NL8400406A

NL8400406A - Gasbrander.

Info

Publication number: NL8400406A
Application number: NL8400406A
Authority: NL
Original assignee: Veg Gasinstituut Nv
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1985-09-02
Also published as: JPS60243421A; DE3565004D1; CA1240916A; ATE37227T1; EP0154361B1; US4622004A; AU3804985A; AU578656B2; EP0154361A1; SU1553017A3; NZ210961A

Description

ί\ ”3

Gasbrander.

De uitvinding heeft betrekking op een gasbrander met een in een gesloten verbrandingskamer aangebrachte branderplaat, een aan de van de verbrandingskamer afgekeerde 5 zijde van de branderplaat gelegen mengkamer met een gasinlaat en een luchtinlaat en een tussen de gas- en luchtinlaten enerzijds en de branderplaat anderzijds in de mengkamer aangebrachte ventilator voor het door de openingen van de branderplaat aan de verbrandingskamer toevoeren van het in de 10 mengkamer gevormde gas-luchtmengsel.

Een dergelijke gasbrander is bekend uit de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage 7906458. Deze bekende brander is niet geschikt voor toepassingen, waarbij de belasting daarvan moet kunnen worden veranderd en wel in 15 de eerste plaats, omdat de brander is voorzien van een metalen branderplaat, voor welke de belastingen, waarbij juist nog geen afblazen van de vlam en juist nog geen vlaminslag optreden slechts weinig verschillen en in de tweede plaats, omdat hierbij ook een verandering van de belasting binnen de door 20 de bovengenoemde criteria bepaalde grenswaarden de hiertoe noodzakelijke regeling van de gastoevoer een afwijking van de bij de fabricage van de brander ingestelde mengverhouding van het gas-luchtmengsel tot gevolg zal hebben, waarbij door een te grote of te kleine luchtovermaat in dit mengsel het rende-25 ment van de verbranding wordt verkleind en/of de concentratie van voor de gezondheid schadelijke verbrandingsproducten, , zoals met name koolmonoxide in het verbrandingsgas wordt verhoogd.

Voorts hebben dergelijke branders het bezwaar, dat 30 zij met het oog op de nadelige gevolgen van afwijkingen ten opzichte van de oorspronkelijk ingestelde mengverhouding als gevolg van veroudering, corrosie en/of vervuiling daarvan betrekkelijk veel onderhoud vergen.

De uitvinding verschaft een gasbrander van de 35 bovenbeschreven soort, waarbij de genoemde bezwaren zijn vermeden, doordat deze een uit vuurvast materiaal met een gering warmtegeleidingsvermogen bestaande branderplaat bevat, terwijl in de verbrandingskamer op korte afstand boven deze branderplaat een redoxdetector met een van de samenstelling 40 8 4 0 0 4 0 6 ί _ ‘ii - 2 - van tiet verbrandingsgas afhankelijke electrische weerstand is aangébracht en de brander van een op deze detector aangesloten electronische regel schakeling is voorzien, welke in responsie op het aan de ingang daarvan toegevoerde, met de weerstand van 5 de detector evenredige detectiesignaal een of meer uitgangssignalen voor het regelen van de gastoevoer en/of de luchttoevoer aan de mengkamer van de brander levert.

Daar de bij.de brander volgens de uitvinding toegepaste branderplaat van vuurvast materiaal een gering warmte-10 geleidingsvermogen bezit kan deze brander met sterk uiteenlopende belastingen worden bedreven, omdat bij een dergelijke branderplaat de maximaal toelaatbare belasting daarvan een veelvoud bedraagt van de laagst mogelijke belasting, waarbij nog juist geen vlaminslag optreedt.

15 · Door de verder bij de brander volgens de uitvinding toegepaste regeling van de mengverhouding van het gas-lucht-mengsel in afhankelijkheid van de concentraties van reducerende componenten in het verbrandingsgas is enerzijds bereikt, dat deze mengverhouding voor elke belasting en gassamenstelling 20 een waarde zal bezitten, die een zo volledig mogelijke verbranding oplevert en wordt anderzijds de verandering van de mengverhouding als gevolg van slijtage en/of vervuiling van de brander automatisch gecorrigeerd tot deze een waarde bereikt, waarbij het regelbereik. van de schakeling wordt over-25 schreden en de gastoevoer door deze zal worden geblokkeerd of vergrendeld. De regel schakeling kan hierbij tevens worden gebruikt voor het signaleren van een slijtage- of vervuilings-toëstand, waarbij het regelbereik van de schakeling nog niet wordt overschreden, doch die ter vermijding hiervan het uit-30 voeren van onderhoudswerkzaamheden aan de brander op korte termijn noodzakelijk maakt. Door deze automatische correctie van de mengverhouding kan bovendien het onderhoud van de brander met grotere tussenpozen worden uitgevoerd zonder dat hierdoor nadelige gevolgen voor wat het verbrandingsrendement 35 en de vorming van schadelijke verbrandingsproducten betreft worden ondervonden.

De gasbrander volgens de uitvinding heeft verder nog het voordeel, dat bij een van een dergelijke brander voorziene inrichting geen trekonderbreker behoeft te worden toegepast 4Q

8400406 ê 9 - 3 - en met betrekking tot de veiligheid van deze inrichting en de veiligheid van de verbranding ook geen bijzondere eisen aan de uitvoering van het afvoerkanaal behoeven te worden gesteld, omdat ook een toename van de concentratie van reducerende 5 gascomponenten in de verbrandingskamer als gevolg van een verstopping van de verbrandingsgasafvoer door de redoxdetector zal worden gedetecteerd en door wijziging van de mengverhouding van het gas-luchtmengsel- door de regel schakeling zal worden tegengegaan en ook in dit geval, eventueel na voorafgaande 10 signalering bij overschrijding van het regel bereik van de schakeling de gastoevoer aan de brander zal worden geblokkeerd.

Volgens een verdere uitwerking van de uitvinding is de redoxdetector voorzien van een electrisch verhittingsele-ment voor het voorafgaand aan de toevoer van het gas-lueht-15 mengsel aan de verbrandingskamer op de vereiste bedrijfstempe-ratuur brengen van de detector en het ontsteken van het gas-luchtmengsel, terwijl de electronische regel schakeling is voorzien van een keten, welke in responsie op het daaraan toegevoerde detectiesignaa!, wanneer het mengsel niet wordt 20 ontstoken een afsluiting van de gastoevoer aan de mengkamer bewerkstelligt.

Door het voorafgaand aan de toevoer van het gas-luchtmengsel aan de verbrandingskamer verhitten van de detector tot op zijn bedrijfstemperatuur wordt bereikt, dat de bij het 25 ontsteken van de brander optredende kortstondige hoge concentratie van reducerende gascomponenten door de detector wordt gedetecteerd en wanneer deze als gevolg van het niet ontsteken van het gas-luchtmengsel gedurende een voorafbepaal de tijd, zoals bijvoorbeeld 1 a 2 seconden aanwezig blijft de gastoevoer 30 aan de mengkamer wordt afgesloten. Het verhittingselement kan hierbij behalve voor het verkrijgen van deze beveiligingsfunctie van de detector tevens voor het ontsteken van het gas-luchtmengsel worden gebruikt, waardoor de toepassing van een afzonderlijk orgaan, zoals een aansteekbrander of een electri-35 sche ontsteking voor dit doel overbodig wordt.

De uitvinding zal thans nader worden toegeiicht aan de hand van de tekening, waarin is : fig. 1: een schematische afbeelding van een uitvoe-ringsvoorbeeld van een lucht- of waterverhittingsinrichting 40 met een gasbrander volgens de uitvinding.

8400405 ί * - 4 - fig. 2: een grafische voorstelling van de CO-productie tijdens verbranding als functie van de relatieve belasting voor een bekende gasbrander en een gasbrander volgens de uitvinding.

5 , fig. 3: een grafische voorstelling van de CO-productie als functie van de luchtfactor voor twee bekende gastoestellen en een gastoestel met een gasbrander volgens de uitvinding.

De in fig. 1 weergegeven inrichting is voorzien van 10 een gasbrander, bestaande uit een door een wand 1 omgeven gesloten verbrandingskamer 2 met een kanaal 2a voor het afvoeren van de' gevormde verbrandingsgassen, een in deze ver-brandingskaraer aangebrachte branderplaat 3 van Vuurvast materiaal, een aan de van de verbrandingskamer afgekeerde zijde 15 van deze branderplaat gelegen mengkamer 4 met een gasinlaat 5 en een luchtinlaat 6 en een tussen deze inlaten 5 en 6 enerzijds en de branderplaat 3 anderzijds in de mengkamer 4 aangebrachte ventilator 7. Het in de mengkamer gevormde gas-Tuchtmengsel wordt door de ventilator 7 via de openingen 20 in de branderplaat 3 aan de verbrandingskaraer 2 toegevoerd en in deze zonder bijmenging van secundaire lucht verbrand.

De inrichting bevat voorts een in de verbrandingskamer 2 aangebrachte warmtewisselaar 8 voor het verhitten van water of lucht.

25 In de verbrandingskamer is verder op korte afstand boven de branderplaat 3 als redoxdetector een koolmonoxide-detector 9 aangebracht, welke op een electronische regel schakeling 10 is aangesloten. De regel schakeling 10 is van een met de ventilator 7 verbonden uitgang en/of een met een in de gas-30 toevoer!eiding 11 opgenomen regelafsluiter 12 verbonden uitgang voorzien en is zodanig ingericht, dat deze wanneer de door de detector 9 gemeten koolmonoxideconcentratie in het verbrandingsgas een voorafbepaalde grenswaarde overschrijdt een regel signaal aan de ventilator 7 en/of de regelafsluiter 35 12 levert, in responsie waarop de luchttoevoer en/of de gas toevoer aan de mengkamer 4 zodanig wordt veranderd, dat de koolmonoxideconcentratie in het verbrandingsgas weer tot de voorafbepaalde grenswaarde afneemt.

De regel schakeling kan hierbij meer in het bijzonder 40 zodanig zijn ingericht, dat de ventilator zowel bij het 8400406 # i - 5 - ontsteken van de brander als bij detectie van een boven de voorafbepaalde grenswaarde liggende koolmonoxideconcentratie tn bet verbrandingsgas eerst op een zodanig boog toerental wordt ingesteld, dat een grote luchtovermaat in bet gas-5 luchtmengsel ontstaat en dat deze luchtovermaat vervolgens door bet verlagen van bet toerental van de ventilator wordt verminderd tot het aan de ingang van de regel schakeling toe-.gevoerde detectiesignaal een met de voorafbepaalde grenswaarde van de koolmonoxideconcentratie corresponderende waarde heeft IQ bereikt.

Door het beschreven samenstel van de kool monoxide-detector en de daarop aangesloten regel schakeling zal de kool-monoxideconcentratie in het verbrandingsgas bij elke verandering daarvan ten opzichte van de voorafbepaalde grenswaarde, 15 ongeacht of deze door wijziging van de belasting van de brander door het vergroten of verkleinen van de gastoevoer daaraan, dan wel door veroudering, corrosie of vervuiling van de brander of verstopping van het afvoerkanaal van de inrichting wordt veroorzaakt steeds automatisch op deze grenswaarde 20 worden teruggeregeld, zodat door toepassing van de gasbrander volgens de uitvinding een inrichting met een regelbare belasting is verkregen, die een betrouwbare en veilige werking bezit en betrekkelijk weinig onderhoud vergt.

Bij een gastoestel met een gasbrander volgens de 25 uitvinding werd voor bet controleren van de veiligheid daarvan de responsie van dit toestel op de navolgende» bewust gecreëerde onveilige situaties onderzocht: 1. het niet ontsteken van het gas-luchtmengsel.

2. het afsluiten van de verbrandingsgasafvoer.

30 3* sterke vervuiling van de warmtewisselaar.

4. verhoging en verlaging van de gasdruk met 30¾.

5. verkleining van de luchtaanvoeropening.

Op deze situaties werd door het toestel als volgt gereageerd: 35 1. afsluiten van de gasklep.

2. afsluiten van de gasklep.

3. aanpassing van de gas/luchtverbouding en bij te sterke vervuiling afsluiting van de gasklep.

4. bijregeling van de gas/luchtverbouding.

40 5. bijregeling van de gas/luchtverbouding, 8400408 * - 6 - gevolgd door afsluiting van de gasklep wanneer de opening te klein wordt.

In de grafische voorstelling volgens fig. 2 is met de kromme A het verloop van de CO-productie als functie van de 5 belasting voor een op de gehruikeltjke wijze uitgevoerde keukengeiser weergegéven. Uit deze kromme blijkt, dat reeds bij een geringe overschrijding van de nominale belasting Bo een zeer sterke toename van de CO-concentratie in het verbrandingsgas optreedt. De kromme B in ff.g. 2 toont het verloop 10 van de CO-concentratie in het verbrandingsgas als functie van de belasting voor een inrichting met een gasbrander volgens de uitvinding en waarbij als redoxdetector een koolmonoxide-detector van het type "Figaro CMS 202" werd toegepast. Uit deze kromme blijkt, dat ook bij een zeer grote belastings-15 variatie geen noemenswaardige toename van de CO-concentratie optreedt.

In de grafische voorstelling vólgens fig. 3 is met de krommen A, B en C het verloop van de CO-productie als functie van de luchtovermaat in het gas-1uchtmengsel weergegeven 20 voor respectievelijk een op gebruikelijke wijze uitgevoerde gasgeiser, een inrichting met een gasbrander volgens de uitvinding en een centrale verwarmingsketel met een hoog rendement. Uit deze krommen blijkt, dat bij toepassing van een gasbrander volgens de uitvinding met een minimale luchtovermaat in het 25 gas-1uchtmengsel kan worden volstaan, waardoor een hoog rendement wordt verkregen.

Bij de gasbrander volgens de. uitvinding kan met voordeel een uit keramisch materiaal bestaande branderplaat worden toegepast, daar dergelijke branderplaten zoals bekend 30 over een groot belastingsbereik een stabiele vlam leveren en een aanzienlijk langere levensduur bezitten dan de eveneens op zichzelf bekende, voor aantasting door corrosie gevoelige metalen branderplaten.

Daar met een keramische branderplaat bovendien een 35 zeer gelijkmatige verdeling van het gas-1uchtmengsel over het oppervlak van de branderplaat wordt verkregen zal hierbij ook de concentratie van de bij de verbranding van het mengsel gevormde reducerende gascomponenten over het gehele plaatopper-vlak dezelfde waarde bezitten. Dit biedt de mogelijkheid om de 40 - 8400406 $ < - 7 - als criterium voor de regeling van de mengverhouding gebruikte grenswaarde van de koolmonoocideconcentratie zo laag te kiezen, dat een nagenoeg stoechiometriscbe verbranding wordt gehandhaafd. Daar de koolmono.xidedetector een vooral hij het meten 5 van zeer lage koolmonoxideconcentraties niet te verwaarlozen temperatuurgevoeligheid bezit moet deze hierbij op korte afstand boven het oppervlak, van de branderplaat worden aangebracht, aangezien de temperatuur nabij de branderplaat nagenoeg constant is, doch op grotere afstand daarvan betrekkelijk 10 sterk kan variëren als gevolg van temperatuurveranderingen • van het aan de warmtewisselaar toegevoerde medium.

Bij de in de tekening weergegeven inrichting is de koolmonoxidedetector 9 voorzien van een verhittingselement 9a in de vorm van een om de detector gewikkelde gloei draad, door 15 middel waarvan de detector bij het in bedrijf stellen van de brander tot op zijn bedrijfstemperatuur kan worden verhit, alvorens de gastoevoer aan de brander wordt vrijgegeven en door welke gloeidraad tevens het gas-luchtmengsel kan worden ontstoken.

20 Door het voorverhitten van de koolmonoxidedetector zal deze de bij het ontsteken van het gas-luchtmengsel als gevolg van de daarin aanwezige luchtovermaat optredende relatief hoge koolmonoxideconcentratie detecteren en kan in responsie op het daarbij aan de regel schakeling 10 geleverde 25 detectiesignaal door deze schakeling-een blokkering van de gastoevoer worden bewerkstelligd wanneer deze hoge kool'monoxide-concentratie langer dan een voorafbepaal de tijd (bijv. 13 2. seconden) na het ontstekingstijdstip aanwezig blijft.

Als regel schakeling kan een willekeurige, op zichzelf 30 bekende analoge regelschakeling of ook een voor het beoogde doel geschikte microprocessor worden toegepast.

De gasbrander volgens de uitvinding is voor wat de toepassingsmogelijkheden daarvan betreft niet tot inrichtingen van de in het voorgaande beschreven soort beperkt, doch kan 35 met name ook bijvoorbeeld als voor een keuken- en/of badgeiser of een kooktoestel worden toegepast. Voor de toepassing als gasbrander voor een kooktoestel kan de brander zelf op de in het voorgaande beschreven wijze zijn uitgevoerd en zijn aan-gebracht in een deze omgevende houder, welke aan zijn boven-4G zijde door een van openingen voor het doorlaten van‘het 8400406 - 8 - verbrandingsgas voorziene metalen kookplaat is afgedekt.

Tenslotte kan de gasbrander volgens de uitvinding in een speciale kleine uitvoering met een gering vermogen van 100-50Q Watt worden toegepast als stuurbrander voor het rege-5 len van de zuurstoftoevoer aan een grote industriële gasbrander met een vermogen van bijvoorbeeld 30 kWatt of meer. De stuurbrander is hierbij voor wat de gastoevoer betreft aan de industriële brander parallelgeschakeld, terwijl de aan de ventilator van de stuurbrander geleverde regel spanning dan IQ tevens een maat is voor de zuurstofbehoefte van de industriële brander en derhalve als stuursignaal voor het regelen van de zuurstoftoevoer aan deze laatstgenoemde brander kan worden gebruikt.

15 8400406

Claims

1. Gasbrander met een in een gesloten 'verbrandings-kamer aangebrachte branderplaat, een aan de van de verbran-dingskamer afgekeerde zijde van de branderplaat gelegen mengkamer met een gasinlaat en een luchtinlaat en een tussen de 5 gas- en luchtinlaten enerzijds en de branderplaat anderzijds in de mengkamer aangebrachte ventilator voor het door de openingen van de branderplaat aan de verbrandingskamer toevoeren van het in de mengkamer gevormde gas-luchtmengsel, met het kenmerk, dat de brander een uit vuur-10 vast materiaal met een gering warmtegeleidingsvermogen bestaande branderplaat bevat, terwijl in de verbrandingskamer op « korte afstand boven de branderplaat een redoxdetector met een van de samenstelling van het verbrandingsgas afhankelijke electrische weerstand is aangebracht en de brander van een op 15 deze detector aangesloten electronische regel schakeling is voorzien, welke in responsie op het aan de ingang daarvan toegevoerde, met de weerstand van de detector evenredige detectie-signaal een of meer uitgangssignalen voor het regelen van de gastoevoer en/of de luchttoevoer aan de mengkamer van de 20 brander levert.

2. Gasbrander volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de brander van een keramische branderplaat is voorzien.

3. Gasbrander volgens conclusie 1 of 2, m e t 25 het kenmerk, 'dat de redoxdetector is voorzien van een electrisch verhittingselement voor het voorafgaand aan het toevoeren van het gas-luchtmengsel aan de verbrandingskamer op de vereiste bedrijfstemperatuur brengen van de detector en het ontsteken van het gas-luchtmengsel, terwijl de electronische 30 regelschakeïing is voorzien van een keten, welke in responsie op het daaraan toegevoerde detectiesignaal wanneer het mengsel niet wordt ontstoken een afsluiting van de gastoevoer aan de mengkamer bewerkstelligt. 35 8400406 • - IQ - ï

4. Gasbrander volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk,, dat de in de. verbrandingskamer aangeb.rach.te redoxdetector een detector met een van de concentratie van een of meer reducerende componenten in 5 h.et verbrandingsgas afhankelijke weerstand is.

5. Gasbrander volgens conclusie 4, m e t het kenmerk, dat de in de verbrandingskaraer aangebrachte redoxdetector een koolmonoxidedetector is. . IQ -/- 8400406