燃烧器装置、燃烧器系统和用于控制燃烧的方法与流程

本文描述的实施例总体上涉及控制流入燃烧室的气体的速度。

背景技术：

许多工业操作采用了加热炉，在加热炉中燃烧燃料和氧化剂，使得燃烧热量可以加热该加热炉中的材料。实例包括将固体材料加热以使之熔化的加热炉，例如熔炼炉，以及加热诸如钢板的物体以升高材料温度(不足以使之熔化)从而便于该材料或物体的成形或其他处理的加热炉。所需的高温一般是通过燃烧天然气等烃类燃料来获得的。这种燃烧产生了气态燃烧产物，也称为烟道气。尤其对于实现从燃烧到有待熔化的固体材料的相对高热传递效率的玻璃熔炼炉，所释放的烟道气一般达到超过1300摄氏度(℃)的温度、并且因此代表了在高温操作中产生的能量的大大浪费，除非该能量可以至少部分地从燃烧产物中回收。

回收这种损失能量的一种机理是使用该烟道气将燃烧反应物中的一种或多种反应物(燃料或氧化剂)加以预加热。可以将这些燃烧反应物加热至希望的温度，因而增加在燃烧过程中被递送给加热炉的热量。然而，燃烧反应物的预加热导致了问题。由于燃烧反应物是在给定的空间中被加热的，由于气体的压力升高而导致离开燃烧器的喷射速度增大。喷射速度是气体离开燃烧器时的速度。增大的喷射速度导致在燃烧反应之前的停留时间更短，这可能降低火焰亮度。使用更大直径的管道的更大喷射可以解决这个问题，但这个解决方案在使用较低反应物温度时只会造成新的问题。换言之，与在较高反应物温度下的反应物的速度相比，在较低温度下的反应物的速度减小。

克服这个问题的另一种方式是针对标准温度的燃料使用一个管道并且针对热的燃料使用另一个管道，用阀在这两个管道的燃料流之间进行切换。然而，在燃烧技术中使用的常规阀设计是复杂的装置，它们在升高的温度下表现不好、或者根本不工作。进一步，常规的阀需要手动操作(即，人基于温度来操作阀)，这将要求对操作者进行隔离和额外保护的设备。而且，隔离这个阀需要甚至更大的复杂性和花费，以便确保阀可以按惯例方式工作。因此，希望的是燃烧器具有无论气体温度如何改变都自动调节来维持适当喷射速度的功能。

因此，本领域需要在燃烧器运行期间基于温度来控制离开燃烧器的气体速度。

技术实现要素：

本文描述的实施例总体上涉及用于控制离开燃烧器的气体速度的设备、系统和方法。在一个实施例中，燃烧器装置可以包括与气体源处于流体连接的温敏磁力阀、以及与第一通路相连接的一个或多个第一出口。这些第一出口具有第一截面积。该燃烧器装置还包括与第二通路相连接的一个或多个第二出口。这些第二出口具有累计大于该第一截面积的第二截面积。该温敏磁力阀可以包括磁体、与该磁体处于磁性连接的铁磁性材料、以及形成了该第一通路和第二通路的流量控制结构。

在另一个实施例中，燃烧器系统可以包括：具有磁体和铁磁性材料的温敏磁力阀；联接至该温敏阀上的气体源；第一燃烧器出口，该第一燃烧器出口联接该温敏磁力阀并且其大小被确定为准许处于第一温度的气体以第一速度离开该第一燃烧器出口；以及第二燃烧器出口，该第二燃烧器出口联接该温敏磁力阀并且其大小被确定为准许处于第二温度的该气体以该第一速度离开该第二燃烧器出口，其中该第一燃烧器出口和该第二燃烧器出口具有不同的截面积，并且其中该铁磁性材料在磁性联接至该磁体上时阻挡该第一燃烧器出口并且在与该磁体脱联接时释放该第一燃烧器出口。

在另一个实施例中，用于控制燃烧的方法包括：向温敏阀递送第一温度下的气体，该温敏阀包括磁性材料、铁磁性材料、第一通路、和第二通路，其中该气体与该铁磁性材料进行热交换，使得该铁磁性材料达到该第一温度并且相对于该磁性材料定位在第一位置处。该方法还包括准许该气体流经联接该温敏阀的第一通路、并且向该温敏阀递送第二温度下的气体，其中该气体与该铁磁性材料进行热交换，使得该铁磁性材料达到该第二温度。该方法还包括：使该铁磁性材料相对于该磁性材料移动至与该第一位置不同的第二位置；并且准许该气体流经联接该温敏阀的第二通路。

任意一个或多个实施例可以包括以下一个或多个方面：

该流量控制装置具有多个第一孔口，并且该铁磁性材料是通过其中形成的多个第二孔口而与该流量控制装置处于流体连接的。

该铁磁性材料包括含镍材料。

该第一通路和该第二通路包括一个或多个共用管道。

存在包括多个入口的室，并且该铁磁性材料进一步包括开口，该开口允许从该多个入口到该室中的实质性流动。

该第一通路和该第二通路包括管中管设计。

该流量控制结构连接至该铁磁性材料上，其中该流量控制结构和该铁磁性材料在枢转件上旋转。

该温敏磁力阀进一步包括流量控制结构，该流量控制结构被配置成与该铁磁性材料相结合来形成一个或多个流动止挡件。

该温敏磁力阀进一步包括限流装置，该限流装置被配置成用于：改变该铁磁性材料的位置；基于该铁磁性材料的位置、结合该流量控制结构来使得该气体转向。

存在连接至该铁磁性材料上的第一流量控制结构，该第一流量控制结构被配置成基于该铁磁性材料的温度来限制流量，其中该流量控制结构和该铁磁性材料在枢转件上旋转。

存在带有多个孔口的第二流量控制结构，该第二流量控制结构与该第一流量控制结构处于流体连接。

存在一个室，该室包括被定位在多个磁体之间的该流量控制结构，该流量控制结构与该铁磁性材料相连接。

存在保护盖件，该保护盖件被配置成用于：将该铁磁性材料或该磁体与该气体隔离，并且至少向该铁磁性材料传输热量。

存在连接至该铁磁性材料上的第一流量控制结构，该第一流量控制结构被配置成基于该铁磁性材料的温度来限制流量，其中该流量控制结构和该铁磁性材料在枢转件上旋转。

该气体是氧化剂或燃料。

该铁磁性材料包括镍。

该第一通路进一步包括一个或多个第一出口。

该第二通路具有一个或多个第二出口，该一个或多个第二出口具有大于该第一通路的累计截面积。

如果以及当该温敏阀失效，将磁体放在足以将该铁磁性材料吸引到该第一位置或该第二位置的位置中。

该第一温度是占主导的环境温度，并且该第二温度是在所述递送在该第二温度下的该气体的步骤之前将该气体预加热到的预定温度。

该气体是燃料。

该气体是天然气。

该气体通过与热空气进行热交换而被预加热到该第二温度，该热空气是通过与由于该燃烧器所注入的气体的燃烧而产生的燃烧气体进行热交换而已经预加热的。

附图说明

为了可以详细理解本发明的上文阐述的特征，可以通过参照附图获得对上文简要概述的本发明的更具体说明，在附图中展示出了其中的一些实施例。

然而应注意的是，附图仅展示了本发明的典型实施例并且因此不得理解为限制其范围，本发明可以允许其他等效实施例。

图1A-1F是根据一个或多个实施例包括温敏磁力阀的燃烧器装置的示意性视图；

图2A-2F是根据其他实施例包括温敏磁力阀的燃烧器装置的示意性视图；

图3A-3B是根据另一实施例的温敏磁力阀的表示；

图4A-4B是根据另一实施例的温敏磁力阀的表示；

图5A-5B是根据另一实施例的温敏磁力阀的表示；

图6A-6B是根据另一实施例的温敏磁力阀的表示；

图7A-7B是根据另一实施例的温敏磁力阀的表示；并且

图8A-8B是根据另一实施例的温敏磁力阀的表示。

图9是根据一个实施例用于维持离开燃烧器的基本上恒定的气体速度的方法的流程图。

为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的参考号来指代这些图所共有的相同要素。考虑到的是在一个实施例中披露的要素可以在没有明确引述的情况下有利地用于其他实施例中。

具体实施方式

本文披露了用于控制经燃烧器中的出口离开的气体速度的燃烧器、设备、系统和方法。在燃烧过程中损失了大量能量，尤其是通过在烟道气中逸出到大气中的热量。例如，在氧-燃料燃烧的玻璃加热炉中(其中所有燃料用纯氧燃烧，并且加热炉排出口处的烟道气温度在1350℃的量级上)，典型地通过燃料燃烧所释放的能量的30％至40％在烟道气中损失掉。在本文描述的实施例中，气体(例如气态燃料或氧化剂)可以在经燃烧器的出口递送至燃烧室之前被预加热。(无论是预加热的还是标准温度的)气体的流动可以使用温敏磁力阀来转向穿过一个或多个通路。该气体接着可以经由这些通路之一、通过经一个或多个出口离开而被递送至燃烧室。这些出口单独地或是作为群体所具有的截面积可以就涉及该气体的两个预定温度范围的运行而言允许离开燃烧器的这些出口的气体具有基本上恒定流速。下面参照附图更详细地描述了本文描述的实施例。

如以上讨论的，温敏磁力阀起作用来确保离开燃烧器的气体的速度基本上相同，无论该气体是否被预加热到了预选温度范围都如此。为了简化，将使用理想气体定律来解释如何维持基本上恒定的速度。众所周知，理想气体定律说到，气体的压力与该气体的体积的乘积等于该气体的摩尔数、气体温度与通用气体常数的乘积(即，PV＝nRT)。如果温度改变(例如，被递送至阀的气体温度升高)，那么如果压力保持恒定则气体体积增大。因此，在不同温度下穿过同一出口的气体将具有由于不同体积而导致的速度。为了确保不同温度的气体以相同速度离开燃烧器，必须对体积的增大(由于温度升高导致的)加以补偿。为了补偿体积的增大，可以将较高温度的气体引导至不同的出口，该出口的大小被确定成准许气体以与在较低温度下时离开原出口基本上相同的速度离开这个不同的出口。由于无论气体是在第一温度或是在第二温度下气体喷射的速度都保持相同，所以气体喷射(与另一种燃烧反应物)的燃烧所导致的火焰将具有相同的大小和形状。这解决了以加热的气体或未经加热的气体模式运行的常规燃烧器所经历的、与火焰大小和形状的变化相关联的问题。

在本文讨论的实施例中，气体可以是在约25摄氏度与约800摄氏度之间的温度范围内递送的。另外，在本文讨论的实施例中，可以选择铁磁性材料以具有在约240摄氏度与约600摄氏度之间的居里温度。总体上，所希望的气体被预加热到的温度、典型的未经预加热的气体温度、以及(离开出口的气体的)希望的喷射速度决定了对第一和第二流动路径的累计截面积的选择并且驱动着对具体温度选择性磁体的选择。

例如将第一流动路径用于未经预加热的气体且将第二流动路径用于经预加热的气体，其中典型的未经预加热的温度是环境温度(25℃或298°K)，希望的喷射速度是100m/s，并且希望的经预加热的气体温度是480℃(753°K)。在这一情况下，温度已经升高了约53％，因此第二流动路径的截面积应当比第一流动路径的截面积大出约53％，并且该温度选择性磁体的材料被选择成在低于480℃的温度下展现出居里效应。这将有助于确保喷射速度基本上相同，无论气体温度是环境温度还是480℃。本领域普通技术人员将认识到，对第一和第二气体温度的选择仅受在该第一与第二气体温度之间展现出居里效应的材料的可得性的影响。这样技术人员将进一步认识到，该第一和第二气体温度典型地是由工艺要求所决定的。

虽然披露的是两个流动路径和两个操作温度，但利用对应于三个或更多操作温度的三个或更多流动路径落入本发明的范围之内。流动路径的最终数目仅受此类装置的花费和复杂性与在这些不同操作温度中的每个温度下具有基本上恒定的喷射速度这一希望之间的折中所限制。

虽然本发明可以在多种多样燃烧工艺中的任一种工艺中使用，但一种典型的工艺是玻璃加热炉，其中，氧化剂(例如空气、富氧空气、或氧气)和/或燃料被以来自该加热炉的燃烧气体的热量或以自本身被来自燃烧气体的热量所预加热的空气的热量在热交换器处预加热。第一温度对应于第一运行模式，其中氧化剂和/或燃料并不在热交换器处被预加热。第二温度对应于第二运行模式，其中氧化剂和/或燃料在热交换器处被预加热。

图1A-1F是根据一个或多个实施例包括温敏磁力阀的燃烧器系统的示意性视图。图1A和1B描绘了根据一个实施例的燃烧器系统100。该燃烧器系统100包括入口102、温敏磁力阀104、第一通路(在此描绘为第一导管106)、第二通路(在此描绘为第二导管108)、以及燃烧器体110。第一气体103或第二气体105经入口102被递送至温敏磁力阀104。

第一气体103(如图1A所示)可以是在燃烧工艺中使用的气体，例如燃料气体或氧化气体。第一气体103可以进一步包括惰性气体，例如氮气或稀有气体。当第一气体103到达温敏磁力阀104时，第一气体103接着与温敏磁力阀104平衡温度。这些燃烧器的部件可以包括耐火氧化物，例如氧化硅、氧化铝、氧化铝-氧化锆-氧化硅、氧化锆等等。替代地，可以使用在预加热的氧气使用中不燃烧的某些金属合金。

温敏磁力阀104可以具有多种状态。温敏磁力阀104具有第一状态和第二状态，使得在该第一状态下气体流经第一导管106并且在该第二状态下气体流经第二导管108。温敏磁力阀104至少包括磁体和铁磁性材料。当处于该第一状态下时，该铁磁性材料磁性联接至该磁体。当该铁磁性材料的温度升高时，该铁磁性材料失去其磁性并且因此与该磁体磁性脱联接。磁性脱联接的发生是因为铁磁性材料达到了居里效应温度并且失去对该磁体的吸引力。一旦铁磁性材料达到居里效应温度，该铁磁性材料就背离磁体移动，并且因此该阀转变至第二状态。在该第一状态(如图1A所示)下，温敏磁力阀104阻止气体103流经第二导管108而允许流经第一导管106。将参照图3A-8B来更详细地描述温敏磁力阀104。第一导管106引导穿过燃烧器体100至第一出口112。第一出口112具有的截面积使得离开的气体116以第一速度穿过该第一出口而到达燃烧室。

如以上讨论的，之后铁磁性材料达到该具体铁磁性材料的居里效应温度，该铁磁性材料与磁体磁性脱联接、并且因此背离该磁体物理地移动。由于铁磁性材料的移动，阀104起作用来改变穿过该阀的气体的流动路径。如图1B所示，第二气体105被递送穿过入口102。温敏磁力阀104将第二气体105引导经过第二导管108。由于第二气体105的温度升高造成的该铁磁性材料的温度升高致使温敏磁力阀104基于达到阈值或居里效应温度而从该第一状态转变至该第二状态。

当温敏磁力阀104从该第一状态转变至该第二状态时，气体流动从第一导管106(第一通路)被转变至第二导管108(第二通路)。第二导管108引导穿过燃烧器体110至第二出口114。第二出口112具有的截面积不同于第一出口112的截面积。由于该第一出口的截面积被适当选择成与该第一状态的主导温度(例如占主导的环境温度)相对应并且第二出口的截面积被适当选择成与该第二状态的主导温度(例如480℃)相对应，因此离开的气体118以与离开第一出口112的气体相同的速度离开第二出口114。虽然在图1A和1B中被描绘为第一导管106和第二导管108，但第一通路和第二通路可以是用于将气体递送通过燃烧器而到达燃烧室的一个或多个导管或连接件的任意组合。进一步，第一通路和第二通路可以具有重叠的一个或多个连接件，如在此描述的实施例中所示。

图1C和1D描绘了根据另一实施例的燃烧器系统120。在此描绘的燃烧器系统120包括入口122、温敏磁力阀124、第一导管126和第二导管128(在此描绘为管中管设计)、以及燃烧器体130。第一气体123或第二气体125经入口122被递送至温敏磁力阀124，在这里气体被引导成流经第一导管126(其中气体离开第一出口132)或第二导管128(其中气体离开第二出口134)。如图1D所示，气体可以被引导成流经第一导管126和第二导管128二者。在任一流动路径中，离开第一出口132的气体与离开第二出口134的气体具有基本上相同的速度，因为第一和第二出口132、134的截面积已被选择成对应于与该第一和第二状态相关联的主导温度。

图1E和1F描绘了根据另一实施例的燃烧器系统140。在此描绘的燃烧器系统140包括入口142、温敏磁力阀144、第一通路(在此描绘为第一导管146)、第二通路(在此描绘为第二导管148)、以及燃烧器体150。第一气体143或第二气体145经入口142被递送至温敏磁力阀144，在这里气体被引导成流经第一导管146(其中气体经第一出口152离开燃烧器150)或第一导管146和第二导管148(其中气体经第二出口154离开燃烧器150)二者。在任一流动路径中，离开第一出口152的气体与离开第二出口154的气体具有基本上相同的速度，因为第一和第二出口152、154的截面积已被选择成对应于与该第一和第二状态相关联的主导温度。

因此，只要与第二流动路径相关联的出口的截面积的大小允许在第二希望气体温度下实现具体喷射速度并且与第一流动路径相关联的出口的截面积的大小被确定成在第一希望气体温度下实现相同的喷射速度，则通过使用该温敏磁力阀，无论气体是在该第一温度还是第二温度下，离开燃烧器的气体的喷射速度都是相同的。

图2A-2F是根据其他实施例包括温敏磁力阀的燃烧器装置的示意性视图。图2A和2B描绘了根据一个实施例的燃烧器装置200的侧视图和前视图。如图2A所绘，燃烧器装置200包括与温敏磁力阀204处于流体连接的入口202。温敏磁力阀204将入口202与第一管道206和第二管道208流体地相连接。第一管道206和第二管道208被配置成将离开的第一气体216或离开的第二气体218递送穿过燃烧器体210并且穿过第一出口212和第二出口214。如上文描述的，第二出口214的截面积大于第一出口212的截面积，这样就因为第一和第二出口212、214的截面积是适当地确定大小的而使得离开第一出口212的气体216和离开第二出口214的气体218的速度基本上相同。

如图2B所示，第一出口212和第二出口214均被描绘为圆形的。然而，任何形状或形状组合都可以形成第一出口212或第二出口214的外周。不一定要求第一出口212与第二出口214之间形状相同，只要第一出口212和第二出口214的截面积被成形为即使这些气体处于不同温度下也准许离开准许出口的气体以基本上相同的速度流动即可。因此，第一出口212和第二出口214可以具有各种各样的形状、设计或可以具有与用在燃烧器中的一个或多个喷嘴相结合的其他部件。

图2C和2D描绘了根据另一实施例的燃烧器装置220的侧视图和前视图。图2C从侧面视角示出了燃烧器装置220，该燃烧器装置包括入口222、温敏磁力阀224、第一管道226和第二管道228。入口222、温敏磁力阀224、第一管道226和第二管道228可以基本上类似于参照图2A描述的那些。第一管道226和第二管道228被配置成将第一气体236或第二气体238递送穿过与燃烧器体230相联系地形成的第一出口232和多个第二出口234。与使用一根更大导管相对比，在这种设计中，这些第二出口234是通过使用多根导管来具有用于第二气体238的增大的累计截面积的。

图2E和2F描绘了根据另一实施例的燃烧器装置240的侧视图和前视图。图2E从侧面视角示出了燃烧器装置240，该燃烧器装置包括入口242、温敏磁力阀244、第一管道246和第二管道248。入口242、温敏磁力阀244、第一管道246和第二管道248可以基本上类似于参照图2A描述的那些。第一管道246和第二管道248被配置成将离开的第一气体256或第二气体258递送穿过与燃烧器体250相联系地形成的第一出口252和第二出口254。第一出口252和第二出口254描绘了管中管设计，其中第一管道246将第一气体256递送穿过位置居中的第一出口252。第一出口252被第二出口254环绕，该第二出口将第二气体258以与第一气体256基本上相同的速度递送至燃烧室。虽然在此被示出为将第二气体258递送穿过与第一气体256不同的出口，但第二气体258也可以被递送穿过第一出口252和第二出口254二者，如被温敏磁力阀244引导的那样。

虽然在此被示出为是对双管道实施例的排列，但可以采用多种不同设计来控制被递送穿过这些出口的气体的速度。总体上，这些阀和管道的设计都仅受限于在将加热的或标准温度的气体递送穿过燃烧器中的出口时维持相同气体速度这一需求。

本文描述的实施例涉及可用于本发明的一个或多个实施例的典型燃烧器的相关部分。可能存在基于对设计和其他参数的选择而可以包括或排除的、没有明确命名的其他部件。本文描述的这些部件可以在形状、大小和定位方面与实际使用的那些不同。进一步，本文描述的实施例是出于示例的目的并且不应理解为限制本文描述的本发明的范围，除非本文明确进行限制。

图3-8是根据一个或多个实施例的温敏磁力阀的表示。本文描述的温敏磁力阀可以与上文描述的实施例一起使用。进一步，下文描述的温敏磁力阀可以有利地结合到在此尚未披露的燃烧器中。所披露的实施例是个别实施例并且不旨在限制所有可能实施例的范围。

图3A和3B描绘了根据一个实施例的温敏磁力阀300的一部分。在此描述的温敏磁力阀300可以用于将穿过该阀的气体转向穿过一个或多个预先配置的通路，以确保离开燃烧器的气体无论该气体的温度如何都具有基本上恒定的喷射速度。

在这个实施例中，示出了磁体318、铁磁性材料316、流量控制结构314和多个端口315，而为了清楚起见没有示出阀构件。参照图4A和4B更清楚地描述了阀室。磁体318被束缚在流量控制结构314上。在第一个图形中，磁体318正在向铁磁性材料316施加磁力，这使得铁磁性材料316转变至第一状态。

磁体318可以被定位在铁磁性材料316附近。磁体318可以具有高温磁体例如AlNiCo磁体的标准成分。虽然在此被示出为与流量控制结构314相连接，但磁体318可以被定位在流量控制结构314的内部、外部或定位成其一部分。进一步，磁体318可以是电磁体或永磁体。在本文描述的实施例中，磁体318被示出为永磁体。

铁磁性材料316是在特定温度(被称为居里效应温度)下变成顺磁性的铁磁性材料。物质的居里效应温度依赖于该物质的成分。在一个或多个实施例中，铁磁性材料316主要是镍，镍具有358℃的居里效应温度。在一个实施例中，铁磁性材料316是含有多于95％的镍的镍合金，例如镍合金200。铁磁性材料316可以是具有在希望范围内的居里效应温度的任何成分。

与流量控制结构314定位在一起的铁磁性材料316创建了供气体流过的多个端口315，在此被示出为十二(12)个具有大致相同大小的开放端口315。虽然在这个实施例中示出了具体数目和相似的大致大小的端口315，但本领域技术人员应了解的是，可以改变可供使用的端口315的数目和大小。可以基于用户的需要或希望来改变和调整在温敏磁力阀300的任一状态下的端口大小、数目和排列。这些端口315不需要均匀定位也不需要具有相同大小。

当气体流经温敏磁力阀300时，铁磁性材料316平衡到该气体的温度上，如图3B所示。一旦铁磁性材料316达到与成分相关的居里效应温度，磁体318就不再能够通过施加磁力来吸引铁磁性材料316。弹簧312(在此被示出为片弹簧)于是向铁磁性材料316施加第二力，这使得铁磁性材料316提升至第二状态。如在此所示，四(4)个端口315是对齐的并且因此在铁磁性材料316与流量控制结构314之间是开放的。

本文的实施例总体上依赖于一个或多个力来源来在该第一状态与第二状态之间致动，在此被示出为弹簧312。当铁磁性材料316达到居里效应温度时，作为第一力来源起作用的磁体318不再将铁磁性材料316保持在位。在不存在该第一力来源的情况下，第二力来源使铁磁性材料316和流量控制结构314移动至第二状态。第二力来源的实例可以包括弹簧、重力、压力(例如动态或静态差压)或甚至附加磁体(例如，作用在不同区段上、不同的材料例如碳钢上、或具有不同强度的多个磁体)。

不旨在受理论限制，大多数简单设计利用了由于有限的磁场范围而使单一部件移动仅几毫米的致动。这样，几个磁体可以“串联”以增大该移动范围。有利地，认为能够使用串联的磁体将该致动器移动大得多的距离。铁磁性材料仅可以相对于固定的磁体行进某个距离。因此，通过使用具有并不静止的至少一个中间磁体的多于一个磁体，就可以增加总行进距离。进一步，该阀可以通过使用多磁体设计被逐渐关闭。如果适当地定向或者由具有分离的居里效应温度的多种铁磁性材料构成的话，则用于致动的这些单独的铁磁性材料将以不同的速率达到阈值温度。认为这在预加热的气体被递送之时与铁磁性材料实际上充分升温之时之间创造了时间延迟。这个时间延迟可以是基于对流热传递的，对流热传递本身取决于材料特性和流动动力学/几何学(这可以在部件之间改变以实现不同的延迟)。本领域技术人员将了解的是，在不背离本文描述的发明的情况下，可以采用多种不同排列的串联设计。可能的设计包括在被递送穿过燃烧器的出口的经加热和标准温度的气体之间维持相同气体速度的任何设计。

图4A和4B描绘了根据另一实施例的具有管-弹簧设计的温敏磁力阀400。在一个实施例中，气体可以流入在阀室424中形成的孔口428a和428b中。阀室424可以是流体地密封的，从而提供气体的受控流动。阀室424可以由至少耐受来自所递送气体的所预期的热量水平和化学性的材料构成。在一个实施例中，阀室424是由陶瓷或涂覆有陶瓷的金属构成的。虽然阀室424被示出为圆柱形结构，但这并不旨在限制可能的实施例。例如，阀室424可以是方形的、矩形的、圆柱形的、圆形的、或这些形状或其他形状的组合。

在温敏磁力阀400内部定位了铁磁性材料422，该铁磁性材料与磁体420磁性连接。在这个实施例中，磁体420是静止的。如图4A所示的铁磁性材料422低于居里效应温度。因此，铁磁性材料422与磁体420相接触并且因此处于第一状态下。该第一状态通过阻止穿过这些孔口428a之一的流动并且阻止穿过这些端口425a之一的流动来使流动转向。

在图4B中，由于气体基于该预加热过程而升温，该气体传递热量给铁磁性材料422。铁磁性材料422一旦升温至居里效应温度以上就通过使用第二力与磁体420分离，该第二力再次被示出为是由弹簧426、或本文未明确披露的其他组合所递送的。取决于在这个实施例中温敏磁力阀400的定位，该第二力也可以是组合有弹簧426的重力。这个第二力使铁磁性材料422移动进入第二状态。处于该第二状态的铁磁性材料422阻挡了孔口428b和端口425b二者，因此使流动转向穿过之前关闭的孔口428a和端口425a。简言之，第一或较低温度的气体将穿过端口425a被递送至燃烧器(未示出)而第二或较高温度的气体将穿过端口425b被递送至该燃烧器。在一个实施例中，端口425a可以通过通路连接至燃烧器中的某个出口(未示出)上，该出口具有的截面积大于与端口425b相连的出口(未示出)。

图5A和5B描绘了根据另一实施例的具有旋转栓锁设计的温敏磁力阀500。在这个实施例中，温敏磁力阀500包括阀室532、铁磁性材料534a、流量控制结构534b以及磁体536。如图5A所示，在低于居里效应温度的温度下，铁磁性材料534a与磁体536是接触的。磁体536可以是静止的高温磁体，例如AlNiCo磁体。在与磁体536相接触时，铁磁性材料534a和流量控制结构534b可以被认为处于第一状态并且可以防止气体流经端口538a。

在图5B中示出了经加热的状态、或第二状态。当具有的温度高于铁磁性材料534a的居里效应温度的第二气体流经孔口530并进入阀室532中时，铁磁性材料534a和流量控制结构534b开始升温。一旦铁磁性材料534a达到居里效应温度，铁磁性材料534a就不再被磁体536吸引，并且第二力(在此示出为重力)迫使铁磁性材料534a和流量控制结构534b在枢转件537上旋转进入第二状态。处于第二状态下的铁磁性材料534a和流量控制结构534b阻挡穿过端口538b的流动并且使流动转向穿过端口538a，如被递送穿过孔口530。通过使流动转向穿过端口538a，经预加热的气体可以以与标准温度的气体基本上相同的速度离开燃烧器。

铁磁性材料534a和流量控制结构534b可以由相同的材料或多种单独的材料构成。由于仅铁磁性材料534a需要由温敏物质构成，因此超出枢转件537之外的流量控制结构534b的成分可以不同于在枢转件537之前(如从磁体536起测量的)的铁磁性材料534a。例如，超出虚拟线539之外的流量控制结构534b的成分可以是与铁磁性材料534a成分差不多致密的材料。虚拟线539不需要位于枢转件537处，并且铁磁性材料534a与流量控制结构534b之间的分隔可以在沿着该组合的任意点处。

一个或多个实施例可以采用旋转的部件或被适配成使用旋转的部件，如在图5A和5B的示例性实施例中所示。由于温敏磁力阀500的部件被设计成极大地在没有人为干预的情况下并且在高温下起作用，因此这些部件之间的摩擦应被最小化。在一个或多个实施例中可以采用轴承或高温润滑剂来减少摩擦相关的问题。

图6A和6B描绘了根据另一实施例的具有旋转的叶片/弹簧设计的温敏磁力阀600。在这个实施例中，温敏磁力阀600包括阀室(未示出)、铁磁性材料640、限流装置642、流量控制结构643、以及磁体644。如之前描述的，在低于居里效应温度的温度下，铁磁性材料640与磁体644是接触的。磁体644是静止的高温磁体，例如AlNiCo磁体。在如图6A所示与磁体644相接触时，铁磁性材料640和限流装置642被认为处于第一状态并且防止气体流经一个或多个端口646。在这个实施例中，两个端口646a和646b在该第一状态下是开放的，当考虑流量控制结构643中的开放和关闭的端口二者时，总共四个端口646a、646b、646c和646d可用。然而，可以使用更多或更少的端口而不背离本文描述的发明。

当第二较高温度的气体流入该阀室中时，铁磁性材料640可以开始升温，如参照图6B描述的。一旦铁磁性材料640达到居里效应温度，铁磁性材料640就可以与磁体644分离。限流装置642接着与所连接的铁磁性材料640相结合地被第二力(在此示出为弹簧647)迫使进入第二状态。铁磁性材料640和限流装置642在枢转件649上旋转，直到铁磁性材料640到达防止进一步旋转的止挡件648。处于第二状态下的限流装置642阻挡穿过端口646a和646b的流动并且使气体转向穿过端口646c和646d。端口646c和646d将气体递送穿过通路并且随后穿过出口，该出口具有的形状和大小允许无论气体的温度如何都维持离开燃烧器的该气体的基本上恒定的喷射速度。

图7A和7B描绘了根据另一个实施例的具有提升式限流装置设计的温敏磁力阀700。温敏磁力阀700包括阀室750、磁体752a和752b、铁磁性材料754a和754b、限流装置756、以及流量控制结构757。在标准温度下，铁磁性材料754a和754b可以与磁体752a和752b相接触。气体可以被递送穿过孔口751并进入阀室750，如图7A所示。由于铁磁性材料754a和754b附接至限流装置756上并且在该第一状态下，被递送穿过孔口751的气体可以被引导穿过由流量控制结构757形成的端口758a。在这个实施例中，限流装置756被定位在磁体752a与752b之间。磁体752a和752b可以用作铁磁性材料754a和754b以及限流装置756的温敏致动的引导件。

当如图7B所示，较高温度的气体流入阀室750中时，铁磁性材料754a和754b可以开始升温。一旦铁磁性材料754a和754b达到居里效应温度，铁磁性材料754a和754b就与磁体752a和752b分离。限流装置756于是与所连接的铁磁性材料754a和754b一起被第二力(在此被示出为弹簧759)定位到第二状态。铁磁性材料754a和754b以及限流装置756滑动就位，直到铁磁性材料754a和754b以及限流装置756到达阀室750的壁，这防止了进一步的移动。处于第二状态下的限流装置756阻挡穿过端口746a和746b的流动并且使气体转向穿过端口758b。

如参照其他实施例所述，铁磁性材料754a和754b具有彼此相同的成分、与限流装置756相同的成分、或基于用户的需要而不同的成分。虚拟线755a和755b是出于示例的目的而定位的，并且在一个或多个实施例中，在铁磁性材料754a和754b与限流装置756之间的虚拟线755a和755b可以比二更多或更少、可以在与所示不同的位置处或者可以不存在。

图8A和8B描绘了根据另一实施例的具有管中管设计的温敏磁力阀800。在这个实施例中，温敏磁力阀800可以具有阀室860、孔口861、流量控制结构862a、限流装置863、磁体864、保护盖件865、铁磁性材料866、枢转件867、以及端口868a和868b。被示出为马蹄形的铁磁性材料866可以连接至限流装置863(参照图8A被示出为半球或半球体设计)上。在低于居里效应温度的温度下，铁磁性材料866是与保护盖件865相接触的。磁体864是与保护盖件865相连接定位的并且通过保护盖件865来递送磁力以便将铁磁性材料866和限流装置863定位在该第一状态下。限流装置863防止穿过端口868b的流动但不影响端口868a。

当参照图8B所示，经预加热的气体流入阀室860中时，铁磁性材料866可以开始升温。一旦铁磁性材料866达到居里效应温度，铁磁性材料866就与保护盖件865和磁体864分离。限流装置863接着与所连接的铁磁性材料866一起被第二力(例如通过重力和压力)迫使进入第二状态。铁磁性材料866和限流装置863在枢转件867上旋转，直到铁磁性材料866被定位成阻挡了端口868a。如在此所示，铁磁性材料866部分地搁置在流量控制结构862a的一部分上。限流装置863在第二状态允许穿过端口868b的流动。

保护盖件865被定位成允许磁体864的磁场被递送至铁磁性材料866、同时保护磁体864不受递送至阀室861的气体的影响。保护盖件865可以由在该操作环境中不退化的铁磁性材料如镍或因科镍合金形成。进一步，保护盖件可以本身是磁体，例如含钴的磁体。保护盖件可以允许在温敏磁力阀800中使用对于该导管的条件而言并非最佳的更强磁体，例如对温度或气体敏感的磁体。

在上文描述的一个或多个实施例中还可以使用隔离物来将磁体864与被输送穿过燃烧器到达燃烧室的气体的高温或某些化学性隔离开。例如，非常薄的真空隔离的壳体可以保护磁体864不受过度热量的影响。依赖于在磁体864附近的其他更凉的工艺流，就可以采用被动或主动对流/传导冷却来保持磁体凉爽。要注意，具有有用大小的大多数磁体仅具有将吸引几毫米内的物体的场。因此，所使用的隔离物的量和类型应考虑这些磁体的有限范围。用来隔离磁体864的隔离物可以小于10mm。

仅出于简化的目的，大多数设计被描绘成具有一个磁体。其他设计可以基于用户需要和阀的设计而包括处于一种或多种定位以及取向的一个或多个磁体，而不背离本文描述的发明的范围。在一个实施例中，可以采用附加磁体864来增大总的场强度，例如被定向成在相同方向上、无论串联地或并联地创造场的磁体。在另一实施例中，可以采用附加磁体来实现所致动的部件的更复杂运动，例如垂直对齐以允许在低于居里效应温度时实现两步的运动系列的磁体。在另一实施例中，附加磁体可以是“分级的”，其方式使得它们由于不同的升温速率而在略微不同的时刻致动。在另一个实施例中，附加磁体和附加铁磁性材料可以是分级的以便增大行进距离。

图9是根据一个实施例用于无论离开燃烧器的气体的温度如何都确保离开燃烧器的基本上恒定气体速度的方法900的流程图。在此处描述的实施例中，气体(例如氧化气体或燃料气体)可以在流经燃烧器的出口之前的某个点处被加热。在气体源与该出口之间定位了温敏磁力阀。当在低于具体铁磁性材料的居里效应温度的温度下时，该温敏磁力阀处于第一状态并且因此引导气体流动穿过第一通路。该第一通路与该燃烧器中的、允许处于第一温度下的气体以第一速度离开燃烧器的出口相连接。随着经预加热的气体流经该阀，铁磁性材料升温。一旦铁磁性材料升温到处于或高于该居里效应温度的第二温度，铁磁性材料将从该磁体释放开。第二力接着使铁磁性材料转变至第二状态从而使气体转向穿过第二通路。这种气体流动的转变确保了经预加热的气体以与经第一通路离开燃烧器的气体基本上相同的速度离开该燃烧器。因此，离开燃烧器并流入燃烧室的气体具有相同的速度，无论它处于第一还是第二温度。

方法900以步骤902开始：将处于第一温度的第一气体递送至温敏阀，该温敏阀包括磁性材料、铁磁性材料、第一通路和第二通路。该气体与铁磁性材料进行热交换，使得该铁磁性材料达到可以低于该铁磁性材料的居里效应温度的第一温度。随着气体流入该温敏阀，与该气体热接触的这些部件基于该气体的第一温度和该热敏阀的这些部件的起始温度达到平衡。随着气体被递送至温敏磁力阀，该温敏磁力阀的部件(包括铁磁性材料在内)将从起始温度改变至该第一温度。如果铁磁性材料与该磁体分开，则随着该铁磁性材料降低到低于该具体铁磁性材料的居里效应温度，该铁磁性材料将被磁性联接至磁体上并且移动进入该第一位置。

在这个实施例中，该第一气体与铁磁性材料进行热交换，使得该铁磁性材料达到该第一温度并且相对于该磁性材料被定位在第一位置处。该第一位置将该气体源与该第一通路流体地相连接。如上文描述的，该铁磁性材料可以在处于第一温度下时与该磁体磁性连接。因此，该磁体将该铁磁性材料保持在允许穿过该阀且穿过第一通路流动的第一位置中。当铁磁性材料处于该第一位置中时，穿过温敏磁力阀到第二通路的路径被关闭。

如在此处和上文均使用的术语“第一通路”和“第二通路”是指在温敏磁力阀对应地处于第一状态和第二状态时打开的流体连接(例如，管道或导管)。在一个或多个实施例中，该第一通路和第二通路具有一个或多个共用的流体连接件。在一个实施例中，第一通路包括第一管道和第二管道，并且第二通路包括该第一管道、该第二管道、和第三管道。

接着第二气体在第二温度下被递送至该温敏阀，如在步骤904中。在平衡了第一气体与该温敏磁力阀的温度之后，第二气体可以被递送至该温敏磁力阀，其中该第二气体是处于第二温度。该第二温度可以高于该具体铁磁性材料的居里效应温度。第二气体接着与铁磁性材料进行热交换，使得该铁磁性材料达到该第二温度。

该铁磁性材料接着相对于该磁性材料移动至与该第一位置不同的第二位置，如在步骤906中。如上文描述的，一旦铁磁性材料平移跨过了居里效应温度边界，该磁体与铁磁性材料之间的相互作用就受影响，从而造成位置转变。在一个实施例中，铁磁性材料温度升高、并且因此满足并接着超过居里效应温度。因此，铁磁性材料与磁体脱联接并移动到第二状态。第二力(例如弹簧或重力)可以克服在高于居里效应温度的温度下该磁体与铁磁性材料之间的弱磁性吸引力，因此使该温敏磁力阀从第一状态转变至第二状态。在另一实施例中，该第二温度可以低于该第一温度，使得一旦铁磁性材料达到第二温度，该铁磁性材料就低于居里效应温度。因此，该磁性材料接着可以施加磁力来使该铁磁性材料移动到该第二位置。

向铁磁性材料的热量传递不需要是直接传递。在一个或多个实施例中，隔离的热管可以采集并“传输”来自存在工艺流温度的区域的热量给位于气体附近但与该气体隔热的铁磁性材料，使得铁磁性材料不直接遭受该气体的热量或化学性。该铁磁性材料基于温度变化而失去磁性吸引力。然后一种机械连接件可以将该铁磁性材料的动作传回给该限流装置和流量控制结构以便使得工艺流转向。

该第二气体接着被准许流经联接至该温敏阀上的第二通路，如在步骤908中。在温敏阀从第一位置转变至第二位置之后，该第二通路被打开。第二通路可以不结合该第一通路的任何部分、或结合有该第一通路的部分或全部。第二气体被递送穿过第二通路并且流经燃烧器中的第二出口到达燃烧室，使得离开第一出口的气体的速度与离开第二出口的气体的速度基本上相同。

无论温敏磁力阀将气体引导到哪条路径，气体都将以与气体温度无关地以基本上相同的射流速度离开燃烧器。

在温敏磁力阀发生故障并且铁磁特征不能朝向或背离磁体移动的情况下(视情况)，可以通过谨慎地放置强磁体来使该铁磁特征沿希望的方式移动而强制发生朝向或背向的移动。这个强磁体可以被应用于该阀(或结合有该阀的设备)的外表面上，使得操作者可以在该创新性阀故障的情况下手动提供备选解决方案。

结论

本文描述的实施例涉及控制离开燃烧器的气体速度。回收损失的热能随着燃料成本的升高变得更加重要。在标准加热炉中损失的热能的一个重要来源是通过烟道气。这种损失的热能可以通过在燃烧之前将燃烧气体加热来回收。但是加热这些气体可能改变气体在经燃烧器的出口被递送至燃烧室时的速度。通过基于阈值温度来使流动转向，燃烧气体可以无论气体温度如何都以恒定速度离开燃烧器。

虽然以上内容针对本发明的实施例，但在不背离本发明的基本范围的情况下可以设想到其他的以及进一步的实施例，并且本发明的范围是由以下权利要求书确定的。