The deflector 2 guides the gases leaving the nozzle 4 through a channel 14 to the thermocouple 6 and the electrode 7 in the horizontal direction. The gases are ignited by the ignition electrode 7. As long as the flames burn and heat the thermocouple 6 which is exposed to them, the gas supply is maintained. If the flame is interrupted or extinguished, the thermocouple 6 cools and thermoelectrically stops the gas supply, which stops the ignition and gas burners.
Le dispositif d'allumage et de surveillance de flammes conforme a l'invention représenté aux figures 3 à 6 avec in déflecteur 2 en matériau céramique est muni de canaux ou de cuvettes d'écoulement de manière à former au moins deux courants partiels de gaz.Le jet de gaz sortant de la buse de flamme d'allumage 5 tombe sur une surface d'impact 9 à la face inférieure du déflecteur 2 et se separe ensuite en trois courants partiels, dont deux s'écoulent en direction des flèches 10, iOa et 11, lla respectivement sur des cuvettes 15 bombées inclinées vers le haut pour allumer les gaz sortant des brûleurs à gaz 12, 12a, et le troisième s 'écoule en direction de la flèche 13 dans la direction adjacente horizontale grâce à la cuvette 14 sur le thermocouple 6 (figures 3 et 5j. The ignition and flame monitoring device according to the invention shown in FIGS. 3 to 6 with a deflector 2 made of ceramic material is provided with channels or flow bowls so as to form at least two partial streams of gas. The gas jet leaving the ignition flame nozzle 5 falls on an impact surface 9 on the underside of the deflector 2 and then separates into three partial streams, two of which flow in the direction of the arrows 10, iOa and 11, lla respectively on domed bowls 15 inclined upwards to ignite the gases leaving the gas burners 12, 12a, and the third flows in the direction of the arrow 13 in the adjacent horizontal direction thanks to the bowl 14 on thermocouple 6 (Figures 3 and 5j.
Les gaz de flammes d'allumage sont enflammés lors de leur contact avec la surface d'impact 9 grâce à la bougie d'allumage 7 mcntée dans le déflecteur 2 (figures 5 et 6). The ignition flame gases are ignited upon contact with the impact surface 9 thanks to the spark plug 7 located in the deflector 2 (Figures 5 and 6).
Comme on peut le voir à la figure 4, le déflecteur 2 est monté dans un support en tôle 3 dans les parois latérales duquel sont encochés des boucliers de rayonnement 18, 19, pour protéger la buse 5, qui forment une ouverture 20 pour le passage des gaz d'allumage. As can be seen in Figure 4, the deflector 2 is mounted in a sheet metal support 3 in the side walls of which are shielded radiation shields 18, 19, to protect the nozzle 5, which form an opening 20 for passage ignition gases.
Le fonctionnement du dispositif d'allumage et de surveillance de flammes selon l'invention est le suivant:
La buse 5 est alimentée en gaz sous une pression déterminée au moyen d'un dispositif connu. Le jet de gaz 16 tombe au point 9 sur le déflecteur 2 et se divise, dans le cas représenté, selon trois directions, deux 10, 10a; 11,1 la pour l'allumage des gaz des brûleurs 12, 12a et une, 13, pour la flamme de surveillance qui est prévue pour chauffer le thermocouple 6. L'étincelle d'allumage de la bougie d'allumage 7 (voir figure 6) enflamme le gaz qui s écoule par le canal 14 ainsi que les courants partiels latéraux 10, 10a; 11, 11a. Le thermocouple 6 est ainsi chauffé et le robinet à gaz protégé qui lui est relié envoie librement du gaz aux brûleurs 12, 12a qui sont allumés par les flammes 10, 10a; 11, 1 la. The operation of the flame ignition and monitoring device according to the invention is as follows:
The nozzle 5 is supplied with gas under a pressure determined by means of a known device. The gas jet 16 falls at point 9 on the deflector 2 and divides, in the case shown, in three directions, two 10, 10a; 11.1 la for the ignition of the burner gases 12, 12a and one, 13, for the monitoring flame which is intended to heat the thermocouple 6. The ignition spark of the spark plug 7 (see figure 6) ignites the gas flowing through the channel 14 as well as the partial side streams 10, 10a; 11, 11a. The thermocouple 6 is thus heated and the protected gas tap which is connected to it freely sends gas to the burners 12, 12a which are ignited by the flames 10, 10a; 11, 1 la.
Aussitôt que la teneur en C02 de l'air augmente, la flamme 13 s'élève de plus en plus haut jusqu a ce que le thermocouple 6 ne soit plus assez chauffé et que la valve de sécurité pour la fermeture de l'amenée de gaz soit fermée. As soon as the CO 2 content in the air increases, the flame 13 rises higher and higher until the thermocouple 6 is no longer sufficiently heated and the safety valve for closing the gas supply be closed.
En même temps, les flammes 10, 1osa; )1, 1 la continuent à brûler de manière indépendante, du fait que, grâce à la forme choisie du canal, elles possèdent une plus grande stabilité de flammes et maintiennent en veilleuse les flammes des brûleurs 12, 12a. Ces flammes diminuent ainsi la formation d'oxyde de carbone qui se forme habituellement lors de la montée des flammes, et consomment toutes les traces restantes de gaz dans les tubes d'amenée et les brûleurs pendant la phase de fermeture. At the same time, the flames 10, 1osa; ) 1, 1 continue to burn independently, due to the fact that, thanks to the chosen shape of the channel, they have greater flame stability and keep the flames of the burners 12, 12a on standby. These flames thus reduce the formation of carbon monoxide which usually forms during the rise of the flames, and consume all the remaining traces of gas in the supply tubes and the burners during the closing phase.
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Legal Events
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| ST | Notification of lapse |