CN101730823B - 燃烧室空气控制调节器 - Google Patents

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Abstract

一种通过气流来支撑位于气流通道中的盘片,对抗盘片自身重力,从而调节进入燃烧室进气口的空气流量的空气控制调节器。空气从盘片边缘通过,被在调节器内表面构成文氏腔的卵形坡面引导成多股气流。通过调节进入燃烧室的气流,使得燃烧效率得以提高。

Description

燃烧室空气控制调节器
相关申请的交叉引用
本申请要求的优先权基于35 U.S.C119(e),新西兰临时申请号181343NZ,申请日2007年4月11日,该完全披露的专利在此被整体引用。
技术领域
本发明涉及一种应用于壁炉,熔炉,锅炉或其他相当的设备上的空气控制调节器。
背景技术
在壁炉的正常工作中通常需要向燃烧室导入空气。以燃烧室为例包括但不仅限于熔炉,锅炉或其他相当的设备。燃烧室可以被设计成包含一个管网的集合系统,该管网具备一个可以吸入或引入燃烧过程所需空气的进气管。空气是燃烧的关键因素并影响着燃烧效率和热输出。
现有控制气流的方法包括具备若干个孔或通气孔的集合管或管路系统。有些集合管在管路末端装有可移动的气孔盖。这些管路系统通常为手动控制并根据与环境波动,例如温度和风力的变化相关的条件改变而进行调节。这些系统常常会发生燃烧缺乏空气或反之,空气过多而导致燃烧过于迅速,消耗额外燃料的问题。
发明内容
本发明的一个目的是为了提供一种生产成本适中的,自动或可自动调节的,安装简便的,且活动部件尽可能少的空气控制调节器。本发明另一个目的是提供一种能够改装在现有燃烧室上,也能够应用于新型燃烧室上的空气控制调节器。本发明另一个目的是提供一种设计紧凑,能够应用于大多数条件下,并适应于多种燃烧室尺寸,烟道长度,燃料尺寸,添料程序,富油启动和添料程序的空气控制调节器。本发明另一个目的是提供一种能够贫油燃烧的空气控制调节器。本发明另一个目的是提供一种能够进行手动调节且操作安全的空气控制调节器。发明另一个目的是提供一种能够应对强风,弱风和突发气流的空气控制调节器。发明另一个目的是提供一种操作安全并能提升燃料利用率的空气控制调节器。发明另一个目的是提供一种能够降低温度峰值和废气产生的空气控制调节器。发明另一个目的是提供一种能够被手动控制的空气控制调节器。发明另一个目的是提供一种能够减少突然涌入大量热量的可能性的空气控制调节器。发明另一个目的是提供一种能够通过限制在燃烧过程中空气可达范围,从而限制烟道火的范围的空气控制调节器。发明另一个目的是提供一种能够实现冷启动的空气控制调节器。
本发明总的来说可以被描述为包含一个优选外形为圆柱体的本体的空气控制调节器,该本体可以被连接到燃烧室,熔炉,锅炉或其他相当设备的进气口上。该本体还包含一个可以沿着一个第一支撑杆滑动的可移动式盘片,当空气进入时,盘片向一个方向滑动,而盘片也可以由于自身重力向相反的方向滑动,由此调节进气通道的尺寸,从而提高燃烧室的燃烧效率。
优选地,第一支撑杆可调节地固定在一个安装在控制调节器直径方向上的横杆上。
优选地,一个连接着上部盘片制动构件的第二支撑杆被可调节地固定在横杆上。优选地,上部盘片制动构件上具有一个孔,使得第一支撑杆可以穿过其中,此外还能在工作中阻止盘片继续向上移动。
优选地,第一支撑杆上具备一个下部盘片制动构件,用来在工作中阻止盘片向下移动更多距离。
在优选的实施例中,本体中有一个由多个弧形坡面和扇形边缘构成的内部卵形开口。卵形开口通向一个锥形壁的文氏腔。进入卵形开口的气流在接触到多个弧形坡面后形成了多股气流柱。气流柱的数量由弧形坡面的数量决定。
在优选的实施例中,盘片上有多个小孔,使得空气可以从中穿过。
优选地,控制调节器被连接到一个燃烧腔上。
当燃烧引入了足够的空气时,气流会将盘片从下部盘片制动构件上提升,进入到文氏腔中。通过第二支撑杆垂直调节的上部盘片制动构件限制了盘片的垂直移动。文氏腔中的多股气流柱将盘片维持在一个稳定的状态下。在重力作用下的盘片自身重量使得盘片向下移动,将气流推向文氏腔的锥形侧边,并收窄气流通道。盘片的移动慢慢削减了被引入到燃烧室或壁炉中的空气量,并使盘片继续向着文氏腔的下方部分的方向缓慢下降。一旦盘片到达文氏腔的下方部分,空气通过卵形周边和盘片之间的开孔从盘片的周围通过。此时,盘片不再被气流柱所支撑,并下降到位于下部盘片制动构件上的静止位置。其结果是导致稀燃,要么使得火焰熄灭,要么能够重新进入上述循环。
附图说明
图1是控制调节器的横截面图。
图2是控制调节器的前视图。
图3是一个安装了控制调节器的典型的燃烧室集合管的俯视图。
图4是图3中装置的一个侧视图。
图5是图3中装置的另一个侧视图。
图6是控制调节器进气口末端的透视图。
图7是一张展示了装有控制调节器和未装控制调节器的燃烧室效率比较的图表。
具体实施方式
以下描述了与本发明优选实施例相关的发明。本发明不仅限于这些优选实施例。在不背离本发明范围的前提下,可能的变更和更改可以迅速实现。
如图1所描述,控制调节器1包含一个优选外形基本为圆柱体的本体4,总长度5,可变更的内外径12和13,一个非连接末端6,和一个连接末端7。连接末端7具备如图3-5所示,能够将控制调节器连接到一个燃烧室集合管2或其他相当设备上的内螺纹8。其他连接控制调节器的方式同样可行,包括但不仅限于压入式连接或外螺纹连接。引入的空气通过非连接末端6进入本体4,穿过本体,并通过连接末端7流出。
本体4的外壁形成了外壁表面9,内壁形成了内壁表面10。外壁表面9和内壁表面10进一步构成了具有内径12和外径13的可变更的壁厚,内径12和外径13沿着总长度5不断变化。在一个实施例中,外壁的肩部14被设计成阶梯形式以便于将控制调节器可移动式地连接到例如集合管2的任何外部装置上。外壁的形状和尺寸可以根据需要而改变。非连接末端6具有一个前外角边缘15和一个内角边缘16。
内壁表面10的形状与外壁表面9可以相同也可以不相同。如图1所示,内壁表面10构成了一个包含一个底部第一部分20,一个上方的第二部分21,一个第二部分上方的第三部分22和一个位于最上方的第四部分23的内部构型。在一个优选的实施例中,内壁表面10的形状为阶梯状,包括了锥形,成角度的或弧形的部分,从而构成一个文氏腔。
如图1所示,第四部分23的内外壁大致平行,并具备内螺纹8,用来连接管道,集合管2或任何其他相当的可以连接到一个燃烧室上的空气接收装置。
如图1所示,第一部分20在通向由本体4的上部构成的文氏腔之前向内收缩。文氏腔包含一个位于圆周线25上方的阻塞截面。位于第二部分21之中的内表面24并不是一个常规单曲率,而是由一系列相互连接的具有不同直径和卵形面的曲线构成。位于调节器本体4进气口或正面的第一部分20可以是平整的坡面形式,或如图2中的优选实施例所示,由若干个相互连接的具有不同曲线直径的曲线坡面构成,这些坡面是三个围绕着调节器本体4的内边缘,相互等距的半圆形坡面。这三个半圆形坡面朝向本体4的中心并成一角度,尽管图2展示了三个半圆形的坡面,坡面的数量可以大于或小于三个。
控制调节器1具备一个位于本体4的连接端7附近的横跨调节器本体4截面的支撑横杆30。位于支撑横杆30末端31和32的一定厚度的本体壁对这两个末端31和32起到了固定作用。支撑横杆30可以通过第一固定方法34被可移动的固定和可调节的连接,例如通过螺纹咬合和/或通过螺栓固定方法或其他可以从肩部14上实现的相当的方法。如图1所示,支撑横杆30位于第三部分22中。支撑横杆30可以被弧线旋转调节,也可以被纵向调节。支撑横杆30还包含一个具备固定厚度,直径,圆形或方形的中空的或实心的横截面。支撑横杆30还包含两个彼此隔开一定距离的孔35和36。
孔35和36的尺寸可以使得第一和第二支撑杆40和41从中穿过,因此第一和第二支撑杆40和41与本体长度5大致平行且彼此平行。第一支撑杆40对盘片43的移动起到了导向作用,其还包含下部的盘片制动构件42。盘片43中央有一个孔,第一支撑杆40从中穿过,盘片得以沿着第一支撑杆垂直移动。下部盘片制动构件42的位置临近非连接末端6。第一支撑杆40被可调节,可滑动地固定在靠近可连接末端7的位置。优选地,支撑横杆30还包含一个用来固定第一支撑杆40的第二固定构件37。第二固定构件37优选地包含一个定位销和向支撑横杆30内延伸的毗邻第一支撑杆40的锁紧螺钉。定位销和锁紧螺钉可以被拧紧或拧松以便第一支撑杆40上下移动。如图1所示,第一支撑杆40位于本体4中央。第一支撑杆40可以被安装和定位,使得在必要时可以对第一支撑杆40进行横向或旋转调节。
支撑横杆30还包含一个用来固定第二支撑杆41的第三固定构件38。第三固定构件38优选地包含一个定位销和位于支撑横杆30长度范围内的锁紧螺钉。第三固定构件38的一端毗邻第二支撑杆41,而第三固定构件38的另一端接触外壁表面9并与其保持一致,以便在必要时对第三固定构件38进行调节。第二支撑杆41对上部盘片制动构件45起到了固定支撑作用。上部盘片制动构件45优选地包含一个第一孔46,使得第一支撑杆40可以在其中滑动。第二支撑杆41可以在必要时被独立调节,用来对上部盘片制动构件进行定位。当第一支撑杆40向上移动时,盘片43最终接触到上部盘片制动构件45并被阻止继续向上移动。
如图2所示,盘片43至少包含一个孔47,而盘片直径小于本体4的主要内径,这样盘片可以沿着第一支撑杆40在上部盘片制动构件45和下部盘片制动构件42之间向上或向下滑动,使得可以根据需要阻塞气流。优选地,上部盘片制动部件45覆盖了盘片43上的所有孔。优选地,盘片43还包含一个位于中心的孔48。孔48使得盘片43与第一支撑杆40产生滑动接触。盘片43可以根据特定的性能要求,由指定量规和材料构成。
如图2所示,第一部分20由多个弧形坡面49,一个卵形开口50和多个扇形的边缘51构成。在一个优选实施例中,三个弧形坡面49和三个扇形的边缘51,相互等距地分布在卵形开口50的边沿16。当气流通过卵形开口50时,由于气流接触到弧形坡面49,从而形成了三股气流柱。弧形坡面和扇形的边缘的数量是可以改变的。形成的气流柱的数量是取决于弧形坡面的数量。
控制调节器1可以被整合入一个现有的燃烧室中。如图3-5所示,控制调节器1可以通过在燃烧室后部钻孔或冲孔被改装到一个现有的燃烧室上。集合管2可以为T形结构,具备覆盖的末端53,调节孔54和一个用来连接控制调节器1的形状可以根据控制器和燃烧室的尺寸进行改变的弯头构件。调节孔54的尺寸也可以被设计成能与调节器1相兼容。加装控制调节器1不会影响现有燃烧室上任何可控气孔的运作。
控制调节器1自动控制并限制进入其所附的燃烧室,燃烧腔,熔炉或其他相当设备的空气量,继而影响到热能输出。可移动盘片43通过沿着第一支撑杆40在上部盘片制动构件45和下部盘片制动构件42之间的向上和向下滑动对气流进行调节。
当盘片43位于下部盘片制动构件42上时,控制调节器1处于开启状态。当盘片43处于开启状态时,空气能够自由进入本体4中。当火被点燃时,引入的气流穿过第一部分20经过盘片43,并由于接触到构成第一部分20的多个弧形坡面和扇形的边缘而形成多股气流柱。当燃烧引入了足够的空气时,盘片43会被提升,通过卵形开口50进入到由第二部分21和第三部分23构成的文氏腔中。优选地可沿第二支撑杆41垂直调节的上部盘片制动构件45,限定了最大进气量。盘片43被产生的多股气流柱稳定地支撑。随后,盘片43的自身重力引导气流到达文氏腔的锥形边缘,慢慢抑制进入燃烧室中的气流量和速度。接着,盘片43会向卵形开口50处慢慢下降,此处,空气开始通过多个位于卵形开口50和盘片43之间的孔经过盘片43。此时,盘片不再被气流柱所支撑,并下降到静止位置。其结果是导致稀燃,要么使得火焰熄灭,要么重新进入上述循环。
图7通过图表比较了一个未改造的燃烧室(1),一个装有控制调节器的,气孔关闭且气管移除了的封闭燃烧室(2),和一个装有气孔关闭且气管移除了的控制调节器的封闭燃烧室(3)之间,燃烧室后部以30分钟为时间间隔的温度(单位:摄氏度,X轴)和时间(Y轴)之间的关系。
(1)和(2)之间燃烧室峰值温度差异为100摄氏度。三个小时之后,(1)和(2)之间的差异显示了调节控制器具有显著的优势。在5个小时的时间点上,未改造的燃烧室(1)已经熄灭,而改装过的燃烧室(2)仍然运行在150摄氏度上。在5个小时的时间点上,(2)的效率比(1)高出大约50%。因此,调节控制器通过延长热能输出的持续时间和降低峰值温度对长时间热能输出产生了显著的影响。
尽管上文已通过图例对本发明进行了阐述,但所有针对本发明的,对于所属技术领域的专业人员来说是显而易见的更改及变更都应被认为属于在此描述的本发明的领域及范围之内。

Claims (8)

1.一个用于控制燃烧的燃烧室空气控制调节器,包含:
一个由一个进气口和一个出气口构成空气通道的中空本体,空气从该通道中穿过该本体,
该出气口气动连接到一个燃烧室的进气口上,
一个位于该本体内部,沿着连接该本体的第一支撑杆进行移动的盘片,
该盘片用来对气流产生阻力,
该本体包含一个内表面,在空气被引入从盘片周围经过穿过本体时,将气流引导成气流柱,所述内表面下部包含一个周长大于盘片的卵形开口,
所述卵形开口的周长由多个相互等距的弧形坡面和扇形边缘构成,
当该盘片沿着所述第一支撑杆移动时,该内表面提供了尺寸可变的气流通道,
上部盘片制动构件和下部盘片制动构件对该盘片的最大移动距离进行了限制,
其中,当所述本体中无气流通过时,所述盘片由于自身重力的原因而坐落在下部盘片制动构件上,由此创建一个用于让空气开始流动的开口,而当空气开始流动时,在有气流进入所述卵形开口时,所述盘片相应地沿着第一支撑杆向上部盘片制动构件方向运动,如此,所述相互等距的弧形坡面和扇形区域形成所述内表面和盘片之间的可变更尺寸的开口,所述开口导致当空气量经过所述盘片的边缘时空气量进入所述卵形开口形成气流柱,所述气流柱支撑并稳定所述盘片,并得以被在本体内运动的盘片自动调节,如此,所述盘片的运动在所述燃烧室内控制燃烧。
2.根据权利要求1的空气控制调节器,其特征在于:其中位于卵形开口上方的内表面构成了一个文氏腔。
3.根据权利要求1的空气控制调节器,其特征在于:其中的第一支撑杆由一个支撑横杆所固定。
4.根据权利要求3的空气控制调节器,其特征在于:其中的支撑横杆通过在其自身长度相同方向上是绕轴可旋转的而进行旋转调节,通过一个第一固定方法进行纵向调节。
5.根据权利要求3的空气控制调节器,其特征在于:其中的第一支撑杆还包含所述下部盘片制动构件。
6.根据权利要求5的空气控制调节器,其特征在于:其中的上部盘片制动构件由一个连接在支撑横杆上的第二支撑杆所固定。
7.根据权利要求6的空气控制调节器,其特征在于:其中的第二支撑杆通过一个第三固件进行旋转和纵向调节。
8.根据权利要求7的空气控制调节器,其特征在于:其中的第二支撑杆包含所述上部盘片制动构件。
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