УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НАЛИЧИЯ ПЛАМЕНИ ГОРЕЛКИ Российский патент 2002 года по МПК F23N5/24 

Устройство контроля наличия пламени горелки и устройство для его осуществления относятся к отоплению, в частности к способам и устройствам для контроля процесса горения топлива.

Известно несколько способов контроля наличия пламени горелки и перекрытия подачи топлива в случае угасания пламени:
- с использованием термо-ЭДС, генерируемой термопарой;
- с использованием упругих деформаций биметаллической пластины;
- по изменению электропроводимости газовой среды в зоне горения.

Известно устройство для контроля пламени горелок бытовой газовой плиты (а.с. 1575009, МКИ 5 F 23 N 5/26, опубликованное 30.06.1990, БИ 24).

Устройство содержит корпус с запорно-регулирующим органом, систему рычагов и тяг, а также термочувствительный элемент (датчик) в виде биметаллической пластины.

Недостатком упомянутого устройства является то, что упругие деформации, развиваемые биметаллической пластиной, невелики, вследствие чего требуется система рычагов и тяг для увеличения и передачи возникающих усилий от термочувствительного элемента к запорно-регулирующему устройству, что значительно усложняет конструкцию, снижает надежность в эксплуатации и существенно ограничивает применение устройства.

Из известных устройств наиболее близким является устройство для контроля наличия пламени горелки, например газовой или жидкостной, включающее кран с подпружиненным штоком и клапаном и датчик, выполненный из сплава с эффектом памяти формы (см. US 5393221, кл. F 23 N 3/00, 28.02.1995).

Недостатком известного устройства является сложность и трудоемкость изготовления, а также то, что исполнительный элемент установлен на выхлопной трубе нагревательного аппарата.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение надежности контроля наличия пламени, упрощение конструкции и снижение трудоемкости изготовления.

Технический результат достигается за счет получения значительных усилий, развиваемых при возврате неупругой деформации термочувствительным элементом (датчиком), которые могут использоваться для контроля наличия пламени горелки. При контроле пламени горелки датчик получает сигнал о наличии или отсутствии пламени и за счет деформаций, возникающих в датчике, происходит передача сигнала на исполнительный механизм крана для подачи или перекрытия поступления горючего.

Особенность способа заключается в том, что в качестве материала датчика используется сплав с эффектом памяти формы (ЭПФ), а контроль наличия пламени горелки и перекрытие поступления горючего в случае угасания пламени осуществляется с использованием и накоплением неупругих деформаций, возникающих в сплавах с ЭПФ при термоупругих мартенситных превращениях, протекающих в присутствии внешних напряжений различного типа. При этом контроль наличия пламени осуществляется за счет неупругих деформаций, возникающих в сплаве в процессе нагрева датчика, предварительно деформированного в мартенситной фазе, а перекрытие горючего - с помощью нагруженного упругого элемента (например, пружины) с одновременным накоплением неупругой деформации датчиком. Развиваемые датчиком при нагреве усилия достаточно велики (в 5 и более раз по сравнению с усилиями, возникающими в биметаллических пластинах в аналогичных температурных интервалах), что позволяет при оптимальном выборе формы датчика значительно упростить конструкцию устройства.

Датчик выполнен из сплава с ЭПФ в виде петли, жестко соединенной с подпружиненным штоком крана и пропущенной сквозь отверстие в кронштейне, служащим упором для датчика.

Кроме того, особенность устройства заключается в том, что датчик может быть выполнен из профиля различного сечения, например прямоугольного, круглого и т.д.

На чертеже схематически изображено устройство для контроля наличия пламени горелки, работающее по заявляемому способу.

Устройство содержит кран 1 с клапаном 2 и подпружиненным штоком 3, с краном 1 соединен кронштейн 4, ориентированный вдоль продольной оси подпружиненного штока 3, а на незакрепленном конце кронштейна 4, который служит упором для датчика 5, имеется отверстие, сквозь которое проходит петля датчика.

Датчик 5 изготовлен из сплава с ЭПФ, например эквиатомного никелида титана в виде пластины, подвергнутой отжигу в оправке при температуре 500-600^oС в течение 0,5-1 часа для придания прямолинейной плоской формы. После охлаждения ниже интервала температур мартенситного превращения (до комнатной температуры в случае использования эквиатомного никелида титана) пластина датчика деформирована в петлю, концы которой пропущены сквозь отверстие в кронштейне 4 и жестко соединены с подпружиненным штоком 3.

Устройство работает следующим образом. В первоначальном положении подпружиненный шток 3 с помощью клапана 2 перекрывает подачу горючего. Для розжига пламени подпружиненный шток 3 из первоначального положения принудительно отводится в направлении датчика 5, клапан 2 открывается и горючее поступает в зону горения. При горении пламени в зоне датчика 5 повышается температура и при достижении величины температуры начала обратного мартенситного превращения начинается возврат датчиком 5 заданной ему при комнатной температуре деформации, который завершается при температуре конца мартенситного превращения, при этом пластина, из которой изготовлен датчик, стремится к своей исходной прямолинейной форме. Поскольку концы пластины жестко соединены с подпружиненным штоком 3, образуется петля грушевидной формы, узким концом проходящая сквозь отверстие кронштейна 4, а широким концом, упираясь в кронштейн 4, фиксирует в рабочем положении подпружиненный шток 3, обеспечивая подачу горючего и работу горелки.

При угасании пламени температура в зоне датчика 5 понижается, и по достижении температуры начала прямого мартенситного превращения силовые характеристики сплава с ЭПФ уменьшаются, вследствие чего подпружиненный шток 3, деформируя петлю датчика 5 путем уменьшения ее радиуса кривизны, возвращается в первоначальное положение и перекрывает с помощью клапана 2 подачу горючего.

Во втором и последующих циклах работы устройства изложенная выше последовательность операций сохраняется, причем усилие удержания подпружиненного штока 3 при открытом положении клапана 2 осуществляется за счет напряжений, возникающих при восстановлении формы петли датчика 5.

Предлагаемый способ контроля пламени горелки и устройство для его осуществления обеспечивают надежный контроль наличия пламени, упрощают конструкцию и снижают трудоемкость изготовления.

Изобретение относится к отоплению, в частности к способам и устройствам для контроля процесса горения топлива. В качестве материала датчика (термочувствительного элемента) используется сплав с эффектом памяти формы (ЭПФ), при этом неупругие деформации, возникающие в сплаве с ЭПФ, усиливают за счет выбора формы исполнения датчика. Устройство содержит кран с клапаном и подпружиненным штоком, датчик и кронштейн, одним концом соединенный с краном и ориентированный вдоль продольной оси подпружиненного штока. Датчик выполнен в виде петли, пропущенной сквозь отверстие в незакрепленном конце кронштейна, служащим упором для датчика, а концы ее жестко соединены с подпружиненным штоком. Изобретение позволяет повысить надежность контроля наличия пламени горелки, упростить конструкцию устройства и снизить трудоемкость его изготовления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля наличия пламени горелки, например газовой или жидкостной, включающее кран с подпружиненным штоком и клапаном и датчик, выполненный из сплава с эффектом памяти формы, отличающееся тем, что дополнительно содержит кронштейн, ориентированный вдоль продольной оси подпружиненного штока, а датчик выполнен в виде петли, концы которой жестко соединены с подпружиненным штоком, причем один конец кронштейна соединен с краном, а другой, служащий упором для датчика, имеет отверстие, сквозь которое пропущена петля датчика. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик изготовлен из профиля различного сечения, например прямоугольного, круглого и т. д.