一种集成式动力燃烧装置
技术领域
本发明涉及燃烧装置技术领域，具体是指一种集成式动力燃烧装置。
背景技术
随着燃气事业的蓬勃发展，燃气用具已经成为我们生活息息相关，不可或缺的日常用具之一，特别是在21世纪我国提出能源战备，可持续发展战略，以及“节能减排”等各项方针政策的前提下，制造出符合我国人民饮食习惯,快速加热大火集中，燃烧强度高，节能高效，污染物超低排放的新型燃气具，对于提高整个社会的能源利用率，大气环境的保护和消费者的身体健康都具有十分重大的意义。
燃气具几乎所有的重要性能指标都体现在其核心部件—燃烧器上，因此燃气燃烧的发展史也是燃烧器的发展历程。燃气燃烧器大体有三种燃烧方式：扩散式，大气式，完全预混式。
扩散式燃烧器：按照扩散式燃烧方法设计的燃烧器称为扩散式燃烧器，燃烧所需的空气不预先与燃气混合，而在燃烧过程中供给，一次空气系数α＝0，优点：燃烧稳定，容易点火，不会回火，在燃气压力为200-400帕或更低时，仍能正常工作。缺点：燃烧强度低，火焰长，需要更大的燃烧室，容易出现不完全燃烧，产生煤烟，燃烧温度低。比较应用于沸水器，热水器，加热设备及小型采暖锅炉，1945年以前英国市场上大多数民用燃气灶采用的是扩散式燃烧。
大气式燃烧器：根据部分预混燃烧方法设计的燃烧器称为大气式燃烧器，由燃烧头盖和引射器两部分组成。燃气和部分空气预先混合，一般过剩空气系数0＜α＜1，1855年由德国化学家本生发明，它能从周围大气中吸入一些空气与燃气预混，在燃烧时形成不发光的蓝色火焰，后来以他的名字命名为“本生火焰”，“本生灯”，直到现在，世界乃至中国，生产销售最多的燃气灶，包括主流品牌采用的大多都是这种类型的燃烧器，引射管大致相同，只是燃烧头火盖不同，有直火，旋火等。优点：比扩散式燃烧器火焰短，火力强，燃烧温度高，可以燃烧不同性质的燃气，适应性强。缺点：由于只预混了部分空气，往往需要二次空气的补充，否则也会出现燃烧不完全，造成一氧化碳排放超标，应用非常广泛，如家用灶，热水器，食堂灶，小型锅炉，工业炉也有应用。
完全预混式燃烧器：按照完全预混燃烧方法设计的燃烧器称为完全预混式燃烧器，是在部分预混式燃烧的基础上发展起来的，在燃烧之前，燃气和空气完全预混，一般过剩空气系数1≤α≤1.1，瞬时完成燃烧，火焰很短甚至看不见，又称无焰燃烧，完全预混燃烧不需要二次空气，燃烧温度高，容易满足高温工艺的要求，但火焰只有一个燃烧面，火焰传播能力极强，燃烧稳定性较差，发生回火的可能性较大，调节范围比较小，为防止回火，必须尽可能使气流的流场均匀，以保证在最低负荷下各点的气流速度大于火焰传播速度，通常采取冷却燃烧器喷头来降低燃烧器出口处的火焰传播速度。头部结构比较复杂，要增大热负荷，结构庞大且笨重。按照全预混燃烧方法，现在开发的燃烧器有陶瓷或双金属网红外线燃烧器、板式燃烧器及新型的金属纤维燃烧器。
上述的后两种燃烧方式：大气式燃烧器和完全预混式燃烧器应用范围较广，特别在家用燃气具上得到普遍应用，它们都有一个技术同质化特点，都采用引射器技术，以燃气为主导，燃气混合空气，空气中的氧气作氧化剂被燃气引射吸入引射管腔里进行混合，基于负压实现燃烧，管腔的混合气道都是通空的，以燃气压力作为燃烧器的火力表现，压力高，火力就大，更容易产生有毒气体CO，NOx过多排放，压力低，火力不足，加热慢，且燃气的波动性对燃气具存在较强影响。
另外，还有近几年的一种带鼓风的引射式燃烧器和一种鼓风式红外线燃烧器，中国专利201010194846.5，申请公布日CN102269406A公开了一种鼓风式红外线燃烧器及安装该燃烧器的灶具，均不难发现，从燃气喷射始端到燃烧器头部火盖这一段混合腔区域都是全部通空，从混合腔形状来看，它还是一种带引射式结构的燃烧器，该燃烧器在引射器的基础上直接在引射器的风门处加设一风扇，由于引射式燃烧器内腔是全部通空无妨碍气体流动结构，加设鼓风，燃烧器头部火孔出火及火焰稳定是关键，为了防止出现脱火现象，不能完全强劲鼓风，其过剩空气系数一般控制在0.7.≤α≤1.1，这是引射式燃烧器燃烧技术的特征，α<0.7以下会出现红火黄焰，α
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种集成式动力燃烧装置，可稳压均衡入户燃气压力，燃烧时火焰呈薄状透亮尖角型，可同时大大降低一氧化碳，氮氧化物，二氧化碳燃烧生成物，具有燃烧速度快，燃烧强度热量爆发力强，不仅省时，显著节能低碳等特点，较小的燃烧器体积，还可满足高热负荷火力要求，节省金属材料造价成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种集成式动力燃烧装置，包括动力燃烧器、单片机、燃气装置、电源适配器和操作界面，所述单片机连接动力燃烧器、燃气装置、电源适配器和操作界面，所述动力燃烧器的下端一侧设有空气动气装置，所述动力燃烧器的下端另一侧连接燃气装置，所述动力燃烧器内部从下到上依次设有燃气喷射管、气体倒锥形导流器、混合气体收拢装置、波形网、喷火盖、以及相对应的点火装置和火焰检测装置，所述空气动气装置、点火装置和火焰检测装置均和单片机电连接，所述燃气装置包括燃气管道、燃气电磁阀、燃气稳压阀、燃气压力传感器，所述燃气电磁阀和燃气压力传感器均和单片机电连接。
优选的，所述动力燃烧器为一圆柱形气道腔体，且柱体高度大于腔体底部直径一倍，所述动力燃烧器从腔体底端进入动能空气，其腔体内的过剩空气系数1.1<α≤4.5。
优选的，所述空气动力装置包括通风管道和设置在通风管道一端的风机，所述风机和单片机电连接。
优选的，所述燃气喷射管内设有位于所述气体倒锥形导流器正下方的燃气喷嘴，所述燃气喷嘴上端呈倒圆锥型。
优选的，所述气体倒锥形导流器上部截面之外设置有气体间隙环，气体间隙环的间隙长度不超过所述气体倒锥形导流器上部截面直径的六分之一。
优选的，所述混合气体收拢装置为下宽上窄中间通孔的圆柱体陶瓷，所述波形网呈不少于一条排列状波型结构，波型拱高度3毫米，网目数100目。
优选的，所述喷火盖上的每个小孔直径为2.2～2.5毫米，孔深3毫米，小孔外延面呈3.5毫米扩大孔状，每个小孔的扩大孔沿面相靠。
本发明与现有技术相比的优点在于：对可燃性气体混合方式反向性研究，改变在引射式燃烧器中燃气缓慢流动方式，以动能空气为主导，在持续的强旋流的空气作用下，加强与燃气的混合程度，放大过剩空气系数α在1.1以上，增加部分冷却空气流，这样可以降低一氧化碳，氮氧化物排放，不需要增大燃烧器腔体体积，就可达到高热负荷强度。通过在腔体内设置紧凑利于气体混合的装置和器件，使腔体成为空气强烈混合燃气形成混合气体快速运动的气道腔体，使混合气体均匀充分从燃烧器腔体顶端的喷火器快速喷射燃烧，而不是在燃烧器火盖上缓慢燃烧，杜绝了燃烧加热又同时烧火盖耗能源现象。
克服现有燃烧器技术的不足及客观存在城市燃气管网供气压力的不均衡产生对燃烧器的影响，可稳压均衡入户燃气压力，燃烧时火焰呈薄状透亮尖角型，可同时大大降低一氧化碳，氮氧化物，二氧化碳燃烧生成物，具有燃烧速度快，燃烧强度热量爆发力强，不仅省时，显著节能低碳等特点，燃烧器结构轻巧紧凑，较小的燃烧器体积，占比空间不大，还可满足高热负荷火力要求，节省燃烧器材料，节省金属材料造价成本，可在较高的过剩空气系数下工作，均能稳定燃烧，燃烧效率极高，省时省气，同时较为环保，安全性能较高。
附图说明
图1是本发明一种集成式动力燃烧装置的结构示意图。
图2是本发明一种集成式动力燃烧装置气体倒锥形导流器结构示意图。
图3是本发明一种集成式动力燃烧装置混合气体收拢装置结构示意图。
图4是本发明一种集成式动力燃烧装置波形网结构示意图。
图5是本发明一种集成式动力燃烧装置喷火盖结构示意图。
图6是本发明一种集成式动力燃烧装置燃气喷嘴结构示意图。
如图所示：1、动力燃烧器，2、单片机，3、燃气装置，4、电源适配器，5、操作界面，6、空气动力装置，7、燃气喷射管，8、气体倒锥形导流器，9、混合气体收拢装置，10、波形网，11、喷火盖，12、点火装置，13、火焰检测装置，14、燃气喷嘴，15、燃气管道，16、燃气电磁阀，17、燃气稳压阀，18、燃气压力传感器，19、通风管道，20、风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种集成式动力燃烧装置，包括动力燃烧器1、单片机2、燃气装置3、电源适配器4和操作界面5，所述单片机2连接动力燃烧器1、燃气装置3、电源适配器4和操作界面5，所述动力燃烧器1的下端一侧设有空气动气装置6，所述动力燃烧器1的下端另一侧连接燃气装置3，所述动力燃烧器1内部从下到上依次设有燃气喷射管7、气体倒锥形导流器8、混合气体收拢装置9、波形网10、喷火盖11、以及相对应的点火装置12和火焰检测装置13，所述空气动气装置6、点火装置12和火焰检测装置13均和单片机2电连接，所述燃气装置3包括燃气管道15、燃气电磁阀16、燃气稳压阀17、燃气压力传感器18，所述燃气电磁阀16和燃气压力传感器18均和单片机2电连接。
空气动力装置6和燃气装置3上设置的电性部件同时受单片机2控制，使进入动力燃烧器1腔体内的燃气量和空气量成正比的匹配混合比例，另外空气动力装置6产生的压力和流速均大于燃气的压力和流速。
所述动力燃烧器1为一圆柱形气道腔体，且柱体高度大于腔体底部直径一倍，所述动力燃烧器1从腔体底端进入动能空气，其腔体内的过剩空气系数1.1<α≤4.5。
所述空气动力装置6包括通风管道19和设置在通风管道19一端的风机20，所述风机20和单片机2电连接，风机20也可以为空气泵或者增压泵，根据单片机2采集燃气压力传感器18输出的电流/电压信号所反映出的燃气压力值，单片机2驱动风机20的转速频率，正比例的匹配进入动力燃烧器1的空气量和燃气量。
所述燃气喷射管7内设有位于所述气体倒锥形导流器8正下方的燃气喷嘴14，所述燃气喷嘴14上端呈倒置锥形，燃气正对锥形面发生喷射碰撞。
所述气体倒锥形导流器8上部截面之外设置有气体间隙环，气体间隙环的间隙长度不超过所述气体倒锥形导流器8上部截面直径的六分之一。
所述混合气体收拢装置为下宽上窄中间通孔的8毫米厚的圆柱体陶瓷，和下方的气体倒锥形导流器8之间的间距为10毫米，下宽Φ25mm、上窄Φ15mm，所述波形网呈不少于一条排列状波型结构，波型拱高度3毫米，网目数100目。
所述喷火盖11上的每个小孔直径为2.2～2.5毫米，孔深3毫米，小孔外延面呈3.5毫米扩大孔状，每个小孔的扩大孔沿面相靠。
本发明在具体实施时，操作界面上，启动开关，单片机开始工作，两种气体空气和燃气分别进入动力燃烧器腔体。
燃气输入状态的实施：
在燃气管道上从燃气开始进入依次设置有燃气电磁阀，燃气稳压阀，燃气压力传感器，首端设置燃气电磁阀是起到燃气输送安全，在燃烧工况异常，风机故障等情况接受单片机控制起到对燃气安全控制作用，燃气电磁阀电性连接单片机。
在燃气电磁阀其后设置燃气稳压阀，由于燃气进入压力不平衡，忽高忽低，气体流动存在波动，电磁阀开启燃气也有一定的动荡性，燃气稳压减的设置，使燃气输入稳定，并对较高的压力进行减压稳流且节省燃气，使燃气在燃气管道上流动匀速。
在燃气装置末端，也是进入动力燃烧器腔体的开始端设置燃气压力传感器，最终判断进入动力燃烧器腔体的精准压力，燃气压力传感器电性连接单片机，压力传感器将探测的压力值变成电流值参数信号反馈给单片机，单片机通过接收到压力传感器的电流信号运行工作参数给风机，按不同的燃气压力值，单片机控制风机按不同的转速频率来输送到动力燃烧器腔体的比例匹配空气量，燃气压力越高，进入腔体的空气量就大，燃气压力越低，匹配的空气量就越少，总之，通过燃气压力传感器输出的电流/电压信号，接受单片机的控制，使进入腔体的燃气量与空气量成正比(即压力值与空气量成正比)。风机的不同转速频率可通过单片机输出PWM信号给风机的IC，由IC控制转速。也可以由单片机输出不同的电压或电流值来驱动风机的转速。
空气输入状态的实施：
动力燃烧器主要是在腔体底端一侧设置风机(鼓风机/风扇)，给腔体内注入动能空气，使空气和燃气较强混合，形成混合气体后碰到一些混合装置/器件产生更强动力和速度。空气压力高，燃气压力低，两者气体压力高低相配，利于空气主导强制混合燃气，进一步为了使空气与燃气形成的混合气体更充分，更彻底，实现较好的较稳定的燃烧工况，下面是动力燃烧器腔体内部混合过程：
动力燃烧器腔体从下至上依次设置有空气动力装置(通风管道和风机)，燃气喷射管，气体倒锥形导流器，混合气体收拢装置，波形网，喷火盖，点火装置，火焰检测装置，其空气动力装置，点火装置，火焰检测装置均电性连接单片机。
具体实施是在腔体底端设置空气动力装置(通风管道和风机)，风机线端电性连接单片机，风机受单片机控制转动将腔体外的空气进入到动力燃烧器腔体内，底端正中设置有燃气喷射管，燃气喷嘴在燃气喷射管内，喷嘴上端口呈倒圆锥形，喷嘴上方正对气体倒锥形导流器，燃气喷射到气体倒锥形导流器斜截面上后又反射回来被迎面上来的强劲空气混合，动能空气全范围包围燃气混合，混合后的气体沿着气体倒锥形导流器上部截面的环面体外的间隙环处快速运动，再进入混合气体收拢装置，经混合气体收拢装置下宽上窄的中心通孔喷出，流向波形网，混合气体收拢装置离上方的波形网存在一定空间，利于混合气体缓释叠加对冲，通过不断的挤压聚集混合后的混合气体，其气流体积和速度在经过每一装置和器件后不断在变化量，经波形网整流整梳后，混合气体快速且均匀稳定，最终从喷火盖喷出，经点火燃烧，火焰透亮，火力强劲，燃烧稳定且充分。
单片机工作状态：
电源适配器给单片机上电，单片机电性连接好燃气装置上的燃气电磁阀和燃气压力传感器及动力燃烧器的点火装置，火焰检测装置，空气动力装置。
在操作界面启动后，单片机开始工作，收集燃气装置上的信号，根据燃气装置上燃气压力传感器探测的压力值输出的电流信号，通过AD转换电路给到单片机上的主控MCU，主控MCU接收到燃气压力传感器的电流信号，对风机进行PWM调速，控制风机的转速，从而控制风机的风量大小。气体压力值不同，燃气压力传感器所反馈的电流/电压信号值不同，从而单片机驱动电机的转速频率也不同，单片机控制使进入到动力燃烧器的燃气量和空气量成正比例混合，达到科学1:2比例混合，同时单片机主控MCU发命令让点火装置点火，点火装置由3v电压上升到15000V的高压开始点火，主控MCU检测到火焰，关点火装置，燃烧过程中单片机上的IC形成一个闭环电路巡回检测，如检测到异常，立刻关闭燃气电磁阀。
本发明的优点如下：
1：燃烧器结构轻巧紧凑，占比空间不大；
2：节省燃烧器材料：本动力燃烧器圆柱体高105毫米，燃烧器喷火盖直径50毫米，可实现较大高强度热负荷4.2KW，一般燃烧器火盖(俗称分火器)材质是铜，直径在110毫米以上，重量在1000克以上，而这种动力燃烧器的喷火盖只需铜在130克左右。节省大量贵重金属；
3：可在较高的过剩空气系数下工作，均能稳定燃烧；
4：显著节能：从几个方面
(1)从燃气供给源头控制，通过在燃气装置中设置燃气稳压阀和气体压力传感器，对燃气输入压力进行精准判定，一来可以稳定燃气波动，二来降低燃气供气入户压力，实质上就体现了开源节流，直接就节省了燃气，设定燃气稳压阀，这在行业里引射式燃烧器技术一般不会采纳，因为引射式燃烧是靠燃气引射，国家额定标准压力是2000帕，火力本身有限，压力是火力的表现，往往迎合消费者猛火需求不会降低燃气压力；
(2)燃烧效率极高，省时省气
由于火焰是从喷火盖喷出，火力集中猛，有力量有方向，聚焦热量给受热体，燃烧速度快，不易散热，火焰能量直接到达受热体，节省时间，省时既表示节能。
从实验中我们发现铜喷火盖在持续燃烧中时温度，通过红外线测温仪测温在150度左右，喷火盖周围的温度也不高，如果装上玻璃面板，受燃烧对流热作用，其玻璃面板温度不超过80度，有效解决了玻璃爆裂的危险。实际上表明了燃烧能量热量的分布方向，因为是空气动力喷射燃烧，热量在上方聚集，对燃烧器组件热袭影响较小，体现了节能。热效率可在70％以上，还有一个烧水实验，通常一般水在加热到90度有响动，而使用集成式动力燃烧器水温在78度就开始剧烈响动，体现了节能；
(3)由于空气动力动能作用，燃料燃烧也带动了空气的热传导，设计的燃气流量是3.5KW，实际上火力达到了4.2KW，节省了0.7KW所付出的燃气流量。
5：显著环保：集成式动力燃烧器由于首先解决了燃气压力对燃烧器的影响，国家标准中规定的额定压力是2000帕，很多燃气具如燃气灶，热水器都是按2000帕额定压力来设计燃烧器的燃烧工况性能，并接受国家检测部门检测合格要求，如在另一个天然气入户供气环境中，往往因为天然气管网输配及客观因素，外部输入压力超过了2000帕以上，以前按国家标准设计的燃烧器性能指标都会改变，进一步加剧了燃烧生成物一氧化碳/二氧化碳/氮氧化物的有害排放，而集成式动力燃烧器，通过单片机对燃气装置部件和动力燃烧器动能空气的控制，优先考虑了稳定匹配的空气混合燃气的强混和比例，在强旋流的空气作用下，加速了空气和燃气的混合，再通过腔体内设置的装置和器件，进一步加强了混合气体的均匀性，增快了燃烧速度，再就是对一次空气(不考虑二次空气)，过剩空气系数α的设定，过剩空气系数在1.1<α≤4.5，使集成式动力燃烧器的燃烧生成物排放指标极低，通过燃气燃烧检测烟气排放实验，用世界认可的德国德图testo350烟气分析仪，数据显示一氧化碳在9ppm，氮氧化物在9.6ppm左右，二氧化碳在3.46％左右，三者气体排放指标同时低且燃烧性能指标稳定。解决了三者气体排放数据在燃烧中产生的相互制约和矛盾的问题；
6：安全性高
由于采用了单片机技术，利用软件和传感技术，智能化程度高，对动力燃烧器，燃气装置，IC作不断的巡回检索，如检测到火焰燃烧工况异常，风机故障等问题，会立刻关闭燃气阀门，从而保障安全。
意义：一种集成式动力燃烧装置由于考虑了在燃气输配中存在的客观因素对燃气具的燃烧产生一定的影响，改变了百年来现有燃气引射式燃烧器的混合方式，发明了燃气燃烧一种全新的清洁燃烧方式，利用空气的动能加强与燃气的混合，使混合气体获得更强大的能量，燃烧强度和燃烧速度大大提高，从而通过此一种集成式动力燃烧装置工作原理，可以应用到较多的燃气具热能利用领域。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
