CS258460B2 - Method of inflammable gas mixture ignition and device for this method realization - Google Patents

Description

258460 4 Při zapalováni hořlavé směsi způsobem podle vynálezu se vede ke spalovacímu pásmu proudplynného paliva a souběžně s ním se vede proud oxidačního plynu; v nejvýhodnějším provedeníse proud plynného paliva vede v ose zapalovacího zařízení a kolem něj se souběžně vede prsten-cový proud oxidačního plynu, zejména čistého kyslíku nebo vzduchu. Na konci obou těchto proudůse v jednom z nich vytváří zapalovací jiskra, která potom přenáší zapalovací impuls proudemoxidačního plynu do pásma spalování, kde již došlo k promíchání plynného paliva a oxidačníhoplynu na hořlavou směs.

Je ovšem možné také vést vnitřním proudem oxidační plyn a vnějším prstencovým proudemplynné palivo, protože samotné plynné palivo není hořlavé a v jiskřišti proto nemůže dojítk zapálení plynu. K provádění tohoto způsobu podle vynálezu bylo vyřešeno zapalovací zařízení, které sestáváz prvního válcového kanálku 1 a z druhého prstencového kanálku 2» vedeného souběžně a soustřed-ně s prvním válcovým kanálkem 2· Oba kanálky 2» 2_ jsou od sebe odděleny stěnou 2< která máv celé své délce stejnou tloušiku a probíhá po celé délce obou kanálků 2» 2· Na výstupníchkoncích 2 obou přívodních kanálků 2» 2_ je dělicí stěna 3_ opatřena vyhnutým jazýčkem 5, kterýmje zmenšena vzdálenost mezi vnitřní stěnou druhého prstencového kanálku 2, tvořenou vnějšíplochou dělicí stěny 3_, a vnější stěnou druhého prstencového kanálku 2, takže mezi koncemvyhnutého jazýčku 5, a vnější stěnou druhého prstencového kanálku 2 je vytvořeno jiskřištěJj pro tvorbu zapalovací jiskry. Dělicí stěna 3, oddělující první válcový kanálek 2 od druhéhoprstencového kanálku 2, je v celé své délce oddělena od vnější stěny druhého prstencovéhokanálku 2 kromě nutných spojů, které jsou tvořeny zejména fluorokarbonovými distančními prvky7, popřípadě jinými izolačními prvky. Stěny obou přívodních kanálků i, 2 jsou elektricky vodivénebo jsou alespoň opatřeny elektricky vodivou povrchovou vrstvou.

Ve znázorněném příkladném provedení se prvním válcovým kanálkem 2 přivádí do spalovacíhopásma plynné palivo 9_, zejména zemní plyn, a druhým prstencovým kanálkem 2 se přivádí okysličo-vací plyn 8., zejména vzduchu nebo čistý kyslík. Oba tyto proudy plynu se vedou souběžně ajsou od sebe až k výstupnímu konci 4. odděleny dělící stěnou 3. Po výstupu do oblasti 10 sespolu mísí a společně postupují do spalovacího pásma, takže na směšovací oblast 10 navazujespalovací pásmo.

Na stěny přívodních kanálků 2» 2 je přivedeno elektrické napětí obvodem, zobrazeným naobr. 1 a sestávajícím z transformátoru 13, jehož primární svorky 11, 12 jsou připojeny naběžnou elektrickou sí£, dodávající střídavý proud o napětí 220 V a kmitočtu 50 Hz nebo o napětí110 V a kmitočtu 60 Hz. Sekundární svorky 33, 14 zvyšovacího transformátoru 15 jsou připojenyk obvodové stěně prvního válcového kanálku i a druhého prstencového kanálku 2. Při správnévolbě transformačního poměru transformátoru 15 se v nejužším místě mezi koncem vyhnutého jazýčku2 dělicí stěny 2, spojené s první sekundární svorkou 13 transformátoru 15 a vnější stěnoudruhého prstencového kanálku 2, která je napojena na druhou sekundární svorku 14 transformá-toru 15, vytváří přeskokové napětí, takže dochází k elektrickému výboji jiskrou, která přenesesvoji energii v proudu okysličovacího plynu 2 éo oblasti 13, ve které se oba plyny směšují. K zapálení tedy dochází přesto, že jiskra vzniká v nehořlavém plynu; jak již bylo řečeno,předpokládá se, že intenzívní jiskření v přeskokové oblasti způsobuje iontovou disociaci mole-kul čistého plynu v oblasti vzniku jiskry; přičemž ionizované částice jsou proudem plynu unáše-ny do směšovací oblasti 10, kde se ionizované částice znovu rekombinují na neutrální částiceplynu při současném uvolňování tepla, které je dostatečné k zapálení směsi ve směšovací oblas-ti 10.

Jiné příkladné provedení zapalovacího zařízení je znázorněno na obr. 3 a 4; uspořádáníobou přívodních kanálků 2, 2 pro přívod okysličovacího plynu 2 i plynného paliva 2 3® stejnéjako v předchozím příkladu a také celkové uspořádáni zařízení je vcelku podobné, pouze místovyhnutého jazýčku 5 na dělicí stěně 2 3e zařízení opatřeno navařeným jazýčkem 25 na vnějšístěně druhého prstencového kanálku 2, zmenšujícím vzdálenost mezi vnější stěnou druhého prsten-cového kanálku 2 a dělicí stěnou 2» která je současně obvodovou stěnou prvního válcového kanál- 5 258460 ku 1 a vytvářející tak jiskřiště i, ve kterém je vzdálenost mezi vnitřní a vnější stěnou dru-hého prstencového kanálku 2 snížena natolik, že při přivedení potřebného napětí ze sekundár-ního vinutí transformátoru 15 dojde k přeskoku jiskry.

Další alternativní provedení zapalovacího zařízení podle vynálezu je znázorněno na obr. 5,kde je dělicí stěna 3 mezi prvním válcovým kanálkem JL a druhým prstencovým kanálkem 2 opatřenana své vnější ploše elektrickou izolací £5, která probíhá v podstatě po celé její. délce kroměkoncového úseku v oblasti výstupního konce 4^ obou přívodních kanálků ly 2j takže jiskřiště6 je vytvořeno mezi elektrovodivými stěnami vnějšího druhého prstencového kanálku 2 v obnaže-ném úseku, který není kryt elektrickou izolací 45. Přívod jednotlivých druhů plynů může být i opačný, to znamená prvním válcovým kanálkemJL může být do směšovací oblasti 10 přiváděn oxidační plyn £ a druhým prstencovým kanálkem2 může být vedeno plynné palivo % takže jiskra se vytváří v plynném palivu 9_, kterým se pakpřenáší zapalovací impuls do hořlavé směsi.

Stěny obou přívodních kanálků .1, 2 jsou z elektricky vodivého materiálu, popřípadě mohoubýt opatřeny vrstvou elektricky vodivého materiálu, přičemž každá z nich je připojena na ji-nou sekundární svorku zvyšovacího transformátoru 15, který zajišřuje potřebné zvýšení napětína přeskokovou hodnotu v oblasti jiskřiště jj. Dělicí stěna 3^ která je současně vnější stěnouprvního válcového kanálku jL a vnitřní stěnou druhého prstencového kanálku 2, je odizolovánaod vnější stěny druhého prstencového kanálku 2^ vzduchovou mezerou, popřípadě je-li tatfo mezeraužší nebo je-li přiváděné napětí vyšší jako je tomu v třetím příkladu provedení, je vnějšíplocha dělicí stěny 3 opatřena vrstvou elektrické izolace 45, ukončenou v oblasti jiskřiště 6.. K vytváření jiskry není třeba velkého množství elektrické energie, protože jiskra přeska-kuje mezi dvěma blízkými body a dráha přeskoku nemusí být vychylována nebo vedena obloukemjako tomu bylo u známých zařízení. Zapalovací napětí není třeba příliš zvyšovat, protože bymohlo naopak docházet k přeskokům jisker mezi stěnami druhého prstencového kanálku 2_ ještěpřed výstupním koncem .4, což by bylo nevýhodné, protože by se prodlužovala dráha přenosuionizovaných částic plynu a snižovala by se účinnost zapalování. Pro optimální činnost zaříze-ní je vhodné takové zapalovací napětí, které vyvolá jiskru v upraveném jiskřišti 0_ . Jak jižbylo řečeno; jiskra nevzniká v místě, kde dochází ke spalování hořlavé směsi, takže jiskřiště6^ není namáháno vysokými teplotami a není vystaveno urychlenému opotřebení. To je výhodnézejména pro kontinuální spajovací zařízení. Zapalovací zařízení také nevyžaduje žádné zvláštnízapalovací trny a elektrody nebo zapalovací plamen, popřípadě deflektory a jiné konstrukčníúpravy, které jsou základní složkou mnoha známých zapalovacích zařízení s dodatečným směšo-váním vzduchu a paliva.

Oba přívodní kanálky J^, 2 jsou jednoduše vytvořeny dvojicí do sebe vsunutých trubek,mezi jejich stěnami je ponechána potřebná mezera. Příčný průřez těchto trubek může být zcelalibovolný, kromě kruhového průřezu, který je nejvýhodnější, jsou také možné půlkruhové, pravo-úhelníkové, mnohoúhelníkové a jiné tvary průřezu. Tyto trubky mají být z elektricky vodivéhomateriálu nebo mají být opatřeny alespoň na k sobě přivrácených plochách elektricky vodivouvrstvou. Není také důležité, z jakého materiálu tyto trubky jsou, jedinou podmínkou je elek-trická vodivost alespoň povrchové vrstvy. Je-li oxidačním plynem 8 vzduch, jsou vhodné trubkyželezné, je-li oxidačním plynem J3 kyslík nebo alespoň plyn se zvýšeným obsahem kyslíku, jetřeba použít měděných trubek.

Plynným palivem 9_ je nejvýhodněji zemní plyn, ale může to být také metan, koksárenskýnebo generátorový plyn a podobně. Volba oxidačního plynu 8 je především závislá na tom,k jakému účelu je spalování využito.

Obě trubky musí být od sebe dostatečně izolovány. Z příkladů provedení je zřejmé, žev mnoha případech stačí k tomuto účelu vzduchová mezera mezi stěnami obou trubek, které jsouudržovány v potřebném vzájemném odstupu distančními prvky T_ z fluorokarbonu nebo podobného 258460 6 izolačního materiálu. Těmito distančními prvky T_ se z dvojice trubek vytvoří kompaktní tuhýcelek.

Na stěny obou přívodních kanálků 1., 2 nebo alespoň na vnitřní a vnější stěnu druhéhoprstencového kanálku 2 je přivedeno z běžného zdroje, kterým je normální elektroinstalačnírozvod, elektrické napětí, zvýšené transformátorem 15 na hodnotu 5 000 až 9 000 v. Při tomtonapětí nemůže dojít k přeskoku jiskry mezi dělicí stěnou 2 a vnější stěnou druhého prstenco-vého kanálku 2, protože vzduchová mezera mezi nimi je dostatečně velká. K přeskoku jiskryvšak dojde v jiskřišti 6, které může být vytvořeno vyříznutím jazýčku z čelního konce vnitřnínebo vnější trubky a jeho vyhnutím směrem k protilehlé stěně do tvaru vyhnutého jazýčku 5nebo navařením jazýčku 25 na jednu z obou trubek, takže na konci jazýčku 5., 25 se dosáhnetakového přiblížení k protilehlé stěně, že může přeskočit jiskra při uvedeném napětí. V příkladech provedení je zobrazeno nejvýhodnější uspořádání obou přívodních kanálkůJI, 2, kdy druhý prstencový kanálek 2 obklopuje první válcový kanálek _1. Je však stejně dobřemožné i jiné uspořádáni, například oba kanálky mohou být válcové a mohou být umístěny vedlesebe, takže mohou být vytvořeny vnitřními prostory dvou vedle sebe umístěných trubek. Následující konkrétní příklady provedeni zařízení podle vynálezu ukazují, jakých výsledkůje možno dosáhnout. Hodnoty se vztahuji k příkladnému provedeni zařízení podle obr. 1.

Vnitřní trubka, jejíž stěna je dělicí stěnou ji, má vnější průměr 2,67 cm a vnější trubka,jejíž vnitřní stěna tvoři vnější stěnu druhého prstencového kanálku 2_, má vnitřní průměr3,51 cm. Mezera mezi oběma elektricky vodivými stěnami válcového tvaru, omezujícími druhýprstencový kanálek 2, je tedy 0,42 cm. Na konci vnitřní trubky jsou vyříznuty dva jazýčky,které jsou vyhnuty směrem ven do tvaru vyhnutých jazýčků .5 a svým koncem se blíží k vnitřnístěně vnější trubky na nejkratší vzdálenost z celé vzduchové mezery mezi oběma trubkami, kteráje postačující pro vytvoření jiskřiště a která činí 0,16 cm.

Na primární vinutí transformátoru 15 je přiváděno střídavé napětí 120 V s kmitočtem60 Hz a 150 W, zatímco ze sekundárního vinutí transformátoru 15 je odebíráno napětí 6 000 V,které je přiváděno na obě trubky a které je v oblasti jiskřiště £ vyšší než přeskokové napětípro uvedenou Šířku mezery. S tímto zapalovacím zařízením byly provedeny čtyři pokusy a dosažené výsledky jsou uvedenyv následujících tabulkách. V prvním pokusu byl prvním válcovým kanálkem _1 přiváděn zemní plyn, 3 který má výhřevnost kolem 36 034 kJ/Nm a který je tak plynným palivem 9_, zatímco do mezerymezi oběma trubkami, tvořící druhý prstencový kanálek 2, byl přiváděn oxidační plyn .8, kterýmbyl čistý kyslík. Ve druhém pokusu bylo vedení oxidačního plynu £ a plynného paliva 9_ obráce-né oproti prvnímu pokusu. Ve třetím pokusu byl vnitřním prvním válcovým kanálkem 1. veden zemníplyn a druhým prstencovým kanálkem byl veden vzduch jako oxidační plyn 8,. Ve čtvrtém pokusubylo vedení zemního plynu a vzduchu v obou kanálcích JI, 2^ navzájem zaměněno.

Každý pokus byl proveden s různými průtokovými rychldstmi plynů a lpylo sledováno zlepšo-vání nebo zhoršování zapalování hořlavé směsi. Výsledky jsou uvedeny v tabulkách I až XV.

Tabulka I

Průtok paliva(Nm3/hod)

Průtok kyslíku(Nm3/hod)

Zapálení 11,7 11,7 11,7 29,3 126,0 234,0 10 ano 23,4 ano 48,3 ano 58,6 ano 23,4 ano 46,9 ano 7 258460

Tabulka II

Průtok paliva(Nm3/hod) Průtok kyslíku(Nm3/hod) Zapálení 10 .11,7 ano 23,4 11,7 ano 48,3 11,7 ano 46,9 23,4 ano 46,9 234,0 ano V tabulce III a IV je uveden sloupec s odtrhovými rychlostmi, urSujíčími při dané rychlosti proudu paliva rychlost proudu vzduchu, při které plamen : zhasíná pro překročení los£i hoření. Tabulka III Průtok paliva Odtrhová rychlost Průtok vzduchu Zapálení (Nm3/hod) (Nm3/hod) (Nm3/hod) 5,9 15,8 2,9 ano 5,9 15,8 14,1 ano 5,9 15,8 15,8 ano 11,7 25,5 2,8 ano 11,7 25,5 25,5 ano 17,6 37,2 2,8 ano 17,6 37,2 25,5 ano 17,6 37,2 31,4 ne 23,4 43,1 25,5 ano 23,4 43,1 31,4 . ne 23,4 43,1 37,2 ne 23,4 . 43,1 43,1 ne 29,4 46,0 25,5 ano 29,3 46,0 31,4 ne 29,3 46,0 40,1 ne 29,3 46,0 46,1 ne Tabulka IV Průtok paliva Odtrhová rychlost Průtok vzduchu Zapálení (Nm3/hod) (Nm3/hod) (Nm^/hod) 5,9 49,5 25,5 ano 5,9 49,5 31,4 ano 5,9 49,5 37,2 ne 11,7 55,7 25,5 ano 11,7 55,7 55,7 ano 17,6 69,1 37,2 ano 17,6 69,1 43,1 ne 23,4 53,0 31,4 ano 23,4 53,0 37,2 ne 23,4 53,0 53,0 ne 29,3 59,2 25,5 ne 29,3 59,2 37,2 ne 29,3 59,2 53,0 ne 258460 8

Dosud se předpokládalo, že zapalovací jiskra musí vznikat v prostoru, v kterém se na-chází směs plynného paliva a okysličovadla, nebo že alespoň do tohoto prostoru musí být při-vedena, Pokusy se zařízením podle vynálezu prokázaly, že dobrých zapalovacích výsledků jemožno dosáhnout i při vytváření zapalovacích jisker mimo oblast dokonalého promísení složekhořlavé směsi. Příkladná provedení zařízení podle vynálezu se mohou dále obměňovat v rozsahu předmětuvynálezu.

pRedmEt VYNALEZU 1. Žpúsob zapalování hořlavé směsi plynů, při kterém se proud plynného paliva a proudoxidačního plynu přivádějí ke smísení do spalovacího pásma, vyznačující se tím, že proud plyn-ného paliva a proud oxidačního plynu se vedou souběžně a po opuštění přívodních kanálků sespolu mísí, přičemž na plochy přívodních kanálků, ohraničující nejméně jeden proud plynu, se přivádí elektrické napětí, překračující přeskokovou hodnotu napětí mezi výstupními koncipřívodních kanálků, pro vytvoření zapalovací jiskry v jednom z proudů nesmíšeného plynu. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že plynné palivo se vede středním proudem,kolem kterého se odděleně vede prstencový proud oxidačního plynu, soustředný se středním prou-dem. 3. Způsob podlp bodu 1, vyznačující se tím, že oxidační plyn se vede středním proudem,kolem kterého se odděleně vede prstencový proud plynného paliva, soustředný se středním prou-dem. 4. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že středním proudem se vede zemní plyn. 5. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že vnějším prstencovým proudem se vede čistýkyslík. 6. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že vnějším prstencovým proudem se vede vzduch. 7. Zařízení k provádění způsobu podle bodů 1 až 6, sestávající z prvního přívodního kanál-ku pro přívod plynného paliva do spalovacího pásma a z druhého přívodního kanálku pro přívodoxidačního plynu, přičemž oba tyto přívodní kanálky jsou souběžné, jsou zakončeny na výstupnímkonci zařízeni a jsou opatřený zapalovacím ústrojím, vyznačující se tím, že zapalovací ústrojíobsahuje vrstvy elektricky vodivého materiálu na stěnách nejméně jednoho z přívodních kanálků(1, 2) a jiskřiště (6) mezi stěnami přívodních kanálků (1, 2), umístěné na jejich výstupnímkonci (4), přičemž vrstvy elektricky vodivého materiálu na stěnách nejméně jednoho z přívod-ních kanálků (1, 2) jsou připojeny na zdroj elektrického napětí. 8. Zařízení podle bodu 7, vyznačující se tím, že jiskřiště (6) je tvořeno elektrickyvodivým jazýčkem (5), vyhnutým z jedné stěny (3) směrem ke druhé stěně jednoho z přívodníchkanálků (2). 9. Zařízení podle bodu 7, vyznačující se tím, že jiskřiště (6) je tvořeno elektrickyvodivým jazýčkem (25), přivařeným na stěnu jednoho z kanálků (2) a vystupujícím směrem k pro-tější stěně kanálku (2). 10. Zařízení podle bodu 7, vyznačující se tím, že elektricky vodivý materiál stěny jed-noho z kanálků (2) je pokryt vrstvou elektrické izolace (45) a jiskřištěm (6) je místo s pře-rušenou vrstvou elektrické izolace (45) na výstupním konci (4) přívodního kanálku (2). 9 258460 11. Zařízení podle bodů 7 až 10, vyznačující se tím, že přívodní kanálky (1, 2) jsouvymezeny stěnami dvou souosých trubek, z nichž jedna je uložena uvnitř druhé, přičemž prvníválcový kanálek (1) je ohraničen stěnou vnitřní trubky a druhý prstencový kanálek (2) je tvo-řen prstencovým prostorem mezi vnitřní a vnější trubkou. 12. Zařízení podle bodu 11, vyznačující se tím, že první válcový kanálek (1) je připo-jen na přívod plynného paliva (9) a druhý prstencový kanálek (2) je připojen na přívod oxidačního plynu (8). 13. Zařízení podle bodu 11, vyznačující se tím, že první válcový kanálek (1) je připo-jen na přívod oxidačního plynu (8) a druhý prstencový kanálek (2) je připojen na přívod plyn-ného paliva (9). 2 výkresy

Claims (1)

1. 258460 3

   Obr 2 7 258460

   Obr. 5 12