專利名稱:用于氣體/空氣混合物的燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于氣體/空氣混合物的燃燒器。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù),例如從德國專利DE 4322109A1中已知了一種用于氣體/空氣混合物的燃燒器。燃燒軸向地發(fā)生在具有恒定截面的外殼中,該外殼全部被多孔材料填充。沒有火焰前鋒會(huì)延伸超過此多孔材料。燃燒只發(fā)生在被多孔材料所填充的空間內(nèi)。不會(huì)產(chǎn)生可從多孔材料的外表面或邊界面上延伸到外部環(huán)境中的自由火焰。這也稱為容積式燃燒器。這種已知的燃燒器可用于在低輻射值下燃燒氣體/空氣混合物。
從JP 59195022A(日本專利摘要)中已知了一種燃燒器,其中帶管口的管子被由催化物材料制成的圓柱體徑向地包圍住。這是一種表面式燃燒器,即火焰可從表面延伸到外部環(huán)境中。
美國專利US 4900245介紹了一種紅外式燃燒器裝置,其中噴管被由陶瓷泡沫制成的柱形件包圍。該柱形件用于使氣體在其表面上均勻地分布。氣體在柱形件的表面上燃燒。在該表面上安裝了火焰檢測器。當(dāng)火焰熄滅時(shí),自動(dòng)地進(jìn)行另一點(diǎn)火過程。
德國專利DE 19508908A1介紹了一種燃燒器管道,其中設(shè)有多個(gè)周向分布的徑向狹縫?;鹧嬉陨刃涡问綇莫M縫中離開。
從英國專利GB 2 231 949A中已知了一種氣體燃燒器??扇?xì)怏w混合物通過多孔陶瓷圓片來供應(yīng)并進(jìn)行燃燒。該圓片可位于氣流方向上,并處于由扁平波紋環(huán)片所組成的層之后。在這種情況下,氣體在包圍該疊層的外表面上燃燒。
歐洲專利EP 0382674介紹了一種紅外式燃燒器,其中由陶瓷纖維組成的多孔層位于由金屬絲網(wǎng)制成的圓柱體上。這也是一種表面式燃燒器。其它表面式燃燒器例如可從德國專利DE 2971511941或美國專利US 4679528中獲悉。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)。具體地說,應(yīng)當(dāng)提供一種容積式燃燒器,其可提供改進(jìn)的熱退耦(heat decoupling),并藉此同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣體/空氣混合物在低輻射值下的燃燒。另一目的是提供一種調(diào)節(jié)能力較已知的容積式和表面式燃燒器有所提高的容積式燃燒器。
這個(gè)目的通過權(quán)利要求1的特征來實(shí)現(xiàn)。從權(quán)利要求2到22的特征中可得出有用的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明,提供了一種用于氣體/空氣混合物的具有氣體/空氣混合物入口的燃燒器,其中在入口的下游設(shè)置了噴管,該噴管具有帶多個(gè)管口的夾套表面,并且噴管被用于穩(wěn)定火焰的裝置徑向地包圍住。用于穩(wěn)定火焰的裝置限定了燃燒空間或容積式燃燒區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的燃燒器具有優(yōu)良的熱退耦。這是由因?qū)α骱洼椛涠a(chǎn)生的改善的傳熱所引起的。由于在整個(gè)調(diào)節(jié)區(qū)域上存在著提高的均勻性,因此氣體/空氣混合物可在特別低的輻射值下燃燒。
這種情況下的用語“氣體/空氣混合物”應(yīng)理解為指一種由可燃?xì)怏w如天然氣、丙烷氣等和空氣或其它適當(dāng)?shù)难趸瘎┙M成的混合物,其中可以選擇混合比率以便能進(jìn)行燃燒。
可以選擇噴管的管口直徑以使在噴管中不可能出現(xiàn)火焰回火。管口的直徑可以是0.5到2.0毫米,最好是1.3到1.5毫米。
氣體的燃燒主要發(fā)生在用于穩(wěn)定火焰的裝置中。特別是,在用于穩(wěn)定火焰的裝置所包圍的外表面上不會(huì)產(chǎn)生自由火焰?;鹧娣€(wěn)定化裝置的功能是限制燃燒空間,同時(shí)使火焰溫度均勻且降低火焰溫度。另一功能是通過逐漸增大皮克里特準(zhǔn)數(shù)來穩(wěn)定處于噴管和燃燒空間之間的過渡區(qū)域內(nèi)的火焰?;鹧娣€(wěn)定化裝置并不直接被外殼包圍。熱量可以毫無障礙地退耦。由于火焰穩(wěn)定化裝置的徑向布置,因此可以實(shí)現(xiàn)特別大的熱退耦區(qū)域。例如,退耦區(qū)域可以是柱形夾套的區(qū)域。火焰穩(wěn)定化裝置的徑向布置還具有這樣的優(yōu)點(diǎn),即膨脹的可燃?xì)怏w可通過輻射迅速地排放到外部,增大了與之相通的氣流通道上的體積。在火焰穩(wěn)定化裝置中不會(huì)產(chǎn)生熱積聚,這進(jìn)一步提高了熱退耦性能。由于火焰穩(wěn)定化裝置的徑向布置所引起的氣流通道在截面上的徑向擴(kuò)張,因此可燃?xì)怏w的對(duì)流速度減慢。這種機(jī)械式流動(dòng)進(jìn)一步地穩(wěn)定了火焰。因此進(jìn)一步提高了燃燒器的調(diào)節(jié)能力。
最好將鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在將氣體/空氣混合物輸送至噴管的入口之后。這保證了總是有足量的氣體/空氣混合物經(jīng)由噴管提供至火焰穩(wěn)定化裝置中。
噴管可由耐火陶瓷制成,而耐火陶瓷最好由陶瓷纖維制成。耐火陶瓷材料具有75到95%體積的孔隙度。在實(shí)際操作中,已經(jīng)知道這種陶瓷材料的壽命較長。特別是,由陶瓷纖維制成的陶瓷材料因其特別強(qiáng)的抗斷裂性而具有很長的使用壽命。陶瓷由約50%重量的氧化鋁和50%重量的氧化硅組成。
當(dāng)然,噴管也可由其它合適的材料制成,例如耐熱金屬、石英玻璃、玻璃陶瓷和泡沫陶瓷等。
火焰穩(wěn)定化裝置可以是多孔介質(zhì),其具有允許產(chǎn)生火焰的孔徑大小。
根據(jù)一個(gè)有效的實(shí)施例,火焰穩(wěn)定化裝置由多個(gè)環(huán)片形成,環(huán)片沿噴管的徑向布置并相互間具有一定的軸向間距。環(huán)片可通過摩擦力而固定地接合在噴管上。
環(huán)片可由第一和第二環(huán)片構(gòu)成,其中第一環(huán)片的環(huán)半徑小于第二環(huán)片的環(huán)半徑。根據(jù)一個(gè)有效的實(shí)施例,第二環(huán)片的環(huán)半徑至少是第一環(huán)片的環(huán)半徑的兩倍。在本文中,用語“環(huán)半徑”用來表示環(huán)片的內(nèi)半徑和外半徑之間的差值。
根據(jù)另一實(shí)施例,第一和第二環(huán)片交替地設(shè)置在噴管的軸向上。第一和第二環(huán)片的交替布置有利地形成了徑向內(nèi)部的第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域和徑向外部的第二火焰穩(wěn)定化區(qū)域,并且第一環(huán)片不處于它們之間。第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域的皮克里特準(zhǔn)數(shù)可小于第二火焰穩(wěn)定化區(qū)域的皮克里特準(zhǔn)數(shù)。在所述實(shí)施例中,所提出的皮克里特準(zhǔn)數(shù)從內(nèi)至外的增大不是連續(xù)的。令人驚奇的是,已經(jīng)顯示出設(shè)置兩個(gè)火焰穩(wěn)定化區(qū)域就可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良的燃燒器。
當(dāng)然也可在火焰穩(wěn)定化裝置中設(shè)置一系列的多個(gè)火焰穩(wěn)定化區(qū)域。理想上說,皮克里特準(zhǔn)數(shù)應(yīng)在徑向上從內(nèi)至外地連續(xù)增大。皮克里特準(zhǔn)數(shù)總是選擇成使得根據(jù)容積式燃燒器類型的燃燒發(fā)生在火焰穩(wěn)定化裝置內(nèi)。相反,噴管的皮克里特準(zhǔn)數(shù)應(yīng)選擇成使得在噴管中不可能發(fā)生火焰回火。至于皮克里特準(zhǔn)數(shù)的定義和容積式燃燒器如何工作和起作用,在德國專利DE 4322109A1中也有敘述,該專利的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。
根據(jù)一個(gè)有效的實(shí)施例,環(huán)片的區(qū)域呈波紋狀,這樣在兩個(gè)相鄰環(huán)片之間會(huì)形成從噴管至環(huán)片外周邊的氣流通道。波紋的波峰線從環(huán)片中心最好彎曲地延伸到環(huán)片外周邊處,這樣就可在兩個(gè)相鄰環(huán)片之間形成從噴管至環(huán)片外周邊的最好是彎曲的連續(xù)氣流通道。
根據(jù)另一實(shí)施例,在截面沿徑向從內(nèi)至外地增大的穩(wěn)定化裝置中形成了氣流通道。皮克里特準(zhǔn)數(shù)在穩(wěn)定化裝置中徑向向外地增大。已經(jīng)證明,這種形式對(duì)于燃燒所產(chǎn)生的熱量可產(chǎn)生特別強(qiáng)的退耦,并且可提高調(diào)節(jié)能力。另外已經(jīng)證明,通過使截面在徑向上從內(nèi)至外地增大,可以顯著地降低由熱-聲激勵(lì)所引起的噪音輻射。所提出的燃燒器在操作過程中特別安靜。特別是,不存在會(huì)損壞噴管或火焰穩(wěn)定化裝置的低頻振動(dòng)。
環(huán)片的區(qū)域具有多個(gè)附加管口。這些附加管口可以是方形的、狹縫狀的或圓形的。附加管口的開口面積約為1平方毫米。環(huán)片可由耐火陶瓷制成,最好具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它可以是由富鋁紅柱石纖維制成的織物,其包含在由氧化鋁組成的基體中。
根據(jù)另一實(shí)施例的特征,環(huán)片設(shè)置在位于噴管端部附近的兩個(gè)由耐火陶瓷制成的附加環(huán)片之間。附加環(huán)片形成了燃燒空間的端部。它們起熱絕緣的作用。它們可由多孔氧化鋁陶瓷制成,但未設(shè)有管口。
火焰穩(wěn)定化裝置也可由三維的金屬絲網(wǎng)、多孔陶瓷材料等制成。在任何情況下,當(dāng)噴管具有小于65的皮克里特準(zhǔn)數(shù)且火焰穩(wěn)定化裝置具有大于65的皮克里特準(zhǔn)數(shù)時(shí)是很有效的。這可以可靠地防止噴管內(nèi)的火焰回火。同時(shí)可在火焰穩(wěn)定化裝置內(nèi)進(jìn)行燃燒。
在一個(gè)特別有利的實(shí)施例的特征中,火焰穩(wěn)定化裝置被熱交換器包圍。來自火焰穩(wěn)定化裝置的熱退耦被高效率地傳送到在熱交換器內(nèi)循環(huán)的流體介質(zhì)中。熱交換器可被外殼包圍。
下面將通過示例并參考附圖來詳細(xì)地介紹本發(fā)明。
圖1是燃燒器的示意性側(cè)視圖,圖2是圖1所示環(huán)片的頂部視圖,圖3是燃燒器的透視圖,圖4是圖3的截面圖,圖5是圖4的局部放大視圖。
在圖1中,在鼓風(fēng)機(jī)的外殼半體1中設(shè)置了用于氣體/空氣混合物入口2,鼓風(fēng)機(jī)在此未詳細(xì)示出。鼓風(fēng)機(jī)的出口3位于安裝在前腔4中的導(dǎo)流板5的對(duì)面。導(dǎo)流板5的功能是保證在噴管7的入口截面6處得到盡可能均勻的氣流速度。噴管7具有多個(gè)直徑約為1.0到2.0毫米的徑向管口8。管口8均勻地分布在噴管7的夾套表面上。
噴管7的外夾套表面包括有截面最好呈波紋狀的環(huán)片9。環(huán)片9在軸向上彼此間隔開。在兩個(gè)相鄰環(huán)片9之間存在氣流通道10。在噴管7的端部附近設(shè)有附加環(huán)片11,其位于噴管7的外夾套表面上。這種附加環(huán)片11由熱絕緣的陶瓷材料制成,例如非常疏松的氧化鋁陶瓷材料。附加環(huán)片上未設(shè)管口。附加環(huán)片11在軸向上限制了包括環(huán)片9在內(nèi)的燃燒空間。標(biāo)號(hào)12表示熱交換器的管道。管道12和帶有環(huán)片9及11的噴管7均處于一個(gè)共用外殼G中。
圖2顯示了位于噴管7上的環(huán)片9的頂視圖。環(huán)片9由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的陶瓷材料制成。通過將由富鋁紅柱石纖維制成的織物浸漬在氧化鋁漿狀物中,并在漿狀物干燥后燒結(jié)所浸漬的富鋁紅柱石纖維化合物,就可以制造出這種陶瓷材料。由此形成的附加管口標(biāo)示為15。已經(jīng)證明,將環(huán)片9的表面設(shè)計(jì)成波紋狀特別有效。在圖2中用標(biāo)號(hào)13來表示波峰線。波峰線從噴管7處朝向環(huán)片9的外周邊14彎曲地延伸,從而形成了一種槳輪式結(jié)構(gòu)。各環(huán)片9最好均具有奇數(shù)數(shù)目的波峰線13。當(dāng)連續(xù)地布置這種環(huán)片9以使其波峰線13軸向連續(xù)地定位時(shí),就形成了截面從噴管7至外周邊14增大的氣流通道10。這種氣流通道10使得能更容易地排出膨脹的熱的可燃?xì)怏w。這樣就可獲得特別有效的燃燒和有效的熱退耦。
環(huán)片9也可由用富鋁紅柱石纖維制成的絨頭織物來制造。這種絨頭織物在形狀上是穩(wěn)定的。它可通過擠壓富鋁紅柱石纖維來制造。它的形狀設(shè)計(jì)成使得環(huán)片呈波紋狀??赏ㄟ^封端(blocking)來形成所需的管口,其形式可以是孔或狹縫。用氧化鋁漿狀物來浸漬形式穩(wěn)定的富鋁紅柱石織物,然后進(jìn)行干燥和燒結(jié)。這樣就生產(chǎn)出了具有所需形式的形狀穩(wěn)定的耐熱環(huán)片。
根據(jù)另一實(shí)施例的特征,環(huán)片也可設(shè)置具有催化效果的涂層。這種涂層可含有鉛、鉑或其它適當(dāng)?shù)慕饘?。帶有這種催化式涂層的環(huán)片的燃燒器具有特別低的輻射值。
圖3到5顯示了燃燒器的另一實(shí)施例。在噴管7上設(shè)置了第一環(huán)片16和第二環(huán)片17。第一環(huán)片16和第二環(huán)片17都具有徑向地傾斜至外部的波紋18。波紋18形成了氣流通道10,其截面從內(nèi)至外徑向地?cái)U(kuò)展。第一環(huán)片16的環(huán)半徑R1大約是第二環(huán)片17的環(huán)半徑R2的一半。在本文中,用語“環(huán)半徑”用來指環(huán)片的內(nèi)半徑和外半徑之間的差值。為清楚起見可參見圖4,其中顯示了環(huán)半徑R1和R2。
如圖4所示,第一環(huán)片16和第二環(huán)片17的交錯(cuò)連續(xù)布置形成了第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域B1。第二環(huán)片17上的延伸超過第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域B1的環(huán)形部分形成了徑向外部的第二火焰穩(wěn)定化區(qū)域B2。由噴管7形成的區(qū)域A的皮克里特準(zhǔn)數(shù)小于65。這保證了火焰不會(huì)在噴管7中發(fā)生回火?;鹧娣€(wěn)定化區(qū)域B1,B2的皮克里特準(zhǔn)數(shù)大于65,其中第二火焰穩(wěn)定化區(qū)域B2的皮克里特準(zhǔn)數(shù)大于第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域B1的皮克里特準(zhǔn)數(shù)。
利用本發(fā)明所提供的燃燒器,可以使燃燒發(fā)生在由環(huán)片9,16和17所形成的火焰穩(wěn)定化裝置內(nèi)。在圍繞著火焰穩(wěn)定化裝置的表面上不會(huì)出現(xiàn)火焰。所提出的燃燒器具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性,即,其可在比現(xiàn)今所知的容積式或表面式燃燒器更大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
火焰穩(wěn)定化裝置也可由在噴管徑向上的螺旋式布置的區(qū)域形成。它還可采用渦輪葉片的形式,或者是槳輪型環(huán)片的形式。
標(biāo)號(hào)列表1鼓風(fēng)機(jī)的外殼半體2入口3鼓風(fēng)機(jī)出口4前腔5導(dǎo)流板6入口截面7噴管8管口9環(huán)片10氣流通道11附加環(huán)片12管道13波峰線14外周邊15附加管口16第一環(huán)片17第二環(huán)片
18波紋A區(qū)域B1第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域B2第二火焰穩(wěn)定化區(qū)域R1第一環(huán)半徑R2第二環(huán)半徑G外殼
權(quán)利要求
1.一種用于氣體/空氣混合物的具有一個(gè)氣體/空氣混合物入口(2,6)的燃燒器,其中在所述入口(2,6)的下游設(shè)有噴管(7),所述噴管(7)具有帶多個(gè)管口(8)的夾套表面,并且所述噴管(7)被火焰穩(wěn)定化裝置(9,16,17)徑向地包圍住。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,氣體的燃燒主要發(fā)生在所述火焰穩(wěn)定化裝置(9,16,17)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃燒器,其特征在于,用于將所述氣體/空氣混合物傳送至所述噴管(7)中的鼓風(fēng)機(jī)位于所述入口(2)之后。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述噴管(7)由耐火陶瓷材料、最好是陶瓷纖維制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器,其特征在于,所述耐火陶瓷材料具有75到95%體積的孔隙度。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述火焰穩(wěn)定化裝置由泡沫陶瓷材料制成。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述火焰穩(wěn)定化裝置由多個(gè)環(huán)片(9,16,17)組成,所述環(huán)片沿所述噴管(7)的徑向設(shè)置并相互間以一定的軸向間距間隔開。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述環(huán)片(9,16,17)由第一環(huán)片(16)和第二環(huán)片(17)構(gòu)成,其中所述第一環(huán)片(16)的環(huán)半徑(R1)小于所述第二環(huán)片(17)的環(huán)半徑(R2)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述第二環(huán)片(17)的環(huán)半徑(R2)至少是所述第一環(huán)片(16)的環(huán)半徑(R1)的兩倍。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述第一環(huán)片(16)和第二環(huán)片(17)交替地設(shè)置在所述噴管(7)的軸向上。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述第一環(huán)片(16)和第二環(huán)片(17)的交錯(cuò)連續(xù)設(shè)置形成了處于徑向內(nèi)部的第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域(B1)和處于徑向外部的第二穩(wěn)定化區(qū)域(B2),所述第一環(huán)片(16)不處于這兩個(gè)區(qū)域之間。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述第一火焰穩(wěn)定化區(qū)域(B1)的皮克里特準(zhǔn)數(shù)小于所述第二火焰穩(wěn)定化區(qū)域(B2)的皮克里特準(zhǔn)數(shù)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述環(huán)片(9,16,17)的表面呈波紋狀,使得在兩個(gè)相鄰環(huán)片(9,16,17)之間形成了從所述噴管(7)到所述環(huán)片(9,16,17)的外周邊(14)的氣流通道(19)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,波紋(18)的波峰線(13)從所述環(huán)片(9,16,17)的中心最好彎曲地延伸至其外周邊(14)處,這樣可在兩個(gè)相鄰環(huán)片(9,16,17)之間形成從所述噴管(7)到所述外周邊(14)的連續(xù)且最好彎曲的氣流通道(10)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述氣流通道(10)的截面在徑向上從內(nèi)至外地增大。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述火焰穩(wěn)定化裝置的皮克里特準(zhǔn)數(shù)在徑向上朝外增大。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述環(huán)片(9,16,17)的表面具有多個(gè)輔助管口(15)。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述環(huán)片(9,16,17)由最好是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的耐火陶瓷材料制成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃燒器,其特征在于,所述陶瓷材料由氧化鋁基體上的富鋁紅柱石纖維形成。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述環(huán)片(9,16,17)設(shè)置在兩個(gè)附加的耐火陶瓷環(huán)片(11)之間,所述環(huán)片(11)位于所述噴管(7)的端部附近。
21.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述噴管(7)具有小于65的皮克里特準(zhǔn)數(shù),所述火焰穩(wěn)定化裝置(9,16,17)具有大于65的皮克里特準(zhǔn)數(shù)。
22.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器,其特征在于,所述火焰穩(wěn)定化裝置(9,16,17)被熱交換器(12)所包圍住。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于氣體/空氣混合物的具有氣體/空氣混合物入口(2)的燃燒器,其中在入口(2)的下游設(shè)置了噴管(7),該噴管(7)具有帶多個(gè)管口(8)的夾套表面,并且噴管(7)被火焰穩(wěn)定化裝置(9)徑向地包圍住。
文檔編號(hào)F24H1/43GK1535367SQ02810294
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2002年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月26日
發(fā)明者J·沃爾克特, P·格貝爾, J 沃爾克特, 炊 申請(qǐng)人:多孔燃燒器技術(shù)銷售有限責(zé)任公司