CN105370919A - 柱式燃气识别装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柱式燃气识别装置，包括一柱状壳体，所述壳体包括位于上端的燃气入口以及分别位于壳体两侧的低压燃气出口和高压燃气出口，所述低压燃气出口低于所述高压燃气出口；所述壳体内空腔下方设有一密封腔，密封腔上方设有第一密封活塞，所述第一密封活塞侧面设有一圈凹槽，从所述第一密封活塞的顶端至所述凹槽设有低压燃气通路。本发明利用不同燃气的压力不同是活塞上下移动，从而调节燃气从不同的出口排出，实现了自动识别不同的燃气。

Description

柱式燃气识别装置
技术领域
本发明涉及生活领域，尤其涉及一种柱式燃气识别装置。
背景技术
燃气是人们日常生活中不可缺少的能源，燃气灶、燃气热水器都已经是广泛应用的家用电器。现在我国常用的燃气包括NG(NaturalGas)天然气和LPG(LiquefiedPetroleumGas)液化石油气两种，由于不同燃气的工作方式不同，大部分家用电器都只能适用其中一种。若NG气体用在LPG炉子上面，火很小，无法起到取暖作用；甚至可能不燃烧，造成燃气泄漏，引起爆燃事故。若LPG气体用在NG炉子上，则会产生很大的火焰，存在引燃周边物品的危险；同时还会产生燃气不完全现象，产生过多的CO，引起CO中毒。因此为了能同时适用天然气和液化气，有必要发明一种燃气自动识别装置，以保证多功能电器不会因输入燃气种类不当引起的人身安全事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：利用不同燃气，在正常工作时压力不同，设计一种能够自动识别天然气和液化气的燃气自动识别装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种柱式燃气识别装置，包括一柱状壳体，所述壳体包括位于上端的燃气入口以及分别位于壳体两侧的低压燃气出口和高压燃气出口，所述低压燃气出口低于所述高压燃气出口；所述壳体内空腔下方设有一密封腔，密封腔上方设有第一密封活塞，所述第一密封活塞侧面设有一圈凹槽，从所述第一密封活塞的顶端至所述凹槽设有一气体通路。
本发明的有益效果在于：利用不同燃气工作时的不同压力，使活塞上下移动，从而使燃气从不同的出口排出，实现燃气的自动识别，避免燃气输入错误引起的人身安全事故发生。
附图说明
图1为本发明实施例一的燃气识别装置结构示意图；
图2为本发明实施例一的燃气识别装置未通燃气时的受力分析图；
图3为本发明实施例一的燃气识别装置通入低压燃气时的气路及受力分析图；
图4为本发明实施例一的燃气识别装置通入高压燃气时的气路及受力分析图；
图5为本发明实施例二的燃气识别装置结构示意图；
图6为本发明实施例二的燃气识别装置通入低压燃气时的气路及受力分析图；
图7为本发明实施例二的燃气识别装置通入高压燃气时的气路及受力分析图；
图8为本发明实施例三的燃气识别装置结构示意图；
图9为本发明实施例三的燃气识别装置通入低压燃气时的气路及受力分析图；
图10为本发明实施例三的燃气识别装置通入高压燃气时的气路及受力分析图；
标号说明：
1、壳体；2、燃气入口；31、低压燃气出口；32、高压燃气出口；4、密封腔；5、第一密封活塞；6、凹槽；7、气体通路；8、第一限位台阶；9、第二限位台阶；10、充气球；11、密封塞；12、弹簧；13、弹簧导向轴；14、液体密封腔；15、第二密封活塞；16、出气口。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:利用不同燃气的不同压力，使活塞上下移动，从而使燃气从不同的出口排出
请参照图1，一种柱式燃气识别装置，包括一柱状壳体，所述壳体包括位于上端的燃气入口以及分别位于壳体两侧的低压燃气出口和高压燃气出口，所述低压燃气出口低于所述高压燃气出口；所述壳体内空腔下方设有一密封腔，密封腔上方设有第一密封活塞，所述第一密封活塞侧面设有一圈凹槽，从所述第一密封活塞的顶端至所述凹槽设有一气体通路。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：利用不同燃气的不同压力，使活塞上下移动，从而使燃气从不同的出口排出，实现燃气的自动识别，避免输入错误的燃气对电器造成损害。
进一步的，所述密封腔内为惰性气体。
进一步的，所述壳体下端连接一充气球，所述充气球和所述密封腔之间设有一密封塞。
由上述描述可知，可利用充气球和密封塞对密封腔充放气，调节惰性气体的压力，适应不同压力的燃气。
进一步的，所述密封腔内设有一弹簧，可受所述第一密封活塞压缩而上下变形。
进一步的，所述密封腔内设有一连接所述第一密封活塞的弹簧导向轴，所述弹簧环绕所述弹簧导向轴设置。
进一步的，所述柱状壳体为U形结构，所述密封腔处于U形结构下端，且同为U形结构；所述密封腔一端连接所述第一密封活塞，另一端连接一第二密封活塞。
进一步的，所述柱状壳体内壁上设有用于限制第一密封活塞位置的限位台阶，所述限位台阶高于所述高压燃气出口。
进一步的，当燃气入口通入低压燃气时，第一密封活塞处于高位，所述凹槽对应低压燃气出口，所述低压燃气经所述气体通路从低压燃气出口排出。
进一步的，当燃气入口通入高压燃气时，第一密封活塞处于低位，所述高压燃气从高压燃气出口排出。
进一步的，所述气体通路为柱状环形。
实施例一
请参照图1，本发明的实施例一为：一种柱式燃气识别装置，包括柱式壳体1，所述柱式壳体1上端为燃气入口2，两侧分别设有低压燃气出口31和高压燃气出口32，其中高压燃气出口32的位置高于低压燃气出口31。所述壳体内侧的空腔下方为一密封腔4，密封腔4内装有惰性气体。密封腔4的上方为第一密封活塞5，所述第一密封活塞5也是柱状，正好贴合壳体空腔内壁，能沿着空腔内壁上下移动，保证气密性的同时摩擦力非常小，可忽略不计。所述第一密封活塞侧面设有一圈凹槽6，从第一密封活塞5的上端到所述凹槽6设有一气体通路7，所述气体通路7只要能将燃气入口2和凹槽6连通即可，优选其为柱状环形，以保证燃气的通过速度。
优选的，壳体内腔的内壁上设有第一限位台阶8和第二限位台阶9，所述第一限位台阶8高于所述高压燃气出口32，所述第二限位台阶9则低于所述低压燃气出口31。当未通燃气时，所述第一密封活塞5处于高位，且受限于所述第一限位台阶8的位置，使得高压燃气出口被封堵，而凹槽6则正好对应低压燃气出口31。优选凹槽6上端至第一密封活塞上端的距离小于限位台阶至低压燃气出口上端的距离，且大于高压燃气出口以及低压燃气出口的纵向尺寸；所述凹槽上端至第一密封活塞下端的距离则小于低压燃气出口下端至第二限位台阶9的距离；第一密封活塞上端至下端的距离则小于高压燃气出口下端至第二限位台阶9的距离。
当燃气入口2通入低压燃气，例如通常压力为1700Pa的NG天然气时，低压燃气不足以推动第一密封活塞5下移，第一密封活塞5保持上端贴合第一限位台阶8的位置，低压燃气经气体通路7从低压燃气出口31排出。为了保证燃气顺利排出，优选所述凹槽6的纵向尺寸大于所述低压燃气出口31的纵向尺寸。
当燃气入口2通入高压燃气，例如通常压力大于2700Pa的LPG液化石油气时，其压力较大，使得第一密封活塞5下移至高压燃气出口32以下，其下端贴合第二限位台阶9，低压燃气出口被封堵，使得高压燃气直接从高压燃气出口32排出。
优选的，所述壳体下端设有一惰性气体充放气口，所述充放气口连接一充气球10或其他充气装置，通过所述充放气口可排放密封腔4内的惰性气体，也可由所述充气球10向密封腔内不持续加压充气以调整密封腔4内气体的压力，且所述充放气口侧面设有一密封塞11，用于气体压力达到要求后密封功能，防止漏气。通过调整密封腔内的气体压力，本实施例能够适用于更多种压力的燃气识别。
本实施例中只要保证通入低压燃气时活塞上端贴合第一限位台阶，通入高压燃气时活塞下端贴合第二限位台阶即能实现燃气的自动识别，本领域技术人员根据上述要求能够计算获得各部件的尺寸、重量以及惰性气体的压力等参数。
下面对不同状态下的受力情况进行分析，以举例说明各参数需满足的要求。
在NG和LPG燃气时，惰性气体存在于密封空间内，不会外泄，在这两种情况下气体满足波-马定律：P1V1＝P2V2。
未通气时的初始状态分析，如图2所示，设定参数如下：
第一密封活塞质量m，第一密封活塞横截面半径r，惰性气体初始气压P，气体高度h1，第一限位台阶对活塞的压力为f1。活塞受力分析：f1+mg＝P1S，其中P1为惰性气体的气压，此时P1＝P，S＝πr2，初始状态下，活塞紧贴第一限位台阶，LPG高压燃气出口被密封，NG低压燃气出口和燃气入口连通。要满足这个要求，只需要f1＞0即可实现。即：f1＝P1S-mg＞0，代入相关参数有：
πr2P1＞mg公式①
通低压NG气体时受力状态分析，如图3所示：
在通NG燃气时，活塞顶部受燃气压力影响，会产生一个向下的推力PNS，其中PN为NG燃气的气压。为了保证燃气继续从NG口流出，LPG出口密封，我们仍然要求f1＞0。活塞的受力情况分析为：PNS+f1+mg＝P1S
即：f1＝πr2(P1-PN)-mg＞0，也就是：πr2P1＞πr2PN+mg公式②
因为PNmax＝1700Pa，因此公式②，只要满足：
πr2P1＞πr2PNmax+mg＝1700πr2+mg公式③
公式②必然成立，就能保证通入装置中的NG燃气从NG低压燃气出口流出。
通LPG高压燃气时受力状态分析，如图4所示：
在通LPG液化石油气时，活塞受到的燃气压力变大，底部气体压力无法再保证活塞平衡，活塞被压下至第二限位台阶，第二限位台阶对活塞产生一个向上的支撑力f2，此时f2＞0,方向向上。设定此时LPG燃气的气压为PL，惰性气体的气压为P2。
受力分析如图4所示：PLS+mg＝P2S+f2，即：f2＝PLS+mg-P2S＞0
也就是：πr2P2＜πr2PL+mg公式④
由波-马定律：P1V1＝P2V2，P1·πr2h1＝P2·πr2h2
可得：P2＝(h1/h2)P1公式⑤
代入公式④：πr2(h1/h2)P1＜πr2PL+mg，即：
πr2P1＜(h2/h1)(πr2PL+mg)公式公式⑥
由于PLmin＝2700Pa，式⑥只要满足：πr2P1＜(h2/h1)(πr2PLmin+mg)，公式⑥必然成立。
即：πr2P1＜(h2/h1)(2700πr2+mg)公式⑦
综合三种状态下的受力情况，代入P1＝P，有：
πr2P＞mg公式①
πr2P＞1700πr2+mg公式③
πr2P＜(h2/h1)(2700πr2+mg)公式⑦
其中，只要公式③满足要求，则公式①必然成立，因此该装置只需要满足下式即可：
πr2P＞1700πr2+mg公式③
πr2P＜(h2/h1)(2700πr2+mg)公式⑦
简化可得：
1700+mg/(πr2)＜P＜2700(h2/h1)+mgh2/(πr2h1)公式⑧
也就是说，只要惰性气体的初始压力P满足以上条件，本实施例的燃气识别装置即能实现低压NG燃气和高压LPG燃气的自动识别。
实施例二
请参照图5，本发明的实施例二与实施例一不同的是利用弹簧代替了惰性气体。如图5所示，密封腔4内设置了弹簧12，为了保证弹簧正常形变，优选弹簧12一端与第一密封活塞连接，当然，只要弹簧尺寸合适，能够正常形变，其与第一密封活塞也可以不连接，而只是受到活塞压力而形变。进一步的，为了保证弹簧在垂直方向形变，还可在密封腔4内设置一端与第一密封活塞相连的弹簧导向轴13，弹簧12环绕弹簧导向轴设置。所述弹簧导向轴另一端从密封腔底部穿出所述壳体，第一密封活塞收到压缩下移时，弹簧导向轴可向壳体外延伸，保证弹簧能够正常形变。
下面对实施例二的受力情况进行分析，其中弹簧常数为K，弹簧在不受力情况下的长度为x，NG低压燃气的压力为PN，LPG高压燃气的压力为PL，活塞质量为m，活塞横截面半径为r，横截面积为S，第一限位台阶对活塞的作用力为f1，第二限位台阶对活塞的作用力为f2，通入低压NG燃气时弹簧的长度为h1，通入高压LPG燃气时弹簧的长度为h2：
如图6所示，当通入NG低压燃气时需满足：f1＝K(x-h1)-PNS-mg＞0
即：K(x-h1)＞πr2PN+mg，由于PNmax大约为1700Pa，因此：
只要K(x-h1)＞1700πr2+mg即可，得：mg＜K(x-h1)-1700πr2
如图7所示，当通入LPG高压燃气时：f2＝PLS+mg-K(x-h2)＞0，
即：K(x-h2)＜πr2PL+mg，由于PLmin大约为2700Pa，因此：
只要K(x-h2)＜2700πr2+mg，得：mg＞K(x-h2)-2700πr2
综合可得：K(x-h2)-2700πr2＜mg＜K(x-h1)-1700πr2。
也就是说，只要活塞的质量满足以上条件，本实施例的燃气识别装置即能实现低压NG燃气和高压LPG燃气的自动识别。
实施例三
请参照图8，本发明的实施例三与实施例一和二的不同之处在于：将惰性气体和弹簧的形变方式修改为液压结构。本实施例中，壳体1为U形柱式结构，U形柱一端为所述燃气入口2，另一端为出气口16，所述第一密封活塞5下方为液体密封腔14，所述液体密封腔14也为U形，其一端连接所述第一密封活塞5，另一端连接第二密封活塞15。受第一密封活塞5上方燃气压力的影响，第一密封活塞5可向下推动，从而推动液体密封腔14内的液体和第二密封活塞15相应移动。为了燃气出口的合理性，此实施例中可将高压燃气出口和低压燃气出口设置于同一侧。
下面对实施例三的受力情况进行分析，其中第一密封活塞的质量为m1，第二密封活塞的质量为m2，液体密度为ρ，未通气初始两边液面高度差为h，通入低压NG燃气时液体两端的液面高度差为h1，h＝h1通入高压LPG燃气时液面两端的液面高度差为h2，其中第二密封活塞一端的液面高于第一密封活塞一端的液面，NG低压燃气的压力为PN，LPG高压燃气的压力为PL，第一和第二活塞横截面半径均为r，横截面积为S，第一限位台阶对第一密封活塞的作用力为f1，第二限位台阶对第一密封活塞的作用力为f2，第一密封活塞受到的浮力为F1，第二密封活塞受到的浮力为F2：
参照图9，当通入NG低压燃气时：
对于第一密封活塞：F1＝f1+m1g+PNS，
对于第二密封活塞：F2＝m2g，
根据液体浮力原理，F2+ρgh1S＝F1
得：m2g+ρgh1S＝f1+m1g+PNS即：f1＝(m2-m1)g+ρgh1S-PNS
只要f1＞0，那么在通NG燃气气体时，燃气即可从NG低压燃气出口流出。
即：(m2-m1)g+ρgh1S-PNS＞0公式⑨
参照图10，当通入LPG高压燃气时：
对于第一密封活塞：f2+F1＝m1g+PLS，
对于第二密封活塞：F2＝m2g，
根据液体浮力原理，F2+ρgh2S＝F1
得：m2g+ρgh2S＝m1g+PLS-f2即：f2＝(m1-m2)g+PLS-ρgh2S
只要f2＞0,那么在通LPG燃气气体时，燃气即可从LPG高压燃气出口流出。
即：(m1-m2)g+PLS-ρgh2S＞0公式⑩
结合公式⑨和⑩：(ρgh2-PL)S＜(m1-m2)g＜(ρgh1-PN)S
其中PNmax大约为1700Pa，PLmin大约2700Pa：
只要满足：(ρgh2-PLmin)S＜(m1-m2)g＜(ρgh1-PNmax)S
公式必然成立，其中h2＝h1+2a，h1＝h，a为活塞在NG燃气状态和LPG燃气状态的移动距离，即第一限位台阶8和第二限位台阶9的间距与活塞高度的差；可得：
[ρg(h+2a)-2700]S＜(m1-m2)g＜(ρgh-1700)S
也就是说，只要活塞的质量和截面尺寸满足以上条件，本实施例的燃气识别装置即能实现低压NG燃气和高压LPG燃气的自动识别。
综上所述，本发明提供的燃气识别装置利用不能燃气正常工作时压力不同，使得活塞上下移动，使其从相应的出口排出，实现了燃气的自动识别，避免因燃气输入错误引起人身安全事故。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种柱式燃气识别装置，包括一柱状壳体，其特征在于：所述壳体包括位于上端的燃气入口以及分别位于壳体两侧的低压燃气出口和高压燃气出口，所述低压燃气出口低于所述高压燃气出口；所述壳体内空腔下方设有一密封腔，密封腔上方设有第一密封活塞，所述第一密封活塞侧面设有一圈凹槽，从所述第一密封活塞的顶端至所述凹槽设有一气体通路。
2.根据权利要求1所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，所述密封腔内为惰性气体。
3.根据权利要求2所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，所述壳体下端连接一充气球，所述充气球和所述密封腔之间设有一密封塞。
4.根据权利要求1所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，所述密封腔内设有一弹簧，可受所述第一密封活塞压缩而上下变形。
5.根据权利要求4所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，所述密封腔内设有一连接所述第一密封活塞的弹簧导向轴，所述弹簧环绕所述弹簧导向轴设置。
6.根据权利要求1所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，所述柱状壳体为U形结构，所述密封腔处于U形结构下端，且同为U形结构；所述密封腔一端连接所述第一密封活塞，另一端连接一第二密封活塞。
7.根据权利要求1-6任一项所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，所述柱状壳体内壁上设有用于限制第一密封活塞位置的限位台阶，所述限位台阶高于所述高压燃气出口。
8.根据权利要求1-6任一项所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，当燃气入口通入低压燃气时，第一密封活塞处于高位，所述凹槽对应低压燃气出口，所述低压燃气经所述气体通路从低压燃气出口排出。
9.根据权利要求1-6任一项所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，当燃气入口通入高压燃气时，第一密封活塞处于低位，所述高压燃气从高压燃气出口排出。
10.根据权利要求1-6任一项所述的柱式燃气识别装置，其特征在于，所述气体通路为柱状环形。
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