CN108571746A - 燃料加热器的火焰监测布置 - Google Patents

Abstract

一种在燃料加热器(1)的燃烧室中燃烧的火焰(12)的火焰监测布置，包括光电传感器(20)，所述光电传感器(20)以距离所述燃烧室的一定间隔布置在所述燃烧室外部，并且由所述燃烧火焰(12)发出的光入射在所述光电传感器(20)上，所述光穿过所述燃烧室的壁(31)中的光通路开口(33)，所述光电传感器(20)递送电控制信号，所述电控制信号使得可以检测火焰的存在或不存在。为了提高火焰的可检测性并避免结垢风险，可设置：光电传感器(20)与光通路开口之间的间隔由中空主体(36)跨越，中空主体(36)以这种方式在光电传感器(20)与燃烧室的壁(31)中的光通路开口(33)之间形成防尘连接部，使得从光通路开口(33)发出的光能够通过中空主体的内部传递到光电传感器(20)。

Description

燃料加热器的火焰监测布置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1所述的分类部分所阐述的燃料加热器(fuel-firedheater)的火焰监测布置和一种配备有如权利要求10所阐述的这种火焰监测布置的加热器。

背景技术

(如可例如在DE 20 2007 011 203 A1中找到的)具有火焰监测布置的加热器可设计用于加热水或用于使空气升温，并且具体地在人员运输车辆(例如私人汽车或公共汽车)中或无论以何种方式也可在多用途车辆(例如卡车)中或在轨道车辆中用作移动加热器。如果车辆使用柴油燃料进行操作，则该燃料优选地也用作加热器的燃料。

发明内容

为了更好地理解以下描述，首先参考图1来描述从现有技术发展水平已知的加热器，其例如可具有圆柱形的燃烧管2，所述燃烧管2包封细长的燃烧室3，在所述燃烧室3的一个端部处设置有通过盖4覆盖的加热器头部5。燃烧管2伸入双壁热交换器的内部中，其中在热交换器的内壁6与外壁7之间设置待加热的载热体的流动路径。可以是水或空气或其他合适的载热体介质的载热体通过进给连接部9供应并且通过排放连接部10排放。

燃烧管2在其与加热器头部5相对的端部处敞开的外径小于热交换器的内壁6的内径，并且在燃烧管2的开口端与热交换器的内壁6的与其相对的区域11之间存在空间，使得在火焰12燃烧时生成的废气离开燃烧管2的开口端并且能够沿着流动路径以逆流关系在燃烧管2与热交换器的内壁6之间流动，以到达布置在加热器头部5附近的废气出口连接部14。热然后从被火焰12加热到超过1000℃的极高温度的白炽燃烧管2传输到热交换器的内壁6，这一方面通过辐射进行，并且另一方面通过以逆流关系穿过燃烧管2的周围的热废气的对流进行。

设置在加热器头部5的盖4内部中的加热器1的子单元以极其图解的方式示出，并且仅在理解本发明所需的这种程度上示出；具体地为了更清楚地了解附图，已省略风扇电机、具有其电磁阀的燃料泵和燃料进给和返回导管。

在盖4与燃烧管2轴向相对的侧面上，盖4具有外部空气的进气开口16，外部空气由象征性指示的风扇17沿着燃烧管2的方向传送，如流动箭头所指示的。在该情况下，外部空气围绕控制设备18流动，所述控制设备18在其朝向燃烧室2的侧面上承载呈光电元件形式的火焰监测器20以及具有点火电极23的点火火花发生器22，所述点火电极23延伸进入雾化器喷嘴25的前侧附近。

在图中左侧处的燃烧管2的端部处，其圆柱形形状变成中空截头圆锥形的涡流体26，所述涡流体26在两端处敞开并且远离燃烧室3变窄并且在其周壁中存在狭槽27，由风扇17递送的外部空气可通过所述狭槽27进入涡流体26的内部中并从该处进入燃烧室3中。通过该布置，致使空气旋转，以使得发生漩涡和与雾化器喷嘴25递送的呈雾滴形式的燃料射流29的良好混合，并且在点火发生之后产生均匀且热地燃烧的火焰12。

可以看出，雾化器喷嘴25和点火电极23的自由端被中空截头圆锥形的挡板主体30围绕，所述挡板主体30连续地邻接涡流体26，其中所述挡板主体30的开口端朝向图中右侧，而其相对的端部由经常称为挡板的壁31封闭。因此，挡板主体30和涡流体26的内部彼此直接连通并且与燃烧管2的内部直接连通，并且因此共同形成燃烧室。

燃烧室的壁31距火焰监测器20有一定间隔，并且它们之间存在的自由空间使由风扇17递送的外部空气通过其中，由此提供避免控制设备18和火焰监测器20过热的优点。

在与火焰监测器20相对的区域中，壁31具有光通路开口33，所述光通路开口33被定位成使得在火焰12燃烧时由此生成的一部分光可入射在呈光电传感器形式的火焰监测器20上并且递送控制信号，所述控制信号的幅值指示火焰12的存在或不存在，并且所述控制信号可由控制设备18适当地评估。在该方面，此类布置使得火焰监测器尽可能地识别不出来自燃烧室3的可能仍表现出残炽的部分的光。

为了防止外部空气通过光通路开口33未受控地穿透到挡板主体30、涡流体26中以及因此最终到燃烧室3中，光通路开口33由固定到壁31的半透明的、抗热的、板形主体34(例如云母盘)封闭。

应注意，实际上，尤其是当在多尘的环境空气中操作时，现有技术发展水平中已知的火焰监测布置可能会遇到如下问题：如果并未以非常短的时间间隔保持安装，则不会可靠地检测到燃烧的火焰。

因此，本发明的目的是以这种方式开发如权利要求1所述的分类部分所阐述的类型的火焰监测布置，使得保持时间段显著延长并且在火焰检测方面实现明显提高的可靠性。

为了达到该目的，本发明提供权利要求1中所述的特征。

根据本发明的这种措施基于以下认识：当使用常规的火焰监测布置操作加热器时，尤其是当具有高颗粒含量的外部空气由在多尘环境中(例如在建筑工地上或在沙漠或草原等区域中)操作的风扇吸入时，半透明体和火焰监测器都相对较快地结垢。此外，使用具有高烟灰可能性的燃料(许多生物柴油)会导致朝向覆盖光通路开口的半透明体的燃烧室的侧面快速被烟灰覆盖。

两者都导致火焰检测情况迅速恶化，并且这只能通过以短时间间隔来清洁半透明板形主体和火焰监测器或其壳体的半透明表面来抵消。

从现有技术发展水平已知的用于避免由此造成的短服务间隔的替代方案涉及省略半透明板形主体，但是该方案要忍受以下缺点：传入燃烧室的气流可能受到较不精确的控制。

根据本发明，预先设置在光通路开口处的半透明板形主体不是仅简单地省略，而是由跨过光通路开口与火焰监测器的光电传感器之间的间隔的中空主体代替，并且产生这两个部件之间的防尘光学连接部，使得由火焰产生的一部分光可通过它传递到光电传感器，并且可通过相同的方式正确地检测。以这种方式，能够可持续地避免现有技术发展水平中发生的结垢和/或烟灰覆盖。

优选地，中空主体包括对光不透明的材料，使得燃烧室的残炽效应(其光可例如穿过涡流体中的狭槽和/或挡板主体)不可被光电传感器感知到并且被控制设备解释为火焰。通过具有仅略微反射的内壁的中空主体可实现该效应的增强。

作为对此的替代方案，然而主体内部也可具有良好的反射性质，这尤其当(在使用某些燃料的情况下)在燃烧室中燃烧的光的光谱相对于光电传感器的灵敏度光谱发生这种程度的变化，以使得传感器在一些情况下不再能够容易地检测到火焰时是有利的。在这种情况下，内部反射良好的中空主体显著提高了火焰的可检测性。

根据优选实施方案，中空主体由小型细长管形成，所述小型细长管在光电传感器处和在光通路开口处都基本上极其防尘地封闭。该管可具有矩形、圆形或椭圆形横截面。

根据本发明的结构的一个特别的优点在于，它可以廉价地实现，并且非常适合作为有待新近开发的加热器的结构以及已经使用的加热器的改装的结构。

优选地设置有弹簧布置，所述弹簧布置朝向光电传感器偏置中空主体，使得其与光电传感器或其载体存在防尘关系。如果中空主体是小型细长管，那么它可用其与光电传感器相对的端部通过光通路开口伸入燃烧室内部中，由此温度引起的中空主体长度变化可在没有出现机械应力的情况下得到补偿。

根据本发明的火焰监测布置的这些和其他有利的改进和配置在所附权利要求书中列举。

附图说明

在下文中参考附图借助实施方案描述本发明，在附图中：

图1示出通过对应于现有技术发展水平的燃料加热器的极其简化的纵截面，

图2示出通过具有根据本发明设计的火焰监测布置的燃料加热器的对应于图1的截面，以及

图3是放大比例的视图，其示出图2所示的加热器的左侧部分，其具有弹簧布置，所述弹簧布置用于将中空主体安装并保持在光电传感器与具有光通路开口的燃烧室的壁之间。

在附图中，相同的部分用相同的标记表示。

具体实施方式

从图2中可以看出，这里所示的加热器1’与图1所示的加热器1之间的主要区别在于半透明的板形主体34被省略，并且作为其替代，呈小型管形式的中空主体36从光通路开口33延伸到光电传感器20，所述光电传感器20以这种方式向中空主体36伸出以使得中空主体36以防尘的关系围绕光电传感器20。该中空主体36可以任何合适的方式固定到控制设备18和/或光电传感器20和/或壁31。

图3中示出特别优选的安装形式。这里，呈小型管形式的中空主体36具有径向突出的突起部起38，所述突起部38例如可由环形凸缘形成并且抵靠着所述突起部38支撑着螺旋弹簧40的一个轴向端部，所述螺旋弹簧40同轴围绕管状中空主体36并且用其在壁31处的另一个端部进行支撑。这提供了一种管状的中空主体36的保持布置，其需要轻微的技术复杂性和工作，所述布置易于安装，并且即使相对于在车辆中使用这种加热器时经常发生的严重振动也可将管状中空主体36紧固地保持在适当位置中。

作为图2所示的实施方案的替代方案，其中管状的中空主体36以与壁31邻接的防尘关系结束，图3所示的变型提供了其通过光通路开口33伸入挡板主体30的内部中。螺旋弹簧40的长度使得在管状的中空主体36抵靠着光电传感器20的载体(也就是说因此在此抵靠着与壁31相对的控制设备18的壁)进行支撑的所示安装条件中，螺旋弹簧在突起部38与壁31之间被部分压缩。因此，管状的中空主体36被保持在稳定的位置中并且可在轴向方向上自由地伸展或收缩，以使得避免了由于该区域的温度变化引起的机械应力。

借助于合适的表面处理或材料选择，管状的中空主体36的内部具有略微反射的性质，以便防止从燃烧室3的残炽区域发出的光反射在火焰熄灭之后被光电传感器感知到并且被控制设备解释为火焰

在本说明书的开始部分中通过参考以非常具体且详细的方式论述的并且从现有技术发展水平已知的加热器来论述本发明的目的。然而，应明确地指出，用于达到目的的根据本发明的措施也可用于具有不同于该已知设备的结构的加热器中。本发明可在以下情况时使用，其中加热器包括：燃烧室，所述燃烧室具有包封其的壁，在所述壁中设置有光通路开口；以及光电传感器，其设置在燃烧室外部并且用作火焰监测器并且检测火焰通过光通路开口发出的光并且递送电控制信号，在此基础上，可识别火焰是否燃烧或存在。

具体地，该发明即使在以下情况时也适用：控制设备18布置在盖4的外部并且形成火焰监测器20的光电传感器安装在布置在盖4内部中并与具有光通路开口33的壁31相对的另一个载体上。

图中：

1、1’ 加热器

2 燃烧管

3 燃烧室

4 盖

5 加热器头部

6 内壁

7 外壁

9 进给连接部

10 排放连接部

11 区域

12 火焰

14 废气出口连接部

16 进气开口

17 风扇

18 控制设备

20 光电传感器/火焰监测器

22 点火设备/点火火花发生器

23 点火设备/点火电极

25 喷嘴

26 涡流体

27 狭槽

29 燃料射流

30 挡板主体

31 壁

33 光通路开口

34 板形主体

36 中空主体

38 突起部

40 螺旋弹簧

Claims (12)

1.一种火焰监测布置，用在燃料加热器(1)的燃烧室中燃烧的火焰(12)，所述火焰监测布置包括：光电传感器(20)，所述光电传感器(20)以距离所述燃烧室的一间隔布置在所述燃烧室外部，并且由所述燃烧火焰(12)发射的光入射在所述光电传感器(20)上，所述光穿过所述燃烧室的壁(31)中的光通路开口(33)，使得所述光电传感器(20)递送电控制信号，在此基础上检测火焰(12)的存在或不存在，

其特征在于，

所述光电传感器(20)与所述燃烧室的所述壁(31)中的所述光通路开口(33)之间的所述间隔由中空主体(36)跨越，所述中空主体(36)以这种方式在所述光电传感器(20)与所述燃烧室的所述壁(31)中的所述光通路开口(33)之间形成防尘连接部，使得离开所述光通路开口(33)的所述光能够通过所述中空主体内部传递到所述光电传感器(20)。

2.根据权利要求1所述的火焰监测布置，其特征在于，所述中空主体(36)包括不透明的材料。

3.根据权利要求2所述的火焰监测布置，其特征在于，所述中空主体(36)具有非反射的内部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的火焰监测布置，其特征在于，所述中空主体(36)呈小型细长管的形式，在所述中空主体的一个轴向端部处布置有所述光电传感器(20)，并且在所述中空主体的另一个轴向端部是敞开的并通向所述光通路开口(33)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的火焰监测布置，其特征在于，所述光电传感器(20)伸入所述中空主体(36)中并且被所述中空主体(36)以防尘关系包封。

6.根据权利要求5所述的火焰监测布置，其特征在于，所述中空主体(36)的与所述光电传感器(20)相对的开口端通过所述光通路开口(33)伸入所述燃烧室的内部中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的火焰监测布置，其特征在于，所述中空主体(36)通过弹簧布置的方式来安装，所述弹簧布置朝向所述光电传感器(20)并远离其中设置有所述光通路开口(33)的所述壁(31)偏置所述中空主体(36)。

8.根据权利要求7所述的火焰监测布置，其特征在于，所述弹簧布置由螺旋弹簧形成，所述螺旋弹簧从外部围绕所述中空主体(36)，并且通过其一个端部抵靠着其中设置有所述光通路开口(33)的所述壁(31)的所述外部并且其另一个端部抵靠着所述中空主体(36)的突起部(38)来进行支撑。

9.一种燃料加热器(1’)，其具有根据权利要求1至8中任一项所述的火焰监测布置，其特征在于，其还包括以下部件：

-风扇(17)，用于使燃烧所需的空气通过所述风扇(17)以被进给到所述燃烧室，

-燃料喷嘴(25)，用于使燃料通过所述燃料喷嘴(25)以喷射到所述燃烧室中，以及

-点火设备(22、23)，其用于点燃在所述燃烧室中形成的燃料/空气混合物以生成火焰(12)。

10.根据权利要求9所述的燃料加热器(1’)，其特征在于，所述燃烧室包括以下：

-燃烧管(2)，其呈细长的、中空圆柱体形式并且围绕所述燃烧室(3)，

-中空截头圆锥形的涡流体(26)，其邻接所述燃烧管(2)的一个轴向端部，以及

-中空截头圆锥形的挡板主体(30)，其在轴向方向上邻接所述涡流体，

-其中所述涡流体(26)和所述挡板主体(30)中的内部空间与由所述燃烧管(2)包封的所述燃烧室(3)连续地连通，并且所述挡板主体(30)的横向延伸端板形成所述燃烧室的所述壁(31)，在所述壁(31)中设置有所述光通路开口(33)。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的燃料加热器(1’)，其特征在于，所述燃料加热器(1’)还具有电子控制布置，在远离所述挡板主体(30)的所述壁(31)的所述燃烧室(3)的所述一侧上以与其的轴向间隔布置所述电子控制布置并且在所述电子控制布置朝向所述壁(31)的一侧上承载所述光电传感器(20)。

12.根据权利要求11所述的燃料加热器(1’)，其特征在于，所述风扇(17)布置在所述电子控制布置(18)远离所述燃烧室的所述一侧上，所述风扇(17)以这种方式吸入外部空气并沿着所述轴向方向将其递送到所述燃料加热器(1’)的内部中，使得其围绕所述电子控制布置(18)流动并且经过所述电子控制布置(18)和所述挡板主体(30)流动到所述涡流体(26)，所述涡流体(26)在其周壁中具有狭槽(27)，所述空气通过所述狭槽(27)进入所述燃烧室中。