ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РОЗЖИГА И КОНТРОЛЯ ПЛАМЕНИ В ГАЗОВЫХ ГОРЕЛКАХ
ELECTROCHEMICAL DEVICE FOR LIGHTING-UP AND MONITORING OF FLAME IN GAS BURNERS

Данное изобретение относится к электротермическому устройству для розжига и контроля пламени в газовых горелках.
Конкретнее данное изобретение относится к электротермическому устройству для розжига и непрерывного контроля пламени в горелках, работающих на природном газе (главным образом на основе метана), магистральном газе, сжиженном нефтяном газе и им подобных.
Как известно, автоматический розжиг газовых горелок осуществляется посредством дугового разряда между электропроводящим элементом, на который соответствующим образом подана электроэнергия, и самой горелкой. Также известно, что контроль пламени осуществляется посредством термопары, которая автоматически останавливает протекание газа через электромагнитный клапан, если при случайном погасании горелка остывает из-за того, что она больше не подогревается пламенем.
Таким образом, в традиционных газовых горелках, будь то горелки для газовых плит, водонагревателей или паровых котлов, действия по розжигу и контролю пламени управляются двумя отдельными устройствами. Мало того, что потребность в управлении двумя устройствами уже сама по себе является неблагоприятной, указанное обстоятельство имеет дополнительные, связанные с дуговым розжигом неудобства, такие как электромагнитное излучение (искровые системы розжига являются источниками импульсного излучения) и опасность поражения током в случае контакта с пользователем.
Цель данного изобретения заключается в создании устройства для розжига и контроля пламени в газовых горелках, не имеющего недостатков, которые свойственны описанным выше традиционным устройствам.
Эта цель достигнута заявителем с помощью изобретенного единого устройства для газовых горелок, которое обеспечивает выполнение как розжига, так и контроля пламени при его случайном погасании.
Таким образом, предметом данного изобретения является электротермическое устройство для розжига и контроля пламени в газовых горелках, которое содержит термоэлемент, включающий в себя пару металлических элементов, которые- состоят из разных металлов, в предпочтительном случае имеют проволочную структуру и соединены сваркой, причем каждый из них удерживается на электроде, указанные металлические элементы обладают возможностью генерации термоэлектрических напряжений и токов при помещении спая в среду с температурой, отличающейся от температуры электрода, при этом указанный термоэлемент выполнен с возможностью розжига газовой горелки при подключении электродов к источнику электрической энергии.
Металлические элементы, используемые для изготовления предложенного устройства, обычно состоят из нитей круглого поперечного сечения с диаметром между 0,1 и 0,8 мм. В альтернативном случае можно использовать металлические полоски с толщиной от 0,1 до 0,8 мм и шириной от 2 до 0,5 мм. Указанные элементы удерживаются на электродах, которые также являются металлическими и выполнены из нержавеющей стали или устойчивых к коррозии сплавов, таких как латунь и бронза.
Для изготовления этого устройства могут быть использованы любые пары металлов, способные генерировать термоэлектрическое напряжение и ток (например, напряжения более 0,03 В или токи более 3 мА), если только точка спая соприкасается с пламенем от газа, или выделять тепло в соответствии с эффектом Джоуля. Примерами пар упомянутых металлов являются платина, платина-родий, хромель/алюмель.
Предпочтительными являются такие пары металлов, в которых по меньшей мере один из металлов (например, платина, палладий или никель) обладает каталитическими свойствами для окисления газа. Эти пары металлов предпочтительны потому, что обеспечивают более низкие температуры розжига газа и больший срок службы материалов или саморазогрев металла, с вытекающей из этого возможностью уменьшения диаметра металлических элементов, поскольку при превышении температуры, обеспечивающей катализ на поверхности, окисление (горение) увеличивает температуру металла, давая ему возможность быстро зажечь весь поток газа.
Также можно использовать пары металлов, способные вызывать только эффект Джоуля, в которых по меньшей мере один из металлов покрыт другим металлом, обладающим поверхностно-каталитическими свойствами для окисления газа.
В альтернативном случае электротермическое устройство для розжига и контроля пламени в газовых горелках может состоять из нагревательного элемента, металлические элементы которого заменены керамическим или металлокерамическим элементом в форме сплошного или полого цилиндра, активированного порошком металла, который обладает каталитической активностью для окисления газа. Такое решение делает возможной миниатюризацию той части предлагаемого устройства, которая находится в контакте с пламенем (горячим пятном).
Предлагаемое электротермическое устройство для розжига и контроля пламени в газовых горелках более наглядно проиллюстрировано со ссылкой на приложенные чертежи, которые иллюстрируют примеры вариантов выполнения изобретения, не ограничивающие объема правовой защиты.
На фиг.1 видно, что предлагаемое устройство (фиг.1-1) содержит два электрода С1 и С2, удерживающие два металлических элемента А и В, которые соединены в точке АВ, контактирующей с пламенем F горелки (не показана). Фиг.1-2 и 1-3 изображают другие варианты выполнения предлагаемого изобретения, в которых металлические элементы А и В проволочного типа заменены керамическим или металлокерамическим элементом, либо сплошным D1, либо полым D2.
Фиг.2 изображает дополнительные альтернативные формы выполнения предлагаемого изобретения.
Один из показанных на фиг.2-1 электродов (С1) является полым и, по существу, имеет форму цилиндра или усеченного цилиндра, а другой электрод (С2) представлен вертикальным стержнем, расположенным соосно с первым электродом. В этом варианте выполнения металлический элемент А, удерживаемый на полом цилиндрическом электроде, имеет куполообразную форму и содержит точку АВ спая с металлическим элементом В, удерживаемым на соосном электроде.
Фиг.2-2 изображает вариант выполнения изобретения, который сходен с предыдущим; однако, в нем предусмотрено окно F, в котором металлический элемент А образует горячий спай с проводом из платины (или аналогичного катализатора), нагреваемым пламенем через окно F.
Аппарат для розжига газовой горелки и непрерывного контроля за наличием пламени, действующий с предложенным устройством, может работать с низкоомной цепью с сопротивлением порядка 10-1000 мОм или с высокоомной цепью с сопротивлением порядка 0,1-50 Ом.
В случае низкоомной цепи изображенный на фиг.3 аппарат для искрового розжига и контроля пламени содержит:
a) блок 1 управления розжигом;
b) таймер 2;
c) двухуровневый инвертор 3, соединенный с таймером;
d) трансформатор 4 и компаратор 5, связанные с выходами двухуровневого инвертора и соединенные соответственно с устройством 6 розжига и контроля пламени и системой 7 отключения газа.
При приведении в действие блока 1 управления розжигом таймер 2 вызывает срабатывание инвертора 3 на его верхнем уровне для того, чтобы подать напряжение к трансформатору 4 и вызвать включение устройства 6 розжига (термоэлемента), контактирующего одновременно с газом, который следует зажечь. По окончании времени активизации, сопровождающегося зажжением газа, инвертор снижает уровень энергии, посылаемой в трансформатор, переключаясь на уровень контроля. На этой стадии пламя зажжено и поддерживает спай АВ термоэлемента при требуемой температуре, создавая термоэлектрический ток. После возникновения термоэлектрического тока считывается значение сопротивления термоэлемента и посредством компаратора 5 сравнивается с величиной, хранящейся в запоминающем устройстве. Если измеренное значение сопротивления равно значению, хранящемуся в запоминающем устройстве, или превышает его, то это означает, что пламя зажжено. Если измеренное значение сопротивления падает, это означает, что падает сила термоэлектрического тока вследствие снижения температуры термоэлектрического спая АВ из-за угасания пламени. Этот результат измерений приводит в действие систему 7 отключения, прерывающую подачу газа.
В случае высокоомных цепей показанное на фиг.4 оборудование для розжига и контроля пламени содержит:
e) блок 1 управления розжигом;
f) таймер 2;
g) переключающий блок 8, соединенный с устройством 6 розжига и контроля пламени; и
h) компаратор 5, соединенный с системой 7 отключения газа.
Оборудование для розжига и контроля пламени работает так же, как и в предыдущем случае, за исключением того, что вместо блока инвертор/трансформатор используется переключающий блок. По истечении времени активизации переключающий блок 8 регистрирует электродвижущую силу на концах термоэлемента 6, сравнивая ее с эталонным значением. Если данная электродвижущая сила меньше эталонного значения, компаратор приводит в действие систему отключения газа, перекрывающую его подачу.
Предложенное электротермическое устройство для розжига и контроля пламени в газовых горелках обладает следующими преимуществами:
- отсутствует электромагнитное излучение (системы искрового розжига являются источниками импульсного излучения);
- практически мгновенное обнаружение пламени (малое время реакции термоэлемента);
- отсутствие опасности удара током при прикосновении пользователя;
- отсутствие шумов во время розжига;
- немедленное воспламенение (обусловленное имеющейся энергией для приведения в действие);
- наличие единого элемента, выполненного с возможностью осуществления как розжига пламени, так и его контроля;
- возможность создания горячего пятна в такой точке устройства, к которой пользователь не может прикоснуться;
- централизованное управление несколькими горелками путем присоединения к управляющему блоку, который также управляет отключением подачи газа;
- возможность постоянного контроля случайной утечки газа на нескольких горелках.