ES2993543T3 - Method for monitoring the ignition of a burner flame - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar el encendido de una llama (1) de un quemador (2) para la combustión de gas con un dispositivo de encendido (3) para generar una chispa de encendido (4), en el que se utiliza un sensor UV (5) para determinar las emisiones UV de la chispa de encendido (4) y para reconocer a partir de las mismas si se han creado condiciones de encendido por la chispa de encendido (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Method for controlling the ignition of a flame (1) of a burner (2) for gas combustion with an ignition device (3) for generating an ignition spark (4), in which a UV sensor (5) is used to determine the UV emissions of the ignition spark (4) and to recognize from them whether ignition conditions have been created by the ignition spark (4). (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Método para controlar la ignición de la llama de un quemador Method for controlling the ignition of a burner flame
En los calentadores de gas existe el problema habitual de que, si no hay ignición pero el gas sigue fluyendo hacia el quemador, se acumula en la cámara de combustión una mezcla no quemada de gas y aire, que de repente puede quemarse o deflagrar. In gas heaters there is a common problem that if there is no ignition but the gas continues to flow to the burner, an unburned mixture of gas and air builds up in the combustion chamber, which can suddenly burn or deflagrate.
Esto es especialmente problemático en el caso del hidrógeno como gas combustible, porque las condiciones ambientales que deben establecerse para encender una mezcla de hidrógeno y aire deben estar dentro de un rango muy estrecho y pequeñas desviaciones en la composición de la mezcla pueden impedir la ignición o provocar molestos ruidos de ignición. This is especially problematic in the case of hydrogen as a fuel gas, because the ambient conditions that must be established to ignite a mixture of hydrogen and air must be within a very narrow range and small deviations in the composition of the mixture can prevent ignition or cause annoying ignition noises.
Además, en los calentadores que funcionan con hidrógeno como gas combustible, los efectos de una combustión repentina de la mezcla acumulada en la cámara de combustión o de deflagraciones son particularmente críticos. Por esta razón, es particularmente deseable una mejor monitorización para los calentadores que funcionan con hidrógeno. Furthermore, in heaters operating with hydrogen as fuel gas, the effects of sudden combustion of the mixture accumulated in the combustion chamber or deflagrations are particularly critical. For this reason, improved monitoring is particularly desirable for heaters operating with hydrogen.
El documento US 3 574 496 A describe un procedimiento en el que se comprueba una ignición con un sensor ultravioleta y un detector de llama. Se observa una chispa de ignición con un sensor ultravioleta. Cuando el monitor de llama detecta una llama, se detiene el método de ignición. US 3 574 496 A describes a method in which an ignition is monitored with an ultraviolet sensor and a flame detector. An ignition spark is observed with an ultraviolet sensor. When a flame is detected by the flame monitor, the ignition method is stopped.
El documento JP S6082720 A describe un método en el que una fibra óptica detecta primero una chispa de ignición. Cuando la fibra óptica detecta una chispa de ignición, se abre un suministro de gas combustible a un prequemador. Cuando la fibra óptica del prequemador detecta la ignición, se abre un suministro de gas combustible a un quemador principal, encendiendo así el quemador principal. JP S6082720 A describes a method in which an optical fiber first detects an ignition spark. When the optical fiber detects an ignition spark, a fuel gas supply is opened to a preburner. When the preburner optical fiber detects ignition, a fuel gas supply is opened to a main burner, thereby igniting the main burner.
El objetivo de la presente invención es resolver al menos parcialmente los problemas descritos con referencia al estado de la técnica. Este objetivo se resuelve con la invención según las características de las reivindicaciones de patente independientes. Otras configuraciones ventajosas se desprenden de las reivindicaciones dependientes, así como de la descripción y, en particular, de la descripción de las figuras. Cabe señalar que el experto en la materia combina las distintas características entre sí de forma tecnológicamente sensata y consigue así otras configuraciones de la invención. The aim of the present invention is to at least partially solve the problems described with reference to the prior art. This aim is solved by the invention according to the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments emerge from the dependent claims as well as from the description and, in particular, from the description of the figures. It should be noted that the person skilled in the art combines the individual features with one another in a technologically sensible manner and thus achieves further embodiments of the invention.
A continuación se describirá un nuevo método, un quemador configurado correspondientemente para el método, un dispositivo de control y un producto de programa informático. A new method, a burner configured accordingly for the method, a control device and a computer program product will now be described.
En este caso se describe un método para controlar la ignición de una llama de un quemador para quemar gas con un dispositivo de ignición para generar una chispa de ignición, en el que se utiliza un sensor UV para determinar las emisiones UV de la chispa de ignición y para reconocer si se establecieron las condiciones de ignición con la chispa de ignición. Además se controla si se enciende la llama del quemador y luego, si el sensor UV detecta que se han creado condiciones de ignición adecuadas mediante la chispa de ignición pero la llama no se enciende, se diagnostica al menos una condición ambiental inadecuada para encender el quemador, comprendiendo la al menos una condición ambiental inadecuada una proporción de mezcla de gas y aire fuera de un rango predeterminado. In this case, a method is described for controlling the ignition of a flame of a burner for burning gas with an ignition device to generate an ignition spark, in which a UV sensor is used to determine the UV emissions of the ignition spark and to recognize whether the ignition conditions were established with the ignition spark. It is further controlled whether the flame of the burner is ignited and then, if the UV sensor detects that suitable ignition conditions have been created by the ignition spark but the flame is not ignited, at least one unsuitable environmental condition for igniting the burner is diagnosed, the at least one unsuitable environmental condition comprising a gas-air mixing ratio outside a predetermined range.
Preferiblemente, el quemador se refiere a un cuerpo de quemador desde el cual el gas combustible fluye hacia afuera a través de una pluralidad de aperturas hacia una cámara de combustión que rodea el quemador y en la que preferiblemente hay tuberías que luego disipan el calor generado por el quemador. El cuerpo del quemador es preferentemente cilíndrico y está fabricado de un material metálico. La superficie exterior del cuerpo del quemador (orientada hacia la cámara de combustión) se denomina aquí superficie del quemador desde la que se extienden las llamas hacia la cámara de combustión. Preferably, the burner refers to a burner body from which the fuel gas flows outwards through a plurality of openings into a combustion chamber surrounding the burner and in which there are preferably pipes which then dissipate the heat generated by the burner. The burner body is preferably cylindrical and made of a metallic material. The outer surface of the burner body (facing the combustion chamber) is referred to herein as the burner surface from which the flames extend into the combustion chamber.
La zona en la que la mezcla sale del quemador y en la que están dispuestas las aperturas se denomina aquí zona de combustión. Las llamas se forman encima de la zona de combustión cuando se enciende el quemador. The area in which the mixture leaves the burner and in which the openings are arranged is called the combustion zone. Flames form above the combustion zone when the burner is switched on.
Se ha descubierto que una chispa de ignición producida con el dispositivo de ignición genera típicamente emisiones UV características que pueden detectarse de forma fiable con un sensor UV. El sensor UV es preferiblemente un fotodetector que puede detectar luz UV (particularmente en el rango de longitud de onda de 100 nm [nanómetros] a 400 nm [nanómetros] y convertirla en una señal eléctrica, lo que permite detectar la cantidad de luz UV captada con el sensor UV. Preferiblemente, el sensor UV está conectado a una electrónica y, en particular, a un dispositivo de control, que evalúa las señales eléctricas generadas por el sensor UV y, a partir de ello, ejecuta el procedimiento descrito y evalúa si existen condiciones de ignición. It has been found that an ignition spark produced with the ignition device typically generates characteristic UV emissions that can be reliably detected with a UV sensor. The UV sensor is preferably a photodetector that can detect UV light (particularly in the wavelength range of 100 nm [nanometers] to 400 nm [nanometers]) and convert it into an electrical signal, allowing the amount of UV light captured with the UV sensor to be detected. Preferably, the UV sensor is connected to electronics and in particular to a control device, which evaluates the electrical signals generated by the UV sensor and from this executes the described method and evaluates whether ignition conditions exist.
Con el método descrito para detectar las condiciones de ignición (creación de la chispa de ignición) con ayuda del sensor UV se puede detectar si unas condiciones de ignición inadecuadas o unas condiciones ambientales inadecuadas son la causa de que no se produzca la ignición. The method described for detecting ignition conditions (ignition spark formation) using the UV sensor can be used to determine whether improper ignition conditions or improper ambient conditions are the cause of the failure to ignite.
Esto es especialmente ventajoso si el procedimiento se utiliza en un quemador para quemar hidrógeno, ya que al quemar hidrógeno la ignición parcialmente suspendida o retardada es especialmente problemática. This is especially advantageous if the process is used in a burner for burning hydrogen, since when burning hydrogen, partially suspended or delayed ignition is particularly problematic.
La ignición retardada puede provocar una combustión o deflagración repentina, especialmente cuando se quema hidrógeno, lo que a menudo puede provocar ruidos, estallidos o incluso retornos de llama al quemador. Delayed ignition can result in sudden combustion or deflagration, especially when burning hydrogen, which can often cause noise, popping or even flashbacks to the burner.
Además, es ventajoso que el sensor UV esté dispuesto fuera de una zona de combustión, encima de una superficie del quemador, y en la zona de ignición del dispositivo de ignición presente una dirección de visión oblicua, alineada con la superficie del quemador. Furthermore, it is advantageous if the UV sensor is arranged outside a combustion zone, above a burner surface, and in the ignition zone of the ignition device has an oblique viewing direction, aligned with the burner surface.
Esta disposición del sensor UV permite disponer el sensor UV de tal manera que las temperaturas generadas por la combustión no influyan tanto sobre el sensor UV y no lo deterioren tan gravemente. Al mismo tiempo, el sensor UV está colocado de manera que se pueda detectar fácilmente una chispa de ignición. This arrangement of the UV sensor allows the UV sensor to be positioned in such a way that the temperatures generated by combustion do not have as much influence on the UV sensor and do not damage it as severely. At the same time, the UV sensor is positioned in such a way that an ignition spark can be easily detected.
También es ventajoso que se interrumpa el suministro de gas al quemador cuando no se detectan condiciones de ignición adecuadas. It is also advantageous to interrupt the gas supply to the burner when suitable ignition conditions are not detected.
Esto garantiza que no se pueda acumular mezcla no quemada en la cámara de combustión. This ensures that no unburned mixture can build up in the combustion chamber.
También es ventajoso que el dispositivo de ignición presente un electrodo de ignición. It is also advantageous if the ignition device has an ignition electrode.
Un electrodo de ignición comprende preferiblemente dos contactos de ignición que están espaciados y entre los cuales se forma un arco de luz cuando se puede aplicar una tensión eléctrica a los contactos. Preferiblemente, los contactos de ignición del electrodo de ignición siempre se excitan durante un tiempo muy corto, por ejemplo a través de un condensador de ignición que se descarga repentinamente. De esta manera se pueden generar altas tensiones y corrientes eléctricas y, con ello, fuertes chispas de ignición. An ignition electrode preferably comprises two ignition contacts which are spaced apart and between which a light arc is formed when an electrical voltage can be applied to the contacts. Preferably, the ignition contacts of the ignition electrode are always excited for a very short time, for example via a suddenly discharged ignition capacitor. In this way, high voltages and electrical currents and thus strong ignition sparks can be generated.
También es ventajoso que el gas quemado con la llama contenga al menos un 50 %, preferentemente incluso al menos un 97 % de hidrógeno. It is also advantageous if the gas burned with the flame contains at least 50%, preferably even at least 97% hydrogen.
Una proporción del 50 % o más de hidrógeno produce un gas combustible cuyas propiedades están esencialmente dominadas por el hidrógeno. Un gas con 97 % o más de hidrógeno puede considerarse aproximadamente como hidrógeno puro. A proportion of 50% or more of hydrogen produces a fuel gas whose properties are essentially dominated by hydrogen. A gas with 97% or more of hydrogen can be considered approximately pure hydrogen.
También se describe aquí un quemador para quemar gas con un dispositivo de ignición para generar una chispa de ignición y con al menos un sensor UV, estando configurado el quemador para llevar a cabo el método descrito. También se describirá un dispositivo de control, configurado para evaluar señales de al menos un sensor UV de un quemador según el método descrito. Also described herein is a burner for burning gas with an ignition device for generating an ignition spark and with at least one UV sensor, the burner being configured to carry out the described method. A control device will also be described, configured to evaluate signals from at least one UV sensor of a burner according to the described method.
Además, se debe describir un programa informático que comprende comandos que hacen que el quemador descrito lleve a cabo los pasos del método descritos. In addition, a computer program comprising commands that cause the described burner to carry out the described method steps must be described.
La invención y el campo técnico de la invención se explican con más detalle a continuación con referencia a la figura. Las figuras muestran ejemplos de realización preferidos a los que la invención no está limitada. Cabe señalar en particular que las figuras y en particular las relaciones de tamaño mostradas en las figuras son meramente esquemáticas. The invention and the technical field of the invention are explained in more detail below with reference to the figure. The figures show preferred embodiments to which the invention is not limited. It should be noted in particular that the figures and in particular the size relationships shown in the figures are merely schematic.
Se representa en la: It is represented in the:
Figura 1: un quemador descrito para el método descrito Figure 1: A burner described for the described method
La figura 1 muestra un quemador 2 con una superficie 7 de quemador sobre la que se forman las llamas 1 de combustión. El quemador 1 tiene un interior 13 al que fluye una mezcla de gas y aire a través de una tubería 14 de alimentación. La mezcla pasa a través de una pluralidad de aperturas en la superficie 7 del quemador en una zona 6 de combustión a la cámara 12 de combustión y allí se forman las llamas 1. Encima de la superficie 7 del quemador en la zona de combustión también hay un dispositivo 3 de ignición configurado como un electrodo 10 de ignición, con el que en una zona 9 de ignición de la zona 6 de combustión se puede generar una chispa 4 de ignición. La zona 9 de ignición se controla con el sensor 5 UV, que preferentemente está orientado con una dirección 8 de visión hacia la zona 9 de ignición. 1 shows a burner 2 with a burner surface 7 on which combustion flames 1 are formed. The burner 1 has an interior 13 into which a gas-air mixture flows via a feed line 14. The mixture passes through a plurality of openings in the burner surface 7 in a combustion zone 6 into the combustion chamber 12 and the flames 1 are formed there. Above the burner surface 7 in the combustion zone there is also an ignition device 3 configured as an ignition electrode 10, with which an ignition spark 4 can be generated in an ignition zone 9 of the combustion zone 6. The ignition zone 9 is monitored by the UV sensor 5, which is preferably oriented with a viewing direction 8 towards the ignition zone 9.
El sensor 5 UV y el dispositivo 3 de ignición están conectados preferiblemente con un dispositivo 11 de control, que controla el dispositivo 3 de ignición mediante las señales del sensor 5 UV. Preferentemente, el dispositivo 11 de control también está conectado a una válvula 15 de alimentación en la tubería 14 de alimentación, con la que se puede controlar el suministro del quemador 2 con gas o con una mezcla de gas y aire. The UV sensor 5 and the ignition device 3 are preferably connected to a control device 11, which controls the ignition device 3 via signals from the UV sensor 5. The control device 11 is preferably also connected to a feed valve 15 in the feed line 14, with which the supply of the burner 2 with gas or a gas-air mixture can be controlled.
Lista de signos de referencia List of reference signs
1 Llama 1 Flame
2 Quemador 2 Burner
3 Dispositivo de ignición 3 Ignition device
Chispa de ignición Ignition spark
Sensor UV UV sensor
Zona de combustión Combustion zone
Superficie del quemador Burner surface
Dirección de visión Direction of vision
Zona de ignición Ignition zone
Electrodo de ignición Ignition electrode
Dispositivo de control Control device
Cámara de combustión Combustion chamber
Interior Interior
Tubería de alimentación Feed pipe
Válvula de alimentación Feed valve
Claims (8)
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