CN104728842A - 可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，包括燃烧头、混气结构、风机、燃气与空气比例控制阀；风机包括进风口和出风口，所述混气结构呈两端开口的筒状，混气结构包括相互连接的内筒壁和外筒壁，内筒壁和外筒壁之间设有环形内腔和向风机一端开口的环形外腔；混气结构一端与出风口连接，混气结构另一端与燃烧头相连接；环形内腔的外周壁上设有燃气入口，环形内腔的内周壁上设有第一燃气出口。本发明具有可对燃气及空气进行全预混，可利用风压调节燃气量，调节燃气及空气混合比例更加方便的特点。

Description

可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置

技术领域

本发明涉及燃气设备技术领域，尤其是涉及一种可利用风压调节燃气量，并可调节燃气及空气混合比例的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置。

背景技术

燃气必须与空气混合方可实施燃烧，按燃气与空气的混合方式和程度可将燃气分为扩散式燃烧、部分预混式燃烧和全预混式燃烧。在燃气点燃前预先混合的空气称为一次空气，在燃气点燃后与周围空气继续进行氧化反应，这部分空气称为二次空气。扩散式燃烧无一次空气，燃烧所需空气完全取自二次空气，其特点是火焰根部有离焰区、火焰较长且燃烧不充分、热效率低、无回火倾向，一般使用于商用炒菜灶和工业燃烧***，不适用于家用燃具。部分预混式燃烧也称为大气式燃烧，利用带有一定压力的燃气从喷嘴喷射时产生的动能将一次空气引入并与其混合，混合气从火孔流出并被点燃，由于部分预混的一次空气量通常为理论空气需要量的60％-65％，所以被点燃的混合气继续与火孔周围的二次空气进行氧化反应，以实现完全燃烧。部分预混式燃烧具有一次空气形成的内焰锥面和二次空气形成的外焰锥面，内焰锥面的顶端是火焰温度最高的区域，其特点是火焰清晰、燃烧较充分、热效率较高、燃烧烟气中一氧化碳排放量较低，但当燃烧***参数不当时存在回火倾向，这种燃烧方式已被广泛地应用于民用灶具和燃气热水器中。

全预混式燃烧是一种全新的燃烧方式，预混的一次空气量达到理论空气需要量的1.1-1.3倍(即空气过剩系数为1.1-1.3)，这种燃烧方式无需二次空气，无外焰锥面，其特点是火焰均匀且清晰、燃烧充分、热效率高、燃烧烟气中一氧化碳和氮氧化物排放量极低。全预混式燃烧按预混方式分为常压全预混燃烧和强制全预混燃烧，常压全预混通常应用于属平面燃烧的红外燃烧***，通过喷嘴、引射***和特殊的多孔燃烧板实现全预混，强制全预混通常应用于大功率燃烧***，预混所需的一次空气完全依赖风机***，并由燃气空气比例阀控制燃气与空气的混合比。在国外，强制全预混已被广泛地应用于如燃气采暖设备等民用燃具中和印染、玻璃等工业领域中。

中国专利授权公开号：CN101398176B，授权公开日2013年5月22日，公开了一种全预混燃气燃烧器装置，包括燃烧器及安装燃烧器的固定装置，燃烧器的***设置有由罩壳形成的混气腔，在燃烧器和罩壳之间还设有带孔的分压隔板，分压隔板和罩壳之间有间隙；所述分压隔板上的小孔的大小不一致，在风压较小的地方开较大的孔，在风压大的地方开小一些孔；所述燃烧器为多孔板状结构，其上设置有多个深孔，该深孔的孔深远大于孔径。该发明的不足之处是，功能单一，无法调节燃气出气量及燃气与空气的混合比例。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的全预混燃气燃烧器装置无法调节燃气出气量及燃气与空气的混合比例的不足，提供了一种可利用风压调节燃气量，并可调节燃气及空气混合比例的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，包括燃烧头、混气结构、风机、燃气与空气比例控制阀；风机包括进风口和出风口，所述混气结构呈两端开口的筒状，混气结构包括相互连接的内筒壁和外筒壁，内筒壁和外筒壁之间设有环形内腔和向风机一端开口的环形外腔；混气结构一端与出风口连接，混气结构另一端与燃烧头相连接；环形内腔的外周壁上设有燃气入口，环形内腔的内周壁上设有第一燃气出口；

所述燃气与空气比例控制阀包括阀体、设于阀体内的燃气进气腔、风压进气腔和内腔；风压进气腔通过通气管与环形外腔的外周壁相连接，阀体上设有与燃气进气腔联通的燃气进气通道；燃气进气腔和内腔的连接部位设有阀口胶垫，阀口胶垫与设于内腔壁上并与内腔壁滑动连接的主阀阀杆上端相连接，主阀阀杆下端与主阀皮膜相连接，主阀皮膜与内腔壁下部封闭连接并将内腔分割成主阀皮膜上腔和主阀皮膜下腔；内腔壁通过主阀弹簧与主阀皮膜相连接；主阀皮膜上腔上设有与燃气入口相连通的第二燃气出口；

燃气进气通道通过设有主阀节流嘴的下腔进气通道与主阀皮膜下腔相连通，主阀皮膜下腔通过设有辅助阀节流嘴的下腔出气通道与风压进气腔相连通；风压进气腔中设有辅助阀皮膜、辅助阀弹簧和调节螺塞；辅助阀皮膜与风压进气腔封闭连接并将风压进气腔分割为上下两部分，风压进气腔上端设有开口，开口上设有两端开口的竖筒，调节螺塞与竖筒内壁可拆卸连接，调节螺塞通过辅助阀弹簧与辅助阀皮膜上部连接；下腔出气通道的上端位于辅助阀皮膜下方的风压进气腔上，主阀皮膜上腔通过辅助阀燃气出口通道与辅助阀皮膜下方的风压进气腔相连通。

本发明的工作原理为：空气从风机的进风口进入风机，同时由燃气与空气比例控制阀的第二燃气出口出来的燃气通过混气结构的燃气入口进入混气结构的环形内腔中，并从第一燃气出口出来，燃气和空气在混气结构的内筒壁构成的筒形混气管内混合并进入燃烧头；进入燃烧头的燃气和空气经过了强制全预混，并且燃气与空气量之间的比例可以调节，风压越大燃气量越大即进入燃烧头的混合气体量越大，风机的出风量是与风机的电机的电压成正比的，电压越大风量越大，通过预先调节风机的电压可以调节风机的出风量，并进一步调节进入燃烧头的混合气体量；风机的电压越大进入燃烧头的混合气体量越大。

燃气与空气比例控制阀的工作原理如下：

在接入燃气前阀口胶垫是关闭的，燃气进入燃气进气通道后，一路到达阀口胶垫上方的燃气进气腔，另一路经具有主阀节流嘴的下腔进气通道进入主阀皮膜下腔并经下腔出气通道进入风压进气腔的辅助阀节流嘴，主阀皮膜下方燃气压力产生的力克服主阀弹簧力使主阀皮膜上移，其压力值取决于流经辅助阀节流嘴的流量，此流量值可通过调整调节螺塞来改变，使主阀皮膜处于零压调压器状态；通过调节调节螺塞可以改变空燃比；

在风机的作用下，辅助阀皮膜上方的压力增大使流经辅助阀节流嘴的燃气流量变小，主阀皮膜下方燃气压力升高推动阀口胶垫向上移动，燃气经阀口胶垫通过燃气出口到达混气结构，风压越大，输出的燃气量越大；

在燃气压力为额定值时，辅助阀皮膜处平衡状态，当燃气压力大于额定值时，燃气通过辅助阀节流嘴的流量增大，并经辅助阀燃气出口通道、第二燃气出口到达混气结构，使主阀皮膜下方的燃气压力减小，阀口胶垫开度减小，输出的燃气量随之减小，从而起到稳压的作用。通过调整调节螺塞的位置，可改变辅助阀燃气输出偏置值，以优化空气过剩系数。

因此，本发明具有可对燃气及空气进行全预混，可利用风压调节燃气量，调节燃气及空气混合比例更加方便；燃气燃烧充分、热效率高、燃烧烟气中一氧化碳和氮氧化物排放量极低的特点。

作为优选，燃气进气腔和内腔之间设有水平隔板，水平隔板上设有向下球面形凹陷的凹槽，凹槽底部设有开口；阀口胶垫的下表面呈与凹槽相配合的球面状，内腔上设有L形支撑架，主阀阀杆穿过设于L形支撑架上的竖孔，阀口胶垫下表面的与主阀阀杆相连接的部位设有环状凸台。

作为优选，所述辅助阀节流嘴包括相互连接的上下端开口的圆筒和设于圆筒上的环形板，环形板中部的孔和圆筒相连通；环形板与辅助阀皮膜的皮膜压板相连接。

作为优选，所述风机包括蜗壳、设于蜗壳内的具有若干个风翼的风轮和无刷直流电机；无刷直流电机的转轴与风轮相连接，所述风机的进风口位于蜗壳上。

作为优选，所述燃烧头包括上端开口的燃烧体、设于燃烧体上部内的分流板和设于燃烧体上端的由金属纤维编织构成的燃烧网；燃烧网通过压紧环与燃烧体相连接，燃烧体下部与风机的出风口相连通；所述分流板为平面多孔耐氧化不锈钢板。

作为优选，燃气入口和第二燃气出口通过导气管相连接，导气管上设有节流阀。节流阀的设置便于手工调节进入混气结构的燃气出气量。

作为优选，主阀节流嘴位于下腔进气通道的进气口处。

因此，本发明具有如下有益效果：

(1)可对燃气及空气进行全预混，可利用风压调节燃气量，调节燃气及空气混合比例更加方便；

(2)燃气燃烧充分、热效率高、燃烧烟气中一氧化碳和氮氧化物排放量极低。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的混气结构的一种结构示意图；

图3是本发明的燃气与空气比例控制阀的一种结构示意图；

图4是本发明的燃烧头的一种结构示意图。

图中：燃烧头1、混气结构2、风机3、燃气与空气比例控制阀4、燃烧体11、分流板12、燃烧网13、内筒壁21、外筒壁22、环形内腔23、通气管24、燃气入口25、第一燃气出口26、进风口31、出风口32、蜗壳33、风轮34、阀体41、燃气进气腔42、风压进气腔43、内腔44、燃气进气通道45、混气管46、阀口胶垫47、主阀阀杆48、主阀皮膜49、导气管51、节流阀52、水平隔板61、凹槽62、L形支撑架63、环状凸台64、第二燃气出口410、下腔进气通道411、下腔出气通道412、辅助阀皮膜431、辅助阀弹簧432、调节螺塞433、开口434、竖筒435、主阀皮膜上腔441、主阀皮膜下腔442、主阀弹簧443、主阀节流嘴451、辅助阀节流嘴461、辅助阀燃气出口通道471、通气管接口472、环形外腔473。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，包括燃烧头1、混气结构2、风机3、燃气与空气比例控制阀4；风机包括进风口31和出风口32，混气结构呈两端开口的筒状，混气结构包括相互连接的内筒壁21和外筒壁22，内筒壁和外筒壁之间设有环形内腔23和向风机一端开口的环形外腔473；混气结构一端与出风口连接，混气结构另一端与燃烧头相连接；环形内腔的外周壁上设有燃气入口25，环形内腔的内周壁上设有第一燃气出口26；

如图3所示，燃气与空气比例控制阀包括阀体41、设于阀体内的燃气进气腔42、风压进气腔43和内腔44；风压进气腔通过通气管24与环形外腔的外周壁相连接，通气管与设于环形外腔的外周壁上的通气管接口472相连接，阀体上设有与燃气进气腔联通的燃气进气通道45；燃气进气腔和内腔的连接部位设有阀口胶垫47，阀口胶垫与设于内腔壁上并与内腔壁滑动连接的主阀阀杆48上端相连接，主阀阀杆下端与主阀皮膜49相连接，主阀皮膜与内腔壁下部封闭连接并将内腔分割成主阀皮膜上腔441和主阀皮膜下腔442；内腔壁通过主阀弹簧443与主阀皮膜相连接；主阀皮膜上腔上设有与燃气入口相连通的第二燃气出口410；

燃气进气通道通过设有主阀节流嘴的下腔进气通道411与主阀皮膜下腔相连通，主阀皮膜下腔通过设有辅助阀节流嘴的下腔出气通道412与风压进气腔相连通；风压进气腔中设有辅助阀皮膜431、辅助阀弹簧432和调节螺塞433；辅助阀皮膜与风压进气腔封闭连接并将风压进气腔分割为上下两部分，风压进气腔上端设有开口434，开口上设有两端开口的竖筒435，调节螺塞与竖筒内壁螺纹连接，调节螺塞通过辅助阀弹簧与辅助阀皮膜上部连接；下腔出气通道的上端位于辅助阀皮膜下方的风压进气腔上，主阀皮膜上腔通过辅助阀燃气出口通道471与辅助阀皮膜下方的风压进气腔相连通。

燃气进气腔和内腔之间设有水平隔板61，水平隔板上设有向下球面形凹陷的凹槽62，凹槽底部设有开口；阀口胶垫的下表面呈与凹槽相配合的球面状，内腔上设有L形支撑架63，主阀阀杆穿过设于L形支撑架上的竖孔，阀口胶垫下表面的与主阀阀杆相连接的部位设有环状凸台64。

辅助阀节流嘴461包括相互连接的上下端开口的圆筒和设于圆筒上的环形板，环形板中部的孔和圆筒相连通；环形板与辅助阀皮膜的皮膜压板相连接。

如图2所示，第一燃气出口位于靠近风机的环形内腔内周壁上，所述燃气入口位于靠近燃烧头的环形内腔外周壁上；靠近风机一端的内筒壁的横截面积小于内筒壁另一端的横截面积。本实施例中，混气结构风压入口的通径为混气管的锥角为9°，燃气出口通道面积是可以调节的

如图1所示，风机包括蜗壳33、设于蜗壳内的具有13个风翼的风轮34和无刷直流电机；无刷直流电机的转轴与风轮相连接，风机的进风口位于蜗壳上。

本实施例中风轮直径为无刷直流电机的空载转速为7000转/分，输入功率为24W，输入电压为6-24VDC，风机全压为1100Pa。

如图4所示，燃烧头包括上端开口的燃烧体11、设于燃烧体上部内的分流板12和设于燃烧体上端的由金属纤维编织构成的燃烧网13；燃烧网通过压紧环14与燃烧体相连接，燃烧体下部与风机的出风口相连通；分流板为平面多孔耐氧化不锈钢板。

本实施例中使用的燃烧体为球面多孔耐氧化不锈钢板，有效燃烧面直径为单火孔面积为0.5mm2，开孔率为12.8％，表面热强度为80W/cm2时输入功率为6.3kW，表面热强度为160W/cm2时输入功率为12.6kW。

燃气入口和第二燃气出口通过导气管51相连接，导气管上设有节流阀52。

空气从风机的进风口进入风机，同时由燃气与空气比例控制阀的第二燃气出口出来的燃气通过混气结构的燃气入口进入混气结构的环形内腔中，并从第一燃气出口出来，燃气和空气在混气结构的内筒壁构成的筒形混气管内混合并进入燃烧头；进入燃烧头的燃气和空气经过了强制全预混，并且燃气与空气量之间的比例可通过改变调节螺塞的位置而改变，风压越大燃气量越大即进入燃烧头的混合气体量越大，从而实现气量和气量比例的调节。风机的出风量是与风机的电机的电压成正比的，电压越大风量越大，通过预先调节风机的电压可以调节风机的出风量，并进一步调节进入燃烧头的混合气体量；风机的电压越大进入燃烧头的混合气体量越大。

燃气与空气比例控制阀的工作原理如下：

在接入燃气前阀口胶垫是关闭的，燃气进入燃气进气通道后，一路到达阀口胶垫上方的燃气进气腔，另一路经具有主阀节流嘴的下腔进气通道进入主阀皮膜下腔并经下腔出气通道进入风压进气腔的辅助阀节流嘴，主阀皮膜下方燃气压力产生的力克服主阀弹簧力使主阀皮膜上移，其压力值取决于流经辅助阀节流嘴的流量，此流量值可通过旋转调节螺塞，使调节螺塞上下移动来改变，使主阀皮膜处于零压调压器状态；

在风机的作用下，辅助阀皮膜上方的压力增大使流经辅助阀节流嘴的燃气流量变小，主阀皮膜下方燃气压力升高推动阀口胶垫向上移动，燃气经阀口胶垫通过燃气出口到达混气结构，风压越大，输出的燃气量越大；

在燃气压力为额定值时，辅助阀皮膜处平衡状态，当燃气压力大于额定值时，燃气通过辅助阀节流嘴的流量增大，并经辅助阀燃气出口通道、第二燃气出口到达混气结构，使主阀皮膜下方的燃气压力减小，阀口胶垫开度减小，输出的燃气量随之减小，从而起到稳压的作用。通过调整调节螺塞的位置，可改变辅助阀燃气输出偏置值，以优化空气过剩系数。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，包括燃烧头(1)、混气结构(2)、风机(3)、燃气与空气比例控制阀(4)；风机包括进风口(31)和出风口(32)，所述混气结构呈两端开口的筒状，混气结构包括相互连接的内筒壁(21)和外筒壁(22)，内筒壁和外筒壁之间设有环形内腔(23)和向风机一端开口的环形外腔(473)；混气结构一端与出风口连接，混气结构另一端与燃烧头相连接；环形内腔的外周壁上设有燃气入口(25)，环形内腔的内周壁上设有第一燃气出口(26)；

所述燃气与空气比例控制阀包括阀体(41)、设于阀体内的燃气进气腔(42)、风压进气腔(43)和内腔(44)；风压进气腔通过通气管(24)与环形外腔的外周壁相连接，阀体上设有与燃气进气腔联通的燃气进气通道(45)；燃气进气腔和内腔的连接部位设有阀口胶垫(47)，阀口胶垫与设于内腔壁上并与内腔壁滑动连接的主阀阀杆(48)上端相连接，主阀阀杆下端与主阀皮膜(49)相连接，主阀皮膜与内腔壁下部封闭连接并将内腔分割成主阀皮膜上腔(441)和主阀皮膜下腔(442)；内腔壁通过主阀弹簧(443)与主阀皮膜相连接；主阀皮膜上腔上设有与燃气入口相连通的第二燃气出口(410)；

燃气进气通道通过设有主阀节流嘴的下腔进气通道(411)与主阀皮膜下腔相连通，主阀皮膜下腔通过设有辅助阀节流嘴的下腔出气通道(412)与风压进气腔相连通；风压进气腔中设有辅助阀皮膜(431)、辅助阀弹簧(432)和调节螺塞(433)；辅助阀皮膜与风压进气腔封闭连接并将风压进气腔分割为上下两部分，风压进气腔上端设有开口(434)，开口上设有两端开口的竖筒(435)，调节螺塞与竖筒内壁可拆卸连接，调节螺塞通过辅助阀弹簧与辅助阀皮膜上部连接；下腔出气通道的上端位于辅助阀皮膜下方的风压进气腔上，主阀皮膜上腔通过辅助阀燃气出口通道(471)与辅助阀皮膜下方的风压进气腔相连通。

2.根据权利要求1所述的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，燃气进气腔和内腔之间设有水平隔板(61)，水平隔板上设有向下球面形凹陷的凹槽(62)，凹槽底部设有开口；阀口胶垫的下表面呈与凹槽相配合的球面状，内腔上设有L形支撑架(63)，主阀阀杆穿过设于L形支撑架上的竖孔，阀口胶垫下表面的与主阀阀杆相连接的部位设有环状凸台(64)。

3.根据权利要求1所述的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，所述辅助阀节流嘴(461)包括相互连接的上下端开口的圆筒和设于圆筒上的环形板，环形板中部的孔和圆筒相连通；环形板与辅助阀皮膜的皮膜压板相连接。

4.根据权利要求1所述的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，所述第一燃气出口位于靠近风机的环形内腔内周壁上，所述燃气入口位于靠近燃烧头的环形内腔外周壁上；靠近风机一端的内筒壁的横截面积小于内筒壁另一端的横截面积。

5.根据权利要求1所述的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，所述风机包括蜗壳(33)、设于蜗壳内的具有若干个风翼的风轮(34)和无刷直流电机；无刷直流电机的转轴与风轮相连接，所述风机的进风口位于蜗壳上。

6.根据权利要求1所述的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，所述燃烧头包括上端开口的燃烧体(11)、设于燃烧体上部内的分流板(12)和设于燃烧体上端的由金属纤维编织构成的燃烧网(13)；燃烧网通过压紧环(14)与燃烧体相连接，燃烧体下部与风机的出风口相连通；所述分流板为平面多孔耐氧化不锈钢板。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，燃气入口和第二燃气出口通过导气管(51)相连接，导气管上设有节流阀(52)。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的可使燃气完全燃烧的强制全预混燃气燃烧装置，其特征是，主阀节流嘴(451)位于下腔进气通道的进气口处。