CN104214777A - 全预混燃烧的燃气具 - Google Patents

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Abstract

一种全预混燃烧的燃气具，包括直流风机、控制器、电控制式燃气比例阀、风机转速传感器和使燃气与空气完全混合的燃烧装置，燃烧装置与风机和燃气比例阀相连，风机转速传感器安装在风机上，控制器与风机转速传感器、风机、燃气比例阀电连接，控制器根据风机转速传感器的信号同步调节风机、燃气比例阀的电流递增和/或递减。本发明能在实现全预混燃烧的基础上，有效降低产品成本。

Description

全预混燃烧的燃气具
技术领域
本发明属于燃气具领域，具体涉及一种全预混燃烧的燃气具，尤其适用于燃气热水器、燃气壁挂炉、燃气灶等领域。
背景技术
以家用燃气热水器为例，在现有技术中，其燃烧装置多数采用部分预混燃烧的方式，即燃气在燃烧前只混合部分一次空气，燃烧过程需额外补充二次空气。因一次空气与二次空气的分配量很难满足燃气完全燃烧需求，通常供给的空气量要大于理论燃烧需求的空气量，过剩空气量会导致火焰燃烧温度降低，带来热量损失；同时，因燃气不完全燃烧，会使燃烧后烟气中CO、NOX等气体含量偏高，导致空气污染，不符合环保要求。
另外，在外资品牌中存在少数全预混燃烧的燃气热水器，其控制方式都是采用高压风机和压力控制式比例阀来实现，这种控制方式会导致整机成本高举不下，使得很多国内燃器具厂家望而却步，产品难以普及。为克服这些缺陷，特对全预混燃烧的燃气具进行了研制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种全预混燃烧的燃气具，它能在实现全预混燃烧的基础上，有效降低产品成本。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：它包括直流风机、控制器、电控制式燃气比例阀、风机转速传感器和使燃气与空气完全混合的燃烧装置，燃烧装置与风机和燃气比例阀相连，风机转速传感器安装在风机上，控制器与风机转速传感器、风机、燃气比例阀电连接，控制器根据风机转速传感器的反馈信号同步调节风机、燃气比例阀的电流递增和/或递减。通过同步调节风机、燃气比例阀的电流，使燃气具在每个燃烧负荷点下都获得最佳的燃气量和空气量供给，实现全预混燃烧。而且，直流风机、电控制式燃气比例阀的成本较低，有效降低产品成本。再者，由于风机在工作过程中存在惯性力，风量的降低响应时间比燃气比例阀慢，在大范围内来回调节负荷时尤为明显，通过控制器使风机和燃气比例阀的电流同步按比例调节，还有助于减轻风机调节响应滞后于燃气比例阀的现象，避免出现火焰不稳定的情况。
所述燃烧装置包括壳体、喷嘴、气流分配板和火焰承载板，壳体设有空气腔和混合腔，空气腔与风机连通，空气腔和混合腔之间设有连通两者的进气口，喷嘴安装在空气腔内且朝向进气口，喷嘴与燃气比例阀连通，气流分配板设于混合腔上部，火焰承载板设于气流分配板之上且位于混合腔的出口处。燃气和空气经进气口流入混合腔，燃气与空气在混合腔内完全预混合，混合气经气流分配板均匀分流后，在火焰承载板上燃烧。
所述混合腔在进气口与气流分配板之间设有迂回混合气道，以进一步提高空气与燃气的混合度。
所述燃烧装置还含有火焰离子探针，火焰离子探针安装在混合腔上部并位于气流分配板下方，一旦发生回火，火焰离子探针即可检测到火焰离子电流，从而可以及时切断电路，使机体停止工作，以保护用户人身安全。
所述燃烧装置还含有感应温度探头，感应温度探头安装在混合腔上部并位于气流分配板下方，当机体长时间连续工作或出现异常时，若感应温度探头检测到的温度值达到设定值，机体停止工作，以保护机体及用户人身安全。
所述壳体、喷嘴、气流分配板由不锈钢材料制成，火焰承载板为陶瓷、金属或金属纤维材料组成。
附图说明
图1是本发明中燃烧装置1、风机2、控制器3和燃气比例阀4的连接关系示意图；
图2是本发明中燃烧装置1的内部结构示意图；
图3是本发明中控制器3的模块关系示意图；
图4是本发明中风机2和燃气比例阀4的电流递增关系示意图；
图5是本发明中风机2和燃气比例阀4的电流递减关系示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例包括使燃气与空气完全混合的燃烧装置1、直流风机2、控制器3、电控制式燃气比例阀4和风机转速传感器14，燃烧装置1与风机2和燃气比例阀4相连，风机转速传感器14安装在风机2上，控制器3与风机转速传感器14、风机2和燃气比例阀4电连接，控制器3根据风机转速传感器14的反馈信号同步调节风机2、燃气比例阀4的电流递增和/或递减。
如图3所示，控制器3包括燃气比例阀控制输出模块31、燃气比例阀理论电流值运算模块32、燃气比例阀电流值有效区间运算模块33、燃气比例阀瞬时电流值运算模块34、风机驱动输出模块35、风机转速检测模块36、风机理论转速运算模块37、燃烧系统阻力检测模块38。
燃气比例阀控制输出模块31用于控制燃气比例阀燃气通道开度；燃气比例阀理论电流值运算模块32根据点火负荷或恒温控制需要计算出的理论燃气比例阀电流值；燃气比例阀有效区间运算模块33根据瞬时风机转速和燃烧系统阻力限定燃气比例阀电流值有效输出区间；燃气比例阀瞬时电流值运算模块34根据燃气比例阀有效区间值和燃气比例阀理论电流值的关系输出相应的燃气比例阀瞬时电流值；风机驱动输出模块35用于控制调节风机转速；风机转速检测模块36用于检测风机瞬时转速；风机理论转速运算模块37根据燃气比例阀理论电流值和燃烧系统阻力配对风机理论转速值；燃烧系统阻力检测模块38用于检测燃烧系统瞬时阻力大小。
如图4和图5所示，随着电流I阶梯式递增或递减，风机2的风量Q随之同步阶梯式递增或递减。风机工作存在惯性力，在风机减速阶段，惯性力尤其明显，风机风量的降低响应时间比燃气比例阀慢，在大范围内来回调节负荷时尤为明显。假设，负荷点P1对应风机2风量Q1和燃气比例阀4电流I1，负荷点P2对应风机2风量Q2和燃气比例阀4电流I2。要实现负荷点P1、P2之间的调节转换，一般情况下，风机2若需时3秒，燃气比例阀4则不需1秒，负荷点之间差值越大，风机2所需的调整时间越长，由于两者所需的调整时间不同，这种时间差会导致燃气燃烧不充分或火焰不稳定。根据风机转速传感器14的反馈信号，使风机2和燃气比例阀4的电流同步阶梯式调节，延长燃气比例阀4调节电流所需的时间，使在负荷点P1、P2之间的调节转换，燃气比例阀4与风机2的需时相同，从而保证了燃气燃烧的充分性和火焰的稳定性。
从负荷点P1到P2的具体调节过程是，控制器3的燃气比例阀理论电流值运算模块32、风机理论转速运算模块37结合燃烧系统阻力检测模块38分别计算出负荷点P2对应的风机2风量Q2和燃气比例阀4电流I2，然后风机驱动输出模块35驱动风机2的转速使之趋向供应风量Q2，风机转速检测模块36实时检测风机2中调节过程中的瞬时转速，燃气比例阀有效区间运算模块33根据风机2的瞬时转速和燃烧系统阻力计算能保证燃烧效果在电流区间范围，燃气比例阀瞬时电流值运算模块34在能保证燃烧效果在区间范围内选择向电流I2靠近的电流值，并传递给燃气比例阀控制输出模块31控制燃气比例阀4的开度，通过若干次瞬时转速检测和电流值调节，使燃气比例阀4的电流值达到I2。
如图2所示，燃烧装置1能使燃气与空气完全混合，即燃气燃烧后产生的热量接近最高值，CO和NOX含量很低，而且燃烧时不需提供二次空气。它包括壳体、喷嘴5、气流分配板11和火焰承载板12，壳体设有空气腔6和混合腔7，空气腔6与风机2连通，空气腔6和混合腔7之间设有连通两者的进气口8，喷嘴5安装在空气腔6内并与燃气比例阀4连通且朝向进气口8，气流分配板11设于混合腔7上部，火焰承载板12设于气流分配板11之上且位于混合腔7的出口处。
燃烧装置1还含有火焰离子探针10和感应温度探头13，火焰离子探针10、感应温度探头13均安装在混合腔7上部且并位于气流分配板11下方。混合腔7在进气口8与气流分配板11之间设有迂回混合气道9。
本实施例中壳体、喷嘴5、气流分配板11由不锈钢材料制成，火焰承载板12为陶瓷、金属或金属纤维材料组成。
本发明不仅可实现燃气具的全预混燃烧，燃烧完全，热效率高，CO和NOX排放量低，安全可靠，而且控制方式简单，成本低，有助于推动实现全预混燃烧燃气具的普及。

Claims (6)

1.一种全预混燃烧的燃气具，其特征在于：包括直流风机（2）、控制器（3）、电控制式燃气比例阀（4）、风机转速传感器（14）和使燃气与空气完全混合的燃烧装置（1），燃烧装置（1）与风机（2）和燃气比例阀（4）相连，风机转速传感器（14）安装在风机（2）上，控制器（3）与风机转速传感器（14）、风机（2）、燃气比例阀（4）电连接，控制器（3）根据风机转速传感器（14）的信号同步调节风机（2）、燃气比例阀（4）的电流递增和/或递减。
2.根据权利要求1所述的全预混燃烧的燃气具，其特征在于：所述燃烧装置（1）包括壳体、喷嘴（5）、气流分配板（11）和火焰承载板（12），壳体设有空气腔（6）和混合腔（7），空气腔（6）与风机（2）连通，空气腔（6）和混合腔（7）之间设有连通两者的进气口（8），喷嘴（5）安装在空气腔（6）内且朝向进气口（8），喷嘴（5）与燃气比例阀（4）连通，气流分配板（11）设于混合腔（7）上部，火焰承载板（12）设于气流分配板（11）之上且位于混合腔（7）的出口处。
3.根据权利要求2所述的全预混燃烧的燃气具，其特征在于：所述混合腔（7）在进气口（8）与气流分配板（11）之间设有迂回混合气道（9）。
4.根据权利要求2所述的全预混燃烧的燃气具，其特征在于：所述燃烧装置（1）还含有火焰离子探针（10），火焰离子探针（10）安装在混合腔（7）上部并位于气流分配板（11）下方。
5.根据权利要求2所述的全预混燃烧的燃气具，其特征在于：所述燃烧装置（1）还含有感应温度探头（13），感应温度探头（13）安装在混合腔（7）上部并位于气流分配板（11）下方。
6.根据权利要求2~5任一项所述的全预混燃烧的燃气具，其特征在于：所述壳体、喷嘴（5）、气流分配板（11）由不锈钢材料制成，火焰承载板（12）为陶瓷、金属或金属纤维材料组成。
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