專利名稱：用于設(shè)定空氣比率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)定供燃燒器操作用的由氣體燃料和空氣組成的燃料/空氣混合物的空氣比率λ的方法和裝置。
在德國專利DE2928739B1中公開了一種方法，其中可燃?xì)怏w的部分氣流被吸引并引導(dǎo)至阻力層上。在穩(wěn)定的溫度或適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償下測量阻力層上的壓力降。可采用所測得的壓力降或氣體粘度來確定鄂伯指數(shù)或鄂伯值，并因此確定氣體的熱值和有效熱量。
在國際專利申請WO2000/065280或德國專利DE19918901C1中公開了一種用于設(shè)定燃燒器的供給管線中的氧化劑/燃料混合物的裝置。測量氧化劑/燃料混合物的粘度，并根據(jù)所確定的測得值來設(shè)定氧化劑/燃料混合物的組成。為了測量此粘度，尤其需測量燃料的體積流量、溫度和壓力。根據(jù)所提出的方法，粘度的確定取決于許多參數(shù)。由于在測量各個參數(shù)時存在著測量誤差，因此粘度的確定有時是不準(zhǔn)確的。因此，氧化劑/燃料混合物的設(shè)定并不總是最佳的。
在德國專利DE4336174中公開了可測量氣體燃料的體積流量以便測量和/或調(diào)整將傳送到氣體消耗裝置中的熱量。另外還測量正常條件下的音速和氣體密度，以及工作條件下的音速。從上述參數(shù)中可確定將傳送至氣體消耗裝置中的熱量。
已知的裝置無法確定氣體線路中的壓力波動。必須在前方處安裝壓力調(diào)節(jié)器。已知的裝置并非特別通用，這是因為它只是將氣體/空氣混合物優(yōu)化到指定值。特別是，它沒有特別考慮燃燒器必須有時要根據(jù)特定操作模式的選擇而在不同的氣體/空氣混合物的條件下操作。
本發(fā)明的目的是指定一種用于設(shè)定燃料/空氣混合物的空氣比率的通用方法和通用裝置。
這個目的通過權(quán)利要求1和8的特征來實現(xiàn)。從權(quán)利要求2到9和10到32的特征中可得出其它有效實施例。
所提出的方法尤為通用。本發(fā)明所提供的燃料的質(zhì)量流量測量能夠檢測氣體線路中的壓力波動。這種壓力波動可通過使用本發(fā)明的方法由反饋控制來進(jìn)行補(bǔ)償。這樣就不再需要設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器。質(zhì)量流或質(zhì)量流量由公式qm＝dm/dt來得到。質(zhì)量流或質(zhì)量流量在封閉系統(tǒng)中是恒定的。與體積流量相比，對于可壓縮的流體來說，質(zhì)量流量并不取決于密度，因而也不取決于壓力和溫度。
空氣的質(zhì)量流量測量能夠?qū)⒖諝獗嚷试O(shè)定到所用燃燒器類型的技術(shù)要求。另外，可根據(jù)燃燒器的具體操作模式如點火過程等來將空氣比率設(shè)定到指定值。即使在氣體線路中存在壓力波動或改變氣體成分時，所提出的方法總是能使很多種不同的燃燒器穩(wěn)定且安全地操作。
特別是，波動的氣體成分已經(jīng)使得燃燒器必須根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展水平來設(shè)計，從而使其可在相對較寬的空氣比率范圍內(nèi)正確地起作用。同時，這種燃燒器具有燃燒非最佳的缺點。結(jié)果是產(chǎn)生了不合需要的輻射。本發(fā)明的方法允許在被優(yōu)化到相對較窄的空氣比率范圍內(nèi)來使用燃燒器。這種燃燒器可在低輻射值下工作。
空氣的質(zhì)量流量控制最好根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)即第一、第二和第三測量值而在步驟d中進(jìn)行。這樣控制尤其精確?？諝獾馁|(zhì)量流量可通過鼓風(fēng)機(jī)來控制。鼓風(fēng)機(jī)的速度越高，燃料/空氣混合物中的空氣量就越大。當(dāng)每單位時間內(nèi)燃料所增加的熱值基本上保持恒定時，通過增加鼓風(fēng)機(jī)的速度就可提高空氣比率λ。
在一種優(yōu)化的設(shè)置中，測量值被傳送到數(shù)據(jù)處理裝置中，根據(jù)指定的算法進(jìn)行處理，并通過該數(shù)據(jù)處理裝置用連接在燃料流中的定量閥來調(diào)節(jié)燃料的質(zhì)量流量?？諝獾馁|(zhì)量流量可由鼓風(fēng)機(jī)、空氣閥和/或第二定量閥來控制。數(shù)據(jù)處理裝置可以是裝有微處理器的傳統(tǒng)的評估和控制用電子單元。定量閥可氣動式地或由電子驅(qū)動裝置來方便地調(diào)節(jié)。
在另一設(shè)計特征中，可根據(jù)燃燒器中所產(chǎn)生的火焰的穩(wěn)定度來控制空氣比率λ。例如，可在燃燒器中設(shè)置光敏電阻等。這樣可將第四測量值傳送到數(shù)據(jù)處理裝置中。根據(jù)第四測量值和第三測量值，不僅可以控制鼓風(fēng)機(jī)、空氣閥和/或第二定量閥，而且還可以對它們進(jìn)行調(diào)節(jié)。鼓風(fēng)機(jī)、空氣閥和/或第二定量閥的調(diào)節(jié)可根據(jù)燃燒器的指定熱容量來進(jìn)行。在這種情況下，可將用于測量燃燒器容量的裝置的第五測量值傳送到數(shù)據(jù)處理裝置中。還可以調(diào)節(jié)空氣比率以使燃燒期間所產(chǎn)生的輻射最小。在這種情況下，例如可在燃燒器中安裝λ-探針，其將第六測量值傳送到數(shù)據(jù)處理裝置中。
燃料的粘度測量使得能立即檢測到氣體成分的變化。還可以調(diào)節(jié)或補(bǔ)償燃料的鄂伯指數(shù)或鄂伯值的相關(guān)變化，或者熱值或發(fā)熱量的相關(guān)變化。
可從燃料流中取出某一分流部分來測量粘度。該分流部分可利用微型泵來抽吸，從而以恒定的體積流量V通過毛細(xì)管?？蓽y量毛細(xì)管的溫度和該毛細(xì)管上的壓力降。動態(tài)粘度可由這些測量值和裝置常數(shù)來確定，在本文所述的層流的情況下，該裝置常數(shù)由Hagen-Poiseuille方程來計算。
也可以間斷性地來測量氣體燃料的動態(tài)粘度。可從燃料流中取出氣體樣品并將其傳送到活塞泵中。活塞泵的活塞以恒定的速度運(yùn)動，從而使通過毛細(xì)管的體積產(chǎn)生變化。根據(jù)第一種型式，對于某段時間t設(shè)定恒定的體積流量V，并測量毛細(xì)管上的壓力差Δp。測量可只通過向前或向后的方式來進(jìn)行，或者通過向前和向后的方式來進(jìn)行。根據(jù)第二種型式，活塞的速度持續(xù)地增加，直到壓力差達(dá)到壓力傳感器的測量誤差特別低的某一值時為止。在此時，該速度被限定并確定動態(tài)粘度。
確定動態(tài)粘度的另一方式是利用微型泵來將腔內(nèi)壓力提高到指定壓力p0。然后打開毛細(xì)管和腔之間的閥，這樣，腔內(nèi)壓力經(jīng)毛細(xì)管而釋放，直到該壓力等于燃料主流部分中的壓力為止。可從毛細(xì)管上的壓力降低速度中確定動態(tài)粘度。
關(guān)于影響氣體粘度和鄂伯指數(shù)或鄂伯值以及熱值和發(fā)熱量之間關(guān)系的基本因素，可以參考德國專利DE2928739B1和國際專利申請WO2000/065280，其公開內(nèi)容結(jié)合于本文中?？諝獗嚷师擞上率鲫P(guān)系式來得出λ＝L/LMin，其中，L是從燃燒計算中所得到的實際的燃燒空氣量，LMin是最小的空氣需求量。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置，其中在供給管線中連接了用于確定第一測量值的第一質(zhì)量流量傳感器、用于測量燃料粘度的第二測量值或起類似作用的裝置，以及定量閥，其中，第二質(zhì)量流量傳感器連接在空氣供給管線上以確定第三測量值，其中還設(shè)置了可控制空氣的質(zhì)量流量的裝置，其中還設(shè)置了數(shù)據(jù)處理裝置，用于通過第一定量閥來調(diào)節(jié)燃料的質(zhì)量流量，燃料的質(zhì)量流量可根據(jù)第一和第二測量值來調(diào)節(jié)，使得每單位時間內(nèi)的所需燃料的指定熱值基本上保持恒定，以及其中，可根據(jù)至少兩個測量值并通過數(shù)據(jù)處理裝置來控制空氣的質(zhì)量流量，從而設(shè)定指定的空氣比率λ。
所用的質(zhì)量流量傳感器可以是傳統(tǒng)的質(zhì)量流量傳感器。例如，熱線式傳感器、Karman渦流傳感器等均適用。用于測量燃料粘度的裝置也可以是已知的傳統(tǒng)裝置，例如由DE2928739或WO2000/065280所公開的裝置。就此方面而言，上述出版物的公開內(nèi)容結(jié)合于本文中。定量閥也可以是現(xiàn)有技術(shù)中的常用定量閥，其可氣動地或電動地調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明中，用語“燃料供給管線”也可指從燃料主管線中分出的支線。特別是，可使用該裝置來測量這種支線中的粘度的第二測量值或類似的函數(shù)。在本發(fā)明中，用語“空氣供給管線”也可指從空氣流主管線中分出的支線。第二質(zhì)量流量傳感器也可設(shè)置在這種支線中。
在一種優(yōu)化的設(shè)置中，可通過數(shù)據(jù)處理裝置并根據(jù)測量值即第一、第二和第三測量值來控制空氣的質(zhì)量流量。這種控制特別精確?？諝獾馁|(zhì)量流量可通過鼓風(fēng)機(jī)的功率、空氣閥或另外的定量閥的位置來具體地控制。
對于另一有利的實施例而言，可參考上述發(fā)明中的說明書，其也可應(yīng)用到這里的裝置中。
在一種有利的設(shè)置中，可在壁面式/地板式燃燒爐中設(shè)置用于空氣或燃燒空氣的具有鼓風(fēng)機(jī)外殼和鼓風(fēng)機(jī)葉輪的鼓風(fēng)機(jī)，燃燒爐具有空氣入口(吸力側(cè))和空氣出口(壓力側(cè))，并裝有最好用于氣體燃料的燃料供給管線，其中第二質(zhì)量流量傳感器作為空氣供給管線的一部分而位于空氣入口處，并在功能上與數(shù)據(jù)處理裝置相連，而且該傳感器發(fā)送信號給數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)所需的熱容量來調(diào)節(jié)燃燒介質(zhì)/燃燒空氣的比率。
制作具有這種鼓風(fēng)機(jī)的裝置是可行的，其通過獲得空氣和氣體的質(zhì)量流量來為完全混合表面式燃燒器提供并永久性地保證均勻的低輻射燃燒。通過將鼓風(fēng)機(jī)和用于燃料或氣體燃燒介質(zhì)的燃料供給管線相結(jié)合，就可以提供緊湊的結(jié)構(gòu)單元，其在制造燃燒爐時能夠顯著地減少安裝的工作量。通過直接在空氣入口處獲得燃燒空氣的質(zhì)量流量和燃燒介質(zhì)的質(zhì)量流量，就可得到用于無干擾地進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)所需的實際值，這樣，混合比率的調(diào)節(jié)可實現(xiàn)精確的設(shè)定，并提供了低輻射的燃燒。
在第二質(zhì)量流量傳感器是電子式空氣質(zhì)量流量的風(fēng)速計時這尤其是一項優(yōu)點。已證明這種風(fēng)速計對各種測量區(qū)域都有用，并可提供足夠精確的信號以確定氣態(tài)介質(zhì)的質(zhì)量流量。
一種特別優(yōu)化的設(shè)置是在鼓風(fēng)機(jī)的空氣入口處設(shè)置環(huán)形射流裝置，第二質(zhì)量流量傳感器設(shè)于該裝置上。這種用于定位第二質(zhì)量流量傳感器的特殊設(shè)置允許無干擾地得到質(zhì)量流量，這是因為在這一位置存在偽層流流量，而且所測量的狀態(tài)可被視為在吸力側(cè)的截面積上是均勻的。
當(dāng)?shù)诙|(zhì)量流量傳感器位于通向環(huán)形射流裝置的間隙內(nèi)的支線中時特別有利?？赏ㄟ^該支線將優(yōu)化的測量質(zhì)量流量傳送到第二質(zhì)量流量傳感器中，這樣，這種適當(dāng)?shù)臏y量信號能夠?qū)χ髁鞑糠种械膶嶋H質(zhì)量流量進(jìn)行無差錯的測定。
在另一實施例中，除了用于空氣質(zhì)量測量的射流間隙之外，環(huán)形射流裝置還具有用于提供燃料的另一射流間隙。這種特殊的形式允許得到燃料和燃燒空氣的非常均勻的混合物。
第一質(zhì)量流量傳感器最好安裝在所述另一射流間隙的區(qū)域內(nèi)，其可將適當(dāng)?shù)男盘柊l(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置。這就使得能夠獲得最優(yōu)的燃燒條件，而與在用于可燃?xì)怏w的裝置上所設(shè)定的固定值無關(guān)。
作為另一優(yōu)點，環(huán)形射流裝置可以是鼓風(fēng)機(jī)空氣入口處的外殼壁上的一個整體部分。環(huán)形射流裝置最好包圍了空氣入口處的燃燒空氣的主流部分，或者是形成一個圍繞該主流部分的環(huán)。這種裝置通過適當(dāng)?shù)纳淞鏖g隙來保證持續(xù)且均勻地抽吸測量空氣流。
在一種不同的設(shè)計形式中，可將輸入管道設(shè)于環(huán)形射流裝置之前。在使用這一有利形式時，支線可通到輸入管道內(nèi)。然而，該支線也可通到輸入管道中的環(huán)形間隙內(nèi)，從而可根據(jù)截面上的壓力分布來保證測量空氣流的均勻抽吸。
在另一種設(shè)計形式中，最好可通過旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥來控制氣體供給裝置，該閥是鼓風(fēng)機(jī)外殼的一個整體部分。這種旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥最好設(shè)計用于鼓風(fēng)機(jī)吸力側(cè)的氣體供給裝置。這使得制造的效率較高。
本發(fā)明所提供的形式最好采用電動機(jī)換向(commutataion)來處理質(zhì)量流量的評估，并基于評估結(jié)果來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)電動機(jī)的速度。
當(dāng)采用電動機(jī)換向來處理質(zhì)量流量評估并調(diào)節(jié)鼓風(fēng)電動機(jī)的速度和氣體供給裝置時，這尤其有利。
下面將采用示例并基于附圖來更詳細(xì)地介紹本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明裝置的電路框圖，圖2顯示了燃燒器容量與空氣比率λ的關(guān)系，圖3顯示了不同操作條件下的空氣比率λ與時間的關(guān)系，圖4a到c顯示了本發(fā)明的控制和調(diào)節(jié)裝置的示意性部件，圖5是第一鼓風(fēng)機(jī)的示意性截面圖，圖6是第二鼓風(fēng)機(jī)的示意性截面圖，圖7是第三鼓風(fēng)機(jī)的示意性截面圖，圖8是第四鼓風(fēng)機(jī)的示意性截面圖，圖9是在空氣入口處設(shè)有氣體供給裝置的鼓風(fēng)機(jī)頂部的示意圖，圖10是用于測量氣體粘度的第一裝置的示意圖，圖11是用于測量氣體粘度的第二裝置的示意圖，和圖12是用于測量氣體粘度的第三裝置的示意圖。
在圖1中，在適用于氣態(tài)燃料或氣體的供給管線1中連接了安全電磁閥或截流閥2。截流閥2通過第一控制線3與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。數(shù)據(jù)處理裝置4可以是評估和控制用電子單元，其安裝有微處理器和用于測量數(shù)據(jù)的評估及控制的永久性存儲的算法。截流閥2的下游設(shè)有用于測量氣體粘度的裝置5，其具有例如作為流動阻抗的毛細(xì)管(此處未示出)，從層流形式的氣體流中抽出的分流部分被引導(dǎo)穿過該毛細(xì)管。利用適當(dāng)?shù)膲毫y量裝置(此處也未示出)來測量該毛細(xì)管上的壓力降。從所測得的壓力降中可以確定氣體的鄂伯指數(shù)或鄂伯值、熱值和發(fā)熱量。壓力測量裝置通過第一測量線6與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。第一質(zhì)量流量傳感器7位于用于測量氣體粘度的裝置5之后。該傳感器例如為傳統(tǒng)的熱線式傳感器。熱線式傳感器根據(jù)作用在氣體流上的熱信號的持續(xù)時間(flying time)來測量氣體的質(zhì)量流量。第一質(zhì)量流量傳感器7通過第二測量線8與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。第一定量閥9位于第一質(zhì)量流量傳感器7之后，該第一定量閥通過第二控制線10與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。氣體供給管線1在分支點11處通到空氣供給管線12中。在空氣供給管線12中連接了第二質(zhì)量流量傳感器13，該傳感器通過第三測量線與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。鼓風(fēng)機(jī)用標(biāo)號15來標(biāo)識，其連接在氣體/空氣混合物管線16中的分支點11的下游。鼓風(fēng)機(jī)15通過第三控制線17與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。
在鼓風(fēng)機(jī)15的下游設(shè)有帶點火裝置20的燃燒器18，點火裝置20通過第四控制線19與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。
下面將介紹該裝置的功能。
氣體供給管線1可以與氣體線路直接相連，即未設(shè)置與壓力調(diào)節(jié)器相連的中間部分。之后可進(jìn)行泄漏檢測。截流閥2關(guān)閉。利用第一質(zhì)量流量傳感器7來確定截流閥2是否正確地關(guān)緊了氣體供給管線1。如果是這種情況，那么可通過適當(dāng)?shù)募罘绞浇?jīng)第一控制線3來打開截流閥2。采用裝置5來在一直到第一定量閥9的距離上測量粘度，并通過第一質(zhì)量流量傳感器7來測量氣體的質(zhì)量流量。這兩個測量值被傳送到數(shù)據(jù)處理裝置4中，并在那里采用指定的算法來進(jìn)行評估。應(yīng)考慮各種指定的參數(shù)(例如燃燒器18的特性)。對裝置5和第一質(zhì)量流量傳感器7所提供的測量結(jié)果的處理可產(chǎn)生控制脈沖，通過該控制脈沖來控制第一定量閥9，使得在分支點11處能提供每單位時間內(nèi)具有恒定熱值的氣體流量。第一定量閥9可以是脈沖閥、旋轉(zhuǎn)閥或壓電閥。氣體的粘度或質(zhì)量流量的偏差會引起第一定量閥9的截面的即時變化，使得每單位時間內(nèi)的指定熱值總是保持恒定。氣體線路的各種壓力波動和氣體成分的各種變化都可通過適當(dāng)?shù)姆绞絹頇z測并得到補(bǔ)償。
采用第二質(zhì)量流量傳感器13來測量空氣的質(zhì)量流量。氣體/空氣混合物由空氣比率λ確定。通過對鼓風(fēng)機(jī)15進(jìn)行適當(dāng)控制，就可根據(jù)數(shù)據(jù)處理裝置4來設(shè)定一種指定的操作狀態(tài)，例如燃燒器的點火狀態(tài)。當(dāng)提供每單位時間內(nèi)具有恒定熱值的氣體時，指定的空氣比率λ就對應(yīng)于供給空氣的質(zhì)量流量。因此，空氣比率λ可通過空氣的質(zhì)量流量來設(shè)定。空氣的質(zhì)量流量例如可通過鼓風(fēng)機(jī)的功率、即其速度來控制，或者通過連接在鼓風(fēng)機(jī)之前或之后的第二定量閥或空氣閥(此處未示出)來控制。
另外，還可根據(jù)其它參數(shù)來調(diào)節(jié)空氣比率λ。可在燃燒器1 8的區(qū)域內(nèi)設(shè)置適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽慝@得火焰的穩(wěn)定度，燃燒器18的容量或燃燒所產(chǎn)生的輻射。這種傳感器(此處未示出)可以通過第四、第五或第六測量線(此處未示出)而與數(shù)據(jù)處理裝置4相連。例如，可控制空氣比率λ以使火焰保持指定的穩(wěn)定度，使得燃燒器18穩(wěn)定地保持在某一容量，或者使輻射保持為最小。
上述示例當(dāng)然不應(yīng)被誤解為其意味著所述部件必須以所述順序來布置。自然地，也可將裝置5、第一質(zhì)量流量傳感器7和定量閥9以不同順序來布置。另外，也可將第二質(zhì)量流量傳感器13和鼓風(fēng)機(jī)14以及與分支點11相關(guān)的裝置以不同的順序來布置。
圖2顯示了空氣比率λ和燃燒器的性能P之間的關(guān)系。由A標(biāo)示的操作區(qū)域表示了典型的現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器。由于在傳統(tǒng)操作過程中氣體類型的變化，這種燃燒器必須保證能在空氣比率λ的相對較寬的范圍內(nèi)安全地工作?？捎玫男阅芊秶鶳即所謂的調(diào)制并不是太寬。在采用本發(fā)明的方法或者使用適用于執(zhí)行本方法的裝置時，可以使用設(shè)定成可在空氣比率λ的較窄范圍內(nèi)工作的燃燒器。當(dāng)使用本發(fā)明所提供的方法時，空氣比率λ的變化發(fā)生在指定的限值內(nèi)?？諝獗嚷师瞬豢赡墚a(chǎn)生隨機(jī)的、不希望發(fā)生的變化。設(shè)定在空氣比率λ的相對較窄的工作范圍內(nèi)的燃燒器可在較低的輻射值下操作。它們體現(xiàn)出提高的調(diào)制性能。在圖2中以B標(biāo)示了這種燃燒器的操作區(qū)域。
在圖3中顯示了空氣比率λ與時間的關(guān)系。作為比較，圖中顯示了在設(shè)有和未設(shè)有本發(fā)明裝置的情況下在氣體類型從G20變化到G23的條件下操作的燃燒器。如果不使用本發(fā)明所提供的裝置，那么在氣體類型變化到G23時，空氣比率λ會增大到使燃燒器中的火焰熄滅的位置點。
圖4a到c顯示了本發(fā)明所提供的控制和調(diào)節(jié)裝置的示意圖。在裝置中安裝了與氣體和空氣供給管線相連的進(jìn)氣板21。在進(jìn)氣板21的下游設(shè)有中間板22(其在圖4a中更詳細(xì)地示出)。中間板22具有可供單獨地供應(yīng)氣體和空氣流的管口。第一質(zhì)量流量傳感器6定位在用于氣體流的管口上，而第二質(zhì)量流量傳感器13定位在用于空氣流的管口上。標(biāo)號23表示密封件，標(biāo)號24表示與第一質(zhì)量流量傳感器6和第二質(zhì)量流量傳感器13相連的評估用電子單元。中間板22(氣密式地)安裝在用于數(shù)據(jù)處理裝置4或控制和調(diào)節(jié)用電子單元的外殼25上。外殼25包括連接在中間板22之后并處于氣體流中的安全電磁閥2。定量閥9安裝在電磁閥2的下游并連接在氣體流中。用于測量氣體粘度的裝置5(此處未示出)可安裝在安全電磁閥2和定量閥9之間。然而，裝置5也可以是中間板22的一部分。圖4b中所示的裝置適用于由鼓風(fēng)機(jī)支持的燃燒器18。鼓風(fēng)機(jī)15連接在從裝置外殼25中引出的氣體/空氣混合物管線16上。在這里通過控制鼓風(fēng)機(jī)15的容量可實現(xiàn)對空氣質(zhì)量流量的控制。
圖4c中所示的裝置適用于設(shè)定常壓燃燒器18的空氣比率。在這種情況下，在氣體/空氣混合物管線16中未連接鼓風(fēng)機(jī)。可在外殼中安裝用于控制空氣質(zhì)量流量的另一定量閥(此處未示出)，通過它可控制空氣的質(zhì)量流量。
圖5顯示了用于燃燒空氣的另一鼓風(fēng)機(jī)的示例，其可用于所謂的壁面/地板式燃燒爐中。該另一鼓風(fēng)機(jī)由風(fēng)扇外殼26和風(fēng)扇葉輪27組成，風(fēng)扇葉輪27具有空氣入口28和空氣出口29?？諝馊肟?8位于鼓風(fēng)機(jī)的吸力側(cè)，而空氣出口29位于壓力側(cè)。在圖5所示的本發(fā)明示例中，氣體供給管線同樣由標(biāo)號1來表示。用于確定空氣質(zhì)量流量的第二質(zhì)量流量傳感器13處于空氣入口28上。第二質(zhì)量流量傳感器13將信號發(fā)送給控制-調(diào)節(jié)單元或數(shù)據(jù)處理裝置4，其可根據(jù)所需的熱容量來控制燃燒，例如設(shè)定燃燒介質(zhì)和燃燒空氣之間的關(guān)系。第二質(zhì)量流量傳感器13可以是電子式的空氣質(zhì)量流量的風(fēng)速計，其可從傳統(tǒng)來源中獲得。
環(huán)形射流裝置30位于空氣入口28上，其中第二質(zhì)量流量傳感器13就安裝在此環(huán)形射流裝置30上。第二質(zhì)量流量傳感器13位于圖1示例所示的支線31中，該支線3 1通向環(huán)形射流裝置30的射流間隙32。
如該示例所示，除了用于空氣質(zhì)量測量的射流間隙32之外，環(huán)形射流裝置30還具有用于供應(yīng)氣體的另一射流間隙33(氣體射流間隙)。
第一質(zhì)量流量傳感器7位于另一射流間隙33中，其將與可燃?xì)怏w的質(zhì)量流量有關(guān)的信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置4。
如果與實際值存在著偏差，數(shù)據(jù)處理裝置4就采用空氣質(zhì)量流量的信號和氣體質(zhì)量流量的信號來計算出適當(dāng)?shù)淖兓?，以便達(dá)到各個所需的值。
環(huán)形射流裝置30是鼓風(fēng)機(jī)的外殼壁34的一個整體部分。外殼壁34可以是用于可燃?xì)怏w的環(huán)形射流裝置的一部分。環(huán)形射流裝置30以空氣入口28處的環(huán)形形狀包圍了燃燒空氣的主流部分。由此可得到可燃?xì)怏w和空氣主流部分的均勻混合物。
雖然質(zhì)量流量傳感器7，13如圖5中示例所示地作為單獨的部件安裝在可用管線或環(huán)形射流部分中，然而也可設(shè)計出如圖6中示例中所示的質(zhì)量流量傳感器7，13，其使得在用于空氣和氣體的質(zhì)量流量測量的環(huán)形射流裝置之間具有共同的隔離壁，流量由測量芯片來獲得。這就形成了緊湊的結(jié)構(gòu)單元。
圖7顯示了鼓風(fēng)機(jī)的另一示例。輸入管道35位于環(huán)形射流裝置30之前。在這種形式中，用于空氣質(zhì)量流量的第二質(zhì)量流量傳感器13位于通向輸入管道35的支線31中。在輸入管道35內(nèi)設(shè)有位于環(huán)形間隙36之前的被覆蓋的環(huán)形管道37，支線31通到該環(huán)形管道中。環(huán)形的抽吸作用可對穿過支線31的質(zhì)量流的測量體積實現(xiàn)均勻的抽吸。
在圖8所示的示例中，支線31被設(shè)計成使其開口大致垂直地指向輸入管道35的壁。
圖8顯示了旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥38的示例，該閥可用于所有其它的型式中并由數(shù)據(jù)處理單元4來促動。旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥38是鼓風(fēng)機(jī)的一個整體部分。在所示的形式中，旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥38被設(shè)計用于在鼓風(fēng)機(jī)的吸力側(cè)供應(yīng)氣體。
作為可用于所有其它型式的示例，圖8顯示了鼓風(fēng)電動機(jī)39，其中數(shù)據(jù)處理裝置4處理質(zhì)量流量的評估和電動機(jī)換向，并據(jù)此來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)電動機(jī)的速度。這種控制用電子單元被設(shè)計成或者在電動機(jī)39的恒定速度下調(diào)節(jié)氣體供給，或者根據(jù)所需容量的連續(xù)的設(shè)定點/實際值比較來適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電動機(jī)的速度和氣體供給。
圖9顯示了本發(fā)明所提供的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，其中氣體供給1并不經(jīng)環(huán)形射流裝置而發(fā)生在空氣入口上，而是發(fā)生在空氣出口上的壓力側(cè)附近。
本發(fā)明并不局限于上述的優(yōu)選示例。相反，即使在模型明顯不同的情況下也可利用所述方案構(gòu)思出許多變型。
圖10到12顯示了用于測量粘度的裝置5的不同示例的示意圖。
圖10中所示的裝置5允許對氣體粘度進(jìn)行連續(xù)的測量。另一支線40從氣體供給管線1中分出。微型泵41連接在所述另一支線40中。在其下游設(shè)有毛細(xì)管42和壓力測量裝置43。利用微型泵41可抽出恒定的體積流量V以通過毛細(xì)管42。利用壓力測量裝置來測量毛細(xì)管42上的壓力降。同時確定毛細(xì)管的溫度。為此，壓力測量裝置43例如可包括熱電偶。然后可通過Hagen-Poiseuille方程并使用該測量值來確定氣體的動態(tài)粘度。
圖11中所示的裝置5允許對動態(tài)粘度進(jìn)行間斷的測量?；钊?4連接在支線40中。在利用活塞泵進(jìn)行第一型式的測量之后，通過活塞泵44對從支線40中抽出的氣體樣品加壓達(dá)一定量的時間，使其以恒定的體積流量流過毛細(xì)管42。采用壓力測量裝置43來測量毛細(xì)管上的壓力差。如同圖10所示的裝置一樣，可由此來確定氣體的動態(tài)粘度。在第二型式中，增大活塞泵44的速度，直到毛細(xì)管42上的壓力差達(dá)到壓力測量裝置43的測量誤差特別低時為止。在此時確定活塞泵44的進(jìn)給速度。然后由此確定氣體的動態(tài)粘度。
至于圖12中所示的另一裝置5，動態(tài)粘度的測量基于已知體積來進(jìn)行。從支線40中抽出氣體樣品，并通過微型泵41泵送到腔45中。在填充腔45時，第一閥46打開而第二閥47關(guān)閉。一旦腔45被充滿，第一閥門46也關(guān)閉。然后第二閥47打開。氣體經(jīng)毛細(xì)管42而流動，直到腔45內(nèi)的壓力等于氣體供給管線1中的壓力為止。壓力測量裝置43用于測量壓力下降的速度。由此可確定動態(tài)粘度。
標(biāo)號列表1氣體供給管線2截流閥3第一控制線4數(shù)據(jù)處理裝置5用于測量粘度的裝置6第一測量線7第一質(zhì)量流量傳感器8第二測量線9第一定量閥10第二控制線11分支點12空氣供給管線13第二質(zhì)量流量傳感器14第三測量線
15鼓風(fēng)機(jī)16氣體/空氣混合物管線17第三控制線18燃燒器19點火裝置20第四控制線21進(jìn)氣板22中間板23密封件24評估用電子單元25外殼26風(fēng)扇外殼27風(fēng)扇葉輪28空氣入口29空氣出口30環(huán)形射流裝置31支線32射流間隙33另一射流間隙34外殼壁35輸入管道36環(huán)形間隙37環(huán)形管道38旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥39電動機(jī)40另一支線41微型泵42毛細(xì)管
43壓力測量裝置44活塞泵45腔46第一閥47第二閥
權(quán)利要求
1.一種用于設(shè)定供燃燒器(18)操作用的由氣體燃料和空氣組成的燃料/空氣混合物的空氣比率λ的方法，其特征在于，a)將燃料的質(zhì)量流量確定為第一測量值，b)將用于確定燃料的鄂伯指數(shù)的值確定為第二測量值，c)將空氣的質(zhì)量流量確定為第三測量值，和d)根據(jù)至少兩個所述測量值來控制空氣和/或燃料的質(zhì)量流量，從而設(shè)定所述燃料/空氣混合物的指定空氣比率λ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟d中根據(jù)所述測量值來對所述空氣的質(zhì)量流量進(jìn)行控制。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述測量值被發(fā)送到數(shù)據(jù)處理裝置(4)中，根據(jù)指定的算法進(jìn)行處理，并通過所述數(shù)據(jù)處理裝置(4)用連接在所述燃料流中的第一定量閥(9，38)來調(diào)節(jié)所述燃料的質(zhì)量流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述空氣的質(zhì)量流量通過鼓風(fēng)機(jī)(15)、空氣閥和/或第二定量閥來控制。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)在所述燃燒器(18)中產(chǎn)生的火焰的穩(wěn)定度來調(diào)節(jié)所述空氣比率λ。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述燃燒器(18)的指定熱容量來調(diào)節(jié)所述空氣比率λ。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，可調(diào)節(jié)所述空氣比率λ以使燃燒過程中所產(chǎn)生的輻射最小。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述第一和第二測量值來調(diào)節(jié)所述燃料的質(zhì)量流量，使得在每單位時間內(nèi)供應(yīng)給所述燃燒器(18)的燃料的指定熱值基本上保持恒定。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將所述燃料的粘度或類似特性確定為第二測量值。
10.一種用于執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法的裝置，其特征在于，在燃料供給管線(1)中連接了用于確定第一測量值的第一質(zhì)量流量傳感器、用于測量可確定鄂伯指數(shù)的第二測量值的裝置(5)，以及第一定量閥(9)，在空氣供給管線(12，28)中連接了用于確定第三測量值的第二質(zhì)量流量傳感器(13)，設(shè)置了可控制所述空氣的質(zhì)量流量的裝置(15)，設(shè)置了數(shù)據(jù)處理裝置(4)，用于通過所述第一定量閥(9)來調(diào)節(jié)所述燃料的質(zhì)量流量，所述燃料的質(zhì)量流量可根據(jù)所述第一和第二測量值來調(diào)節(jié)，使得每單位時間內(nèi)提供給所述燃燒器(18)的燃料的指定熱值基本上保持恒定，以及可根據(jù)至少兩個所述測量值并通過所述數(shù)據(jù)處理裝置(4)來控制所述空氣的質(zhì)量流量，從而設(shè)定指定的空氣比率λ。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，根據(jù)所述測量值來控制所述空氣的質(zhì)量流量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于，用于測量所述第二測量值的裝置(5)是用于測量粘度或類似特性的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到12中任一項所述的裝置，其特征在于，所述可調(diào)節(jié)質(zhì)量流量的裝置裝有鼓風(fēng)機(jī)(15)、空氣閥和/或第二定量閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13中任一項所述的裝置，其特征在于，提供了一種用于識別在所述燃燒器中產(chǎn)生的火焰的穩(wěn)定度的裝置，可根據(jù)該裝置測得的第四測量值并通過所述數(shù)據(jù)處理裝置(4)來調(diào)節(jié)所述空氣比率λ。
15.根據(jù)權(quán)利要求10到14中任一項所述的裝置，其特征在于，提供了一種用于測量所述燃燒器(18)的容量的裝置，可根據(jù)該裝置測得的第五測量值并通過所述數(shù)據(jù)處理裝置(4)來調(diào)節(jié)所述空氣比率λ。
16.根據(jù)權(quán)利要求10到15中任一項所述的裝置，其特征在于，提供了一種用于測量輻射污染含量的裝置，可根據(jù)該裝置測得的第六測量值并通過所述數(shù)據(jù)處理裝置(4)來調(diào)節(jié)所述空氣比率λ，使得燃燒所產(chǎn)生的污染含量最小。
17.根據(jù)權(quán)利要求10到16中任一項所述的裝置，其特征在于，提供了一種用于壁面式/地板式燃燒爐中的空氣的鼓風(fēng)機(jī)，其具有鼓風(fēng)機(jī)外殼(26)和鼓風(fēng)機(jī)葉輪(27)，所述葉輪(27)具有空氣入口(28)和空氣出口(29)，還具有用于燃料的燃料供給管線(1)，其中，用于確定所述空氣的質(zhì)量流量的第二質(zhì)量流量傳感器(13)位于所述空氣入口(28)上，其在功能上與所述數(shù)據(jù)處理裝置(4)相連并發(fā)送信號給所述數(shù)據(jù)處理裝置，用于根據(jù)所需的熱容量來計算燃燒介質(zhì)與燃燒空氣之比。
18.根據(jù)權(quán)利要求10到17中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二質(zhì)量流量傳感器(13)是電子式的空氣質(zhì)量流量的風(fēng)速計。
19.根據(jù)權(quán)利要求10到18中任一項所述的裝置，其特征在于，在所述空氣入口(28)上設(shè)有環(huán)形射流裝置(30)。
20.根據(jù)權(quán)利要求10到19中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二質(zhì)量流量傳感器(13)位于所述環(huán)形射流裝置(30)上。
21.根據(jù)權(quán)利要求10到20中任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二質(zhì)量流量傳感器(13)位于支線(31)中，所述支線通到所述環(huán)形射流裝置(30)的射流間隙(32)中。
22.根據(jù)權(quán)利要求10到21中任一項所述的裝置，其特征在于，除了用于空氣質(zhì)量測量的射流間隙(32)之外，所述環(huán)形射流裝置(30)還具有用于供應(yīng)燃料的另一射流間隙(33)。
23.根據(jù)權(quán)利要求10到22中任一項所述的裝置，其特征在于，第一質(zhì)量流量傳感器(7)位于所述另一射流間隙(33)的區(qū)域內(nèi)，其將適當(dāng)?shù)男盘柊l(fā)送給所述數(shù)據(jù)處理裝置(4)。
24.根據(jù)權(quán)利要求10到23中任一項所述的裝置，其特征在于，所述環(huán)形射流裝置(30)是所述鼓風(fēng)機(jī)的空氣入口(28)處的外殼壁(34)的一個整體部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求10到24中任一項所述的裝置，其特征在于，所述環(huán)形射流裝置(30)包圍了所述空氣入口(28)處的燃燒空氣的主流部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求10到25中任一項所述的裝置，其特征在于，在所述環(huán)形射流裝置(30)之前設(shè)有輸入管道(35)。
27.根據(jù)權(quán)利要求10到26中任一項所述的裝置，其特征在于，所述支線(31)通到所述輸入管道(35)中。
28.根據(jù)權(quán)利要求10到27中任一項所述的裝置，其特征在于，所述支線(31)通到所述輸入管道(35)內(nèi)的環(huán)形間隙(36)中。
29.根據(jù)權(quán)利要求10到28中任一項所述的裝置，其特征在于，用于供應(yīng)氣體的旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥(38)是所述外殼的一個整體部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求10到29中任一項所述的裝置，其特征在于，所述用于供應(yīng)氣體的旋轉(zhuǎn)閥/調(diào)節(jié)閥(38)位于所述鼓風(fēng)機(jī)的吸力側(cè)。
31.根據(jù)權(quán)利要求10到30中任一項所述的裝置，其特征在于，采用電動機(jī)換向來處理質(zhì)量流量的評估，并調(diào)節(jié)所述鼓風(fēng)電動機(jī)的速度。
32.根據(jù)權(quán)利要求10到31中任一項所述的裝置，其特征在于，采用電動機(jī)換向來處理質(zhì)量流量的評估，并調(diào)節(jié)所述鼓風(fēng)電動機(jī)的速度和空氣供給。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于設(shè)定供燃燒器操作用的由氣體燃料和空氣組成的燃料/空氣混合物的空氣比率的方法，其中，a)將燃料的質(zhì)量流量確定為第一測量值，b)將用于確定燃料的鄂伯指數(shù)的值確定為第二測量值，c)將空氣的質(zhì)量流量確定為第三測量值，以及d)根據(jù)至少兩個測量值來控制空氣和/或燃料的質(zhì)量流量，從而設(shè)定燃料/空氣混合物的指定空氣比率λ。
文檔編號F04D29/42GK1509391SQ02810164
公開日2004年6月30日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月23日
發(fā)明者P·格貝爾, P 格貝爾 申請人:多孔燃燒器技術(shù)銷售有限責(zé)任公司