Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung, bestehend aus einer Zündflammendüse (5) mit Deflektor (2) und im Bereich von deren Austrittsöffnung angeordneter Zündkerze (7) und Thermoelement (6).
Es wird ein Deflektor aus feuerfestem, keramischem Material vorgeschlagen. Da keramisches Material ein schlechter Wärmeleiter ist, wird bei einem keramischen Deflektor verhindert, daß sich der Düsenquerschnitt der Zündflammendüse ändert und nachgestellt werden muß.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Flammenzünd- und überwachungsvorrichtung, bestehend aus einer Zündflammendüse mit Deflektor und im Bereich von deren Austrittsöffnung angeordneter Zündkerze und Thermoelement. Unter "Deflektor" wird im folgenden eine Haube, Kappe oder dergleichen oberhalb der Austrittsöffnung der Zündflammendüse verstanden, durch die die Zündflammengase in eine gwünschte Richtung oder Richtungen abgelenkt werden. Die aus der Düse austretenden Flammenzündgase werden mittels der elektrischen Zündkerze gezündet und die dadurch entfachte Pilotflamme entzündet die eigentlichen Brennergase. Damit die Zündflamme ständig brennt, ist als überwachungsorgan bei bekannten Zünd- und Sicherungsvorrichtungen für Gasbrenner ein Thermoelement vorgesehen, das von der Zündflamme bei normalem Betrieb erhitzt wird. Erlischt die Zündflamme, 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 Pilotflamme 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 Zündflamme 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 Zündflamme erloschen ist.

[0002] Ein weiterer Nachteil bekannter Flammenzünd- und überwachungseinrichtungen besteht darin, daß sie nicht auf Sauerstoffmangel ansprechen. Bei Sauerstoffmangel steigt der C0₂-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 andererseits 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] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, diesen Nachteil zu vermeiden und sicherzustellen, daß das beim Erlöschen der Zündflamme die Gaszufuhr zu den Brennern unterbrechende Thermoelement auch als Sauerstoffmangelsicherung wirkt.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Deflektor aus feuerfestem keramischen Material besteht. 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.

[0007] 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 gegenüber dem C0₂-Gehalt des Zündflammengases derart sensibel ist, daß die Flamme bei Sauerstoffmangel das Thermoelement nicht mehr beheizt, mindestens ein weiterer Teilstrom aber eine stabil weiterbrennende Flamme erzeugt. 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, solange weiter, bis sämtliches Gas verbrannt ist. Dadurch wird verhindert, daß bei Neuzündung eine Verpuffung entsteht.

[0008] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung soll der Deflektor ferner so geformt sein, daß Zündflammen auf verschiedenen Ebenen austreten, wobei es bevorzugt wird, daß die auf das Thermoelement gerichtete Zündflamme auf einer niedrigeren Ebene aus dem Deflektor austritt als die Brennergaszündflammen. Hierdurch wird nämlich erreicht, daß das Thermoelement durch Wärmeabstrahlung aus den Brennergasen geschützt wird und nur auf die durch den auf ihn gerichteten Teilstrom des Zündflammengases anspricht, so daß sichergestellt ist, daß die Gaszufuhr sowohl unterbrochen wird, wenn die Zündflamme erlischt.als auch wenn Sauerstoffmangel auftritt.

[0009] Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung soll an der von den Flammenzündgasen angeströmten Unterseite des Deflektors eine Prallfläche gebildet sein, von der mindestens eine gewölbte aufwärts geneigte Abströmmulde für die Brennergaszündflammen und mindestens eine annähernd waagerecht verlaufende Strömungsmulde für die auf das Thermoelement gerichtete Zündflamme abzweigen. 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 waagerecht 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.

[0010] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Flammenzünd- und überwachungsvorrichtung soll die Zündelektrode im Deflektor eingebaut sein. Dabei soll die Anordnung insbesondere derart getroffen sein, daß der Zündfunke im Innern des Deflektors entsteht. Während bei den bekannten Vorrichtungen die Elektrodenspitze während des Betriebs ständig der Pilotflamme ausgesetzt ist, sich dabei die 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 der Zündkerzenisolierung kann ein weiterer Kostenvorteil erzielt werden.

[0011] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zünd- und überwachungsvorrichtung 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.

[0012] Im folgenden werden noch einmal die Vorteile der erfindungsgemäßen Flammenzünd- und überwachungsvorrichtung zusammenfassend aufgeführt:

- Erhöhung der Lebensdauer durch Fertigung des _Deflektors aus feuerfestem keramischen Material,

- leichte Ausformbarkeit der Flammenzündgaskanäle oder -mulden im Deflektor,

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

- Gewährleistung einer Sicherung nicht nur beim Erlöschen der Zündflamme 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.

[0013] 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.

[0014] Gleiche Teile in den Zeichnungen sind mit denselben Bezugsziffern versehen.

[0015] 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 Zündelektrode 7 zu in waagerechte 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.

[0016] Die in den Fig. 3 bis 6 dargestellte erfindungsgemäße Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung mit einem 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 in Richtung der Pfeile 10, 10a bzw. 11, 11a über gewölbte schräg aufwärts gerichtete Mulden 15 nach oben zur Zündung der aus dem Gasbrennern 12, 12a austretenden Gase strömen und der dritte Teilstrom in Richtung des Pfeils 13 in annähernd waagerechte Richtung durch die Mulde 14 auf das Thermoelement 6 strömt (Fig.. 3 und 5).

[0017] Durch die in dem Deflektor 2 eingesetzte Zündkerze 7 werden die Zündflammengase beim Auftreffen auf die Prallfläche 9 entzündet (Fig. 5 und 6).

[0018] 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.

[0019] Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Flammzünd- 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 10, 10a; 11, 11a zur Zuendung der Gase der.Brenner 12, 12a und eine 13 für die überwachungsflamme, 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. die seitlichen Gasteilströme lo, 10a; 11, 11a. 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 Flammen 10, 10a; 11, 11a entzündet werden.

[0020] Sobald der C0₂-Gehalt der Luft zunimmt, hebt sich die Flamme 13 immer mehr ab, bis das Thermoelement 6 nicht mehr genügend beheizt wird und das Sicherheitsventil zur Schließung der Gaszufuhr betätigt. Gleichzeitig brennen die Flammen 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 Kohlenoxyd, welches sich gewöhnlich beim Abheben der Flammen bildet, und verbrauchen alle restlichen Spuren von Gas in den Zuleitungsrohren und Brennern während der Schließphase.

Ansprüche

1. Flammenzünd- und Überwachungsvorrichtung, bestehend aus einer Zündflammendüse mit Deflektor und im Bereich von deren Austrittsöffnung angeordneter Zündkerze und Thermoelement, dadurch gekennzeichnet , daß der Deflektor (2) aus feuerfestem keramischen Material besteht.

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 (13) gegenüber dem C0₂-Gehalt des Zündflammengases derart sensibel ist, daß die Flamme bei Sauerstoffmangel das Thermoelement (6) nicht mehr beheizt, mindestens ein weiterer Teilstrom (10, 11) aber eine stabil weiterbrennende Flamme erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Deflektor (2) so geformt ist, daß Zündflammen (10, 11; 13) auf verschiedenen Ebenen austreten.

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

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß an der von den Flammenzündgasen angeströmten Unterseite des Deflektors (2) eine Prallfläche (9) gebildet ist, von der mindestens eine gewölbte aufwärts geneigte Abströmmulde (15) für die Brennergaszündflammen (10, 11) und mindestens eine annähernd waagerecht verlaufende Strömungsmulde (14) für die auf das Thermoelement (6) gerichtete Zündflamme (13) abzweigen.

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

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Zündfunke im Innern des Deflektors (2) entsteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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.

Zeichnung