CN1309262A - 带有热电偶形式的火焰监测器的燃烧器式加热装置 - Google Patents

带有热电偶形式的火焰监测器的燃烧器式加热装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃烧器式加热装置,尤其是机动车辅助加热装置,其燃烧器(2)具有一个燃烧室(7)和一个火焰监测器(8),该火焰监测器在识别火焰时对所设控制装置(16)发出信号,它监测燃料输送并因此控制燃烧过程。为可靠监测火焰,本发明提出,火焰监测器(8)含有一个廉价且无问题使用的热电偶形式的标准元件,它的测尖至少伸入燃烧器(2)内火焰的边缘区域中。

Description

带有热电偶形式的火焰监测器的燃烧器式加热装置
本发明涉及一种燃烧器式加热装置，尤其是机动车辅助加热装置，它的燃烧器具有一个燃烧室和一个火焰监测器，该火焰监测器在识别火焰时给对应的控制装置发出信号，该控制装置监控燃料输送并控制燃烧过程。
上述形式的燃烧器式加热装置例如已由德国专利DE4323221公开。在该已公开的加热装置中，借助一个燃烧用空气风扇将燃烧用空气并借助一个燃料输送装置将燃料输送到燃烧器，以便形成可燃混合物，其中，采用了一个加热装置，以便在燃烧器的起始阶段使燃料汽化，在此，当识别火焰形成时，由火焰监测器向对应的控制装置发出一个信号，该信号控制燃烧用空气风扇的转数和燃料输送装置并因此控制加热装置的运行。在该文献中没有关于火焰监测器的结构的说明。
通常，作为火焰监测器，除电阻温度计、光学传感器、尤其是红外传感器外，还有测声仪可供考虑。
电阻式热电元件(Widerstandsthermoelement)有以下缺点，即其应用温度范围很小，典型的约在300℃～600℃之间。由于采用了铂或钨和高温陶瓷，这些电阻式热电元件较贵。此外的缺点是，这些电阻式热电元件的误差大，这导致非精确测量或求值，并因此导致火焰监控系统动作参数特性方面的较大惰性。用作火焰探测的光学传感器的缺点是其污垢敏感性和一般低于125℃的低耐热性。光学传感器的其它缺点是由传感器安装位置的温度影响而造成的火焰信号的干扰敏感性及由被加热的燃烧器部件造成的对传感器的影响，典型的是它会导致火焰轮廓的识别变差。
由DEOS1815295公开过一种用于燃烧器、尤其是油燃烧器或重油(Masut)燃烧器或气体燃烧器的安全装置，它含有一个由热电偶供电的电磁铁，该热电偶承受燃烧器的火焰。该装置不适合结合控制装置快速识别火焰。
基于已有技术现状，本发明的目的在于，提供一种开头所述形式的燃烧器式加热装置，它借助一种廉价且耐用的火焰监测器以可靠方式确保火焰识别。
上述目的通过权利要求1所述特征来达到。本发明的有利拓展形式在从属权利要求中给出。
因此，本发明采用一个热电偶对火焰温度直接测量。热电偶形式的火焰监测器结构形式具有一系列优点，其一，该构件涉及已被证明具有购置和价格优势的标准件。由于该构件质量小，在火焰开始和结束识别时确保有快的动作时间。在控制装置中分析处理时，借助比较测量点补偿可实现精确求值。这种热电偶的制造公差小，因此确保了精确、方法可靠的火焰识别。在采用高温钢护套情况下，作为铠装热电偶实施形式的所述热电偶对火焰影响以及污垢非常不敏感。其它优点将在后面对优选实施例的说明中列出。
作为敞露的金属线热电偶(Thermodrahtelement)的实施形式具有动作时间更快的优点。由此，热电偶可被进一步定位在火焰边缘区内，构件负载减小并因此可实现更廉价的解决方案。
为确保火焰温度的直接测量并因此识别火焰，按照本发明，至少热电偶的测尖伸入火焰的边缘区域，不过最好伸入中心区域内。
为提高热电偶的响应速度，它最好具有一个逐渐收缩的测尖。
被考虑到的热电偶和金属线热电偶的成本特别合理的实施形式在权利要求4和5中提到。
热电偶可直接焊接在相应的燃烧器元件内，即在其一个穿口内，或热电偶具有一个用来固定在燃烧器元件上的固定凸缘。
此外有利的是，铠装热电偶的护套厚度参照耐久性和测量速率的协调方案最佳地处在0.05至0.5mm之间。对于金属线热电偶而言，其线径被相应最佳化。在此，约为0.5mm的线径被认为是具有优点的。
为确保高的抗干扰性，铠装热电偶的测尖最好与该铠装热电偶的护套电绝缘。
下面将参照附图对本发明进一步说明：
图1带有按照本发明用作火焰监测器的热电偶的燃烧器式加热装置的纵剖图，
图2图1中的热电偶作为铠装热电偶的实施形式的示意图，
图3示意示出了金属线热电偶的一个实施形式，
图4-7在热电偶导入区域具有不同燃烧室结构的安装实施例。
在图1中，作为空气加热器构造的加热装置总体用代码1表示。它包含一个燃烧器2，该燃烧器作为蒸发燃烧器具有一个吸附体3，用于液体燃料的存储和蒸发。该热电偶也可用于其它燃烧原理，如用于喷雾燃烧器。燃料借助一个燃料输送装置5通过燃料管道4被输送给吸附体3。吸附体3端面构成一个燃烧室7的边界，一个用于在装置的初始阶段使燃料加热和汽化的加热装置6及一个用于火焰形成的监测和火焰的连续监测的火焰监测器8伸入该燃烧室中。
在背向燃烧室7一侧、吸附体3之后，设有一个燃烧用空气风扇9，燃烧用空气借助它被送入燃烧室7内。该燃烧用空气风扇9由一个其转数可变的电机10驱动。转数、或在具有往复活塞的泵中燃料输送装置5的频率同样可变。在燃烧室7内由燃料和燃烧用空气形成的混合物燃烧并用它的热废气在其通过废气排放管12而离开加热装置1之前加热一个热交换器11。加热空气借助一个由同样的电机10驱动的热空气风扇13通过热交换器11的外壁从设在一端面的空气入口14被输送到一个设在对面一端的空气出口15。该空气出口15与一个要加热的空间、如一个机动车内室相连。
燃料输送装置5的转数或者说频率以及电机10的转数和加热装置6的运行由一个控制装置16控制，火焰监测器8的信号作为输入信号被输送给该控制装置，该信号在控制装置16内被分析处理。
本发明的加热装置大体上与例如在DE4323221Cl中所描述的现有技术相当。
按照本发明，火焰监测器8被设计成热电偶80的形式，它至少以测尖伸入火焰的至少边缘区域中，并且最好是伸入到中心区域中。通过这种结构，实现火焰温度的直接测量，而没有迂回使用使测量失准的加热装置的构件。除这些由于热电偶80或火焰监测器8的几何结构所获得的优点外，在该热电偶中还有标准构件，这种热电偶的其它优点不仅在开头谈到而且在后面还将进行概括。
按照一种尤其廉价的变化形式，构成火焰监测器8的热电偶作为K型元件构成，它适用于≤1100℃的连续负荷并由NiCr-Ni线对组成。
对于≤1300℃的连续负荷也可考虑采用N型元件作为热电偶，该元件包含一个NiCrosil线和一个Nisil线，通常所知，该N型元件比K型元件更耐久稳定且例如包有一个护套。因为薄的高温钢护套限制了其使用温度，N型元件尤其用在图3中敞露的金属线热电偶180的实施形式中。
构成火焰监测器8、伸入燃烧室内的热电偶80例如具有一个额外的护套凸缘81A，用来固定在燃烧室7D的外侧上或与之相邻的构件上。
铠装热电偶也可被构造得无凸缘而被直接焊接在燃烧室构件上，最好是燃烧室7或7A,7B,7C内。铠装热电偶的补偿导线连贯地延伸至控制装置16。在控制装置的相应结构中可放弃补偿导线并将热电偶直接连通到控制装置16。
包有护套的热电偶或铠装热电偶80在图2中示出，该铠装热电偶具有一个套筒式、一侧封闭的由高温钢制成的护套81，它被焊接在燃烧室7壁上的一个开口中，燃烧室7在开口区域上有一个环形深拉伸部82。该深拉伸部靠置在护套81的外圆周上并与之焊在一起。两个测量线83,84在护套81内平行于热电偶80的纵向中轴线伸展，它们在护套81内在热电偶80的前端部在一个测量点85合一，并在护套81内部的另一端与补偿导线86,87折皱相连。在图2中用代码88和89表示相应的折皱连接点。补偿导线86和87从护套81申出并与控制装置16相连。此外，护套81内部填充有绝热体90。
铠装热电偶80的厚度最好协调速率和寿命来选择并依此约为2至5mm。一种可能的实施形式是，套筒热电偶具有一个逐渐变小直到约为1mm直径的测量顶点。该测量顶点最好与护套电绝缘，以便使借助铠装热电偶的测量尽可能抗干扰。
在图3所示的金属线热电偶180中，构成引线的补偿导线186及187在一前侧区域内构造成绝缘的测量线183及184。两根测量线183及184在测量位的连接点用185表示。在测量位185区域内，绝缘的测量线183或184的一部分直接伸入燃烧室内，其后相连的部分由一个套筒181包围，它由金属或陶瓷构成，在该套筒中，测量线被埋置在绝热体190内。
图4-7示出了铠装热电偶80或金属线热电偶180被容置于或通过燃烧室7A,7B,7C和7D的燃烧器一侧端壁的不同实施形式。
在图4中，在燃烧室7A的该端测壁上与燃烧器轴线X不对称地设置一个与燃烧器轴线X平行的凸缘区，它为金属线热电偶180或铠装热电偶80提供一个确定的支撑长度L。
在图5中，容纳或者说导通部作为由燃烧室7B向外导通的穿通部构成，它具有略微锥形扩大的斜坡。
图6中，通入燃烧室7C内的入口也设置成朝向燃烧室7的深拉伸部，它朝向燃烧室的输入方向同样具有锥形输入斜率。
在图7所示实施例中，燃烧室7具有一个简单的钻孔或冲孔，用于使热电偶80穿入，热电偶的前端测量部分被送入其中，在此，一个护套凸缘81A靠置在燃烧室的外侧上，并例如通过焊接固定在那里。
支撑长度L最好在2至5mm之间，以使热电偶能被精确定向和导向。在图7所示的变化形式中，护套凸缘81A以其朝向燃烧室壁的端面形成一个止挡，它同时确保了热电偶相对于火焰的精确定位。
热电偶80或金属线热电偶180的线径最好约为0.5mm。铠装热电偶80的护套厚度大致在0.05至0.5mm之间。作为护套81或套筒181的材料，高温钢、如材料牌号为2.4851的601因康镍(Inconel)合金或601合金被证明是尤其具有优点的。
热电偶的补偿导线最好焊接在控制装置16的由一壳体包围的板上，因此没有在带有插头接点的火焰监测器中那种污染的危险。
最好为热电偶补偿导线设置减轻拉力件，它们以公知方式固定在控制装置16的壳体上。
热电偶测量信号的分析处理可在控制装置16内以不同方式实现。作为简单解决方案，采用简单的是/否求值，或有火焰/无火焰，而没有热电偶的比较测量点补偿。作为复杂一点的解决方案，采用比较测量点补偿，其中，在分析处理或控制装置16中采用已有的构件、如晶体管或二极管，它的基极发射极电压或二极管电压构成用于比较测量点补偿的参考值，因为构件电压是构件温度的函数。一种更复杂并且更精确的比较测量点补偿可借助适用于此的组件，如一个IC组件通过精确处理、即精确求得铂温度来实现。
为防止在热电偶测量信号处理时的电磁兼容性(EMV)干扰，最好设置一个去除这种干扰的信号过滤器。
概括而言，通过在加热装置1内使用热电偶作为火焰监测器8或80或180，获得以下优点：
因为该热电偶为成熟的标准件，因此该构件可成本低地获得。
因为该热电偶质量小，因此可快速求值。
因为重量小和因此动作时间快，热电偶可被定位在火焰的更低温边缘区域内。
在采用逐渐变小的热电偶测尖情况下，与非逐渐变小的测尖相比，可在控制装置16内更快地进行分析处理。
由于采用对比测量点补偿，确保了精确测量，该特性还起到保护控制装置16的作用，在温度界限超过时，由热电偶测得，该控制装置可被无问题地断开。
由于该热电偶偏差小，可获得比通常结构的火焰监测器更精确的求值。
带有包裹护套的热电偶(铠装热电偶)由于铠装原因而相对于火焰影响不敏感；该传感器的护套此外还起这样的作用，即不必再担心传感器导线的污染。
热电偶的安装由于无问题的可焊接性、必要时借助凸缘而变得很简单。
铠装热电偶可耐用地被操作。
由于直接进行火焰识别，而不是间接通过加热装置的构件，确保了反应时间短。
小的尺寸和小的所需安装长度及有利于流动的圆筒式形状形成的火焰干扰体很小，可以忽略不计(对燃烧质量或燃烧残留物通过大的尾流区(Totwassergebiet)的沉积没有负面影响)。
与大体积的电阻温度计相比，点式测量源可实现更精确的调节。
                  参考标号表
        1加热装置                 2燃烧器
3(吸附)体        4燃料管道
5燃料输送装置    6加热装置
7A-D燃烧室       8火焰监测器
9燃烧用空气风扇  10电机
11热交换器       12废气排放管
13热空气风扇     14空气入口
15空气出口       16控制装置
80热电偶         81护套
81A护套凸缘      82深拉伸部
83测量线         84测量线
85测量点         86补偿导线
87补偿导线       88折皱连接点
89折皱连接点     90绝缘体
180金属线热电偶  181套筒
183测量线        184测量线
185测量点        186补偿导线
187补偿导线      190绝缘体

Claims (13)

1．燃烧器式加热装置，尤其是机动车辅助加热装置，其燃烧器(2)具有一个燃烧室(7)和一个火焰监测器(8)，该火焰监测器在识别火焰时向对应的控制装置(16)发出信号，它监测燃料输送并控制燃烧过程，其特征是，火焰监测器(8)含有一个热电偶(80,180)，它的测量点(85,185)至少伸入燃烧器(2)中火焰的边缘区域。
2．按照权利要求1所述的加热装置，其特征是，热电偶(80,180)的测量点(85)伸入火焰的中心区。
3．按照权利要求1或2所述的加热装置，其特征是，热电偶(80,180)具有一个逐渐收缩的测尖。
4．按照权利要求1、2或3所述的加热装置，其特征是，热电偶(80,180)为镍铬-镍热电偶或K型热电偶。
5．按照权利要求1,2或3所述的加热装置，其特征是，热电偶(80)为NiCrosil-Nisil-热电偶，或N型热电偶(80,180)。
6．按照权利要求1至5之一所述的加热装置，其特征是，热电偶(80)具有一个固定凸缘。
7．按照权利要求1至5之一所述的加热装置，其特征是，热电偶(80)作为铠装热电偶构成，它的护套(81)的厚度综合考虑耐久性和测量速率来最佳化，其中，护套(81)的材料厚度最好在0.05和0.5mm之间，而材料最好选择高温钢，如601因康镍合金(Inconel)，即2.4851号合金。
8．按照权利要求7所述的加热装置，其特征是，热电偶(80)的测尖或测量点(85)与它的护套电绝缘。
9．按照权利要求1至5之一所述的加热装置，其特征是，热电偶(180)设置成带有敞露的测尖的金属线热电偶形式。
10．按照权利要求1至9之一所述的加热装置，其特征是，热电偶(80,180)的测尖伸入燃烧室(7)的燃烧腔内这样远的位置，即达到耐久性与尽可能大的求值信号之间的协调。
11．按照权利要求1至10之一所述的加热装置，其特征是，燃烧室(7)在热电偶(80)的安装点具有一个深拉伸部。
12．按照权利要求1至10之一所述的加热装置，其特征是，燃烧室(7)在安装位置具有一定长度(最好在2和5mm之间)的平行壁，它们使热电偶的导向精确定位。
13．按照权利要求1至10之一所述的加热装置，其特征是，热电偶在其外套上具有一个止挡，在安装到燃烧室上时它限定伸入深度。
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