[发明专利]燃烧器的控制系统

说明书

一种控制炉的操作的方法包含监视穿过热交换器的压降，该炉具有预混合燃烧器、热交换器以及热交换器下游的诱导式鼓风机。响应于所监视的压降而控制诱导式鼓风机的速度以因此控制经过炉的质量流。

相关申请

本申请主张2017年2月17日申请的第62/460,166号美国临时申请的优先权，其中所述美国临时申请全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及炉控制器，并且更具体来说涉及用于控制具有诱导式鼓风机的炉中的质量流和噪声的系统。

背景技术

所有燃烧系统具有某些手段以控制燃料和燃料空气流的比率以便实现期望的燃料结果。在家用炉中，最简单的方法是使用伺服控制的气阀，该伺服控制的气阀调节固定孔口的上游的歧管压力并且与孔口耦接，从而控制从固定速度燃烧空气鼓风机输送的空气。此方法极具成本效率并对平焰燃烧器(in-shot burner)的典型使用提供充分控制，借此，可在不同现场设定中容忍燃料和燃烧空气的质量流的变化。

这些控制系统随着调整输入设备的出现而变得较复杂，其中经过设备的输入速率变化以满足结构的加热需求。在这些系统中，空气和燃料必须同时被调整以在整个调整范围内维持期望燃烧特性。为了满足这些要求，已研发出许多控件和算法，其包含调整气阀、可变速度燃烧鼓风机电机、压力和质量流传感器。在北美，已研发出这些系统以支持炉产业，主要集中在应用到间接强制空气加热应用的诱导式通风平焰燃烧器配置。

随着要求NO_x排放处于10-12ppm范围中的法规的通过，已在此产业中良好服役多年的传统平焰燃烧器不再能够满足新规定的燃烧要求。为了实现这些“超低NO_x”(ULN)排放标准，产业已转向能够满足标准的预混合燃烧器。预混合燃烧器没什么新意，这是因为它们已在包含家用热水锅炉在内的应用中使用多年。

然而，预混合燃烧器在北美针对家用暖风炉的应用必须与用于锅炉和其它应用中的预混合燃烧设备有不同的设计。北美炉市场要求热交换器的烟道侧相对于系统的空气侧维持在负压下。这是旧有设计要求以确保：如果存在热交换器故障，那么燃烧产物(包含致命的一氧化碳)经由分配管道系统中的循环空气而进入居住空间的可能性降低。因此，家用炉中的预混合燃烧器被配置成诱导式通风的以满足此旧有要求。这由于燃烧器和燃烧空气鼓风机的特性、用于控制这些装置的可用方式以及市场的成本敏感性质而面临工程设计方面的难题。

与平焰燃烧器(对其操作在的空气/燃气混合物的变化极其宽容)相比，预混合燃烧器在严格得多的空气/燃料比率下才能正确地工作。如果预混合燃烧器在过浓的空气/燃料比率下运行，它将无法实现所需的燃烧性能。如果在过稀的空气/燃料比率下运行，那么火焰可变得不稳定，并从燃烧器蹿升。

当燃烧器应用在动力燃烧器应用中时，这通常不成问题，因为燃烧空气进入燃烧器的上游的鼓风机并因此在温度、密度和组成方面处于可预测且一定程度稳定的条件下。但在诱导式通风系统中，燃烧鼓风机处于燃烧器和燃烧室的下游，因此观察到烟道气体的温度和组成的显著改变，这导致密度和质量流改变。

此外，在预混合燃烧器的诱导式通风系统中，通常用在家用炉中的热交换器呈管状设计，这提供用于燃烧产物的导管并提供用于热传递的热交换器表面。因此，每一管路能够在特定频率下并在特定质量流下产生特定的可闻音调。这些谐振频率中的一些在操作条件期间发生并产生不良的噪声水平。

通常，使用“软启动”策略，其中燃烧器在较低速率下点燃，并且接着一旦系统已变暖并稳定，速率便增大到期望水平。然而，此做法要求燃烧器系统能够调整操作速率(通常，调整燃烧空气与燃料两者)，以便维持相对恒定的空气/燃料比。这不期望地增大复杂程度和成本，因为这些系统需要调整的气阀、调整的燃烧空气鼓风机电机以及因此控制这些元件的复杂控件。

发明内容