用來調整燃燒器輸入管內氧化劑/燃料混合物的裝置的制作方法

專利名稱：用來調整燃燒器輸入管內氧化劑/燃料混合物的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來調整燃燒器輸入管內氧化劑/燃料混合物的裝置，具有一用來改變氧化劑/燃料混合物的組成的機構和一用來測量在燃燒時氧化劑/燃料混合物狀態的測量儀器以及一用來根據由測量儀器測得的狀態控制機構以改變組成的控制線路。
在采暖技術中長期來存在這樣的問題，燃氣燃燒器的燃燒性能主要取決于當地存在的燃氣的質量。質量通過上Wobbe指數Wo反映，根據Buderus采暖技術責任有限公司采暖技術手冊，Beuth出版責任有限公司，柏林、維也納、蘇黎世1994年第33版，對于L型天然氣該指數為10.5至13KWh/m3，對于H型天然氣在12.0至15.7KWh/m3范圍內。力求制造這樣的燃燒器，它不僅能用一組燃氣工作，而且能用兩組燃氣工作。高熱值燃氣需要的氧化劑多，低熱值燃氣需要的氧化劑少。下面如果提到氧化劑，通常是指空氣；但是其中也可采用特殊的富氧空氣或完全不同的氧化劑。
在普通的燃燒器調節裝置中燃氣輸入量不與燃氣質量相匹配，這導致空氣剩余量的偏移，從而通常引起燃燒過程不希望的變化。但是在燃氣熱值特別高時可能導致燃氣混合物中氧化劑太少，從而形成更多的有害物質，與此相反在燃氣熱值很低時火焰可能由于過大的氧化劑量被完全吹滅。這樣又造成燃燒器工作范圍的限制，因為由于低的效率或不好的火焰熄滅可能超過法定的(有害物質的)最大排放量。也就是說燃燒器應該可以這樣地調整，使得所有可能的燃氣質量或質量等級都能可靠地并以少的排放量燃燒。
在氣體形燃料，特別是第一至第四種燃氣族的燃氣，烷烴、烯烴、炔烴以及含有大量甲烷、碳氫化合物、氫、氮、一氧化碳、二氧化碳和空氣的燃氣混合物燃燒時也有同樣的問題。這里燃料和空氣或氧化劑量也應該和燃料種類匹配。
對于液態或多相燃料也一樣。液態燃料有例如有動力燃料、液化燃氣和油，特別是柴油、燃料油和菜油。多相燃料例如有氣相輸送的固體燃料顆粒，含有沸騰的燃料或惰性氣體的液態燃料。
越來越多地采用這種技術，用這種技術了解燃料的質量或廣義來說燃料的狀態并相應地控制空氣量。當然這不排除可根據一恒定的熱值通過添加劑調整燃料的質量。
通常燃燒器的燃料成分這樣地控制，使得燃燒器至少在最佳運行點附近工作。由此擴展燃燒器的工作范圍，然而其中用來精確調節空氣或氧化劑量的復雜的方法在技術上很難實現，如果燃燒器的費用應該保持盡可能小的話，這種精確調節主要建立在對燃燒運行的測量的基礎之上。
下面應該提到一些用來實現與燃料成分無關地燃燒的方案。一種可能性建立在燃燒時對離子電流測量的基礎上。為此應該參閱M.Herrs、R.Merker、Dr.R.Naumann、H.Nolte的論文“借助于電離—火焰—控制優化燃燒過程”國際氣體加熱技術，47(1998)第2期；和“來自于火焰的信號、由離子電流識別空氣量對于鍋爐技術的一種新的可能性”，Ruhrgas Forum，第7版、Essen，1998。
這里電離電極是燃燒器安全性環節的一個組成部分，在火焰熄滅時該安全性環節切斷燃氣輸入。其中所采用的測量方法建立在這樣的物理效應的基礎上，燃氣空氣混合物的分子及其反應的產物在火焰中的高溫時分裂成能導電的離子。如果在燃燒器和電離電極之間加上一電壓，那么只要火焰在燃燒，便有電流流過。
除識別火焰—進/出狀態以外電離電流還包含關于燃燒狀態的其他信息，尤其是關于燃燒溫度和從而間接關于空氣量的信息。通過校準建立關于化學計量學運行的基準，這種運行由電離電流的最大值表示。超化學計量的工作點相對于該基準值確定并構成調節的基礎。
達到更好燃燒條件的另一種可能性建立在測量廢氣中氧化劑濃度的基礎之上，例如在汽車技術中所實現的那樣。這里采用所謂的波長探測器，例如在Gasmodul公司(Honeywell公司)的產品信息“鍋爐控制MCBA1400和GMS-10 O2傳感器”中所示的那樣。這種波長探測器主要由兩個通過一個固體電解質相互連接的電極組成。這種固體電解質可以傳導這里用作氧化劑的氧離子。在施加一直流電壓時形成一種電化學抽吸作用，由此通過固體電解質傳導氧離子。通過氧離子可選擇的抽吸形成濃度下降，產生一能斯脫電壓。用來使電壓差達到一理論值的必要的時間間隔被用作周圍部分氧化劑壓力的尺度。
在考慮燃氣狀況的情況下調節燃氣燃燒器的另一種方法是利用光導測量技術。用一光學探測器測量由火焰發射的、與燃料混合物成分有關的射線并通過一光導體輸送到一光電倍增器。然后光電倍增器的信號可以用作燃氣輸入器的調節量。這種調節系統例如發表在論文“用于前混合燃燒器的新調節系統，光導測量技術測量火焰信號”，Ruhrgas Forum，第4版，Essen，1992年12月。
按德國公開資料DE4336174A1還存在另一種方法來測量和調節輸入的熱量，在這份資料中通過測量燃氣的體積流量、壓力、溫度、密度和在正常條件下的聲速以及在運行條件下的聲速推斷出在燃料中攜帶的熱量。
按DE2928739分出一燃氣支流并在一熱量計容器內轉化。由釋放的熱量可以借助于一函數關系推算出燃氣成分。這種提供的測量值可以用作調節過程的信號，以便使通過燃氣輸入所產生的Wobbe指數保持不變或以適宜的方式改變燃氣流量。這類方法被燃氣供應者用于檢驗和控制質量或在較大的工業設備中用來調整燃燒器。
原則上所有這些方法包含通過一測量儀器測量不同的物理量和通過一控制線路調節和控制，用這個回路-用來改變成分的機構根據由測量儀器提供的信號控制或調節混合過程。這時根據目標進行控制，以使燃燒過程與燃料質量的波動相適應。
迄今為止只有這種方法在技術上用于燃燒器，特別是家用燃燒器中，它們通過電離電流測量或一波長探測器在燃燒期間或之后求出所得到的測量值以用于控制。然而由此不可能在開始之前便對燃氣質量的變化作出反應。
作為其他決定性的技術缺點應該提到，波長探測器有短的使用壽命，在電離電流測量方面燃燒器系統出現熱負荷，其結果是在達到化學計量點時產生高的有害物質。
其次在電離電流測量時可能出現測量誤差，因為原則上對于每次新調整功率需要重新校準。因此連續的調制例如在技術上非常難以實現，人們只能局限于用有限數量的功率級運行。
前面提到的燃氣熱值測定意味著一定的能量損失。出于費用的原因對于采暖設備燃氣成分的熱值測定不值得推薦。
本發明的目的是，制造一種用來調整在開頭所述這種類型的燃燒器的輸入管中的氧化劑燃料比例的改進裝置，它的費用在可以承受的限度之內。
這個目的借助于這樣的裝置來實現，在這種裝置中測量儀器通過粘度或它的函數在燃燒之前測出氧化劑燃料混合物的至少一部分的狀態，并且其中測量儀器設置在沿流動方向用來改變成分的機構的前面，并根據所測得的粘度的一個函數借助于控制該機構的線路控制氧化劑/燃料混合物的成分，或者其中測量儀器設備在用來改變成分的機構的后面，并借助于控制該機構的線路調節氧化劑/燃料混合物的成分。
開始時并沒有期望用這種類型的裝置良好地實現這個目的。人們想望，專業人員借助于電離電流測量或波長探測器通過特殊的結構方法用來改善控制的其他參數來優化已知方法。但是這里走出了一條完全不同的道路，特別是由此在燃燒器之前便已經進行成分測量。一些與此有關的已知方法是由熱值的熱量計測定，但是它始終伴隨著一定的能量損失，并且迄今為止并未用于燃燒器控制。
此外第一次測出至少部分混合物的粘度—一個迄今為止在燃燒器控制中從未考慮過的物理量可能因為后面還要詳細說明的粘度和熱值的關系在專業界知道得不多。
在本發明完成以后斷定，它除了實現前面提出的目的以外還提供其他優點。按本發明的裝置在火焰點燃之前便已經用來使燃燒器和燃料改變的性能相適應。由此使點燃過程更容易。特別是在低熱值燃氣時出現的點燃困難通常只能用燃燒器結構的復雜的優化措施排除。其次用這種裝置可以使起動排放按要求控制在低的水平上。
其次可以連續運行，因為即使在燃料輸入節流時也可以合適的方式跟蹤空氣量本身。因此用這種裝置工作的燃燒器為了加熱不必切換到不同的檔次。也就是說在通常燃燒時燃燒器排放出更多廢氣的點燃過程可以避免掉，這同樣有利于更好的環境保護。
但是總之可以斷定，用這種技術可以使燃料完全燃燒，這對燃燒器在運行時的費用也起有利作用。由于由此幾乎可以完全燃燒也可以減少保養次數，例如用來排除燃料殘渣的保養。
由于在裝置中采用了全新的方法它甚至可以用于不同種類燃料的燃燒器控制。此外根據測量儀器是裝在用來改變成分的機構的前面還是后面的不同，該裝置可用作控制或調節裝置。然而優先用作控制裝置，因為斷定，在純的燃料混合物不含輸入的氧化劑時測量粘度時可以好得多地確定Wobbe指數。
為了說明本發明在物理性能方面還參照DE2928739，在這份資料中公布了這樣的知識，不同產地的天然氣的燃料特性和成分可以很精確地確定為流體動態粘度的函數。這個知識迄今為止在燃燒器控制方面未受重視。在這份資料中這個方法僅僅建議，對于供給的燃料量的計算提供一個合理的數值。但是這個方法也沒有在那里實施；而是基本上繼續用熱計量方法進行計算。
這里應該簡要說明由粘度求出熱值或Wobbe指數的原理在燃氣現有的壓力和溫度狀態下上Wobbe指數Wo眾所周知是氣體燃料一個重要的燃料質量數值，并由下式確定W0=H0ρρLΛ--(1)]]>其中Ho為運行燃燒值，ρ為燃氣密度和ρLΛ為空氣標準密度(273.15K和1013.25hPa)下Wobbe指數Wu也類似地確定，其中代替燃燒值Ho必須采用熱值Hu。
例如如果在層流燃氣流的前提下在一毛細管或管子內將以下的物理定理作為基礎(Hagen-Poiseulle定理)η=ΔP·π·R48·l·V·---(2)]]>便可確定粘度。
其中η動態燃氣粘度，ΔP出入口或兩個壓力測量部位間的壓差，R毛細管的半徑，l毛細管長度，和燃氣體積流量。
作為這種適用于層流區域內的方程(2)的另一種選擇也可以利用略微復雜一些的與管子粗糙度有關的對于未完全形成的湍流，即在層流和完全的湍流之間的過渡區的關系。另一種選擇是應用非圓型管，特別是矩形、圓環形或橢圓形橫截面，但是這里必須采用不同于方程(2)的另外的函數關系。對于多相流體也可以利用有效粘度和較復雜地呈現為方程(2)的壓降之間的關系。
也就是說對于確定動態粘度η除幾何數據外還必須知道V和ΔP。但是對于一個燃燒器控制來說體積流要小，以便一方面通過使用小的毛細管使裝置的位置需求小一些，另一方面在大的體積流量時使變得重要的可能導致較大測量誤差的氣流入口效應保持小一些。其次由使用小的毛細管造成低的費用。然而非常小的體積流量的測量十分困難。因此應該盡可能提供恒定的非常小的體積流量。這特別是按照本發明的一種改進結構可借助于一微型泵，特別是半導體微型泵進行。這樣壓力損失可以用常用的方法(例如壓電的)測量。此外為了求出動態粘度η可以考慮動態粘度的溫度依賴關系。在本發明中采用的、精良地配備的粘度傳感器的工作原理可以描述如下泵輸送一已知的恒定體積流量通過一在其上測量壓降的毛細管。然后在考慮燃氣溫度的情況下確定一電信號，該信號對應于粘度，從而也對應于Wobbe指數或燃料的其他質量值，特別是最小空氣需要量、燃燒值或熱值。作為另一種選擇也可以進行V和ΔP測量或有控制地調整ΔP和測量V。如果以后定量泵的功率損失小到壓力損失可以通過泵消耗的功率來確定，甚至可以不用測量或規定特殊的壓力信號。
本發明利用這樣的理論考慮，在燃氣成分變化時有λ2=λ1·ρ2ρ1·Lmin,1Lmin,2≡λ1·W0.1W0.2≡λ1·Wu,1Wu,2---(3)]]>如果燃料通過一湍流節流器的體積流量與燃料密度的平方根成反比的話。空氣量λ2通常與Wobbe指數(Wo＝上Wobbe指數，Wu＝下Wobbe指數)之比和額定運行時初次空氣量λ1大致成正比地變化，其中ρ1，2為燃氣密度，和Lmin1，2為最小空氣需求量。
相反如果不進行湍流節流，而是在恒定的ΔP時作層流的流通，那么有λ2=λ1·u2u1·Lmin,1Lmin,2---(4)]]>如果采用這樣一種方法，其中燃氣體積流量與燃氣密度無關，那么有簡單的關系式λ2=λ1·Lmin,1Lmin,2---(5)]]>
上述算式表明，在理想情況下為了確定粘度，只要確定熱值或必要的空氣量就足夠了。然而在實際上存在的條件在原則上與上面所考察的理想情況有區別，因此通常不能指望簡單的關系式，人們應該寧可相信測出的特性曲線。
但是按本發明的一種優良的改進結構熱值、從而還有Wobbe指數的這種算法還可以改進，在這種改進結構中設有至少一個測量部位以測量至少一部分氧化劑/燃料混合物的溫度。由于測量溫度可以更好地測量粘度、從而還有Wobbe指數，但是測出的溫度也可以作為輔助參數輸入，以便通過特征曲線簇更好地確定Wobbe指數或熱值、從而確定必要的空氣量。
尤其是按本發明的一種優良的改進結構可提高測量精度，在該改進結構中測量儀器僅僅測量燃料的粘度或它的一個函數。
相反如果測量空氣/燃料混合物的粘度，那么例如也必須運用混入空氣的參數來進行調整，這使裝置變得不必要地復雜化。因此如上所述借助于本裝置進行控制比進行調節合算。
除用來確定粘度的其他已知儀器之外按本發明一種優選的改進結構所設置的測量儀器是一個管式粘度計，用它可以通過管上的壓降、體積流量和在某些情況下還有溫度求出動態粘度。特別是這種測量儀器具有特別方便和費用較低地確定粘度的優點。
在本發明另一種優選的改進結構中設想，管子的尺寸這樣選擇，使得氣流基本上是層流或者至少在湍流和層流之間的過渡區內。
在這種改進結構中局限于基本上是層流的流動。這具有按照前面提供的方程方便地確定調節裝置的優點，相反在基本上是湍流的氣流時推薦，為了更好地確定粘度對于每個裝置確定一些特征曲線簇。這加長了制造過程并加大了按本發明的裝置的制造費用。
原則上在這種條件下可以采用任何一種管子，不管是直的還是彎的，或者也可以彎成任意的形狀。橫截面原則上也可以任意選擇。但是如果按照本發明的兩種優選的改進結構首先管子是直的、其次管子在其全長上具有均勻的、特別是圓形的橫截面的話，費用特別低。
這里原則上管徑也可以任意選擇。但是首先是如果只用少量燃氣來測量，并且用于粘度確定的壓力增加盡可能高的話，也就是說實際上變成一毛細管是有利的。在本發明一種優選的改進結構中考慮了這一點，在這種結構中設有直徑小于0.2mm的管子。
這種尺寸選擇尤其是和前述本發明的改進結構相結合意味著特別好地通過壓降或流速測量粘度。
也就是說借助于一粘度計可以特別是通過測量流過管子后的壓力損失或通過在壓降不變時測量流速確定粘度。其次可以通過用來確定粘度的已知流動方程建立流動條件和壓降的各種任意組合。
但是特別是按照本發明一種改進結構優選的是，在整個管子上或至少部分管段內的壓降可以用測量技術測量，然后其中流速基本上保持不變。
然而在管子入口處的壓力變化測量裝置很難跟蹤。為了盡可能抵消在管子入口處的這種干擾效果，按一種優良的實施例設想，將管子入口倒圓。
特別是在確定管子尺寸方面尺寸選擇關于雷諾數小于1000肯定是特別有利的。
如果設一可控制的泵以調整管內的體積流量，那么在測量技術方面特別簡單。在體積流量保持不變時粘度可方便地通過測量壓力確定，在某些情況下溫度變化劇烈時還可以通過一附加的溫度測量通過考慮溫度來確定粘度。尤其是如果這樣地控制泵，使得按照本發明一種優先改進結構通過這種可控制的泵使體積流量調節到保持不變，那么這就可以方便地實現。
但是在這種可調的泵時另一種可能性是，泵調節到在整個管子上的壓降保持不變。那么基本上通過體積流量確定粘度，這樣體積流量可以僅僅通過控制泵確定。在相應地要求的測量精度時測量值也可以通過一附加測量的溫度加以改進。作為泵特別采用定量給料泵、旋轉或往復的容積式泵、以及旋轉或往復的容積式壓縮機。但是按照本發明一種優選的改進結構設想，泵是一微型泵。這種類型的泵是微型機械的標準元件，它們制造方便，成本低廉。特別是它由于輸送量小，允許有氣流。這種類型的泵例如在論文“一種用于液體和氣體的自起動和雙偏差的壓電式硅微型泵”，微型機電系統MEMS，25-29，1999年1月，德國R.Linnemann等中所述。
按本發明第二種改進結構的裝置特別緊湊和費用不太高，其中半導體微型泵以及控制線路(28)的至少一部分，特別是還有壓力和溫度傳感器集成在一共同的基體上和/或管子上的壓降可通過泵的功率消耗確定。
特別是在本發明的最后一種改進結構中通過把泵消耗的功率用作反映壓力的量的方法可以節省一個壓力傳感器。目前泵，特別是微型泵的功率損失可以這樣地再現，使功率可以通過校準曲線方便地校準到壓力或者甚至所希望的粘度。
在本發明另一種優選的改進結構中設有一燃燒器控制裝置，通過它氧化劑/燃料混合物在點火之前便已經進行調整，并且在某些情況下氧化劑/燃料混合物的成分在燃燒期間可以連續地控制。從而方便地實現前面已經詳細說明的連續的燃燒器運行和特別是有害物質少的點火的優點。
在特別穩定的條件下，例如通過燃氣供應企業使Wobbe指數波動保持在保險數值時，燃燒器控制系統在點燃過程之前和/或期間就開始工作就夠了。這樣可不用在連續運行時繼續控制。
另一方面特別在燃氣源波動很大時值得推薦，控制裝置在點火后也連續地運行或按均勻的測量間隙運行。這里優先采用連續運行。
特別是如果將裝置小型化，將它設計成用于燃燒器的燃氣單元的一部分是有利的。特別是如果將裝置像前面已經提到過的那樣做成集成的半導體標準元件的話，便得到這種優點。
測量過的燃料或測量過的燃料混合物當然在最簡單的情況下可以排入大氣。但是這不必要地加重環境負擔，即使是采用體積流量很小的微型泵。
為了盡可能減小這種環境污染，本發明優先通過這樣的方法改進，即設置一機構，特別是燃燒器的鼓風機，以使(用于測量的)部分混合物回輸到燃燒器的輸入管內，這種機構可以不影響測量過的部分混合物的出口壓力。
如那里表明的那樣，對此特別是鼓風機特別合適。由此可以方便地使部分混合物的輸出壓力基本上保持不變，因此也可以方便地避免測量的不準確性。
在一種優選的改進結構中設想，可以給測量儀器輸入一種基準燃氣。借助于這種基準燃氣可以校準粘度傳感器。
本發明的其他優點和特征還可以從下面參照附圖對實施例的說明中得到。附圖表示

圖1至3用來表示動態粘度和不同的代表燃燒性能的燃氣特性之間的關系的不同圖表；圖4用來確定粘度的測量儀器的一種可能的結構；圖5按圖4的測量儀器用于燃燒器控制裝置總成中的一個實施例；圖6按圖4的測量儀器用于燃燒器控制裝置總成中的另一個實施例。
對于這里感興趣的關系的一個重要物理概念是上Wobbe指數，它作為燃燒值在正常條件下由燃氣密度和空氣密度之比的平方根確定。如圖1中所示，在這個Wobbe指數和動態粘度之間存在一經驗的函數關系。
動態粘度和Wobbe指數之間的關系可以在圖1中看出，其中對于不同的燃料標注出這兩個量的各個測量點。作為示例列出一些帶有對于采暖技術在歐共體內行業通用符號的燃料。
由此得到動態粘度和Wobbe指數之間簡單的函數關系，Wobbe指數用細實線表示，它在不同的燃料時基本上保持在±10％的范圍內。
圖1中尤其還填注了對于燃料在10℃、20℃和30℃的不同溫度時的數值。這里還表明Wobbe指數和粘度之間的函數關系在可以接受的公差范圍內實際上與溫度無關。但是求出粘度并同時考慮溫度可以在其輸入的熱值方面通過動態粘度更好地控制燃燒器。
隨著熱值的提高氧化劑需要量也增加，以使之完全燃燒，氧化劑例如可以由周圍的空氣輸入。由所示的函數關系空氣需要量也應該可以通過測量動態粘度控制。如由圖2可見，圖2中對于不同的燃料標出了相對于空氣需求量的以Pascalsekunden(pa.s)表示的動態粘度。按該圖同樣反映出空氣需要量和動態粘度之間的只有很小偏差的簡單函數關系。由圖2可見，根據測量的動態粘度可以在10％的偏差限度內最佳地調整合適的空氣需要量。特別是目前常用的燃料的熱值與粘度之間也有類似的函數關系，如由圖3可見。
這三個圖清楚地表明，不同種類的關于輸入的氧化劑或空氣的燃氣成分的控制裝置理想地適合于燃燒器的最佳運行。
在圖4中可以看到作為粘度測量儀器的粘度傳感器2的特別優選的實施例。這種類型的傳感器也稱為管式粘度計。在設計這種粘度傳感器2時尤其要注意，只用少量的燃料來測量。因此采用毛細管4作為管子，用一微型泵6將燃料送入毛細管內。
燃料的輸入通過經管10輸出的管8進行。
由于輸送量小燃料可以簡單地直接排入空氣。但是如圖5和6中所見，它也可以重新輸入燃料內。
在圖4中的實施例中微型泵6用來控制恒定的體積流量。這里體積流量這樣地選擇，使得在所用的毛細管4上發生大小合適的壓力升高，以便能夠足夠精確地測出粘度。為了測出毛細管4出、入口處的壓力差設有一壓力傳感器14。其次壓力傳感器14配備一溫度傳感器，使得提供兩者，也就是燃氣的壓降以及溫度，以準確地確定粘度。
由壓力和溫度傳感器14產生的電信號通過導線16輸送給電子處理裝置。這里電子處理裝置主要由兩個模/數轉換器組成，用它們將壓差和溫度信號轉換成數字量，其次電子處理裝置包含一處理單元，用它可以讀入數字量并由轉換成的數值算出粘度值。特別是設有一用于處理器的程序，它用來將測出的粘度值借助于特性曲線轉換成用于空氣或燃料輸入的控制量，以產生合適的氧化劑/燃料混合物。
如果經過毛細管4的氣流基本上處于層流區內的話，那么適用于此的特性曲線變得特別簡單，雖然氣流也可以位于層流和湍流之間的過渡區內，但是在湍流區內運行由于由旋渦等等的分離形成的不準確度而不值得推薦。因此毛細管4對于雷諾數設計得小于1000。特別是小于2毫米，尤其是小于0.2毫米的管徑適合于實際的實施例。
特別是在圖4的實施例中不管是作為微型機械標準元件的微型泵還是毛細管、壓力溫度傳感器都可以在一唯一的基體上實現。因為這種標準元件可以用在半導體技術中用普通的方法制造，也可以設想，甚至帶有模/數轉換器的電子處理裝置和處理器都集成在同一個基體上，由此得到總體特別小的結構元件，它實際上可以用在任何燃燒器控制裝置中。
這種溫度傳感器2如何能夠集成在燃燒器控制裝置中，在圖5和6的實施例中將加以詳細說明。
圖5和圖6的主要區別在于，圖5中調節燃料輸入，而圖6中調節空氣輸入。
這里為了簡化起見去掉了用來實際實現實施形式的結構元件。在相應的實驗結構中例如設想，管道8和10可借助于閥門與燃燒器控制裝置脫開，并通過粘度傳感器引入基準氣體，例如大氣，以進行校準。因此也可以考慮機械誤差、壓力傳感器內和泵等等的變化，使得可以在較長的時間內使燃燒器控制裝置毫無問題地正常運行。
在圖5和6的兩個實施例中燃料通過輸入管20輸入，通過粘度合適地混合的氧化劑/燃料混合物通過管道22輸送給燃燒器。
燃燒所必需的氧化劑作為外界空氣的一部分輸入，它通過一入口24進入所示裝置。在兩個例子都一樣，燃料從輸入管20經過一管道26輸入前面說起過的粘度傳感器2，接著經過測量的燃料通過管道27重新輸送給總的燃料流。輸入部位對于功能本身并不重要。但是事實斷定，如果管道27不回輸到燃料管道20中(像圖5和6的例子中所示的那樣)，而是輸入一用來輸送空氣的鼓風機12中的話，測量和調整便特別不重要。
燃氣溫度、壓力和體積流量的測量值通過輸入管線16輸送給控制裝置28，控制裝置不僅用來通過燃氣種類識別實現附加功能，而且也滿足普通燃燒器控制裝置的全部任務。借助于一導線30將電信號傳送給一燃氣單元32，用該單元以普通的方式控制燃料輸入。其次由電氣燃氣單元還將數據、特別是關于夏季和冬季運行的手動調整數據通過導線30傳送給控制裝置28。燃氣單元32既可以做成電氣的，也可以做成氣動的。在氣動單元的情況下需要一附加的執行元件。
其次在按圖5和6的控制裝置28中還表示了另一根導線34，它例如可用于一個附加功能，在該實施例中用這根導線34傳輸空氣溫度信號，以便能夠更好地調整氧化劑/燃料混合物。當然也可以測量環境空氣的其他物理量并用于調整。例如用這種控制裝置也可以通過其他的特性曲線簇考慮空氣壓力或空氣濕度，如果它們以合適的信號的形式輸入的話。
如由附圖5可以看出，在所產生的氧化劑/燃料混合物被導入用于燃燒器的輸入管22之前，在該例子中通過氣體輸入單元32來調整燃料數量，并且在燃燒器功率調整時實際上恒定地通過鼓風機12來混入空氣。但是附圖6中與此相反在用于輸入空氣的鼓風機12之后設置一個執行元件36，空氣量由該執行元件進行調節。另外，該鼓風機12由控制機構28通過一個控制線路38進行控制以確定輸送氣體量。
上面所示的例子是示例性的。開頭已經提到許多變化可能性。特別是通過使微型泵6將毛細管4上的壓差保持不變的方法，可以使粘度傳感器2上的壓力保持不變。那么用來調整微型泵6的調節量，特別是泵的頻率，直接是體積流量的一個代表值。因此體積流量、溫度和壓力可以用于控制。
特別是事實表明，在非常簡單的燃燒器中，如果調節粘度與最高的要求不相符，那么它不需要專門的溫度測量。除了在圖5和6的例中調節的混合成分，空氣和燃料外也可以混入其他氣體，以便根據所輸入的燃料的熱值控制燃燒器。但是所有這些變化的可能性有一點是共同的，通過粘度傳感器像對于當時的應用場合所要求的那樣準確地測出粘度。采用動態粘度信號或它的一個復雜的函數，以控制用于燃燒器的輸入管22內的氧化劑/燃料混合物，以最佳地采暖或減少(有害物質)排放。
這里所推薦的方法與燃燒器狀態完全無關地工作。因此也可以用在燃燒器的點火階段，使得也可以在這個階段實現盡可能低的有害物質排放，并使點火過程更容易。
另一種應用可能性是，使燃燒器與對于通過電離電流測量進行調節所必需的運行方式相反調制地運行。這特別是在借助于電離電流測量調節燃料/氧化劑成分時帶來技術困難，因為基準電離電流隨著功率的變化也發生變化。
這種連續的運行可觀地降低采暖費用。但是特別是存在這樣的優點，由于與許多普通的燃燒器相比完全的燃燒還加長了保養周期，因為燃燒器始終只須短時間地開到最大功率。
特別是這里明顯，由于最佳的燃料/氧化劑成分廢氣排放也明顯下降，特別是在低熱值燃氣時通過最佳的燃料/氧化劑成分總體上達到一較高的燃燒效率，因此采暖費用也減少。
權利要求
1.用來調整燃燒器輸入管(22)內的氧化劑/燃料混合物的裝置，具有一用來改變氧化劑/燃料混合物成分的機構(32，12)和一用來測量氧化劑/燃料混合物狀態的測量儀器(2)以及一用來控制機構(32、12)以根據由測量儀器測得的狀態改變成分的控制線路(28)，其特征為測量儀器通過粘度或它的一個函數在燃燒之前測出至少一部分氧化劑/燃料混合物的狀態，并且測量儀器設置在沿流動方向用來改變成分的機械(32、12)之前，組成成分按照測量出的粘度的一個函數借助于用來控制該機構(32、12)的控制線路控制，或者測量儀器設置在用來改變成分的機構(32、12)之后并借助于用來控制機構(32、12)的控制線路調節氧化劑/燃料混合物的成分。
2.按權利要求1的裝置，其特征為；設有至少一個測量部位(14)，以測量至少一部分氧化劑/燃料混合物的溫度。
3.按權利要求1或2的裝置，其特征為測量儀器僅僅測量燃料的粘度或粘度的函數。
4.按權利要求1至3之任一項的裝置，其特征為測量儀器(2)是一管式粘度計，用該粘度計可通過管子(4)上的壓降、體積流量和某些情況下還有溫度之間的關系求出動態粘度。
5.按權利要求4的裝置，其特征為管子(4)的尺寸這樣選擇，使氣流基本上是層流，或者至少位于湍流和層流之間的過渡區內。
6.按權利要求4或5的裝置，其特征為管子(4)是直的。
7.按權利要求4至6之任一項的裝置，其特征為管子在其整個長度上具有一均勻的，特別是圓形的橫截面。
8.按權利要求4至7之任一項的裝置，其特征為管徑小于0.2mm。
9.按權利要求4至8之任一項的裝置，其特征為在管子(4)上或管子(4)內的至少部分管段上壓降是測量技術可測量的。
10.按權利要求4至9之任一項的裝置，其特征為；管子入口是倒圓的。
11.按權利要求4至10之任一項的裝置，其特征為管子(4)的雷諾數小于1000。
12.按權利要求4至11之任一項的裝置，其特征為設有一可控制的泵(6)，以調整管子(4)的體積流量。
13.按權利要求4至12之任一項的裝置，其特征為體積流量，特別是通過一可控制的泵(6)調節到保持不變。
14.按權利要求4至12之任一項的裝置，其特征為管子(4)上的壓降借助于泵(6)的調整調節。
15.按權利要求12至14之任一項的裝置，其特征為泵(6)是一微型泵，特別是半導體微型泵。
16.按權利要求15的裝置，其特征為半導體微型泵以及至少部分控制線路(28)，特別是還有壓力和溫度傳感器集成在一共同基體上。
17.按權利要求12至16之任一項的裝置，其特征為管子(4)上的壓降可通過泵消耗的功率確定。
18.按權利要求1至17之任一項的裝置，其特征為一燃燒器控制裝置(28)，通過它氧化劑/燃料混合物的調整在點火前就已經開始，在某些情況下氧化劑/燃料混合物的成分可在燃燒期間連續控制。
19.按權利要求1至18之任一項的裝置，其特征為；設有一用來將部分混合物回輸到燃燒器輸入管內的機構(32、12)，特別是燃燒器的鼓風機(12)，該機構基本上不影響測量的部分混合物的出口壓力。
20.按權利要求1至19之任一項的裝置，其特征為此裝置是燃燒器燃氣單元(32)的一部分，只要將它集成在這一部分內即可。
21.按權利要求1至20之任一項的裝置，其特征為給測量儀器輸入基準燃氣。
全文摘要
在一用來調整燃燒器輸入管(22)內的氧化劑/燃料混合物的、具有一用來改變氧化劑/燃料混合物成分的機構(32、12)和一用來測量氧化劑/燃料混合物狀態的測量儀器(2)以及一用來控制機構(32、12)以根據由測量儀器測得的狀態改變成分的控制線路(28)的裝置中設想,測量儀器通過粘度或它的一個函數在燃燒之前測出至少一部分氧化劑/燃料混合物的狀態,并且測量儀器設置在沿流動方向用來改變成分的機構(32、12)之前,按照測出的粘度的一個函數借助于用來控制該機構(32、12)的控制線路控制成分,或者測量儀器設置在用來改變成分的機構(32、12)之后并借助于用來控制機構(32、12)的控制線路調節氧化劑/燃料混合物的成分。
文檔編號G01N11/08GK1351700SQ00808013
公開日2002年5月29日 申請日期2000年4月26日 優先權日1999年4月26日
發明者弗朗茨·德斯特 申請人:燃燒器系統氣體種類識別技術利用公司