氧含量检测新法及热水器缺氧保护装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN93102745.4

申请日:

1993.03.19

公开号:

CN1092518A

公开日:

1994.09.21

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

专利申请的视为撤回公告日:1994.9.22|||公开|||

IPC分类号:

F24H9/20

主分类号:

F24H9/20

申请人:

张腾广;

发明人:

张腾广

地址:

100080北京市中国科学院电子所

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

一种用于氧含量检测特别是用于燃气热水器缺氧保护的方法和装置,其特征在于它由探极、栅极及相应的电路、执行机构组成,可适用于各种气源,不受压力波动及当时使用情况的影响,且结构简单、造价低廉、调整容易、高度可靠,确实从根本上解决了热水器缺氧保护这一难题,它的普及推广,将引起热水器生产、管理及使用的变革,有显著的社会效益和美好的发展前景。

权利要求书

1: 1、一种用于氧含量检测特别是用于燃气热水器缺氧保护的方法和装置,其特征在于: 该方法是利用空气中氧气含量与它助燃的火焰产生的离子浓度成正变变化这一自然规律,检测火焰离子的多少,即能知道与其对应的氧气含量,从而可方便地进行氧含量的检测与控制--我们称此方法谓“氧含量离子浓度检测与控制法”,简称“离子法”。 作为“离子法”的一个具体装置,由置于火焰(1)里的探极(2)、置于火焰周围的栅极(3)以及相应的电路(4)、执行机构(5)组成,其中探极(2)上加有测试电压,栅极(3)直接或通过燃烧器(6)或盒(7)与电路(4)保持良好的电接通。 2、根据权利要求1所述的装置,在专用于缺氧保护时,其特征是:它将原热水器上的长明小火“一分为二”,即在燃气与空气首次混合的混合气通路设有隔离档板(22),将长明火燃烧器分为两部分:其中靠近主燃烧器部分的管侧适当位置设有出气孔6(D),引出点火小火1(D),它有相应的探极2(D)、栅极3(D);另部分上部开出气孔6(T),引出探测小火1(T),它也有相应的探极2(T),栅极3(T) 3、根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:探极(2)用耐热、导电但导热性较差的材料(如镍铬丝)制成,它与火焰(1)的相对位置依不同需要确定,在用于氧含量测量时,它垂直向下指向火焰出气孔的中心,并与火焰保持良好的接触;在用于缺氧保护时,在探测小火部分,它与垂直向上的火焰1(T)成适当的交角,在(90°±80°)之间选取,探极尖端伸入火焰里,离出气孔中心相距(8±6)mm,在点火小火部分,探极深入点火小火1(D)内,与出气孔相距(10±8)mm。 4、根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:栅极(3)用耐热、导电但导热性能较差的材料(如镍铬合金)制成,它的形状、大小以及与火焰的相对位置依不同需要确定,在用于氧含量测量或缺氧保护探测部分,其优选的形状是栅状(31)、笼状(32)、网状(33)及垂直安装的弹簧状(34),它们均布置在以垂直向上的火焰为轴心的园柱(或近似于园柱,或棱柱)面上,而在用于缺氧保护的点火小火部分,其形状可以是水平或近似水平安装的 弹簧状(35)或平面弹簧状(36)或别的形状,各种栅极的大小以及与火焰的相对位置以能在火焰变化中始终与火焰外部保持良好的接触为佳。 5、根据权利要求2所述的装置,其特征在于:在电路(4)里,探极2(T)和2(D)各设有灵敏度调节单元41(T)和41(D),其中41(T)的灵敏度调节的比41(D)高,它在对应于较高的氧含量下首先发出相应控制信号,41(D)后发出类似信号作二道保险之用。 6、根据权利要求2或5所述的装置,其特征在于:在电路(4)里,灵敏度调节单元41(T)、41(D)和信号及放大单元(42)共同组成缺氧检测部分,该部分发出的控制信号经报警单元(43)使发光二极管(LD)发出闪光报警信号,随着缺氧量的下降,经(44)使报警器(FM)发出断续报警声,继续下降到一定值,经功放单元(45)使执行机构(5)关闭燃气,报警声长鸣,电路(4)中框(46)设有与缺氧保护并列的其它功能,如熄火、超温、过热、定时等保护及电子脉冲点火等。 7、根据权利要求1所述的装置,其特征在于:在用于氧含量测量时,该装置需设有燃气调压、稳压机构、贮燃气瓶、空气采样及预处理机构,此时的执行机构(5)即是调整与显示,它可方便地读出氧气的含量 8、根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:所述燃气出气孔(6)的形状、大小、气孔数依不同的需要确定,在用于氧含量测量时,可在喷嘴上以中心孔为园心的园环上开(4-6)个(φ0.2-φ
2: 5)mm的孔,在用于缺氧保护的探测时,在喷嘴中心开一个(φ0.2-φ4)mm的孔,而用于点火小火时,则在管侧开(1-3)个(φ0.5-3)mm的孔,孔间可由(0-1)mm的窄缝勾通。 9、根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:火焰可设隔离盒(7),它的形状和大小,在用于氧含量测量时,可制成园筒形,而在氧含量探测小火时,可制成长方形或(矩形)盒形,它的顶部可设有防水盖(25),前部可设有盖(27),(27)上有若干观察孔(28),其点火小火不设盒,仅利用探测部分的盒即可。 10、根据权利要求1或2所述的装置,其特征在于:该装置的点火采用电子脉冲点火,其点火针可以借用探极(2),也可专设,在用于缺氧保护时,也可利用原点火机构,此时,小盒(7)靠近点火喷火口一侧设有点火进火孔(26),或者利用盖(25)与盒(7)间形成的缝隙(29)。

说明书


本发明公开了一种用于氧含量检测特别是用于燃气热水器的缺氧保护的方法和装置。

    燃气热水器给人类带来现代文明的福音,但有时也会成为可怕的“杀手”,因它引起人身伤亡事故,国内外时有发生。

    追其原因,主要是因热水器没有安全装置,或者该装置-尤其是缺氧保护可靠性不高所至-这又是现有技术尚未完满解决的。

    为此,发明人在半年前曾申报过一项中国专利(申请号:92109156.7)提出了解决这一问题的方案,后在样机制作的反复试验中,观察到一种自然现象-这是前人从未留心的,它的发现,尤其是对它的巧妙利用,使燃气热水器的安全保护取得了突破性进展。

    本发明的目的,是利用新发现,从根本上解决热水器安全保护-尤其是缺氧保护这一国际难题。

    这里,首先介绍新发现的情况和新方法的基本原理。火焰在燃烧时可将空气电离,在火焰及其周围产生离子(电子和正离子),以前我们仅知道离子与火焰的依存性,即火着即有离子,火熄离子消失,我曾利用这种现象在燃气灶上成功地用上了世界上最先进的熄火保护-“电子式熄火保护”(中国专利90225355.7),最近我发现:火焰产生的离子浓度与空气中的氧气含量有着密切地关系,它们总是成正变变化(即氧含量增加则离子多,反之则离子减少),后经测试,在一定条件下可成线性变化(这是检测的最佳情况)-这一规律人们一直没有发现,其原因除了通常所说的“没留意”、“没想到”之外,还因它在通常情况下用常规仪器测不出来,除非有目的地创造必要的条件-而不少条件需要“首创”-才可能观察到。利用上述新发现的规律,检测火焰离子的多少,即能知道与其对应的氧气含量,从而可方便地进行氧含量的检测与控制-我们称此方法谓“氧含量离子浓度检测与控制法”,简称“离子法”。

    下面,结合附图对本发明作进一步说明。

    附图1是本发明装置的结构示意图,它主要由置于火焰(1)里的探极(2)、置于火焰周围的栅极(3)、以及相应的电路(4)、执行机构(5)组成,其中探极(2)上加有测试电压(测试信号),栅极(3)直接或通过燃烧器(21)或盒(7)与电路(4)保持良好的电接通。

    本发明在专用于缺氧保护时,可巧借原热水器的长明小火有关机构,只是将小火燃烧器加以更换,其结构如图2所示。它将长明小火“一分为二”,即在燃气与空气首次混合的混合气通路设有隔离档板(22),将长明火燃烧器分为两部分:其中靠近主燃烧器部分的管侧适当位置设有出气孔6(D),引出点火小火1(D),它有相应的探极2(D)、栅极3(D);另部分上部开出气孔6(T),引出探测小火1(T),它也有相应的探极2(T),栅极3(T)。

    上述的探极、栅极以及火焰共同组成了一个氧含量传感器,与早期的电子管有些相似,其两个极的材料、形状、大小以及与火焰的相对位置依不同需要确定,下面提供的是经过反复试验优选的,“来之不易”。选用耐热、导电但导热性较差的材料(如镍铬合金)制成,针状探极在用于氧含量测量时,它垂直向下指向火焰出气孔的中心,并与火焰保持良好的接触;在用于缺氧保护时,在探测小火部分,它水平或近似水平指向,与垂直向上的火焰的交角在(90°±80°)范围内选取,探极尖端伸入火焰里,离出气孔中心相距(8±6)mm在点火小火部分,探极深入点火小火1(D)内,与出气孔相距(10±8)mm栅极在用于探测小火时,可以制成如图3所示的前四种形状,即栅状(31)、笼状(32)、网状(33)及垂直安装的弹簧状(34),它们均布置在以垂直向上的火焰为轴心的园柱或棱柱面上。而在用于缺氧保护的点火小火部分,其形状可以是水平或近似水平安装的弹簧状(35)或平面弹簧状(36)或别的形状,各种栅极的大小以及与火焰的相对位置以能在火焰变化中始终与火焰外部保持良好的接触为佳。

    本发明的另一个关键也即难点是它的电子电路,图4画出了原理框图在电路中,探极2(T)和2(D)各设有灵敏度调节单元41(T)和41(D),它们可方便地选择氧含量,其中41(T)的灵敏度比41(D)高,它在氧含量较高时首先发出相应控制信号,氧含量再低时41(D)后发出相应信号,作为“二道保险”。灵敏度调节和信号及放大单元(42)组成缺氧检测部分,该部分发出的控制信号经报警单元(43)使发光二极管(LD)发出闪光报警信号,随着缺氧量的下降,经(44)使报警器(FM)发出断续报警声,继续下降到一定值,经功放单元(45)使执行机构(5)关闭燃气,报警声长鸣。电路中框(46)设有与缺氧保护并列的其它功能,如熄火、超温、过热、定时等保护及电子脉冲点火等。

    在用于氧含量测量时,它还需设有其它附属机构,如燃气调压、稳压机构、贮燃气瓶、空气采样及预处理机构等(图中没画出),此时的执行机构(5)即是调整与显示,它可方便地读出氧气的含量。

    火焰出气孔也有讲究,它的形状、大小、气孔数要依不同需要确定,在用于氧含量测量时,可在喷嘴上以中心孔为园心的园环上开(4-6)个(φ0.2-φ1.5)mm的孔,在用于缺氧保护的探测时,在喷嘴中心开一个(φ0.2-φ4)mm的孔,而用于点火小火时,则在管侧开(1-3)个(φ0.5-3)mm的孔,孔间可由(0-1)mm的窄缝勾通。

    火焰可设隔离盒(7),它的形状和大小,在用于氧含量测量时,可制成园筒形,而在氧含量探测小火时,可制成长方形或(矩形)盒形,它的顶部可设有防水盖(25),前部可设有盖(27),(27)上有若干观察孔(28),其点火小火不设盒,仅利用探测部分的盒即可。

    该装置的点火采用电子脉冲点火,其点火针可以借用探极(2),也可专设,在用于缺氧保护时,也可利用原点火机构,此时,小盒(7)靠近点火喷火口一侧设有点火进火孔(26),或者利用盖(25)与盒(7)间形成的缝隙(29)。

    与现有技术相比,本发明有一系列优点,优势明显。在用于氧含量检测,现有装置结构复杂、价格贵(约一万元人民币),而它的价格不到其百分之一尤其是用于燃气热水器缺氧保护,解决了现有技术无法解决的一个大难题,它可适用于各种气源,不受气源压力波动及当时使用情况的影响,只要氧含量降至国标规定的17±1%范围,即会报警、关闭燃气。为了使热水器的安全性达到“万无一失”,本发明设计了“自检-报警-关闭-二系统关-定时关”“五道防线”,挽救直排式热水器于危难之时,使生产厂放心,用户满意。

    本发明的普及推广,将对燃气热水器的生产、管理以及使用带来变革,有显著的社会效益和美好的发展前景。

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一种用于氧含量检测特别是用于燃气热水器缺氧保护的方法和装置,其特征在于它由探极、栅极及相应的电路、执行机构组成,可适用于各种气源,不受压力波动及当时使用情况的影响,且结构简单、造价低廉、调整容易、高度可靠,确实从根本上解决了热水器缺氧保护这一难题,它的普及推广,将引起热水器生产、管理及使用的变革,有显著的社会效益和美好的发展前景。。

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