KR101675238B1 - 조합형 고에너지 점화기 및 화염 검출기 - Google Patents

조합형 고에너지 점화기 및 화염 검출기 Download PDF

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Abstract

동시 화염 점화 및 화염 검출을 행할 수 있는 장치 및 방법이 가스 파일럿 버너를 개선하기 위해 제공된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 연료 채널 내에 배치되는 스파크 로드를 이용하는 고에너지 점화기에서 동시 고에너지 점화와 화염 이온화 검출이 가능한 장치와 방법을 제공한다.

Description

조합형 고에너지 점화기 및 화염 검출기{COMBINED HIGH ENERGY IGNITER AND FLAME DETECTOR}
본 발명은 점화 및 감지 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 점화 및 화염 검출 또는 감지 시스템에 관한 것이다. 보다 더 자세하게는, 본 발명은 스파크형 점화를 갖는 그러한 시스템에 관한 것이다.
가스 파일럿 버너는 (메인 버너에 대해) 낮은 유량의 기상 연료-공기 혼합물의 연소에 의해 안정적인 파일럿 화염을 생성하도록 사용되는 장치이다. 파일럿 화염은 더 큰 메인 버너, 또는 점화하기 어려운 연료를 점화하도록 사용된다. 가스 파일럿 설계는 일반적으로 점화 시스템 및 화염 검출 시스템을 포함한다. 가스 파일럿 버너에 사용되는 가장 일반적인 2가지 유형의 점화 시스템은 고전압(HT; high tension) 및 고에너지 점화(HEI; high-energy ignition)가 있다. 화염 검출은 통상적으로 화염 이온화 검출(FID; flame ionization detection) 시스템에 의해 행해진다.
HT 화염 점화 시스템은 통상적으로 고전압 소스와 HT 스파크 플러그 또는 스파크 로드(spark rod)를 이용한다. 고전압 소스는 고전압, 저전류의 펄스를 제공한다. 흔히, 그러한 펄스는 15 kV 이상이고 약 10 내지 약 50 mA이다. HT 시스템은 스파크 플러그 내에 또는 스파크 로드와 접지된 파일럿 화염 사이에 생성되는 공기 간극을 연결하는 낮은 암페어의 스파크를 생성한다. 이 스파크는 연료-공기 혼합물을 점화하여, 파일럿 화염을 발생시키도록 사용된다. 이 유형의 점화는 비용이 저렴할 수 있지만, 점화 조건이 이상적이지 않을 때에 일관성이 없을 수 있다. 증기 또는 빗물로부터의 습기, 오염물 및 중유가 모두 HT 시스템을 이용할 때에 점화 문제를 발생시킬 수 있다.
HEI 시스템은 통상적으로 큰 전류 펄스를 스파크 로드로 보내도록 용량성 방전 여자기(capacitive discharge exciter)를 이용한다. 큰 전류 펄스는 흔히 1 kA보다 크다. HEI 시스템용의 스파크 로드 또는 점화기 프로브는 일반적으로 절연체에 의해 둘라싸인 중앙 전극과, 스파크 로드의 점화 단부에서 고에너지 스파크가 중앙 전극과 외측 전도 쉘 사이를 통과할 수 있도록 절연체 위에 있는 외측 전도 쉘을 이용하여 구성된다. HEI 시스템은 차가운 온도, 중유(무거운 가스 또는 오일), 코킹 또는 다른 부스러기에 의한 점화기 플러그의 오염 및 증기 퍼징 또는 빗물로 인한 습기 존재 등의 불리한 조건에서 강력한 고에너지 스파크를 유지하는 능력을 갖는다.
안전을 고려하여, 점화 시스템은 메인 연료 가스 밸브가 개방된 후에 가능한 한 빨리 연료-공기 예혼합물을 점화하는 것이 중요하다. 또한, 화염 이온화 검출 시스템은 화염이 생성된 후에 가능한 한 빨리 화염 신호를 등록하는 것이 중요하다. 신속한 점화와 화염 검출은 버너로 펌핑되는 원료로 인한 폭발 가능성을 최소화하는 데에 함께 일조한다. 통상, 화염 이온화 검출 시스템을 모니터링하면서 연료 및 점화 시스템을 제어하는 버너 관리 시스템이 존재한다. 흔히, 버너 관리 시스템은 화염이 입증되지 않으면 연료 밸브를 폐쇄하기 전에 5초 이하의 연료 유동 시간을 제공하게 된다. 따라서, 점화 및 검출 기회는 매우 짧다.
대부분의 종래의 HT 점화 시스템은 조합형 HT 및 화염 검출 시스템을 사용하였고, 이 시스템에서는 점화가 발생한 다음에 전자 기계적 스위치가 여자기를 비통전시키고 화염 검출기를 통전시켜야 한다. 이는 점화와 검출이 2개의 별개의 시구간으로 차례로 배열되고, 각각의 시구간은 최대의 제한 허용 가능한 연료 밸브 개방 시간 윈도우의 일부를 차지한다는 것을 의미한다. 동시적인 점화와 화염 검출을 허용하는 HT 또는 HEI 시스템은 완벽하게 분리된 점화 시스템과 검출 시스템을 이용하는 것을 필요로 하였다. HEI 시스템 등의 강력한 점화 시스템와, 화염 검출 시스템이 HEI 시스템의 일체 부분인 전체적인 윈도우를 통해, 즉 완벽하게 분리된 점화 시스템과 검출 시스템을 이용하는 일 없이 동시에 작동할 수 있는 화염 검출 시스템을 갖는 것이 유리하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기 에너지 소스, 스파크 로드 및 하우징을 포함하는 파일럿 버너가 제공된다. 스파크 로드는 제1 단부, 제2 단부 및 제2 단부 근처에서 스파크 로드에 연결되는 화염 로드를 갖는다. 스파크 로드는 전기 에너지가 제2 단부에서 스파크를 일으키도록 제1 단부에서 전기 에너지 소스에 연결된다. 하우징은 스파크 로드의 상기 제2 단부를 수용하는 연료 유동로를 갖는다. 하우징 내에서 화염 로드의 위치 및 상기 전기 에너지 소스에 대한 스파크 로드의 연결은, 스파크 로드의 제2 단부 근처에 화염이 존재하지 않을 때에 화염 로드와 하우징 간에 전류가 유동하지 않고, 스파크 로드의 제2 단부 근처에 화염이 존재할 때에 화염 로드와 하우징 사이에 전류가 유동하도록 되어 있다. 전기 에너지 소스와 파일럿 버너는 동시에 스파크를 발생시키고 전류를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극을 포함하는 점화 및 화염 검출 장치가 제공된다. 제1 전극과 제2 전극 각각은 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 제1 전극과 제2 전극은, 제2 단부들에 의해 스파크가 형성됨으로써, 제1 단부가 전기 에너지 소스에 연결될 때에, 제1 전극의 제2 단부와 상기 제2 전극의 제2 단부 사이에 스파크가 흐를 수 있도록 위치 설정되고 서로 전기적으로 격리된다. 연료가 제2 전극의 제2 단부에 인접할 때에, 스파크가 연료를 점화하여 화염을 생성한다. 제2 전극은, 화염이 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 존재할 때에, 전기가 제2 전극의 제2 단부와 제3 전극 사이에서 전도되지만, 화염이 존재하지 않을 때에 제2 전극과 제3 전극 사이에 전기가 전도되지 않도록 구성되고 상기 제3 전극에 대해 위치 설정된다.
다른 실시예에서, 정류 전류 소스, 화염 검출 회로, 연료 소스, 하우징, 전극, 절연 슬리브, 전극 튜브 및 제어기를 포함하는 점화 장치가 제공된다. 정류 전류 소스는 높은 전위 단자와 낮은 전위 단자를 갖는다. 하우징은 전자 기기 엔클로저와, 연료 소스로부터의 연료가 종방향 통로를 통해 유동하도록 연료 소스와 유체 연통하는 종방향 통로를 형성하는 튜브 부분을 구비한다. 전자 기기 엔클로저와 종방향 통로는 연료가 이들 사이에서 흐를 수 없도록 밀봉된다. 하우징은 전기적으로 접지되며, 전자 기기 엔클로저는 정류 전류 소스와 화염 검출 회로를 수용한다. 전극은 제1 단부와 제2 단부를 갖는다. 제1 단부는 상기 전자 기기 엔클로저 내에 있고 상기 높은 전위 단자에 연결된다. 전극은 종방향 통로 내로 연장된다. 절연 슬리브는 전극의 적어도 일부 위에서 연장된다. 전극 튜브는 제1 단부와 제2 단부를 갖고, 제1 단부는 상기 전자 기기 엔클로저 내에 있고 상기 낮은 전위 단자에 연결된다. 전극 튜브는 종방향 통로 내에 연장되며, 전극 튜브는, 스파크가 전극의 제2 단부와 전극 튜브의 제2 단부 사이에 흘러 연료를 점화하고, 이에 따라 화염을 생성할 수 있게 상기 전극 및 전극 튜브가 위치 설정되도록 상기 절연 슬리브 둘레에 위치 설정된다. 전극 튜브의 제1 단부는 상기 화염 검출 회로에 연결된다. 화염 검출 회로는 전극 튜브에 전류를 제공한다. 전극 튜브의 제2 단부는, 화염이 생성될 때에 전극 튜브의 제2 단부와 하우징 사이에서 전류가 전도되지만, 화염이 존재하지 않을 때에, 전극 튜브와 하우징 사이에서 전류가 전도되지 않도록 구성된다. 제어기는 전극 튜브, 연료 소스 및 정류 전류 소스에 연결된다. 제어기는 전극 튜브의 제2 단부와 하우징 사이의 전류 유동을 검출하고 전류 유동이 발생하면 제1 단자에 대한 정류 전류의 유동을 중지시킨다.
또 다른 실시예에서, 접지된 벽과 이 벽 내에 배치되는 스파크 로드를 갖는 제1 채널을 구비하는 유형의 고에너지 점화기에서 동시 점화 및 화염 검출 방법이 제공되고, 스파크 로드는 중앙 전극과 전극 튜브를 갖고 중앙 전극과 전극 튜브가 스파크 팁을 형성하는 유형이다. 상기 방법은,
(a)스파크 팁 근처에 화염이 존재할 때에 전류가 전극 튜브로부터 상기 접지된 벽으로 유동하도록 전극 튜브에 전류를 제공하는 것;
(b)제1 전위를 중앙 전극에 제공하는 것;
(c)전극 튜브에 제2 전위를 제공하되, 제1 전위와 제2 전위는 상기 스파크 팁이 스파크를 생성하게 하는 것;
(d)스파크가 연료 및 공기 혼합물을 점화할 수 있도록 연료 및 공기 혼합물을 채널 내로 도입하는 것;
(e)전류가 전극 튜브로부터 벽으로 유동하는지를 검출하는 것; 및
(f)전류가 검출될 때에 상기 제1 전위를 중단시키는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 개략도이다.
도 2는 벽이 부분적으로 보이지않는 도 1의 장치의 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 예시된 실시예에 따른 파일럿 버너 팁의 부분 절취 사시도이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 따른 스파크 로드 팁과 화염 로드의 부분 절취 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파일럿 버너 팁의 부분 절취 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파일럿 버너 팁의 부분 절취 사시도이다.
도 7은 화염이 존재할 때에 발생하는 화염 로드-벽 간극을 가로지르는 정류 전류와 유사한 정류 전류의 그래프도이다.
도 8은 본 발명에 따른 HEI/FID 시스템에 단락 또는 고장이 있을 때에 화염 검출 회로에 의해 검출된 것과 같은 교류의 그래프도이다.
아래의 설명 및 도면은 연료와 공기 혼합물을 용광로에 공급하는 메인 버너와, 연료와 공기 혼합물을 점화하기 위해 메인 버너 근처에 있는 파일럿 버너를 구비하는 용광로에 사용되는 유형의 점화 시스템 또는 파일럿 버너를 예시한다. 본 발명을 그러한 용광로용의 파일럿 버너의 맥락에서 설명하지만, 본 발명의 점화 장치가 연료를 위한 점화 및 화염 검출 시스템으로서 보다 광범위하게 적용될 수 있다는 것을 알 것이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 점화 장치 또는 파일럿 버너(10)가 예시되어 있다. 파일럿 버너(10)는 하우징(12)을 구비한다. 하우징(12)은 메인 파이프 또는 튜브 부분(14), 전자 기기 엔클로저(16) 및 연료 도입 파이프(18)로 구성된다. 튜브 부분(14)은 제1 단부(22)와 제2 단부(24)를 갖는 벽(20)과, 벽(20)에 의해 획정되는 종방향 연료 유동로 또는 연료 채널(26)을 구비한다. 제1 단부(22)는 전자 기기 엔클로저(16)에 연결되고 벽(20)은 제2 단부(24)에서 개구(28)를 획정한다. 제1 단부(22)에는 또는 그 근처에는 전자 기기 엔클로저(16)와 유체 연통하지 않도록, 그리고 이에 따라 연료가 전자 기기 엔클로저(16)에 진입하지 않을 수 있도록 연료 채널(26)을 밀봉하는 밀봉 장치(30)가 있다.
연료 도입 파이프(18)는 연료 소스(19) 및 튜브 부분(14)의 종방향 연료 유동로(26)와 유체 연통한다. 일반적으로, 연료-공기 혼합물은 파이프(18)를 통해 유동로(26) 내로 도입하게 됨으로써, 연료-공기 혼합물은 제2 단부(24)를 향해 그리고 개구(28) 밖으로 대략 종방향으로 유동하게 된다.
종방향 유동로(26)를 따라 스파크 로드(31)가 종방향으로 연장된다. 스파크 로드(31)는 전자 기기 엔클로저(16)로 연장되는 제1 단부(32)와 튜브 부분(14)의 제2 단부 근처에 배치되는 제2 단부(33)를 갖는다. 스파크 로드(31)는 중앙 전극(34), 절연 슬리브 또는 튜브(37) 및 외측 쉘 또는 전극 튜브(40)로 구성된다. 중앙 전극(34)은 전자 기기 엔클로저(16) 내에 배치되는 제1 단부(35)와, 튜브 부분(14)의 제2 단부(24) 근처에 배치되지만 튜브 부분(14)의 내측에 있도록 제2 단부로부터 떨어져 있는 제2 단부(36)를 구비한다. 전극 튜브(40)는 전자 기기 엔클로저(16) 내에 배치되는 제1 단부(41)와, 튜브 부분(14)의 제2 단부(24) 근처에 배치되지만 튜브 부분(14)의 내측에 있도록 제2 단부로부터 떨어져 있는 제2 단부(42)를 구비한다. 절연 슬리브(37)는 전자 기기 엔클로저(16) 내에 배치되는 제1 단부(38)와, 튜브 부분(14)의 제2 단부(24) 근처에 배치되고 웰(54)을 형성하도록 중앙 전극(34)과 전극 튜브(40)의 제2 단부들 바로 가까이에 있는 제2 단부(39)를 구비한다. 중앙 전극(34), 절연 슬리브(37) 및 전극 튜브(40)의 제2 단부들은 스파크 로드(31)의 스파크 팁(43; 도 2 및 도 3에서 가장 잘 확인 가능)을 형성한다. 스파크 로드(31)는 동심의 절연 슬리브와 동심의 전극 튜브에 의해 덮이는 중앙 전극을 갖는 것으로 예시되어 있지만, 임의의 다른 적절한 설계를 가질 수 있다. 일반적으로, 스파크 로드(31)는 제1 전극과 제2 전극을 갖고, 이들 전극은 서로 전기적으로 격리되어 있지만 전극들의 대향 단부들에 대한 전하의 인가시에 하나의 전극으로부터 다른 전극으로 스파크를 전달하도록 된 단부들을 갖는다.
예시된 바와 같이, 스파크 로드(31)는 하우징(12)으로부터 스파크 로드(31)를 격리시키고, 하우징(12)이 접지 전위에 있도록 접지 와이어(29)에 연결되는 제2 절연 슬리브(44)를 통해 연장된다. 일반적으로, 스파크 로드(31)는 제2 절연 슬리브(44)에 의해 제위치에 유지된다. 스파크 로드(31)는 제2 절연 슬리브(44)에 부착될 수 있지만, 이들은 스파크 로드(31)가 제1 단부(32)나 제2 단부(33) 중 하나의 단부에서 제2 절연 슬리브(44)로부터 제거될 수 있도록 슬라이딩식으로 결합되는 것이 바람직하다. 제2 절연 슬리브(44)는 제2 절연 슬리브(44)에 연결되는 구조적 지지부(46)와 밀봉 장치(30)에 의해 제위치에 유지된다. 선택적으로, 구조적 지지부(46)는 절연 재료로 제조되고 제2 절연 슬리브(44)를 사용하는 일 없이 스파크 로드(31)에 바로 연결될 수 있다. 그러나, 이는 제1 단부(32) 및/또는 제2 단부(33)로부터 스파크 로드(31)의 제거를 방해할 수 있다.
추가적으로, 제2 단부(33)에서, 스파크 로드(31)는 전극 튜브(40)에 부착되는 화염 로드(48)를 갖는다. 화염 로드(48)는 하우징(12)의 벽(20)을 향해 연장되지만 하우징(12)과 접촉하지 않는 전도 재료이다. 또한, 화염 로드(48)는 스파크 로드(31)가 화염(50)을 생성하기 위해 연료-공기 혼합물을 점화했을 때에 화염 로드(48)가 화염 내에 배치되도록 위치 설정된다.
예시된 바와 같이, 스파크 로드(31)는 고에너지 점화기(HEI) 프로브이다. 따라서, 스파크 로드(31)는 아래에 더 설명되는 에너지 소스로부터 스파크 팁으로 큰 전류 펄스(흔히 1 kA보다 큼)를 보내고 스파크 팁에서 스파크를 발생시키기에 적합해야 한다. HEI 프로브의 목적은 높은 점화 파워를 제공하는 것이다. 낮은 온도, 중유(무거운 가스 또는 오일), 코킹 또는 다른 부스러기에 의한 점화기 플로그의 오염, 또는 및 증기 퍼징 또는 빗물로 인한 습기 존재를 갖는 용례에서, 메인 연료는 점화가 어려울 수 있지만 HEI 시스템은 이들 불리한 조건에서 강력한 고에너지 스파크를 유지하는 능력을 갖는다.
전술한 바와 같이, HEI 점화기 프로브는 중앙 전극(34), [통상적으로 절연 슬리브 또는 튜브(37)를 포함하는] 절연 시스템 및 외측 쉘 또는 전극 튜브(40)를 이용하여 대체로 구성된다. 외측 전극 튜브(40)는 직경이 대체로 약 0.25 내지 0.75 인치이다. 과거에, 전극 튜브(40)는 접지되었고 파일럿 화염 또는 하우징(12)으로부터 격리되지 않았지만, 본 발명에서는 후술되는 바와 같이 전극 튜브(40)가 접지되지 않고 하우징으로부터, 그리고 이에 따라 지면으로부터 격리된다는 이점이 있다.
또한, 반도체 재료(52)(도 4 참조)는 중앙 전극(34)과 전극 튜브(40) 사이에 전도성 경로를 형성하도록 팁의 단부에서 절연 튜브에 적용될 수 있다. 이 반도체는 일반적으로 절연 팁의 단부에 배치되는 펠릿 타입의 피스이거나 절연체 자체에 적용되는 필름이다. 이 반도체는 에너지 소스가 점화 펄스를 중앙 전극(34)에 인가할 때에 반도체에서 저레벨의 전류가 지나가게 함으로써 스파크 점화에 HEI 프로브를 돕는다. 반도체를 통해 흐르는 이 저레벨 전류는 스파크 로드(31)의 웰(54) 내에서 전류의 경로 위에 작은 이온화 공기 구역을 생성한다. 이 작은 이온화 공기 경로는 전류 유동을 위한 낮은 임피던스 경로이다. 경로가 생성되면, 전기 에너지는 회로 임피던스를 제외하고 저항을 받지 않게 유동할 수 있음으로써, 웰(54)에서 매우 높은 전류와 에너지의 스파크를 생성할 수 있다.
이제 전자 기기 엔클로저(16)를 참조하면, 전자 기기 엔클로저 내에는 전력 공급원(56), 여자기(58) 및 화염 검출 회로(60)를 포함하는 전기 에너지 소스가 적어도 부분적으로 배치된다. [전자 기기 엔클로저(16) 외측에 배치된 것으로 도시된 바와 같이] 전력 공급원(56)은 여자기(58)와 화염 검출 회로(60) 모두에 전력을 제공한다. 때때로 버너 관리 시스템(BMS)으로 지칭되는 제어기(62)가 전기 에너지 소스에 작동 가능하게 연결된다.
여자기(58)는 당업계에 공지된 임의의 고에너지 여자기로서, 신속한 전기 펄스를 스파크 로드(31)에 제공하고, 이에 따라 스파크를 스파크 팁(43)에서 발생시키기에 적합할 수 있다. 따라서, 여자기(58)는 통상적으로 용량성 방전 장치이다. 예시적인 여자기에서, 여자기(58)는 변압 요소(64), 다이오드(66) 및 캐패시터(68)를 구비한다. 단자(70, 72)는 캐패시터(68)와 전기 연결된다. 게다가, 단자(70)는 제1 단부(35)에서 중앙 전극(34)에 연결되고 단자(72)는 제1 단부(41)에서 전극 튜브(40)에 연결된다. 단자(72)는 또한 화염 검출 회로(60)의 단자(74)에 연결된다.
여자기(58)에 대한 전기 입력은 제어기(62)에 작동 가능하게 연결되는 스위치(76)에 의해 제어될 수 있다(연결부는 도시되지 않음). 따라서, 제어기(62)가 스위치(76)를 활성화시킬 때에, 변압 요소(64)는 유입 전압을 올리고 다이오드(66)는 캐패시터(68)가 승압 변압기에 의해 대전되도록 전압을 정류한다. 예정된 임계 전압에 도달하면, 스위치(78)는 여자기의 제어기(도시 생략)에 의해 폐쇄된다. 이는 스파크 팁(43)에서 중앙 전극(34)과 전극 튜브(40) 사이에 있는 스파크 간극이 캐패시터(68) 상에 저장된 전위차에 연결하게 한다. 따라서, 캐패시터(68) 내의 에너지는 단자(70; 이 경우에, 높은 전위 단자)를 통해, 중앙 전극(34)을 통해, 웰(54; 스파크 간극)을 가로질러, 전극 튜브(40)와 단자(72; 이 경우에, 낮은 전위 단자)를 통해, 그리고 다시 캐패시터(68)로 유동한다.
따라서, 예시된 여자기에서, 단자(70)는 높은 전위를 갖고 단자(72)는 낮은 전위를 가지며, 낮은 전위 단자(72)는 높은 전위 단자(70)의 전위보다는 낮지만 접지 전위보다는 높은 전기 전위를 갖는다고 말할 수 있다. 이는 변압 요소(64) 내의 갈바니 격리를 통해 그리고 화염 검출 회로(60)의 단자(74)에 대한 전기 연결에 의해 달성된다.
도 1 및 도 2에 예시된 실시예는 정류 전류를 발생시키기보다는 여자기를 이용하지만, 본 발명은 그러한 여자기로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 대안적으로, 여자기는 여자기가 링잉 탱크 회로(ringing tank circuit)를 포함하도록 다이오드(66)를 이용할 수 없다. 그러한 실시예에서, 여자기는 높은 암페어의 교류 펄스를 방출하고 단자(70, 72)는 높은 전위 단자와 낮은 전위 단자를 교대로 하지만, 각 단자는 접지 전위 위에 있다. 본 발명에 유용한 다른 형태의 여자기는 본 명세서에 개시를 기초로 하여 당업자에게 명백할 것이다.
전술한 바와 같이, 화염 검출 회로(60)는 단자(80, 82)를 통해 전력 공급원(56)에 의해 전력이 공급된다. 화염 검출 회로(60)는 접지 와이어(84)에 연결되고 단자(74)를 통해 낮은 전위 단자(72)와 전극 튜브(40)에 연결된다. 전술한 바와 같이, 단자(70), 전극(34), 단자(72) 및 전극 튜브(40)는 모두 지면으로부터 격리되어 있다. 그러나, 튜브 부분(14)은 접지된다. 따라서, 화염 검출 회로(60)가 활성화될 때에, 화염 로드(48)와 튜브 부분(14) 사이에서 간극(51)을 가로지르는 전위가 존재한다. 후술되는 바와 같이, 화염이 존재하고 화염 로드(48)와 튜브 부분(14) 사이에서 연장될 때에만, 화염 로드(48)와 튜브 부분(14) 사이에 전도성 경로가 존재하게 된다. 그러나, 이 경로는 화염 로드(48)로부터 튜브 부분(14)으로 전류만을 전도하고, 이에 따라 인가된 전류가 교류이면, 도 7에 예시된 것과 유사하게 정류 전류만이 통과된다.
화염 검출 회로(60)는 신호(86)를 제어기(62)에 제공한다. 제어기(62)는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 화염 검출 회로(60)로부터 수신된 신호(86)를 기초로 하여, 제어기(62)가 여자기(58) 또는 파이프(18)로 유동하는 연료-공기 혼합물 또는 양자를 시작 또는 중지시킬 수 있도록 스위치(76), 화염 검출 회로(60) 및 연료 소스(19)에 작동 가능하게 연결된다.
파일럿 버너(10)의 팁은 도 3 및 도 4를 참조하여 더 잘 알 수 있다. 파일럿 버너 팁(11)에서, 튜브 부분(14)은 벽(20)과 후드(21)를 포함한다. 후드(21)는 연료가 일단 점화되면 화염에 추가 공기를 제공하도록 스파크 로드(31)의 제2 단부(33) 근처에 배치되는 공기 구멍(88)을 가질 수 있다. 스파크 로드(31)는 제2 절연 슬리브(44) 내에 안착된다. 절연 슬리브(44)는 밀봉 장치(30) 및 구조적 지지부(46)에 의해 튜브 부분(14)에 동심으로 또는 편심으로 적소에 유지된다. 중앙 전극(34)의 제2 단부(36)와 전극 튜브(40)의 제2 단부(42)는 웰(54)을 형성하도록 절연 슬리브(37)의 제2 단부(39)를 약간 지나서 연장되고, 이에 따라 제2 단부가 스파크 팁(43)을 형성한다. 또한, 반도체(52)가 스파크 개념에 일조하도록 절연 슬리브(37)의 제2 단부 상에 적층될 수 있다. 화염 로드(48)는 벽(20)의 후드(21) 근처에 놓이지만 벽(20)과 접촉하지 않고 적절한 거리를 두도록 세장형 Z 형태로 만곡됨으로써, 화염이 존재하지 않는다면 화염 로드(48)와 벽(20) 사이에 전기 전도가 없다. 세장형 Z 형태로 예시되어 있지만, 낫 형상 또는 곡선형 형태가 사용될 수 있다. 화염 로드는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 정류 전류 유동이 발생할 수 있도록, 하우징(12)으로부터 격리되고 점화가 발생한 후에 화염 내에 있도록 위치 설정되는 한 임의의 적절한 전도성 재료로 구성될 수 있다.
도 5 및 도 6은 상이한 화염 로드 형태를 이용하는 다른 실시예를 예시한다. 도 5 및 도 6에서, 도 1 내지 도 4와 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여받는다. 이하, 도 5를 참조하면, 화염 로드(90)는 전극 튜브(40)의 노출된 단부(89)로부터 그리고 스파크 로드(31)의 제2 단부(33)로부터 밖으로 연장되는 전극 튜브(40)의 일부에 의해 형성된다. 화염 로드(90)는 제2 단부(33)의 적어도 일부가 종방향 통로(26)를 통과하는 연료-공기 혼합물에 대해 노출되어 제2 단부(33)에서 발생하는 스파크가 연료-공기 혼합물을 점화할 수 있도록 부분 원(partial circle)인 단면, 대체로 반원 또는 C형 단면을 갖는다. 화염 로드(90)는 전극 튜브(40)의 외경 내에, 그리고 이에 따라 제2 절연 슬리브(44)의 내경 내에 끼워지도록 설계된다. 바꿔 말하면, 화염 로드(90)는 전극 튜브로부터 전극 튜브의 외경보다 더 반경 방향 외측으로 연장되지 않는다. 따라서, 화염 로드(90)는 튜브 부분(14)의 제1 단부(22)로부터 교체될 수 있도록 제2 절연 슬리브(44)를 통해 스파크 로드(31)가 슬라이드하게 한다. 화염 로드(90)는 반경 방향 외측이 아니라 스파크 로드(31)로부터 종방향 하류측으로 연장되기 때문에, 화염 로드(90)가 벽(20) 근처에 있고 화염이 생성될 때에 전기 유동을 더 양호하게 생성할 수 있도록 스파크 로드가 튜브 부분(14)에서 편심으로 배치되게 하는 데에 유리할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하면, 화염 로드(92)는 전극 튜브(40)의 노출된 단부(89) 위에서 슬라이드하고 상기 노출된 단부와 전도성 접촉하는 제1 링 부분(94)을 구비한다. 화염 로드(92)는 제2 링 부분(96)과, 구멍(100)을 생성하도록 제1 링 부분(94)과 제2 링 부분(96) 사이에서 연장되는 스트러트(98)를 구비한다. 구멍(100)은 제2 단부(33)에서 발생하는 스파크가 연료-공기 혼합물을 점화할 수 있도록 스파크 로드(31)의 제2 단부(33)를 종방향 통로(26)를 통과하는 연료-공기 혼합물에 노출시킨다. 제2 링 부분(6)으로부터 화염 로드 핑거(102)가 연장된다. 핑거(102)는 제2 링 부분(96)으로부터 반경 방향 외측으로 또는 제2 링 부분(96)으로부터 반경 방향 및 종방향 외측으로 연장하도록 소정 각도로 연장될 수 있다. 팁(104)은 아래에서 더 설명되는 바와 같이 정류 전류 유동이 발생할 수 있도록 점화가 발생한 후에 화염 내에 있도록 위치 설정되어야 한다. 제1 링 부분(94)은 전극 튜브(40)의 노출된 단부(89)에 고정 부착될 수 있거나 노출된 단부(89) 상에 슬라이드 가능하게 결합될 수 있다. 노출된 단부(89) 상에 슬라이드 가능하게 결합되면, 화염 로드(92)는 튜브 부분(14)의 제1 단부(22)로부터 교체될 수 있도록 스파크 로드(31)가 제2 절연 슬리브(44)를 통해 슬라이드하게 하도록 제거될 수 있고, 이에 따라 스파크 로드(31)의 교체 용이성을 개선할 수 있다.
작동시에, 연료 및 공기가 종방향 통로(26) 내로 도입된다. 연료 및 공기는 연료-공기 혼합물 소스(19)로부터 연료 도입 파이프(18)로 도입될 수 있거나 별개의 소스들로부터 연료 도입 파이프(18)로 각각 도입될 수 있다. 연료 도입 파이프(18)는 종방향 통로(26)와 유체 연통하고, 파이프(18) 내의 연료 및 공기는 양압 상태로 있어 파이프(18) 내의 연료 및 공기가 종방향 통로(26) 내로 유동한다. 종종방향 통로(26) 내에서, 연료 및 공기는 스파크 로드(31) 둘레에서 통로(26)를 통해 그리고 구조적 지지부(46) 둘레에서 이 구조적 지지부를 통해 대체로 종방향으로 유동한다. 구조적 지지부(46)는 종방향 통로(26) 내에서 그리고 스파크 로드(31)의 제2 단부(33)에 도달하기 전에 연료와 공기의 예혼합을 유도하도록 천공되고 소용돌이 또는 확산 요소로 형성될 수 있다. 종방향 통로(26) 내에 혼합되든지 또는 연료 도입 파이프(18)로 도입되든지, 공기와 연료는 스파크 팁(43)으로부터의 스파크에 대한 노출시에 화염을 생성하도록 스파크 로드(31)의 제2 단부에 도달할 때에 적절하게 혼합되어야 한다.
스파크 점화 전에, 화염 검출 회로(60)에 전력이 공급된다. 화염 검출 회로(60)의 단자(74)는 여자기(58)의 전위 단자(72)와 전극 튜브(40)에 연결되므로, 이들 양자에 작은 전류 전위가 공급된다. 이 전류는 직류 또는 교류일 수 있지만, 표시된 곳을 제외하고는 교류에 관하여 작동을 설명할 것이다. 스파크는 스위치(76)를 폐쇄함으로써 시작되고, 이에 따라 전력을 여자기(58)에 제공한다. 중앙 전극(34)은 여자기(58)의 단자(70)에 연결되고, 전술한 바와 같이 전극 튜브(40)는 여자기(58)의 단자(72)와 화염 검출 회로(60)에 연결된다. 따라서, 도 1의 실시예에서, 단자(70), 단자(72), 중앙 전극(34) 및 전극 튜브(40)는 지면으로부터 격리되기 때문에, 지면보다 높은 전위에서 유지되지만, 스위치(78)가 폐쇄될 때에, 단자(70)와 단자(72) 간에는 높은 전위차가 존재한다. 이 높은 전위차가 스파크 팁(43)에서 스파크를 생성하는 것이다.
여자기(58)가 충분히 큰 전위차를 제공할 때에, 전기 펄스는 전극(34)으로부터 스파크 로드(31)의 스파크 팁(43)에서 전극 튜브(40)로 점프하게 된다. 바람직하게는, 전류는 반도체(52)에 의해 생성되는 이온화 경로를 따르게 된다. 이 전기 펄스는 스파크 형태이고 스파크 로드(31)의 제2 단부(33) 둘레에서 연료-공기 혼합물을 점화할 수 있다.
화염은 전기 전도성 경로를 형성하는 화염 엔빌로프 근처에서 자유 이온을 생성한다. 2개의 전극을 화염에 배치하고 이들 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 작은 전류(10 ㎂ 미만)가 생기게 된다. 전극들 중 하나가 다른 하나보다 훨씬 크면, 전류는 큰 전극으로부터 작은 전극으로보다는 작은 전극으로부터 큰 전극으로 더 용이하게 유동하게 된다. 전극들 간에 AC 전압을 인가함으로써, 전류 정류 특성이 생기고 전류가 도 7에 예시된 정류 전류와 유사하게 2개의 전극들 사이의 간극을 가로질러 유동하게 된다. 이 정류의 검출은 화염의 존재를 입증하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명에서, 튜브 부분(14)은 전기적으로 접지되고 제3 전극의 역할을 한다. 화염 로드(48)는 튜브 부분(14)보다 훨씬 작게 설계되고, 화염이 존재하지 않을 때에, 하우징(12)의 튜브 부분(14)으로부터, 그리고 이에 따라 지면으로부터 전기적으로 격리된다. 따라서, 화염이 존재하지 않으면, 전류가 화염 로드(48)로부터 튜브 부분(14)으로 유동하지 않게 된다. 스파크 로드(31)의 제2 단부(33)에서 발생된 스파크가 화염을 생성하면, 화염 로드(48)는 화염 내에 있도록 위치 설정된다. 바꿔 말하면, 화염 로드(48)는 화염(50)이 간극(51)을 연결하여 스파크 로드(31)가 튜브 부분(14)으로부터 더 이상 전기적으로 격리되지 않고 화염 로드(48)로부터 튜브 부분(14)으로 유동하는 정류 전류(도 7에 예시된 것과 유사함)가 생성되도록 위치 설정된다.
검출 회로(60)는 화염 로드(48)와 튜브 부분(14) 사이에 전류의 생성을 기초로 하여 신호를 제어기(62)로 전송한다. 정류 전류가 생성될 때에, 검출 회로(60)는 신호를 제어기(62)로 전송한다. 신호에 응답하여, 제어기(62)는 스위치(76)를 개방시켜 여자기(58)를 정지시키고, 이에 따라 스파크 로드(31)가 스파크를 발생하지 못하게 한다. 제어기(62)가 정류 전류가 예정된 시구간(타임아웃 구간) 내에 생성되었다는 신호를 수신하지 못하면, 제어기(62)는 여자기(58)를 정지시키고 파이프(18) 내로의 연료 도입을 중지시킨다. 또한, 단락 또는 접지 고장의 경우에, 도 8에 예시된 전류와 유사하게 화염 로드(48)와 튜브 부분(14) 사이에 교류가 생성될 수 있다. 검출 회로(60)가 화염 로드(48)와 튜브 부분(14) 사이에 교류 유동을 검출하면, 회로는 신호를 제어기(62)에게 전송하고 제어기(62)는 여자기(58)를 정지시키고 파이프(18)로의 연료 도입을 중지시킨다. 화염 검출에 직류가 사용될 수 있지만, 교류 방식에서의 단락 또는 접지 고장의 검출이 가능하지 않다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 일체형의 고에너지 점화(HEI) 및 화염 이온화 검출(FID) 장치는 아래와 같이 작동한다:
(a)일체형의 HEI/FID 장치에 전력이 공급되고, 이는 화염 검출 회로(60)를 턴온시킨다.
(b)제어기(62)는 화염의 입증을 위해 화염 검출 회로로부터 화염 신호(86)의 폴링(polling)을 시작한다. 교류가 유동한다는 것을 신호(86)가 나타내면, 제어기(62)는 단계 (c) 내지 (f)를 중단시킨다.
(c)제어기는 스위치(76)를 폐쇄시킴으로써 HEI 여자기(58)에 전력을 공급한다. HEI 여자기는 스파크 로드(31)에 스파크 생성을 시작한다.
(d)제어기는 메인 연료 밸브를 개방하고 화염 신호(86)를 계속 모니터링한다.
(e)제어기는 타임아웃 기간이 종료하기 전에 화염이 검출되지 않으면 파이프(18)로의 연료의 유동을 차단한다. 순서는 예정된 갯수의 시도를 위해 단계 (b)로부터 반복될 수 있다. 반복은 시도들 사이에 예정된 대기 기간을 두고 행할 수 있다.
(f)화염이 타임아웃 기간 내에 입증되면, 제어기는 HEI 여자기(58)를 정지시키고 화염 신호를 계속 모니터링한다.
안전을 고려하는 경우, 파이프(18)로의 연료 도입이 개시된 후에 가능한 한 빨리 점화 시스템이 연료-공기 혼합물을 점화하는 것이 중요하다. 따라서, 타임아웃 기간은 통상적으로 매우 짧게, 흔히 5초 이하로 설정된다. 이에 따라, 화염 검출 시스템은 화염이 생성된 후에 가능한 한 빨리 포지티브 화염 신호를 등록하는 것이 중요하다. 상기 설명으로부터 실현될 때에, 본 발명은 일체형의 점화 및 화염 검출 시스템을 이용하여 신속한 점화 및 화염 검출을 동시에 행할 수 있다는 이점을 갖는다. 동시라는 용어는 일반적으로 여자기가 통전되고 스파크 로드가 스파크를 생성하는 기간 중에 화염 검출을 지칭한다. 순차적인 화염 검출을 갖는 시스템에서는, 점화 시도(스파크 로드의 스파크 생성)가 이루어진 다음에, 여자기가 비통전되고, 이어서 화염 검출기가 통전되어 화염을 검출한다. 화염이 검출되지 않으면, 화염 검출기는 비통전되고 여자기가 재통전되어 다른 스파크를 개시한다. 동시 화염 검출을 갖는 시스템에서는, 화염 검출 전에 스파크 로드를 위한 여자기의 비통전이 없다.
이 동시적인 신속한 점화와 화염 검출은 버너로 펌핑되는 원료로 인한 폭발 가능성을 최소화시키는 데에 일조한다. 종래의 시스템은 일체형 시스템에서 동시적인 점화 및 화염 검출을 달성할 수 없었다. 대신에, 순차적인 점화와 화염 검출 또는 완벽하게 분리된 점화와 검출 시스템을 필요로 하였다.
본 발명의 다른 실시예는 본 명세서 또는 여기에 개시된 본 발명의 실시를 고려하면 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 전술한 명세서는 본 발명의 단순한 예시로서 고려되고 그 진정한 범위는 아래의 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (30)

  1. 파일럿 버너로서:
    전기 에너지 소스;
    제1 단부, 제2 단부 및 상기 제2 단부 근처에서 스파크 로드에 연결되는 화염 로드를 갖는 스파크 로드로서, 상기 스파크 로드는 상기 전기 에너지가 상기 제2 단부에서 스파크를 일으키도록 상기 제1 단부에서 상기 전기 에너지 소스에 연결되는 것인 스파크 로드;
    상기 스파크 로드의 상기 제2 단부를 수용하는 연료 유동로를 갖는 하우징
    을 포함하고, 상기 하우징 내에서 상기 화염 로드의 위치 및 상기 전기 에너지 소스에 대한 스파크 로드의 연결은, 상기 스파크 로드의 제2 단부 근처에 화염이 존재하지 않을 때에 상기 화염 로드와 상기 하우징 간에 전류가 유동하지 않고, 상기 스파크 로드의 제2 단부 근처에 화염이 존재할 때에 상기 화염 로드와 하우징 사이에 전류가 유동하도록 되어 있으며, 상기 전기 에너지 소스와 파일럿 버너는 동시에 상기 스파크를 발생시키고 상기 전류를 제공할 수 있는 것인 파일럿 버너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스파크 로드는,
    상기 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 중앙 전극;
    상기 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되고 상기 전극을 둘러싸는 전극 튜브; 및
    상기 중앙 전극과 상기 전극 튜브 사이의 절연체
    를 더 포함하고, 상기 스파크는 상기 중앙 전극과 상기 전극 튜브 사이에서 발생하며 상기 화염 로드는 상기 전극 튜브에 연결되는 것인 파일럿 버너.
  3. 제1항에 있어서,
    연료가 유동할 때에 상기 스파크가 상기 연료의 점화를 일으키도록 상기 연료 유동로와 유체 연통하는 연료 소스
    를 더 포함하는 파일럿 버너.
  4. 제3항에 있어서,
    제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 화염 로드, 상기 연료 소스 및 상기 전기 에너지 소스에 연결되어, 상기 제어기가 상기 스파크를 조절하고 상기 연료 유동로에 진입하는 연료를 조절할 수 있는 것인 파일럿 버너.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 화염 로드와 상기 하우징 사이에서 흐르는 전류 유동을 검출하고 상기 스파크 및 상기 연료 유동로에 진입하는 상기 연료를 조절하는 것인 파일럿 버너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파일럿 버너는 동시에 상기 연료의 점화를 일으키고 상기 화염 로드와 상기 하우징 사이에서 흐르는 전류의 유동을 검출할 수 있는 것인 파일럿 버너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화염 로드는 세장형 Z 형태를 갖는 것인 파일럿 버너.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전극 튜브는 외경을 갖고, 상기 화염 로드는 부분 원(partial circle)인 단면을 가지며 상기 화염 로드는 상기 전극 튜브로부터 상기 외경보다 더 반경 방향 외측으로 연장하지 않도록 구성되는 것인 파일럿 버너.
  9. 제2항에 있어서, 상기 화염 로드는,
    상기 전극 튜브 위에서 슬라이드하고 상기 전극 튜브의 일부와 전도성 접촉하는 제1 링 부분;
    제2 링 부분;
    상기 제1 링 부분과 제2 링 부분 사이에서 연장되는 스트러트; 및
    상기 제2 링 부분으로부터 상기 하우징을 향해 외측으로 연장되는 핑거
    를 포함하는 것인 파일럿 버너.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 화염 로드는 상기 제2 링 부분으로부터 상기 하우징을 향해 외측으로 연장되는 복수 개의 핑거를 포함하는 것인 파일럿 버너.
  11. 파일럿 버너로서:
    전기 에너지 소스;
    스파크 로드로서,
    제1 단부;
    제2 단부;
    상기 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되는 중앙 전극;
    상기 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장되고 상기 전극을 둘러싸는 전극 튜브;
    상기 중앙 전극과 상기 전극 튜브 사이의 절연체; 및
    상기 제2 단부 근처에서 스파크 로드에 연결되는 화염 로드를 갖고, 상기 스파크 로드는 상기 전기 에너지가 상기 중앙 전극과 상기 전극 튜브 사이에서 스파크를 일으키도록 상기 제1 단부에서 상기 전기 에너지 소스에 연결되는 것인 스파크 로드;
    상기 스파크 로드의 상기 제2 단부를 수용하는 연료 유동로를 갖는 하우징으로서, 상기 하우징 내에서 상기 화염 로드의 위치 및 상기 전기 에너지 소스에 대한 스파크 로드의 연결은, 상기 스파크 로드의 제2 단부 근처에 화염이 존재하지 않을 때에 상기 화염 로드와 상기 하우징 간에 전류가 유동하지 않고, 상기 스파크 로드의 제2 단부 근처에 화염이 존재할 때에 상기 화염 로드와 하우징 사이에 전류가 유동하도록 되어 있으며, 상기 전기 에너지 소스와 파일럿 버너는 동시에 상기 스파크를 발생시키고 상기 전류를 제공할 수 있는 것인 하우징;
    연료가 유동할 때에 상기 스파크가 상기 연료의 점화를 일으킬 수 있도록 상기 연료 유동로와 유체 연통하는 연료 소스; 및
    상기 화염 로드로부터 상기 하우징으로 흐르는 전류에 응답하여 상기 스파크를 조절하고 상기 연료 유동로에 진입하는 연료를 조절할 수 있도록 상기 화염 로드, 상기 연료 소스 및 상기 전기 에너지 소스에 연결되는 제어기
    를 포함하고, 상기 파일럿 버너는 동시에 상기 연료의 점화를 일으키고 상기 화염 로드와 상기 하우징 간에 흐르는 전류 유동을 검출할 수 있는 것인 파일럿 버너.
  12. 고에너지 점화 및 화염 검출 장치로서:
    제1 단부와 제2 단부를 갖는 제1 전극;
    제1 단부와 제2 단부를 갖는 제2 전극으로서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 제2 단부들에 의해 스파크 팁이 형성됨으로써, 상기 제1 단부가 전기 에너지 소스에 연결될 때에, 상기 제1 전극의 제2 단부와 상기 제2 전극의 제2 단부 사이에 스파크가 흐를 수 있고, 연료가 상기 스파크 팁에 인접할 때에, 상기 스파크가 상기 연료를 점화하여 화염을 생성하도록, 서로 위치 설정되고 전기적으로 격리되어 있는 것인 제2 전극; 및
    제3 전극을 포함하고,
    상기 제2 전극의 제2 단부는, 상기 제1 단부가 상기 전기 에너지 소스에 연결될 때에 그리고 상기 화염이 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 존재할 때에, 전기가 상기 제2 전극의 제2 단부와 상기 제3 전극 사이에서 전도되지만, 화염이 존재하지 않을 때에 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 전기가 전도되지 않도록 구성되고 상기 제3 전극에 대해 위치 설정되고,
    상기 스파크가 상기 제1 전극의 제2 단부와 상기 제2 전극의 제2 단부 사이에서 흐를 수 있고, 동시에, 상기 전기가 전도될 때 상기 전기가 검출될 수 있는 것인 고에너지 점화 및 화염 검출 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제3 전극은 연료 유동로를 획정하는 하우징이고, 상기 스파크 팁은 상기 연료 유동로 내에 배치되는 것인 고에너지 점화 및 화염 검출 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    제1 전위의 제1 단자와 제2 전위의 제2 단자를 갖는 상기 전기 에너지 소스로서, 상기 제2 전위는 상기 제1 전위보다 작은 것인 전기 에너지 소스; 및
    상기 하우징에 유체 연결되는 연료 소스
    를 더 포함하고, 상기 제1 전극의 제1 단부는 상기 제1 단자에 연결되며, 상기 제2 전극의 제1 단부는 상기 제2 단자에 연결되고 상기 하우징은 접지되는 것인 고에너지 점화 및 화염 검출 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전기 에너지 소스는 상기 제2 전극에 연결되는 제3 단자를 갖고, 상기 전기 에너지 소스는 상기 제1 단자를 통해 정류 전류를 제공하고 상기 제3 단자를 통해 교류 전류를 제공하는 것인 고에너지 점화 및 화염 검출 장치.
  17. 점화 장치로서:
    높은 전위 단자와 낮은 전위 단자를 갖는 정류 전류 소스;
    화염 검출 회로;
    연료를 제공하는 연료 소스;
    전자 기기 엔클로저와, 상기 연료 소스와 유체 연통하는 종방향 통로를 형성하여 상기 연료 소스로부터의 연료가 종방향 통로를 통해 유동하게 하는 튜브 부분을 구비하는 하우징으로서, 상기 전자 기기 엔클로저와 상기 종방향 통로는 상기 연료가 이들 사이에서 흐를 수 없도록 밀봉되고, 상기 하우징은 전기적으로 접지되며, 상기 전자 기기 엔클로저는 상기 정류 전류 소스와 상기 화염 검출 회로를 수용하는 것인 하우징;
    제1 단부와 제2 단부를 갖는 전극으로서, 상기 제1 단부는 상기 전자 기기 엔클로저 내에 있고 상기 높은 전위 단자에 연결되며, 상기 전극은 상기 종방향 통로 내로 연장되는 것인 전극;
    상기 전극의 적어도 일부 위에서 연장되는 절연 슬리브;
    제1 단부와 제2 단부를 갖는 전극 튜브로서, 상기 제1 단부는 상기 전자 기기 엔클로저 내에 있고 상기 낮은 전위 단자에 연결되며 상기 전극 튜브는 상기 종방향 통로 내에 연장되며, 상기 전극 튜브는, 스파크가 상기 전극의 제2 단부와 상기 전극 튜브의 제2 단부 사이에 흘러 상기 연료를 점화하고, 이에 따라 화염을 생성할 수 있게 상기 전극, 상기 절연 슬리브 및 상기 전극 튜브가 위치 설정되도록 상기 절연 슬리브 둘레에 위치 설정되며, 상기 전극 튜브의 제1 단부는 상기 화염 검출 회로에 연결되고, 상기 화염 검출 회로는 상기 전극 튜브에 전류를 제공하며, 상기 전극 튜브의 제2 단부는, 상기 화염이 생성될 때에 상기 전극 튜브의 제2 단부와 상기 하우징 사이에서 전류가 전도되지만, 화염이 존재하지 않을 때에, 상기 전극 튜브와 상기 하우징 사이에서 전류가 전도되지 않도록 구성되는 것인 전극 튜브; 및
    상기 전극 튜브에 연결되는 제어기
    를 포함하고, 상기 연료 소스와 상기 정류 전류 소스는, 상기 제어기가 상기 전극 튜브의 제2 단부와 상기 하우징 사이의 전류 유동을 검출하고 상기 전류 유동이 발생하면 상기 제1 단자에 대한 정류 전류의 유동을 중지시키는 것인 점화 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 스파크가 상기 전극의 제2 단부와 상기 전극 튜브의 제2 단부 사이에서 흐를 수 있는 동시에, 상기 전류가 상기 전극 튜브의 제2 단부와 상기 하우징 사이에서 전도될 수 있는 것인 점화 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전극 튜브는 상기 전극 튜브의 제2 단부와 전도성 접촉하는 화염 로드를 더 포함하고, 상기 화염 로드는, 상기 화염이 상기 화염 로드와 상기 하우징 사이에 이온화 경로를 생성하여 상기 전류가 상기 화염 로드로부터 상기 이온화 경로를 통해 상기 하우징으로 전도되도록 위치 설정되는 것인 점화 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 화염 로드는 세장형 Z 형태를 갖는 것인 점화 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 전극 튜브는 외경을 갖고, 상기 화염 로드는 부분 원(partial circle)인 단면을 가지며 상기 화염 로드는 상기 전극 튜브로부터 상기 외경보다 더 반경 방향 외측으로 연장하지 않도록 구성되는 것인 점화 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 화염 로드는,
    상기 전극 튜브 위에서 슬라이드하고 상기 전극 튜브의 일부와 전도성 접촉하는 제1 링 부분;
    제2 링 부분;
    상기 제1 링 부분과 제2 링 부분 사이에서 연장되는 스트러트; 및
    상기 제2 링 부분으로부터 상기 하우징을 향해 외측으로 연장되는 핑거
    를 포함하는 것인 점화 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 화염 로드는 상기 제2 링 부분으로부터 상기 하우징을 향해 외측으로 연장되는 복수 개의 핑거를 포함하는 것인 점화 장치.
  24. 접지된 벽과 이 벽 내에 배치되는 스파크 로드를 갖는 제1 채널을 구비하는 유형의 고에너지 점화기에서 동시 점화 및 화염 검출 방법으로서, 상기 스파크 로드는 중앙 전극과 전극 튜브를 갖고 상기 중앙 전극과 외측 전극 튜브가 스파크 팁을 형성하는 유형이며, 상기 동시 점화 및 화염 검출 방법은,
    (a)상기 스파크 팁 근처에 화염이 존재할 때에 전류가 상기 전극 튜브로부터 상기 접지된 벽으로 유동하도록 상기 전극 튜브에 전류를 제공하는 것;
    (b)제1 전위를 상기 중앙 전극에 제공하는 것;
    (c)상기 전극 튜브에 제2 전위를 제공하되, 상기 제1 전위와 제2 전위는 상기 스파크 팁이 스파크를 생성하게 하는 것;
    (d)상기 스파크가 연료 및 공기 혼합물을 점화할 수 있도록 연료 및 공기 혼합물을 상기 채널 내로 도입하는 것;
    (e)단계 (c)와 (d) 중에 상기 전류가 상기 전극 튜브로부터 상기 벽으로 유동하는지를 검출하는 것; 및
    (f)상기 전류가 검출될 때에 상기 제1 전위를 중단시키는 것
    을 포함하는 동시 점화 및 화염 검출 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    (g)상기 전류가 예정된 시간 내에 검출되지 않으면 상기 연료 및 공기 혼합물의 유동을 중단시키는 것
    을 더 포함하는 동시 점화 및 화염 검출 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    예정된 타임아웃 기간 후에 단계(b) 내지 (g)를 반복하는 것
    을 더 포함하는 동시 점화 및 화염 검출 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 단계(a)에서 제공되는 전류는 교류 전류이고, 상기 검출 단계(e)는 상기 전류가 정류 전류인지 교류 전류인지를 결정하는 것을 더 포함하는 것인 동시 점화 및 화염 검출 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 전류가 교류로 결정되면 상기 제1 전위와 상기 연료 및 공기 혼합물의 유동을 중단시키는 것
    을 더 포함하는 동시 점화 및 화염 검출 방법.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 제1 전위를 상기 중앙 전극에 제공하는 단계(b) 전에 상기 외측 전극 튜브로부터 상기 벽으로 상기 전류가 유동하는지를 검출하는 것; 및
    그 후에, 상기 전류 유동이 검출되면 상기 단계(b) 내지 (f)를 중지하는 것
    을 더 포함하는 동시 점화 및 화염 검출 방법.
  30. 접지된 벽과 이 벽 내에 배치되는 스파크 로드를 갖는 제1 채널을 구비하는 유형의 고에너지 점화기에서 동시 점화 및 화염 검출 방법으로서, 상기 스파크 로드는 중앙 전극과 전극 튜브를 갖고 상기 중앙 전극과 외측 전극 튜브가 스파크 팁을 형성하는 유형이며, 상기 동시 점화 및 화염 검출 방법은,
    (a)상기 스파크 팁 근처에 화염이 존재할 때에 전류가 상기 전극 튜브로부터 상기 접지된 벽으로 유동하도록 상기 전극 튜브에 교류 전류를 제공하는 것;
    (b)단계(d) 전에 상기 전류가 상기 전극 튜브로부터 상기 접지된 벽으로 유동하는지를 검출하는 것;
    (c)상기 전류가 검출되면 단계(b) 내지 (j)를 중지하는 것;
    (d)제1 전위를 상기 중앙 전극에 제공하는 것;
    (e)상기 전극 튜브에 제2 전위를 제공하되, 상기 제1 전위와 제2 전위는 상기 스파크 팁이 스파크를 생성하게 하는 것;
    (f)상기 스파크가 연료 및 공기 혼합물을 점화할 수 있도록 연료 및 공기 혼합물을 상기 채널 내로 도입하는 것;
    (g)단계 (e)와 (f) 동안에 상기 전류가 상기 전극 튜브와의 사이에서 유동하는지와 상기 전류가 정류 전류인지 교류 전류인지를 검출하는 것;
    (h)정류 전류가 검출될 때에 상기 제1 전위를 중단시키는 것;
    (i)교류 전류가 검출될 때에 상기 제1 전위와 상기 연료 및 공기 혼합물의 유동을 중단시키는 것;
    (j)상기 전류가 예정된 시간 내에 검출되지 않으면 상기 연료 및 공기 혼합물의 유동을 중단시키는 것; 및
    (k)예정된 타임아웃 기간 후에 단계(d) 내지 (j)를 반복하는 것
    을 포함하는 동시 점화 및 화염 검출 방법.
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