预混器和燃气热水器的制作方法

1.本实用新型涉及气体混合装置，具体地，涉及一种预混器。此外，本实用新型还涉及包含该预混器的燃气热水器。


背景技术：

2.中国经济正处于转型关键时期，为了进一步降低人们生产生活中一次能源(尤其指煤、石油)消耗带来的环境问题，政府正积极鼓励天然气的应用。燃烧器是使燃料和空气以一定的方式喷出混合(或混合喷出)燃烧的装置的统称，燃烧器按类型和应用领域分工业燃烧器、燃烧机、民用燃烧器、特种燃烧器几种。现有的家用燃气热水器和采暖热水炉的燃烧器采用部分预混燃烧方式设计和全预混燃烧方式设计。部分预混燃烧方式中，燃气在燃烧前只混合部分空气，燃烧时需二次空气补充，燃烧不完全；其次，空气系数较大(一般接近甚至超过2)，燃烧火焰温度较低，而且由于不完全燃烧还会产生较多的co、nox等有害气体，不符合环境保护的要求。而全预混燃烧方式具有空气系数小，火焰温度高，燃烧充分，燃烧产物中co、nox含量少等优点，因此更提倡全预混燃烧方式。
3.但现有全预混燃气热水器(壁挂炉)的预混器(文丘里)存在如下缺陷：(1)只能单纯地进行空气和燃气的预混，无法用燃气引射空气，或者用空气引射燃气，使其自动匹配，获取合适的空燃比；(2)采用比例阀来调节空燃比，不仅成本高，而且无法获取较大调节比，满足用户较大范围的热水使用需求；(3)在进空气管(即消音管)上读取风压，将信号传入风压开关，达到风压传感器的关闭值时，则断开电路进行风压保护；恢复到风压传感器的启动值时，则重新开启，这种在进空气管上读取到的风压，距离风机较远，风压值容易受进气管(一般为卡扣连接)的密封性影响，不稳定，再者，风压开关只能设定一个启动值和一个关闭值，无法对全负荷段进行风压保护；(4)无法获取燃气压强，不利于检测预混器喷嘴的燃气前压(即燃气二次压)；(5)现有预混器(文丘里)无法获取较好的小负荷燃烧工况，导致小负荷易出现烟气排放差，且易出现回火现象。


技术实现要素：

4.本实用新型一方面所要解决的问题是提供一种预混器，该预混器不仅可以增强空气引射燃气的能力，而且可以获取较大范围的负荷比，以满足用户的不同用水需求。
5.本实用新型第二方面所要解决的问题是提供一种燃气热水器，该燃气热水器的预混器不仅可以增强空气引射燃气的能力，而且可以获取较大范围的负荷比，以满足用户的不同用水需求。
6.为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种预混器，该预混器包括燃气腔、空气腔和预混腔，所述燃气腔通过一个或多个燃气通道输送燃气，所述空气腔通过与所述燃气通道对应的文丘里通道输送空气，所述燃气通道位于所述文丘里通道中，以使得所述文丘里通道中的空气能够引射所述燃气通道中的燃气，并进入所述预混腔中进行预混；至少一个所述文丘里通道上设有能够遮盖所述文丘里通道出口的翻板，所述翻板能够分隔所述
文丘里通道和所述预混腔，并能够受风力翻转以使得燃气和空气进入所述预混腔中混合。
7.优选地，所述翻板上设有能够封堵所述文丘里通道出口的的凸台。
8.进一步优选地，所述凸台为圆柱体或者斜面圆柱体。
9.优选地，所述燃气通道中设有喷射方向指向所述预混腔的喷嘴。
10.优选地，所述空气腔的底部形成为能够引导空气的导流斜板部。
11.优选地，所述燃气腔上设有燃气取压嘴，所述文丘里通道上设有风压取压嘴。
12.进一步优选地，所述多个文丘里通道中部分带有所述翻板，所述风压取压嘴伸入不带所述翻板的所述文丘里通道中。
13.更进一步地，不带所述翻板的所述文丘里通道的尺寸小于带所述翻板的所述文丘里通道的尺寸。
14.本实用新型第二方面提供一种燃气热水器，该燃气热水器包括上述的预混器。
15.进一步地，所述燃气腔上设有燃气取压嘴，所述文丘里通道上设有风压取压嘴。
16.更进一步地，所述燃气取压嘴上连接有压力传感器，所述风压取压嘴上连接有风压传感器。
17.通过上述技术方案，本实用新型实现了以下有益效果：
18.1、本实用新型所述的预混器的空气流道和燃气流道先分离再汇合，使空气和燃气可以在预混器中进行第一次预混，且空气流道和丘里通道的结构，增大风压，使空气具有较强的引射燃气的能力；此外，在文丘里通道的出口处设受风力驱动的翻板，便于用于获取较大范围的负荷比，以满足用水需求；
19.2、在本实用新型的优选技术方案中，翻板上设有能够封堵文丘里通道出口的凸台，保证文丘里通道的关闭效果，从而保证小负荷的燃烧工况，避免燃气偏高、氧含量太低导致的排放烟气变差，甚至回火；
20.3、在本实用新型的优选技术方案中，预混器的燃气腔上设燃气取压嘴，通过燃气前压的读取，可以计算热负荷，同时可以用于调试和售后维修时对燃气压强的检测，以分析其是否异常；常开的文丘里通道上设风压取压嘴，可以在全负荷段获取到空气压力从而在风压异常时进行风压保护。
附图说明
21.图1是本实用新型实施方式中所述的预混器的结构示意图；
22.图2是图1的俯视图；
23.图3是图1的仰视图；
24.图4是图2的横向剖面图；
25.图5是图2的纵向剖面图；
26.图6是图5省略喷嘴和翻板的示意图；
27.图7是本实用新型一种实施方式中所述的翻板的结构示意图；
28.图8是图7的左视图；
29.图9是图7的后视图；
30.图10是图7的俯视图；
31.图11是本实用新型另一种实施方式中所述的翻板的结构示意图；
32.图12是图11的左视图；
33.图13是图11的后视图；
34.图14是图11的俯视图；
35.图15是本实用新型中所述的燃气热水器的结构示意图；
36.图16是本实用新型某一机型的燃气热水器拟合得到的热负荷与风机转速的关系曲线；
37.图17是本实用新型某一机型的燃气热水器拟合得到的热输出与风机转速的关系曲线；
38.图18是本实用新型某一机型的燃气热水器拟合得到的燃气二次压与风机转速的关系曲线；
39.图19是本实用新型某一机型的燃气热水器拟合得到的风压与风机转速的关系曲线。
40.附图标记说明
41.1燃气腔，11燃气取压嘴，2空气腔，3预混腔，4燃气通道，41喷嘴，5翻板，51凸台，52转动轴，6预混器座，61安装孔，71进空气口座，72风压传感器，73风压取压管，74底壳，75热交换器，76集水盘，77水封，78排烟通道，79燃气阀，710进空气管，711燃烧器，712控制器，8文丘里通道，81风压取压嘴。
具体实施方式
42.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
43.首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本实用新型的技术方案而涉及的一些方位词，例如“外”、“内”“上”、“下”等均是按照预混器中零部件以及预混器应用到燃气热水器中时正常所指的方位类推所具有的含义，例如，气体所经过的部位为内部，与之相对的部位则为外部，燃气热水器安装后顶部为上，底部为下。仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
44.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.如图1
‑
图6所示，本实用新型的预混器包括燃气腔1、空气腔2和预混腔3，燃气腔1通过一个或多个燃气通道4输送燃气，空气腔2通过与燃气通道4对应的文丘里通道8输送空气，燃气通道4位于文丘里通道8中，以使得文丘里通道8中的空气能够引射燃气通道4中的燃气，并进入预混腔3中进行预混；至少一个文丘里通道8上设有能够遮盖文丘里通道8出口的翻板5，翻板5能够分隔文丘里通道8和预混腔3，并能够受风力翻转以使得燃气和空气进入预混腔3中混合。
46.上述预混器安装在风机上，当风机运行时，文丘里通道8中形成负压，使燃气从燃
气入口进入燃气腔1，然后进入燃气通道4，空气从空气入口进入空气腔2，然后进入文丘里通道4，产生较大的流速，引射文丘里通道8中的燃气通道4中的燃气，然后在预混腔3内进行第一次预混。
47.自然状态下，翻板5关闭其所在的文丘里通道8，在风机的抽力作用下逐渐打开，使得其所在的文丘里通道8打开，最大负荷时，翻板5完全打开。在燃气种类、燃气压力等其他因素确定的情况下，翻板5的开度，确定了不同负荷的大小，使用户可以获取较大范围的热水需求。翻板5通过转动轴52安装在预混器座6上。
48.如图7
‑
图14所示，翻板5上设有能够封堵文丘里通道8出口的凸台51，凸台51为圆柱体或者斜面圆柱体。翻板5关闭对应的文丘里通道8时，凸台51封堵文丘里通道8的出口，保证翻板5的关闭效果，从而保证小负荷的燃烧工况，避免燃气偏高、氧含量太低导致的排放烟气变差，甚至回火。
49.为了获得较大的燃气压力和流速，燃气通道4中设有喷射方向指向预混腔3的喷嘴41。喷嘴41与燃气通道4的连接处装有密封圈，以保证燃气不外漏。
50.为了保证空气流道平滑畅通，空气腔2凹角和凸角都需要导圆角，并且空气腔2的底部形成为能够引导空气的导流斜板部，如图4所示，空气腔2的凹角γ须大于90
°
、小于180
°
。空气腔2侧壁高度l1和l2须保证空气从入口进入空气腔2，再从出口流出空气腔2的过程中，空气流道平滑畅通。
51.燃气从燃气入口进入燃气腔1内，从燃气腔1侧壁伸出燃气取压嘴11，用u型管或微压计可以在此处读取燃气压强，即喷嘴的燃气前压(即燃气二次压sp)。通过获取燃气前压，可以计算此时的热负荷，同时可以用于调试和售后维修时对燃气压强的检测，以分析其是否异常。
52.文丘里通道8上设有风压取压嘴81。由于不带翻板5的文丘里通道8为常开，将该风压取压嘴81的取压端伸入其中，可以在全负荷段获取到空气压力。此外，由于空气从空气腔2进入文丘里通道8后，截面积减小，此处获得的空气压力较大，即使在小负荷状态下，获取到的空气压力也能满足风压程序的判断，从而在风压异常时进行风压保护。故可以将不带翻板5的文丘里通道8的直径设置为小于带翻板5的文丘里通道8的直径，以满足小负荷燃烧的需求。
53.本实用新型第二方面提供一种燃气热水器，如图15所示，该燃气热水器包括底壳74，以及设置在底壳74内的风机、热交换器75、集水盘76、水封77、燃气阀79、控制器712、燃烧器711、进空气管710、排烟通道78以及上述的预混器，预混器的燃气腔1上设有燃气取压嘴11，文丘里通道8上设有风压取压嘴81，对应地，燃气取压嘴11上连接有压力传感器，风压取压嘴81上通过风压取压管73连接有风压传感器72。底壳74的上封板上设有与进空气管710连接的进空气口座71和与排烟通道78连接的排烟口座。
54.该燃气热水器在工作时，空气从进空气口座71进入整机内部，再从进空气管710进入预混器，然后进入风机搅拌，在燃烧器711内部参与燃烧。
55.基于上述技术方案，本实用新型还提供了一种燃气热水器的风压保护方法，风压保护方法包括：
56.获取燃气二次压sp和风压fp，然后对比燃气二次压sp和风压fp与各自对应的上限值和下限值，以判断故障类型，并对整机进行保护或报警。比如，可以采用如下方式确定报
警信号并报警：
57.当所述风压fp低于其下限值g
min
(n)或高于其上限值g
max
(n)时，报风压故障；或者当所述燃气二次压sp低于其下限值f
min
(n)或高于其上限值f
max
(n)，报二次压故障。具体可分为以下几种模式：
58.模式1：只要风压fp低于其下限值g
min
(n)或高于其上限值g
max
(n)时，都报风压故障；而当燃气二次压sp低于其下限值f
min
(n)或高于其上限值f
max
(n)，且风压fp处于其下限值g
min
(n)和上限值g
max
(n)之间时，报二次压故障；
59.模式2：只要燃气二次压sp低于其下限值f
min
(n)或高于其上限值f
max
(n)时，都报二次压故障；而当风压fp低于其下限值g
min
(n)或高于其上限值g
max
(n)，且燃气二次压sp处于其下限值f
min
(n)和上限值f
max
(n)之间时，报风压故障；
60.进一步地，还可以包括模式3：当风压fp低于其下限值g
min
(n)或高于其上限值g
max
(n)，且燃气二次压sp低于其下限值f
min
(n)或高于其上限值f
max
(n)时，报风压保护故障；当风压fp低于其下限值g
min
(n)或高于其上限值g
max
(n)，且燃气二次压sp处于其下限值f
min
(n)和上限值f
max
(n)之间时，报风压故障；当燃气二次压sp低于其下限值f
min
(n)或高于其上限值f
max
(n)，且风压fp处于其下限值g
min
(n)和上限值g
max
(n)之间时，报二次压故障。
61.当所述风压fp处于其下限值g
min
(n)和上限值g
max
(n)之间，且所述燃气二次压sp处于其下限值f
min
(n)和上限值f
max
(n)之间时，不报警。
62.以上，燃气二次压sp和风压fp的对比工作在控制器712中进行，故障类型在显示器上显示。
63.例如，可以将g
min
(n)设为风压保护值。当烟管堵塞时，整机运行的风机转速n对应的风压fp下降，下降到低于该转速对应的风压保护值g
min
(n)时，控制器712输出信号，关闭燃气阀79，整机停止运行，且在显示器上报出风压故障。这可以保护整机燃烧正常，避免燃烧产生多余的废气，也可以避免水封吹开，避免烟气通过水封排到室内。
64.当外界刮风的风速增大时，整机运行的风机转速n对应的风压fp下降，下降到低于该转速对应的风压保护值g
min
(n)时，控制器712输出信号，关闭燃气阀79，整机停止运行，且在显示器上报出风压故障。这可以保护整机燃烧正常，避免燃烧产生多余的废气，也可以避免水封吹开，避免烟气通过水封排到室内。
65.当水封堵塞时，整机运行的风机转速n对应的风压fp下降，下降到低于该转速对应的风压保护值g
min
(n)时，控制器712输出信号，关闭燃气阀79，整机停止运行，且在显示器上报出风压故障。这可以保护整机燃烧正常，避免燃烧产生多余的废气。
66.水封、堵塞、吹风这三者的风压保护，当任何一个风压达到风压保护的条件时，则进行熄火保护。
67.如上所述，燃气二次压sp和风压fp分别通过压力传感器和风压传感器72获得，而燃气二次压sp的下限值f
min
(n)和上限值f
max
(n)以及风压fp的下限值g
min
(n)和上限值g
max
(n)的获取方法为：
68.1)、热负荷w(或热输出q)与风机转速n相对应，设计时，先采集多台样机的热负荷w(或热输出q)与风机转速n的基础数据，拟合二者的曲线，并通过线性回归，得到二者的对应关系w＝f1(n)或者q＝f2(n)。而热负荷w(或热输出q)通过计算所得：分别获取多台样机上的进水温度t0、水流量q和出水温度t
t
，根据q＝q*(t
t
‑
t0)计算热输出q，再根据热效率η计算热
负荷w；进水温度t0通过进水温度传感器测得，水流量q通过进水流量传感器测得，出水温度t
t
通过出水温度传感器测得；比如，通过计算得到某一机型热水器各风机转速n下的热负荷w和热输出q，结果如表1所示，用excel拟合回归得到热负荷与风机转速的关系曲线如图16所示，其对应公式为w＝0.0079n
‑
3.0627，热输出与风机转速的关系曲线如图17所示，其对应公式为q＝0.0085n
‑
3.3077，两个曲线的拟合优度(r2)分别为0.9978和0.9978，回归直线对观测值的拟合程度均较优。
69.表1风机转速、热输出、热负荷、燃气二次压以及风压
[0070][0071]
2)、由于风机转速增大，燃气二次压sp和风压fp也会随之增大，故风机转速n与燃气二次压sp有一一对应关系，风机转速n与风压fp也有一一对应关系。设计时，先获取多台样机的风机转速n与燃气二次压sp和风压fp的基础数据，拟合二者的曲线，并通过线性回归，得到燃气二次压sp和风压fp与风机转速n的对应关系sp＝f(n)和fp＝g(n)。比如，测定某一机型热水器各风机转速n下的燃气二次压sp和风压fp，结果如表1所示，用excel拟合回归得到燃气二次压与风机转速的关系曲线如图18所示，其对应公式为sp＝0.0323n
‑
64.129，风压与风机转速的关系曲线如图19所示，其对应公式为fp＝0.1997n
‑
242.84，两个曲线的拟合优度(r2)分别为0.9624和0.9731，回归直线对观测值的拟合程度均较优。
[0072]
3)、获取多台样机的热负荷w、热输出q、风机转速n、燃气二次压sp和风压fp的基础数据，然后根据样机运行时进水温度t0、水流量q和出水温度t
t
的范围，计算热输出q或热负荷w的范围，然后根据热负荷w、热输出q、风机转速n、燃气二次压sp和风压fp的基础数据和热负荷w或热输出q与风机转速n的对应关系w＝f1(n)或者q＝f2(n)，确定风机转速n的范围，
再根据风机转速n的范围，确定燃气二次压sp和风压fp的范围，最终得到二次压sp的下限值f
min
(n)和上限值f
max
(n)以及风压fp的下限值g
min
(n)和上限值g
max
(n)。
[0073]
另一方面，如果预混器设置有多个文丘里通道8，在翻板5闭合的时候为最小负荷状态。由于最小负荷状态下风机转速n很小，所以二次压sp和风压fp也很小。此时，外界风速较大时，容易把火焰吹灭，故设定最小燃气二次压sp
min
和最小风压fp
min
。基于此，本实用新型还提供了一种燃气热水器的最小负荷保护方法，该最小负荷保护方法为：
[0074]
当燃气热水器在小负荷段燃烧时，如果外界风速为0，此时燃气热水器正常燃烧时的二次压为sp0，风压为fp0，此时燃烧状态最佳。
[0075]
当外界风速增加时，小负荷段燃烧时的燃气二次压sp和风压fp将下降。一旦燃气二次压sp和风压fp下降，控制器712就分析处理，提升燃气热水器的风机转速n，使得燃气二次压sp和风压fp恢复到预设的燃气二次压sp0和风压fp0，以维持正常燃烧，使燃气热水器(壁挂炉)具有一定的抗风性能；
[0076]
如果外界风速增加到即使提升风机转速n亦不能使燃气二次压sp和风压fp达到预设的燃气二次压sp0和风压fp0的程度，比如外界风速陡然增加或者外界风速增加到过大的情况下，无法及时提升风机转速n或者超出风机转速n的范围，在燃气二次压sp降为最小燃气二次压sp
min
或风压fp降为最小风压fp
min
时，不再提升风机转速n，直到风压fp下降到低于该风机转速n对应的风压保护值g
min
(n)时，关闭燃气阀79，整机停止运行，并报风压故障。
[0077]
基于此，可以通过设定最小燃气二次压sp
min
和风压fp
min
的值，调整整机的抗风能力。
[0078]
以下是本实用新型的预混器的一个优选实施方式。
[0079]
如图1
‑
图6所示，本实用新型的预混器包括燃气腔1、空气腔2和预混腔3，燃气腔1通过两个燃气通道4输送燃气，空气腔2通过与燃气通道4对应的两个文丘里通道8输送空气，一个文丘里通道8中设置一个燃气通道4，燃气通道4上各设有一个喷嘴41，且两个喷嘴41的直径不同，大直径的喷嘴41对应的文丘里通道8尺寸大，且出口处设有能够遮盖文丘里通道8出口的翻板5，翻板5能够分隔文丘里通道8和预混腔3，并能够受风力翻转以使得燃气和空气进入预混腔3中混合，翻板5上设有能够封堵文丘里通道8出口的的凸台51。燃气腔1上设燃气取压嘴11，小直径的喷嘴41对应的文丘里通道8上设有风压取压嘴81。
[0080]
该预混器在使用时，通过预混器座6上的安装孔61安装在燃气热水器的风机的入口处，风压取压嘴81的取压端朝上，燃气取压嘴11的取压端朝下。自然状态下，翻板5在重力作用下下垂，关闭大喷嘴41对应的文丘里通道8。小负荷时，风机风量小，翻板5关闭直径较大的喷嘴41对应的文丘里通道8，使燃气全部从直径较小的喷嘴41对应的文丘里通道8流出；随着风量增大，翻板5在风的抽力下，逐渐上翻，打开较大的喷嘴41对应的文丘里通道8，使燃气同时从两个文丘里通道8流出；最大负荷时，翻板5完全打开。在燃气种类、燃气压力、喷嘴41直径等其他因素确定的情况下，翻板5的开度，确定了不同负荷的大小。整机的负荷调节比由大喷嘴直径d1和小喷嘴直径d2决定，当(d
12
d
22
)/d
22
大于5时，其调节比大于10:1。
[0081]
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0082]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛
盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0083]
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。