專利名稱：帶有熱電偶形式的火焰監(jiān)測器的燃燒器式加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器式加熱裝置，尤其是機動車輔助加熱裝置，它的燃燒器具有一個燃燒室和一個火焰監(jiān)測器，該火焰監(jiān)測器在識別火焰時給對應(yīng)的控制裝置發(fā)出信號，該控制裝置監(jiān)控燃料輸送并控制燃燒過程。
上述形式的燃燒器式加熱裝置例如已由德國專利DE4323221公開。在該已公開的加熱裝置中，借助一個燃燒用空氣風(fēng)扇將燃燒用空氣并借助一個燃料輸送裝置將燃料輸送到燃燒器，以便形成可燃混合物，其中，采用了一個加熱裝置，以便在燃燒器的起始階段使燃料汽化，在此，當(dāng)識別火焰形成時，由火焰監(jiān)測器向?qū)?yīng)的控制裝置發(fā)出一個信號，該信號控制燃燒用空氣風(fēng)扇的轉(zhuǎn)數(shù)和燃料輸送裝置并因此控制加熱裝置的運行。在該文獻(xiàn)中沒有關(guān)于火焰監(jiān)測器的結(jié)構(gòu)的說明。
通常，作為火焰監(jiān)測器，除電阻溫度計、光學(xué)傳感器、尤其是紅外傳感器外，還有測聲儀可供考慮。
電阻式熱電元件(Widerstandsthermoelement)有以下缺點，即其應(yīng)用溫度范圍很小，典型的約在300℃～600℃之間。由于采用了鉑或鎢和高溫陶瓷，這些電阻式熱電元件較貴。此外的缺點是，這些電阻式熱電元件的誤差大，這導(dǎo)致非精確測量或求值，并因此導(dǎo)致火焰監(jiān)控系統(tǒng)動作參數(shù)特性方面的較大惰性。用作火焰探測的光學(xué)傳感器的缺點是其污垢敏感性和一般低于125℃的低耐熱性。光學(xué)傳感器的其它缺點是由傳感器安裝位置的溫度影響而造成的火焰信號的干擾敏感性及由被加熱的燃燒器部件造成的對傳感器的影響，典型的是它會導(dǎo)致火焰輪廓的識別變差。
由DEOS1815295公開過一種用于燃燒器、尤其是油燃燒器或重油(Masut)燃燒器或氣體燃燒器的安全裝置，它含有一個由熱電偶供電的電磁鐵，該熱電偶承受燃燒器的火焰。該裝置不適合結(jié)合控制裝置快速識別火焰。
基于已有技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于，提供一種開頭所述形式的燃燒器式加熱裝置，它借助一種廉價且耐用的火焰監(jiān)測器以可靠方式確?；鹧孀R別。
上述目的通過權(quán)利要求1所述特征來達(dá)到。本發(fā)明的有利拓展形式在從屬權(quán)利要求中給出。
因此，本發(fā)明采用一個熱電偶對火焰溫度直接測量。熱電偶形式的火焰監(jiān)測器結(jié)構(gòu)形式具有一系列優(yōu)點，其一，該構(gòu)件涉及已被證明具有購置和價格優(yōu)勢的標(biāo)準(zhǔn)件。由于該構(gòu)件質(zhì)量小，在火焰開始和結(jié)束識別時確保有快的動作時間。在控制裝置中分析處理時，借助比較測量點補償可實現(xiàn)精確求值。這種熱電偶的制造公差小，因此確保了精確、方法可靠的火焰識別。在采用高溫鋼護(hù)套情況下，作為鎧裝熱電偶實施形式的所述熱電偶對火焰影響以及污垢非常不敏感。其它優(yōu)點將在后面對優(yōu)選實施例的說明中列出。
作為敞露的金屬線熱電偶(Thermodrahtelement)的實施形式具有動作時間更快的優(yōu)點。由此，熱電偶可被進(jìn)一步定位在火焰邊緣區(qū)內(nèi)，構(gòu)件負(fù)載減小并因此可實現(xiàn)更廉價的解決方案。
為確?；鹧鏈囟鹊闹苯訙y量并因此識別火焰，按照本發(fā)明，至少熱電偶的測尖伸入火焰的邊緣區(qū)域，不過最好伸入中心區(qū)域內(nèi)。
為提高熱電偶的響應(yīng)速度，它最好具有一個逐漸收縮的測尖。
被考慮到的熱電偶和金屬線熱電偶的成本特別合理的實施形式在權(quán)利要求4和5中提到。
熱電偶可直接焊接在相應(yīng)的燃燒器元件內(nèi)，即在其一個穿口內(nèi)，或熱電偶具有一個用來固定在燃燒器元件上的固定凸緣。
此外有利的是，鎧裝熱電偶的護(hù)套厚度參照耐久性和測量速率的協(xié)調(diào)方案最佳地處在0.05至0.5mm之間。對于金屬線熱電偶而言，其線徑被相應(yīng)最佳化。在此，約為0.5mm的線徑被認(rèn)為是具有優(yōu)點的。
為確保高的抗干擾性，鎧裝熱電偶的測尖最好與該鎧裝熱電偶的護(hù)套電絕緣。
下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明

圖1帶有按照本發(fā)明用作火焰監(jiān)測器的熱電偶的燃燒器式加熱裝置的縱剖圖，
圖2圖1中的熱電偶作為鎧裝熱電偶的實施形式的示意圖，圖3示意示出了金屬線熱電偶的一個實施形式，圖4-7在熱電偶導(dǎo)入?yún)^(qū)域具有不同燃燒室結(jié)構(gòu)的安裝實施例。
在圖1中，作為空氣加熱器構(gòu)造的加熱裝置總體用代碼1表示。它包含一個燃燒器2，該燃燒器作為蒸發(fā)燃燒器具有一個吸附體3，用于液體燃料的存儲和蒸發(fā)。該熱電偶也可用于其它燃燒原理，如用于噴霧燃燒器。燃料借助一個燃料輸送裝置5通過燃料管道4被輸送給吸附體3。吸附體3端面構(gòu)成一個燃燒室7的邊界，一個用于在裝置的初始階段使燃料加熱和汽化的加熱裝置6及一個用于火焰形成的監(jiān)測和火焰的連續(xù)監(jiān)測的火焰監(jiān)測器8伸入該燃燒室中。
在背向燃燒室7一側(cè)、吸附體3之后，設(shè)有一個燃燒用空氣風(fēng)扇9，燃燒用空氣借助它被送入燃燒室7內(nèi)。該燃燒用空氣風(fēng)扇9由一個其轉(zhuǎn)數(shù)可變的電機10驅(qū)動。轉(zhuǎn)數(shù)、或在具有往復(fù)活塞的泵中燃料輸送裝置5的頻率同樣可變。在燃燒室7內(nèi)由燃料和燃燒用空氣形成的混合物燃燒并用它的熱廢氣在其通過廢氣排放管12而離開加熱裝置1之前加熱一個熱交換器11。加熱空氣借助一個由同樣的電機10驅(qū)動的熱空氣風(fēng)扇13通過熱交換器11的外壁從設(shè)在一端面的空氣入口14被輸送到一個設(shè)在對面一端的空氣出口15。該空氣出口15與一個要加熱的空間、如一個機動車內(nèi)室相連。
燃料輸送裝置5的轉(zhuǎn)數(shù)或者說頻率以及電機10的轉(zhuǎn)數(shù)和加熱裝置6的運行由一個控制裝置16控制，火焰監(jiān)測器8的信號作為輸入信號被輸送給該控制裝置，該信號在控制裝置16內(nèi)被分析處理。
本發(fā)明的加熱裝置大體上與例如在DE4323221Cl中所描述的現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)。
按照本發(fā)明，火焰監(jiān)測器8被設(shè)計成熱電偶80的形式，它至少以測尖伸入火焰的至少邊緣區(qū)域中，并且最好是伸入到中心區(qū)域中。通過這種結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)火焰溫度的直接測量，而沒有迂回使用使測量失準(zhǔn)的加熱裝置的構(gòu)件。除這些由于熱電偶80或火焰監(jiān)測器8的幾何結(jié)構(gòu)所獲得的優(yōu)點外，在該熱電偶中還有標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，這種熱電偶的其它優(yōu)點不僅在開頭談到而且在后面還將進(jìn)行概括。
按照一種尤其廉價的變化形式，構(gòu)成火焰監(jiān)測器8的熱電偶作為K型元件構(gòu)成，它適用于≤1100℃的連續(xù)負(fù)荷并由NiCr-Ni線對組成。
對于≤1300℃的連續(xù)負(fù)荷也可考慮采用N型元件作為熱電偶，該元件包含一個NiCrosil線和一個Nisil線，通常所知，該N型元件比K型元件更耐久穩(wěn)定且例如包有一個護(hù)套。因為薄的高溫鋼護(hù)套限制了其使用溫度，N型元件尤其用在圖3中敞露的金屬線熱電偶180的實施形式中。
構(gòu)成火焰監(jiān)測器8、伸入燃燒室內(nèi)的熱電偶80例如具有一個額外的護(hù)套凸緣81A，用來固定在燃燒室7D的外側(cè)上或與之相鄰的構(gòu)件上。
鎧裝熱電偶也可被構(gòu)造得無凸緣而被直接焊接在燃燒室構(gòu)件上，最好是燃燒室7或7A,7B,7C內(nèi)。鎧裝熱電偶的補償導(dǎo)線連貫地延伸至控制裝置16。在控制裝置的相應(yīng)結(jié)構(gòu)中可放棄補償導(dǎo)線并將熱電偶直接連通到控制裝置16。
包有護(hù)套的熱電偶或鎧裝熱電偶80在圖2中示出，該鎧裝熱電偶具有一個套筒式、一側(cè)封閉的由高溫鋼制成的護(hù)套81，它被焊接在燃燒室7壁上的一個開口中，燃燒室7在開口區(qū)域上有一個環(huán)形深拉伸部82。該深拉伸部靠置在護(hù)套81的外圓周上并與之焊在一起。兩個測量線83,84在護(hù)套81內(nèi)平行于熱電偶80的縱向中軸線伸展，它們在護(hù)套81內(nèi)在熱電偶80的前端部在一個測量點85合一，并在護(hù)套81內(nèi)部的另一端與補償導(dǎo)線86,87折皺相連。在圖2中用代碼88和89表示相應(yīng)的折皺連接點。補償導(dǎo)線86和87從護(hù)套81申出并與控制裝置16相連。此外，護(hù)套81內(nèi)部填充有絕熱體90。
鎧裝熱電偶80的厚度最好協(xié)調(diào)速率和壽命來選擇并依此約為2至5mm。一種可能的實施形式是，套筒熱電偶具有一個逐漸變小直到約為1mm直徑的測量頂點。該測量頂點最好與護(hù)套電絕緣，以便使借助鎧裝熱電偶的測量盡可能抗干擾。
在圖3所示的金屬線熱電偶180中，構(gòu)成引線的補償導(dǎo)線186及187在一前側(cè)區(qū)域內(nèi)構(gòu)造成絕緣的測量線183及184。兩根測量線183及184在測量位的連接點用185表示。在測量位185區(qū)域內(nèi)，絕緣的測量線183或184的一部分直接伸入燃燒室內(nèi)，其后相連的部分由一個套筒181包圍，它由金屬或陶瓷構(gòu)成，在該套筒中，測量線被埋置在絕熱體190內(nèi)。
圖4-7示出了鎧裝熱電偶80或金屬線熱電偶180被容置于或通過燃燒室7A,7B,7C和7D的燃燒器一側(cè)端壁的不同實施形式。
在圖4中，在燃燒室7A的該端測壁上與燃燒器軸線X不對稱地設(shè)置一個與燃燒器軸線X平行的凸緣區(qū)，它為金屬線熱電偶180或鎧裝熱電偶80提供一個確定的支撐長度L。
在圖5中，容納或者說導(dǎo)通部作為由燃燒室7B向外導(dǎo)通的穿通部構(gòu)成，它具有略微錐形擴大的斜坡。
圖6中，通入燃燒室7C內(nèi)的入口也設(shè)置成朝向燃燒室7的深拉伸部，它朝向燃燒室的輸入方向同樣具有錐形輸入斜率。
在圖7所示實施例中，燃燒室7具有一個簡單的鉆孔或沖孔，用于使熱電偶80穿入，熱電偶的前端測量部分被送入其中，在此，一個護(hù)套凸緣81A靠置在燃燒室的外側(cè)上，并例如通過焊接固定在那里。
支撐長度L最好在2至5mm之間，以使熱電偶能被精確定向和導(dǎo)向。在圖7所示的變化形式中，護(hù)套凸緣81A以其朝向燃燒室壁的端面形成一個止擋，它同時確保了熱電偶相對于火焰的精確定位。
熱電偶80或金屬線熱電偶180的線徑最好約為0.5mm。鎧裝熱電偶80的護(hù)套厚度大致在0.05至0.5mm之間。作為護(hù)套81或套筒181的材料，高溫鋼、如材料牌號為2.4851的601因康鎳(Inconel)合金或601合金被證明是尤其具有優(yōu)點的。
熱電偶的補償導(dǎo)線最好焊接在控制裝置16的由一殼體包圍的板上，因此沒有在帶有插頭接點的火焰監(jiān)測器中那種污染的危險。
最好為熱電偶補償導(dǎo)線設(shè)置減輕拉力件，它們以公知方式固定在控制裝置16的殼體上。
熱電偶測量信號的分析處理可在控制裝置16內(nèi)以不同方式實現(xiàn)。作為簡單解決方案，采用簡單的是/否求值，或有火焰/無火焰，而沒有熱電偶的比較測量點補償。作為復(fù)雜一點的解決方案，采用比較測量點補償，其中，在分析處理或控制裝置16中采用已有的構(gòu)件、如晶體管或二極管，它的基極發(fā)射極電壓或二極管電壓構(gòu)成用于比較測量點補償?shù)膮⒖贾?，因為?gòu)件電壓是構(gòu)件溫度的函數(shù)。一種更復(fù)雜并且更精確的比較測量點補償可借助適用于此的組件，如一個IC組件通過精確處理、即精確求得鉑溫度來實現(xiàn)。
為防止在熱電偶測量信號處理時的電磁兼容性(EMV)干擾，最好設(shè)置一個去除這種干擾的信號過濾器。
概括而言，通過在加熱裝置1內(nèi)使用熱電偶作為火焰監(jiān)測器8或80或180，獲得以下優(yōu)點因為該熱電偶為成熟的標(biāo)準(zhǔn)件，因此該構(gòu)件可成本低地獲得。
因為該熱電偶質(zhì)量小，因此可快速求值。
因為重量小和因此動作時間快，熱電偶可被定位在火焰的更低溫邊緣區(qū)域內(nèi)。
在采用逐漸變小的熱電偶測尖情況下，與非逐漸變小的測尖相比，可在控制裝置16內(nèi)更快地進(jìn)行分析處理。
由于采用對比測量點補償，確保了精確測量，該特性還起到保護(hù)控制裝置16的作用，在溫度界限超過時，由熱電偶測得，該控制裝置可被無問題地斷開。
由于該熱電偶偏差小，可獲得比通常結(jié)構(gòu)的火焰監(jiān)測器更精確的求值。
帶有包裹護(hù)套的熱電偶(鎧裝熱電偶)由于鎧裝原因而相對于火焰影響不敏感；該傳感器的護(hù)套此外還起這樣的作用，即不必再擔(dān)心傳感器導(dǎo)線的污染。
熱電偶的安裝由于無問題的可焊接性、必要時借助凸緣而變得很簡單。
鎧裝熱電偶可耐用地被操作。
由于直接進(jìn)行火焰識別，而不是間接通過加熱裝置的構(gòu)件，確保了反應(yīng)時間短。
小的尺寸和小的所需安裝長度及有利于流動的圓筒式形狀形成的火焰干擾體很小，可以忽略不計(對燃燒質(zhì)量或燃燒殘留物通過大的尾流區(qū)(Totwassergebiet)的沉積沒有負(fù)面影響)。
與大體積的電阻溫度計相比，點式測量源可實現(xiàn)更精確的調(diào)節(jié)。
參考標(biāo)號表1加熱裝置 2燃燒器
3(吸附)體4燃料管道5燃料輸送裝置6加熱裝置7A-D燃燒室 8火焰監(jiān)測器9燃燒用空氣風(fēng)扇 10電機11熱交換器 12廢氣排放管13熱空氣風(fēng)扇 14空氣入口15空氣出口 16控制裝置80熱電偶 81護(hù)套81A護(hù)套凸緣 82深拉伸部83測量線 84測量線85測量點 86補償導(dǎo)線87補償導(dǎo)線 88折皺連接點89折皺連接點 90絕緣體180金屬線熱電偶 181套筒183測量線184測量線185測量點186補償導(dǎo)線187補償導(dǎo)線 190絕緣體
權(quán)利要求
1．燃燒器式加熱裝置，尤其是機動車輔助加熱裝置，其燃燒器(2)具有一個燃燒室(7)和一個火焰監(jiān)測器(8)，該火焰監(jiān)測器在識別火焰時向?qū)?yīng)的控制裝置(16)發(fā)出信號，它監(jiān)測燃料輸送并控制燃燒過程，其特征是，火焰監(jiān)測器(8)含有一個熱電偶(80,180)，它的測量點(85,185)至少伸入燃燒器(2)中火焰的邊緣區(qū)域。
2．按照權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80,180)的測量點(85)伸入火焰的中心區(qū)。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80,180)具有一個逐漸收縮的測尖。
4．按照權(quán)利要求1、2或3所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80,180)為鎳鉻-鎳熱電偶或K型熱電偶。
5．按照權(quán)利要求1,2或3所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80)為NiCrosil-Nisil-熱電偶，或N型熱電偶(80,180)。
6．按照權(quán)利要求1至5之一所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80)具有一個固定凸緣。
7．按照權(quán)利要求1至5之一所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80)作為鎧裝熱電偶構(gòu)成，它的護(hù)套(81)的厚度綜合考慮耐久性和測量速率來最佳化，其中，護(hù)套(81)的材料厚度最好在0.05和0.5mm之間，而材料最好選擇高溫鋼，如601因康鎳合金(Inconel)，即2.4851號合金。
8．按照權(quán)利要求7所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80)的測尖或測量點(85)與它的護(hù)套電絕緣。
9．按照權(quán)利要求1至5之一所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(180)設(shè)置成帶有敞露的測尖的金屬線熱電偶形式。
10．按照權(quán)利要求1至9之一所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶(80,180)的測尖伸入燃燒室(7)的燃燒腔內(nèi)這樣遠(yuǎn)的位置，即達(dá)到耐久性與盡可能大的求值信號之間的協(xié)調(diào)。
11．按照權(quán)利要求1至10之一所述的加熱裝置，其特征是，燃燒室(7)在熱電偶(80)的安裝點具有一個深拉伸部。
12．按照權(quán)利要求1至10之一所述的加熱裝置，其特征是，燃燒室(7)在安裝位置具有一定長度(最好在2和5mm之間)的平行壁，它們使熱電偶的導(dǎo)向精確定位。
13．按照權(quán)利要求1至10之一所述的加熱裝置，其特征是，熱電偶在其外套上具有一個止擋，在安裝到燃燒室上時它限定伸入深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒器式加熱裝置,尤其是機動車輔助加熱裝置,其燃燒器(2)具有一個燃燒室(7)和一個火焰監(jiān)測器(8),該火焰監(jiān)測器在識別火焰時對所設(shè)控制裝置(16)發(fā)出信號,它監(jiān)測燃料輸送并因此控制燃燒過程。為可靠監(jiān)測火焰,本發(fā)明提出,火焰監(jiān)測器(8)含有一個廉價且無問題使用的熱電偶形式的標(biāo)準(zhǔn)元件,它的測尖至少伸入燃燒器(2)內(nèi)火焰的邊緣區(qū)域中。
文檔編號F23N5/10GK1309262SQ0012999
公開日2001年8月22日 申請日期2000年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月23日
發(fā)明者霍斯特·德迪奧, 安東·格爾德·康肯 申請人:維巴斯特?zé)嵯到y(tǒng)國際有限公司