用于测量燃料流量的模块和包括这种模块的燃烧器的制作方法

本发明涉及一种用于测量燃料的流量的模块和包括这种测量模块的燃烧器。

燃料是指液态、气化或气态的流体。优选地，燃料包括甲烷或lpg或沼气或天然气或者这类物质的组合，或其它能够燃烧并且本文未明确提及的物质。

应当指出，根据本发明的测量模块也可以适用于除燃烧器领域以外的行业中，用于测量任何气态流(不仅是燃料)。

本发明优选地应用于民用领域(例如，用于家庭供暖)和工业领域(例如，通常用于产生热量，用于加热炉、用于加热空气等)的燃烧器。

特别地，本发明用于非预混合燃烧器，即其中助燃剂和燃料之间的混合直接在燃烧器的头部进行的燃烧器。

背景技术：

根据现有技术，鼓风燃烧器包括用于燃料(通常为可燃气体)的入口导管和用于助燃剂(通常为空气)的入口导管。这样的入口导管一起通入燃烧器头部所在的燃烧区。以此方式，助燃剂与燃料的混合产生燃烧(当被触发火花激活时)。

燃烧器通常包括可燃气体调节阀，该可燃气体调节阀沿着燃料入口导管布置，用于调节供应到头部的气体量。

此外，为了管理气体调节阀和进气口截面，有两种已知的技术。

第一种已知技术设想气体调节阀和进气口截面的运动是机械类型的。换句话说，通过基于在测试步骤期间预定的空气/气体比率曲线构造的各个可移动凸轮的运动来执行阀和入口截面的调节。凸轮的运动例如由控制单元根据所测量的(例如在锅炉蒸汽上的)温度和压力值来控制。

该第一种已知技术仅代表优选用于机械“调制”燃烧器的当前广泛使用的控制类型中的一种。

第二种已知技术设想气体调节阀和进气口截面的管理是电子类型的。在这种情况下，阀和入口截面的调节是基于在测试步骤期间预限定并存储在存储单元中的空气/气体比率曲线以电子方式实现的。另外，可以根据由用于检测烟气中的o2和/或co的相关传感器检测到的燃烧气体来执行这种调节。在这种情况下，控制单元被配置成根据涉及过量空气指数的曲线将燃烧维持在最佳水平。

在任何情况下，为了评估燃料流量并为燃烧器分配负载百分比或用于要执行的其它测量，必须测量燃料流量。参考燃料测量，沿气体检测导管插入的多种类型的传感器当前可用。

在以本申请人的名义提交的文件vr2014a000036中描述了气体检测传感器的示例，其中该传感器被集成到相对于燃料导管居中布置的输送机中。

不利地，已知技术遭受与上述传感器的测量误差有关的各种问题。

特别地，已知的流量测量传感器会遭受与具有不利的通道截面/流体速度比或者存在截面突然变化的导管中封闭流不平衡有关的现象，其中对应于敏感元件上游的最小直径数的线性距离未被遵守，或者甚至可能受到与高雷诺数有关的湍流现象的影响，或者受到不正确定位影响。换句话说，由于这种变化，流量测量传感器可以测量不正确的流量值，从而导致基于流量读数进行其调节的控制系统中燃烧不良或达不到要求的功率水平。

详细地，燃烧器的操作基于空气/气体比率，并且不利地，气体值的测量的变化可能使燃烧器进入非最佳操作条件，因为空气/气体曲线不再适合于将获得的燃烧。

技术实现要素：

因此，本发明的技术任务是提供一种用于测量燃料的流量的模块和包括这种测量模块的燃烧器，该测量模块及燃烧器能够克服现有技术中出现的缺点。

因此，本发明的目的是提供一种用于测量燃料的流量的模块和包括该测量模块的燃烧器，该测量模块及燃烧器允许有效地测量燃料的流量。

因此，本发明的另一目的是提供一种用于测量燃料的流量的模块和包括该测量模块的燃烧器，该测量模块及燃烧器不论安装条件如何均能能够提供燃料的流量值。

根据所附权利要求书中的描述，用于测量燃料的流量的模块和包括这种测量模块的燃烧器基本上达到了所指定的技术任务和目的。

附图说明

从用于测量燃料的流量的模块和包括这种测量模块的燃烧器的实施例的指示性且因此非限制性的描述中，本发明的其它特征和优点将变得更加明显。

该描述将在下文参考附图进行阐述，这些附图仅出于指示性且因此非限制性的目的而提供，其中：

-图1是根据本发明的测量模块的参考视图的示意图；

-图2是沿着图1的模块的b-b平面的截面的示意图；

-图3是沿着图1的模块的d-d平面的截面的示意图；

-图4是沿着图1的模块的c-c平面的截面的示意图；

-图5是根据本发明的模块的分解图的示意图；

-图6是根据本发明的模块的替代实施例的截面轴测示意图；

-图7、8、9、10、11示出了通过根据本发明的模块的流体的速度(7、8、9)和压力(10、11)模拟的具有截面的示意性且局部透明的视图。

具体实施方式

参考附图，1总体上表示用于测量燃料流量的模块，为简单起见，将其表示为模块1。

燃料是指液态、气化或气态的流体。优选地，燃料包括甲烷或lpg或沼气或天然气，或者这种物质的组合，或其它能够在燃烧中燃烧并且在本文未明确提及的物质。

附图中所表示的模块1包括主体2、入口主体2a和出口主体2b，可逆地彼此联接。这种模块1沿着燃料供应导管插入，使得所供应的全部或部分燃料通过模块1。

入口主体2a(在图1中具有其正视图)允许模块1与用于燃烧器的燃料的第一入口(或与该第一入口连接的其它部件)连接，而出口主体2b允许模块1与燃烧器的燃烧区连接。

主体2优选地制成为如附图中所示的盒形主体的形式(但是其它实施例也是可能的，例如管状形状等)。

优选地，主体2沿着其自身的延伸轴线“x”延伸。

主体2限定用于输送燃料的主导管3。这样的主导管3优选具有如附图所示的圆形截面(但是其它实施例也是可能的)。

主导管3适于将燃料的第一流“f1”从模块1的入口部分4a输送至出口部分4b。换句话说，模块1具有入口部分4a和出口部分4b，并且主导管3在入口部分4a和出口部分4b之间延伸，用于输送燃料的第一流“f1”。

在主体2以盒形主体的形式制成的情况下，主导管3在主体2本身的中央部分中制成。优选地，主导管3沿着其延伸轴线延伸，该延伸轴线与主体2的延伸轴线“x”一致。

模块1限定用于输送燃料的次级导管5。次级导管5与主导管3相邻，并且在主导管3的第一区段7a和第二区段7b之间延伸。在附图中，第一区段7a在入口部分4a附近，并且第二区段7b在出口部分4b附近。

优选地，第一区段7a和/或第二区段7b具有比主导管3更大的径向延伸。换句话说，第一区段7a和/或第二区段7b具有比主导管3的圆形截面更大的圆形延伸。有利地，这种较大的圆形截面允许与次级导管5限定连接，并且同时允许获得燃料的均匀径向膨胀。

然而，在替代实施例中，第一区段7a和/或第二区段7b可以由主导管3向次级导管5的简单连接通道限定，或者在图6所示的另一实施例中，第一区段7a可以设置有铣削或孔10，通过该孔使流体与导管5连通。优选地，在图6中，可以看到布置在第一区段7a处的孔10的冠的截面图。有利地，在后一实施例中，孔10允许朝向导管5的输入流进一步稳定。

次级导管5适于与主导管3分离地将燃料的第二流“f2”从主导管3的第一区段7a输送至第二区段7b。

如图2所示，次级导管5相对于主导管3平行且间隔开。换句话说，次级导管5沿着其平行于主导管3的延伸轴线的延伸轴线“y”延伸，主导管3的延伸轴线与主体2的延伸轴线“x”一致。优选地，导管5具有7mm的直径。此外，导管5的内表面粗糙度具有小于或等于1.6微米的值(ra)。

优选地，次级导管5由在入口主体2a和主体2之间限定的第一伸展部、在主体2中实现的第二中央伸展部和由主体2和出口主体2b限定的第三伸展部限定。此外，次级导管5优选在流“f2”的入口处具有第一截锥形的会聚伸展部(角度在2.5°至2.8°之间)。

优选地，如附图所示，与主导管平行的次级导管5限定在主体2的中央部分的外围部分中。换句话说，如图2和图5所看到的，次级导管5限定在主体2的与主导管3径向间隔开的部分中。

可替代地，在未示出的模块1的实施例中，次级导管5由主体2外部的管限定。

联接到主体2的入口主体2a限定模块1的入口部分4a。

入口主体2a具有分配座(在图中在第一区段7a附近可识别)，该分配座适于将第一流“f1”和第二流“f2”分别引入主导管3和次级导管5。

换句话说，入口流“f”进入入口部分4a，入口流通过分配座分为燃料的第一流“f1”和第二流“f2”。

如已经提到的，分配座具有径向延伸的形状。换句话说，分配座是适于重新分配流“f”的圆形座。在附图中，分配座没有延伸超过主体2，并且其端部与次级导管5的入口部分一致。

在未示出的其中次级导管5在主体2的外部的实施例中，分配座被构造成利用管在入口主体2a的外部延伸，从而与限定次级导管5的外部管重新连接。

出口主体2b限定模块1的出口部分4b。

在未示出的其中次级导管5在主体2的外部的实施例中，限定次级导管5的管与主导管3重新接合，主导管3插入到主体2和出口主体2b之间，主导管3的形状适当以容纳所述管。换句话说，限定次级导管5的管在第二区段7b附近重新接合主导管3。

模块1还具有传感器6，该传感器6用于测量引入到次级导管5中的燃料的流量。测量传感器6是已知类型的，并且适于根据第二流“f2”来测量燃料的流量。

优选地，测量传感器6相对于第二流“f2”的前进方向(从入口部分4a到出口部分4b)横向延伸。换句话说，测量传感器6垂直于次级导管5。

如附图所示，测量传感器6伸入次级导管5中，以便被燃料的第二流“f2”撞击。此外，传感器支撑件的几何轮廓精确地遵循导管5的轮廓，具有相同半径，从而形成没有不平坦的连续表面。

在所描述的实施例中，测量传感器6适于通过主体2的腔6a安装，以便能够到达次级导管5和燃料的第二流“f2”。

优选地，测量传感器6配置成直接测量燃料流量，因为它是立即检测型传感器。换句话说，测量传感器6配置成实时地测量识别燃料流量的值。

优选地，燃料流量测量传感器6是热膜或热线型的风速计。

模块1还具有文丘里收缩装置8。在附图中，文丘里收缩装置8由具有至少一个会聚入口8d和发散出口的插入件限定。

优选地，会聚入口8d相对于文丘里收缩装置8的纵轴具有包括在40°和50°之间的倾斜角。倾斜角的选择取决于所使用的燃料的类型以及限定燃料本身的其它参数。特别地，根据本发明，文丘里收缩装置8是与主体2、2a、2b分离的主体，从而是可互换的。

文丘里收缩装置8布置在主导管3中，在第二区段7b附近或在第二区段7b处。在附图中，文丘里收缩装置8被保持在主体2和出口主体2b之间的锁定状态。换句话说，文丘里收缩装置8布置在出口部分4b附近。

文丘里收缩装置8具有通道区段8b，通道区段8b限定了具有最小横截面的通道间隙，次级导管5通向该通道间隙。通道区段8b和通道孔8c的尺寸构造成保证通过导管5的流的最佳速度范围(在传感器所处的位置优选包括在0至25m/s之间)。换句话说，文丘里装置8适于促进在所述第二区段7b中将第二流“f2”输送到第一流“f1”中。换句话说，文丘里装置8具有放置成与次级导管5流体连通的通道区段8b。

在图7、8、9中，可以看到模块1内部的(燃料)流体速度变化(浅色＝快速，深色＝缓慢)。如上所述，在文丘里收缩装置8处速度增加。

文丘里收缩装置8具有与主干导管3流体连通的入口截面8a，以允许第一流“f1”被引入文丘里收缩装置8本身。优选地，入口截面8a具有与主干导管3相同的尺寸。

换句话说，入口截面8a限定了文丘里收缩装置8的会聚入口8d的最大横截面，而通道区段8b则限定了会聚入口8d的最小横截面。

通道区段8b与主干导管3直接连接，允许第一流“f1”穿过通道区段8b本身。优选地，通道区段8b设有在图2中可见的开口8c，其允许将第二流“f2”引入文丘里收缩装置8中并且输送到第一流体“f1”中。

优选地，通道区段8b的横截面占导管3的横截面的50％至95％。通道区段8b和横截面的尺寸的选择取决于所用燃料的类型和需保持的通过传感器的流的速度值。

有利地，在模块1的组装期间，可以根据所使用的燃料和需在传感器处保持的流的速度范围来选择最合适的文丘里收缩装置8。换句话说，可以选择一种文丘里收缩装置8，其具有的会聚入口8d的倾斜角度和通道区段8b的横截面适合于此目的。

因此，仅通过改变部件8，就可以根据不同类型的流体及其通过导管3的不同流速，使通过传感器的流的最小和最大速度均匀化。换言之，用相似但具有不同的通道区段8b和8c的部件代替部件8，可以使穿过传感器的流的最小和最大速度均匀，而与流体的类型及其通过导管3的流量无关。

特别地，文丘里收缩装置8有利地用于克服现有技术中出现的缺点。

特别地，当燃料通过通道区段8b时，流“f1”的速度增加并且其压力相应减小。这样，第二流“f2”由文丘里收缩装置8吸入，从而导致第二流“f2”与第一流“f1”一起输送。

图10和11在横向和纵向平面上表示流体的压力变化(亮＝高压值，暗＝低压值)。还可注意到，在第二截面7b处，压力值相对于在第一截面7a处的压力值较低，使得第二流“f2”被向第一流“f1”吸引。

在图9至11中，可以看到，由于流体的径向扩散，在两个区段7a和7b的径向扩展处，流体本身的速度值非常低且均匀。

以这种方式，测量传感器6不受已知的不稳定性的影响，并且允许穿过模块1的流体的流被正确地测量。特别地，测量传感器6与其它部件隔离，并且通道区段8b中的速度的增加导致其中的压力减小，从而导致第二流“f2”成比例地吸入。换句话说，第二流“f2”是与流向燃烧区的燃料流的正常路径隔离的样本流，在通过文丘里收缩装置8获得的速度增加和压力减小之后，其允许通过测量传感器6正确测量燃料的总流量。

优选地，模块1或沿着其安装模块的导管可以包括布置在第一区段7a的上游的直线线性导管，该直线线性导管具有基本恒定的内径和预定的长度，以便进一步确立所供应的流体的流“f1”。

举例来说，这种线性导管的伸展部的直径等于主导管3的直径，并且其长度等于至少该主导管3的直径的五倍。

在使用期间，燃料流“f”通过入口部分4a进入模块1。在第一区段7a中，分配座在主导管3和次级导管5中重新分配流“f”。以这种方式，存在两个流“f1”和“f2”，其分别从入口部分4a流到出口部分4b，和从第一区段7a流到第二区段7b。在次级导管5中，燃料流量的测量传感器6不受流量扰动或影响(流量扰动或影响是由于沿将燃料引向燃烧区的路径的封闭流的偏差而造成的)所致的可能的变化影响，这是由于流“f2”在主流“f1”的外部，并且均匀地分布在区段7a和7b中。以这种方式，测量传感器6获得对燃料流量的正确和精确的测量，从而允许任何控制单元修改入口流量，从而获得燃烧器的最佳燃烧。

有利地，次级导管5和文丘里收缩装置8允许克服现有技术中出现的缺点，从而允许已知的传感器不受现有技术中出现的问题的影响。

优选地，如附图所示，模块1，特别是主体2，还包括另一导管9。另一导管9与主干导管3流体连通，并且横向于主干导管3本身。另一导管9包括燃料温度传感器9a。

优选地，另一导管9位于主干导管3的中央伸展部或入口伸展部中，远离出口部分4b。在附图中，另一导管9位于主干导管3的中央伸展部中。换句话说，另一导管9位于主干导管3中的位置不干扰文丘里收缩装置8。在导管9内部，形成了流“f3”，该流“f3”碰撞温度传感器。这种流是由与流“f2”形成的相同的文丘里效应产生的。

以这种方式，温度传感器9a能够正确地测量燃料的温度并将其传递到任何控制系统。

优选地，另一导管9终止于第二区段7b中，以便在该第二区段7b中排出流“f3”，以与流“f1”和“f2”重新结合。特别地，导管9末端有排放孔，该排放孔垂直于第二区段7b的放置平面(lyingplane)延伸。

可替代地，另一导管9可通过另外的孔或通道在主干导管3的另一区段或部分处排出。

本发明还涉及一种包括上述模块1的燃烧器(未示出)。

该燃烧器包括用于燃料的第一入口，入口阀被插入在第一入口中，用于供应燃料流量。燃烧器还包括用于助燃剂的第二入口和燃烧区。

第一入口和第二入口朝向燃烧区会聚。以此方式，向燃烧区供应燃料和助燃剂以产生燃烧。

在这种构造中，前述模块1插入在第一入口(特别是在入口阀单元)和布置在燃烧器1的燃烧头部上游的燃料调节阀之间。优选地，模块1插入在入口阀和燃烧区之间。

因此，燃料的流量的测量传感器6配置成提供流量值，以便能够根据所测得的流量值作用于调节阀。

优选地，燃烧器可以包括控制系统，该控制系统被配置成根据模块1所测量的值来调节该阀，从而获得用于获得适当燃烧的合适的燃料流量。

应当注意，测量传感器6配置成检测用作燃烧器的控制系统的当前燃料流量的参考的值。详细地，进入导管5的流体的流量与进入主干导管3的流体的流量不同，但是两者直接相关。由传感器6检测到的该值仅作为参考，以整体上为控制系统检测在该模块处的燃料流量的变化。

有利地，前述模块1和燃烧器能够消除现有技术中出现的缺点。

有利地，文丘里收缩装置8和次级导管5允许测量传感器6被隔离，从而测量传感器6获得精确的燃料流量值。

有利地，文丘里收缩装置8构造为获得在其通道区段8b附近的燃料流的速度的增加，从而获得第二流“f2”的成比例的吸入。

有利地，文丘里收缩装置8的通道区段8b中的增加的速度和第二流“f2”的成比例的吸入允许获得燃料的流量的精确测量，因为这允许测量传感器6不受在将燃料本身从第一入口带到燃烧区的路径中的受限流的不稳定变化、湍流、偏差的影响。