[发明专利]在燃烧过程中控制燃烧空气和燃料气体的混合比的方法和装置

说明书

本发明提供一种用于控制燃烧空气与气态燃料(也称为燃料气体)的混合比λ的装置，其中燃烧空气和燃料气体分别通过燃气供应管路和燃烧空气供应管路被输送到壳体的燃烧室。该装置包括设置在燃烧空气供应管路中、并处于与燃料气体结合之前或之后的泵，通常为调速风扇，以及设置在壳体上或壳体内的至少一个第一滤光器和至少一个第一光传感器。该装置通过非侵入式测量手段，即使对于不同成分的燃料气体，尤其当氢气被添加时，也可以精确地控制燃烧空气与燃料气体的混合比λ值，从而有利于使装置实现长使用寿命、简单维护和高操作可靠性。

技术领域

本发明涉及一种用于控制燃烧室内，尤其是热水设备或加热系统的燃烧室内的燃烧空气与燃料气体的混合比的方法和装置。通常，经由分配网络向遍布全国各地的终端用户提供燃料气体，并且整个欧洲范围内正在努力改变现有网络中的燃料气体的现有成分，例如通过添加氢气或者甚至仅通过更改燃气来源来实现。

背景技术

为了完全地清洁燃烧，燃烧空气与燃料气体的混合比(lambda或λ，下文统称为λ)很重要。至少足够的燃烧空气必须被添加，以便所有燃料气体都能反应。这种化学计量比用所谓的λ值为1来表示。在空气太少的混合比下，该值小于1，在空气过量时该值则大于1。出于不同的原因，λ值大于1，例如1.1至1.3，以针对用于此处描述的燃烧过程。在整个燃烧过程中，被认为对特定设备有利的值应尽可能保持准确，这就可能有必要调整λ值。

为此，例如根据德国专利申请DE 39 37 290 A1所披露的，测量燃烧室内的一火焰范围的电导率，并且以这样一种方式调节燃烧空气与燃料气体的混合比，即电导率保持在某个目标范围内或维持在某个目标值。例如，欧洲专利申请EP 1 154 202 A2披露了一种用于具有电离电极的燃烧器的相应控制装置。基于等离子物理学中使用的朗缪尔探针(Langmuir Probe)，测量电导率使用的电离电极也是朗缪尔探针。由于这种测量方法是侵入式的，意味着燃烧会受电极插入的影响。

已知的规定通常是针对具有固定成分和固定发热量的某种燃料气体而设计的，因此，如果在不进行维护和重新调整的情况下改变燃料气体，就不能继续正确地调节燃烧过程。如果按照整个欧洲的计划，将另一种燃料气体输入分配网络或将氢气添加到分配网络，则必须根据现有技术水平安装新设备。它们可能会因为成分频繁地变化而不能充分反应，从而导致不充分燃烧、污染物排放或者甚至是安全问题。

然而，已经表明，在燃烧期间，不仅发出可见范围内的光，即所谓的热辐射，而且还发出仅存在少量热辐射的紫外线范围内的光，发射辐射是由化学反应激发的各种分子团产生的。尤其值得注意的是CH*自由基和OH*自由基，即在燃烧过程中产生并被激发发射辐射的具有特殊化学和物理性质的分子残基。可以针对这两种类型的自由基选择性过滤该辐射，并使用光学传感器(紫外线敏感的半导体传感器)以非侵入方式对其进行观察。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装置和方法，该装置和方法通过非侵入式测量手段，即使对于不同成分的燃料气体，尤其当氢气被添加时，也可以精确地控制燃烧空气与燃料气体的混合比λ值，从而有利于使装置实现长使用寿命、简单维护和高操作可靠性。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于控制燃烧空气与气态燃料(也称为燃料气体)的混合比λ的装置，其中燃烧空气和燃料气体分别通过燃气供应管路和燃烧空气供应管路被输送到壳体的燃烧室。该装置包括设置在燃烧空气供应管路中、并处于与燃料气体结合之前或之后的泵，通常为调速风扇，以及设置在壳体上或壳体内的至少一个第一滤光器和至少一个第一光传感器。

第一滤光器优选为可选择性地透射至少一个给定的波长范围的光或者仅反射该波长范围的光。可以考虑所有类型的选择性滤光片，特别是光栅，光学选择性镜，选择性玻璃或选择性涂层，从而滤光片和传感器的组合也是可能的，例如通过合适的玻璃外壳或传感器涂层。如果要观察两个波长范围，则优选地使用两个滤光器和两个传感器。出于安全或冗余的考虑，可以使用多个传感器和/或滤光器。