CN101344249B - 一种无阀型燃气脉动燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无阀型燃气脉动燃烧器，它由混合室、燃烧室、尾管、排烟去耦室组成，混合室周向开有一个或一个上以上的燃气和空气进气喷口，每个喷口外是进气管，与风机或燃气供气管相连。燃烧器运行过程中，燃气和空气都是连续不间断供给的，形成的脉动燃烧特性与燃烧器的几何结构有关也与燃气空气的配比关系有关，可以根据实际的不同要求进行控制和调节，且操作方便，工作稳定，效率高，便于此类燃烧器的大功率化。

Description

一种无阀型燃气脉动燃烧器

技术领域

本发明涉及一种无阀型燃气脉动燃烧器

背景技术

脉动燃烧器是在一定的声学条件控制下，专门工作在声学脉动状态下的燃烧器。目前应用最广泛的脉动燃烧器是亥尔姆霍茨型脉动燃烧器，它是基于声学上的亥尔姆霍茨谐振器的原理工作的。

亥尔姆霍茨型脉动燃烧器与亥尔姆霍茨谐振器很相似，在结构上，它由一个具有一定容积的空心腔体构成的，在其一个壁面上开有一个小直径的孔，一根相当长的尾管与这个孔相连接在一起。另一端有空气和燃料的进口及单向阀门。尾管的出口一般装有容积更大的去耦室，它具有消声作用，并能确保尾管出口平面的声学边界条件及燃烧器系统的声学特性。燃烧器的上游一般装有一只小直径的混合室，其中设有空气和燃料的进口通道以及点火装置。在空气和燃气的进口通道上，各装有膜片式或簧片式的单向阀。

亥尔姆霍茨型脉动燃烧器的工作过程是：初步混合的燃料和空气被火花塞点燃，燃烧伴随着放热使燃烧室内的压力上升。当燃烧室内的压力上升到大于空气或燃料供给压力时，两进口阀相继关闭，热燃气不能通过阀倒流，只能沿尾管向后流动、膨胀排出，燃烧室内的压力也随之下降。由于高速流动着的气柱的惯性作用，在燃烧室压力下降到低于尾管出口的外界压力时，燃烧产物仍继续排出，造成燃烧室内部分真空形成负压。当燃烧室压力下降到低于空气或燃气进口阀前的压力时，又使进口阀再次开启，新鲜的空气和燃料又重新进入燃烧室。与此同时，部分燃烧产物又从尾管回流到燃烧室，其后跟着把新鲜冷空气吸入尾管。两股气流对燃烧室内介质进行压缩，使燃烧室内压力回升。新鲜燃料和空气经过混合又与热燃气混合并被加热，自动地被未灭的火种点燃，开始燃烧、放热，开始了新一周期的燃烧排气过程。这个周期性的燃烧过程自行循环，不需要再点火，能一直工作下去。由于整个燃烧器中的气流都是脉动流，所以能够强化对流传热。

尽管亥尔姆霍茨型脉动燃烧器广泛地被应用在家用热水器、采暖等加热设备中，但由于其实现稳定的脉动燃烧有一定的条件，具体如下：

脉动燃烧器的可靠性：由于脉动燃烧器内的压力脉动会引发装置系统组件的振动，对其可靠性会造成一定的影响。尤其对于带机械单向阀的脉动燃烧器，单向阀的寿命和可靠性成为脉动燃烧器能否正常运行的关键。

脉动燃烧器的大功率化：目前应用的脉动燃烧器的功率都比较小，主要应用在家用热水器、食品烤箱、小型锅炉等领域，原因除了是由于声学结构的限制(如燃烧器的长径比等，但通过采用弯尾管的形式已基本解决)，另一个重要的原因是采用自吸的方式不能大范围地对脉动燃烧器的功率进行调节。

发明内容

为了克服带机械单向阀的脉动燃烧器的疲劳问题，改善燃烧器的性能，延长脉动燃烧器的寿命，提高其运行的稳定性，本发明中，燃烧器的空气、燃气进气方式采用无阀的结构，并通过改变空气/燃气的比例来控制燃烧强度、声学压力振幅等，从而改变换热强度。

本发明所采取的技术方案是：

采用亥尔姆霍茨型脉动燃烧器的基本结构，在混合室段管壁处沿径向均匀开小孔作为燃气、空气的进气口，开孔的大小(面积)可以按燃气与空气的化学当量比和流量的大小等来确定。为了保证燃气与空气混合比较均匀，燃气孔与空气孔在周向上交替分布，开孔数量可以根据燃烧器的设计功率或设计燃料消耗量来确定。燃烧器所需要的空气，由风机给入，在燃烧器运行过程中，燃气和空气都是连续给入且可调节的，产生的脉动燃烧(包括其声学频率、压力振幅等)不完全是由亥尔姆霍茨谐振器的声学结构决定的，空气、燃料进气口的压力以及燃料与空气混合的比例关系对其也有较大的影响。

本发明的无阀燃气脉动燃烧器的工作过程如下：

燃气和空气通过供气装置和风机经喷口进入混合室，由于气流方向都是指向混合室中心的，所以燃气和空气可以得到比较充分的混合。在混合室的尾部(通向燃烧室的一侧)，火花塞或脉冲点火器将混合气体点燃。燃烧伴随着放热使燃烧室内的压力上升。当燃烧室内的压力上升到大于混合室内的压力时，混合室内的气体不能流入燃烧室，燃烧室内热燃气虽然会进入混合室，但由于燃气和空气喷口的面积都很小阻力很大，所以热燃气不会倒流到风机或燃气供气装置中，随着混合室内不断的气体供应，热燃气只能沿尾管向后流动、膨胀排出，燃烧室内的压力也随之下降。由于高速流动着的气柱的惯性作用，在燃烧室压力下降到低于尾管出口的外界压力时，燃烧产物仍继续排出，造成燃烧室内部分真空形成负压。当燃烧室压力下降到低于混合室出口的压力时，新鲜的空气和燃气又重新进入燃烧室。与此同时，部分燃烧产物又从尾管回流到燃烧室，其后跟着把新鲜冷空气吸入尾管。两股气流对燃烧室内介质进行压缩，使燃烧室内压力回升。混合后的新鲜燃料和空气又被热燃气加热，自动地被未灭的火焰点燃，开始燃烧、放热，开始了新一周期的燃烧排气过程。这个周期性的燃烧过程自行循环，不需要再点火，能一直工作下去。通过调整空气和燃气的供气量即改变燃气与空气的混合比例，可以改变脉动燃烧的状态(如脉动压力振幅等)和燃烧器的功率。

本发明的无阀燃气脉动燃烧器与带机械式单向阀的脉动燃烧其的主要区别在于它不存在机械阀门的开启和关闭时序上的差异造成注入混合室或燃烧室内反应物混合比的脉动，而是反应物流量的脉动，从而导致周期性的燃烧放热过程。

本发明的无阀燃气脉动燃烧器的优点如下：

1.由于取消了机械式的单向阀，延长了燃烧器的寿命；

2.燃料与空气在混合室内混合比较充分，可以认为是预混燃烧；

3.由于燃料和空气都是连续给入，便于调节和控制燃烧器的功率、燃烧强度、脉动振幅等，为脉动燃烧器在工业领域的大功率应用创造了条件；

4.操作简便、工作稳定、效率高。

附图说明

图1是本发明装置的示意图

附图标记：1、混合室；2、燃气/空气喷口；3、燃气/空气进气管；4、点火器；5、燃烧室；6、尾管；7、烟气去藕室；8、排气管。

图2是燃气、空气进气方式图

说明：本图是其中一种形式的进气方式图，即燃气和空气进气管的数量相等(各为两个)，且成均匀分布(各管角度间隔为90度)，实际中，可以根据不同的要求增设更多的进气管。调节燃气和空气的流量，可以控制燃烧器的功率和燃烧的总的混合比。

图3是燃烧器轴测图

具体实施方式

如图1所示，上述无阀型脉动燃烧器由混合室1、燃烧室5、尾管6、排烟去耦室7组成，上述混合室1周向开有一个或一个上以上的燃气和空气进气喷口2，每个喷口2外是进气管3，与风机或燃气供气管相连。上述混合室1周向的燃气和空气喷口2数量、大小是不限定的，即燃气喷口的数量和大小与空气喷口的数量和大小可以相等也可以不相等。在燃烧器运行过程中，燃气和空气都是通过上述供气管3连续不间断注入混合室1的。

如图1、图2所示，燃气和空气通过供气管3经喷口2进入混合室1，气流方向指向混合室1中心的，燃料和空气垂直冲撞，可以得到比较均匀的混合。在混合室1的尾部(通向燃烧室5的一侧)，点火器4将混合气体点燃。燃烧伴随着放热使燃烧室5内的压力上升。当燃烧室5内的压力上升到大于混合室1内的压力时，混合室1内的气体不能流入燃烧室5，燃烧室5内热燃气虽然会进入混合室1，但由于燃气和空气喷口2截面与回流气体流速平行，并且它们的面积都很小，阻力很大，再加上喷口2前的压力较大，有效的消除了热燃气倒流到风机或燃气供气装置中的可能，这样，热燃气只能沿尾管6向后流动、膨胀排出，燃烧室5内的压力也随之下降。当燃烧室5内压力下降到低于混合室1出口的压力时，新鲜的空气和燃气又重新进入燃烧室5。当燃烧室5压力下降到低于尾管6出口压力时，由于高速流动着的气体的惯性作用，热燃气会继续排出，直到流速降至零。此时，部分燃烧产物从尾管6回流到燃烧室5，并把新鲜冷空气吸入尾管6。这样，燃料和空气的供气流和尾管6回流对燃烧室5内介质进行压缩，使燃烧室内5压力回升。混合后的新鲜燃料和空气又被热燃气加热，自动地被上一周期残留下的火焰点燃，燃烧、放热，开始了新一周期的燃烧排气过程。这个周期性的燃烧过程自行循环，不需要再点火，能一直持续下去。通过调整空气和燃气的供气量可以改变脉动燃烧的状态(如脉动压力振幅等)和燃烧器的功率。

Claims (2)

1.一种无阀型燃气脉动燃烧器，其特征在于：燃烧器由混合室(1)、燃烧室(5)、尾管(6)、排烟去耦室(7)组成，上述混合室(1)周向开有一个以上的燃气喷口和一个以上的空气喷口(2)，每个喷口(2)外是进气管(3)，与风机或燃气供气管相连，燃气喷口和空气喷口(2)在周向上交替分布，在燃烧器运行过程中，燃气和空气都是通过上述进气管(3)连续不间断注入混合室(1)的，混合室(1)的尾部，即通向燃烧室(5)的一侧，安装火花塞或脉冲点火器(4)将混合气体点燃，燃烧过程是周期性的且自行循环，不需要再点火，能一直工作下去，反应物流量的脉动导致了周期性燃烧放热过程，而反应物总的混合比保持不变。

2.根据权利要求1所述的无阀型燃气脉动燃烧器，其特征在于：上述混合室(1)周向的燃气喷口和空气喷口(2)的大小是不限定的，即燃气喷口的大小与空气喷口的大小可以相等也可以不相等。

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