一种多腔燃气空气混合装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种多腔燃气空气混合装置，包括至少两个混合腔，各个所述混合腔分别具有空气入口、与燃烧器相连通的混合气出口，各个所述混合腔分别内置设有燃气管道，在各所述燃气管道上均开设有燃气喷口，所述燃气喷口的朝向与进入所述混合腔内的空气流向相交叉。本实用新型将燃气空气混合器有效分段，实现大的负荷调节比，在各负荷段都不产生冷凝水，提高了系统可靠性和寿命。本实用新型内置燃气通道既实现了控制开关管道燃料的主动控制，又缩小了混合器的体积，大幅降低了成本。并且本实用新型燃气喷口的朝向与进入混合腔内的空气流向相交叉,使燃气与空气充分混合。
【专利说明】一种多腔燃气空气混合装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于全预混燃烧的燃气热水器的多腔燃气空气混合装置，尤其是一种能够实现分段燃烧功能的混合器，属于热水器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]全预混燃烧系统是指将燃气和空气一次性混合均匀后进行燃烧的系统。其特点在于:具有较小的过量空气系数(即实际所需空气量与理论所需空气量的比值，一般小于
1.5)，较低的污染物(NOx，CO)排放，燃烧强度大、火焰短，燃烧的面积热负荷较大，燃烧噪音小等多种优点。在燃气热水器领域，全预混燃烧系统的应用已有一定的历史，并且随着各种性能要求的提高，特别是国家对污染物排放的控制越来越严格，其发展前景较为乐观。
[0003]然而，现有的全预混燃烧系统不能适用于非冷凝式产品。全预混燃烧器和常见的部分预混燃烧器有很大不同，其材料一般为陶瓷、不锈钢板、碳纤维板和铁铬铝金属丝网等。其特征在于在较小的过量空气系数下，可以燃烧的很充分；同时，由于供燃烧的空气少，导致火焰温度比部分预混燃烧的温度高300°C左右。较高的烟气温度和较少的烟气量(过量空气系数)大大提高了换热效率，容易产生冷凝水，因此全预混燃烧方式往往用于冷凝式燃烧系统。
[0004]设定出现冷凝水的概率为P，则
[0005]P=f (Q, A, a).[0006]其中Q为输入负荷，A为换热器有效换热面积，α为过量空气系数。
[0007]对一个正常工作的热水器而言，A的值是固定的，因此上式可以简化为P=f(Q, α)0即冷凝水产生的概率由系统的过量空气系数与输入负荷确定:1)输入负荷在一定范围内线性变化时，负荷`越小，相对换热面积越大，换热效率越高，产生冷凝水的概率就越高，对一个确定的燃烧系统，过量空气系数不变时，若输入负荷小到某一值，必然出现冷凝水。2)过量空气系数与冷凝水的产生有直接关系。一般来说，露点温度Td是衡量是否会产生冷凝水的重要参数，烟气温度小于露点温度时必然产生冷凝水，烟气露点则与烟气含湿量(ds)成正比，烟气含湿量等于烟气中水蒸汽质量与总烟气质量之比，显然，过量空气系数越大，总烟气质量越大，烟气含湿量越小，烟气露点温度则越低，产生冷凝水的概率就越低。因此，对于非冷凝式产品，避免产生冷凝水就要从这两个方面入手。
[0008]对传统的部分预混式燃烧，燃烧系统大都由若干独立的燃烧器构成，通过控制部分燃烧器的启停，可以完成最大和最小负荷之间的调节，如图1所示，为现有的部分预混式分段燃烧的特征图，图中横坐标I为调节电流值，纵坐标Q为输入负荷，将一个共有15个燃烧器的系统分为段I (燃烧器数目nl=5)和段2 (燃烧器数目n2=15)，可以大大提高系统的调节比。且当最大负荷时，所有的燃烧器工作，其过量空气系数一般约为2 ;最小负荷时，只有部分燃烧器工作，另外一部分燃烧器只通过空气，此时过量空气系数可达10以上，因此这种系统产生冷凝水的可能性非常小。
[0009]但对全预混燃烧而言，在整个负荷范围内，其过量空气系数均维持在1.5左右，过高则离焰，过低则熄火或回火，这会使小负荷时冷凝水出现的概率大大增加。根据实验结果，对一个定型的换热系统，只有当过量空气系数超过2时冷凝水出现的可能才会降低。因此，如何将全预混燃烧系统应用于非冷凝式产品，又没有产生冷凝水的风险，是本实用新型要解决的课题之一。
[0010]一篇中国专利申请号为200310101740，实用新型名称为《能够多级控制的燃气燃烧器》，公开了一种能够多级控制的燃气燃烧器，该燃烧器由多个独立的管型燃烧器组成，每个单独的管型燃烧器内又设置混合气供给装置，在混合气供给装置外又设置文氏管(文丘里管)和歧管，分别控制燃气和空气的供给与混合。该实用新型虽然能够解决分段的问题，但结构复杂、体积庞大，对制造和装配工艺要求较高，成本也相应较高。
[0011]另一篇中国专利申请号为201310135997，实用新型名称为《正压引射式全预混燃烧供热装置》也公开了相似的结构。
[0012]综上所述，开发一种可分段、负荷范围大、不易产生冷凝水、体积小巧、成本低廉、且安全可靠的预混燃烧系统，是一项有意义的工作，设计优秀的燃气/空气混合器则是其中的一个关键步骤。
实用新型内容
[0013]本实用新型的目的是提供一种多腔燃气空气混合装置，该混合装置能够减小体积，并能够将燃气和空气充分混合，且在燃烧断面上均匀分布；还具有燃烧分段功能，使小负荷时换热器上不产生冷凝水，延长系统使用寿命。
[0014]为达到上述目的，本实用新型提出一种多腔燃气空气混合装置，包括至少两个混合腔，各个所述混合腔分别具有空气入口、与燃烧器相连通的混合气出口，各个所述混合腔分别内置设有燃气管道，在各所述燃气管道上均开设有燃气喷口，所述燃气喷口的朝向与进入所述混合腔内的空气流向相交叉。
[0015]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，至少两个所述混合腔内的燃气管道连通，所述相连通的燃气管道包括至少一个控制开关管道。如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述相连通的燃气管道还包括至少一个常开管道，所述常开管道与外设的燃气输送管道相连接，在所述控制开关管道与所述常开管道之间设有控制所述控制开关管道启闭的燃气通断阀。
[0016]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述燃气通断阀是电磁阀，所述电磁阀的密封部件能移动的封堵于所述控制开关管道与所述常开管道之间。
[0017]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述燃气管道垂直设置于所述混合腔的空气流通路径上。
[0018]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述混合腔呈文丘里型，所述文丘里型混合腔具有渐缩状的喉口段和渐扩状的混合段。
[0019]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述至少两个混合腔并排设置，相邻的两个所述混合腔之间通过隔板相分隔，所述燃气管道通过所述隔板开设的安装孔贯穿设置于所述混合腔内。
[0020]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，在所述混合腔的上部设有均风结构。
[0021]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述均风结构为具有多孔结构的平板。[0022]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述至少两个混合腔包括第一混合腔和第二混合腔，在所述第一混合腔内设有第一燃气管道，所述第二混合腔内设有所述第二燃气管道，所述第二燃气管道与所述第一燃气管道连通，所述第二燃气管道与所述第一燃气管道上均有所述燃气喷口，且所述第二燃气管道与所述第一燃气管道之间设置所述燃气通断阀。
[0023]如上所述的多腔燃气空气混合装置，其中，所述第一燃气管道上的燃气喷口面积之和与所述第二燃气管道上的燃气喷口面积之和的比值为1:3?1:1之间。
[0024]与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点:
[0025]1、本实用新型通过多个混合腔将燃气空气混合器有效分段，实现大的负荷调节t匕，在各负荷段都不产生冷凝水，提高了系统可靠性和寿命。
[0026]2、本实用新型内置燃气通道既实现了控制开关管道燃料的主动控制，又缩小了混合器的体积，大幅降低了成本。
[0027]3、本实用新型燃气喷口的朝向与进入混合腔内的空气流向相交叉，使燃气与空气充分混合。
[0028]综上所述，本实用新型和已有技术相比，解决了常规全预混燃烧系统不能分段的问题，采用燃气通道内置于混合器的结构，通过燃气通断阀有效控制上述控制开关管道燃料的供给，结构紧凑、成本低廉、安全性高，具有突出的实质性特点和显著的进步。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。
[0030]图1为现有的部分预混式分段燃烧的特征图；
[0031]图2为本实用新型多腔燃气空气混合装置的实施例一的立体结构示意图；
[0032]图3为图2的A-A断面结构示意图；
[0033]图4为图3的B-B断面结构示意图；
[0034]图5为本实用新型多腔燃气空气混合装置的实施例二的结构示意图。
[0035]附图标记说明:
[0036]1-第一混合腔；11-第一空气入口 ； 12-第一燃气管道；
[0037]2-第二混合腔；21_第二空气入口 ；22_第二燃气管道；
[0038]3-第三混合腔；32_第三燃气管道；
[0039]4-燃气喷口 ；5_燃气通断阀；501_密封部件；51_第一电磁阀；52_第二电磁阀；
[0040]6-隔板；7-喉口段；8-混合段。
【具体实施方式】
[0041]结合附图和本实用新型【具体实施方式】的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的【具体实施方式】，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。
[0042]本实用新型提出了一种多腔燃气空气混合装置，包括至少两个混合腔，各个混合腔分别具有空气入口、与燃烧器相连通的混合气出口，各个混合腔分别内置设有燃气管道，减小了混合装置的整体体积。在各燃气管道上均开设有燃气喷口，燃气喷口的朝向与进入混合腔内的空气流向相交叉。这样，使得空气与燃气在混合腔内充分混合。
[0043]如图2至图4所示，图2为本实用新型多腔燃气空气混合装置的实施例一的立体结构示意图；图3为图2的A-A断面结构示意图；图4为图3的B-B断面结构示意图。本实用新型多腔燃气空气混合装置包括:第一混合腔1、第二混合腔2、第一空气入口 11、第二空气入口 21、第一燃气管道12、第二燃气管道22、燃气通断阀5、混合气出口(图中未示出)。第一混合腔I和第二混合腔2分别具有空气入口 11、21和混合气出口，空气入口 11、21与大气相连，通过风机提供空气，使得外界空气进入混合腔1、2中并沿混合腔的内腔形成的空气通道流动。混合气出口则与燃烧器相连，以向混合腔提供混合燃气。如图2、图3所示，第一混合腔I内置有第一燃气管道12，第一燃气管道12的一端与燃气输送管道及燃气调节阀相连，图3中的箭头方向为燃气输入方向，通过燃气调节阀控制引入第一燃气管道12的燃气量，第一燃气管道12的另一端与内置于第二混合腔2内的第二燃气管道22相连，使得燃气能够通过第一燃气管道12输送至第二燃气管道22。在第一燃气管道12、第二燃气管道22上均开设有燃气喷口 4，燃气由置于混合器中的燃气管道的燃气喷口 4射入混合器，燃气喷口 4的朝向与进入混合腔1、2内的空气流向相交叉，使得混合腔1、2内的燃气流与空气流相交叉混合，燃气流在混合后改变方向并随空气流一起流动，这样就增加了混合腔1、2中燃气与空气的实际混合路径的长度，从而既实现了燃气与空气的充分混合，又减少了装置的整体体积。当然，本实用新型也可以设置并排三个、四个或更多个混合腔，只要能够保证混合腔1、2内的燃气流与空气流相交叉混合即可。
[0044]进一步的，燃气管道12、22分别垂直设置于混合腔1、2的空气流通路径上，进一步使得燃气与空气的混合更加充分，并进一步减少了燃烧器的整体体积。
[0045]在本实施例中，如图2、图3所示，第一燃气管道12与第二燃气管道22连通，第二燃气管道22与第一燃气管道12之间设有控制第二燃气管道22启闭的燃气通断阀5。第一燃气管道12为常开管道，即第一燃气管道12保持常开状态，第二燃气管道22为控制开关管道，即第二燃气管道22可通过燃气通断阀5控制启闭，实现了分段燃烧功能。这样，不仅提高了系统的负荷调节比，同时有效降低烟气产生冷凝水的概率。在本实用新型中，根据混合腔数量的不同，燃气管道也可以适应设置三个、四个或更多个，各个燃气管道依次连通，相连通的燃气管道包括至少一个控制开关管道和至少一个常开管道，常开管道与外设的燃气输送管道相连接，在控制开关管道的连接管上设有控制控制开关管道启闭的燃气通断阀。
[0046]进一步的，如图2、图3所示，在本实施例中，燃气通断阀5是电磁阀，电磁阀的密封部件501由第二燃气管道22的外侧能移动的设置于第一燃气管道12与第二燃气管道22之间，起到封堵第二燃气管道22进气口的作用，实现第二燃气管道22的闭合功能。当需要开启第二燃气管道22时，只需将密封部件501移动至第二燃气管道22的一侧即可，使得第一燃气管道12与第二燃气管道22恢复连通。在本实用新型中，燃气通断阀5还可以采用截止阀、球阀、碟阀、柱塞阀或其它公知的开关阀，只要能够实现控制开关管道的启闭功能即可，本实用新型对此不作限制。
[0047]进一步的，第一燃气管道12上的燃气喷口 4面积之和与第二燃气管道22上的燃气喷口 4面积之和的比值为1:3?1:1之间。
[0048]进一步的，如图2、图3所示，第一混合腔I与第二混合腔2之间通过隔板6相分隔，第一燃气管道12与第二燃气管道22通过隔板6开设的安装孔贯穿设置于第一混合腔I与第二混合腔2内，使得结构更加紧凑。
[0049]进一步的，在第一混合腔I与第二混合腔2的上部设有均风结构，使得混合气通过均风结构均匀地输送至燃烧器。优选的，均风结构为具有多孔结构的平板。
[0050]进一步的，如图4所示，第一混合腔I和第二混合腔2呈文丘里型，文丘里型混合腔1、2具有渐缩状的喉口段7和渐扩状的混合段8。在本实施例中，燃气喷口 4位于文丘里喉口段7前侧，燃气与空气在该区域发生第一次混合，随后经过喉口段7的压缩加速，在喉口段7下游处扩撒，并在随后的文丘里型混合腔的大弧度拐角和若干流道变形处对燃气和空气进行预混，在到达燃烧器之前充分混合，确保燃烧充分，污染物排放低。
[0051]在本实用新型另一个可选的实施例中，如图5所示，为本实用新型多腔燃气空气混合装置的实施例二的结构示意图。本实施例与实施例一的不同之处在于，混合腔可以进一步分为第一混合腔1、第二混合腔2、第三混合腔3，还包括空气入口、第一燃气管道12、第二燃气管道22、第三燃气管道32、第一电磁阀51、第二电磁阀52、混合气出口。其中,第一燃气管道分别与第二燃气管道22、第三燃气管道32相连接，连接处设置燃气密封平台，通过电磁阀51、52的密封部件501与燃气密封平台的接合与分离控制第二燃气管道22、第三燃气管道32的启闭。通过本实施例的上述结构设计，可以将混合装置分为三段，进一步提高了燃烧负荷调节比，对大功率系统更有益。
[0052]本实用新型的多腔燃气空气混合装置可以通过整体成型的方式制造，材料可以是铝或PPS等塑料。
[0053]综上所述，本实用新型将燃气喷入装置和混合器一体化，使燃气空气混合器具备燃烧分段功能，使大负荷下效率较高，不仅提高了系统的负荷调节比，同时因小负荷下不产生冷凝水，有效降低烟气产生冷凝水的概率；同时，燃气通道内置于混合器，使燃气和空气的混合更充分均匀，有效降低了燃烧污染物的排放，且混合器尺寸得到优化，实现了减小系统体积的目的，使整体成本大幅降低，具有显著的技术进步。
[0054]针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本实用新型进行解释，以便于能够更好地理解本实用新型，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本实用新型的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。
【权利要求】
1.一种多腔燃气空气混合装置，包括至少两个混合腔，各个所述混合腔分别具有空气入口、与燃烧器相连通的混合气出口，其特征在于，各个所述混合腔分别内置设有燃气管道，在各所述燃气管道上均开设有燃气喷口，所述燃气喷口的朝向与进入所述混合腔内的空气流向相交叉。
2.如权利要求1所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，至少两个所述混合腔内的燃气管道连通，所述相连通的燃气管道包括至少一个控制开关管道。
3.如权利要求2所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述相连通的燃气管道还包括至少一个常开管道，所述常开管道与外设的燃气输送管道相连接，在所述控制开关管道与所述常开管道之间设有控制所述控制开关管道启闭的燃气通断阀。
4.如权利要求3所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述燃气通断阀是电磁阀，所述电磁阀的密封部件能移动的封堵于所述控制开关管道与所述常开管道之间。
5.如权利要求1所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述燃气管道垂直设置于所述混合腔的空气流通路径上。
6.如权利要求1所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述混合腔呈文丘里型，所述文丘里型混合腔具有渐缩状的喉口段和渐扩状的混合段。
7.如权利要求1所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述至少两个混合腔并排设置，相邻的两个所述混合腔之间通过隔板相分隔，所述燃气管道通过所述隔板开设的安装孔贯穿设置于所述混合腔内。
8.如权利要求1所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，在所述混合腔的上部设有均风结构。
9.如权利要求8所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述均风结构为具有多孔结构的平板。
10.如权利要求1至9中任一项所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述至少两个混合腔包括第一混合腔和第二混合腔，在所述第一混合腔内设有第一燃气管道，所述第二混合腔内设有第二燃气管道，所述第二燃气管道与所述第一燃气管道连通，所述第二燃气管道与所述第一燃气管道上均有所述燃气喷口，且所述第二燃气管道与所述第一燃气管道之间设置所述燃气通断阀。
11.如权利要求10所述的多腔燃气空气混合装置，其特征在于，所述第一燃气管道上的燃气喷口面积之和与所述第二燃气管道上的燃气喷口面积之和的比值为1:3?1:1之间。
【文档编号】F23D14/62GK203628660SQ201420013061
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】张世萍, 毕大岩, 韦瑞洪 申请人:艾欧史密斯(中国)热水器有限公司