CN112805504A - 调节气体混合物的混合比的装置 - Google Patents
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Abstract
用于调节气体混合物的混合比(x)的调节装置包括用于携载第一气体(例如，空气)的流的第一导管(1)和用于携载第二气体(例如，燃料气体)的流的第二导管(2)。第一导管和第二导管(1，2)伸展进入混合区域(M)中的公共导管(3)，以形成气体混合物。第一传感器(SI)被配置成确定混合区域下游的气体混合物的至少一个热参数。控制装置(10)被配置成从第一传感器接收指示气体混合物的至少一个热参数的传感器信号，并基于至少一个热参数得出用于调整装置(VI)的控制信号，该调整装置起调整混合比的作用。
Description
技术领域
本发明涉及用于调节包括第一气体和第二气体的气体混合物的混合比的装置以及相应的方法。
背景技术
关键量——其用于适当地操作气动式能量转换器例如气体燃烧器或者诸如气体发动机或气体马达的内燃发动机——是提供给能量转换器的空气-燃料混合物中的混合比。混合比可以以不同的方式被定义。在本说明书中，混合比表示为燃料在空气-燃料混合物中的v/v浓度。然而，可以使用任何其他定义。如果燃料浓度太高，则可能会形成烟灰。另一方面，如果燃料浓度太低，则可能导致能量转换器的性能降低。因此，应仔细调节混合比。
US 6,561,791 B1公开了一种用于气体燃烧器的调节系统。燃料气体流和燃烧空气流被引导至燃烧器。根据燃烧空气流中的压力来调节燃料气体流。为此，在燃料气体流与燃烧空气流之间布置差压传感器。传感器生成电子信号，该电子信号用于调节燃料气体的气体阀。
EP 2 843 214 A1公开了一种用于在气动式能量转换器厂中调节氧载体气体(oxygen carrier gas)与燃料气体之间的混合比的方法。为了调节混合比，检测氧载体气体和/或燃料气体的质量流量或体积流量。使用传感器来确定燃料气体的至少两个物理参数，例如其质量流量或体积流量以及其热导率或热容。根据这些物理参数确定混合比的期望值。期望值用于调节混合比。
US 5,486,107 B1公开了一种用于控制燃烧系统的燃烧室中的空气和燃料气体的混合物的燃烧控制器。燃烧控制器基于来自各种传感器的传感器输入，通过打开和关闭燃料导管中的燃料阀以及通过打开和关闭空气导管中的空气挡板来控制混合物。这些传感器包括在燃料导管中和空气导管中用于测量燃料和空气的流量特性的流量传感器。传感器还包括在燃料导管中用于测量燃料的热参数的附加传感器，该传感器凹入在燃料导管的端闭腔中，使得其不暴露于直流(direct flow)。传感器还可以包括压力传感器和温度传感器。
在这些现有技术系统中，混合比的调节基于从空气和燃料气体被混合的点向上游的空气和燃料气体流的流量测量结果。然而，由于各种原因，这可能是有问题的。第一，空气流速通常远大于燃料气体流速，混合物中的典型燃料浓度在仅10％v/v的范围上。这对用于空气和燃料流的流量传感器提出了不同的要求。第二，现代的气体燃烧器可以具有高的动态加热范围，最大燃料需求与最小燃料需求之间的比例可能容易超过10：1或甚至20：1。出于此原因，用于空气和燃料流的流量传感器中的每一个需要覆盖大流量范围。同时，对于所有操作条件都要求最高的精度和长期稳定性。当前可用的流量传感器通常不能满足这些高要求。
对于除了燃料气体和空气之外的其他气体的混合，特别是对于功能气体和氧载体气体的混合，例如对于气态麻醉剂和空气的混合，也存在类似的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种调节装置，该调节装置即使在第一气体和第二气体的流速之间存在较大差异的情况下也能够在气体的绝对流速的宽动态范围内实现对第一气体与第二气体之间的混合比的可靠且准确的控制。
该目的通过具有权利要求1的特征的调节装置来实现。本发明的其他实施方式在从属权利要求中给出。
提出了一种用于调节包括第一气体和第二气体的气体混合物的混合比的调节装置，该装置包括：
第一导管，其用于携载第一气体的流；
第二导管，其用于携载第二气体的流，第一导管和第二导管伸展进入(open outinto)混合区域中的公共导管以形成气体混合物；
调整装置，其用于调整气体混合物的混合比；以及
控制装置，其被配置成得出用于调整装置的控制信号。
调节装置包括第一传感器，该第一传感器被配置成确定混合区域下游的气体混合物的至少一个热参数。控制装置被配置成从第一传感器接收指示气体混合物的至少一个热参数的传感器信号，并基于至少一个热参数来得出用于调整装置的控制信号。热参数具体可以是指示气体混合物的热导率λ、热扩散率D、比热容cp或体积比热容cpρ或其任何组合的参数。
根据本发明，提出对混合区域下游的气体混合物的至少一个热参数进行测量，并将该参数用于控制混合比。热参数的值通常将取决于气体混合物中第一气体与第二气体之间的混合比。关键优点是，所测量的热参数通常将独立于混合物的流速。因此，传感器始终独立于流速地在大致相同的工作点处操作，并且所提出的调节装置可以适应较大的动态加热范围，而不会影响精度。
在许多应用中，第二气体的流速将远低于第一气体的流速。然后，所提出的对气体混合物的至少一个热参数的测量基本上对应于对第二气体在气体混合物中的浓度的确定。该装置可以被相应地配置。特别地，第二导管的截面面积可以比第一导管的截面面积小得多。在一些实施方式中，第一导管的最小截面面积(即，导管的最窄位置处的截面面积)是第二导管的最小截面面积的至少五倍。调节装置可以包括用于将第二气体的流注入到混合区域中的第一气体的流中的一个或更多个喷嘴。这是有用的，因为主流将是第一气体的流。注入方向可以是轴向的、径向的或处于相对于第一气体的流的方向的任何其他角度，该第一气体紧邻混合区域的上游。
在一些实施方式中，第一气体可以是氧载体气体，并且第二气体可以是要与氧载体气体混合的一些功能气体。例如，第一气体可以是空气或空气和排气的混合物，并且第二气体可以是燃料气体，具体是天然气。作为另一示例，第一气体可以是天然空气、富含氧的空气、氧与一种或更多种惰性气体的任何其他混合物或纯氧气，并且第二气体可以是医用气体，具体是麻醉剂如异氟烷。调节装置可以具体被配置成与这样的气体一起使用。例如，与对于用于医院中分配麻醉剂的医疗装置相比，对于气体燃烧器应用中的调节装置将使用不同的连接器和不同的材料。
在一些实施方式中，调整装置包括用于调整第二气体在第二导管中的流速的控制阀。在其他实施方式中，调整装置可以包括可控制的风扇或泵，以控制第二气体在第二导管中的流速。另外地或在替选方案中，调整装置可以包括阀、翻板或可控制的风扇或泵，以控制第一气体在第一导管中的流量。
在有利的实施方式中，第一传感器被配置成确定气体混合物的多于一个的热参数。特别地，第一传感器可以被配置成确定气体混合物的至少两个热参数，这些热参数一起指示气体混合物的热导率和热扩散率。
然后，控制装置可以被配置成考虑所述至少两个热参数。这可以以不同的方式完成。例如，控制装置可以被配置成确定从由第一传感器确定的至少两个热参数得出的组合参数，并且基于该组合参数得出控制信号。在其他实施方式中，控制装置可以被配置成基于由第一传感器确定的热参数中的第一热参数例如基于热导率得出控制信号，并基于由第一传感器确定的热参数中的第二热参数例如基于热扩散率执行一致性检查。控制装置可以被配置成如果一致性检查指示第二热参数与第一热参数不一致则发出错误信号。错误信号可以使调整装置切断燃气气体流。以这种方式，可以增加安全性。
第一传感器不仅可以用于调节混合比，而且还可以用于确定第一气体的密度或压力。特别地，控制装置可以被配置成执行以下过程：
将调整装置设置为参考状态，在该参考状态下，第二气体的流被中断，而第一气体的流具有非零流速；
从第一传感器接收传感器信号，传感器信号指示第一气体在参考状态下的至少两个热参数；以及
基于第一气体在参考状态下的至少两个热参数，确定指示第一气体在参考状态下的密度或压力的压力参数。
特别地，如果从其他来源已知第一气体的比热容，则可以容易地从其热导率以及其热扩散率计算出第一气体的密度。为了从第一气体的密度计算第一气体的绝对压力，可能需要知道其温度。为此，第一传感器可以被配置成测量其所暴露的气体的温度，并且控制装置可以被配置成不仅基于第一气体的至少两个热参数而且基于由第一传感器确定的第一气体的温度来确定压力参数。
使用第二气体的已知比热容并可能测量其温度，也可以对第二气体执行相同的过程。
在有利的实施方式中，控制信号基于差分测量，该差分测量将由第一传感器确定的气体混合物的热参数与也由第一传感器确定的第一气体的热参数进行比较。以这种方式，可以大大消除第一传感器的校准误差。为此，控制装置可以被配置成执行以下过程：
将调整装置设置为参考状态，在该参考状态下，第二气体的流被中断，而第一气体的流具有非零流速；
从第一传感器接收传感器信号，传感器信号指示第一气体在参考状态下的至少一个热参数；
将调整装置设置为操作状态，在该操作状态下，第二气体的流和第一气体的流二者具有非零流速；
从第一传感器接收传感器信号，传感器信号现在指示气体混合物在操作状态下的至少一个热参数；以及
基于气体混合物在操作状态下的至少一个热参数与第一气体在参考状态下的至少一个热参数的比较得出控制信号。可以例如通过形成气体混合物和第一气体的热参数的差或商来进行比较。
调节装置可以包括用于将气体混合物运输至使用点的风扇。术语“风扇”应广义地理解为涵盖能够驱动气体流的任何种类的鼓风机或泵。在一些实施方式中，风扇可以布置在混合区域的下游，例如布置在公共导管的下游端处。在其他实施方式中，风扇可以布置在混合区域的上游，例如布置在第一导管的上游端处。如果风扇布置在混合区域的下游，则第一传感器可以有利地集成到风扇中。
第一传感器可以用于检测阻塞或风扇的故障。为此，控制装置可以被配置成执行以下过程：
在第二气体的流被中断时，以多个不同的功率水平操作风扇；
对于每个功率水平，基于从第一传感器接收的传感器信号确定压力参数，压力参数指示第一气体在所述功率水平下的密度或压力；以及
基于不同功率水平下的压力参数，得出指示是否发生阻塞或风扇故障的阻塞信号。
控制装置可以被配置成：如果阻塞信号指示已发生阻塞或风扇故障，则输出错误消息和/或关闭风扇和/或将调整装置设置为第一气体和/或第二气体的流停止的状态。
为了改善气体混合物的均质性，调节装置可以包括布置在混合区域下游和第一传感器上游的公共导管中的旋流元件，旋流元件被配置成在气体混合物中产生涡流。
除了第一传感器之外，可以通过采用一个或更多个其他传感器确定第一气体和/或第二气体的一个或更多个热参数来简化和改善调节。
特别地，调节装置可以包括第二传感器，第二传感器被配置成确定第一气体的至少一个热参数。第二传感器可以布置在混合区域的上游的第一导管中。在其他实施方式中，第二传感器可以布置在旁路混合区域的旁路中。控制装置可以被配置成从第二传感器接收指示第一气体的至少一个热参数的传感器信号，并基于从第一传感器和第二传感器二者接收的传感器信号得出控制信号。换言之，控制装置可以被配置成考虑气体混合物的由第一传感器确定的和第一气体的由第二传感器确定的二者的一个或更多个热参数。特别地，控制装置可以被配置成通过以下操作来对气体混合物和第一气体进行差分测量：基于由第一传感器确定的气体混合物的至少一个热参数与由第二传感器确定的第一气体的至少一个热参数的比较——例如通过形成这些热参数的差或商——得出控制信号。
在有利的实施方式中，第二传感器用于确定第一气体的密度和/或压力。为此，第二传感器可以被配置成确定至少两个热参数，由第二传感器确定的至少两个热参数一起指示第一气体的热导率和热扩散率，并且控制装置可以被配置成基于由第二传感器确定的至少两个热参数得出指示第一气体的密度或压力的氧载体压力参数。以这种方式，获得附加的诊断参数，所述参数对于监控调节装置的操作是有用的。
在有利的实施方式中，第二传感器不仅用于对气体混合物和第一气体进行差分测量，而且还用于执行一致性检查。为此，第一传感器可以被配置成确定至少两个热参数，由第一传感器确定的至少两个热参数一起指示混合物的热导率和热扩散率。第二传感器可以被配置成确定至少两个热参数，由第二传感器确定的至少两个热参数一起指示第一气体的热导率和热扩散率。控制装置可以被配置成基于由第一传感器和第二传感器确定的热参数中的一个例如热导率的比较得出控制信号，并且基于由第一传感器和第二传感器确定的至少两个热参数中的另一个例如热扩散率的比较执行一致性检查。
除了气体的热参数之外，第一传感器和第二传感器二者可以被配置成确定传感器所暴露于的相应气体的温度。特别地，第一传感器可以被配置成确定气体混合物的温度，并且第二传感器可以被配置成确定第一气体的温度。然后，控制装置可以被配置成基于气体混合物和第一气体的温度的比较执行一致性检查。这些温度应至少类似。如果将第一传感器和第二传感器安装在导热的公共载体上，例如在公共印刷电路板上，则期望由第一传感器和第二传感器确定的温度之间的差异甚至更小。
在一些实施方式中，调节装置可以考虑第二气体的一个或更多个热参数。为此，调节装置可以包括第三传感器，第三传感器被配置成确定第二气体的至少一个热参数。第三传感器可以布置在混合区域的上游的第二导管中。控制装置可以被配置成从第三传感器接收指示第二气体的至少一个热参数的传感器信号，并且基于从第一传感器和第三传感器二者接收的传感器信号得出控制信号。
调节装置还可以包括所有三个传感器，即用于确定气体混合物的一个或更多个热参数的第一传感器、用于确定第一气体的一个或更多个热参数的第二传感器和用于确定第二气体的一个或更多个热参数的第三传感器。控制器可以被配置成例如执行气体混合物与第一气体之间以及第一气体与第二气体之间的差分测量。为此，控制器可以被配置成将由第一传感器确定的气体混合物的热参数与由第二传感器确定的第一气体的热参数进行比较，并且将第一气体的所述热参数与由第三传感器确定的第二气体的热参数进行比较。比较可以涉及形成相应热参数的差或商。
调节装置可以由一个或更多个质量流量计补充。特别地，调节装置可以包括第一导管中的第一质量流量计和/或第二导管中的第二质量流量计，并且控制装置可以被配置成基于来自第一质量流量计和/或第二质量流量计的质量流量信号确定指示第一导管和/或第二导管中的质量流量的一个或更多个质量流量参数。控制装置可以被配置成在得出控制信号时考虑这样的质量流量参数。在其他实施方式中，如果第一气体是氧载体气体并且第二气体是燃料气体，则控制装置可以被配置成基于一个或更多个质量流量参数确定指示气体混合物流的加热功率的加热功率参数。
也可以通过执行第一导管与第二导管之间的差压测量来确定通过第一导管或第二导管的质量流量。为此，调节装置可以包括在第一导管或第二导管中的流量限制器和被配置成确定在流量限制器上游的第一导管与第二导管之间的差压的差压传感器。控制装置可以被配置成基于来自差压传感器的差压信号来确定指示第一导管或第二导管中的质量流量的质量流量参数。
本发明还提供调节包括第二气体和第一气体的气体混合物的混合比的相应方法。该方法包括：
产生第一气体的流；
产生第二气体的流；
通过在混合区域中混合第一气体和第二气体的流来形成气体混合物；
使用第一传感器来确定混合区域下游的气体混合物的至少一个热参数；以及
基于至少一个热参数，调整混合比。
调整混合比可以包括例如操作用于调整第二气体的流速的控制阀。
如上面更详细地说明的，可以使用第一传感器来确定气体混合物的至少两个热参数，至少两个热参数一起指示气体混合物的热导率和热扩散率，并且可以在调整混合比时考虑气体混合物的至少两个热参数。特别地，可以基于由第一传感器确定的热参数中的一个调整混合比，并且可以基于由第一传感器确定的热参数中的另一个执行一致性检查。
如上面更详细地说明的，该方法的有利实施方式包括：
创建参考状态，在该参考状态下，第二气体的流被中断，而第一气体的流具有非零流速；
从第一传感器接收传感器信号，传感器信号指示第一气体在参考状态下的至少两个热参数；以及
基于第一气体在参考状态下的至少两个热参数，确定指示第一气体在参考状态下的密度或压力的压力参数。
如上面更详细地说明的，该方法的有利实施方式包括：
创建参考状态，在该参考状态下，第二气体的流被中断，而第一气体的流具有非零流速；
从第一传感器接收传感器信号，传感器信号指示第一气体在参考状态下的至少一个热参数；
创建操作状态，在该操作状态下，第二气体的流和第一气体的流二者具有非零流速；
从第一传感器接收传感器信号，传感器信号指示气体混合物在操作状态下的至少一个热参数；以及
基于气体混合物在操作状态下的至少一个热参数和第一气体在参考状态下的至少一个热参数的比较调整混合比。
如以上更详细地说明的，该方法可以包括使用风扇来将气体混合物运输至使用点。该方法然后可以包括：
在第二气体的流被中断时，以多个不同的功率水平操作风扇；
对于每个功率水平，从由第一传感器确定的传感器信号得出压力参数，压力参数指示第一气体在所述功率水平下的密度或压力；以及
基于不同功率水平下的压力参数，得出指示是否发生阻塞或风扇故障的阻塞信号。
如以上更详细地说明的，该方法还可以采用用于确定第一气体的一个或更多个热参数的第二传感器。特别地，该方法可以包括：
使用第二传感器来确定在混合区域上游的第一气体的至少一个热参数；以及
基于由第一传感器确定的气体混合物的至少一个热参数和由第二传感器确定的第一气体的至少一个热参数调整混合比。
如上面更详细地说明的，第二传感器可以用来确定第一气体的密度或压力。特别地，该方法可以包括由第二传感器确定至少两个热参数，由第二传感器确定的至少两个热参数一起指示第一气体的热导率和热扩散率，以及基于由第二传感器确定的至少两个热参数得出氧载体压力参数，氧载体压力参数指示第一气体的密度或压力。
如上面更详细地说明的，第二传感器可以用来执行一致性检查。特别地，该方法可以包括：
使用第一传感器来确定气体混合物的至少两个热参数，由第一传感器确定的至少两个热参数一起指示气体混合物的热导率和热扩散率；以及
使用第二传感器来确定第一气体的第一热参数和第二热参数，由第二传感器确定的至少两个热参数一起指示第一气体的热导率和热扩散率；
基于由第一传感器和第二传感器确定的热参数中的一个的比较调整混合比；以及
基于由第一传感器和第二传感器确定的热参数中的另一个的比较执行一致性检查。
如上面更详细地说明的，该方法可以包括：
使用第一传感器来确定气体混合物的温度；
使用第二传感器来确定第一气体的温度；以及
基于气体混合物和第一气体的温度比较执行一致性检查。
如上面更详细地说明的，该方法还可以包括：
使用第三传感器来确定第二气体的至少一个热参数；以及
基于由第一传感器确定的气体混合物的至少一个热参数和由第三传感器确定的第二气体的至少一个热参数调整混合比。
如上面更详细地说明的，该方法还可以包括测量第一气体的质量流速和/或第二气体的质量流速。测量这些质量流速之一可以包括：
使第一气体流或第二气体流穿过流量限制器；
确定流量限制器上游的第一气体与第二气体之间的差压；以及
基于所述差压确定指示第一气体或第二气体的质量流速的质量流量参数。
如上面更详细地说明的，在一些实施方式中，第二气体可以是燃料气体。在其他实施方式中，第二气体可以是医用气体，例如气态麻醉剂。在一些应用中，气体混合物随后可以用于医疗程序中，例如以开始或维持人体或动物体内的麻醉。在其他实施方式中，第二气体不是医用气体，并且气体混合物随后不在医疗程序中使用。在某种程度上，通过在人体或动物体上进行的外科手术或疗法对人体或动物体进行治疗的方法被排除在管辖区内的可专利性范围之外，这样排除的方法应理解为在这种管辖区内被本发明的范围公开否认。
附图说明
下面参照附图描述本发明的优选实施方式，所述附图是为了说明本发明的当前优选实施方式的目的，而不是为了限制本发明的目的。在附图中：
图1以高度示意性的方式示出了包括根据第一实施方式的调节装置的气体燃烧器；
图2以高度示意性的方式示出了根据第二实施方式的调节装置；
图3示出了根据第一实施方式的调节混合比的方法的流程图；
图4示出了检查是否发生阻塞或风扇故障的方法的流程图；
图5以高度示意性的方式示出了根据第三实施方式的调节装置；
图6示出了根据第二实施方式的调节混合比的方法的流程图；
图7以高度示意性的方式示出了根据第四实施方式的调节装置；
图8以高度示意性的方式示出了根据第五实施方式的调节装置；
图9以高度示意性的方式示出了根据第六实施方式的调节装置；
图10以高度示意性的方式示出了根据第七实施方式的调节装置；
图11以高度示意性的方式示出了可以与本发明结合使用的微热传感器；以及
图12以高度示意性的方式示出了可以与本发明结合使用的控制装置的框图。
具体实施方式
利用单个传感器调节混合比
图1以高度示意性的方式示出了气体燃烧器。气体混合物通过一个或更多个燃烧器喷嘴21进入燃烧室22。废气通过排气管23离开燃烧室。
气体混合物的供应由调节装置R调节。调节装置R包括空气导管1和燃料气体导管2，空气通过空气导管进入调节装置，燃料气体例如天然气通过燃料气体导管进入调节装置。燃料气体导管2中的燃料气体流通过呈燃料控制阀V1形式的调节装置来调节。在混合区域M中，燃料气体导管2伸展进入空气导管1，以形成包括燃料气体和空气的可燃气体混合物。空气导管1的在燃料气体流注入到空气流中的点的下游的部分可以被认为是用于气体混合物的公共导管3。在公共导管3的下游端布置风扇4，以将气体混合物从公共导管3运输至燃烧器喷嘴21。
用于确定气体混合物的一个或更多个热参数的第一传感器S1布置在混合区域M下游和风扇4上游的公共导管3中，使得传感器S1暴露于气体混合物。有利地，传感器S1以如下方式被布置和/或配置，该方式使得气体混合物在公共导管3中的定向流不直接越过传感器S1。例如，传感器S1可以被容纳在公共导管3的侧壁中的端闭凹部中。另外地或在替选方案中，传感器S1可以由渗透膜保护，该渗透膜仅允许公共导管3与传感器S1之间的扩散气体交换，从而防止气体混合物的定向流越过传感器S1。
控制装置10从第一传感器S1接收传感器信号。基于传感器信号，控制装置10得到用于调整燃料控制阀V1的开口度的控制信号。控制装置10还调整风扇4操作的电功率。
图2示出了调节装置的替选实施方式。在该实施方式中，第一传感器S1被集成到风扇4中，即其被包含在风扇4的壳体内。在其他实施方式中，传感器S1可以被布置在风扇4的下游。
图3示出了根据第一实施方式的使用如图1或图2中示出的调节装置来调节气体混合物的混合比的方法。
在步骤101中，关闭燃料控制阀V1，同时使风扇4以某个预定的风扇功率或风扇速度操作，以使空气流过空气导管1和公共导管3。
在步骤102中，操作第一传感器S1以确定现在通过公共导管3的空气的热导率λair和热扩散率Dair。
在步骤103中，打开燃料控制阀V1以允许燃料气体流进入空气流。
在步骤104中，操作第一传感器S1以确定所得气体混合物的热导率λmix和热扩散率Dmix。
在步骤105中，确定气体混合物的混合比x。这可以如下进行。出于本讨论的目的，混合比x可以被定义为燃料气体在气体混合物中的v/v浓度。使用该定义，良好近似地，热导率λmix线性地取决于混合比x：
λmix＝x·λfuel+(1-x)·λair 式(1)
对于x求解式(1)导致：
x＝(λmix-λair)/(λfuel-λair) 式(2)
λair和λmix的值从步骤102和104中的测量中获知。不直接测量λfuel的值；然而，可以使用代表性燃料气体(例如，“平均”天然气)的预定值。
注意，热扩散率不进入式(2)，即，热扩散率提供冗余信息。此外，良好近似地，热扩散率Dmix线性取决于混合比x：
Dmix＝x·Dfuel+(1-x)·Dair 式(3)
使用该关系，通过检查热扩散率Dmix的测量值是否对应于由式(3)使用式(2)所确定的混合比x的值计算的期望值来在步骤106中执行一致性检查。为了一致性检查，可以使用代表性燃料气体的Dfuel的预定值。如果Dmix的测量值与计算值之间的差ΔD超过阈值ΔDmax，则控制装置10输出错误消息，并且关闭燃料控制阀V1作为安全措施。
在步骤107中，执行控制算法，其中将从传感器S1的传感器信号确定的实际混合比(控制算法的过程变量)与期望的混合比(控制算法的设定点)进行比较，并且相应地确定气体控制阀V1的新设置。可以采用任何已知的控制算法，例如，公知的比例-积分-微分(PID)控制算法。
然后，该过程循环回到步骤103，在步骤103中，燃料控制阀V1根据新设置进行操作。
使用传感器S1来确定空气压力
如在步骤102中确定的空气在公共导管3中的热导率λair和热扩散率Dair的值可以用于如下确定空气的密度ρair和/或压力pair。气体的热扩散率D通过下式与其热导率λ、其密度ρ以及其比热容cp有关：
D＝λ/(cpρ) 式(4)
如果热导率和热扩散率二者已知，则可以使用式(4)来轻松计算体积比热容cpρ。如果从另一来源已知气体的比热容cp，则可以针对密度ρ求解上式。如果还已知气体的温度T，则可以容易地通过关系式p＝ρRspecT来确定气体压力p，其中Rspec是气体的比气体常数。
干燥空气的等压比热容cp是公知的，并且几乎与正常条件下的温度和压力无关。干燥空气的比气体常数Rspec也是公知的。因此，通过在步骤102中测量空气的热导率λair和热扩散率Dair，可以确定空气的密度ρair。如果还已知空气温度Tair，则还可以确定空气压力pair。为了确定空气温度Tair，可以在绝对温度模式下操作第一传感器S1，或者可以在空气导管1和/或公共导管3中设置单独的温度传感器(未示出)。对于潮湿空气，可以施加适当的校正，如本领域所公知的那样。为了能够施加这样的校正，可以在空气导管1和/或在公共导管3中设置湿度传感器，以用于确定空气的相对湿度。
使用传感器S1来检测风扇故障或阻塞
以这种方式确定的空气密度ρair或空气压力pair可以用作进一步的诊断参数。例如，空气密度ρair或空气压力pair可以用于检测风扇4的故障或空气导管1或公共导管3的阻塞。
图4中示出了用于检测这样的故障或阻塞的可能方法。在步骤201中，关闭燃料控制阀V1。在步骤202中，将提供给风扇4的电功率设置为某个非零值。因此，空气将通过公共导管3。在步骤203中，使用第一传感器S1来确定空气在该风扇功率下的热导率λair、热扩散率Dair和空气温度Tair。在步骤204中，从如上所述的这些参数确定空气压力pair或空气密度。对于预定数目的不同风扇功率，系统地重复该过程。然后将空气压力pair或空气密度对风扇功率的依赖性与预期的依赖性进行比较以获得阻塞参数B。特别地，在图1和图2的配置中，由于风扇4产生的吸气作用，预期空气压力pair随着随风扇功率增加而略有下降。如果空气压力下降得比预期的大得多，则这指示传感器S1上游的空气导管1或公共导管3中阻塞。如果空气压力完全没有下降，则这指示风扇4下游存在阻塞或风扇4发生故障。阻塞参数从测量数据得出。例如，阻塞参数B可以对应于通过对与所测量的空气压力pair与相关联的风扇功率相比相对应的数据对进行线性回归分析而获得的最佳拟合线的斜率。
旋流元件
在图5的实施方式中，在混合区域M下游和/或在混合区域M中的公共导管1中设置可选的旋流元件5。旋流元件用于产生涡流，以改善空气-燃料混合物的均质性。
在空气导管和/或燃料导管中使用其他传感器；旋流元件
可以在空气导管1和/或燃料导管2中设置其他传感器。这也在图5中示出。在该示例中，在混合区域M上游的空气导管1中设置第二传感器S2。另外地或在替选方案中，在燃料控制阀V1的下游和混合区域M的上游的燃料导管2中设置第三传感器S3。像第一传感器S1一样，通过将每个传感器设置在相应导管的壁的端闭凹部中和/或通过用透气膜保护每个传感器，第二传感器S2和/或第三传感器S3也有利地被保护免受直接暴露于相应的气体流。
图6示出了使用传感器S1以及传感器S2和S3来调节混合比的可能方法。
在步骤301中，操作燃料控制阀V1以提供燃料气体的非零流量。
在步骤302中，操作传感器S1以确定气体混合物在混合区域M下游的公共导管3中的热导率λmix、热扩散率Dmix和温度Tmix。
在步骤303中，操作传感器S2以确定空气在混合区域M上游的空气导管1中的热导率λair、热扩散率Dair和温度Tair。
在步骤304中，从这些量确定空气压力pair。如从传感器S2的信号确定的空气压力pair或空气密度可以用作附加的诊断参数。特别地，空气压力pair或空气密度可以用于检测阻塞或风扇4的故障。例如，空气压力或密度可以在调节装置的操作期间被永久地或周期性地监测。在风扇以恒定风扇功率的操作期间空气压力或密度的变化可能指示阻塞或风扇故障。与图4的实施方式相比之下，即使在调节装置的正常操作期间，从传感器S2的信号确定空气压力或密度也是可能的，而在以上结合图4描述的实施方式中，仅在燃料供应停止时才能检测到阻塞和故障。
在步骤305中，操作传感器S3以确定燃料气体在燃料控制阀V1下游和混合区域M上游的燃料导管2中的热导率λfuel、热扩散率Dfuel和温度Tfuel。
在步骤306中，基于式(3)使用由传感器S1确定的λmix、由传感器S2确定的λair和由传感器S3确定的λfuel的值来确定混合比x。如果省略传感器S2，则反而可以使用在关闭气体控制阀时由传感器S1确定的λair的值，如结合图3所描述的。如果省略传感器S3，则可以使用针对典型燃料气体预先确定的λfuel的值。
在步骤307中，执行几次诊断检查。特别地，通过确定热扩散率Dmix的测量值是否对应于由式(3)使用由式(2)确定的混合比x的值计算的期望值来执行第一一致性检查，如已结合图3所描述的。与图3的实施方式相比之下，由传感器S2和S3确定的氧载体气体和燃料气体的热扩散率的实际值可以用于该一致性检查。如果Dmix的测量值与计算值之间的差ΔD的绝对值超过阈值ΔDmax，则控制装置10输出错误消息，并且关闭燃料控制阀V1作为安全措施。通过检查分别由传感器S1和S2测量的温度Tmix和Tair是否不同来执行第二一致性检查。如果温度差ΔT＝Tmix-Tair的绝对值超过阈值ΔTmax，则控制装置10再次输出错误信息，并且关闭燃料控制阀V1作为安全措施。如果传感器S1和S2安装在导热的公共载体例如公共印刷电路板上，则这种一致性检查特别有效。如上所述，通过检查从传感器S2的信号确定的空气压力pair是否指示阻塞或风扇的故障来执行第三一致性检查。如果是这种情况，则控制装置10再次输出错误信息，并且关闭燃料控制阀V1作为安全措施。
在步骤308中，执行控制算法以得到用于燃料控制阀V1的控制信号，如以上结合图3的实施方式中的步骤107所描述的。
如果使用传感器S2来确定λair的值，则在形成差λmix-λair时，会大大消除影响传感器S1和S2二者的输出的任何参数例如空气的相对湿度的影响。如果混合比(即，气体混合物中的燃料浓度)较小，则这尤其如此，因为在这种情况下，λair的任何变化将由λmix的几乎相同的变化反映出。以这种方式，可以实现对混合比的更精确的控制。
如果使用传感器S3来确定λfuel的值，则调节装置变得适应于燃料气体。一方面，混合比的确定考虑了λfuel的实际值，而不是代表性燃料气体的某个预定值。这提高了混合比的控制精度。另一方面，通过确定λfuel、Dfuel和Tfuel以及可选地通过考虑通过传感器S2获得的压力pair(假设空气导管1和燃料导管2中的压力大致相等)，精确地表征燃料气体变得可能。特别地，基于所测量的参数λfuel、Dfuel和Tfuel以及可选地pair，确定期望最佳燃烧的最佳混合比并相应地设置控制算法的设定点变得可能。另外地或在替选方案中，基于这些参数确定燃料气体的燃烧参数，例如每单位体积的燃烧热Hρ、Wobbe指数IW和/或甲烷数NM变得可能。这可以通过使用经验上确定的相关函数和/或查找表来完成，函数和/或查找表将所测量的参数与这些燃烧参数中的一个或更多个相关。
流速的测量
如图7和图8中所示，另外，可以使用质量流量计6来测量空气流在空气导管1中的质量流速、燃料流在燃料导管2中的质量流速或气体混合物在公共导管3中的流量。以这种方式，确定输送至气体燃烧器的气体混合物的绝对加热功率变得可能。质量流速可以用于控制风扇4，以便调节加热功率。
在图7的实施方式中，质量流量计6布置在混合区域M上游的空气导管1中。质量流量计6包括在空气导管1中的流量限制器7和旁路流量限制器7的窄旁路通道8。流量传感器D1测量通过旁路通道8的流速或流速度，该流速/流速度指示跨流量限制器7的差压。因此，流量传感器D用作差压传感器。所述差压又指示通过流量限制器7的质量流量。
在图8的实施方式中，在燃料导管2中布置有类似设计的质量流量计6。
如图9中所示，还可以通过将流量限制器7布置在混合区域M的上游的空气导管1中并使用这些导管之间的窄旁路通道8测量在流量限制器7上游的空气导管1与燃料导管2之间的差压Δp来确定空气导管1中的质量流速。假设流量限制器7下游的空气导管1中的压力pair与燃料导管2中的压力pfuel相同，该差压对应于跨流量限制器7的压力。
如图10中所示，在同样的精神下，可以通过将流量限制器7布置在混合区域M上游的燃料导管2中并测量流量限制器7上游的燃料导管2与空气导管1之间的差压Δp来确定燃料导管2中的质量流速。
传感器S1、S2、S3、D1
能够确定指示热导率和热扩散率的热参数的传感器在本领域中是公知的。优选地，采用微热传感器。已知许多类型的微热传感器，并且本发明不限于任何特定类型的微热传感器。
可以与本发明结合使用的微热传感器的可能实现方式在图11中示出。微热传感器包括基板31，具体是硅基板。基板31具有布置在其中的开口或凹部32。微热传感器包括跨越该开口或凹部32的多个单独的桥。关于细节，参考EP 3 367 087 A2。
在图11的示例中，微热传感器包括加热桥33、第一感测桥35和第二感测桥36，每个桥跨越凹部或开口2并且锚定在基板1中。每个桥可以由多个介电层、金属层和多晶硅层形成。金属层或多晶硅层形成加热结构和温度传感器，如将在下面更详细地描述的。介电层可以具体包括硅氧化物和/或硅氮化物的层作为相应桥的介电基础材料。感测桥35、36被布置在加热桥33的相对侧处。第一感测桥35被布置在距加热桥33的距离d1处，并且第二感测桥36被布置在相同的距离处或距加热桥33的不同距离d2处。
加热桥33包括施加至例如硅氧化物的介电基础材料的温度传感器TS1和加热结构34。加热结构34和温度传感器TS1通过介电基础材料彼此电绝缘。第一感测桥35包括温度传感器TS2。同样，第二感测桥36包括温度传感器TS3。温度传感器TS1适于测量加热桥33的温度，温度传感器TS2适于测量第一感测桥35的温度，并且温度传感器TS3适于测量第二感测桥36的温度。
微热传感器还包括用于控制微热传感器的操作的控制电路系统37a、37b。控制电路系统37a、37b可以实施为基板31上的集成电路系统。控制电路系统包括用于驱动加热结构34和用于处理来自温度传感器TS1、TS2和TS3的信号的电路系统。为此，控制电路系统37a、37b经由互连电路系统38电连接至加热结构34以及温度传感器TS1、TS2和TS3。有利地，控制电路系统37a、37b以CMOS技术集成在基板31上。将CMOS电路系统集成在基板31上允许减少与基板的键合数并增加信噪比。图11中示出的类型的结构可以例如使用诸如在EP 2278 308或US 2014/0208830中描述的技术来构建。
热导率和热扩散率的确定
使用图11的微热传感器，可以按照EP 3 367 087 A2中描述的方式确定传感器所暴露的气体的热导率λ和体积热容cpρ。
特别地，可以通过操作加热结构34以加热高到可以由温度传感器TS1测量的稳态温度并确定温度传感器TS2和/或TS3处的稳态温度来确定热导率λ。传感器TS2和TS3处的稳态温度取决于气体的热导率。
体积热容cpρ可以通过以下操作来确定：测量气体在多个不同温度下的热导率，确定热导率的温度依赖性的系数，以及使用拟合函数从这些系数中得到体积热容。关于细节，参考EP 3 367 087 A2。
一旦已知热导率λ和体积热容cpρ，就可以使用式D＝λ/(cpρ)(式(4))来轻松确定热扩散率D。
另外，温度传感器TS1、TS2和TS3中的每一个可以在没有加热功率的情况下操作，以便确定气体的绝对温度。
不同的距离d1和d2可以用于执行差分测量，以便消除气体与相应桥之间的热转变。例如，比率(TS1-TS2)/TH可以被视为热导率λ的度量，其中TS1表示在第一感测桥35处的测量温度，TS2表示在第二感测桥36处的测量温度，以及TH表示在加热桥33处的加热温度。
使用微热传感器确定指示气体的热导率和热扩散率的热参数的其他方法在本领域中是已知的，并且本发明不限于任何特定的方法。
例如，US 4,944,035 B1公开了一种使用微热传感器来确定感兴趣的流体的热导率λ和比热容cp的方法。该微热传感器包括通过感兴趣的流体耦合的温度传感器和电阻加热器。将一定水平和持续时间的电能脉冲施加至加热器，使得温度传感器中发生瞬态变化和基本稳态的温度二者。基于温度传感器输出与稳态传感器温度下的热导率之间的已知关系，确定感兴趣的流体的热导率。基于热导率、传感器中瞬态温度变化期间温度传感器输出的变化率以及比热容之间的已知关系，确定比热容。
US 6,019,505 B1公开了一种用于使用微热传感器确定感兴趣的流体的热导率、热扩散率和比热容的方法。该微热传感器包括二者均耦合至感兴趣的流体的加热器和间隔开的温度传感器。随时间变化的输入信号被提供给加热器元件，该加热器元件加热周围的流体。测量所选输入与输出AC信号之间的可变相位或时滞，并由此确定热导率、热扩散率和比热容。
控制装置
图12中示出了数字控制装置500的简化且高度示意性的框图。该控制装置包括处理器(CPU)μP、易失性(RAM)存储器52和非易失性(例如，闪存ROM)存储器53等。处理器μP经由数据总线51与存储器装置52、53进行通信。非易失性存储器53尤其存储用于各种传感器的多组校准数据。在图12中，仅示出了呈查找表LUT1、LUT2形式的两组示例性校准数据54、55。查找表可以将例如由微热传感器的温度传感器确定的温度值与诸如热导率或热扩散率的热参数相关。非易失性存储器53还存储用于在处理器μP中执行的机器可执行程序56。经由装置接口IF，控制装置与各种传感器S1、S2、S3和/或D1进行通信。装置接口还提供用于与风扇4和燃料控制阀V1以及与输入/输出装置I/O诸如键盘和/或鼠标、LCD屏幕等进行通信的接口。
修改方案
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施方式进行许多修改。
特别地，空气导管1可以携载除空气外的另外的氧载体气体的流。例如，在实现排气再循环的实施方式中，空气导管1可以携载空气与废气(排气)的混合物。
燃料气体可以是任何可燃气体。优选地，燃料气体是天然气。
氧载体气体和燃料气体的混合可以以与图示不同的方式进行。例如，可以通过能够任意布置的多个注入喷嘴将燃料气体注入到氧载体气体流中，或者可以使用专用混合器进行混合。
当前公开的调节装置不仅可以用在气体燃烧器的环境中，而且可以用在需要燃料气体和氧载体气体的混合物的其他应用中，例如用在内燃发动机(气体马达或气体涡轮)中。
代替将风扇4布置在公共导管3的下游端处，可以将风扇4布置在另一位置处。例如，风扇4可以布置在空气导管1的上游端处。可以使用能够产生气体流的任何类型的风扇，例如，本领域中公知的径向或轴向风扇。控制装置10可以被配置成不仅控制燃料控制阀V1，而且控制风扇功率。空气导管中可以存在空气阀或空气翻板，以另外调节氧载体气体通过空气导管1的流量，并且控制装置10可以被配置成还控制空气阀或空气翻板。
在以上示例中，传感器S1、S2、S3确定热导率和热扩散率。然而，传感器也可以确定与热导率和热扩散率有关的任何其他热参数，只要可以从由传感器确定的热参数得出热导率和/或热扩散率即可。在以上示例中，基于热导率的测量来控制混合比。然而，可以基于与热导率和/或热扩散率有关的任何其他热参数来控制混合比。
在以上示例中，混合比x从所测量的热参数明确确定，并且在控制算法中用作用于调节燃料流量和/或空气流量的过程变量。然而，这不是必需的。例如，控制算法的过程变量可以直接是由传感器S1确定的热参数之一，或者是从中得出的一定量，例如，热导率差λmix-λair。控制算法的设定点则是该差的期望值。该设定点可以是预先确定的，或者是根据λfuel、Dfuel、Tfuel、λair、pair、Tair和Tmix中的一个或更多个计算的。
调节装置可以用于调节两种气体的完全不同种类的二元混合物。所述气体可以被称为载体气体和功能气体。因此，以上实施方式的空气导管可以更一般地被视为用于载体气体的第一导管的示例，并且燃料导管可以被视为用于功能气体的第二导管的示例。例如，调节装置可以被配置成调节氧载体气体和医用气体例如气态麻醉剂的混合物。
本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种其他修改。
Claims (34)
1.一种用于调节包括第一气体和第二气体的气体混合物的混合比(x)的调节装置，所述装置包括：
用于携载所述第一气体的流的第一导管(1)；
用于携载所述第二气体的流的第二导管(2)，所述第一导管和所述第二导管(1，2)伸展进入混合区域(M)中的公共导管(3)，以形成所述气体混合物；
调整装置(V1)，其用于调整所述气体混合物的混合比(x)；以及
控制装置(10)，其被配置成得出用于所述调整装置(V1)的控制信号，
所述调节装置的特征在于，
所述调节装置包括第一传感器(S1)，所述第一传感器被配置成确定所述混合区域(M)下游的所述气体混合物的至少一个热参数，并且其中，
所述控制装置(10)被配置成：从所述第一传感器(S1)接收指示所述气体混合物的至少一个热参数的传感器信号，并基于所述至少一个热参数得出用于所述调整装置的控制信号。
2.根据权利要求1所述的调节装置，其中，所述调整装置包括控制阀(V1)，所述控制阀用于调整所述第二气体通过所述第二导管(2)的流速。
3.根据权利要求1或2所述的调节装置，其中，所述调节装置被配置成调节所述气体混合物的混合比(x)，所述气体混合物包括作为所述第一气体的氧载体气体和作为所述第二气体的燃料气体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节装置，
其中，所述第一传感器(S1)被配置成确定所述气体混合物的至少两个热参数，所述热参数一起指示所述气体混合物的热导率(λmix)和热扩散率(Dmix)，以及
其中，所述控制装置(10)被配置成考虑所述至少两个热参数。
5.根据权利要求4所述的调节装置，其中，所述控制装置被配置成基于由所述第一传感器(S1)确定的所述热参数中的一者得出所述控制信号，并且基于由所述第一传感器(S2)确定的所述热参数中的另一者执行一致性检查。
6.根据权利要求4或5所述的调节装置，其中，所述控制装置(10)被配置成执行以下过程：
将所述调整装置设置为参考状态，在该参考状态下，所述第二气体的流被中断，而所述第一气体的流具有非零流速；
从所述第一传感器(S1)接收传感器信号，所述传感器信号指示在所述参考状态下的所述至少两个热参数；以及
基于在所述参考状态下的所述至少两个热参数，确定指示所述第一气体在所述参考状态下的密度或压力的压力参数(pair)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，其中，所述控制装置(10)被配置成执行以下过程：
将所述调整装置设置为参考状态，在该参考状态下，所述第二气体的流被中断，而所述第一气体的流具有非零流速；
从所述第一传感器(S1)接收传感器信号，所述传感器信号指示所述第一气体在所述参考状态下的至少一个热参数；
将所述调整装置设置为操作状态，在该操作状态下，所述第二气体的流和所述第一气体的流二者具有非零流速；
从所述第一传感器(S1)接收传感器信号，所述传感器信号指示所述气体混合物在所述操作状态下的至少一个热参数；以及
基于所述气体混合物在所述操作状态下的所述至少一个热参数和所述第一气体在所述参考状态下的所述至少一个热参数的比较，得出所述控制信号。
8.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，包括用于将所述气体混合物运输至使用点的风扇(4)。
9.根据权利要求8所述的调节装置，其中，所述风扇(4)布置在所述混合区域的下游，并且其中，第一传感器(S1)被集成到所述风扇(4)中。
10.根据权利要求8或9所述的调节装置，其中，所述控制装置(10)被配置成执行以下过程：
当所述第二气体的流被中断时，以多个不同的功率水平操作所述风扇(4)；
对于每个功率水平，基于从所述第一传感器(S1)接收的所述传感器信号确定压力参数(pair)，所述压力参数(pair)指示所述第一气体在所述功率水平下的密度或压力；以及
基于不同功率水平下的所述压力参数(pair)，得出指示是否发生阻塞或风扇故障的阻塞信号(B)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，还包括旋流元件(5)，所述旋流元件布置在所述混合区域(M)的下游和所述第一传感器(S1)的上游的所述公共导管(3)中，所述旋流元件被配置成在所述气体混合物中产生涡流。
12.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，
还包括第二传感器(S2)，所述第二传感器(S2)被配置成确定所述第一气体的至少一个热参数，
其中，所述控制装置(10)被配置成：从所述第二传感器(S2)接收指示所述第一气体的至少一个热参数的传感器信号，并基于从所述第一传感器和所述第二传感器(S1，S2)二者接收的所述传感器信号得出所述控制信号。
13.根据权利要求12所述的调节装置，
其中，所述第二传感器(S2)被配置成确定至少两个热参数，由所述第二传感器(S2)确定的所述至少两个热参数一起指示所述第一气体的热导率(λair)和热扩散率(Dair)，以及
其中，所述控制装置被配置成：基于由所述第二传感器(S2)确定的所述至少两个热参数，得出指示所述第一气体的密度或压力的氧载体压力参数(pair)。
14.根据权利要求12或13所述的调节装置，
其中，所述第一传感器(S1)被配置成确定至少两个热参数，由所述第一传感器(S1)确定的所述至少两个热参数一起指示所述混合物的热导率(λmix)和热扩散率(Dmix)，
其中，所述第二传感器(S2)被配置成确定至少两个热参数，由所述第二传感器(S2)确定的所述至少两个热参数一起指示所述第一气体的热导率(λair)和热扩散率(Dair)，
其中，所述控制装置被配置成：基于由所述第一传感器和所述第二传感器(S1，S2)确定的所述热参数中的一者的比较得出所述控制信号，并且基于由所述第一传感器和所述第二传感器(S1，S2)确定的所述至少两个热参数中的另一者的比较执行一致性检查。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的调节装置，
其中，所述第一传感器(S1)被配置成确定所述气体混合物的温度(Tmix)，
其中，所述第二传感器(S2)被配置成确定所述第一气体的温度(Tair)，以及
其中，所述控制装置被配置成基于所述气体混合物和所述第一气体的温度(Tmix，Tair)的比较执行一致性检查。
16.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，还包括第三传感器(S3)，所述第三传感器(S3)被配置成确定所述第二气体的至少一个热参数，
其中，所述控制装置(10)被配置成：从所述第三传感器(S3)接收指示所述第二气体的至少一个热参数的传感器信号，并基于从所述第一传感器和所述第三传感器(S1，S3)二者接收的所述传感器信号得出所述控制信号。
17.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，还包括在所述第一导管(1)中的第一质量流量计(F1)和/或在所述第二导管(2)中的第二质量流量计(F2)，
其中，所述控制装置(10)被配置成基于来自所述第一质量流量计和/或所述第二质量流量计(F1，F2)的质量流量信号来确定指示所述第一导管或所述第二导管(1；2)中的质量流量的质量流量参数。
18.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，还包括：
在所述第一导管或所述第二导管(1；2)中的流量限制器(6；7)；以及
差压传感器(D1)，其被配置成确定所述流量限制器(6；7)上游的所述第一导管与所述第二导管(1，2)之间的差压，
其中，所述控制装置(10)被配置成：基于来自所述差压传感器(D1)的差压信号，确定指示所述第一导管或所述第二导管(1；2)中的质量流量的质量流量参数。
19.一种调节包括第一气体和第二气体的气体混合物的混合比(x)的方法，所述方法包括：
产生所述第一气体的流；
产生所述第二气体的流；
通过在混合区域(M)中混合所述第一气体和所述第二气体的流来形成所述气体混合物，
所述方法的特征在于以下步骤：
使用第一传感器(S1)来确定所述混合区域(M)下游的所述气体混合物的至少一个热参数，以及
基于所述至少一个热参数，调整所述混合比(x)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一气体是氧载体气体，并且所述第二气体是燃料气体。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，调整所述混合比(x)包括操作用于调整所述第二气体的流速的控制阀。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，
其中，使用所述第一传感器(S1)来确定所述气体混合物的至少两个热参数，所述至少两个热参数一起指示所述气体混合物的热导率(λmix)和热扩散率(Dmix)，以及
其中，在调整所述混合比(x)时考虑所述气体混合物的至少两个热参数。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，基于由所述第一传感器确定的所述热参数中的一者调整所述混合比，并且其中，基于由所述第一传感器确定的所述热参数中的另一者执行一致性检查。
24.根据权利要求22或23所述的方法，包括：
创建参考状态，在该参考状态下，所述第二气体的流被中断，而所述第一气体的流具有非零流速；
从所述第一传感器(S1)接收传感器信号，所述传感器信号指示所述第一气体在所述参考状态下的至少两个热参数；以及
基于所述第一气体在所述参考状态下的所述至少两个热参数，确定指示所述第一气体在所述参考状态下的密度或压力的压力参数(pair)。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，所述方法包括：
创建参考状态，在该参考状态下，所述第二气体的流被中断，而所述第一气体的流具有非零流速；
从所述第一传感器(S1)接收传感器信号，所述传感器信号指示所述第一气体在所述参考状态下的至少一个热参数；
创建操作状态，在该操作状态下，所述第二气体的流和所述第一气体的流二者具有非零流速；
从所述第一传感器(S1)接收传感器信号，所述传感器信号指示所述气体混合物在所述操作状态下的至少一个热参数；以及
基于所述气体混合物在所述操作状态下的所述至少一个热参数和所述第一气体在所述参考状态下的所述至少一个热参数的比较来调整所述混合比(x)。
26.根据权利要求19至25中任一项所述的方法，包括使用风扇(4)来将所述气体混合物运输至使用点。
27.根据权利要求26所述的方法，包括：
当所述第二气体的流被中断时，以多个不同的功率水平操作所述风扇(4)；
对于每个功率水平，从由所述第一传感器(S1)确定的传感器信号得出压力参数(pair)，所述压力参数(pair)指示所述第一气体在所述功率水平下的密度或压力；以及
基于不同功率水平下的所述压力参数(pair)，得出指示是否发生阻塞或风扇故障的阻塞信号(B)。
28.根据权利要求19至27中任一项所述的方法，包括：
使用第二传感器(S2)来确定所述混合区域(M)上游的所述第一气体的至少一个热参数；以及
基于由所述第一传感器(S1)确定的所述气体混合物的至少一个热参数以及基于由所述第二传感器(S2)确定的所述第一气体的至少一个热参数来调整所述混合比(x)。
29.根据权利要求28所述的方法，
其中，由所述第二传感器(S2)确定至少两个热参数，由所述第二传感器(S2)确定的所述至少两个热参数一起指示所述第一气体的热导率(λair)和热扩散率(Dair)，
所述方法包括基于由所述第二传感器(S2)确定的所述至少两个热参数得出氧载体压力参数(pair)，所述氧载体压力参数指示所述第一气体的密度或压力。
30.根据权利要求28或29所述的方法，包括：
使用所述第一传感器(S1)来确定所述气体混合物的至少两个热参数，由所述第一传感器(S1)确定的所述至少两个热参数一起指示所述气体混合物的热导率(λmix)和热扩散率(Dmix)；
使用所述第二传感器(S2)来确定所述第一气体的至少两个热参数，由所述第二传感器S2)确定的所述至少两个热参数一起指示所述第一气体的热导率(λair)和热扩散率(Dair)；
基于由所述第一传感器和所述第二传感器(S1，S2)确定的所述热参数中的一者的比较来调整所述混合比(x)；以及
基于由所述第一传感器和所述第二传感器(S1，S2)确定的所述热参数中的另一者的比较来执行一致性检查。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，包括：
使用所述第一传感器(S1)来确定所述气体混合物的温度(Tmix)；
使用所述第二传感器(S2)来确定所述第一气体的温度(Tair)；以及
基于所述气体混合物和所述第一气体的温度(Tmix，Tair)的比较来执行一致性检查。
32.根据权利要求19至31中任一项所述的方法，包括：
使用第三传感器(S3)来确定所述第二气体的至少一个热参数；以及
基于由所述第一传感器(S1)确定的所述气体混合物的至少一个热参数和由所述第三传感器(S3)确定的所述第二气体的至少一个热参数来调整所述混合比(x)。
33.根据权利要求19至32中任一项所述的方法，还包括确定所述第一气体的质量流速和/或所述第二气体的质量流速。
34.根据权利要求33所述的方法，包括：
使所述第一气体的流或所述第二气体的流穿过流量限制器(7；8)；
确定所述流量限制器(7；8)上游的所述第一气体与所述第二气体之间的差压；以及
基于所述差压来确定指示所述第一气体或所述第二气体的质量流速的质量流量参数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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