CN114413286A - 一种适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，在所述的燃烧器底板固定有多圈外环整流栅和内环整流栅，在所述的外环整流栅和内环整流栅上方安装有外环辐射盘和内环辐射盘，所述的内环辐射盘和外环辐射盘均包括从下至上依次设置的下层多孔介质、中层多孔介质和上层多孔介质，所述上层多孔介质和下层多孔介质的孔径小于中层多孔介质的孔径，所述上层多孔介质和下层多孔介质的孔隙率大于中层多孔介质的孔隙率，同时所述的燃烧器的外环引射器和内环引射器夹角为60～120度；本发明解决了现有技术中的燃烧氢气时出现的易回火、脱火、燃烧噪音高等问题，同时热效率高，氮氧化物排放低，节能环保。
Description
技术领域
本发明属于家用燃气具燃烧器领域，尤其涉及一种适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器。
背景技术
氢气与天然气在密度、火焰传播速度、发热量、燃烧界限、爆炸极限等方面均有较大差异性。由于氢气与天然气在物理化学性质上的差异，使得氢气无法与传统的家用燃气灶进行适配，导致灶具的热负荷大幅度降低；并且出现回火、燃烧噪音高等现象，影响人身安全。
目前针对适用纯氢气源的燃气灶尚未有过多的介绍，公告号为CN112944401A的发明专利“一种纯氢燃气灶及其控制方法”，设计了一种可以实时监测和调节系统的运行状态，保障氢气安全高效燃烧的燃气灶系统；公告号为CN211176903U的实用新型专利“一种氢气燃气灶”，通过电解水制氢组件、氢气储存罐和灶炉相连接，实现灶的氢气燃烧，通过在灶炉上设置有与喷气嘴相匹配的支撑组件，实现对锅底高度的调节。但以上专利均未对适用纯氢气源燃气灶的结构进行详细描述，尤其针对燃气灶的燃烧器结构没有进行说明。
近年来基于多孔介质燃烧技术设计出的红外线燃气灶具有燃料适用范围广、可调功率范围大等优点，相对于传统的大气式燃气灶，红外线燃气灶燃烧发生在多孔介质基体之间，属于无焰燃烧，以辐射换热为主，燃烧效率较高，燃烧稳定性较好。但目前红外线燃气灶多采用单一孔隙率的多孔介质材料，仅适用于火焰传播速度较低的天然气和液化石油气；依然无法解决燃烧氢气时易回火、燃烧噪音高等问题，并且燃烧所需空气量也无法满足，容易导致不完全燃烧现象。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，该燃烧器可避免燃烧氢气时出现的易回火、燃烧噪音高等问题，同时热效率高、烟气排放低。
本发明的一种适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，包括支撑在燃气灶的面板上的中空聚能盘，在所述的中空聚能盘内安装有燃烧器主体，所述的燃烧器主体包括燃烧器底板，所述的燃烧器底板支撑在家用燃气灶底板上方，在所述的燃烧器底板上从外至内依次间隔安装有环形外部隔热腔、中间环形隔板以及环形内部隔热腔，在所述的环形外部隔热腔和中间环形隔板形成的外部空腔的下部且环绕中间环形隔板外壁固定有多圈外环整流栅，在所述的中间环形隔板以及环形内部隔热腔形成的内部空腔的下部且环绕环形内部隔热腔的外壁固定有多圈内环整流栅；
在所述的多圈外环整流栅上部的外部空腔中沿水平方向安装有外腔多孔钢板，在所述的外腔多孔钢板上的外部空腔中安装有外环辐射盘，在所述的多圈内环整流栅上部的内部空腔中沿水平方向安装有内腔多孔钢板，在所述的内腔多孔钢板上的内部空腔中安装有内环辐射盘；所述的内环辐射盘和外环辐射盘均包括从下至上依次设置的下层多孔介质、中层多孔介质和上层多孔介质；
所述上层多孔介质和下层多孔介质的孔径小于中层多孔介质的孔径，所述上层多孔介质和下层多孔介质的孔隙率大于中层多孔介质的孔隙率；所述中层多孔介质为非金属多孔陶瓷，所述上层多孔介质和下层多孔介质为金属纤维；
一个外环引射器的出口侧穿过环形外部隔热腔并且出口与外环辐射盘连通且与外环整流栅相对设置，在正对外环引射器进口处的分气管上安装有外环喷嘴，在所述的外环引射器进口端固定有能够绕外环引射器的中轴线转动的外环风门挡板；
一个内环引射器的出口侧依次穿过环形外部隔热腔、外环辐射盘以及外环整流栅并且内环引射器的出口与中间环形隔板连通且与内环整流栅相对设置；在正对内环引射器进口处的分气管上安装有内环喷嘴，在所述的内环引射器进口端固定有能够绕内环引射器的中轴线转动的内环风门挡板；
在所述环形内部隔热腔中心设置有点火针、热电偶和过热保护装置，所述点火针头部和热电偶头部均位于内辐射盘上方0.5～1.0cm处，所述点火针以及热电偶的引线部分均平行于环形内部隔热腔的内壁，所述点火针尾部以及热电偶的尾部均固定在燃气灶底板，所述点火针通过导线与现有燃气灶的点火器连接；所述热电偶通过导线与旋塞阀连接；所述过热保护装置位于环形内部隔热腔的轴心，尾部固定在燃气灶底板，并通过导线与旋塞阀连接。
本发明的优点：
1.采用双引射器，成60～120度设置，可以避免引射器之间的相互影响，提高引射效果，满足燃烧氢气所需的空气量，并可通过风门挡板对进风量进行调节；在引射器出口设置整流栅，可以提高氢气和空气的混合以及弥散效应，降低混合气体的流速，使进入燃烧区的燃气更加均匀，防止因燃烧不稳定导致的意外熄火。
2.采用红外线燃烧器，内环和外环双辐射盘，配合双引射器，实现外环大火和内环小火燃烧；辐射盘采用分层式多孔介质，分为上、中、下三层，上层和下层为扩散层，中层为火焰支持层，实现多孔介质层间燃烧；采用该结构的燃烧器，可以拓宽燃烧器的负荷调节范围，具有较好的通用性；并且可以实现氢气的稳定燃烧，并能有效防止回火、脱火情况的发生，降低燃烧噪音，具有较好的使用性；同时相对于大气式燃烧器，本发明提供的红外线燃烧器热效率高，氮氧化物排放低，节能环保。
3.可以实现氢气在家用燃气灶上的安全稳定、绿色高效燃烧，拓宽氢能的应用场景，降低二氧化碳和氮氧化物排放。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器外部结构示意图；
图2为本发明的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器立体结构示意图；
图3为本发明图1所示的结构用于燃气灶的结构示意图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
另外，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
如附图所述的本发明的一种适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，包括在使用时支撑在燃气灶的面板上的中空聚能盘1，在所述的中空聚能盘1内安装有燃烧器主体，所述的燃烧器主体包括燃烧器底板，在使用时燃烧器底板支撑在家用燃气灶底板上方，在所述的燃烧器底板上从外至内依次间隔安装有环形外部隔热腔2、中间环形隔板以及环形内部隔热腔，在所述的环形外部隔热腔2和中间环形隔板形成的外部空腔的下部且环绕中间环形隔板外壁固定有多圈外环整流栅17，在所述的中间环形隔板以及环形内部隔热腔2形成的内部空腔的下部且环绕环形内部隔热腔的外壁固定有多圈内环整流栅18。
在所述的多圈外环整流栅17上部的外部空腔中沿水平方向安装有外腔多孔钢板，在所述的外腔多孔钢板上的外部空腔中安装有外环辐射盘6，在所述的多圈内环整流栅18上部的内部空腔中沿水平方向安装有内腔多孔钢板，在所述的内腔多孔钢板上的内部空腔中安装有内环辐射盘5。所述的内环辐射盘5和外环辐射盘6均包括从下至上依次设置的下层多孔介质16、中层多孔介质15和上层多孔介质14。
所述上层多孔介质14和下层多孔介质16的孔径小于中层多孔介质15的孔径，所述上层多孔介质14和下层多孔介质16的孔隙率大于中层多孔介质15的孔隙率；下层多孔介质14可以对燃烧区的热量进行蓄热，提高热效率，同时可以防止氢气燃烧回火；中层多孔介质15为燃烧区，氢气可以在本区域进行稳定燃烧，实现多孔介质层间燃烧；上层多孔介质16可以减小流动阻力，降低燃烧噪音，同时可以防止火焰漂移到外界。
所述中层多孔介质15为非金属多孔陶瓷，如堇青石蜂窝陶瓷、莫来石蜂窝陶瓷、碳化硅泡沫陶瓷，所述上层多孔介质14和下层多孔介质16为金属纤维，如铁铬铝合金纤维、镍基合金纤维、铁基合金纤维。
所述上层多孔介质14、中层多孔介质15和下层多孔介质16横截面孔隙的几何形状可为圆形、三角形、正方形或者正六边形。
优选的，所述中层多孔介质15的平均孔径在1.4～1.6mm之间，所述上层多孔介质14和下层多孔介质16的平均孔径在1.0～1.2mm之间。下层多孔介质16可以防止氢气燃烧回火，上层多孔介质14可以防止火焰漂移到外界，将氢气燃烧区域稳定在中层多孔介质15的内部孔隙之中，实现多孔介质层间燃烧。
所述中层多孔介质15的孔隙率在40～60％之间，所述上层多孔介质14和下层多孔介质16的孔隙率在60～80％之间。下层多孔介质16可以对燃烧区的热量进行蓄热，提高热效率，同时对混合气体进一步整流，上层多孔介质14可以减小流动阻力，降低氢气燃烧噪音。
所述中空聚能盘1采用现有的空腔设计，空腔内为真空，可以使来自所述外环辐射盘和内环辐射盘的热流更加集中，有效减小热损失，提高热效率，同时还具有防风的效果。
一个外环引射器7的出口侧穿过环形外部隔热腔2并且出口与外环辐射盘6连通且与外环整流栅17相对设置，在正对外环引射器7进口处的分气管上安装有外环喷嘴8，在所述的外环引射器7进口端固定有能够绕外环引射器7的中轴线转动的外环风门挡板9，可以调节引射空气量，保证最佳燃烧效果。
一个内环引射器13的出口侧依次穿过环形外部隔热腔2、外环辐射盘6以及外环整流栅17并且内环引射器13的出口与中间环形隔板连通且与内环整流栅18相对设置。在正对内环引射器进口处的分气管上安装有内环喷嘴12，在所述的内环引射器13进口端固定有能够绕内环引射器13的中轴线转动的内环风门挡板11。
所述外环引射器13和内环引射器出7口端设置有外环整流栅17和内环整流栅18，可以实现氢气与空气的快速混合，使混合气体流动的速度分布更加均匀，降低流动不稳定导致的火焰波动。
优选的，所述外环引射器7和内环引射器13夹角为60～120度，可以减少两个引射器之间对于空气引射的干扰。
优选的，所述外环引射器7内径大于内环引射器13内径，外环引射器13引射更多的空气。
优选的，所述外环引射器7和内环引射器7的入口段为变截面圆管，其内径沿着气流方向逐渐减小，有利于引射更多的空气，满足氢气完全燃烧。
在所述环形内部隔热腔中心设置有点火针3、热电偶4和过热保护装置10，所述点火针3头部和热电偶4头部均位于内辐射盘5上方0.5～1.0cm处，所述点火针3以及热电偶4的引线部分均平行于环形内部隔热腔的内壁，所述点火针3尾部以及热电偶4的尾部均固定在燃气灶底板，所述点火针3通过导线与现有燃气灶的点火器22连接；所述热电偶4通过导线与旋塞阀20连接；所述过热保护装置10位于环形内部隔热腔的轴心，尾部固定在燃气灶底板，并通过导线与旋塞阀20连接。
如图3所示，本装置的使用方法为：
在使用过程中将本装置和现有结构连接即可，总进气管21进口连接现有的灶具燃气进口管，并与旋塞阀20进口连接，所述旋塞阀20出口与所述分气管19进口连接，所述分气管19出口安装有内环喷嘴12，另一分气管出口安装有外环喷嘴8；所述点火器22连接现有灶具的电源，旋塞阀20和点火器22连接；所述旋塞阀20连接现有灶具的旋钮；当旋钮转动所述旋塞阀20，氢气通过总进气管21经过旋塞阀20进入分气管19，并通过分气管19末端的内环喷嘴8引入到所述燃烧器的内环引射器13中，同时连接所述旋塞阀20的点火器22，产生脉冲电流通过所述点火针3进行点火，实现氢气在燃气灶上的燃烧。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：包括支撑在燃气灶的面板上的中空聚能盘(1)，在所述的中空聚能盘内安装有燃烧器主体，所述的燃烧器主体包括燃烧器底板，所述的燃烧器底板支撑在家用燃气灶底板上方，在所述的燃烧器底板上从外至内依次间隔安装有环形外部隔热腔(2)、中间环形隔板以及环形内部隔热腔，在所述的环形外部隔热腔和中间环形隔板形成的外部空腔的下部且环绕中间环形隔板外壁固定有多圈外环整流栅(17)，在所述的中间环形隔板以及环形内部隔热腔形成的内部空腔的下部且环绕环形内部隔热腔的外壁固定有多圈内环整流栅(18)；
在所述的多圈外环整流栅上部的外部空腔中沿水平方向安装有外腔多孔钢板，在所述的外腔多孔钢板上的外部空腔中安装有外环辐射盘(6)，在所述的多圈内环整流栅上部的内部空腔中沿水平方向安装有内腔多孔钢板，在所述的内腔多孔钢板上的内部空腔中安装有内环辐射盘(5)；所述的内环辐射盘和外环辐射盘均包括从下至上依次设置的下层多孔介质(16)、中层多孔介质(15)和上层多孔介质(14)；
所述上层多孔介质和下层多孔介质的孔径小于中层多孔介质的孔径，所述上层多孔介质和下层多孔介质的孔隙率大于中层多孔介质的孔隙率；所述中层多孔介质为非金属多孔陶瓷，所述上层多孔介质和下层多孔介质为金属纤维；
一个外环引射器(7)的出口侧穿过环形外部隔热腔并且出口与外环辐射盘连通且与外环整流栅相对设置，在正对外环引射器进口处的分气管上安装有外环喷嘴(8)，在所述的外环引射器进口端固定有能够绕外环引射器的中轴线转动的外环风门挡板(9)；
一个内环引射器(13)的出口侧依次穿过环形外部隔热腔、外环辐射盘以及外环整流栅并且内环引射器的出口与中间环形隔板连通且与内环整流栅相对设置；在正对内环引射器进口处的分气管上安装有内环喷嘴(12)，在所述的内环引射器进口端固定有能够绕内环引射器的中轴线转动的内环风门挡板(11)；
在所述环形内部隔热腔中心设置有点火针(3)、热电偶(4)和过热保护装置(10)，所述点火针头部和热电偶头部均位于内辐射盘上方0.5～1.0cm处，所述点火针以及热电偶的引线部分均平行于环形内部隔热腔的内壁，所述点火针尾部以及热电偶的尾部均固定在燃气灶底板，所述点火针通过导线与现有燃气灶的点火器(22)连接；所述热电偶通过导线与旋塞阀(20)连接；所述过热保护装置(10)位于环形内部隔热腔的轴心，尾部固定在燃气灶底板，并通过导线与旋塞阀连接。
2.根据权利要求1所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述中层多孔介质的平均孔径在1.4～1.6mm之间，所述上层多孔介质和下层多孔介质的平均孔径在1.0～1.2mm之间。
3.根据权利要求1或者2所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述中层多孔介质15的孔隙率在40～60％之间，所述上层多孔介质14和下层多孔介质16的孔隙率在60～80％之间。
4.根据权利要求3所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述中层多孔介质的材料采用堇青石蜂窝陶瓷、莫来石蜂窝陶瓷或者碳化硅泡沫陶瓷；所述上层多孔介质和下层多孔介质的材料采用铁铬铝合金纤维、镍基合金纤维或者铁基合金纤维。
5.根据权利要求4所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述上层多孔介质、中层多孔介质和下层多孔介质横截面孔隙的几何形状为圆形、三角形、正方形或者正六边形。
6.根据权利要求3所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述中空聚能盘具有空腔，空腔内为真空。
7.根据权利要求3所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述外环引射器和内环引射器夹角为60～120度。
8.根据权利要求7所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述外环引射器内径大于内环引射器内径。
9.根据权利要求8所述的适用纯氢气源的家用燃气灶用红外线燃烧器，其特征在于：所述外环引射器和内环引射器的入口段为变截面圆管。
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