CN104913344A - 一种吸入式燃气具装置 - Google Patents

Abstract

一种吸入式燃气具装置，包括：气源减压阀、连接管路、燃气具及燃气增压器。气源减压阀入口接气源，出口接连接管路，气源减压阀的作用是调节气源压力使其出口压力降低到某个低于大气压力的设定值。通过利用增压系统使燃气从气源被吸出、增压、混合形成可燃混合气，在燃气具工作和停止工作的情况下，系统增压器之前的燃气压力不高于当地大气压力，在管路破损、阀门失效等情况下，燃气不会泄露，安全性高。增压后的可燃气的燃烧性能和换热能力得到提高，有利于提高燃气具的性能。

Description

一种吸入式燃气具装置

技术领域

本发明涉及燃气具本体和与其配套连接的燃气管路系统，具体是指燃气灶、燃气热水器、燃气壁挂炉、燃气烤箱等燃气具以及这些燃气具与燃气管道、液化气罐等燃气气源之间的连接管路系统，以及燃气压力参数和相关阀门结构与参数。

背景技术

现有的燃气灶、热水器等燃气设备所使用的气体燃料包括液化气、天然气、沼气、煤气、化工尾气等。现有供气方式以管道供应和液化气罐两种方式为主。管道方式是将燃气通过管道方式输送到千家万户。为了便于输送，主管道内压力通常较高，为了安全和便于使用，随着管道系统逐步进入城镇、街道、小区、楼宇、室内，利用控制阀门调整燃气压力逐步降低到标准规定的数据。例如，管道天然气入户管道终端出口表压力为2000帕。

为了便于连接，用户的燃气设备通过软管或波纹管与管道终端出口连接。

液化气通常通过加压方式使燃气液化灌装于液化气罐内配送到用户。用户在使用液化气时，打开液化气罐开关阀，罐内液化气通过减压阀减压到规定压力(表压2800帕)后通过连接管道进入燃气具。为了便于使用，液化气罐减压阀出口和燃气灶具燃气入口之间的连接管道通常为软管。

管道气和罐装液化气是目前居民用燃气的两种主要形式。

这两种方式存在的问题在于，当连接管道和燃烧装置出现泄漏时，容易引起火灾和中毒。例如，许多燃气火灾、爆炸事故与连接燃气灶和液化气罐之间的软管及各处开关、接头、燃气灶和天然气管道之间的软管等处的破损、老化等原因造成的燃气泄露相关。

现有的燃气灶、燃气热水器等燃气燃烧装置都是以所用气源参数为依据设计制造的。由于现有的气源压力都高于当地大气压力，现有的燃气灶和热水器等燃气具都包含有利用燃气压力为动力的引射器，燃气由燃气喷嘴加速喷出形成低压高速气流，卷吸周围空气加速混合至燃烧器火嘴以适当的流速喷出形成射流火焰燃烧放热，并将热量传递给锅具、换热器等。在此过程中，燃气与空气的流动和混合所需的动能来自于燃气的压力能。当燃气引射的空气不足时，会产生黄火、冒烟等不正常燃烧现象，引射足够的空气满足燃烧的需要是现有燃气具设计的重要内容。提高燃气具入口的燃气压力，有利于提高燃气具的性能，但会使燃气管路泄露的风险加大，不利于安全。为了达到要求的性能指标，强制平衡式燃气热水器配备了风机，一些大功率的燃气灶也配备了风机。实践证明，为燃气具配备风机，虽然造价增加，但可以弥补燃气压力能的不足，提高燃气具的性能。现有的配备风机的燃气具的入口燃气气源的压力仍高于大气压力，仍存在燃气泄露的安全隐患，也未能进一步发挥风机以及压缩空气引射代替燃气引射的潜力，影响了燃气具安全性能的进一步提高。例如，申请人为上海伯涵热能科技有限公司所提出的专利申请号201210313356.1的专利申请，申请人为天津大学所提出的专利申请号201210173587.7的专利申请等多项专利文件中均有提到采用空气风机的方法。目的是克服因回热造成的流动阻力大的问题，但均未提及降低燃气管道压力至低于大气压力以提高燃气具系统安全性的概念。

从现有燃气具技术现状和发展趋势看，现有的以燃气压力能为引射动力源的混合气形成和燃烧换热方式已趋于极限，阻碍了燃气具性能的进一步提高。这一点，在嵌入式燃气灶的技术领域尤其明显。嵌入式燃气灶是现有燃气灶市场的主流产品。由于现有燃气气源压力较低，高性能的全预混燃烧技术难以在大功率嵌入式燃气灶具上采用。为了满足引射器必要的引射能力，发展了上进风，联合进风等各种进风方式，使嵌入式燃气灶结构复杂，灶面以上高度增加，影响美观，不易打理。

燃气泄露以及燃气泄露引起的中毒、火灾、爆炸等事故是现有燃气具及其管路系统存在的需要解决却很难解决的问题。

从灶具、管路和阀门结构看，造成燃气安全事故的原因可以归结为管子、管件以及燃具质量不合格造成的泄露。用气后阀门未关闭或关闭不到位；人为打开燃气阀门进行自杀或破坏；阀门老化松动、密封件风干老化失效、胶管老化破裂、松动、鼠害、因地震碰撞拉扯等外力造成的破坏等多种原因。

从泄露发生的位置看，泄露主要发生在管路末端。对于管道燃气，泄露问题主要发生在连接软管入口接头开关阀之后。对于罐装液化气用户，泄露问题大多首先发生在液化气罐开关阀之后，包括开关阀、减压阀、软管、液化气灶等处。

从管路系统结构看，造成燃气安全事故的原因大部分可以归结为燃气系统内部与大气之间的非正常联通造成的。而在非正常联通情况下的燃气泄露主要是因为管道系统内部的燃气压力高于大气压力。燃气压力越高，泄露速度越快；压力越低，泄露速度越低，若燃气压力与大气压力相等，则燃气因压差造成的泄露为零，无压差存在的条件下，燃气与空气之间的扩散速度低，燃气系统的安全性则会得到较大幅度的提高。

对于管道气用户，如果降低软管入口开关接口处的压力至低于大气压力，房间安全性会得到一定提高，如果降低入户压力，户内燃气安全性又会提高，如果降低进入楼宇的压力，则楼宇的燃气安全性会提高。

对于罐装液化气用户，如果降低软管入口开关接口处的压力至大气压力，安全性会得到一定提高，如果进一步改进液化气罐开关阀和减压阀的性能，液化气罐及燃气灶具系统的安全性又会进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于发明一种安全的燃气具及其连接管路系统。该系统包括以低于大气压力的燃气作为燃料的燃气具和相应的燃气管路系统。该新型燃气具通过利用增压系统使燃气从气源被吸出、增压、混合形成可燃混合气，燃烧过程以及换热过程所需动能的方法代替现有燃气具利用有压气源的方法，达到降低燃气具以及连接管线内的燃气压力至不高于管线外大气压力的方法克服现有燃气管线容易泄漏的问题，提高燃气具及管路的安全性，并通过提高燃气压力能的方法达到提高燃气具功率、效率、排放等性能指标的目的。

本发明包括：气源减压阀、连接管路、燃气具及燃气增压器。

气源减压阀入口接气源，出口接连接管路，气源减压阀的作用是调节气源压力使其出口压力降低到某个低于大气压力的设定值。燃气具工作时，燃气增压器开始工作，连接管路内因增压器的抽吸作用，气体压力下降，当连接管路内压力低于大气压的某个设定压力时，阀门打开，燃气流入连接管路，进入增压器被增压后与空气混合燃烧。当连接管路内压力高于设定压力时，气源减压阀出气阀门关闭，这个设定压力低于大气压力。该设定压力要适当，在确保阀门可靠工作的前提下，应尽量接近当地大气压力。本发明所用的气源减压阀为成熟技术，一般技术人员均可根据需要设计制造。

连接管路可以采用常用的软管或波纹管。

增压器的作用是对气体增压。增压器启动时，进气阀门开启，燃气流过，增压器停止工作时，进气阀门关闭；可通过调整驱动电机转速的方法，调整燃气流量。所用阀门密封性能高于常规的燃气具开关调节阀门的密封性能。

燃气增压器有多种形式：

电动燃气增压泵，增压泵由电机驱动，增压泵使燃气由低于大气压力升高到高于大气压力后作为引射器动力源引射燃烧所需的空气，形成具有一定压力的可燃混合气进入燃烧器。该种方式与现有燃气具相近，结构简单，可通过控制电机的方法控制燃气具的开关和火力，适合于居民家庭用小功率燃气具。

电动空气增压泵，增压泵由电机驱动，增压泵使空气由大气压力升高到高于大气压力后作为引射器动力源引射来自于连接管路的燃气，形成具有一定压力的可燃混合气进入燃烧器。该种方式结构较简单，容易控制，增压系统效率较高，适合于具有较大功率的商用灶、热水器等。

空气增压泵和燃气增压泵共同使用。增压泵使空气和燃气增压后混合形成具有一定压力的可燃混合气进入燃烧器。该方式结构较复杂，但其增压系统效率比前两种方式高，控制性能好，可以满足某些大型燃气具节电、性能优化等方面的需求。

空气增压泵技术和燃气增压泵技术均为成熟技术，一般技术人员均可根据需要设计制造。

驱动增压系统的各类电机技术均为成熟技术，一般技术人员均可根据需要设计制造。

驱动增压系统的动力源也有多种形式，例如：

市电方式，直接利用市电最为简单。但停电时，燃气具不可用。

以市电为电源的不间断电源供电方式，在停电时，燃气灶具仍可用。

采用包括利用燃气余热为热源的热发电装置的不间断电源供电方式。采用该方式可以使燃气具不依赖于外部电源而独立运行，是优先采用的方式。现有的热发电技术已经成熟，性价比高，温差100℃以内即可正常工作。以某种现有热发电装置成熟产品的性能指标为例，尺寸为62*62*3.8毫米的发电片，在温差为120℃时，其发电功率超过7瓦。

现有燃气具的燃烧温度超过700℃，在燃气具内容易获得100℃的温差。模拟计算结果表明，驱动3000千瓦燃气具的燃气增压泵所需的功率低于3瓦，废气热损失功率超过2000瓦，废气温度超过200℃。利用燃气具废气余热，采用现有热发电产品，可以发出数倍于驱动增压泵所需的电力。

本发明还可以包括控制系统，依据燃气具使用者的操纵和燃气具的运行工况，通过控制增压器电机的方式控制燃气具的开关和燃气具的功率大小。增压器电机转速为零，则燃气具关闭。增压器电机转速高，燃气具功率大，增压器电机转速低，燃气具功率小。现代燃气具均包括点火系统和熄火保护系统。点火系统用于点燃燃气。熄火保护系统的作用是当燃气具因故障意外熄火时，关闭熄火安全阀，确保安全。熄火安全阀是一种电磁阀，受火焰传感器信号控制。火焰传感器利用火焰的电阻远小于空气的电阻的原理工作。有火焰时，电阻小，电路通，电磁阀吸合，燃气阀开。无火焰时，电阻大，电路断，电磁阀断电，燃气阀关闭。

本发明的控制系统同样包括对点火系统和熄火保护系统的控制。当火焰传感器感受到熄火信号时，电路断开，增压器电机停止转动，燃气阀门即自动关闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明所提出的燃气具连接管路系统，可以避免现有管路方式存在的因管路和阀门破损、老化等原因造成的燃气泄露问题，以及因为上述燃气泄露问题所造成的中毒、火灾、爆炸等安全事故。

采用本发明所提出的燃气具，可以解决现有燃气具因为引射能力受限所带来的功率受限等一系列问题，便于采用全预混燃烧技术，红外辐射技术，回热技术等，使得燃气具的功率、效率、排放、外观等各方面性能得到提高。

附图说明

图1采用燃气增压器的液化气具连接示意图。

图中1-减压阀；11-气源进口；111-气源进气阀弹簧；112-进气阀；113-进气阀阀座；141-控制膜片；142-控制膜片顶杆；143-膜片弹簧；131-控制膜片空气室呼吸孔；12-燃气出口；2-连接管路；3-燃气具；31-引射器；313-引射器入口；312-引射器的混合气出口；32-燃烧器；33-燃气增压器；331-燃气增压器燃气入口，332-燃气增压器燃气出口；34-控制系统；35-电源系统。

图2采用空气增压器的液化气具连接示意图。

图中1-减压阀；11-气源进口；111-气源进气阀弹簧；112-进气阀；113-进气阀阀座；141-控制膜片；142-控制膜片顶杆；143-膜片弹簧；131-控制膜片空气室呼吸孔；12-燃气出口；2-连接管路；3-燃气具；31-引射器；32-燃烧器；66-空气增压器；661-空气增压器空气入口；662-空气增压器空气喷嘴；34-控制系统；35-电源系统。

具体实施方式

实施例1：以液化气罐为气源，采用电动燃气增压泵使燃气增压的液化气具工作原理。参见附图1，此例中，减压阀1的气源进口11接液化气罐减压阀出口。连接管路2可采用现有软管。燃气具采用附图1所示的方式。当燃气具不工作时，减压阀1的燃气出口12处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片弹簧143的作用下上移，控制膜片顶杆142下端与进气阀112脱离接触并保持一定间隙。进气阀门112在其弹簧111的作用下紧靠在进气阀阀座113上，阀门关闭。当燃气具工作时，减压阀1的燃气出口12处压力低于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片上下压力差的作用下克服膜片弹簧143的作用下移，控制膜片顶杆142下端与进气阀112接触后继续下移，使阀门112克服其弹簧111的作用脱离其阀座113上，阀门开启，燃气进入连接管路2。随后进入燃气增压器33被增压泵提升至3800帕(常规为2800帕)后进入引射器31，引射空气后进入燃烧器32燃烧。因燃气引射压力高于现有液化气供气压力，可以解决现有液化气灶因为引射能力不足所造成的黄火，锅底易黑等问题。因为连接管路内的压力低于当地大气压力可以避免现有液化气灶连接管路内高于大气压力(2800帕)所引发的泄露问题，避免因管路、阀门破损、泄露等原因造成的中毒、火灾、爆炸等事故。

随着燃气的流入，当减压阀1的燃气出口12处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片弹簧143的作用下上移，膜片顶杆142下端同进气阀112上移，阀门开度变小，进气量减小，可以使燃气出口12处的燃气压力稳定在设定值附近。

实施例2：以管道气为气源，采用电动燃气增压泵使燃气增压的燃气具工作原理。

参见附图1，此例中，在天然气入户气表出口阀门处接入燃气减压阀1，将现有的管道气出口压力由高于大气压力1800帕调整为出口压力低于大气压力的1000帕，连接管路2可采用现有软管。燃气具采用附图1所示的方式。进入燃气增压器33的燃气被增压泵提升至2800帕(常规为1800帕)后进入引射器31引射空气后进入燃烧器32燃烧。因燃气引射压力高于现有管道供气压力，可以解决现有燃气灶因为引射能力不足所造成的黄火等问题。因为连接管路内的压力低于当地大气压力可以避免现有燃气灶连接管路内高于大气压力(1800帕)所引发的泄露问题，避免因管路、阀门破损、泄露等原因造成的中毒、火灾、爆炸等事故。

实施例3：以液化气罐为气源，采用电动空气增压泵使空气增压的燃气具工作原理。

参见附图2，此例中，减压阀1的气源进口11接液化气罐减压阀出口，将现有的液化气罐出口压力由高于大气压力调整为略低于大气压力，连接管路2可采用现有软管。燃气具采用附图2所示的方式。当燃气具不工作时，减压阀1内燃气出口12处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片弹簧143的作用下上移，膜片顶杆142下端与进气阀112脱离接触并保持一定间隙。阀门112在其弹簧111的作用下紧靠在阀座113上，阀门关闭。当燃气具工作时，减压阀1内燃气出口12处压力低于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片上下压力差的作用下克服膜片弹簧143的作用下移，膜片顶杆142下端与进气阀112接触后继续下移。使阀门112克服其弹簧111的作用脱离其阀座113上，阀门开启，燃气进入连接管路2。随后被吸入引射器31与来自空气增压泵66的空气喷嘴662的空气流吸引混合形成可燃混合气后进入燃烧器32燃烧。燃烧所需的空气由空气增压泵66的进口661吸入后增压到500帕左右，由空气喷嘴662喷出形成射流。因所需空气完全由可靠动力按需提供，可以解决现有液化气灶因为引射能力不足所造成的黄火，锅底易黑等问题。因为连接管路2内的压力低于当地大气压力可以避免现有液化气灶连接管路内高于大气压力(2800帕)所引发的泄露问题，避免因管路、阀门破损、泄露等原因造成的中毒、火灾、爆炸等事故。随着燃气的流入，当减压阀1内燃气出口12处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片弹簧143的作用下上移，膜片顶杆142下端同进气阀112上移，阀门开度变小，进气量减小，可以使燃气出口12处的燃气压力稳定在设定值附近。

实施例4：以管道天然气为气源，采用电动空气增压泵使空气增压的燃气具工作原理。

此类燃气具可以是燃气灶或者燃气热水器。参见附图2，此例中，减压阀1的气源进口11接管道气出口，连接管路2可采用现有软管。燃气具采用附图2所示的方式。当燃气具不工作时，减压阀1内燃气出口12处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片弹簧143的作用下上移，膜片顶杆142下端与进气阀112脱离接触并保持一定间隙。阀门112在其弹簧111的作用下紧靠在阀座113上，阀门关闭。当燃气具工作时，减压阀1内燃气出口12处压力低于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片上下压力差的作用下克服膜片弹簧143的作用下移，膜片顶杆142下端与进气阀112接触后继续下移。使阀门112克服其弹簧111的作用脱离其阀座113上，阀门开启，燃气进入连接管路2。随后被吸入引射器31与来自空气增压泵66的空气喷嘴662的空气流吸引混合形成可燃混合气后进入燃烧器32燃烧。燃烧所需的空气由空气增压器66的进口661吸入后增压到500帕左右，由空气喷嘴662喷出形成射流。因所需空气完全由可靠动力按需提供，可以解决现有燃气具因为引射能力不足所造成的黄火，功率不足等问题。因为连接管路内的压力低于当地大气压力可以避免现有燃气具连接管路内高于大气压力(1800帕)所引发的泄露问题，避免因管路、阀门破损、泄露等原因造成的中毒、火灾、爆炸等事故。

随着燃气的流入，当减压阀1内燃气出口12处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片141在膜片弹簧143的作用下上移，膜片顶杆142下端同进气阀112上移，阀门开度变小，进气量减小，可以使燃气出口12处的燃气压力稳定在设定值附近。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种吸入式燃气具装置，其特征在于，由减压阀(1)通过连接管路(2)与燃气具(3)相连。

2.根据权利要求1所述的吸入式燃气具装置，其特征在于，减压阀(1)包括气源进口(11)，气源进气阀弹簧(111)一端连接进气阀(112)，进气阀(112)另一端连接进气阀阀座(113)，控制膜片(141)连接控制膜片顶杆(142)，膜片弹簧(143)两头分别连接进气阀阀座(113)和控制膜片(141)，控制膜片空气室呼吸孔(131)位于减压阀上部；燃气出口(12)与连接管路(2)连接。

3.根据权利要求1所述的吸入式燃气具装置，其特征在于，燃气具(3)包括引射器(31)、燃烧器(32)、燃气增压器(33)、控制系统(34)、电源系统(35)，燃气增压器(33)一端与连接管路(2)连通，另一端依次连接控制系统(34)、电源系统(35)。

4.根据权利要求3所述的吸入式燃气具装置，其特征在于，引射器(31)包括引射器入口(313)，引射器的混合气出(312)与燃烧器(32)连接。

5.根据权利要求3所述的吸入式燃气具装置，其特征在于，燃气增压器(33)包括燃气增压器燃气入口(331)、燃气增压器燃气出口(332)，其中燃气增压器燃气入口(331)与连接管路(2)相通。

6.根据权利要求3所述的吸入式燃气具装置，其特征在于，所述的燃气增压器替换为空气增压器(66)，该空气增压器包括空气增压器空气入口(661)、空气增压器空气出口(662)，其中空气增压器空气出口(662)与连接管路(2)相通。

7.根据权利要求3所述的吸入式燃气具装置，其特征在于，所述的燃气增压器替换为燃气增压器和空气增压器共同使用。

8.根据权利要求5所述的吸入式燃气具装置的使用方法，其特征在于，当燃气具不工作时，减压阀出口处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片在膜片弹簧的作用下上移，控制膜片顶杆下端与进气阀脱离接触并保持一定间隙，进气阀在气源进气阀弹簧的作用下紧靠在进气阀阀座上，阀门关闭；当燃气具工作时，减压阀出口处压力低于设定的开阀压力值，控制膜片在膜片上下压力差的作用下克服膜片弹簧的作用下移，控制膜片顶杆下端与进气阀接触后继续下移，使进气阀克服其进气阀弹簧的作用脱离进气阀阀座上，阀门开启，燃气进入连接管路，随后进入燃气增压器被增压泵提升至3800帕后进入引射器引射空气后进入燃烧器燃烧，随着燃气的流入，当减压阀出口处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片在膜片弹簧的作用下上移，膜片顶杆下端同进气阀上移，阀门开度变小，进气量减小，可以使减压阀出口处的燃气压力稳定在设定值附近。

9.根据权利要求6所述的吸入式燃气具装置的使用方法，其特征在于，气源进口接液化气罐减压阀出口，当燃气具不工作时，减压阀出口处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片在膜片弹簧的作用下上移，膜片顶杆下端与进气阀脱离接触并保持一定间隙，阀门在其弹簧的作用下紧靠在阀座上，阀门关闭；当燃气具工作时，减压阀出口处压力低于设定的开阀压力值，控制膜片在膜片上下压力差的作用下克服膜片弹簧的作用下移，膜片顶杆下端与进气阀接触后继续下移，使阀门克服其弹簧的作用脱离其阀座，阀门开启，燃气进入连接管路，随后被吸入引射器与来自空气增压泵的空气喷嘴的空气流吸引混合形成可燃混合气后进入燃烧器燃烧，燃烧所需的空气由空气增压器的进口吸入后增压到500帕左右，由空气喷嘴喷出形成射流，随着燃气的流入，当减压阀出口处压力高于设定的开阀压力值，控制膜片在膜片弹簧的作用下上移，膜片顶杆下端同进气阀上移，阀门开度变小，进气量减小，可以使减压阀出口处的燃气压力稳定在设定值附近。

10.根据权利要求3所述的吸入式燃气具装置的使用方法，其特征在于，控制系统通过控制燃气增压器或空气增压器电机的方式控制燃气具的开关和燃气具的功率大小。