CN102183045A - 一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具。该系统在保留原灶具燃烧器炉头、外环火盖、中心火盖及点火针的基础上增加了一套氢、氧气制取及供给装置及一套陶瓷绝热灶具装置，包括：制氢氧机、制氢氧机电源、氢气流量调节器、氧气流量调节器、氢气管路阻燃阀、氧气管路阻燃阀、氢气输送管、氧气输送管、氢氧气管路密封组件、灶具底座、燃烧器支撑盘、燃烧器顶盖及控制器。该灶具通过制氢氧机制得的氢气和氧气进行燃烧，摆脱了对供气管路基础设施的依赖，可以在未铺设供气管路设施的地方使用，一氧化碳、碳氢及颗粒物排放明显减少。由于灶具底座等由绝热陶瓷制成，因此，该灶具也有效减少了传统灶具在对物体加热时火焰外缘所产生的传热损失。

Description

一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具

技术领域

本发明提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，具体内容涉及一种基于制氢氧机的氢、氧气制取、燃烧、氢气和氧气的供给方法及控制。

背景技术

传统基于一氧化碳、天然气及液化石油气等燃料的灶具在燃烧过程中往往会产生颗粒物、一氧化碳和甲烷等有害排放。同时，在传统灶具中由于燃料在内外两层火圈中分别燃烧，处于内层的可燃气体与空气混合不均匀，从而导致燃料燃烧不充分及热效率降低等问题的出现。氢气是一种清洁的代用燃料，氢气在氧气中燃烧也只生成水。另一方面，氢气的燃烧界限宽且燃烧速度快，因此，利用氢能作为燃料可以实现高效、清洁的燃烧过程。但氢气的点火能量低，所以氢气在运输过程中极易发生爆燃等危险。通过提高空气中的氧浓度也可以促进燃料的充分燃烧，提高燃烧效率并减少有害排放的产生，但在家庭中，空气中的氧浓度往往难以通过简单的方法及设备进行调节。

在利用传统灶具加热物体时，火焰距离被加热物体之间有一段距离，因此，燃料燃烧所产生的一部分能量会散失到空气中，从而使灶具的整体加热效率被进一步降低。但如果缩短该距离又会使火焰周围的空气供给量不足，进而导致燃料难以正常燃烧，甚至出现燃烧器火焰熄灭的现象。

传统灶具使用时也依赖于输气管道建设，所以存在野外及在未接通供气管路的场所使用困难的问题。

发明内容

针对目前灶具中所存在的燃料燃烧效率低、有害排放高、传热损失量大及依赖供气管路设施建设的问题，本发明提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具。

本发明采用了如下的技术方案，在保留传统灶具燃烧器，包括炉头26及炉头26上自带的燃烧器定位卡球21、通过定位环分别安装在炉头上的中心火盖24及外环火盖25、通过定位孔插在灶具底座1并靠近外环火盖25的点火针27，将原中心火盖24上的喷孔作为氧气喷孔23，将原外环火盖25上的喷孔作为氢气喷孔22的基础上增加了一套氢、氧气制取及供给装置及一套陶瓷绝热灶具装置；

所述的氢、氧气制取及供给装置包括：控制器28、制氢氧机7、为制氢氧机7提供直流稳压电的制氢氧机电源8、通过不锈钢管路与制氢氧机氢气出口相连接的氢气流量调节器6、氢气入口9、氢气管路阻燃阀10及氢气输送管2、通过不锈钢管路与制氢氧机氧气出口相连接的氧气流量调节器5、氧气入口4、氧气管路阻燃阀3及氧气输送管12；由不锈钢材料制成的氢氧气管路密封组件11上设有中心孔，并通过该中心孔上的内螺纹与氧气输送管路12表面的外螺纹连接、密封，之后将与氢氧气管路密封组件11连接好的氧气输送管路12插入到氢气输送管2中，并用螺钉将氢氧气管路密封组件11安装在氢气输送管2外端表面的螺丝孔中；

所述的陶瓷绝热灶具装置，包括：灶具底座1、通过定位槽与灶具底座1相连接的燃烧器支撑盘15、通过定位槽与燃烧器支撑盘15相连接的燃烧器顶盖18；氢气输送管2与氧气输送管12在用氢氧气管路密封组件11连接好后穿过灶具底座1进入到灶具底座1内部，氢气输送管与氧气输送管内部均设有外螺纹，使炉头26可以通过螺纹分别与氢气输送管2及氧气输送管11相连接，进而使氢气和氧气可以分别独立进入外环火盖25与炉头26以及内环活盖24与炉头26所形成的密闭气室，再经氢气喷孔22及氧气喷孔23分别独立喷出；

其中：

控制器28上设有点火操作开关和燃气流量控制旋钮；

控制器28通过电缆与点火针27相连接，通过发出控制信号a触发点火针27点火；

控制器28通过屏蔽电缆与氧气流量调节器5和氢气流量调节器6相连接，通过发出信号b、c控制氧气流量调节器5和氢气流量调节器6中线性电磁阀开度，从而调整氧气和氢气的流量。

所述的灶具底座1、燃烧器支撑盘定位台14及燃烧器顶盖18均由陶瓷制成。

所述的氢氧气管路密封组件11由不锈钢材料制成。

所述的制氢氧机使用电源为12V直流稳压电源。在使用时需要首先接通制氢氧机7的电源，制氢氧机电源8将民用220V交流电整流为直流电并稳压在12V，为制氢氧机7提供电源，由于制氢氧机7使用12V稳压直流电，因此，在没有220V电源的环境下使用时也可以不通过制氢氧机电源8而直接将制氢氧机7的正负极直接接在12V直流稳压电源上，如：汽车发电机运行时所提供的电源；

所述的控制器28上设有点火控制开关和燃气流量调节旋钮。

上述的一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具的控制方法包括以下步骤：

制氢氧机7开始工作后，所制得的氢氧气分别经氢气流量调节器6、氧气流量调节器5、氢气管路阻燃阀10及氧气管路阻燃阀3输送至氢气输送管2和氧气输送管12，并进入氢气喷孔22及氧气喷孔23；氢气喷孔22与氧气喷孔23中氢气和氧气的流量通过调节氢气流量调节器6及氧气流量调节器5进行控制；氢气喷孔22及氧气喷孔23分别为原灶具外环火盖25及中心火盖24上的供气孔；氢气流量调节器6和氧气流量调节器中分别安装有线性电磁阀，当通过电磁阀的电流增加时，电磁阀开度加大，从而使更多的氢气和氧气可以分别通过氢气输送管2及氧气输送管12进入到氢气喷孔22及氧气喷孔23参与燃烧；

a)打火至平稳燃烧阶段：操作人员首先将控制器28上的燃气流量调节旋钮由零位开制最大，并按下点火开关，当燃气流量调节旋钮由零位调制最大并按下点火开关时，控制器28判定燃气灶处于点火启动状态，此时，控制器28控制器28首先发出信号b、c打开氢气流量调节器6和氧气流量调节器5，并发出信号a触发点火针27点火，点火时氢气流量调节器6和氧气流量调节器5均调整至最大值；点火成功后，控制器28停止点火针27跳火，使火焰在燃烧器内稳定燃烧；

b)降低燃料燃烧强度阶段：通过控制器28降低氢气流量调节器6和氧气流量调节器5的开度；任意时刻，控制器28均保持氢气流量调节器6和氧气流量调节器5中电磁阀的开度为2∶1；

c)停止燃烧阶段：将控制器28上的燃气流量旋钮调至零位，控制器28通过发出信号b、c同时关闭氢气流量调节器6和氧气流量调节器5中电磁阀，使燃烧器中的火焰熄灭。

本发明的有益效果是：针对目前灶具中所存在的燃料燃烧效率低、有害排放高、传热损失量大及依赖供气管路设施建设的问题，本发明提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具。该灶具通过制氢氧机制得的氢气和氧气进行燃烧，摆脱了对供气管路基础设施的依赖，可以在未铺设供气管路设施的地方使用。制氢氧机使用12V电源，因此，可以通过汽车上的电力系统为其供电，从而使该灶具可以在野外使用。由于氢气和氧气采用在线制取方式获得，也避免了氢气和氧气在储运过程中所存在的危险。利用氢、氧气燃烧，使燃料的燃烧效率提高，且一氧化碳、碳氢及颗粒物排放明显减少。由于灶具底座、燃烧器支撑台和灶具顶盖均由绝热陶瓷制成，因此，该灶具也有效减少了传统灶具在对物体加热时火焰外缘所产生的传热损失。

附图说明

图1本发明的结构和工作原理图

1灶具底座；2氢气输送管；3氧气管路阻燃阀；4氧气入口；5氧气流量调节器；6氢气流量调节器；7制氢氧机；8制氢氧机电源；9氢气入口；10氢气管路阻燃阀；11氢氧气管路密封组件；12氧气输送管；13底座与燃烧器支撑盘间卡槽；14燃烧器支撑盘定位台；15燃烧器支撑盘；16燃烧器支撑盘与顶盖间卡槽；17燃烧器顶盖定位台；18燃烧器顶盖；19顶盖与支架间定位槽；20燃烧器定位孔；21燃烧器定位卡球；22氢气喷孔；23氧气喷孔；24；中心火盖25外环火盖；26炉头；27点火针；28控制器a点火针控制信号；b氧气流量调节器控制信号；c氢气流量调节器控制信号。

具体实施方式

本实施例在民用220V电源条件下进行了如下实验：

实验前按照图1所示结构组装基于制氢氧机的氢氧燃烧器。

在保留传统灶具燃烧器，包括炉头26及炉头26上自带的燃烧器定位卡球21、通过定位环分别安装在炉头上的中心火盖24及外环火盖25、通过定位孔插在灶具底座1并靠近外环火盖25的点火针27，将原中心火盖24上的喷孔作为氧气喷孔23，将原外环火盖25上的喷孔作为氢气喷孔22的基础上增加了一套氢、氧气制取及供给装置及一套陶瓷绝热灶具装置；

所述的氢、氧气制取及供给装置包括：控制器28、制氢氧机7、为制氢氧机7提供直流稳压电的制氢氧机电源8、通过不锈钢管路与制氢氧机氢气出口相连接的氢气流量调节器6、氢气入口9、氢气管路阻燃阀10及氢气输送管2、通过不锈钢管路与制氢氧机氧气出口相连接的氧气流量调节器5、氧气入口4、氧气管路阻燃阀3及氧气输送管12；由不锈钢材料制成的氢氧气管路密封组件11上设有中心孔，并通过该中心孔上的内螺纹与氧气输送管路12表面的外螺纹连接、密封，之后将与氢氧气管路密封组件11连接好的氧气输送管路12插入到氢气输送管2中，并用螺钉将氢氧气管路密封组件11安装在氢气输送管2外端表面的螺丝孔中；

所述的陶瓷绝热灶具装置，包括：灶具底座1、通过燃烧器支撑盘定位台14及底座与燃烧器支撑盘间卡槽13与灶具底座1相连接的燃烧器支撑盘15、通过燃烧器顶盖定位台17及燃烧器支撑盘与顶盖间卡槽16安装在燃烧器支撑盘15上的燃烧器顶盖18；燃烧器支撑盘15上设有燃烧器定位孔20，通过将炉头26上自带的燃烧器定位卡球21插入燃烧器定位孔20使炉头26与燃烧器支撑盘15之间定位以防止炉头26相对燃烧器支撑盘15转动；燃烧器顶盖18上设有顶盖与支架间定位槽19，在顶盖与支架间定位槽19上可以安装普通灶具所使用的圆形加热支架或通过将被加热物体直接放在顶盖与支架间定位槽19上进行加热；氢气输送管2与氧气输送管12在用氢氧气管路密封组建11连接好后穿过灶具底座1进入到灶具底座1内部，氢气输送管与氧气输送管内部均设有外螺纹，使炉头26可以通过螺纹分别与氢气输送管2及氧气输送管11相连接，进而使氢气和氧气可以分别独立进入外环火盖25与炉头26以及内环活盖24与炉头26所形成的密闭气室，再经氢气喷孔22及氧气喷孔23分别独立喷出；

控制器28上设有点火操作开关和燃气流量控制旋钮；

控制器28通过电缆与点火针27相连接，通过发出控制信号a触发点火针27点火；

控制器28通过屏蔽电缆与氧气流量调节器5和氢气流量调节器6相连接，通过发出信号b、c控制氧气流量调节器5和氢气流量调节器6中线性电磁阀开度，从而调整氧气和氢气的流量。

所述的灶具底座1、燃烧器支撑盘定位台14及燃烧器顶盖18均由陶瓷制成。

所述的氢氧气管路密封组件11由不锈钢材料制成。

所述的制氢氧机使用电源为12V直流稳压电源。在使用时需要首先接通制氢氧机7的电源，制氢氧机电源8将民用220V交流电整流为直流电并稳压在12V，为制氢氧机7提供电源，由于制氢氧机7使用12V稳压直流电，因此，在没有220V电源的环境下使用时也可以不通过制氢氧机电源8而直接将制氢氧机7的正负极直接接在12V直流稳压电源上，如：汽车发电机运行时所提供的电源；

所述的控制器28上设有点火控制开关和燃气流量调节旋钮。

实验时所选用的制氢氧机氢气制取速度为2L/min，氧气制取速度为1L/min，氢气和氧气出口压力均为3.0bar。制氢氧机电源8接入220V民用电源后开始向制氢氧机7提供12V稳压直流电，制氢氧机7在接通电源后开始制取氢气和氧气。通过控制器28启动点火程序，控制器28通过发出信号b、c将氧气流量调节器5和氢气流量调节器6内部的线性电磁阀打开至最大值，通过安装在氧气入口4和氢气入口9的流量计测得氢气供气流量为2L/min，氧气供气流量为1L/min；控制器在打开氧气流量调节器5和氢气流量调节器6的同时发出控制信号a触发点火针27点火，将氢气和氧气在燃烧器内成功点燃。点火成功后，降低控制器28上燃气流量控制旋钮的开度，通过控制器28将氢气流量和氧气流量均降至最大流量的一半，发现火焰明显减小，燃烧温度降低。关闭灶具时，将控制器28上的燃气流量控制旋钮置零，通过控制器8发出信号b、c同时关闭氧气流量调节器5和氢气流量调节器6，火焰熄灭。

之后，在天然气灶具和本发明所提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具加热同样质量及初始温度的冷水。实验在环境温度为21摄氏度，压力为101kPa的条件下进行。实验中普通天然气灶具和本发明所提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具均将供气流量调整至最大值。实验表明，利用本发明所提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具烧开同样质量的一壶冷水所需要的时间较天然气灶具缩短约2.5分钟。这主要是由于氢气火焰温度高，且在本发明所提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具中火焰向外传热量减少所造成的。

上述实验结果表明，采用本发明所提供一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具可以快速、高效的对物体及食物等进行加热。由于燃烧在陶瓷制成的灶具顶盖和燃烧器支撑盘中进行，因而燃料燃烧时对外传热损失减少，能量利用效率得到了提高。同时，由于氢气和氧气利用制氢氧机7提供，从而使本灶具摆脱了传统灶具对供气管路的依赖，成为一种高效、清洁、使用方便的新型灶具。

Claims (7)

1.一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，其特征在于：在保留传统灶具燃烧器，包括炉头(26)及炉头(26)上自带的燃烧器定位卡球(21)、通过定位环分别安装在炉头上的中心火盖(24)及外环火盖(25)、通过定位孔插在灶具底座(1)并靠近外环火盖(25)的点火针(27)，将原中心火盖(24)上的喷孔作为氧气喷孔(23)，将原外环火盖(25)上的喷孔作为氢气喷孔(22)的基础上增加了一套氢、氧气制取及供给装置及一套陶瓷绝热灶具装置；

所述的氢、氧气制取及供给装置包括：控制器(28)、制氢氧机(7)、为制氢氧机(7)提供直流稳压电的制氢氧机电源(8)、通过不锈钢管路与制氢氧机氢气出口相连接的氢气流量调节器(6)、氢气入口(9)、氢气管路阻燃阀(10)及氢气输送管(2)、通过不锈钢管路与制氢氧机氧气出口相连接的氧气流量调节器(5)、氧气入口(4)、氧气管路阻燃阀(3)及氧气输送管(12)；由不锈钢材料制成的氢氧气管路密封组件(11)上设有中心孔，并通过该中心孔上的内螺纹与氧气输送管路(12)表面的外螺纹连接、密封，之后将与氢氧气管路密封组件(11)连接好的氧气输送管路(12)插入到氢气输送管(2)中，并用螺钉将氢氧气管路密封组件(11)安装在氢气输送管(2)外端表面的螺丝孔中；

所述的陶瓷绝热灶具装置，包括：灶具底座(1)、通过定位槽与灶具底座(1)相连接的燃烧器支撑盘(15)、通过定位槽与燃烧器支撑盘(15)相连接的燃烧器顶盖(18)；氢气输送管(2)与氧气输送管(12)在用氢氧气管路密封组件(11)连接好后穿过灶具底座(1)进入到灶具底座(1)内部，氢气输送管与氧气输送管内部均设有外螺纹，使炉头(26)可以通过螺纹分别与氢气输送管(2)及氧气输送管(11)相连接，进而使氢气和氧气可以分别独立进入外环火盖(25)与炉头(26)以及内环活盖(24)与炉头(26)所形成的密闭气室，再经氢气喷孔(22)及氧气喷孔(23)分别独立喷出；

其中：

控制器(28)上设有点火操作开关和燃气流量控制旋钮；

控制器(28)通过电缆与点火针(27)相连接，通过发出控制信号a触发点火针(27)点火；

控制器(28)通过屏蔽电缆与氧气流量调节器(5)和氢气流量调节器(6)相连接，通过发出信号b、c控制氧气流量调节器(5)和氢气流量调节器(6)中线性电磁阀开度，从而调整氧气和氢气的流量。

2.根据权利要求1所述的一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，其特征在于：所述的灶具底座(1)、燃烧器支撑盘定位台(14)及燃烧器顶盖(18)均由陶瓷制成。

3.根据权利要求1所述的一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，其特征在于：所述的氢氧气管路密封组件(11)由不锈钢材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，其特征在于：所述的制氢氧机使用电源为12V直流稳压电源。

5.根据权利要求1或权利要求4所述的一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，其特征在于：制氢氧机电源(8)可将民用220V交流电整流为直流电并稳压在12V；亦可直接将制氢氧机(7)的正负极直接接在12V直流稳压电源上，如：汽车发电机运行时所提供的电源上。

6.根据权利要求1所述的一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，其特征在于：所述的控制器(28)上设有点火控制开关和燃气流量调节旋钮。

7.一种权利要求1所述的一种基于制氢氧机的氢、氧气燃烧灶具，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

制氢氧机(7)开始工作后，所制得的氢氧气分别经氢气流量调节器(6)、氧气流量调节器(5)、氢气管路阻燃阀(10)及氧气管路阻燃阀(3)输送至氢气输送管(2)和氧气输送管(12)，并进入氢气喷孔(22)及氧气喷孔(23)；氢气喷孔(22)与氧气喷孔(23)中氢气和氧气的流量通过调节氢气流量调节器(6)及氧气流量调节器(5)进行控制；氢气喷孔(22)及氧气喷孔(23)分别为原灶具外环火盖(25)及中心火盖(24)上的供气孔；氢气流量调节器(6)和氧气流量调节器中分别安装有线性电磁阀，当通过电磁阀的电流增加时，电磁阀开度加大，从而使更多的氢气和氧气可以分别通过氢气输送管(2)及氧气输送管(12)进入到氢气喷孔(22)及氧气喷孔(23)参与燃烧；

a)打火至平稳燃烧阶段：操作人员首先将控制器(28)上的燃气流量调节旋钮由零位开制最大，并按下点火开关，当燃气流量调节旋钮由零位调制最大并按下点火开关时，控制器(28)判定燃气灶处于点火启动状态，此时，控制器(28)控制器(28)首先发出信号b、c打开氢气流量调节器(6)和氧气流量调节器(5)，并发出信号a触发点火针(27)点火，点火时氢气流量调节器(6)和氧气流量调节器(5)均调整至最大值；点火成功后，控制器(28)停止点火针(27)跳火，使火焰在燃烧器内稳定燃烧；

b)降低燃料燃烧强度阶段：通过控制器(28)降低氢气流量调节器(6)和氧气流量调节器(5)的开度；任意时刻，控制器(28)均保持氢气流量调节器(6)和氧气流量调节器(5)中电磁阀的开度为2∶1；

c)停止燃烧阶段：将控制器(28)上的燃气流量旋钮调至零位，控制器(28)通过发出信号b、c同时关闭氢气流量调节器(6)和氧气流量调节器(5)中电磁阀，使燃烧器中的火焰熄灭。

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