CN113757721B - 一种激光点火器、垃圾焚烧装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于垃圾焚烧技术领域，更具体地，涉及一种激光点火器、垃圾焚烧装置及其控制方法，其中，激光点火器包括设置有第一透光部的壳体、固定设置于壳体内部并可发射阵列激光束的阵列激光源、固定设置于壳体内部并用于改变阵列激光束聚焦形貌的光学系统、与壳体活动连接并用于引导阵列激光束经第一透光部射出并聚焦于靶部的聚焦透镜、与阵列激光源、光学系统均电连接的控制器，光学系统设置于阵列激光源及聚焦透镜之间。本发明通过激光点火器聚焦多点环形光斑在靶部，增大点火面积，从而提高点火效率以及垃圾焚烧效率；且可拆卸式的激光点火装置可以降低装置使用成本以及延长装置使用寿命。

Description

一种激光点火器、垃圾焚烧装置及其控制方法

技术领域

本发明属于垃圾焚烧技术领域，更具体地，涉及一种激光点火器、垃圾焚烧装置及其控制方法。

背景技术

目前垃圾处理主要采用填埋以及焚烧的方式，而就地露天焚烧容易造成新的垃圾污染以及空气污染，不利于环境保护，因此，采用锅炉等焚烧装置进行垃圾焚烧可以避免此类问题。在各种焚烧装置中均需要通过点火装置对燃烧物进行引燃。传统较多采用的点火装置有火花塞点火装置及电弧点火装置，其均为接触式点火，在点火的时候需要保证点火装置与燃烧物之间的距离较近，才能将燃烧物点燃，这样燃烧物在焚烧装置内产生高温高压气体，这样点火装置长时间近距离暴露在高温环境中，容易失效，且火花塞长时间使用发生积碳从而造成点火不良，会增加后续使用维护成本。

为此，人们提出了非接触式点火的概念，如中国专利CN109209728B公开的一种超声波直接点火助燃装置，其通过换能器将电能转换成声能，日通过反射器与聚焦球面点火结构结合，实现点火与助燃，但是由于声波本身能量较小，若需要达到点火温度，需要通过变幅杆、反射镜、聚焦镜等较多的结构实现复杂的声波能量增幅聚焦，整体结构较为复杂，成本高；还有中国专利公开了激光点火装置，但其是单点点火，点火后需要经过压缩燃料才能发生快速、充分的燃烧，仅适用于发动机等小型装置，对于垃圾焚烧等较大型的焚烧装置来说，其点火效率不够高，容易造成燃料燃烧不充分，影响垃圾焚烧效率。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种激光点火器、垃圾焚烧装置及其控制方法，其非接触式的点火能够避免燃烧物破坏点火装置，进而延长点火装置的使用寿命，且可以提高点火燃烧效率，且结构较为简单，可靠性较好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种激光点火器，包括设置有第一透光部的壳体、固定设置于壳体内部并可发射阵列激光束的阵列激光源、固定设置于壳体内部并用于改变阵列激光束聚焦形貌的光学系统、与壳体活动连接并用于引导阵列激光束经第一透光部射出且聚焦于靶部的聚焦透镜、与阵列激光源和光学系统均电连接的控制器，光学系统设置于阵列激光源及聚焦透镜之间。

本方案中的阵列激光源可发出阵列激光束，这样可在靶部形成多处聚焦，以快速提高靶部温度，从而提高点火效率；另外，可通过光学系统调整阵列激光束的聚焦形貌，使得激光束可根据需要的形态聚焦在靶部，进而增大聚焦光斑的外周长，以增大火焰扩散的速度，进一步提高点火燃烧效率；另外，将整个激光点火器的部件均设置在壳体内，方便将整个装置整体拆装，这样可以将一个激光点火器应用在多个不同场景，从而提高装置的场景适应性及利用率。

优选地，上述的光学系统为反射式空间光调制器

优选地，还包括与聚焦透镜连接并带动聚焦透镜沿其入射方向往返移动的驱动装置，驱动装置与控制器电连接。

优选地，上述的第一透光部为设置于壳体侧壁的第一通孔，第一通孔覆盖设置有防护镜。

优选地，上述的壳体上设置有沿第一通孔轴向延伸的滑轨，聚焦透镜与滑轨滑动连接。

优选地，还包括用于夹持聚焦透镜的夹持件，夹持件与滑轨滑动连接，且夹持件与驱动装置相连。

优选地，上述的激光束聚焦形貌为圆形或圆环形。

优选地，上述的阵列激光源为LED激光器或半导体激光器。

本方案中还提供一种垃圾焚烧装置，包括焚烧室以及设置于焚烧室内侧壁的燃烧器，燃烧器连通设置有用于提供燃料及助燃物的供给管道，燃烧器设置有喷孔且喷孔出射方向水平；还包括上述的激光点火器，焚烧室侧壁设置有与焚烧室连通的腔体，燃烧器设置于腔体远离焚烧室的一侧，腔体侧壁设置有第二透光部，激光点火器可拆卸设置于腔体的外侧壁且第一透光部与第二透光部相贴合，且经第一透光部出射的阵列激光束的靶部位于腔体内部。

本方案通过在焚烧室的侧壁设置一个腔体，将燃烧器以及激光点火器设置在腔体上，这样当激光点火器射出的激光束在腔体内聚焦使得腔体内的燃料温度升高自燃，即可将激光点火器从腔体上拆卸下来，避免燃烧的高温加速激光点火器的损坏速度，从而延长激光点火器的使用寿命，减少使用维修成本。

本方案中还提供一种垃圾焚烧装置的控制方法，包括以下步骤：

S1：供给管道向燃烧器输送燃料以及助燃物的混合物；

S2：激光点火器中的控制器控制阵列激光源发出阵列激光束；

S3：控制器向反射式空间光调制器发送指令，反射式空间光调制器将阵列激光束的聚焦形态整形为圆环状并反射至聚焦透镜；

S4：控制器向驱动装置发送指令，驱动装置带动聚焦透镜沿滑轨移动，使得阵列激光束聚焦于腔体内部，点燃混合物；

S5：将激光点火器从腔体上拆卸移除。

与现有技术相比，有益效果是：

本发明中的激光点火器可将阵列激光束聚焦在靶部，且可通过反射式空间光调制器将阵列激光束的聚焦形貌调整为环形，以整体提高激光束在靶部的聚焦范围，从而提高点火效率；另外，将激光点火装置整合到壳体中，将整个激光点火装置可拆卸安装在于焚烧室连通的腔体上，激光点火装置将燃料点然后，可将其拆除，从而避免激光点火器长时间在高温环境下加速老化及损坏，从而降低装置的使用维修成本。

附图说明

图1是实施例1激光点火器的结构示意图；

图2是实施例1激光点火器的电路连接方框示意图；

图3是实施例2垃圾焚烧装置的结构示意图；

图4是实施例3垃圾焚烧装置的控制方法的流程示意图。

其中，箭头均表示光束方向，1-壳体，11-第一透光部，12-防护镜，13-滑轨，2-阵列激光源，3-光学系统，4-聚焦透镜，5-控制器，6-驱动装置，7-夹持件，100-激光点火器，101-焚烧室，102-燃烧器，103-供给管道，104-喷孔，105-腔体，106-第二透光部。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：

如图1至图2所示为一种激光点火装置的实施例，包括设置有第一透光部11的壳体1、固定设置于壳体1内部并可发射阵列激光束的阵列激光源2、固定设置于壳体1内部并用于改变阵列激光束聚焦形貌的光学系统3、与壳体1活动连接并用于引导阵列激光束经第一透光部11射出并聚焦于靶部的聚焦透镜4、与阵列激光源2和光学系统3均电连接的控制器5，光学系统3设置于阵列激光源2及聚焦透镜4之间。

本实施例中的光学系统3为反射式空间光调制器。反射式空间光调制器可以对阵列激光束均进行相位、强度、波长、偏正态等进行调整，从而实现对激光束形貌的调整，这样可以将聚焦在靶部的激光束调整为环形或其他形状，而且还可以调整激光束所聚焦的环形光斑的内外径比例，从而增大激光束在腔体105内的聚焦面积，从而使得腔体105内的燃料可以大范围点燃，提高点火燃烧效率。值得注意的是，本实施例中的光学系统3采用反射式空间光调制器仅为优选的实施方式，具体实施过程中，当然还可以采用其他类型的光路设计，以实现对阵列激光束进行相位、强度、波长、偏正态等调整，以改变聚焦光斑，这里不再详述。

本实施例中还包括与聚焦透镜4连接并带动聚焦透镜4沿其入射方向移动的驱动装置6，驱动装置6与控制器5电连接。具体地，驱动装置6为电动调焦装置，通过电动调焦装置带动聚焦透镜4的移动，实现焦点的改变，这样可以根据实际情况进行焦点的调整，使得激光点火器的适应性更强。

为了使激光束能够穿过壳体1聚焦到靶部引燃燃烧物，本实施例中的第一透光部11为设置于壳体1侧壁的第一通孔，第一通孔覆盖设置有防护镜12。其中防护镜12应该是透光的，且采用耐高温材料制成，这样，激光束穿过聚焦透镜4后，从第一通孔射出聚焦到靶部，而防护镜12可以避免靶部的燃烧高温对激光点火装置内部的器件造成过大的影响，从而可以延长装置的使用寿命。

为了实现装置的调焦功能，以增强装置的适应性，本实施例中的壳体1上设置有沿第一通孔轴向延伸的滑轨13，聚焦透镜4与滑轨13滑动连接，本实施例中还包括用于夹持聚焦透镜4的夹持件7，夹持件7与滑轨13滑动连接，且夹持件7与驱动装置6相连。通过驱动装置6可以带动夹持件7沿着滑轨13滑动，即可使得聚焦透镜4在其出射方向上移动，从而改变焦点的位置，实现调焦功能，这样可根据激光点火器的实际使用场景，调节其焦点位置，以适应不同的燃烧装置，提高装置的适应性及使用效率，且这样一个激光点火器可用在多个燃烧装置上，可以提高激光点火器的使用效率，降低使用成本。

本实施例中的激光束聚焦形貌为圆环形。圆环形的聚焦形貌相比于圆形的聚焦形貌，其外周长会更长，这样聚焦覆盖的范围也会更大，从而使得靶部的燃料可以在更大的范围内发生燃烧，以加快火焰扩散的初始面积，从而提高点火燃烧效率。值得注意的是，本实施例中的激光束聚焦形貌为圆环形仅为一种参考的实施方式，具体实施过程中当然也可以将激光束整形为其他形状，以增大聚焦光斑的外周长即可，这里不作限定。

本实施例中的阵列激光源2为LED激光器；其中，阵列激光源2可包括多个LED激光器，多个LED激光器形成圆形阵列，组合发出阵列激光束，当然，也可采用半导体激光器替代LED激光器，多个LED激光器也可以形成矩形阵列等其他阵列，这里不作限定。

本实施例中的阵列激光源2可发射出阵列激光束，阵列激光束经反射式空间光调制器整形后经过聚焦透镜4，在靶部聚焦出多个环形的光斑，以提高激光点火器的聚焦面积，使得靶部的温度快速提升，从而提高点火效率以及燃烧效率。

实施例2

如图3所示为一种垃圾焚烧装置的实施例，包括焚烧室101以及设置于焚烧室101内侧壁的燃烧器102，燃烧器102连通设置有用于提供燃料及助燃物的供给管道103，燃烧器102设置有喷孔104且喷孔104出射方向水平；还包括实施例1中的激光点火器100，焚烧室101侧壁设置有与焚烧室101连通的腔体105，燃烧器102设置于腔体105远离焚烧室101的一侧，腔体105侧壁设置有第二透光部106，激光点火器100可拆卸设置于腔体105的外侧壁且第一透光部11与第二透光部106相贴合，且经第一透光部11出射的阵列激光束的靶部位于腔体105内部。

本实施例中的第二透光部106为设置在腔体105侧壁的第二通孔，腔体105侧壁还连接设置有用于盖合第二通孔的盖板，激光点火器100插设于第二通孔中且第一通孔与第二通孔的轴心线重合，这样可以保证经聚焦透镜出射的激光束可以穿过第一通孔及二通孔聚焦到腔体105内，从而将燃料点燃。

本实施例中的激光点火器100可拆卸安装于腔体105侧壁上，激光点火器出射的激光束可聚焦在腔体105内，经喷孔104喷射出来的混合物瞬间被点燃，然后被水平喷入焚烧室101中，引燃垃圾，腔体105内的燃料被点燃后，将激光点火器100拆卸出来，再通过盖板将第二通孔盖合密封，可以避免焚烧室101内的燃料及垃圾燃烧产生的高温加速激光点火器100的损坏，进而延长激光点火器100的使用寿命，且这种可拆卸式的设计，使得一个激光点火器100可用于多个焚烧装置，从而降低焚烧装置的建设使用成本。

实施例3

如图4所示为一种垃圾焚烧装置的控制方法的实施例，其用于控制实施例2中的垃圾焚烧装置，包括以下步骤：

S1：供给管道向燃烧器输送燃料以及助燃物的混合物；

S2：激光点火器中的控制器控制阵列激光源2发出阵列激光束；

S3：控制器向反射式空间光调制器发送指令，反射式空间光调制器将阵列激光束的聚焦形态整形为圆环状并反射至聚焦透镜；

S4：控制器向驱动装置发送指令，驱动装置带动聚焦透镜沿滑轨13移动，使得阵列激光束聚焦于腔体内部，点燃混合物；

S5：将激光点火器从腔体上拆卸移除。将激光点火器移除后，可通过盖板将第二通孔盖合密封，避免燃料从第二通孔中泄露。

本实施例中通过激光点火器将燃料与助燃物的混合物点燃后，即将激光点火器拆除，从而避免激光点火器长时间接触高温高压的焚烧室，这样在保证点火以及燃烧效率的同时，可以延长激光点火器的使用寿命，降低装置的使用、维护成本。

本发明是参照本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图或方框图来描述的，应理解可由计算机程序指令实现流程图或方框图中的每一流程或方框、以及流程图或方框图中的流程或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

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。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种激光点火器，其特征在于，包括设置有第一透光部(11)的壳体(1)、固定设置于所述壳体(1)内部并可发射阵列激光束的阵列激光源(2)、固定设置于所述壳体(1)内部并用于改变阵列激光束聚焦形貌的光学系统(3)、与所述壳体(1)活动连接并用于引导阵列激光束经所述第一透光部(11)射出且聚焦于靶部的聚焦透镜(4)、与所述阵列激光源(2)和光学系统(3)均电连接的控制器(5)，所述光学系统(3)设置于所述阵列激光源(2)及所述聚焦透镜(4)之间；所述光学系统(3)为反射式空间光调制器；还包括与所述聚焦透镜(4)连接并带动所述聚焦透镜(4)沿其入射方向往返移动的驱动装置(6)，所述驱动装置(6)与所述控制器(5)电连接；所述第一透光部(11)为设置于所述壳体(1)侧壁的第一通孔，所述第一通孔覆盖设置有防护镜(12)；阵列激光束经反射式空间光调制器整形后经过聚焦透镜(4)，在靶部聚焦出多个环形的光斑。

2.根据权利要求1所述的一种激光点火器，其特征在于，所述壳体(1)上设置有沿所述第一通孔轴向延伸的滑轨(13)，所述聚焦透镜与所述滑轨(13)滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种激光点火器，其特征在于，还包括用于夹持聚焦透镜的夹持件(7)，所述夹持件(7)与所述滑轨(13)滑动连接，且所述夹持件(7)与所述驱动装置(6)相连。

4.根据权利要求1所述的一种激光点火器，其特征在于，所述阵列激光源(2)为LED激光器或半导体激光器。

5.一种垃圾焚烧装置，包括焚烧室(101)以及设置于所述焚烧室(101)内侧壁的燃烧器(102)，所述燃烧器(102)连通设置有用于提供燃料及助燃物的供给管道(103)，所述燃烧器(102)设置有喷孔(104)且所述喷孔(104)出射方向水平；其特征在于，还包括权利要求2或3所述的激光点火器(100)，所述焚烧室(101)侧壁设置有与所述焚烧室(101)连通的腔体(105)，所述燃烧器(102)设置于所述腔体(105)远离所述焚烧室(101)的一侧，所述腔体(105)侧壁设置有第二透光部(106)，所述激光点火器(100)可拆卸设置于所述腔体(105)的外侧壁且所述第一透光部(11)与第二透光部(106)相贴合，且经所述第一透光部(11)出射的阵列激光束的靶部位于所述腔体(105)内部。

6.一种权利要求5所述垃圾焚烧装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：供给管道向燃烧器输送燃料以及助燃物的混合物；

S2：激光点火器中的控制器控制阵列激光源发出阵列激光束；

S3：控制器向反射式空间光调制器发送指令，反射式空间光调制器将所述阵列激光束的聚焦形态整形为圆环状并反射至聚焦透镜；

S4：控制器向驱动装置发送指令，驱动装置带动聚焦透镜沿滑轨移动，使得阵列激光束聚焦于腔体内部，点燃所述混合物；

S5：将激光点火器从腔体上拆卸移除。

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