DE19951181A1 - Burner-powered heater has combustion chamber and flame monitor containing thermoelement that protrudes with measurement point at least into edge region of flame in burner - Google Patents
Burner-powered heater has combustion chamber and flame monitor containing thermoelement that protrudes with measurement point at least into edge region of flame in burnerInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein brennerbetriebenes Heizgerät, insbesondere ein Kraftfahrzeug-Zusatzheizgerät, dessen Brenner eine Brennkammer und einen Flammwächter aufweist, der bei Erkennen einer Flamme ein Signal an ein zugeordnetes Steuergerät abgibt, das die Brennstofförderung überwacht und den Brennvorgang steuert.The present invention relates to a burner-operated heating device, in particular a Motor vehicle auxiliary heater, the burner of a combustion chamber and one Flame detector has a signal to an assigned when a flame is detected Outputs control unit that monitors the fuel supply and controls the burning process.
Ein derartiges brennerbetriebenes Heizgerät ist beispielsweise aus der DE 43 23 221 bekannt. Dieses bekannte Heizgerät sieht vor, daß dem Brenner mittels eines Brennluftgebläses Brennluft und mittels einer Brennstoff-Fördereinrichtung Brennstoff zur Bildung eines brennbaren Gemisches zugeführt werden, wobei eine Glüheinrichtung zur Brennstoffverdampfung während einer Startphase des Brenners dient, und wobei bei Erkennen einer Flammbildung durch den Flammwächter ein Signal an das zugeordnete Steuergerät abgegeben wird, welches die Drehzahl des Brennluftgebläses und die Brennstoff-Fördereinrichtung, sowie den Betrieb der Glüheinrichtung steuert. Über die Ausbildung des Flammwächters sind dieser Druckschrift keine Angaben zu entnehmen.Such a burner-operated heater is for example from DE 43 23 221 known. This known heater provides that the burner by means of a Combustion air blower and combustion air by means of a fuel delivery device Formation of a combustible mixture are supplied, wherein an annealing device for Fuel evaporation is used during a start phase of the burner, and being at Detection of flame formation by the flame monitor sends a signal to the assigned one Control unit is issued, which the speed of the combustion air fan and the Fuel delivery device, and controls the operation of the glow device. About the No information can be found in this document for training the flame guard.
Üblicherweise kommen als Flammwächter unter anderem Widerstandsthermometer, optische Sensoren, vor allem Infrarotsensoren, aber auch Schallmeßgeräte in Betracht. Usually, the flame monitors include resistance thermometers, optical sensors, especially infrared sensors, but also sound measuring devices.
Widerstandsthermoelemente haben den Nachteil, daß ihr Einsatztemperaturbereich sehr klein ist und typischerweise etwa zwischen 300 und 600°C liegt. Durch Verwendung von Platin oder Wolfram und Hochtemperaturkeramik sind diese Widerstandsthermoelemente relativ teuer. Nachteilig sind ferner große Toleranzen dieser Widerstandsthermoelemente, die zu einer ungenauen Messung bzw. Auswertung führen und damit, eine relativ hohe Trägheit im Ansprechverhalten des Flammüberwachungssystems. Nachteilig an optischen Sensoren zur Flammenerfassung ist deren Verschmutzungsempfindlichkeit, und geringe Temperaturbeständigkeit von typischerweise unter 125°C. Kritisch ist bei optischen Sensoren ferner die Störempfindlichkeit des Flammensignals durch Temperatureinfluß am Sensoreinbauort sowie die Beeinflussung dieses Sensors durch glühende Brennerteile, was typischerweise zu einer schlechten Flammabrißerkennung führt.Resistance thermocouples have the disadvantage that their operating temperature range is very high is small and is typically between 300 and 600 ° C. By using Platinum or tungsten and high-temperature ceramics are these resistance thermocouples relative expensive. Another disadvantage is the large tolerances of these resistance thermocouples, which lead to an inaccurate measurement or evaluation and thus, a relatively high Inertia in the response behavior of the flame monitoring system. A disadvantage of optical Flame detection sensors are sensitive to contamination, and low Temperature resistance typically below 125 ° C. Is critical with optical Sensors also the sensitivity of the flame signal to the influence of temperature on Sensor installation location and the influence of this sensor by glowing burner parts what typically leads to poor flameout detection.
Aus der DE OS 18 15 295 ist eine Sicherheitsvorrichtung für einen Brenner, vor allem einem Öl- bzw. Schweröl- (Masut-) oder Gasbrenner bekannt, die einen Elektromagneten umfaßt, welcher von einem Thermoelement gespeist ist, das der Flamme des Brenners ausgesetzt ist. Zur schnellen Flammerkennung in Zusammenwirkung mit einem Steuergerät ist diese Anordnung nicht geeignet.From DE OS 18 15 295 is a safety device for a burner, especially an oil or heavy oil (masut) or gas burner known that an electromagnet comprises which is fed by a thermocouple which is the flame of the burner is exposed. For quick flame detection in conjunction with a This arrangement is not suitable for the control unit.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein brennerbetriebenes Heizgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine Flammerkennung in zuverlässiger Weise mittels eines kostengünstigen und robusten Flammwächters gewährleistet.In view of this prior art, the invention is based on the object to create burner-operated heater of the type mentioned, which a Flame detection in a reliable manner using an inexpensive and robust Flame detector guaranteed.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Demnach sieht die Erfindung eine direkte Messung der Flammtemperatur mittels eines Thermoelements vor. Die Bauform des Flammwächters in Gestalt eines Thermoelements bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Zum einen handelt es sich bei diesem Bauelement um ein erprobtes Standardbauelement mit Vorteilen bezüglich Beschaffung und Preis. Aufgrund der geringen Masse dieses Bauteils ist eine schnelle Ansprechzeit bei der Flamme-Ein- und Aus-Erkennung gewährleistet. Eine präzise Auswertung ergibt sich mit Hilfe einer Vergleichsmeßstellenkompensation bei der Auswertung im Steuergerät. Derartige Thermoelemente werden mit kleinen Toleranzen hergestellt, so daß eine präzise, prozeßsichere Flammerkennung gewährleistet ist. Bei Verwendung eines Hochtemperaturstahlmantels ist das in Rede stehende Thermoelement in seiner Ausführungsform als Mantelthermoelement sehr unempfindlich gegen Flammeinflüsse und Verschmutzungen. Weitere Vorteile sind nachfolgend in der Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels angeführt.Accordingly, the invention provides a direct measurement of the flame temperature using a Thermocouple. The design of the flame detector in the form of a thermocouple brings a number of advantages. On the one hand, this component is concerned a tried and tested standard component with advantages in terms of procurement and price. Due to the low mass of this component, a quick response time is the Flame on and off detection guaranteed. A precise evaluation results with With the help of a comparison measuring point compensation in the evaluation in the control unit. Such thermocouples are manufactured with small tolerances, so that a precise, reliable flame detection is guaranteed. When using a High temperature steel jacket is the thermocouple in question in its Embodiment as a jacket thermocouple very insensitive to flame and Pollution. Further advantages are given below in the explanation of a preferred one Exemplified embodiment.
Die Ausführung als offenes Thermodrahtelement bietet den Vorteil noch schnellerer Ansprechzeiten. Dadurch kann das Thermoelement noch weiter in die Randzone der Flamme positioniert werden - die Belastung der Bauteile sinkt und ermöglicht damit eine noch kostengünstigere Lösung.The design as an open thermal wire element offers the advantage even faster Response times. This allows the thermocouple to go even further into the edge zone of the Flame positioned - the load on the components decreases and thus enables one even cheaper solution.
Um die direkte Messung der Flammtemperatur und damit die Erkennung der Flamme zu gewährleisten, ragt das Thermoelement erfindungsgemäß zumindest mit der Meßspitze in den Randbereich, bevorzugt jedoch in den zentralen Bereich der Flamme hinein.To direct measurement of the flame temperature and thus the detection of the flame too ensure, the thermocouple protrudes according to the invention at least with the measuring tip the edge area, but preferably into the central area of the flame.
Um die Ansprechgeschwindigkeit des Thermoelements zu erhöhen, weist dieses vorteilhafterweise eine verjüngte Meßspitze auf.To increase the response speed of the thermocouple, this shows advantageously a tapered measuring tip.
Besonders kostengünstige Ausführungsformen des in Betracht kommenden Thermoelements und Thermodrahtelements sind in den Ansprüchen 4 und 5 genannt.Particularly inexpensive embodiments of the considered Thermocouples and thermal wire elements are mentioned in claims 4 and 5.
Das Thermoelement kann direkt in das betreffende Brennerelement, d. h. in einen Durchbruch desselben eingelötet sein, oder das Thermoelement weist einen Befestigungsflansch zur Befestigung am Brennerelement auf.The thermocouple can directly into the burner element in question, i. H. in a Breakthrough of the same be soldered, or the thermocouple has one Mounting flange for attachment to the burner element.
Vorteilhafterweise ist ferner die Stärke des Mantels des Mantelthermoelements bezüglich eines Kompromisses aus Dauerstandzeit und Erfassungsschnelligkeit im Bereich von 0,05 bis 0,5 mm optimiert. Beim Thermodrahtelement wird die Drahtstärke entsprechend optimiert. Hier haben sich Drahtstärken von etwa 0,5 mm als vorteilhaft erwiesen.The thickness of the jacket of the jacket thermocouple is also advantageous a compromise between permanent service life and detection speed in the range of 0.05 optimized up to 0.5 mm. With the thermal wire element, the wire thickness is corresponding optimized. Wire thicknesses of approximately 0.5 mm have proven to be advantageous here.
Um eine hohe Störfestigkeit zu gewährleisten, ist vorteilhafterweise die Meßspitze des Mantelthermoelements vom Mantel desselben elektrisch isoliert.In order to ensure high immunity to interference, the measuring tip of the Jacket thermocouple electrically isolated from the jacket of the same.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:The invention is explained in more detail below using the drawing as an example; it demonstrate:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein brennerbetriebenes Heizgerät mit einem erfindungsgemäß als Flammwächter verwendeten Thermoelement, Fig. 1 shows a longitudinal section through a burner heating device operated with a used in this invention as a flame detector thermocouple,
Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform des Thermoelements von Fig. 1 als Mantelthermoelement, Fig. 2 shows schematically an embodiment of the thermal element of Fig. 1 as a sheath thermocouple,
Fig. 3 schematisch eine Ausführungsform eines Thermodrahtelements, und Fig. 3 shows schematically an embodiment of a thermal wire element, and
Fig. 4-7 Einbaubeispiele mit unterschiedlicher Gestaltung der Brennkammer im Durchführungsbereich des Thermoelements. Fig. 4-7 Installation examples with different design of the combustion chamber in the lead-through area of the thermocouple.
In Fig. 1 ist ein als Luftheizgerät ausgebildetes Heizgerät insgesamt mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Es umfaßt einen Brenner 2, der als Verdampfungsbrenner einen saugfähigen Körper 3 zur Speicherung und Verdampfung flüssigen Brennstoffs aufweist. Das Thermoelement kann aber auch für jedes andere Verbrennungsprinzip, z. B. bei Zerstäubungsverbrennern eingesetzt werden. Der Brennstoff wird dem saugfähigen Körper 3 mittels einer Brennstoff-Fördereinrichtung 5 über eine Brennstoffleitung 4 zugeführt. Der saugfähige Körper 3 begrenzt stirnseitig eine Brennkammer 7, in die eine Glüheinrichtung 6 zum Erhitzen und Verdampfen von Brennstoff in der Startphase des Geräts sowie ein Flammwächter 8 zur Überwachung der Flammbildung und zur kontinuierlichen Überwachung der Flamme hineinragen.In Fig. 1, a heater designed as an air heater is generally designated by the reference number 1 . It comprises a burner 2 , which as an evaporation burner has an absorbent body 3 for storing and evaporating liquid fuel. The thermocouple can also be used for any other combustion principle, e.g. B. used in atomization burners. The fuel is supplied to the absorbent body 3 by means of a fuel delivery device 5 via a fuel line 4 . The absorbent body 3 delimits a combustion chamber 7 at the end into which a glow device 6 for heating and evaporating fuel in the starting phase of the device and a flame monitor 8 for monitoring the flame formation and for continuously monitoring the flame protrude.
Auf der von der Brennkammer 7 abgewandten Seite ist hinter dem saugfähigen Körper 3 ein Brennluftgebläse 9 angeordnet, mittels welchem Brennluft in die Brennkammer 7 gefördert wird. Das Brennluftgebläse 9 wird mittels eines Elektromotors 10 angetrieben, dessen Drehzahl variabel ist. Ebenso variabel ist die Drehzahl bzw. bei einer Pumpe mit hin- und hergehenden Kolben die Frequenz der Brennstoff-Fördereinrichtung 5. Das in der Brennkammer 7 gebildete Gemisch aus Brennstoff und Brennluft verbrennt und erhitzt mit seinem heißen Abgas einen Wärmetauscher 11, bevor es über einen Abgasstutzen 12 das Heizgerät 1 verläßt. Über die Außenwände des Wärmetauschers 11 wird mittels eines Heizluftgebläses 13, welches vom gleichen Elektromotor 10 angetrieben wird, Heizluft von einem stirnseitig angeordneten Lufteinlaß 14 zu einem an der gegenüberliegenden Stirnseite angeordneten Luftauslaß 15 gefördert. Der Luftauslaß 15 ist mit einem zu heizenden Raum, beispielsweise einem Fahrzeuginnenraum verbunden.On the side facing away from the combustion chamber 7, a combustion air blower 9 is arranged behind the absorbent body 3 , by means of which combustion air is conveyed into the combustion chamber 7 . The combustion air fan 9 is driven by an electric motor 10 , the speed of which is variable. The speed or, in the case of a pump with reciprocating pistons, the frequency of the fuel delivery device 5 is also variable. The mixture of fuel and combustion air formed in the combustion chamber 7 burns and heats a heat exchanger 11 with its hot exhaust gas before it leaves the heater 1 via an exhaust pipe 12 . Over the outer walls of the heat exchanger 11 , a hot air blower 13 , which is driven by the same electric motor 10 , conveys hot air from an air inlet 14 arranged on the end face to an air outlet 15 arranged on the opposite end face. The air outlet 15 is connected to a room to be heated, for example a vehicle interior.
Die Drehzahlen bzw. Frequenzen der Brennstoff-Fördereinrichtung 5 sowie die Drehzahl des Elektromotors 10 und der Betrieb der Glüheinrichtung 6 werden mittels eines Steuergeräts 16 gesteuert, welchem als Eingangssignal das Signal des Flammwächters 8 zugeführt wird, das in dem Steuergerät 16 einer Auswertung unterworfen wird.The speeds or frequencies of the fuel delivery device 5 as well as the speed of the electric motor 10 and the operation of the glow device 6 are controlled by means of a control device 16 , to which the signal of the flame monitor 8 is fed as an input signal and which is subjected to an evaluation in the control device 16 .
Soweit entspricht das erfindungsgemäße Heizgerät dem beispielsweise in der DE 43 23 221 C 1 beschriebenen Stand der Technik.So far, the heater according to the invention corresponds to that in, for example State of the art described in DE 43 23 221 C1.
Erfindungsgemäß ist der Flammwächter 8 als Thermoelement 80 ausgelegt, welches zumindest mit seiner Meßspitze zumindest in den Randbereich und bevorzugt in den zentralen Bereich der Flamme hineinragt. Durch diese Anordnung wird eine direkte Messung der Flammtemperatur ohne den Umweg über ein die Messung verfälschendes Bauteil des Heizgeräts erreicht. Abgesehen von diesen aus der geometrischen Anordnung des Thermoelements 80 bzw. des Flammwächters 8 erzielten Vorteile handelt es sich bei diesem Thermoelement um ein Standardbauelement. Weitere Vorteile eines derartigen Thermoelements sind sowohl einleitend angesprochen wie nachfolgend zusammengefaßt.According to the invention, the flame monitor 8 is designed as a thermocouple 80 which, at least with its measuring tip, projects at least into the edge region and preferably into the central region of the flame. With this arrangement, a direct measurement of the flame temperature is achieved without the detour via a component of the heater that falsifies the measurement. Apart from these advantages obtained from the geometrical arrangement of the thermocouple 80 or the flame monitor 8 , this thermocouple is a standard component. Further advantages of such a thermocouple are both mentioned in the introduction and summarized below.
Gemäß einer besonders kostengünstigen Variante ist das Thermoelement, welches den Flammwächter 8 bildet, als Element des Typs K gebildet, das für eine Dauerbelastung ≦1.100°C geeignet ist und aus einem NiCr-Ni-Drahtpaar besteht. According to a particularly inexpensive variant, the thermocouple, which forms the flame monitor 8, is formed as a type K element, which is suitable for a permanent load ≦ 1,100 ° C. and consists of a pair of NiCr-Ni wires.
Alternativ kommt als Thermoelement ein Element des Typs N für eine Dauerbelastung ≦1.300°C in Betracht. Dieses Element umfaßt einen NiCrosil-Draht und einen Nisil-Draht. Dieses Element vom Typ N ist bekanntlicherweise langzeitstabiler als das Element vom Typ K und beispielsweise mit einem Mantel konfektioniert. Da der dünne Hochtemperaturstahlmantel die Einsatztemperatur limitiert, bietet sich insbesondere das Typ N-Element in der Ausführung als offenes Thermodrahtelement 180 gemäß Fig. 3 an.Alternatively, an element of type N can be used as a thermocouple for a permanent load ≦ 1,300 ° C. This element comprises a NiCrosil wire and a Nisil wire. This type N element is known to be more stable in the long term than the type K element and is assembled, for example, with a jacket. Since the thin high-temperature steel jacket limits the operating temperature, in particular the type N element in the version as an open thermal wire element 180 according to FIG. 3 is suitable.
Konfektioniert ist das den Flammwächter 8 bildende, in die Brennkammer hineinragende Thermoelement 80 beispielsweise mit einem zusätzlichen Mantelflansch 81A zur Befestigung auf der Außenseite der Brennkammer 7D oder an einem dieser benachbarten Bauteile.The thermocouple 80 , which forms the flame monitor 8 and protrudes into the combustion chamber, is assembled, for example, with an additional jacket flange 81 A for attachment to the outside of the combustion chamber 7 D or to one of these adjacent components.
Alternativ ist das Mantelthermoelement flanschfrei gebildet und wird direkt in ein Brennkammerbauteil, bevorzugt die Brennkammer 7 bzw. 7A, 7B, 7C gelötet. Die Ausgleichsleitung des Mantelthermoelements erstreckt sich durchgehend bis zum Steuergerät 16. Bei entsprechender Anordnung des Steuergeräts könnte auf eine Ausgleichsleitung verzichtet und das Thermoelement direkt bis zum Steuergerät 16 geführt werden.Alternatively, the jacket thermocouple is flange-free and is soldered directly into a combustion chamber component, preferably the combustion chamber 7 or 7 A, 7 B, 7 C. The compensating line of the jacket thermocouple extends continuously to the control unit 16 . With an appropriate arrangement of the control device, a compensating line could be dispensed with and the thermocouple could be led directly to the control device 16 .
Ein mit einem Mantel konfektioniertes Thermoelement bzw. ein Mantelthermoelement 80 ist in Fig. 2 gezeigt. Dieses Mantelthermoelement hat einen hülsenförmigen einseitig geschlossenen Mantel 81 aus Hochtemperaturstahl, welcher mit einem Durchbruch in der Wandung der Brennkammer 7 verschweißt ist, der im Durchbruchbereich einen ringförmigen Tiefzug 82 umfaßt, der am Außenumfang des Mantels 81 anliegt und mit diesem verschweißt ist. Parallel zur Längsmittenachse des Thermoelements 80 verlaufen in dem Mantel 81 zwei Meßdrähte 83, 84, die am Vorderende des Thermoelements 80 innerhalb des Mantels 81 in einer Meßstelle 85 vereinigt sind, und die am anderen Ende, innerhalb des Mantels 81 mit Ausgleichsleitungen 86, 87 crimpverbunden sind. In Fig. 2 sind die entsprechenden Crimpverbindungsstellen mit den Bezugsziffern 88 und 89 bezeichnet. Die Ausgleichsleitungen 86 und 87 sind aus dem Mantel 81 herausgeführt und mit dem Steuergerät 16 verbunden. Außerdem ist das Innere des Mantels 81 mit einer Isoliermasse 90 gefüllt.A thermocouple or a jacket thermocouple 80 which is assembled with a jacket is shown in FIG. 2. This jacket thermocouple has a sleeve-shaped jacket 81, closed on one side, made of high-temperature steel, which is welded to an opening in the wall of the combustion chamber 7 , which comprises an annular deep drawing 82 in the opening area, which lies against the outer circumference of the jacket 81 and is welded to it. Parallel to the longitudinal center axis of the thermocouple 80 , two measuring wires 83 , 84 run in the sheath 81 , which are combined at the front end of the thermocouple 80 within the sheath 81 in a measuring point 85 and which are crimp-connected at the other end, inside the sheath 81, to compensating lines 86 , 87 are. In FIG. 2, the corresponding Crimpverbindungsstellen by the reference numerals 88 and 89, respectively. The compensation lines 86 and 87 are led out of the jacket 81 and connected to the control unit 16 . In addition, the inside of the shell 81 is filled with an insulating compound 90 .
Die Stärke des Mantelthermoelements 80 ist bevorzugt als Kompromiß aus Schnelligkeit und Dauerstandzeit gewählt und beträgt demnach etwa 2 bis 5 mm. Eine mögliche Ausführung sieht vor, daß das Mantelthermoelement eine verjüngte Meßspitze bis zu einem Durchmesser von etwa 1 mm besitzt. Diese Meßspitze ist bevorzugt vom Mantel elektrisch isoliert, um die Messung mittels des Mantelthermoelements so störungsunempfindlich wie möglich zu gestalten.The thickness of the sheathed thermocouple 80 is preferably chosen as a compromise between speed and permanent service life and is accordingly about 2 to 5 mm. One possible embodiment provides that the jacket thermocouple has a tapered measuring tip up to a diameter of approximately 1 mm. This measuring tip is preferably electrically insulated from the jacket in order to make the measurement by means of the jacket thermocouple as insensitive to interference as possible.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Thermodrahtelement 180 sind die die Zuleitungen bildenden Ausgleichsleitungen 186 bzw. 187 in einem vorderen Bereich als abisolierte Meßdrähte 184 bzw. 185 ausgebildet. Die Verbindung beider Meßdrähte 183 bzw. 184 an der Meßstelle ist mit 185 bezeichnet. Während im Bereich der Meßstelle 185 ein Teil der abisolierten Meßdrähte 183 bzw. 184 direkt in die Brennkammer ragt, ist der dahinter anschließende Teil von einer Hülse 181 umgeben, die aus Metall oder Keramik gebildet ist und in welcher die Meßdrähte in einer Isoliermasse 190 eingebettet sind.In the thermal wire element 180 shown in FIG. 3, the compensating lines 186 and 187 forming the feed lines are formed in a front region as stripped measuring wires 184 and 185 . The connection of both measuring wires 183 and 184 at the measuring point is designated with 185 . While in the area of the measuring point 185 a part of the stripped measuring wires 183 and 184 protrudes directly into the combustion chamber, the part behind it is surrounded by a sleeve 181 which is made of metal or ceramic and in which the measuring wires are embedded in an insulating compound 190 .
Die Fig. 4-7 zeigen verschiedene Ausführungsformen für eine Aufnahme bzw. Durchführung eines Mantelthermoelements 80 bzw. Thermodrahtelements 180 durch die brennerseitige Stirnwand der Brennkammer 7A, 7B, 7C und 7D. Figs. 4-7 show various embodiments for a recording or execution of a sheathed thermocouple element 80 and thermocouple wire element 180 through the burner-side end wall of the combustion chamber 7 A, 7 B, 7 C and 7 D
In Fig. 4 ist diese stirnseitige Wand der Brennkammer 7A asymetrisch zur Brennerachse X mit einem zur Brennerachse X parallelen Flanschbereich versehen, der eine bestimmte Abstützlänge 1 für das Thermodrahtelement 180 bzw. das Mantelthermoelement 80 bereit stellt.In FIG. 4, this end wall of the combustion chamber 7 A is provided asymmetrically to the burner axis X with a flange region parallel to the burner axis X, which provides a specific support length 1 for the thermal wire element 180 or the jacket thermocouple 80 .
In Fig. 5 ist diese Aufnahme bzw. Durchführung als ein von der Brennkammer 7B nach außen führender Durchzug mit leicht konisch erweiterter Einführungsschräge ausgebildet. In Fig. 5, this receptacle or implementation is designed as a passage leading from the combustion chamber 7 B to the outside with a slightly conically widened insertion slope.
In Fig. 6 ist die Durchführung in der Brennkammer 7C als nach innen zur Brennkammer 7 gerichteter Durchzug ausgebildet, der in Einführrichtung zur Brennkammer ebenfalls eine konische Einführschräge aufweist.In Fig. 6, the implementation in the combustion chamber 7 C is formed as an inward passage to the combustion chamber 7 , which also has a conical insertion bevel in the direction of insertion to the combustion chamber.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 weist die Brennkammer 7 für die Durchführung des Thermoelements 80 eine einfache Bohrung oder Stanzung auf, in die das Thermoelement mit seinem vorderen Meßbereich eingeführt wird, wobei an der Außenseite der Brennkammer ein Mantelflansch 81A zur Anlage kommt und dort beispielsweise durch Löten befestigt wird.In the exemplary embodiment according to FIG. 7, the combustion chamber 7 has a simple bore or punching for the passage of the thermocouple 80 , into which the thermocouple is inserted with its front measuring area, a jacket flange 81 A coming to rest on the outside of the combustion chamber and there, for example is attached by soldering.
Die Abstützlänge 1 beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm, so daß eine exakte Ausrichtung und Führung des Thermoelements ermöglicht wird. Bei der Variante gemäß Fig. 7 bildet der Mantelflansch 81A mit seiner der Brennkammerwand zugewandten Stirnseite einen Anschlag, der gleichzeitig auch eine genaue Positionierung des Thermoelements bezüglich der Flamme gewährleistet.The support length 1 is preferably between 2 and 5 mm, so that an exact alignment and guidance of the thermocouple is made possible. In the variant according to FIG. 7, the jacket flange 81 A forms a stop with its end face facing the combustion chamber wall, which at the same time also ensures precise positioning of the thermocouple with respect to the flame.
Die Drahtdicke der Thermoelemente 80 bzw. Thermodrahtelemente 180 beträgt vorzugsweise etwa 0,5 mm. Die Mantelstärke eines Mantelthermoelements 80 beträgt etwa 0,05 bis 0,5 mm. Als Material für den Mantel 81 bzw. die Hülse 181 hat sich ein Hochtemperaturstahl, wie beispielsweise Inconel 601 oder Alloy 601 mit der Werkstoffnummer 2.4851 als besonders vorteilhaft herausgestellt.The wire thickness of the thermocouples 80 or thermal wire elements 180 is preferably approximately 0.5 mm. The jacket thickness of a jacket thermocouple 80 is approximately 0.05 to 0.5 mm. A high-temperature steel such as Inconel 601 or Alloy 601 with the material number 2.4851 has proven to be particularly advantageous as the material for the casing 81 or the sleeve 181 .
Die Ausgleichsleitungen des Thermoelements sind bevorzugt auf der Platine des Steuergeräts 16, welche Platine von einem Gehäuse umschlossen ist, verlötet, so daß keine Gefahr einer Verschmutzung wie im Fall von Flammwächtern mit Steckkontakten besteht.The compensation lines of the thermocouple are preferably soldered to the circuit board of the control device 16 , which circuit board is enclosed by a housing, so that there is no risk of contamination, as in the case of flame monitors with plug contacts.
Bevorzugt sind für die Ausgleichsleitungen des Thermoelements Zugentlastungen vorgesehen, die in an sich bekannter Weise am Gehäuse des Steuergeräts 16 verankert sind.Strain reliefs are preferably provided for the compensation lines of the thermocouple, which are anchored to the housing of the control unit 16 in a manner known per se.
Die Auswertung des Meßsignals des Thermoelements kann in dem Steuergerät 16 auf unterschiedlicher Weise erfolgen. Als einfachste Lösung ist eine einfache JA/NEIN- Auswertung bzw. Flamme vorhanden/Flamme nicht vorhanden vorgesehen, ohne eine Kompensation der Vergleichsmeßstellen des Thermoelements. Als etwas aufwendigere Lösung ist eine Vergleichsmeßstellenkompensation vorgesehen, indem ein vorhandenes Bauteil im Auswerte- bzw. Steuergerät 16, beispielsweise ein Transistor oder eine Diode verwendet wird, dessen Basis-Emitterspannung bzw. Diodenspannung die Bezugsgröße für die Vergleichsmeßstellenkompensation bildet, da die Bauteilspannung eine Funktion der Bauteiltemperatur ist. Eine noch aufwendigere und präzisere Vergleichsmeßstellenkompensation kann durch genaue Auswertung, d. h. korrekte Ermittlung der Platinentemperatur mit Hilfe eines hierfür geeigneten Bausteins, beispielsweise eines IC-Bausteins erzielt werden.The evaluation of the measurement signal of the thermocouple can take place in the control unit 16 in different ways. The simplest solution is a simple YES / NO evaluation or flame available / flame not available, without compensation for the comparison measuring points of the thermocouple. As a somewhat more complex solution, a comparison measuring point compensation is provided by using an existing component in the evaluation or control device 16 , for example a transistor or a diode, whose base-emitter voltage or diode voltage forms the reference variable for the comparison measuring point compensation, since the component voltage is a function of Component temperature is. An even more complex and precise comparison measuring point compensation can be achieved by precise evaluation, ie correct determination of the board temperature with the aid of a component suitable for this purpose, for example an IC component.
Um EMV-Störungen bei der Auswertung des Meßsignals vom Thermoelement zu verhindern, ist bevorzugt eine Filterung dieses Signals zur Entfernung derartiger Störungen vorgesehen.To avoid EMC interference when evaluating the measurement signal from the thermocouple prevent, is preferably filtering this signal to remove such interference intended.
Zusammengefaßt ergeben sich die folgenden Vorteile durch Nutzung eines
Thermoelements als Flammwächter 8 bzw. 80 oder 180 in dem Heizgerät 1:
In summary, the following advantages result from using a thermocouple as a flame monitor 8 or 80 or 180 in the heater 1 :
- - Da es sich bei dem Thermoelement um ein erprobtes Standardbauteil handelt, gestaltet sich die Beschaffung dieses Bauteils kostengünstig;- Since the thermocouple is a tried and tested standard component, the procurement of this component is inexpensive;
- - da das Thermoelement eine geringe Masse aufweist, ermöglicht es eine sehr schnelle Auswertung;- Since the thermocouple has a low mass, it enables a very fast Evaluation;
- - aufgrund der geringen Masse und damit verbundenen schnellen Ansprechzeit, kann das Thermoelement in den kühleren Randbereich der Flamme positioniert werden;- Due to the low mass and the associated fast response time, can the thermocouple can be positioned in the cooler edge area of the flame;
- - bei Nutzung einer verjüngten Thermoelement-Meßspitze ist im Vergleich zu einer nicht verjüngten Meßspitze eine noch schnellere Auswertung im Steuergerät 16 möglich;- When using a tapered thermocouple probe tip, an even faster evaluation in the control unit 16 is possible compared to a non-tapered probe tip;
- - durch Nutzung einer Vergleichsmeßstellenkompensation ist eine präzise Messung gewährleistet; dieses Merkmal trägt auch zum Schutz des Steuergeräts 16 bei, welches bei Überschreiten einer Temperaturschwelle, ermittelt durch das Thermoelement problemlos abgeschaltet werden kann; - A precise measurement is guaranteed by using a comparison measuring point compensation; this feature also contributes to the protection of the control device 16 , which can be switched off without any problems when a temperature threshold determined by the thermocouple is exceeded;
- - durch kleine Toleranzen des Thermoelements ist eine präzisere Auswertung als bei herkömmlich aufgebauten Flammwächtern möglich;- Due to small tolerances of the thermocouple, a more precise evaluation than with conventionally constructed flame monitors possible;
- - das Thermoelement mit umschließendem Mantel (Mantelthermoelement) ist gegenüber Flammeinflüssen aufgrund seiner Ummantelung unempfindlich; der Mantel dieses Sensors trägt außerdem dazu bei, daß eine Verschmutzung der Sensorleitungen nicht zu befürchten ist;- The thermocouple with a surrounding jacket (jacket thermocouple) insensitive to flame influences due to its coating; the Jacket of this sensor also helps to prevent contamination of the Sensor lines are not to be feared;
- - der Einbau des Thermoelements gestaltet sich durch problemlose Einlötbarkeit, gegebenenfalls mit Hilfe eines Flansches sehr einfach;- the installation of the thermocouple is easy to solder in, possibly very easily with the help of a flange;
- - das Mantelthermoelement erlaubt eine robuste Handhabung, und- The jacket thermocouple allows robust handling, and
- - durch die direkte Flammerkennung, ohne den Umweg über ein Bauteil des Heizgeräts, sind kurze Ansprechzeiten sichergestellt;- through direct flame detection, without going through a component of the Heater, short response times are ensured;
- - die geringen Abmessungen und die geringe erforderliche Einbaulänge, sowie die strömungsgünstige zylindrische Form bilden einen sehr kleinen zu vernachlässigenden Störkörper für die Flamme (keine negativen Auswirkungen auf Verbrennungsqualität oder Ablagerungen von Verbrennungsrückständen durch großes Totwassergebiet).- The small dimensions and the small installation length required, as well as the aerodynamic cylindrical shape form a very small neglecting interference body for the flame (no negative effects on Combustion quality or deposits of combustion residues large dead water area).
- - die punktförmige Meßquelle ermöglicht eine exaktere Abstimmung als die über ein größeres Volumen integrierendes Widerstandsthermometer.- The punctiform measuring source enables a more precise coordination than that of one larger volume integrating resistance thermometer.
11
Heizgerät
heater
22nd
Brenner
burner
33rd
Körper
body
44th
Brennstoffleitung
Fuel line
55
Brennstoff-Fördereinrichtung
Fuel conveyor
66
Glüheinrichtung
Annealing device
77
A-D Brennkammer
AD combustion chamber
88th
Flammwächter
Flame guard
99
Brennluftgebläse
Combustion air blower
1010th
Elektromotor
Electric motor
1111
Wärmetauscher
Heat exchanger
1212th
Abgasstutzen
Exhaust pipe
1313
Heizluftgebläse
Hot air blower
1414
Lufteinlaß
Air intake
1515
Luftauslaß
Air outlet
1616
Steuergerät
Control unit
8080
Thermoelement
Thermocouple
8181
Mantel
coat
8181
A Mantelflansch
A jacket flange
8282
Tiefzug
Deep drawing
8383
Meßdraht
Measuring wire
8484
Meßdraht
Measuring wire
8585
Meßstelle
Measuring point
8686
Ausgleichleitung
Compensation line
8787
Ausgleichleitung
Compensation line
8888
Crimpverbindungsstelle
Crimp junction
8989
Crimpverbindungsstelle
Crimp junction
9090
Isoliermasse
Insulating compound
180180
Thermodrahtelement
Thermal wire element
181181
Hülse
Sleeve
183183
Meßdraht
Measuring wire
184184
Meßdraht
Measuring wire
185185
Meßstelle
Measuring point
186186
Ausgleichsleitung
Compensation line
187187
Ausgleichsleitung
Compensation line
190190
Isoliermasse
Insulating compound
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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