CN100436943C - 一种实现空气/燃气定比例分配的燃烧器及其分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现空气\燃气定比例分配的燃烧器及其分配方法。该燃烧器包括增压空气通道和燃气通道，增压空气通道上设有与其相连通的空气压力传动器；燃气通道内设有燃气恒流装置以及与其相连通的燃气压力传动器，空气压力传动器与燃气压力传动器及燃气恒流装置同轴联接，并且在它们同轴联接的轴线方向上设有调节弹簧。弹簧将空气流量转换成压缩弹簧的距离，以驱动燃气恒流装置的阀门开度。本发明能实现燃烧器工作时的最佳空气\燃气混合比关系，有利于能源的有效利用和最低污染排放的实现。另外，本发明装置既适用于现行的二次混合燃烧方式结构的燃气用具；同时也适合一次混合燃烧方式结构的燃气用具，实现燃气用具结构优化。

Description

一种实现空气\燃气定比例分配的燃烧器及其分配方法

技术领域

本发明属于燃气用具领域，具体地说是一种在燃气燃烧器工作时，实现对燃气供应量与空气供给量按定比例分配的燃烧器结构与分配方法，涉及燃烧器的安全、环保和节能技术。

背景技术

目前市场上广泛使用的燃气用具，普遍采用燃气供给量决定空气供给量的方法来实现，这一方法是以空气供给正常为前提。当燃气用具在空气供给不正常时即会出现不可预测的燃烧后果，如：排放理化指标超标、异常熄灭和爆燃等问题，使得燃气用具产品在安全保障方面措施多，但作用不明显。另一方面，现代燃气用具普遍采用强制供风或强制排放结构，这一设计的致命弱点是环境适应能力差，对大气压环境的变化过于敏感，当不正常气压出现时空气\燃气供给比例关系将发生较大的改变，在一般使用状态下产品将出现不确定工况的现象，这一现象倍受燃气用具行业内专家的广泛关注。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种实现空气\燃气定比例分配的燃烧器及其分配方法，改变传统的空气\燃气分配模式，在强制空气供应的基础上，提出了利用燃气用具燃烧过程中空气供给量作为变量、燃气空气的混合比例为常量、以燃气供给量作为函数的一种燃烧器及空气\燃气的分配方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种实现空气\燃气定比例分配的燃烧器，包括燃烧器的混合室(15)，以及分别与混合室相连通的增压空气通道(1)和燃气通道(13)，其特征在于：所述增压空气通道(1)上设有与其相联接的空气压力传动器；燃气通道内设有燃气调节阀门以及与其相联接的燃气压力传动器，空气压力传动器与燃气压力传动器及燃气调节阀门同轴联接，并且在它们同轴联接的轴线方向上设有比例调节弹簧；所述空气压力传动器设置在空气取压室内，将空气取压室分隔成空气负压室以及与增压空气通道相连通的空气正压室；所述燃气压力传动器设置在燃气取压室内，将燃气取压室分隔成燃气负压室以及与燃气通道相连通的燃气正压室；空气负压室与燃气负压室相互连通，并通过负压连通管(6)与燃烧器的混合室(15)相通；所述燃气调节阀门包括燃气气门和与所述燃气气门相配合的阀芯、以及用于安装阀芯的阀体，所述阀芯的前端呈圆锥形，圆锥形的表面设有若干燃气通道，所述调节弹簧的一端与阀芯相连接，另一端定位在阀体上。

用于燃气燃烧器的空气\燃气定比例分配方法，该燃烧器内设有一与燃气调节阀门同轴连接的联动装置，所述联动装置包括同轴设置的一弹性系数为K的弹簧和空气压力传感器和燃气压力传感器，其特征在于：燃气调节阀门的开启行程等于联动装置的位移S＝S2-S3，空气压力传感器用于按F＝f(u)的函数关系将单位时间内空气流量u转换为空气压力F，并通过联动装置将空气压力F转化为弹簧的压缩距离，驱动燃气阀门开启S2＝K*f(F)；燃气压力传感器用于按Fa＝f(q)的函数关系将单位时间内燃气流量q转换为燃气压力Fa，并通过联动装置将燃气压力Fa转化为弹簧的伸长距离，驱动燃气阀门关闭S3＝K*Fa；所述燃气流量q与空气流量u之间的比例关系为等比例关系。

其中空气流量的检测可以采用机械方式或电子、电气方式。也就是说，燃气与空气的分配比例关系可以采用机械方式实现，也可以采用模拟电路和数字电路等结构方式来实现。

总之，本发明应用增压空气供应过程中的流动压力与混合室之间的气压差关系，来体现燃气具燃烧过程中的供风量，并以供风量的多少来确定一定比例燃气供应量。而且，根据上述方案所述的空气\燃气定比例分配方法，燃气具在工作时具有如下特点：

a)：当强制供(排)风装置运行时，本方法将供给适当的燃气量以满足连续燃烧的需要；

b)：空气流量与燃气流量始终保持一定比例关系；

c)：燃气\空气的比例值由产品标准规定的正常燃烧所需要的

可燃气体混合比例确定；通过对由空气压差传动膜面积、燃气压差传动膜面积和比例弹簧弹性系数K的调整来予以保证。

d)：整个混合气体通过燃烧器的速度应大于可燃气体的传火速度；

本发明提供的燃烧器及其空气\燃气定比例分配方法，与现有技术相比具有以下优点：

①根据空气流量决定燃气供给量，消除环境因素给燃烧过程带来的不利改变，根除了由于供风量不足造成的燃烧不良的现象，在提高热效率的同时减少环境污染；

②提高了系统的安全性和可靠性，实现了“没有风就没有燃气”；较好的解决了爆燃和意外熄灭的问题；

③由于采用了定比例混合方式，系统的燃气流速与火焰传递速度容易保持一致，避免了因环境条件变化面出现回火或离焰现象；由于燃烧可不依赖二次空气供给本方法可用作全预混燃烧器结构；

④由于控制线性度好、使用适应能力强和控制条件相对独立，本方法适合于机电一体化控制体系。

⑤在控制方面充分考虑系统的环境适应方式和连动安全控制逻辑关系，应用本方法后燃用具的使用将更加安全可靠。

本方法旨在于改变传统的空气\燃气的混合观念，在以强制空气供应的基础上提出了以空气量为变量、定比例关系为常量、燃气供给量为函数的数学关系和在这一关系上建立起来的燃烧器结构体系。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的燃烧器及其空气\燃气定比例分配方法进行详细说明。

图1是本发明实现空气\燃气定比例分配燃烧器的结构示意图；

图2为本发明空气\燃气定比例分配方法的逻辑关系框图。

图1中：1、增压空气通道  2、空气气压取压口  3、空气正压室  4、空气压差传动膜  5、空气负压室  6、负压连通管7、燃气\空气负压室连通孔  8、燃气负压室  9、燃气压力传动膜  10、燃气正压室  11、燃气流量调节弹簧  12、燃气通孔13、燃气接入口  14、燃气喷嘴  15、可燃气体混合室  16、同轴燃气调节阀门  17、传动轴。

图2中：F、空气压力  Fa、燃气压力  S2、空气压力传动器行程  K、弹性系数  S3、燃气压差传动器行程  S、调节阀门行程  u、单位时间内空气流量  q、单位时间内燃气流量。

具体实施方式

本发明实现空气\燃气定比例分配燃烧器包括可燃气体混合室15以及与可燃气体混合室15相连通的增压空气通道1和燃气通道12，以及连接增压空气通道1和燃气通道12的空气压力传动器、燃气压力传动器。增压空气通道1上设有空气气压取压口2；空气压力传动器包括空气正压室3、空气负压室5和设在正负气压室之间的空气压差传动膜4。空气正压室3与取压口2相连通。燃气恒流装置包括设在燃气供气端的燃气正压室10、燃气负压室8和设在燃气正负气压室之间的燃气压力传动膜9；其中，空气负压室5与燃气压力传动器负压室8为连通体，通过燃气\空气负压室连通孔7相连通。空气压力传动膜4与燃气压力传动膜9通过传动轴17相连接，传动轴17从通过燃气\空气负压室连通孔7中穿过。空气负压室5上设有负压连通管6，与可燃气体混合室15相通。在传动轴17上还连接有同轴燃气调节阀门16，燃气通道12的一端连接燃气接入口13，另一端设有燃气喷嘴14，并与可燃气体混合室15相连接。燃气调节阀门16上同轴连接有燃气流量调节弹簧11。

增压空气通道1内的空气流动将导致其与可燃气体混合室15之间形成相对压差，这压差通过空气气压取压口2和负压连通管6在用弹性橡皮制成的空气压差传动膜4两侧形成压力，同轴燃气调节阀门16上获得的压力等于空气压与传动膜面积的乘积，方向由C指向D。燃气经由燃气接入口13，通过燃气通道12和同轴燃气调节阀门16向燃气高压气室10供气，并通过燃气压力传动膜9和传动轴17在同轴燃气调节阀门16上形成燃气压力，方向由D指向C。系统设定空气流量与燃气气门开度成正比，而燃气气门开度与燃气供给压力(相对标称燃气压力)成反比。当燃气压力为标称值时，通过对燃气流量调节弹簧11的调节使同轴燃气调节阀门16开度仅与空气压力有关，空气与燃气的混合比保持一定值；当空气压力不变时燃气压力变化将导致同轴燃气调节阀门16开度的改变，燃气压力增加时燃气门开度减小反之则加大，使燃烧器工作时空气\燃气的混合比恒定在一定的范围内，成等比例关系。这样，燃气供给流量按空气实际流量的比例自动分配，其比例关系由燃气流量调节器弹簧11，空气压差传动膜4和燃气压力传动膜9的面积的比值以及燃气供给压力等物理参数共同决定。

本发明的空气\燃气定比例分配方法，如附图1、2所示，由增压空气通道1和空气压力传动器组成空气动力部分，并产生一空气压力F＝f(u)，空气压力F与单位时间内空气流量u具有一函数关系。具体来说，该空气动力部分由增压空气通道1，空气气压取压口2，空气正压室3，空气压差传动膜4，空气负压室5，负压连通管6组成。燃气管道12和燃气压力传动器组成燃气动力部分，并产出一燃气压力Fa＝f(q)，燃气恒流由燃气转动膜予以保证所以当空气流量一定时单位时间内的燃气流量q相对恒定，具体来说，该燃气动力部分由燃气负压室8，燃气压力传动膜9，燃气正压室10，燃气流量调节器弹簧11，燃气通孔12，燃气接入口13，燃气喷嘴14组成。

燃气调节阀门的开启行程等于联动装置的位移S＝S2-S3。

在空气压力传动器部分，当增压空气通道1内空气流量增加时，由空气气压取压口2和负压连通管6将空气压差F分别传递空气正压室3和空气负压室5并在空气压差传动膜4上得到一个与其面积成正比的压力值。这一压力的方向是由C指向D，并在燃气流量调节器弹簧11的弹力系数K的共同作用下让同轴燃气调节阀门16具有一定的行程S2＝K*f(F)，系统规定同轴燃气调节阀门16的开度与空气压力F成正比，用以确定当燃烧器内空气流量u改变时燃气供应量q随之等比例的改变。

在燃气压力传动器部分，当燃气压力Fa增加时燃气在燃气喷嘴14两侧形成压差，这一压差通过燃气正压室10和负压连通管6到燃气负压室8在燃气压力传动膜9上形成与其面积成正比的压力Fa，压力的方向是由D指向C，并在燃气流量调节器弹簧11的弹力系数K的共同作用下让同轴燃气调节阀门16具有一定的行程S3＝K*Fa，系统规定同轴燃气调节阀门16的开度与燃气压力Fa成反比，用以确定当燃烧器内燃气供气压力变化时，由空气压力确定的燃气需求量不发生较大的改变，并最终达到燃气调节阀门16的开启行程等于由空气压力传动器4、燃气压力传动器9、燃气流量调节弹簧11所组成的联动装置的位移S＝S2-S3。

当空气通道堵塞时增压空气管道1与可燃气体混合室15之间的气流量减少，它们之间的相对空气压差减小，同轴燃气调节阀门16主动减小最终维持可燃气体混合比例不变；极端情况是当空气通道完全堵塞时，燃气阀将在燃气流量调节器弹簧11和高压燃气的推动下关闭燃气阀门16，用以保证产品在非正常工作状态下的安全(其它安全要求由产品的常规措施部分保证)。

在本发明中采用模拟电子电路和数字电路实现上述功能时，也可采用图2所述的控制变换关系。

Claims (6)

1.一种实现空气\燃气定比例分配的燃烧器，包括燃烧器的混合室(15)，以及分别与混合室相连通的增压空气通道(1)和燃气通道(13)，其特征在于：所述增压空气通道(1)上设有与其相联接的空气压力传动器；燃气通道内设有燃气调节阀门以及与其相联接的燃气压力传动器，空气压力传动器与燃气压力传动器及燃气调节阀门同轴联接，并且在它们同轴联接的轴线方向上设有比例调节弹簧；所述空气压力传动器设置在空气取压室内，将空气取压室分隔成空气负压室以及与增压空气通道相连通的空气正压室；所述燃气压力传动器设置在燃气取压室内，将燃气取压室分隔成燃气负压室以及与燃气通道相连通的燃气正压室；空气负压室与燃气负压室相互连通，并通过负压连通管(6)与燃烧器的混合室(15)相通；所述燃气调节阀门包括燃气通道气门和与所述燃气气门相配合的阀芯、以及用于安装阀芯的阀体，所述阀芯的前端呈圆锥形，圆锥形的表面设有若干燃气通道，所述调节弹簧的一端与阀芯相连接，另一端定位在阀体上。

2.一种用于燃气燃烧器的空气\燃气定比例分配方法，该燃烧器内设有一与燃气调节阀门同轴连接的联动装置，所述联动装置包括同轴设置的一弹性系数为K的弹簧和空气压力传感器和燃气压力传感器，其特征在于：燃气调节阀门的开启行程等于联动装置的位移S＝S2-S3，空气压力传感器用于按F＝f(u)的函数关系将单位时间内空气流量u转换为空气压力F，并通过联动装置将空气压力F转化为弹簧的压缩距离，驱动燃气阀门开启S2＝K*f(F)；燃气压力传感器用于按Fa＝f(q)的函数关系将单位时间内燃气流量q转换为燃气压力Fa，并通过联动装置将燃气压力Fa转化为弹簧的伸长距离，驱动燃气阀门关闭S3＝K*Fa；所述燃气流量q与空气流量u之间的比例关系为等比例关系。

3.根据权利要求2所述的空气\燃气定比例分配方法，其特征在于：所述联动装置采用电气模拟电路来替代。

4.根据权利要求3所述的空气\燃气定比例分配方法，其特征在于：所述空气流量检测和弹簧比例关系，采用模拟电路由电流或电压值和电路放大系数来实现检测、放大和驱动。

5.根据权利要求2所述的空气\燃气定比例分配方法，其特征在于：所述联动装置采用数字检测电路来替代。

6.根据权利要求2所述的空气\燃气定比例分配方法，其特征在于：所述空气流量检测和弹簧比例关系，采用数字检测电路由A/D转换方法和数字运算和数字PWM脉冲驱动方式来实现。

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