DD202599A5

DD202599A5 - Verfahren und vorrichtung zur zuendung eines brennbaren gasgemisches

Info

Publication number: DD202599A5
Application number: DD82242252A
Authority: DD
Inventors: Hisashi Kobayashi; Raymond H Miller; John E Anderson
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1981-08-04
Filing date: 1982-08-04
Publication date: 1983-09-21
Also published as: AU8673082A; JPS63179444U; PT75370A; NO155023B; ES514651A0; NO822641L; PT75370B; EP0071963B1; ZM6682A1; HU186553B; KR840001315A; KR880000836B1; ZA825115B; JPS5826925A; DK347482A; ES8402411A1; BR8204541A; PL136948B1; IL66399A0; PL237757A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündung eines brennbaren Gasgemisches und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung. Die Erfindung wird als direktes Funkenzündungssystem für Brenner mit Nachmischung eingesetzt. Ziel ist es , technisch-ökonomischen Herstellungsaufwand sowie die Betriebs- und Instandhaltungskosten zu senken, den erforderlichen Platzbedarf zu verringern, den Verschleiß an Funkenelektroden zu reduzieren und Energie einzusparen. Aufgabe ist es, ein Verfahren zu schaffen, das für Brenner mit Nachmischung geeignet ist und das brennbare Gemisch von Brennstoff und Oxydationsmittel, das der Brenner abgegeben hat, zuverlässig entzündet. Die Vorrichtung soll einen guten Schutz für das Zündsystem gegenüber den in der Verbrennungszone herrschenden heißen Bedingungen bieten und sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnen. Als Lösung wird vorgeschlagen, dass das Heizgas und das Oxydationsmittelgas getrennt durch den ersten und den zweiten Durchgang, die elektrisch leitend und voneinander isoliert sind, strömt und nach dem Austritt vermischt werden, wobei am Austrittsende eine elektrische Entladung erfolgt. Fig.1

Description

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Verfahren und Vorrichtung zur Zündung eines brennbaren Gasgemisches

Anwendung ge bi e t

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündung eines brennbaren Gasgemisches und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung·

Die Erfindung wird als-direktes Funkenzündungssystem für Brenner mit Nachmischung, insbesondere in industriellen Verbrennungsanlagen eingesetzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Brenner werden im allgemeinen in zwei Arten unterteilt, mit Vormischung und mit Nachmischung· Bei einem Brenner mit Vormischung handelt es sich um einen, in dem der Brennstoff und das Oxidationsmittel vor ihrem Eintritt in die Brennerdüee und vor ihrer Abgabe in die Verbrennungssone vermischt werden· Bei einem Brenner mit Nachmischung handelt es sich um einen, in dem der Brennstoff und das Oxydationsmittel bis zu ihrer Abgabe in die Verbrennungszone getrennt gehalten, werden.

Zündsysteme werden normalerweise hauptsächlich unter zwei Gesichtspunkten entwickelt, und zwar, daß erstens eine zuverlässige Zündung des Brennstoff-Oxydationsmittei-Gemischs und.zweitens ein Schutz der Zündung erzielt wird. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die Elemente eines Zündsystems bei den für eine Verbrennungszone charakteristischen Temperaturen leicht zerstört werden können·

Ein typisches Zündsystem für Brenner mit Nachmischung enthält normalerweise Einrichtungen zum Schutz des Zündsystems gegenüber den hohen Temperaturen der Verbrennungszone, weil das Zündsystem die Zündflamme für das Brennstoff-Oxydations-

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mittel-Gemisch in der Verbrennungszone liefern muß. Bei einer gewöhnlich angewandten Vorrichtung wird eine gesonderte Pilotflamme verwendet, die in einem gegen die übermäßige Hitze der Verbrennungszone geschützten Bereich entzündet wird und dann in die Verbrennungszone zur Entzündung der Hauptverbrennungselemente geleitet wird· Der große lachteil eines solchen Systems liegt darin, daß ein doppeltes Brennstoff-Oxydationsmittel-Zuführungssystem, das am Hauptve-rbrenneraggregat angebracht ist, vorhanden sein muß. Ein anderes typisches Zündsystem für Brenner mit Nachmischung ist eines, bei dem das Zündsystem unmittelbar nach der Zuführung der Zündflamme zurückgezogen wird. Solche Einrichtungen sind mechanisch kompliziert und machen hohe Anfangskapitalkosten sowie hohe Betriebs- und Instandhaltungskosten erforderlich·

Hoch ein anderes typisches Zündsystem für Brenner mit Nachmischung weist eine Vorrichtung für die Schaffung einer guten Brennstoff-Oxydationsmittel-Vermischung im Bereich des Funkens auf. Wie bereits oben erwähnt, handelt es sich bei einem Brenner mit Nachmischung um einen, bei dem Brennstoff und Oxydationsmittel erst nach, ihrer Abgabe in die Verbrennungszone vermischt werden. Solche Brenner mit Nachmischung sorgen für ein gutes Vermischen von Brennstoff und Oxydationsmittel im Bereich des Funkens und erzeugen keine Funken für den Bereich des guten Mischens, wie es bei einer zurückziehbaren Vorrichtung der Fall ist. Nachteile dieses Systems sind, daß eine Vorrichtung zur Unterstützung des guten Mischens, z. .B. eine Ablenkvorrichtung, ein Zerstäuber usw. vorhanden sein muß, die sperrig oder anderweitig unhandlich ist, und die Tatsache, daß der Verschleiß der Funkenelektrode erheblich erhöht wird, wenn in ihrer Nähe die Verbrennung erfolgt, wie es der Fall ist, wenn ein gutes Vermischen von Brennstoff und Oxydationsmittel in ihrer Nähe erfolgt.

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Wenn das Zündsysystem kein'direktes System ist, wie eine intermittierende oder unterbrochene Pilotflamme, kann ein Verbrennen nahe der Elektrode toleriert werden, weil viele Systeme nicht für eine kontinuierliche Zündung ausgelegt sind. Daher können diese Systeme momentane hohe Temperaturen um die Elektrode herum, die durch Verbrennen des gut gemischten Brennstoff-Oxydationsmittel-Gemischs in ihrer Nähe entstehen, tolerieren· Ein direktes Zündsystem, das kontinuierlich gezündet werden muß, kann derartige hohe Temperaturen nahe der Elektrode nicht ohne starken Verschleiß oder Schädigung aushalten.

Von einem anderen typischen Zündsystem für Brenner mit Uachmischung werden Funken zu einem Bereich guten Brennstoff-Oxydationsmittel-Vermischens geleitet, ohne daß das Funkenerzeugungssystem in dem Bereich untergebracht werden muß, indem nur der Funken in diesen Bereich eindringt. Bas kann durch Erhöhen der zur Erzeugung des Funkens angelegten Spannung erfolgen, so daß der Funken außerhalb vom Erzeugungssystem in den Bereich des guten Vermischens überschlägt: alternativ kann der Funken zum Überschlagen außerhalb gebracht werden, indem er in die Bahn eines sich sanft bewegenden Gasstromes geführt wird. Wie deutlich zu erkennen ist, ist für Methoden dieser Art eine beträchtliche Erhöhung des Energieverbrauchs erforderlich.

Ein Zündsystem für einen Brenner mit Nachmischung, der Zündungszuverlässigkeit garantieren kann und dabei Schutz des Zündsystems gegenüber den in der Verbrennungszone herrschenden heißen Bedingungen bietet, wobei die Notwendigkeit von zusätzlichen Teilen für das Brenneraggregat und hoher Energiebedarf zur Auslösung der Zündung entfallen, wäre sehr wünschenswert.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den technisch-ökonomischen Herst ellungsaufwand sowie die Betriebs- und Instandhaitungskosten zu senken, den erforderlichen Platzbedarf zu verringern, sowie den Verschleiß an den Funkenelektroden zu reduzieren und Energie einzusparen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Zündung eines brennbaren Gasgemisches zu schaffen, das für Brenner mit Nachmischung geeignet ist und das brennbare Gemisch von Brennstoff und Oxydationsmittel, das der Brenner abgegeben hat, zuverlässig entzündet.

Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung, die einen ersten Durchgang zur Zuführung von Heizgas und einen zweiten Durchgang zur Zuführung von Oxydationsmittelgas aufweist, wobei beide- Durchgänge am Austrittsende der Vorrichtung enden, zu schaffen, die einen guten Schutz für das Zündsystem gegenüber den in der Verbrennungszone herrschenden heißen Bedingungen bietet und sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

(A) ein Strom von Heizgas und ein Strom von Oxydationsmittelgas in der gleichen Richtung durch den ersten und den zweiten Durchgang, die elektrisch leitend und voneinander isoliert sind, fließen, wobei jeder der Durchgänge ein Austrittsende hat;

(B) die fließenden Ströme durch den ersten Durchgang vonein-

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ander getrennt gehalten werden;

(C) die Gasströme nach dem Austritt aus den Durchgängen vermischt werden;

(D): der zweite Durchgang von dem ersten Durchgang so weit entfernt gehalten wird, daß die Durchschlagsspannung zwischen dem. ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende des ersten Durchgangs am geringsten ist;

(E) ein die niedrigste Durchschlagsspannung aberschreitendes elektrisches Potential so an den ersten und den zweiten Durchgang angelegt wird, daß eine elektrische Entladung in einer im wesentlichen geraden Linie nur in dem Saum zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende des ersten Durchganges erfolgt, wobei der Raum im wesentlichen nur eines der Gase enthält· Unter der Bezeichnung Durchschlagsspannung soll die Spannung oder die Potentialdifferenz zwischen Leitern zu verstehen sein, welche zur Abgabe eines elektrischen Funkens zwischen den beiden Leitern erforderlich ist.

Unter der Bezeichnung direkt entzündend soll die Entzündung eines Hauptbrenners ohne die Notwendigkeit eines Pilotbrenners oder einer anderen ähnlichen Hilfseinrichtung zu verstehen sein·

Hach dem erfindungsgemäßen Verfahren strömt das Heizgas durch den ersten Durchgang und das Oxydationsmittelgas durch den zweiten Durchgang.

Es ist auch möglich, daß das Heizgas durch den zweiten Durchgang und das Oxydationsmittelgas durch den ersten Durchgang strömt.

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Bei dem Heizgas kann es sich um Erdgas und bei dem Qxydationsmittelgas um im wesentlichen reinen Sauerstoff handeln· Als Oxydationsmittelgas kann aber auch Luft eingesetzt werden«

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem Zündsystem bei dem

- der erste Durchgang elektrisch leitend ist;

- der zweite Durchgang elektrisch leitend und vom ersten . Durchgang so weit entfernt ist, daß die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende der Vorrichtung am niedrigsten ist; und

- eine Vorrichtung zur Anlegung eines elektrischen Potentials an dem ersten und dem zweiten Durchgang vorhanden ist, wodurch bei der Anlegung eines die geringste Durchschlagsspannung überschreitenden elektrischen Potentials an dem ersten und dem zweiten Durchgang eine elektrische Entladung in einer im wesentlichen geraden Linie nur in dem Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende erfolgt«

Bei dem ersten und dem zweiten Durchgang handelt es sich um Rohre.

Der erste und der zweite Durchgang können als zylindrische Rohre ausgebildet sein, oder der erste bzw. der zweite Durchgang ist jeweils nur als zylindrisches Rohr ausgebildet.

Der erste und der zweite Durchgang verlaufen in ihrer Länge parallel zueinander, wobei der erste und der zweite Durchgang konzentrische zylindrische Rohre sind» Eine elektrisch leitende Drucktaste ist mit mindestens einem Durchgang am Austrittsende verbunden^ um die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende auf ein Mindestmaß zu begrenzen.

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Zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang, jedoch nicht am Austrittsende, ist eine elektrische Isolierung vorhanden, um die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende auf ein Mindestmaß zu begrenzen.

Auaführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt

- Pig. 2 die Vorderansicht der Darstellung gemäß Fig. 1,

insbesondere die von der Verbrennungszone aus zu sehenden Ösen

- Fig..3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung • im Längsschnitt

- Fig. 4 die Vorderansicht der Darstellung gemäß Fig. 3»

insbesondere die von der Verbrennungszone aus zu sehenden Schweißösen

-. Fig. 5 eine schematische Darstellung einer v/eiteren Ausführungsvariante der er findungs gemäß en Vorrichtung im Längsschnitt, mit einer elektrischen Isolierung«

Die Erfindung betrifft zum Teil einen Durchgang, durch dien entweder Heizgas oder Oxydationsmittelgas geleitet wird.

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Der Durchgang trennt den Gasstrom innerhalb des Durchganges von dem anderen Gas, das sich als ein Strom außerhalb des Durchganges befindet. Das bedeutet, daß, wenn es sich bei dem Gasstrom innerhalb des Durchganges um Cötydationsmittelgas handelt, dann ist der Strom außerhalb des Durchganges Heizgas, und wenn es sich bei dem Strom innerhalb des Durchgangs um Heizgas handelt, dann befindet sich außerhalb" des Durchgangs Oxydationsmittelgas. Wenn der Strom innerhalb des Durchganges aus dem Austrittsende austritt, dann vermischen sich die beiden bisher getrennten Gasströme und bilden ein brennbares Gemisch.

Ein anderes erfindungsgemäßes Element ist ein zweiter-Durchgang, der vom ersten Durchgang so weit entfernt ist, daß die Durchschlagsspannung zwischen beiden am Austrittsende am geringsten ist«

Ein drittes erfindungsgemäßes Element ist eine Vorrichtung für die Anlegung eines elektrischen Potentials an die Durchgänge. Eeide Durchgänge sind elektrisch leitend; sie sind jedoch voneinander isoliert» So geht, wenn ein elektrisches Potential an die Durchgänge angelegt wird, der elektrische Strom durch die Wandungen beider Durchgänge, aber nicht von dem einen zum anderen. Wenn aber das an die Durchgänge angelegte Potential größer ist als die Durchschlagsspannung am Austrittende, bei der es sich, wie oben erläutert wurde, um die niedrigste Durchschlagsspannung zwischen den Durchgängen an jeder Stelle ihrer länge handelt, dann entlädt sich die Spannung an den Durchgängen am Austrittsende.

Der Bogen oder Funken wird daher in einem Bereich oder einer Zone erzeugt, wo sich im wesentlichen entweder nur Heizgas oder nur Oxydationsmittelgas befindet und wo kein nennenswertes Vermischen der beiden Gase erfolgt. Das Heiz- und

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Oxydationsmittelgasgemisch,, oder brennbare Gemisch, in der Verbrennungszone wird jedoch durch die elektrische Entladung zwischen den beiden Durchgängen entzündet, und somit werden die Aufgaben der Erfindung erfüllt. Die Funkenentladung erfolgt im wesentlichen gerade zwischen den beiden Leitern, ohne daß ein Wirbel oder ein Überschlagen des Funkens erforderlich wird, und dadurch werden die höheren Energien eines Systems, das einen solchen wirbelnden oder überschlagenden Funken braucht, nicht mehr erforderlich.

Eine zuverlässige Zündung wird bei einem verhältnismäßig niedrigen Energieverbrauchswert erzielt. Wie bereits erwähnt, ist die Anlegung eines Potentials an die Durchgänge erforderlich, das nur die niedrigste Durchschlagsspannung zwischen ihnen am Austrittsende übersteigt. Das ergibt eine Entladung zwischen diesen beiden Leitern nur am Austrittsende. Wenn ein erheblich höheres Potential an die Leiter angelegt wird., ist eine Entladung zwischen ihnen an anderen Stellen ihrer Länge zu beobachten, wenn das höhere Potential die Durchschlagsspannung an diesen Punkten überschreitet, oder es ist das Überschlagen des Funkens außerhalb in einem Bereich mit guter Heizstoff-Oxydationsmittel-Vermischung zu beobachten« Die zuverlässige Entzündung, die mit dem erfindungsgemäß erforderlichen verhältnismäßig geringen Energieverbrauch erzielt wird, ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung erforderlichen Vorrichtung·

Wie oben erwähnt, wird der Funke in einem Bereich gebildet, der nicht durch ein gutes Heizstoff-Oxydationsmittel-Vermischen gekennzeichnet ist, und daher findet dort auch keine erhebliche Verbrennung unmittelbar an den Funkenerzeugungsstellen statt. Daher sind der Verschleiß und die Instandhaltungsmaßnahmen für diese Teile des Brenners erheblich

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verringert. Las ist besonders bei den für direkte Zündsysteine charakteristischen kontinuierlichen Betriebsbedingungen wichtig.

Die Vorrichtung beinhaltet ein Zündsystem, das im wesentlichen nur die Brennerteiie aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Zündsystem entfallen daher eine getrennte Zündkerze, oder Pilotflamme, oder zusätzliche Elektroden, oder Deflektoren usw», die wesentliche Bestandteile vieler bekannter Zündsysteme für Brenner mit Uachmischung sind. Das ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft, wie geringere Kosten und geringere Wartung des erfindungsgemäßen Systems und geringerer Platzbedarf, was bei bestimmten spezifischen Anwendungsfällen eine große Rolle spielen kann·

Ein solcher spezieller Anwendungsfall, bei dem der Platzbedarf ein wichtiger Gesichtspunkt ist, ist die Zündung des Brenners, der in der US-Patentanmeldung (Serial-Ur. 138 759), eingereicht am 10 April 1980 auf den ITamen John E. Anderson mit dem Titel "Sauerstoff-Saugbrenner und Verfahren für die Beheizung eines Ofens" beschrieben wird. Das erfindungsgemäße direkte Zündungsgerät und Verfahren sind besonders gut für die Anwendung in Verbindung mit einem derartigen Brenner geeignet·

Die Durchgänge des erfindungsgemäßen Zündsystems sind vorzugsweise Rohre, und sie können jede geeignete Querschnittsgeometrie aufweisen. Sie können einen runden Querschnitt haben, oder halbrund oder rechteckig sein, usw. Eine bevorzugte Querschnittsform für die Durchgänge ist ein Kreis, d» h., daß die Durchgänge vorzugsweise zylindrisch sind.

Wie oben bereits erläutert, sind die Durchgänge elektrisch leitend. Es spielt keine Rolle, aus welchem Werkstoff der

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Durchgang hergestellt wurde, so lange der.Werkstoff elektrisch leitend ist. Ein bevorzugter Werkstoff dafür ist Eisen, wenn als Qxydationsmittelgas Luft dient; der bevorzugte Werkstoff ist Kupfer, wenn das Qxj'dationsmittelgas höhere SauerStoffkonzentrationen aufweist.

Unter einem Heizgas ist jedes Gas zu verstehen, das brennbar ist, wie Erdgas, Methan, Koksofengas, Generatorgas und dergleichen· Sin bevorzugtes Heizgas ist Erdgas oder Methan· Unter einem Qxydationsmittelgas ist Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff zu verstehen.

Ein bevorzugtes Oxydationsmittelgas wird von dem jeweiligen Einsatzzweck, für den der Brenner vorgesehen ist", abhängen· Die Durchgänge sind elektrisch voneinander isoliert. Wie dem Fachmann bekannt sein dürfte, gibt es viele Möglichkeiten für die Schaffung einer solchen Isolierung. Wenn die mechanischen Bedingungen eine Vereinigung der Durchgänge zur Bildung einer einzigen Verbundenen Struktur verlangen, dann wird zwischen ihnen ein elektrisch isolierendes Material eingesetzt. Jedes wirksame Isoliermaterial erfüllt diesen Zweck'; ein bevorzugtes Isoliermaterial ist Pluorkohlenwasserstoff.

Ein elektrisches Potential wird an die Durchgänge angelegt. Das elektrische Potential wird von jeder zweckmäßigen Quelle wie den Sekundärwicklungen eines herkömmlichen, mit einer 120-Volt-Wechselstromquelle verbundenen Hochspannungstransformators (im allgemeinen 5000 bis 9000 Volt) erzeugt.

Wichtig ist, daß die Durchschlagsspannung zwischen den Durchgängen am Austrittsende am niedrigsten ist. Es gibt viele Möglichkeiten, um das zu erzielen· Zum Beispiel können parallel zueinander angeordnete Durchgänge vorhanden sein, d. h., daß sie an allen Stellen ihrer Längen gleichweit von-

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einander entfernt sind. Am Austrittsende können zwei Schlitze in die Wandung eines Durchganges geschnitten werden, um eine Öse zu bilden, und dann kann die Öse zur Wandung des anderen Durchganges so umgebogen werden, daß der Abstand zwischen den Durchgängen am Austrittsende am geringsten ist· Eine andere Möglichkeit zur Erzielung des gleichen Ergebnisses besteht im Anschweißen einer kleinen- Öse an das Austrittsende eines Durchganges, natürlich könnte die Schlitzöse und die geschweißte Öse an jeder Durchgangswandung oder an beiden Durchgängen angebracht werden, um den Abstand zwischen den Durchgängen am Austrittsende zu verkleinern· Eine andere Möglichkeit.zur Erzielung des vorgesehenen Ergebnisses, d. h. einer Durchschlagsspannung zwischen dem Rohr und der Wandung mit einem Mindestwert am Austrittsende, ist das Einsetzen von Isoliermaterial an allen Stellen zwischen den Durchgängen, jedoch nicht am Austrittsende. Dem Fachmann sind sicherlich noch verschiedene andere Möglichkeiten zur Verwirklichung dieses wichtigen erfindungsgemäßen Merkmales bekannt. Die genaue Ausbildung der Durchgänge kann beträchtlich variieren und kann vielerlei Formen aufweisen. Zur Erläuterung sollen zwei solcher Varianten anschließend erklärt werden.

In einer Ausführungsforin ist ein Durchgang ein zylindrisches Rohr und der andere Durchgang ein das Rohr in seiner Länge umgebender Zylinder; somit weist diese Ausführung zwei konzentrische Zylinder auf. Die Durchgänge sind erfindungsgemäß voneinander entfernt. Es strömt entweder Heizgas oder Oxydationsmittelgas durch das mittlere Rohr_s während das andere Gas durch den Raum zwischen dem mittleren Zylinder und dem äußeren Zylinder strömt.

Bei einer anderen Variante ist ein Durchgang ein zylindrisches Rohr und der andere Durchgang ebenfalls ein neben dem Rohr,, in dem erfindungsgemäßen Abstand, verlaufender Zylin-

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der. Entweder strömt Heizgas.oder Oxydationsmittelgas durch das Rohr, während das andere Gas durch den Raum zwischen dem Rohr und dem anderen Zylinder strömt.

Eine Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündsystems soll unter Bezugnahme auf die Zeichnung folgen:

Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt dieser Ausiührungsform. In der Figur 2 ist eine Ansicht der Ausflihrungsfor ei von der Verbrennungszone aus gesehen, dargestellt. Die Durchgänge 1 und 2 sind jeweils zylindrisch und so angeordnet, daß ein Durchgang den anderen Durchgang umgibt, damit eine konzentrische zylindrische Anordnung geschaffen wird. Der Abstand zwischen dem äußeren Durchgang 2 und der Wand 3 des Inneren. Durchganges 1 ist an allen Stellen seiner Länge im wesentlichen der gleiche, jedoch nicht am Austrittsende 4, an dem der Abstand durch die Öse 5 verringert wird. Der Abstand zwischen der Öse 5 und der Oberfläche des äußeren Zylinders kann somit als Funkenstrecke 6 bezeichnet werden. Die Durchgänge 1; 2 sind an allen Stellen physikalisch voneinander getrennt, außer dort, wo mechanische Verbindungen erforderlich sind. An diesen Stellen ist zwischen ihren leitenden Oberflächen eine Fluorkohlenwasserstoff-Isolierung 7 angebracht· Wie die Figur 1 zeigt wird Sauerstoff 8 in den Raum zwischen dem äußeren Zylinder und dem inneren Zylinder geleitet, und Erdgas 9 wird zur Innenseite des inneren Zylinders geleitet. Diese beiden Gase strömen zum Austrittsende 4, und werden an allen Stellen am Rohr entlang durch die Rohrwand 3 voneinander getrennt. Wenn die Gasströme das Austrittsende 4 passieren, vermischen sie sich im allgemeinen im Bereich 10 und bilden ein brennbares Gemisch. Dieser Bereich 10 kann als die Verbrennungszone bezeichnet werden. Mit Hilfe eines in schematiseher Form dar-

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gestellten elektrischen Schaltkreises wird ein elektrisches Potential an die Durchgänge angelegt. Der Transformator 15 ist mit einer 1OO-Volt-Wechselstromquelle 11,12 mit einer Frequenz von 60 Hz verbunden, wie sie normalerweise Elektrizität für Haushalte liefert. Der Transformator 15 ist ein herkömmlicher Aufwärtstransformator. Die Hochspannungsleitung 13 und 14 des Transformators sind mit dem inneren Durchgang 1 bzw. dem äußeren Durchgang 2 verbunden. Wenn die an die Durchgänge 1; 2 angelegte Spannung die Durchschlagsspannung an der Funkenstrecke 6 übersteigt, findet eine elektrische Entladung zwischen den Durchgängen 1; 2 an dieser Stelle, d« h. dem Austrittsende 4, statt und dadurch wird das brennbare Gemisch in der Verbrennungszone 10 entzündet. Diese Entzündung findet selbst dann statt, wenn der Funke durch einen Bereich gegangen ist, der im wesentlichen nur mit Sauerstoff gefüllt war und keine nennenswerte Menge eines brennbaren Gemischs enthalten hat.

Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zündsystems wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt dieser Ausführungsform. In der Fig. 4 ist eine Ansicht des Ausführungsbeispiels von Fig. 3, von der Verbrennungszone aus betrachtet, dargestellt.

Die in den Fig. 3 und 4 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den in den Fig· 1 und 2 verwendeten, mit dem Untersciiied, daß die geschnittenen Ösen von Fig. 1 und 2 nicht gezeigt werden. Stattdessen wird eine geschweißte Öse 25 gezeigt. In dieser Darstellung ist die Öse 25 an den äußeren Zylinder angeschweißt. Auf diese Weise wird die Durchschlagsspannung zwischen den Durchgängen 1, 2 am Austrittsende 4 auf einen Mindestwert beschränkt.

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Ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zündsystem wird unter Bezugnahme auf Pig· 5 beschrieben, bei der es sich um einen Längsschnitt dieser Ausführungsform handelt. Die in Pig· 5 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den in den vorstehenden Figuren eingesetzten, nur daß weder geschnittene ösen noch geschweißte Ösen gezeigt werden. Stattdessen wird die elektrische Isolierung 45 gezeigt, die zwischen den Durchgängen 1, 2 über im wesentlichen deren gesamte Länge am Austrittsende 4 verläuft. Auf diese "Weise wird die Durchschlagsspannung zwischen den Durchgängen 1, 2 am Austrittsende 4 auf ein Mindestmaß begrenzt.

Im folgenden sollen noch einige Versuchsergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung dargestellt werden· Es wurde ein ähnliches Zündsystem eingesetzt, wie es in der Pig· 1 gezeigt ist»

Das mittlere Rohr hatte einen Außendurchmesser von 1,05 Zoll (2,67 cm), und das äußere Rohr hatte einen Innendurchmesser von 1,38 Zoll (3,51 cm). Daher betrug der Abstand zwischen den Durchgängen an allen Stellen ihrer Länge mit Ausnahme des Austrittsendes mindestens 0,165 Zoll (0,42 cm). In das mittlere Rohr waren am Austrittsende zwei Ösen geschnitten worden, die beide so nach außen zur Oberfläche des äußeren Rohres gebogen waren, daß der geringste Abstand von den Durchgängen am Austrittsende, d. h. die Funkenstrecke, 0,063 Zoll (0,16 cm) betrug.

Es wurde ein herkömmlicher Hochspannungstransformator mit einer Frequenz der Primärseite von 60 Hz, einer Spannung von 120 Volt Wechselstrom und 150 Volt-Amp und einer Sekundärspannung von 6000 Volt zur Anlegung eines elektrischen Potentials, das größer war als die Durchschlagsspannung am oben genannten geringsten Abstand am Austrittsende an den Durchgängen, und zur Erzeugung der elektrischen Entladung

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an der Funkenstrecke verwendet«

Es wurden vier Versuche durchgeführt. Bei Versuch 1 wurde als Gas im mittleren Rohr Erdgas mit einem Bruttoheizwert von etwa 1000 BTU/SCH (8600 kcal/nr³) als Brennstoff verwendet, und als Gas in dem Raum zwischen dem mittleren Rohr und dem äußeren Rohr diente im wesentlichen reiner Sauerstoff als Oxydationsmittel. Bei Versuch 2 waren die Positionen von Heizstoff und Oxydationsmittel gegenüber denen vom Versuch 1 umgekehrt. Bei Versuch 3 handelte es sich bei dem Gas im mittleren Rohr um Erdgas als Brennstoff und bei dem Gas in dem Raum zwischen dem mittleren Rohr und dem äußeren Rohr um Luft als Oxydationsmittel. Bei Versuch 4 waren die Positionen von Brennstoff und Oxydationsmittel gegenüber Versuch 3 umgekehrt.

Jeder Versuch wurde mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten von Brennstoff und Oxydationsmittel durchgeführt, und der Zünderfolg oder -ausfall des brennbaren Gemisches wurde notiert. Die Ergebnisse sind in den Tabellen I bis IV entsprechend den Versuchen 1 bis 4 aufgezeichnet. In den Tabellen sind die Strömungsgeschwindigkeiten in zwei Werten angegeben, Standard-Kubikfuß pro Stunde (SCPH) und lormalkubikmeter je Stunde (nr/h).

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Tabelle I (Versuch 1)

Brennstoff-Strömungs	m-Vh	Oxydationsmittel-	tr/h)	Zündung
geschwindigkeit	11,7	s trömungsgeschwind.	10
(SCPH)	11,7	(SCFH) (i	23,4
400,	11,7	340,	48,3	ja
400,	29,3	800,	58,6	ja
400,	126,0	1650,	23,4	ja
1000,	234	2000,	46,9	. ja
4300,		800,	2)	ja
8000,	1600,	ja
	Tabelle II (Versuch

Brennst	ofι-Strömungs	t -~J* /U \ \iü /Ώ.)
geschwindigkeit	10
(SCFH)	23,4
340,	48,3
800,	46,9
1650,	46,9
1600,
1600,

Osydationsmittels trömungsgeschv/ind · (SCPH) (m³h)

Zündung

11,7	ja
11,7	ja
11,7	ja
23,4	ja
234	ja

400, 400, 400, 800, 8000,

Die Tabellen III und IV-enthalten eine Spalte mit der Bezeichnung Ausblasrate. Dieser Ausdruck wurde gewählt, um damit die Geschwindigkeit des Luftstromes bei der betreffenden Brennstoffströmungsgeschwindigkeit zu bezeichnen, bei der der Luftstrom die Flamme auslöscht, weil die Geschwindigkeit die Flammengeschwindigkeit überschreitet.

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Brennstoff (Strömungsgeschwindigkeit (SCPH) (m³/h)

Tabelle III (Versuch 3) Ausblasrate Oxydationsm. (Strömungsge-

schwindigk. (SCTH) (m³/h) (SCPH) (m³/h)

Zündung

200,	5,9	(m³/h)	540,	15,8	96,	(m³/h:	2,8	•	25	>	ja
200,	5,9	5,9	540,	15,8	480,	49,5	14,1	(Strö'mungsge-	31	/h)	ja
200,	5,9	5,9	540,	15,8	540,	49,5	15,8	schwindigk.	37	,5	ja
400,	11,7	5,9	870,	25,5	96,	49,5	2,8	) (SCPH) (m³	25	,4	da
400,	11,7	11,7	870,	25,5	870,	55,7	25,5	870,	55	,2	Ja
600,	17,6	11,7	1270,	37,2	96,	55,7	2,8	1070,	37	,5	ja
600,	17,6	17,6^s	1270,	37,2	870,	69,1	25,5	1270,	43	»7	ja
600,	17,6	17,6	1270,	37,2	1070,	69,1	31,4	870,	,2	nein
800,	23,4	1470,	43,1	870,	25,5	1900,	,1	ja
800,	23,4	1470,	43,1	1070,	31,4	1270,	nein
800,	23,4	1470,	43,1	1270,	37,2	1470,	nein
800,	23,4	1470,	43,1	1470,	43,1	nein
1000,	29,3	1570,	46,0	870,	25,5	ja
1000,	29,3	1570,	46,0	1070,	31,4	nein
1000,	29,3	1570,	4610	1370,	40,1	nein
1000,	29,3	1570,	4610	1570,	46,1	nein
		Tabelle	IY (Versuch l	\)
Brennstoff (Strö-	Ausblasrate	Oxydationsm	Zündung
mungsgeschwindig.)

(SCPH)	(SCPH)
200,	1690,		ja
200,	1690,		ja
200,	1690,		nein
400,	1900,		ja
400',	1900,		ja *\|
600,	2360,		ja
600,	. 2360,		nein

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Ι· 23 Q 242 252 61 238/24

Portsetzung Tabelle IY

BOO, 23,4 1810, 53,0 1070, 31,4 ja

800, 23,4 1810, 53,0 1270, 37,2 nein

800, 23,4 1810, 53,0 1810, 53,0 nein

1000, 29,3 2020, 59,2 870, 25,5 nein

1000, 29,3 2020, 59,2 - 1070, 31,4 nein

1000, 29,3 2020, 59,2 1270, 37,2 nein

1000, 29,3 2020, 59,2 1810, 53,0 nein

Wie aus deji Beispielen hervorgeht, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zur Durchführung erforderlichen Vorrichtung eine zuverlässige Zündung von Brennern mit Nachmischung bei geringem Energieverbrauch möglich, ohne daß erhebliche Veränderungen am Brenneraggregat erforderlich sind und ohne daß ein Ftinke in einem Bereich mit guter Brennstoff-Oxydationsmittel-Vermischung notwendig wäre. Ss wird angenommen, daß das Ausbleiben der Zündung bei einigen der hohen Brennstoffströmungsgeschwindigkeiten, wenn Luft als Oxydationsmittel verwendet wurde, darauf zurückzuführen ist, daß die zur Auslösung der Zündung zur Verfugung stehende Funkenenergie schnell verloren geht. In einem solchen Pail kann die Zündung dadurch erzielt werden, daß der Brenner bei einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit gezündet wird und die Strömungsgeschwindigkeit bei anhaltendem Brennen erhöht wird. Diese Verfahrensweise ist eine, die häufig bei industriellen Anwendungsfällen zur Zündung eines Brenners bei hohen Geschwindigkeiten, unabhängig vom eingesetzten Zündsystem, gewählt Tfird, da vermeidet werden möchte, daß große und gefährliche Brennstoffmengen in der Verbrennungskammer vorhanden sind, wenn keine Zündung erfolgt.

Bisher wurde die Meinung vertreten, daß es für eine zuverlässige Zündung eines Brennstoff-Osydationsmittel-Gemischs erforderlich wäre, daß sich die Zündquelle, d* h. der !Trinke an

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einer durch gutes Vermischen von Brennstoff und Oxydationsmittel gekennzeichneten Stelle befinden müßte. Wie aus der . Beschreibung zu entnehmen ist, wird durch das erfindungsgemäße Zündsystem ein Funke zu einem Bereich geführt, in dem kein gutes Vermischen von Brennstoff und Oxydationsmittel zu verzeichnen ist. Und trotzdem findet dort eine zuverlässige Zündung statt. Diese Zuverlässigkeit war unerwartet. Nach der ausführlichen Beschreibung des erfindungsgemäßen Zündsystems unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele ist einzusehen, daß viele andere Ausführungsformen der Erfindung möglich sind, die innerhalb des Geltungsbereichs und des Inhalts der beanspruchten Erfindung liegen.

Claims

42252 P 23 Q 242 252 61 238/24 Erfindungsansprach

1. Verfahren zur Zündung eines brennbaren Gasgemischs, gekennzeichnet dadurch, daß

(A) ein Strom von Heizgas und ein Strom von Oxydationsgas in der gleichen Richtung durch den ersten und den zweiten Durchgang, die elektrisch leitend und von-einander isoliert sind, strömt, wobei jeder Durchgang ein Austrittsende hat;

(B) die fließenden Ströme voneinander durch den ersten Durchgang getrennt gehalten werden;

(C) die Gasströme nach dem Austritt aus den Durchgängen vermischt werden; .

(D) der zweite Durchgang von dem ersten Durchgang so weit entfernt gehalten wird, daß die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende des ersten Durchganges am niedrigsten ist; und

(E) ein die niedrigste·Durchschlagsspannung überschreitendes elektrisches Potential so an dem ersten und dem zweiten Durchgang angelegt wird, daß eine elektrische Entladung in einer im wesentlichen geraden Linie nur in dem Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang am Austrittsende des ersten Durchganges erfolgt, wobei der Raum im wesentlichen nur eines der Gase enthält.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Heizgas durch den ersten Durchgang strömt und das Oxydationsmittelgas durch den zweiten Durchgang strömt»

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Heizgas durch den zweiten Durchgang strömt und das Oxydationsmittel gas durch den ersten Durchgang strömt·

J Π la at j a a —.

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4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Heizgas um Erdgas handelt.

5· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Oxydationsmittelgas um im wesentlichen reinen Sauerstoff handelt»

6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dem Oxydationsmittelgas um Luft handelt.

7· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Punkten 1 bis 6, mit Uachmischung zur Zündung eines aus einem Brenner austretenden brennbaren Gasgemisches aus Brennstoff und Oxydationsmittel mit einem ersten Durchgang zur Zuführung von Heizgas und einem zweiten Durchgang zur Zuführung von Oxydationsmittelgas, wobei beide Durchgänge am Austrittsende der Vorrichtung enden, gekennzeichnet dadurch, daß ein Zündsystem vorhanden ist, bei dem

- der erste Durchgang (1) elektrisch leitend ist;

- der zweite Durchgang (2) elektrisch leitend ist und vom ersten Durchgang (1) so weit entfernt ist, daß die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2) am Austrittsende (4) der Vorrichtung am niedrigsten ist; und

- eine Vorrichtung (11; 12; 13» 14; 15) zur Anlegung eines elektrischen Potentials an dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2) vorhanden ist, wodurch bei der Anlegung eines die geringste Durchschlagsspannung überschreitenden elektrischen Potentials an dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2) eine elektrische Entladung in einer im wesentlichen geraden Linie nur in dem Raum zwischen dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2)

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am Austrittsende (4) erfolgt.

8. Vorrichtung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß ea sich bei dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2) um Rohre handelt.

9. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Durchgang (1) ein zylindrisches Rohr ist*

10. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der zweite Durchgang (2) ein zylindrisches Rohr ist»

11. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß sowohl der erste Durchgang (1) als auch der zweite Durchgang (2) zylindrische Rohre sind·

12. Vorrichtung nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Durchgang (1) und der zweite Durchgang (2) in ihrer Länge parallel verlaufen.

13· Vorrichtung nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß der erste Durchgang (1) und der zweite Durchgang (2) konzentrische zylindrische Rohre sind.

14* Vorrichtung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine elektrisch leitende Drucktaste mit mindestens einem Durchgang (1; 2) am Austrittsende" (4) verbunden ist, um die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2) am Austrittsende (4) auf ein Mindestmaß zu begrenzen*

15· Vorrichtung nach Punkt 7, gekennzeichnet dadurch, daß eine elektrische Isolierung (7) zwischen dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2), jedoch

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nicht am Austrittsende (4), vorhanden ist, um die Durchschlagsspannung zwischen dem ersten Durchgang (1) und dem zweiten Durchgang (2) am Austrittsende (4) auf ein Mindestmaß zu begrenzen.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

aJAR 1983*062840