组合式高能点火器和火焰探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及点火和感测系统，且更特别地涉及火焰点火及火焰探测或感测系统。甚至更特别地，本发明涉及具有火花型点火装置的这些系统。
【背景技术】
[0002]气体先导燃烧器是一种用于通过燃烧低流速(相对于主燃烧器而言)的气态燃料-空气混合物来形成稳定的先导火焰的设备。该先导火焰用于点燃更大的主燃烧器，或者难于点燃的燃料。气体先导设计通常包括点火系统和火焰探测系统。用于气体先导燃烧器中的两种最常见类型的点火系统是高压(HT)和高能点火系统(HEI)。火焰探测通常是通过火焰离子化探测(FID)系统进行。
[0003]HT火焰点火系统通常利用高电压源和HT火花塞或火花杆。高电压源提供高电压、低电流脉冲。通常，这些脉冲为15kV或者更高且为约10到约50mA。HT系统形成低安培火花，该火花桥接形成在火花塞中或者火花杆与接地的先导框架之间的空气间隙。该火花用于点燃燃料-空气混和物并从而产生先导火焰。尽管这种类型的点火装置可以是低成本的，但当点火条件不理想时其是反复无常的。当使用HT系统时，来自蒸汽或雨水的湿气、污染物和重燃料都可产生点火问题。
[0004]HEI系统通常利用电容性放电激励器以将大电流脉冲传到火花杆。这些大电流脉冲通常大于lkA。用于HEI系统的火花杆或者点火探针通常利用由绝缘体包围的中心电极和套着该绝缘体的外部导电壳体而构造成，使得在火花杆的点火端处，高能火花可以在中心电极和外部导电壳体之间穿过。HEI系统具有在不利条件下维持强大的高能火花的能力，所述不利条件例如低温、重燃料(重气体或重油)、结焦或其它碎肩对点火塞的污染、以及由于蒸汽冲洗或下雨导致的湿气存在。
[0005]出于安全性考虑，点火系统在主燃气阀打开后尽可能快地点燃燃料-空气预混合物是重要的。火焰离子化探测系统在建立火焰后尽可能快地记录火焰信号同样是重要的。同时，快速的点火和火焰探测有助于最小化因粗燃料被泵入燃烧器所导致的爆炸的可能性。通常地，有在监测火焰离子化探测系统的同时控制燃料和点火系统的燃烧器管理系统(BMS)。通常，如果未证明有火焰，燃烧器管理系统将在关闭燃料阀之前提供五秒或更短的燃料流动时间。因此用于点火和探测的窗口期非常短。
[0006]大部分现有的HEI系统使用组合式HT和火焰探测系统，其中必须产生点火并且然后机电式开关使激励器去能且向火焰探测器供能。这意味着点火和探测被排序至两个相异的时间段中，均占据可最大限度容许的燃料阀打开时间窗口期的一部分。允许同时进行点火和火焰探测的HT或HEI系统依赖于使用完全分离的点火和探测系统。具有强大的点火系统(例如HEI系统)和能贯穿整个窗口期而同时操作的火焰探测系统，其中火焰探测系统是HEI系统的组成部分，也即，不利用完全分离的点火和探测系统，将是有利的。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一个实施例，提供了一种先导燃烧器，其包括电能源、火花杆和壳体。火花杆具有第一端、第二端和在第二端处连接到所述火花杆的火焰杆。火花杆在第一端处连接到电能源，使得所述电能源在第二端处产生火花。壳体具有燃料流动通道，所述燃料流动通道包含火花杆的第二端。火焰杆在壳体中的位置和火花杆与电能源的连接使得:当邻近火花杆的第二端处不存在火焰时，没有电流在火焰杆和壳体之间流动，并且当邻近火花杆的第二端处存在火焰时，电流在火焰杆和壳体之间流动。电能源和先导燃烧器能够同时地产生所述火花和提供所述电流。
[0008]在本发明的另一个实施例中，提供了一种用于点火和火焰探测的装置，其包括第一电极、第二电极和第三电极。第一电极和第二电极均具有第一端和第二端。第一电极和第二电极被定位和从彼此电隔离成使得火花末端由各第二端形成，使得:当各第一端连接到电能源时，火花可在第一电极的第二端和第二电极的第二端之间通过。当燃料邻近第二电极的第二端时，该火花点燃燃料并产生火焰。第二电极被构造和相对于第三电极定位成使得:当所述火焰在所述第二电极和所述第三电极之间存在时，电流在第二电极的第二端和第三电极之间传导，但当不存在火焰时，电流不在第二电极和第三电极之间传导。
[0009]在另一个实施例中，提供了一种点火设备，其包括整流电流源、火焰探测电路、燃料源、壳体、电极、绝缘套、电极管和控制器。整流电流源具有高电势端子和低电势端子。壳体具有电子封壳和管部分，所述管部分形成与燃料源流体流动连通的纵向通道，使得来自燃料源的燃料流动通过纵向通道。电子封壳和纵向通道被密封以使燃料不能在它们之间通过。壳体被电接地，且电子封壳容纳整流电流源和火焰探测电路。电极具有第一端和第二端。第一端处在电子封壳内且连接到高电势端子。电极延伸至纵向通道中。绝缘套套着电极的至少一部分延伸。电极管具有第一端和第二端，其中该第一端处在电子封壳内且连接到低电势端子。电极管延伸至纵向通中道且被定位在绝缘套周围，使得:电极和电极管被定位成使得火花能够在电极的第二端和电极管的第二端之间穿过，以便点燃燃料并从而产生火焰。电极管的第一端连接到火焰探测电路。火焰探测电路向电极管提供电流。电极管的第二端构造成使得:当火焰建立起时，电流在电极管的第二端和壳体之间传导，但当火焰不存在时，电流不在电极管的第二端和壳体之间传导。控制器连接到电极管、燃料源和整流电流源。控制器探测电流在电极管的第二端和壳体之间的流动，并且如果发生电流流动，则停止整流电流向第一端子的流动。
[0010]在又另一个实施例中，提供了在高能点火器中同时进行点火和火焰探测的方法，所述高能点火器为具有燃料通道的类型，所述燃料通道具有接地的壁以及位于其中的火花杆，所述火花杆为具有中心电极和电极管的类型，其中中心电极和电极管形成火花末端。该方法包括:
[0011](a)向所述电极管提供电流，使得当邻近所述火花末端处存在火焰时，电流将从所述电极管流到所述接地的壁；
[0012](b)向所述中心电极提供第一电势；
[0013](c)向所述电极管提供第二电势，其中所述第一电势和第二电势导致所述火花末端放出火花；
[0014](d)将燃料和空气混合物引入所述通道，使得所述火花能够点燃所述燃料和空气混合物；
[0015](e)探测所述电流是否从所述电极管流到所述壁；以及
[0016](f)当所述电流被探测到时切断所述第一电势。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的一个实施例的示意图；
[0018]图2是附图1的装置的具有部分不可见的壁的透视图；
[0019]图3是根据在图1和2中示出的实施例的先导燃烧器末端的具有部分剖面的透视图；
[0020]图4是根据图1和2的火花杆末端和火焰杆的具有部分剖面的透视图；
[0021]图5是根据本发明的另一实施例的先导燃烧器末端的具有部分剖面的透视图；
[0022]图6是根据本发明的又另一实施例的先导燃烧器末端的具有部分剖面的透视图；
[0023]图7是整流电流的图解表示，该电流类似于当存在火焰时出现的穿过火焰杆-壁间隙的整流电流。
[0024]图8是交流电流的图解表示，该电流诸如当在根据本发明的HEI/FID系统中存在短路或故障时由火焰探测电路所探测的电流。
【具体实施方式】
[0025]以下说明和附图阐明了在具有主燃烧器和先导燃烧器的炉中使用的类型的先导燃烧器或点火系统，所述主燃烧器将燃料和空气混合物供给到该炉，所述先导燃烧器邻近所述主燃烧器，其用于点燃燃料和空气混合物。尽管本发明是在用于这种炉的先导燃烧器的背景下进行描述的，但将被理解的是，该独创性的点火装置可更宽广地用作用于燃料的点火和火焰探测系统。
[0026]现在参考附图1到4，示出了根据本发明的一个实施例的点火装置或先导燃烧器10先导燃烧器10具有壳体12。壳体12包括主管或管部分14、电子封壳16和燃料引入管18。管部分14具有包括第一端22和第二端24的壁20、以及由壁20界定的纵向燃料流动通道或燃料通道26。第一端22连接到电子封壳16，且壁20在第二端24处界定有开口28。在第一端22处或附近有密封装置30，其密封燃料通道26使得燃料通道与电子封壳16不处于流体流动连通，从而燃料不会进入电子封壳16。
[0027]燃料引入管18与燃料源19及管部分14的纵向燃料流动通道26流体流动连通。通常，燃料-空气混合物将通过管18导入通道26中，使得燃料-空气混合物将沿大体纵向的方向朝第二端24和向外的开口 28流动。
[0028]火花杆31沿纵向通道26纵向延伸。火花杆31具有延伸至电子封壳16中的第一端32和位于管部分14的第二端附近的第二端33。火花杆31包括中心电极34、绝缘套或管37以及外部壳体或电极管40。中心电极34具有位于电子封壳16内的第一端35，和位于管部分14的第二端24附近但与其间隔开从而位于管部分14内部的第二端36。电极管40具有位于电子封壳16内的第一端41，和位于管部分14的第二端24附近但与其间隔开从而位于管部分14内部的第二端42。绝缘套37具有位于电子封壳16内的第一端38，和位于管部分14的第二端24附近的第二端39，并且如图