CN2213933Y - 安全型高效燃气灶 - Google Patents

Abstract

一种低成本多重保护功能燃气灶，采用高效率聚 焰式燃烧器，抗溢水可调式火焰离子探极，灵敏的回 火传感器，CMOS集成电路为中心的功能电路(逻辑 判断，驱动，定时和电源逆变升压)，螺旋升降锅架，选 用低功耗力增益式保险阀门，这样便使之成为一种高 性能价格比的高效安全燃具。对上述几种技术进行 不同形式组合，可以构成系列产品，满足不同消费层 次用户之需，提供必不可少的生命财产保护，对旧灶 也能方便地加以改造，市场广阔。

Description

本实用新型提供一种具有多种安全保护功能的高热效率燃气灶。属燃气用具技术领域。

随着燃气灶具的迅速普及，每年发生的中毒，爆炸，燃烧等恶性事故给人民和国家的生命财产造成巨大损失，因此燃具安全保护问题日益突出。另外，燃具使用又与能源和环保有着密切的关系。这些均需加以改进。

当前市售高级燃气灶采用了热电偶式熄火保护，热电偶成本高，维护性差，寿命短，尤其是响应速度太慢，无报警，况且，单一熄火保护对较高的安全要求来说也是不够的。中国专利93118571.8安全自控猛火燃气灶提出了一种保护功能较为完善的技术方案。采用灵敏的火焰检测方式。但它是一种高级豪华型灶具，对于低收入家庭则需要既安全又便宜的普及型灶具。值得注意的是，当结构简化到易于把用户手中的灶具加以改装时，便可通过推广这项技术给社会带来重大意义，也给厂家创造又一个广阔的市场。

在燃烧器方面，国内外有许多改进技术方案，如外旋火，内旋火，双斜面火管燃烧器（中国专利9211196.7）。对于旋火灶，由于需加工斜槽做出火口，加工复杂，尤其内旋火灶，为避免精铸模具的难度而需采用机械加工法制造斜槽，成本增加。实用中，其抗溢水结构的缺陷以及清除积炭不便，均是需要加以改进的。双斜面火管燃烧器结构新颖，燃烧效果好，其热负荷在高于猛火灶时优势明显，故小热负荷时使用受到一定限制。本实用新型提出的聚焰式燃烧器就是解决上述缺陷的一种设计。

在电路方面，针对熄火、回火、火灾、沸水和干锅等功能设计了一种高功能价格比新电路。为保证电池的利用效率和电磁阀更有效的驱动，设计了具有稳压作用的电源逆变升压电路。这些功能电路同时为火焰离子探测提供高灵敏前置放大、触发和逻辑控制功能。

本实用新型提供了一种抗溢水的可调式火焰离子探极和打火电极方案，该方案能有效解决火焰探测时因溢水、油污等使离子探火失效的问题，增加了其实用性，而探极调节结构既简单又可稳定调节拉力。

本实用新型提供一种与旋塞轴联动的控制开关方案。对图1的电路，由于平时耗电甚微，故仅用一根线控制探火电极的搭铁情况，成本低，工作可靠，有值守报警功能；对于图2电路，还控制电源通断，对耗电稍大的情况，就有节电的作用。触点的结构相当简单，牢固。

锅架是容易受忽视但对燃烧工况又有重大影响的构件。长期以来使用的锅架为固定式或支脚翻转调节式。它们无法适应不同尺寸和不同形状的锅底，调节不便。由于我国现行标准CJ4－83热效率试验方法中对尖底锅和小尺寸锅不做考核，故一些厂家仅对大尺寸平底锅追求检测指标，从而在用户手中有时燃烧工况很差，热效率低，烟气相当不好。本实用新型提出的螺旋调节式锅架可克服上述锅架的弊病。因为它可以连续调节支架高度，而且调节方便（无需每个支脚皆翻动一次）。

综上所述，本实用新型通过诸多技术方案对公知技术进行了改进和补充，以期达到：在技术深度和广度上使灶具有较强的安全性，提高燃具热效率和降低对环境的污染，本实用新型还要达到低成本，好维护且易于对使用中的灶具加以改造的目的（当然更可以生产新灶）。

本实用新型是这样实现的：

从整体结构看，灶具包括任何公知的构架、壳体、打火部件、调气装置、管路和阀门等。这里，本实用新型采用聚焰式燃烧器，它可以代替灶具上一个或两个常用的燃烧器，而它与灶架的固定方式不变。电子部件是一个印制线路板，外部由一个罩子保护，其固定位置以远离火焰为原则，可固定在前面板、后面板或侧板上。罩子上有扩展功能插口和电池供电开关。火焰探测电极组件通过螺钉固定在燃烧器或横梁下方，针尖距出火口1.5～3毫米。回火传感器采用热敏电阻时应使其感温头接触中等回火火焰边缘，使之回火时受热迅速，正常燃烧时受冷风冷却而又不阻挡燃气流。当采用光敏元件时，应将其固定在喷嘴根部背光处，光敏面应直视回火火焰使信噪比得以改善。另外，还应有阻止文丘里管向敏感元件传热的绝热衬套，敏感元件应加散热器，防止漏电流增加。保险阀的安装位置以便于操作，管路布局简洁为原则，具体位置不拘。

下面分述各部分技术要点：

图1是由通用IC构成的电子线路。图中定时器TIMER，反向器1、4，逻辑门2、3和报讯振荡器OSC也可制成专用CMOS芯片，其中定时器为RC振荡多级计数器，频率由Rw调节，定时范围2分至60分钟，Kt为定时器开关，C₂、R₄为计数置零电路。各反向器和逻辑门用来完成信号的放大、逻辑控制、触发驱动等作用。振荡器可由一个触发器或两个反向器组成。

电路使用电池或交流整流滤波供电，为降低对电池电压的要求，本实用新型提供一种简单可靠的低压逆变升压电路，该电路由振荡管T₂、反馈放大管T₁、变压器T_P、基准稳压管D₂、整流滤波用D₁、C₁和偏置电阻R₁、R₂组成，T₁的振荡由线圈正反馈维持，T₁集电极处的线圈反电势对电源电压加以提升。输出电压由稳压管D₂的齐纳值限定。元器件主要的连接关系是，火焰探极T_L、T_R与逻辑门1的输入端相连。而火灾传感器与反向器2的输入端相连，反向器2的输入端也可作为火焰探测之用，如作烤箱燃烧器探火。逻辑门3的两个输入端连接回火传感器R_LR_R，溢水传感器K_Y和地震（倾斜）传感器S。沸水和干锅传感器R_H及变阻器R_P则与反向器4的输入端相连。反向器4的输出端连接微分电容C₄和隔离二极管D₅，其余三个隔离二极管D分别连在各门电路与传感器之间，使门的功能得以扩展。

整个电路的工作情况如下：

电源开关K闭合，灶具旋塞之一给气时（即与左右旋塞连动的开关K_L、K_R之一闭合时），电路通电，升压电路输出V₀，并作为IC的V_DD电源，此时如果相应的探极T_L、T_R之间有火焰则门1、4输出高电平，OSC无音频输出。若因风吹、溢水、停气、打火故障等原因熄火时，相应探针的电位上升，由逻辑门1检出，经放大，逻辑控制，使门4输出电平跳为低电平，则OSC输出音频，三极管T₅驱动讯响器Sp发出警报，LEDR是红色发光管，发光显示。另一方面，C₄、R₇给出一个微分信号使T₃、T₄瞬间导通，保险阀V吸动闭气，达到保安目的。T₄由V_DD供电，提高阀门控制可靠性。C₃是熄火或回火延时电容，用来防止误报并有节电作用。R_L、R_R是左灶和右灶的回火探测热敏电阻，阻值宜选用200KΩ以上，负温度系数。也可使用光敏元件。当回火时，相应处的元件阻值下降，通过门和放大电路控制报警和关闭阀门。D₃是火灾传感器，Rh是干锅或沸水传感器，S是地震（倾斜）传感器。当它们任何一个有效时，也将触发保险阀并声光报警。定时时间到达时，TIMER输出一个方波电平，该电平由其内部调制而成。它一方面使绿色发光管LEDG闪光，另一方面经D₄使OSC发出间断报讯音。上述电路中定时电路门电路数量和闭阀线路可以根据系列产品要求加以精简或任意组合。图2与图1相同之处不再重复，不同之处在于各门用GAMES简化表示。由于该电路静态耗电为微安级，故平时无需关闭电源，而处于值守状态，则若未开启灶具如果发生火灾、地震等险情也能发出警报。从图2可见K_L、K_R不再控制电池B的负极。图2中D₃、R_H、S等传感器也可选择采用。从上面分析可见，本实用新型电路相对简单、实用、功能全、功耗小。

图3是抗溢水可调探极和打火电极剖面图，图中：

1.燃烧器上盖        4.电极夹持器        7.引出线

2.燃烧器发火器壳体        5.电极        8.螺钉

3.抗溢水绝缘支柱        6.螺钉

支柱3用陶瓷、玻璃或聚四氟乙烯等制成，耐热300摄氏度以上且不吸潮，对于火焰探测也可用金属件搪珐琅瓷代替，珐琅瓷厚度约0.3毫米，对此请参阅图7。支柱3上端有一个屋檐式顶盖D，其外径>20毫米，它遮盖着下部的圆柱部分，保证溢水时绝缘不受影响，夹持器4以卡箍形式固定在3上，能升降回转。它有一个直径为40～80毫米的弯曲部分，这部分是卷边的，中间穿过端头磨尖的电极5，电极直径1～1.5毫米。电极为耐热合金丝，其长度有约40毫米的备用量。电极随半径R而弯曲，产生较为稳定的抽拉力，便于调节。夹持器应耐热，抗腐蚀，其下部形状向下凸出，便于流淌水滴。电极尖端对出火口M之间的间隙    对离子探极为1.5～3毫米，对打火电极为4～6毫米。夹持器与檐状顶盖D之间的距离L对离子探火应大于一滴水的高度（约4毫米），对打火电极则应大于放电间隙，即应大于6毫米。夹持器采用不锈钢板冲压而成。本实用新型的抗溢水可调探极、打火电极是整机正常工作的重要部件，其结构无论如何变通，只要溢水时能降低探极、电极对搭铁处的绝缘电阻，就必须采用遮雨的屋檐结构，遵守水往低处流的道理。绝缘支柱3也可以根据具体灶具的结构固定在其它合适的位置。

图4是探极和电源控制触点结构示意图，图中：

9.电池负极触丝（接电池负极）        10.离子探火触丝（接探极）

11.触丝绝缘座        12.旋塞轴

13.绝缘衬套

一般，可以方便地利用固定旋塞总成的螺钉孔来固定绝缘座11。绝缘衬套13压在旋塞轴12上，13表面有缺口Q，保证当旋塞轴的给气角达到5度左右时便接通电源并使探极脱离搭铁，开始检测火焰。可见9、10是转换触点结构。对图2而言，只需离子探极的控制，故触丝9可以省去。触丝对旋塞轴的予变形量约3毫米。

回火传感器的安装见图5，图中：

14.燃气喷嘴        15.文丘里管喉部

16.回火火焰        17.热敏传感器

18.固定压板

在文丘里管喉部15钻孔，插入低热惯性传感器（MF－51等珠状热敏电阻），其伸进长度以刚好能接触中等程度回火火焰为宜。传感器17的一根引线应搭铁，另一根引线套上聚四氟乙烯套管。这样的安装方法灵敏度较高，工作可靠。

采用光敏元件探测回火更为快速，缺点是有防尘和散热的困难。具体使用时传感器应固定在喷嘴下方且直视火焰。图6是组装后的光敏传感器，其中：

19.耐温绝热衬套        20.滤光片（玻璃）

21.文丘里管头部管壁        22.光敏元件

23.散热器        24.黑色填充物

衬套19用来防止热量向传感器传导。滤光片20用来提高对紫蓝色光的信噪比且有防护作用。散热器23可进一步降低温升，其中装有传感器22。为防止背后光射入，用黑色填充物（如腻子）堵死孔的后部，图中机械配合关系简单，不赘言。

火灾传感器D3、干锅、过热传感器RH和地震传感器S可以外购，也可用光敏、热敏元件、加阻尼的机械摆来自制。

聚焰式燃烧器如图7所示：

1.燃烧器上盖        2.燃烧器发火头

4.电极夹持器        24.中心火文丘里管

25.外环火文丘里管        26.抗溢水的屋檐结构

27.中心火帽        28.小锅支架

上盖1是一个整体黄铜件（或其它材料），其上有三个小锅支架28，成120度均布，它也是加工时的三爪定位部位。外锥面W精加工，保持气密性。为防止热变形，上盖1尽量保持整体对称，不开连火缝隙（向外幅射的分焰式压盖一般均开连火缝，易变形而漏气）。生铁发火头2热膨胀系数小于黄铜，因此受热时气密性更好。上盖1上均布3～10个集气孔J与车制的通气槽C相通，用来搜集外锥体少量外泄气体，并在孔J的出口处集中点燃，改善烟气，增加热量。上盖内锥面N均布齿状火道，设计时火道长度应该按标准设计加长50％，据此火道截面也加大，目的是加长火焰高度使二次燃烧留出充足空间以获得更高的热效率，另一方面，防止回火倾向。上盖上部的内外园周均制有突出边缘，具有防水抗污能力。孔J出口也高出来，防止积水流向孔中。这里火道是直齿火道，不采用内旋火的斜齿结构，因此火焰不再有切向速度分量，能更好地直接向中心聚焰，且改善工艺性。中心火焰Z与聚焰火焰H相对喷射，两者出火口距离小于它们火焰长度水平投影之和，外焰形成冲焰燃烧，改善烟气和二次燃烧效率。中心火帽有两个特点：其一是火帽上端制有容水池29，用来接受洗锅后下滴的余水，防止熄灭中心火。另一特点是混气管弯头处固定着电极夹持器4（实为离子探极夹持器），这个弯头表面敷有一层耐热绝缘层，譬如烧上一层约0.3毫米珐琅瓷，这种固定方式成本低廉。本燃烧器其余结构与普通灶头完全相同，各部分设计可按常规处理。

螺旋调节式锅架见图8，图中：        h.改进前锅架支脚高度

29.锅架支脚        30.端面螺旋体

连续调节范围取原支脚高度h的0.8～1.7倍，因此螺旋体高度取0.9h，支脚高度取0.8h。螺旋体个数取3～4个（图中表示有4个螺旋体）。使用这种锅架要求灶体相应部分也应设计出相配的螺旋面。这样，转动锅架就可方便地连续调节锅架的高度，使之对任何情况均能获得最佳燃烧效果。

上述端面螺旋可以用园柱面螺旋（像广口瓶盖的螺旋那样）代替。

图9是本实用新型的一个实施例，图中：

5.探火电极        9.电池负极触丝

10.离子探火触丝        12.旋塞轴（取下旋钮）

13.绝缘衬套        29.中心火的容水池

31.螺旋锅架        32.聚燃式出火口

33.力增益式保险阀门（参阅：CN93118567.X）        35.定时器旋钮

34.普通分焰式外环火出火口        36.定时器刻度

37.绿色发光管（作为电源与定时显示）        38.电源开关

39.红色发光管（报警用）        40.电子盒

41.旋塞供气阀旋钮        42.双头灶壳体

本实例为双头家用燃气灶。左灶头为聚焰式燃烧器，右灶头为普通燃烧器（也可为聚焰式）。锅架31是螺旋锅架，电子部件40装有电池和图1所示的电子线路，装在正面板内侧，其外罩的材料为反光马口铁或不锈钢，内衬隔热薄层，这样可以减轻热幅射和热传导引起的电子器件温升。旋动定时旋钮35，可由刻度36上读取时间值，给电时指示灯37亮，定时到，37闪烁。38是电源开关，断开状态时，本灶具便是普通无保护灶具。电子部件安装位置可以变动，但应尽量远离灶头。当保护发生作用时，指示灯39会燃亮，保险阀33得电触动而闭气。值得指出的是，本实用新型提供的数项技术可以单项应用或组合成不同档次灶具，例如改装旧灶就仅采用图2的电路，相应地，可省去定时及关阀，也不必更换锅架和灶头。既便如此，由于离子探火的快速性和多重保护，且能报警，所以仍比热电偶式优越得多，比较实用。图9中各部件细节前面已详细分述，故不再重复。

Claims (2)

1、一种安全高效燃气灶，由灶体，灶头，供气管路，旋塞调气阀，打火器，锅架等组成，其特征在于：

A、其灶头为聚焰式燃烧器，上盖为压盖式，其内锥面N上分布的是不产生切向速度分量的直齿火道P，向中心集聚，火道外锥面W上有一个环形通气槽C，该槽与3-10个集气孔J相通，并从上盖斜上方凸起的孔中引出泄漏的燃气，出火道长度较标准设计加长50%左右，其中心火帽27顶面有容水池29，其容积大于0.5毫升；

B、装有抗溢水可调火焰离子探极和打火电极，它们的夹持器有一个弧形卷边，直径40～80毫米，其绝缘支柱有一个屋檐状防溢水顶盖D，其外圆直径约20毫米，支柱表面是耐热绝缘材料，离子探火时可采用金属件搪珐琅瓷，瓷层厚度约0.3毫米；

C、保安控制电路由两个反向器和二个逻辑门构成，它们可与数字定时器TIMER和振荡器OSC制成专用CMOS集成电路或通用集成电路，这个电路中附加有分立元件组成的低压逆变升压电路，该升压电路的特征在于使用双管振荡和反馈，用稳压管和T1发射结作稳压基准且加R2限流，该升压电路也可用通用线性IC代替；

D、装有电源和探极控制触点，它们与旋塞轴连动，直接通过旋塞轴搭铁，轴上套有刻槽的绝缘衬套13，弹性触丝9和10通过绝缘座11固定，弹丝变形量大于3毫米，也可用与轴连动的突出部分对触丝搭铁；

E、加装干锅沸水传感器R_H、灾传感器D₃、回火传感器R_L、R_R、地震传感器S、溢锅传感器K_Y等分别连接在各功能门的输入端，回火传感器是FM-51一类负温度系数热敏电阻或光敏元件，热敏电阻装在文丘里管喉部，刚接触中等回火火焰之处，光敏电阻装在背对环境光且靠近调风片处，其外装有散热器23和绝热衬套19，地震传感器是一个万向物理摆，由一个金属杯及悬吊的重锤构成，其间可充阻尼液体，溢锅传感器是两个平板或曲面金属电极，其间被绝缘层隔开；

F、采用连续可调螺旋支架，该锅架的下端面有3个以上均匀分布的螺旋面，螺旋面上升高度约0.9h，该锅架的支脚高度约0.8h，调节范围0.8～1.7h。

2、根据权利要求1所述的燃气灶，其特征在于，燃烧器的中心火焰Z和聚焰火焰H相对布置，两者出火口距离小于它们火焰长度水平投影之和，形成冲焰燃烧。

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