本發(fā)明涉及一種火焰離子化檢測器，包括：燃燒室，該燃燒室具有電極裝置，用于測量從氣體火焰到電極裝置的電極的離子電流；燃燒器噴嘴，該燃燒器噴嘴具有輸出側(cè)的至少一個嘴和輸入側(cè)的至少一個輸入端，該至少一個嘴用于在電極裝置之間噴出待點(diǎn)燃的氣體混合物，該至少一個輸入端用于將含氫的燃燒氣體和含碳的測量氣體經(jīng)過傳輸通道輸送到嘴；以及用于將含氧的燃燒氣體輸送到燃燒室內(nèi)的部件。此外本發(fā)明還涉及一種內(nèi)燃機(jī)以及發(fā)電站和相應(yīng)的燃燒器噴嘴。

背景技術(shù)：

本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域延伸至過程控制，其中測量和監(jiān)測氣體中的有機(jī)化合物如碳?xì)浠衔?，例如通過燃燒化石燃料制造氣體或者測量排放。通常已知的現(xiàn)有技術(shù)為此設(shè)置火焰離子化檢測器(FID)，其中在氣體火焰中電離含碳的分子并且通過測量電流流量來驗證。

為了產(chǎn)生足夠熱地燃燒以致電離分子的火焰，需要?dú)錃饣鹧?。所謂的燃用空氣供應(yīng)所需的氧氣。碳?xì)浠衔锿ㄟ^待測量的測量氣體被混合并且通過燃燒器噴嘴被輸送到燃燒室內(nèi)。在燃燒器噴嘴的燃燒器尖端上方，氫氣與氧氣燃燒成水。所包含的碳?xì)浠衔锿瑯尤紵⑶页诵纬伤膺€形成二氧化碳。

在火焰中產(chǎn)生溫度為1000-1500℃的區(qū)域，其中產(chǎn)生經(jīng)電離的中間產(chǎn)物，如CHO+離子。在這些離子能夠完全轉(zhuǎn)化成CO₂和H₂O之前，通過施加的電場將這些離子從火焰中吸出。帶正電的CHO+離子通過陰極導(dǎo)出并因此產(chǎn)生電流，該電流由放大器采集。

為了產(chǎn)生CHO+離子，在火焰中需要氧和氫原子，其結(jié)合在碳原子上。如果提高測量氣體中的氧氣濃度，則有更多的氧原子可供用于反應(yīng)，由此使C-H鍵的轉(zhuǎn)換率升高，但是同時保持碳?xì)浠衔锏臄?shù)量不變。氧氣交叉靈敏度是FID已知的缺點(diǎn)。

為了減小氧氣交叉靈敏度的問題，不是在燃燒器噴嘴的輸入側(cè)將燃用空氣與燃燒氣體和測量氣體混合，而是在燃燒氣體之前單獨(dú)地將燃用空氣輸入到燃燒室內(nèi)。于是氧氣必須從外部向火焰內(nèi)擴(kuò)散(擴(kuò)散火焰)。

除了交叉靈敏度外，F(xiàn)ID取決于材料的敏感度是根本原因。每個測量氣體分子的C-H鍵的數(shù)量提高所測量的電流強(qiáng)度。例如每個碳原子具有四個H鍵的甲烷提供比每個碳原子具有最多三個H鍵的丙烷更高的電離概率。取決于材料的轉(zhuǎn)換比是FID最重要的測量技術(shù)特征且被稱為響應(yīng)因子。

由DE 203 20 336 U1已知一種FID，其中使用具有兩個或者更多個孔的燃燒器噴嘴。由此產(chǎn)生多個火焰，這些火焰在必要時合并成一個具有擴(kuò)大的表面積的大火焰，通過該擴(kuò)大的表面積能夠使更多的氧氣擴(kuò)散到火焰中，以此意在降低氧氣誤差。

原則上，對FID的研發(fā)和優(yōu)化由于多個影響量是復(fù)雜的。因此，雖然FID如所述地能夠在低氧氣誤差方面優(yōu)化，但是這通常相互地造成其他測量技術(shù)上的特征惡化。原因在于，在具有擴(kuò)散火焰的FID中，在低氫氣量及低燃用空氣量或者低燃用空氣壓力情況下，才實現(xiàn)低氧氣誤差。在此，火焰下降且變得更寬，這造成金屬的燃燒器尖端變熱?；鹧嫘螤畹母淖儗?dǎo)致改變的響應(yīng)因子。因此，當(dāng)火焰變得更寬時，對甲烷重要的響應(yīng)因子正好急劇增大。隨著燃燒器尖端上的火焰降低，其他碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)化率變得越來越好，因為金屬的燃燒器尖端變得越來越熱。然而，可能明顯是優(yōu)點(diǎn)的地方馬上會變?yōu)槿秉c(diǎn)，因為轉(zhuǎn)化率由于非線性特性非?？斓刈兇螅沟闷浔贿^度補(bǔ)償。從一個閾值開始，即使小的改變也會造成響應(yīng)因子超過30％的強(qiáng)烈變化。因為對響應(yīng)因子來說不僅在靜態(tài)排放測量設(shè)備的而且在汽車工業(yè)的廢氣測量設(shè)備的FID的許可中設(shè)置有嚴(yán)格的限制，所以如果響應(yīng)因子改變超過5-10％則會超過各自允許的限制值。

另一個問題在于燃燒室內(nèi)的燃燒器尖端和電極取決于溫度的磨損。靈敏度也在龐大的火焰中更低，因為在火焰的中心產(chǎn)生的離子在火焰變得更大時相對更少地有助于所測量的電流流量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，實現(xiàn)一種FID，其中以盡可能少的耗費(fèi)減少上述FID的問題，尤其是交叉靈敏度和響應(yīng)因子的影響。

本發(fā)明包括以下技術(shù)教導(dǎo)，即在燃燒器噴嘴中設(shè)置至少一個缺口，通過該缺口能夠使來自燃燒室的燃用空氣擴(kuò)散到從嘴中漏出的氣體混合物中。

也就是說，在本發(fā)明中，燃燒器噴嘴設(shè)置有缺口，例如設(shè)置有槽或者入孔。該缺口布置為，使得一部分燃用空氣被輸送到燃燒氣體中。由此，燃用空氣在到達(dá)火焰之前就已經(jīng)通過缺口到達(dá)由燃燒氣體和測量氣體組成的混合物中，因此改進(jìn)了用于火焰的氧氣傳輸。

這帶來多個優(yōu)點(diǎn)：

能夠在明顯更少的燃燒氣體量和燃用空氣量的情況下實現(xiàn)降低氧氣誤差。由此能夠降低氧氣誤差，而不會對其余的測量技術(shù)特征產(chǎn)生負(fù)面影響。通過更少的燃燒氣體量和燃用空氣量能夠降低燃燒室內(nèi)的溫度，由此也提高溫度關(guān)鍵的構(gòu)件的壽命。附加地，對燃燒氣體和燃用空氣的消耗減少，這不僅保護(hù)環(huán)境，而且在將FID應(yīng)用于汽車廢氣測量、例如在載重汽車和客車上時，增大應(yīng)用有效范圍并降低運(yùn)行成本。

同樣，通過氧氣和氮?dú)獾淖⑷虢档蜌怏w火焰的溫度，并且因此也降低燃燒器尖端的溫度。如在其他FID中所出現(xiàn)的、在將火焰降低到燃燒器尖端時對具有功能團(tuán)的碳?xì)浠衔锟赡艿倪^度補(bǔ)償將被避免。原則上在該解決方案中將看到，大于1的大部分響應(yīng)因子減少，同時其他小于1的響應(yīng)因子稍微增加。對于特定的測量，如在燃燒廢料時，這意味著，在測量未知的氣體組成時，所有碳?xì)浠衔锏目偭勘仍趥鹘y(tǒng)的FID情況下更接近實際的濃度。

通過燃燒器噴嘴具有錐狀的燃燒器尖端，在燃燒器尖端的軸線上布置有嘴，改進(jìn)了本發(fā)明。

在這種情況下，火焰具有到燃燒器噴嘴的基體盡可能大的間距，僅僅尖端自身在火焰的方向上伸出。此外，由此使熱磨損最小化。缺口也能夠特別簡單地添加到錐狀的燃燒器噴嘴。

本發(fā)明的一種優(yōu)選構(gòu)型在于，所述至少一個缺口構(gòu)造為通向燃燒室的開放式的槽。在此是在側(cè)面并通向火焰的開放式的間隙。由此能夠從側(cè)面吸入含氧的燃用空氣并且與測量氣體燃燒氣體混合物混合。

此外，該優(yōu)點(diǎn)能夠在氧氣的有效氣體傳輸中看出，因為在傳輸通道中和燃燒器噴嘴的嘴上方的動態(tài)低壓自動吸入周圍的燃用空氣。還有利的是制造簡單，因為傳統(tǒng)的燃燒器噴嘴例如在注塑成型方法中或者通過隨后的切削能夠相應(yīng)簡單地改型。

通過使槽延伸經(jīng)過嘴，進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明。由此能夠?qū)崿F(xiàn)燃用空氣與燃燒氣體測量氣體混合物特別強(qiáng)的混合。替代地，缺口也可以僅僅布置在嘴的周圍，而不與其相交。

本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式在于，槽的寬度等于嘴的直徑。由此使混合特別有效：更窄的槽傳輸相對于氣體混合物來說比例上相對少的氧氣，更寬的槽導(dǎo)致火焰下降且此外造成對燃燒器尖端的熱損害。

尤其優(yōu)選的是這種FID，其中槽被相互垂直定向的壁限界。也就是說，該缺口具有矩形輪廓，該矩形輪廓具有兩個側(cè)壁和一個底面?？蛇x地，該嘴處于底面中。替代地，例如可以設(shè)置V形輪廓的缺口。

同樣優(yōu)選的另一種實施方式的特征在于，所述至少一個缺口構(gòu)造為燃燒器噴嘴中的孔。不同于具有槽的變型方案，在此通過例如在燃燒器噴嘴的側(cè)壁中的至少一個開口吸入氧氣并且傳輸給氣體混合物。有利地，例如錐狀的或圓柱狀的燃燒器尖端的外側(cè)在此大部分保持完好無損。也可以設(shè)置多個孔，或者以兩個開口終止于燃燒器噴嘴中的一個孔。

在此特別優(yōu)選的是，孔具有到燃燒室的兩個開口，并且在燃燒器噴嘴內(nèi)與傳輸通道交叉，以形成從燃燒室到傳輸通道的至少兩個通道。也能夠通過例如高度偏移或角度偏移的、穿過傳輸通道的孔設(shè)置多個這樣的通道對。在此有利地向氣體混合物中有效地傳輸氧氣。

附圖說明

以下根據(jù)兩個附圖闡述本發(fā)明的主題，而不因此限制本發(fā)明的主題。其中：

圖1示出了具有孔形式的缺口的根據(jù)本發(fā)明的FID的示意圖，以及

圖2示出了具有槽形式的缺口的根據(jù)本發(fā)明的燃燒器噴嘴。

具體實施方式

圖1中示出了FID 1，具有燃燒室2，其中布置有電極裝置3以測量從氣體火焰4到電極裝置3的電極5的電流。在此，電流測量設(shè)備6包括未進(jìn)一步示出的放大器，以使得來自氣體火焰4的通常非常小的電流可被測量。

在燃燒室2中伸出具有在輸出側(cè)的嘴8的燃燒器噴嘴7，以噴出待在電極裝置3之間點(diǎn)燃的氣體混合物9。該氣體混合物9形成在燃燒器噴嘴7的輸入側(cè)，其方式是通過將含氧的燃燒氣體10和含碳的測量氣體11混合并且經(jīng)過傳輸通道12輸送到嘴8。

附加地，在燃燒器噴嘴外，含氧的燃用空氣13被導(dǎo)入燃燒室2中。這導(dǎo)致與燃燒氣體10反應(yīng)，由此在氣體火焰4中形成水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。同樣形成帶正電的CHO+離子14，其由于電極裝置3之間的電場而向帶負(fù)電的陰極15加速，并且從那里被引導(dǎo)通過電流測量設(shè)備6。于是，所測量的電流強(qiáng)度是測量氣體11中的碳數(shù)量的量度。

在燃燒器噴嘴7中設(shè)置有兩個孔17形式的缺口16，通過孔使一定量來自燃燒室3的燃用空氣13能夠擴(kuò)散到從嘴8漏出的氣體混合物9中。也就是說，由此使燃用空氣13在氣體火焰4之前已經(jīng)進(jìn)入到氣體混合物中。由此在最終效果中降低FID的氧氣交叉靈敏度，而不會提高由于特定物質(zhì)的響應(yīng)因子引起的干擾影響。

根據(jù)圖2，根據(jù)本發(fā)明的燃燒器噴嘴7具有錐狀的基體，該錐狀的基體具有布置在其軸線上的嘴8。附加地且與該錐狀的幾何特性不同地，在燃燒器噴嘴7中設(shè)有矩形輪廓的缺口16，其構(gòu)造為通向燃燒室3(這里未進(jìn)一步示出)的開放式的槽18，該槽18延伸經(jīng)過嘴8且其寬度等于嘴8的直徑。在此，含氧的燃用空氣13能夠在側(cè)面擴(kuò)散到漏出的氣體混合物9(未示出)中。因此，如在前述實施例中，燃用空氣13在氣體火焰4(這里未示出)之前就進(jìn)入到氣體混合物9中。在此，燃用空氣13的側(cè)向輸送不必由特意為此設(shè)置的執(zhí)行器產(chǎn)生，而是優(yōu)選地自動地由從嘴8中漏出的氣體混合物進(jìn)行，例如由伯努利效應(yīng)促進(jìn)。

本發(fā)明不限于前面所述的實施例。相反地其也包括由權(quán)利要求覆蓋的修改。因此例如可以考慮，燃燒器噴嘴構(gòu)造為圓柱形的而不是錐狀的，或者槽構(gòu)造為V形而不是矩形。

附圖標(biāo)記列表：

1 火焰離子化檢測器

2 燃燒室

3 電極裝置

4 氣體火焰

5 電極

6 電流測量設(shè)備

7 燃燒器噴嘴

8 嘴

9 氣體混合物

10 燃燒氣體

11 測量氣體

12 傳輸通道

13 燃用空氣

14 CHO+離子

15 陰極

16 缺口

17 孔

18 槽