CN111197746A - 燃气设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气设备，包括：燃烧器；燃气预混管，燃气预混管限定出气流通道，气流通道具有进气口和出气口，从进气口至出气口的方向上，气流通道分成收缩段、混合段和扩散段，燃气预混管具有燃气进气口；燃气供应装置，燃气供应装置与燃气进气口连接；风机，风机与气流通道相通用于驱动气体从进气口向出气口方向流动；燃气火焰检测装置，燃气火焰检测装置用于检测燃烧器的燃烧火焰状况；控制器，控制器分别与燃气火焰检测装置和风机电连接，控制器根据燃气火焰检测装置提供的火焰检测信号调控燃气进气口的开口和风机的转速。根据本发明实施例的燃气设备在不同气源条件下，均能获得较佳的空燃比，实现稳定的负荷调节比，降低废气排放量。

Description

燃气设备

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，更具体地，涉及一种燃气设备。

背景技术

全预混燃烧是指燃气在燃烧前与空气进行混合，在燃烧过程中不再需要供给空气的燃烧方式，该种燃烧方式燃烧火焰传播速度快、燃烧效率高。

文丘里式预混器是气动式全预混燃烧系统中必需的设备，文丘里式预混器通过空气引射燃气。目前绝大部分产品为单文丘里式预混器，其最大负荷与最小负荷比(简称调节比)一般为5:1，较好的为7:1。双文丘里式预混器其最小负荷与最大负荷比可以达到10:1。

以全预混壁挂炉而言，调节比越大，在取暖或使用热水时负荷调节范围越大，用户使用的舒适性较高，调节比较小时，在取暖或使用热水时，无法稳定地供应混合气体造成燃烧的稳定。

但是各个地区的气源差异较大，例如，中国和欧洲的气源差异较大，当燃气设备所使用的气源环境与标准气成分(产品出厂前调试的气源成分)相差较大时，无法保证空气和燃气的混合比在预设范围，这样，燃气设备运行时，很容易造成有害气体排放量急剧升高。换言之，目前的气动式全预混燃烧系统无法根据实际的气源情况，对空气的进气量与燃气的进气量做出适应调整，保证废气排放量在可接受的范围。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明提出一种燃气设备，该燃气设备对气源条件要求低，具有较佳的空燃比，废气排放量低。

根据本发明实施例的燃气设备包括：燃烧器；燃气预混管，所述燃气预混管用于向所述燃烧器提供燃气和空气的混合气体，所述燃气预混管限定出气流通道，所述气流通道具有进气口和出气口，从所述进气口至所述出气口的方向上，所述气流通道分成横截面逐渐缩小的收缩段、横截面不变的混合段和横截面逐渐增大的扩散段，所述燃气预混管具有贯穿其壁厚的燃气进气口；燃气供应装置，所述燃气供应装置与所述燃气进气口连接；风机，所述风机与所述气流通道相通用于驱动气体从所述进气口向所述出气口方向流动；燃气火焰检测装置，所述燃气火焰检测装置用于检测所述燃烧器的燃烧火焰状况；控制器，所述控制器分别与所述燃气火焰检测装置和所述风机电连接，所述控制器根据所述燃气火焰检测装置提供的火焰检测信号调控所述燃气进气口的开口和所述风机的转速。

根据本发明实施例的燃气设备，通过燃气火焰检测装置实时监测燃烧器的燃烧火焰状况，控制器根据燃气火焰检测装置反馈的火焰信号来调控燃气进气口的开口大小和风机的转速，从而保证燃气设备在不同气源条件下，均能获得较佳的空燃比，实现稳定的负荷调节比，降低废气排放量。

另外，根据本发明实施例的燃气设备，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述混合段被分隔成相互独立的第一喉段和第二喉段，所述第一喉段和所述第二喉段分别与不同的所述燃气进气口相对应，所述第一喉段的进口与所述收缩段连通，所述第一喉段的出口与所述扩散段连通，所述第二喉段的出口与所述扩散段连通，所述第二喉段的进口与所述收缩段可选择性地导通。

可选实施例中，所述燃气预混管的外周形成有密封的燃气腔，所述燃气腔与所述燃气供应装置连接。

进一步可选实施例中，所述燃气腔为环形腔体，所述环形腔体的一端与所述收缩段的入口端密封连接，所述环形腔体的另一端与所述扩散段的出口端密封连接。

可选实施例中，所述第二喉段朝向所述收缩段的一侧设有可选择性开启的挡板。

进一步可选实施例中，所述燃气腔内置于所述气流通道内。

进一步可选实施例中，所述挡板的开合度与所述第二喉段对应的燃气进气口的开口正相关。

根据本发明的一些实施例，所述燃气预混管还包括：风门和驱动装置，所述驱动装置驱动所述风门打开或关闭所述燃气进气口。

可选实施例中，所述驱动装置为步进电机，所述步进电机与所述控制器连接。

根据本发明的一些实施例，所述燃气混合装置还包括：电磁阀，所述电磁阀的阀塞与所述燃气进气口相对设置，通过所述电磁阀的阀塞的位移控制所述燃气进气口的开口大小。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一些实施例的燃气设备的局部结构示意图；

图2是根据本发明另一些实施例的燃气设备的局部结构示意图；

图3是根据本发明另一些实施例的燃气设备的局部结构示意图；

图4是根据本发明实施例的燃气设备的局部结构示意图。

附图标记：

燃气设备100；

燃气预混管10；

气流通道11；

进气口111；

出气口112；

收缩段113；入口端1131；

混合段114；燃气进气口1141；第一喉段1142；第二喉段1143；挡板1144；

扩散段115；出口端1151；

风门116；

驱动装置117；

环形腔体20；燃气腔21；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1-图4，描述根据本发明实施例的燃气设备100，该燃气设备100为通过燃气燃烧所产生的热量用于加热或取暖的设备，燃气设备100可以为燃气热水器或者壁挂炉。

本发明实施例的燃气设备100包括：燃烧器(图未示出)、燃气预混管10、燃气供应装置(图未示出)、风机(图未示出)、燃气火焰检测装置(图未示出)和控制器(图未示出)。

具体地，燃气预混管10用于向燃烧器提供燃气和空气的混合气体。参照图1-3所示，燃气预混管10限定出气流通道11，该气流通道11具有进气口111和出气口112，从进气口111至出气口112的方向上(即气体流动方向上)，气流通道11分成横截面逐渐缩小的收缩段113、横截面不变的混合段114和横截面逐渐增大的扩散段115，其中，燃气预混管10具有贯穿其壁厚的燃气进气口1141，该燃气进气口1141与燃气供应装置连接。

需要说明的是，燃气预混管10的收缩段113、混合段114和扩散段115可以为相互独立的管体结构，也可以为一体成型的管体结构，不论采取哪种成型方式，收缩段113、混合段114和扩散段115之间均为无缝对接。

换言之，燃气预混管10提供了一个燃气和空气可以预混合的场所，如图1-图3所示，空气从进气口111流入气流通道11内，燃气通过燃气进气口1141进入气流通道11内。由于空气从收缩段113流动至混合段114过程中，流通面积发生突变，气流加速，从而在混合段114区域形成局部负压，使得被燃气引射入气流通道11内与空气混合，混合气体流至扩散段115时，流通面积再次发生突变，加剧了空气和燃气的混合程度，从而使得空气和燃气被充分地混合，为燃烧器提供较佳的混合气体。

风机与气流通道11相通用于驱动气体从进气口111向出气口112方向流动。燃气设备100在较大的负荷运行时，空气进气量和燃气进气量同步增加，其中，可以通过提高风机转速增大单位时间内的空气进气量，通过增大燃气进气口1141的开度增大单位时间内的燃气进气量。

燃气火焰检测装置用于检测燃烧器的燃烧火焰状况。控制器与燃气火焰检测装置电连接，控制器根据燃气火焰检测装置提供的火焰检测信号调控燃气进气口1141的开口和风机的转速。

燃气火焰检测装置可以为对燃气燃烧火焰进行光谱分析的装置，或者为对燃气燃烧火焰进行图像分析的装置，可以理解的是，上述仅是示意性的，并不是对本发明实施例的限制，任何可以检测出燃气燃烧特性的装置都在本发明的保护范围之内。

由于燃气火焰检测装置可以根据火焰的燃烧特性对燃烧工况进行实时检测，并将火焰燃烧状况实时发送给控制器，从而可以实时调控燃气进气口1141的开口大小和风机的转速，实现增减燃气或空气的进气量。这样，当燃气设备100所处的气源环境有所变化，燃气预混管10也可以混合出较佳的空气和燃气的混合气体，获得最佳的空燃比。

例如，当燃气设备100出现故障时，例如风机失效时，控制器可以发出关闭燃气进气口1141的开口的指令，从而防止燃气泄漏，提高燃气设备100运行的安全；在同一负荷情况下，燃烧火焰检测装置检测到火焰图像颜色较红或偏黄时，说明氧气不足，控制器可以发出提高风机转速的指令，从而提高空气的进气量。

由此，根据本发明实施例的燃气设备100，通过燃气火焰检测装置实时监测燃烧器的燃烧火焰状况，控制器根据燃气火焰检测装置反馈的火焰信号来调控燃气进气口1141的开口大小和风机的转速，从而保证燃气设备100在不同气源条件下，均能获得较佳的空燃比，实现稳定的负荷调节比，降低废气排放量。

在本发明的一些实施例中，如图2和图3所示，混合段114被分隔成相互独立的第一喉段1142和第二喉段1143，第一喉段1142和第二喉段1143分别与不同的燃气进气口1141111相对应，第一喉段1142的进口与收缩段113连通，第一喉段1142的出口与扩散段115连通，第二喉段1143的出口与扩散段115连通，第二喉段1143的进口与收缩段113可选择性地导通。

燃气预混管10内的气流流动方式大致如下，当第二喉段1143与收缩段113不导通，第一喉段1142与收缩段113连通的情况，空气从进气口111进入收缩段113，当空气流动至第一喉段1142时形成负压，引射燃气至气流通道11内，该种情况下，空气和燃气的进气量都较少，燃气设备100处于小负荷的工作状态；当第二喉段1143与收缩段113导通，第一喉段1142和第二喉段1143均与收缩段113连通的情况，空气从进气口111进入收缩段113，当空气流动至第一喉段1142和第二喉段1143时形成负压，引射燃气至气流通道11内，该种情况下，空气和燃气的进气量都较多，燃气设备100处于大负荷的工作状态。

无论是第一喉段1142还是第二喉段1143，燃气进气口1141的开口大小均是可以调控的，从而可以增大燃气设备100的负荷调节比，提高用户的使用舒适性。

一些可选实施例中，如图1和图2所示，燃气预混管10的外周形成有密封的燃气腔21，燃气腔21与燃气供应装置连接。即燃气腔21充当一个燃气临时存储器，这样，燃气供应装置可以先将燃气输送至燃气腔21内，当气流通道11出现负压时，燃气从燃气腔21被引射带入气流通道11内与空气混合。

进一步可选实施例中，燃气腔21为环形腔体20，环形腔体20的一端与收缩段113的入口端1131密封连接，环形腔体20的另一端与扩散段115的出口端1151密封连接。即燃气腔21整个包绕在燃气预混管10的外周，这样，燃气进气口1141成型位置可以设置在混合段114、收缩段113和扩散段115的其中之一，例如，可以一部分分布于混合段114，另一部分分布于收缩段113或扩散段115，燃气进气口1141成型位置的多种选择，可以使得燃气设备100在不同负荷阶段，选择不同的燃气进气方式，更有利于获得稳定空燃比，保证燃烧器正常稳定地燃烧。

其中，燃气腔21和燃气预混管10可以为相互独立部件，通过焊接的方式实现无缝对接。

在本发明另一些可选实施例中，第二喉段1143朝向收缩段113的一侧设有可选择性开启的挡板1144。如图2和图3所示，该挡板1144大致与气流通道11的横截面平行，起到阻隔空气进入第二喉段1143的作用。换言之，当燃气设备100运行的负荷较低时，挡板1144可以不开启，此时，对应于第二喉段1143的燃气进气口1141的开口也关闭。当燃气设备100运行的负荷较高时，挡板1144开启，此时，对应于第二喉段1143的燃气进气口1141的开口也打开。如此，使得燃气设备100在任何运行状况下，均获得较佳的空燃比。

进一步，挡板1144可以为仅向一侧打开的单向导通装置，当风机的转速较大，且挡板1144在空气压力的作用下，向出气方向移动，从而导通收缩段113和第二喉段1143。即挡板1144随着风压的增大自适应的打开，对应于第二喉段1143的燃气进气口1141也相应的打开。

有利地，挡板1144的开合度与第二喉段1143对应的燃气进气口1141的开口正相关。如此，可以满足空气与燃气的单位进气量同步增加或同步减少。

在本发明另一些实施例中，如图1-图3结合图4所示，燃气预混管10还包括：风门116和驱动装置117，驱动装置117驱动风门116打开或关闭燃气进气口1141。即控制器在接收到燃气火焰检测装置的火焰信号时，可以控制驱动装置117打开或关闭燃气进气口1141，从而调控空气和燃气的单位进气量。

可选实施例中，驱动装置117为步进电机，步进电机与控制器连接。通过火焰燃烧信号控制步进电机的行程，获得最佳的空燃比。

在本发明另一些实施例中，燃气混合装置还包括：电磁阀，电磁阀的阀塞与燃气进气口1141相对设置，通过电磁阀的阀塞的位移控制燃气进气口1141的开口大小。电磁阀所产生的磁场力大小与阀塞的位移量成正比，例如，可以通过控制输入电磁阀的线圈电流大小来调节磁场力，进而控制阀塞的位移量，从而有效调节燃气进气口1141的开口大小，保证燃气预混管10具有较佳的空燃比。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种燃气设备，其特征在于，包括：

燃烧器；

燃气预混管，所述燃气预混管用于向所述燃烧器提供燃气和空气的混合气体，所述燃气预混管限定出气流通道，所述气流通道具有进气口和出气口，从所述进气口至所述出气口的方向上，所述气流通道分成横截面逐渐缩小的收缩段、横截面不变的混合段和横截面逐渐增大的扩散段，所述燃气预混管具有贯穿其壁厚的燃气进气口；

燃气供应装置，所述燃气供应装置与所述燃气进气口连接；

风机，所述风机与所述气流通道相通用于驱动气体从所述进气口向所述出气口方向流动；

燃气火焰检测装置，所述燃气火焰检测装置用于检测所述燃烧器的燃烧火焰状况；

控制器，所述控制器分别与所述燃气火焰检测装置和所述风机电连接，所述控制器根据所述燃气火焰检测装置提供的火焰检测信号调控所述燃气进气口的开口和所述风机的转速。

2.根据权利要求1所述的燃气设备，其特征在于，所述混合段被分隔成相互独立的第一喉段和第二喉段，所述第一喉段和所述第二喉段分别与不同的所述燃气进气口相对应，所述第一喉段的进口与所述收缩段连通，所述第一喉段的出口与所述扩散段连通，所述第二喉段的出口与所述扩散段连通，所述第二喉段的进口与所述收缩段可选择性地导通。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的燃气设备，其特征在于，所述燃气预混管的外周形成有密封的燃气腔，所述燃气腔与所述燃气供应装置连接。

4.根据权利要求3所述的燃气设备，其特征在于，所述燃气腔为环形腔体，所述环形腔体的一端与所述收缩段的入口端密封连接，所述环形腔体的另一端与所述扩散段的出口端密封连接。

5.根据权利要求2所述的燃气设备，其特征在于，所述第二喉段朝向所述收缩段的一侧设有可选择性开启的挡板。

6.根据权利要求5所述的燃气设备，其特征在于，所述燃气腔内置于所述气流通道内。

7.根据权利要求5所述的燃气设备，其特征在于，所述挡板的开合度与所述第二喉段对应的燃气进气口的开口正相关。

8.根据权利要求1所述的燃气设备，其特征在于，所述燃气预混管还包括：风门和驱动装置，所述驱动装置驱动所述风门打开或关闭所述燃气进气口。

9.根据权利要求7所述的燃气设备，其特征在于，所述驱动装置为步进电机，所述步进电机与所述控制器连接。

10.根据权利要求1所述的燃气设备，其特征在于，所述燃气混合装置还包括：电磁阀，所述电磁阀的阀塞与所述燃气进气口相对设置，通过所述电磁阀的阀塞的位移控制所述燃气进气口的开口大小。

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