Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung mit einer auf Brenner gerichteten Zündflamme und einer tiefer angeordneten, auf ein Thermoelement gerichteten Wachflamme. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-OS 2 129 516 bekannt. Die aus der Düse austretenden Flammenzündgase werden mittels der elektrischen Zündkerze gezündet, und die dadurch entfachte Zündflamme entzündet die eigentlichen Brennergase. Damit die Zündflamme ständig brennt, ist als Überwachungsorgan für den Gasbrenner ein Thermoelement vorgesehen, das von einer Wachflamme bei normalem Betrieb erhitzt wird. Erlischt die Wachflamme, dann kühlt sich das Thermoelement ab und schaltet über ein Bimetall ein Sicherungsventil, das die weitere Zufuhr von Gas zu den Gasbrennern unterbindet. Dazu ist das Thermoelement mittels einer Halterung in der Nähe der Wachflamme befestigt. Vielfach ist bei den bekannten Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtungen nicht sichergestellt, dass das Thermoelement gegen Sekundärabstrahlung aus der Gasbrennerflamme geschützt ist. Damit kann beim Ausfall der Wachflamme der Fall eintreten, dass durch diese Sekundärbestrahlung der Gaszufluss zu den Gasbrennern durch das Thermoelement nicht gestoppt wird, sondern die Gasbrenner weiter brennen, obwohl die Wachflamme erloschen ist.

[0002] Ein weiterer Nachteil bekannter Flammenzünd-und Überwachungseinrichtungen besteht darin, dass sie nicht auf Sauerstoffmangel ansprechen. Bei Sauerstoffmangel steigt der CO_z-Gehalt in den Flammengasen und führt zu einem Abreissen der Flamme. In diesem Fall soll die Überwachungseinrichtung ebenfalls ansprechen und bis zur Neueinstellung der Brenner die Gaszufuhr unterbrechen.

[0003] Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtungen gewinnen immer grössere Bedeutung im Bereich der Gasverbrauchseinrichtungen. Dies ergibt sich einesteils aus dem fortschreitenden Einsatz von Erdgas und durch Kohleverflüssigung gewonnenem Gas und anderseits aus der steigenden Notwendigkeit, Verbraucher vor den Gefahren unverbrannt austretender Gase zu schützen. Dies gibt Veranlassung nach Lösungen zu suchen, die vollständiger, sicherer und verlässlicher, dabei aber preiswerter eine Überwachung der Zündflammen sowohl bei deren Erlöschen als auch bei eintretendem Sauerstoffmangel und dadurch hervorgerufener unvollständiger Verbrennung ermöglichen.

[0004] Die bei den bekannten Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtungen verwendeten Deflektoren bestehen aus Metall, insbesondere Stahl. Derartige Deflektoren wirken sich jedoch nachteilig auf die Zündung und Sicherung, hauptsächlich auf die Sauerstoffmangelsicherung, aus. Durch den Flammenkontakt erhitzen sich die metallischen Deflektoren. Diese Wärme gelangt durch Wärmeleitung zur Halterung und zur Düse, wodurch sich der Gasdurchflussquerschnitt ändert und eine Nachregulierung, meist über einen bimetallgesteuerten Schieber, zur Anpassung an die veränderten Verhältnisse erfolgen muss.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass ein Deflektor aus keramischem Material als Sauerstoffmangelsicherung arbeitet.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Zündflammendüse auf die Unterseite eines aus feuerfestem keramischem Material bestehenden Deflektors gerichtet ist und die Unterseite eine Prallfläche bildet, von der mindestens eine gewölbte aufwärts geneigte Abströmmulde für die Zündflammen und mindestens eine annähernd waagrecht verlaufende Strömungsmulde für die auf das Thermoelement gerichtete Wachflamme abzweigen.

[0007] Da keramisches Material ein schlechter Wärmeleiter ist, wird bei der erfindungsgemässen Ausbildung der Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung mit einem keramischen Deflektor verhindert, dass sich der Düsenquerschnitt der Zündflammendüse ändert und nachgestellt werden muss. Ausserdem ist keramisches Material dauerhafter, oxidiert und verkohlt nicht, so dass eine erfindungsgemäss mit keramischem Deflektor ausgestattete Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung eine längere Lebensdauer hat. Bisher wurde die Haltbarkeit der gesamten Zünd-und Überwachungsvorrichtung mit von der Lebensdauer des Deflektors bestimmt.

[0008] Das in den gewölbten aufwärts geneigten Abströmmulden strömende Zündgas bildet dabei auch dann eine stabile Flamme, wenn sich die Gaszufuhrmenge verringert. Demgegenüber erlischt die Flamme in dem annähernd waagrecht verlaufenden Strömungskanal oder der -mulde bei auftretendem Sauerstoffmangel sehr rasch, so dass durch das erkaltende Thermoelement die Gaszufuhr gestoppt wird. Da das keramische Material des Deflektors sehr gut formbar ist, können alle möglichen beliebigen Formen von Strömungsmulden oder -kanälen vorgesehen werden.

[0009] Während man bisher nur durch in Metall ausgeführte Leitungen bestimmte Strömungscharakteristiken erzielte, gelingt es durch die Erfindung allein durch einen Deflektor aus keramischem Material, die Flammen so zu führen, dass auch dann eine stabile Flamme erzeugt wird, wenn sich die Gaszufuhrmenge verringert.

[0010] Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist vorgesehen, dass Führungskanäle für die in verschiedene Richtungen aus dem Deflektor ausströmenden Zündflammenteilströme im Deflektor derart ausgeformt sind, dass der auf das Thermoelement gerichtete Teilstrom als Wachflamme gegenüber dem CO_z-Gehalt des Zündflammengases derart sensibel ist, dass die Flamme bei Sauerstoffmangel das Thermoelement nicht mehr beheizt, mindestens ein weiterer Teilstrom als Zündflamme aber eine stabil weiterbrennende Flamme erzeugt.

[0011] Bei auftretendem Sauerstoffmangel erlischt die das Thermoelement beheizende Flamme, die durch einen Teilstrom des Flammenzündgases gespeist wird, oder reisst ab. Das erkaltende Thermoelement schaltet dann die Gaszufuhr zu den Brennern ab. Währenddessen verbrennt das in der Zufuhrleitung zu der Flammenzünddüse befindliche Gas in einer stabilen Flamme, die durch einen oder mehrere andere Teilströme gespeist werden, so lange weiter, bis sämtliches Gas verbrannt ist. Dadurch wird verhindert, dass bei Neuzündung eine Verpuffung entsteht.

[0012] Gemäss einer vorteilhaften Ausgestaltung soll der Deflektor so geformt sein, dass Zünd- und Wachflammen auf verschiedenen Ebenen austreten, wobei es bevorzugt wird, dass die auf das Thermoelement gerichtete Wachflamme auf einer niedrigeren Ebene aus dem Deflektor austritt als die Zündflammen. Hierdurch wird erreicht, dass das Thermoelement durch Wärmeabstrahlung aus den Brennergasen geschützt wird und nur auf die durch den auf ihn gerichteten Teilstrom des Wachflammengases anspricht, so dass sichergestellt ist, dass die Gaszufuhr sowohl unterbrochen wird, wenn die Wachflamme erlischt als auch wenn Sauerstoffmangel auftritt.

[0013] Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung soll die Zündelektrode im Deflektor eingebaut sein. Dabei soll die Anordnung insbesondere derart getroffen sein, dass der Zündfunke im Inneren des Deflektors entsteht. Während bei den bekannten Vorrichtungen die Elektrodenspitze während des Betriebs ständig der Flamme ausgesetzt ist, sich dabei durch Oxydation abnutzt und durch Ankohlung verschmutzt, ist bei der erfindungsgemässen Anordnung die Elektrode im Deflektor isoliert, geschützt gegen Wärmestrahlungen und verschmutzungssicher untergebracht. Da das keramische Material des Deflektors elektrisch isolierende Eigenschaften hat, kann auf eine besondere Isolierung der Elektrodenspitze verzichtet werden. Durch den Wegfall derZündkerzenisolierung kann ein weiterer Kostenvorteil erzielt werden.

[0014] Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung soll der Deflektor in einer Halterung aus einem Material von geringer Wärmeleitfähigkeit eingebaut sein, und an der Halterung sollen Schilde zum Schutz der Zündflammendüse gegen Wärmestrahlung angebracht sein. Diese Schilde können durch ausgestanzte und ausgeklappte Abschnitte der Seitenwandungen der Halterung erzeugt sein.

[0015] Im folgenden werden noch einmal die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung zusammenfassend aufgeführt:

- Erhöhung der Lebensdauer durch Fertigung des Deflektors aus feuerfestem keramischem Material,

- leichte Ausformbarkeit der Flammengaskanäle oder -mulden im Deflektor,

- Schutz des Thermoelements gegen Sekundärstrahlung und Sicherung von dessen jederzeitiger Funktionsfähigkeit,

- Gewährleistung einer Sicherung nicht nur beim Erlöschen der Wachflamme, sondern auch bei Auftreten von Sauerstoffmangel,

- Sicherung des vollständigen Abbrennens der in der Flammenzündgaszufuhrleitung befindlichen Gase nach Unterbrechung der Gaszufuhr durch das Thermoelement,

- Schutz der Zündkerze durch Einbau in den Deflektor,

- Verzicht auf eine Zündkerzenisolierung, deren Rolle das Deflektormaterial übernimmt,

- Schutz der Zündgasdüse gegen Wärmestrahlung durch Anbringung von Strahlungsschilden an der Halterung.

[0016] Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung herkömmlicher Bauart in teilweise geschnittener Ansicht und

Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Deflektors aus feuerfestem Material gemäss der Erfindung,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des in einer Halterung eingebauten Deflektors,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Deflektors mit eingebauter Zündelektrode und

Fig. 6 eine Schnittansicht des in Fig. 5 dargestellten Deflektors.

[0017] Gleiche Teile in den Zeichnungen sind mit denselben Bezugsziffern versehen.

[0018] Bei der bekannten Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung gemäss Fig. 1 und 2 sind auf einem Befestigungsblech 1 der Deflektor 2 in seiner Halterung 3, und die in der Düsenhalterung 4 befestigte Düse 5, das Thermoelement 6 und die Zündelektrode 7 mittels einer Feder 8 montiert. Der Deflektor 2 leitet die aus der Düse 4 ausströmenden Gase durch einen Kanal 14 in Richtung auf das Thermoelement 6 und die Zündelektrode 7 zu in waagrechte Richtung um. Durch die Zündelektrode 7 werden die Gase entzündet. Solange die Flammen brennen und das ihnen ausgesetzte Thermoelement 6 aufheizen, bleibt die Gaszufuhr aufrechterhalten. Reisst die Flamme ab oder erlischt sie, kühlt das Thermoelement 6 ab und schaltet thermoelektrisch die Gaszufuhr ab, was den Stillstand des Zünd- und der Gasbrenner zur Folge hat.

[0019] Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellte erfindungsgemässe Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung weist einen Deflektor auf. Unter «Deflektor>, wird im folgenden eine Haube, Kappe oder dergleichen oberhalb der Austrittsöffnung der Zündflammendüse verstanden, durch die die Zündflammengase in eine gewünschte Richtung oder Richtungen abgelenkt werden. Der Deflektor 2 aus keramischem Material ist so mit Strömungskanälen bzw. -mulden ausgeführt, dass mindestens zwei Gasteilströme gebildet werden. Der aus der Zündflammendüse 5 austretende Gasstrahl trifft auf eine Prallfläche 9 an der Unterseite des Deflektors 2 und teilt sich dann in drei Teilströme, von denen zwei als Zündflammen 10, 10a und 11, 11a in Richtung der Pfeile über gewölbte schräg aufwärts gerichtete Mulden 15 nach oben zur Zündung der aus den Gasbrennern 12, 12a austretenden Gase strömen und der dritte Teilstrom als Wachflamme 13 in Richtung des Pfeils in annähernd waagrechte Richtung durch die Mulde 14 auf das Thermoelement 6 strömt (Fig. 3 und 5).

[0020] Durch die in dem Deflektor 2 eingesetzte Zündkerze 7 werden die Zündflammengase beim Auftreffen auf die Prallfläche 9 entzündet (Fig. 5 und 6).

[0021] Wie Fig. 4 zeigt, ist der Deflektor 2 in einer Halterung 3 aus Blech eingesetzt, aus deren Seitenwandungen Strahlungsschilde 18, 19 zum Schutz der Düse 5 ausgeklinkt sind, die eine Öffnung 20 zum Durchtritt der Zündgase bilden.

[0022] Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Flammenzünd- und Überwachungseinrichtung ist folgendermassen:

Die Düse 5 wird mit einem Gas bestimmten Drucks von einer bekannten Vorrichtung gespeist. Der Gasstrahl 16 trifft im Punkt 9 auf den Deflektor 2 und verteilt sich im gezeigten Falle hier in drei Richtungen, in zwei Zündflammen 10, 10a, 11, 11a zur Zündung der Gase der Brenner 12, 12a und eine Wachflamme 13, welche zur Beheizung des Thermoelements 6 bestimmt ist. Der Zündfunke der Zündkerzen 7 (siehe Fig. 6) entzündet das Gas, welches durch den Kanal 14 strömt, und auch das Gas, das die Zündflammen bildet. Das Thermoelement 6 wird somit beheizt, und der gesicherte Gashahn, der damit verbunden ist, gibt Gas frei für die Brenner 12, 12a, welche von den Zündflammen 10, 10a; 11, 11a entzündet werden.

[0023] Sobald der CO_z-Gehalt der Luft zunimmt, hebt sich die Wachflamme 13 immer mehr ab, bis das Thermoelement 6 nicht mehr genügend beheizt wird und das Sicherheitsventil zur Schliessung der Gaszufuhr betätigt. Gleichzeitig brennen die Zündflammen 10, 10a; 11, 11a unabhängig weiter, da sie aufgrund der gewählten Kanalformung eine grössere Flammenstabilität besitzen, und halten die Flammen der Brenner 12, 12a wach. Diese Flammen vermindern somit die Bildung von Kohlenoxid, welches sich gewöhnlich beim Anheben der Flammen bildet, und verbrauchen alle restlichen Spuren von Gas in den Zuleitungsrohren und Brennern während der Schliessphase.

Ansprüche

1. Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung mit einer auf Brenner gerichteten Zündflamme und einer tiefer angeordneten, auf ein Thermoelement gerichteten Wachflamme, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündflammendüse (5) auf die Unterseite eines aus feuerfestem keramischem Material bestehenden Deflektors (2) gerichtet ist und die Unterseite eine Prallfläche (9) bildet, von der mindestens eine gewölbte abwärts geneigte Abströmmulde (15) für die Zündflammen (10, 11) und mindestens eine annähernd waagrecht verlaufende Strömungsmulde (14) für die auf das Thermoelement (6) gerichtete Wachflamme (13) abzweigen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Führungskanäle (14, 15) für die in verschiedene Richtungen aus dem Deflektor (2) ausströmenden Zündflammenteilströme im Deflektor (2) derart ausgeformt sind, dass der auf das Thermoelement (6) gerichtete Teilstrom als Wachflamme (13) gegenüber dem CO_z-Gehalt des Zündflammengases derart sensibel ist, dass die Flamme bei Sauerstoffmangel das Thermoelement (6) nicht mehr beheizt, mindestens ein weiterer Teilstrom als Zündflamme (10, 11) aber eine stabil weiterbrennende Flamme erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor (2) so geformt ist, dass Zünd- und Wachflammen (10, 11; 13) auf verschiedenen Ebenen austreten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Thermoelement (6) gerichtete Wachflamme (13) auf einer niedrigeren Ebene aus dem Deflektor (2) austritt als die Zündflammen (10, 11).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektrode (7) im Deflektor (2) eingebaut ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zündfunke im Inneren des Deflektors (2) entsteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Deflektor (2) in einer Halterung (3) aus einem Material von geringer Wärmeleitfähigkeit eingebaut ist und an der Halterung (3) Schilde (18, 19) zum Schutz der Zündflammendüse (5) gegen Wärmestrahlung angebracht sind.

Claims

1. A flame igniting and monitoring apparatus having an ignition flame directed towards burners and a safety flame situated lower and directed towards a thermocouple element, characterised in that the pilot-flame nozzle (5) is directed towards the under side of a deflector (2) consisting of refractory ceramic material and forms the under side of an impact surface (9) from which branch off at least one arched downwardly inclined flow-off trough (15) for the flames (10, 11) and at least-one flow trough (14) extending substantially horizontally for the safety flame (13) directed towards the thermocouple element (6).

2. An apparatus as claimed in Claim 1, characterised in that guide channels (14, 15) for the component streams of the ignition flame flowing out of the deflector (2) in various directions are formed in the deflector (2) in such a manner that the component stream directed towards the thermocouple element (6) as a safety flame (13) is sensitive to the CO₂ content of the pilot flame gas so that in the event of a shortage of oxygen, the flame no longer heats the thermocouple element (6) but at least one further component stream produces a flame which continues to burn stably, as an ignition flame (10, 11).

3. An apparatus as claimed in Claim 2, characterised in that the deflector (2) is so formed that the flames (10, 11, 13) emerge on different planes.

4. An apparatus as claimed in Claim 3, characterised in that the safety flame (13) directed towards the thermocouple element (6) emerges from the deflector (2) on a lower plane than the ignition flames (10, 11).

5. An apparatus as claimed in one of the Claims 1 to 4, characterised in that the ignition electrode (7) is installed in the deflector (2).

6. An apparatus as claimed in Claim 5, characterised in that the ignition spark is formed in the interior of the deflector (2).

7. An apparatus as claimed in one of the Claims 1 to 6, characterised in that the deflector (2) is installed in a holding means (3) of a material having a low heat conductivity and shields (18, 19) are mounted on the holding means (3) to protect the ignition-flame nozzle (5) from thermal radiation.

Revendications

1. Dispositif d'allumage et de surveillance de flammes avec une veilleuse d'allumage dirigée sur le brûleur et une veilleuse disposée plus profondément et dirigée sur un thermocouple, caractérisé par le fait que la buse de veilleuse d'allumage (5) est dirigée sur la face inférieure d'un déflecteur (2) constitué d'un matériau céramique réfractaire et cette face inférieure constitue une surface d'impact (9) de laquelle bifurquent au moins une cuvette déviatrice (15) bombée inclinée vers le haut pour les flammes d'allumage (10, 11) et au moins une cuvette d'écoulement (14) adjacente s'écoulant horizontalement pour la veilleuse (13) dirigée sur le thermocouple (6).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des canaux de guidage (14, 15) pour les courants partiels de veilleuses d'allumage sortant du déflecteur (2) dans plusieurs directions sont formés dans ledit déflecteur (2) de telle manière que le courant partiel formant veilleuse (13) dirigé sur le thermocouple (6) est sensible à la teneur en cO₂ du gaz de la veilleuse d'allumage de sorte que la flamme, en cas d'insuffisance d'oxygène, ne chauffe plus le thermocouple (6), au moins un autre courant partiel formant veilleuse d'allumage (10, 11) assurant cependant une flamme continuant à brûler de manière stable.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le déflecteur (2) a une forme telle que les veilleuses d'allumage et les veilleuses (10, 11; 13) sortent selon plusieurs plans.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la veilleuse (13) dirigée sur le thermocouple (6) sort du déflecteur (2) selon un plan situé plus bas que les veilleuses d'allumage (10, 11).

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'électrode d'allumage (7) est montée dans le déflecteur (2).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la bougie d'allumage se forme à l'intérieur du déflecteur (2).

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le déflecteur (2) est monté dans un support (3) en un matériau ayant une conductibilité thermique inférieure et des boucliers (18, 19) pour la protection de la buse de veilleuse d'allumage (5) sont fixés sur le support (3).

Zeichnung