CN101881444B - 一种火焰仿形筒、表面燃烧器及燃油加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰仿形筒、表面燃烧器及燃油加热器，其中表面燃烧器为包括火焰仿形筒和分焰器的仿形式分焰表面燃烧器。其中火焰仿形筒包括一个仿形筒体，以及设置在仿形筒体外部的表面燃烧层，仿形筒体依据火焰的形状设置成纺锤形状，筒体上设置引燃孔，对火焰的初始燃烧形状进行规范性处理，减少热量损失。火焰仿形筒固定在燃油加热器的燃烧装置和换热装置之间的空腔中，可以拦截散角较大的预燃油雾，使其可透过仿形筒体上的引燃孔均匀附着在仿形筒体外的表面燃烧层上，有效避免了这部分预燃油雾在自由燃烧空间条件下，不能够充分燃烧而形成污染物排入自然环境中，或附着在燃烧装置内壁形成积碳。

Description

一种火焰仿形筒、表面燃烧器及燃油加热器

技术领域

本发明涉及一种车辆冷启动预热装置，特别是关于一种火焰仿形筒、表面燃烧器及燃油加热器。 

背景技术

车辆用燃油加热器主要用于寒冷季节预热发动机以及为驾驶室提供暖气。燃油加热器的核心是燃烧换热装置，燃油通过喷油嘴高压喷出形成油雾，油雾在燃烧装置中与空气均匀混合后充分燃烧释放出大量热能。燃烧装置中的热能主要通过热辐射的方式进入到换热装置中，换热装置内的换热介质通过热传导的方式快速吸收高温火焰的辐射热能，换热介质通过动力循环进入发动机系统，实现对发动机冷启动前的预热。 

随着燃油加热器中的燃烧装置设计理论的进步，燃烧装置的容积热强度有大幅提高，燃烧装置出口处的高温炽热火焰温度可达到1200℃～1800℃。如不对火焰加以约束，自由空间形式下，燃烧装置产生的高温火焰将直接猛烈撞击冲刷换热装置壁面，容易造成换热装置的烧蚀和过高的尾气排放温度，缩短了换热装置的使用寿命，并降低了热能利用率。再者，如果燃烧装置内风场压力过高，未经约束的高温火焰有可能直接穿过换热装置，从尾气排放口喷出，出现后燃现象，造成危险事故。 

大功率的燃油加热器，通常将燃油通过高压经喷油嘴形成油雾喷出，但部分散角较大的油雾很容易散失在远离火焰燃烧中心的空间内，这部分油雾由于不能进行充分燃烧，或随着尾气排放到外界环境中，增加尾气污染物的排放程度，或粘在燃烧装置的内膛壁上，经高温氧化形成积碳，会影响燃烧装置的燃烧效率，降低燃烧装置的使用性能。 

发明内容

本发明的目的是针对现有燃烧换热技术中的不足，提供了一种可有效规范火焰形状的火焰仿形筒；以及使用该火焰仿形筒，可缩短高温炽热火焰的贯穿距，扩大火焰的辐射换热面积，大大降低高温炽热火焰对换热装置的烧蚀程度的表面燃烧器；以及使用该表面燃烧器，能提高燃油加热器的燃烧效率、换热效率，并减少污染物排放量的燃油加热器。 

本发明的技术方案如下： 

一种火焰仿形筒，其特征在于：它包括一仿形筒体，所述仿形筒体为纺锤形，以及设置在所述仿形筒体外表面上的表面燃烧层，所述仿形筒体分为扩张部和集约部，所述扩张部和集约部上均设置引燃孔。 

沿仿形筒体最大半径处的径向方向设置连接装置。 

所述仿形筒体由厚度为0.8mm～2mm的耐热金属板材制成。 

所述表面燃烧层由耐热金属纤维丝编织烧结而成，并通过焊接固定在仿形筒体外部，所述表面燃烧层厚度为3mm～8mm。 

所述金属纤维丝为耐受温度为1000℃～1800℃、直径为0.18～0.82mm的Mo-La、Nb-Ta、FeCrAl、NiAl或NiCrAl纤维丝。 

一种使用火焰仿形筒的表面燃烧器，其特征在于：它包括所述火焰仿形筒，以及一固定在火焰仿形筒内的分焰器。 

所述分焰器包括一具有锥形筒壁的空心筒，所述空心筒的锥底部分设置在火源一侧。 

所述分焰器通过翅片固定在所述仿形筒上，位于火焰中心点位置，并与所述火焰仿形筒同轴。 

所述空心筒的锥度为火源喷油嘴的喷射角度的N倍，1＜N≤1.4。 

所述空心筒的内外表面及翅片表面均匀喷涂耐热陶瓷涂层。 

一种采用表面燃烧器的燃油加热器，包括燃烧装置和换热装置，其特征在于：所述表面燃烧器通过连接装置固定在所述燃烧装置和所述换热装置之间的空腔中；所述表面燃烧器与喷油嘴同轴。 

所述仿形筒体为纺锤形，沿纺锤筒体最大半径处的径向方向设置连接装置；所述仿形筒体分为扩张部和集约部，扩张部和集约部的分界位置，为所述筒体最大半径处，所述扩张部设置在燃烧装置中，所述集约部设置在换热装置中。 

所述表面燃烧器中的分焰器的主体部分设置在所述换热装置中。 

本发明的技术效果如下： 

本发明的表面燃烧器为包括火焰仿形筒和分焰器的仿形式分焰表面燃烧器。其中火焰仿形筒包括一个仿形筒体，以及设置在仿形筒体外部的表面燃烧层，仿形筒体依据火焰的形状设置成纺锤形状，筒体上设置引燃孔，对火焰的初始燃烧形状进行规范性处理，减少热量损失。火焰仿形筒固定在燃油加热器的燃烧装置和换热装置之间的空腔中，可以拦截散角较大的预燃油雾，使其可透过仿形筒体上的引燃孔均匀附着在仿形筒体外的表面燃烧层上，有效避免了这部分预燃油雾在自由燃烧空间条件下，不能够充分燃烧而形成污染物排入自然环境中，或附着在燃烧装置内壁形成积碳。 

分焰器为一具有锥形筒壁的空心筒，通过在空心筒外部设置的翅片，固定在仿形筒体位于所述换热装置内的部分中。当高温炽热火焰撞击到分焰器的锥形筒壁外部时，高温炽热火焰产生反射分焰，增大了辐射换热的面积，并有效缩短高温炽热火焰的贯穿距，避免了高温 炽热火焰对换热装置的烧蚀。同时反射分焰透过火焰仿形筒上的引燃孔点燃附着在表面燃烧层上的油膜，提高燃油的燃烧速率和效率，使燃油充分燃烧从而降低污染物的排放量。 

火焰仿形筒与分焰器的各部分均采用耐热金属材料制成，有效降低高温炽热火焰对装置本身的烧蚀。 

本发明的燃油加热器，通过在燃烧装置和换热装置之间设置上述表面燃烧器，使燃油加热器的燃烧方式实现从自由空间燃烧到微孔介质浸润式表面燃烧的转变，换热方式实现从传导、对流换热方式到瞬间辐射换热方式的转变。 

附图说明

图1是本发明的火焰仿形筒结构示意图 

图2是本发明的分焰器的侧视示意图 

图3是本发明的表面燃烧器的结构示意图 

图4是本发明的燃油加热器结构示意图 

图中各标号如下： 

1-火焰仿形筒；11-仿形筒体；12-表面燃烧层；13-引燃孔；14-法兰；2-分焰器；21-翅片；3-燃烧装置；31-喷油嘴；4-换热装置。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。 

如图1所示，火焰仿形筒1包括仿形筒体11、表面燃烧层12和设置在仿形筒体11上的引燃孔13，引燃孔13为通孔。其中，仿形筒体11的轮廓为与火焰相似的纺锤形，依照纺锤形筒体的锥度的变化，可将筒体分为扩张部和集约部。在扩张部和集约部的分界位置，即筒体最大半径处设置连接装置，本实施例中的连接装置为沿径向方向设置的法兰14，用于固定火焰仿形筒。法兰14中的法兰孔与燃烧装置和换热装置连接处设置的安装孔匹配，用于将仿形筒体11安装在燃油加热器的燃烧装置与换热装置之间。 

仿形筒体11用于对高温炽热火焰的初始燃烧形状进行规范，并为表面燃烧层12提供支撑。表面燃烧层12紧贴在在仿形筒体11的外表面上，并通过焊接方式与仿形筒体11固定。表面燃烧层12能够最大限度地捕捉油雾，使其在金属纤维丝的表面形成油膜，可扩大燃油的燃烧面积。仿形筒体11由耐热金属板制成，本实施例中优选厚度0.8mm～2mm的耐热钢板。 仿形筒体11的尺寸通过计算机仿真模拟软件，根据具体的燃油燃烧参数模拟自由空间火焰燃烧形状，并经过参数修正后确定。仿真模拟软件可用现有的流体动态仿真软件，如star-CD或Fluent，对燃烧装置中油雾燃烧情况进行数值模拟。表面燃烧层12由耐高温金属纤维丝编织烧结而成，也可由金属板通过激光打微孔制成；本实施例中表面燃烧层12的厚度优选3mm～8mm，金属纤维丝优选耐受温度为1000℃～1800℃，金属纤维丝半径为0.18mm～0.82mm，材料为Mo-La、Nb-Ta、FeCrAl、NiAl、NiCrAl等合金材料的金属纤维丝。 

如图2、3所示，分焰器2为具有锥形筒壁的空心筒，分焰器2的筒壁由耐热金属制成，本实施例中优选3mm～5mm厚的耐热钢板。分焰器2筒壁的锥度由安装在燃油加热器内的喷油嘴的喷射角度来确定，本实施例中优选锥度(母线夹角)等于1～1.4倍喷射角度。分焰器2的内外表面均匀喷涂耐热陶瓷涂层，耐热涂层为耐受度1500℃～2600℃的航空航天器械火焰喷管喷涂陶瓷，防止高温炽热火焰对分焰器2本体的烧蚀。分焰器2筒壁外表面对称地设置两片对称的翅片21，翅片21焊接固定在仿形筒体11的集约部的内壁上，使分焰器2与火焰仿形筒1同轴。 

如图4所示，本发明的燃油加热器分为燃烧装置3和换热装置4两部分，其中喷油嘴31设置在燃烧装置3中。在燃烧装置3和换热装置4之间的内腔中，通过法兰14固定有火焰仿形筒1，在火焰仿形筒1的内设置有分焰器2。火焰仿形筒1的扩张部设置在燃烧装置3中，火焰仿形筒1的集约部设置在换热装置中。分焰器2的主体部分位于换热装置入口处，且其具有锥形筒壁的空心筒的锥顶部分在换热装置入口一侧，即火源一侧。 

在燃油加热器运行加热时，从燃烧装置3内的喷油嘴31喷出的油雾与剧烈扰动的风场充分混合后，形成预燃油雾。部分散角较大的预燃油雾透过仿形火焰筒1上的引燃孔13均匀的附着在表面燃烧层12上，经表面燃烧层12的金属纤维微孔扩展形成油膜。预燃油雾经点燃后产生高温炽热火焰，高温炽热火焰在火焰仿形筒1内得到火焰形状的规范，当炽热火焰撞击到分焰器2的锥形筒壁外部时，高温炽热火焰产生反射分焰，瞬间燃烧热量以辐射能的形式散射到换热装置4的壁面上，增大了辐射换热的面积，并有效缩短高温炽热火焰的贯穿距，避免了高温炽热火焰对换热装置4的烧蚀，使燃油加热器的换热方式实现从传导、对流换热方式到瞬间辐射换热方式的转变，提高换热效率。同时经过反射的火焰透过仿形火焰筒2上的引燃孔13点燃附着在表面燃烧层12上的油膜，使高温炽热火焰的燃烧方式由自由空间燃烧转变为微孔介质浸润式表面燃烧，提高燃油的燃烧速率和效率，燃烧充分降低污染物的排放量。 

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进 行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。 

Claims (15)

1.一种火焰仿形筒，其特征在于：它包括一仿形筒体，所述仿形筒体的外形具有燃油通过喷油嘴高压喷出形成油雾，而在自由空间燃烧时的火焰燃烧形状，所述仿形筒体为纺锤形，以及设置在所述仿形筒体外表面上的表面燃烧层，所述仿形筒体分为扩张部和集约部，所述扩张部和集约部上均设置引燃孔。

2.如权利要求1所述的一种火焰仿形筒，其特征在于：沿仿形筒体最大半径处的径向方向设置连接装置。

3.如权利要求1或2所述的一种火焰仿形筒，其特征在于：所述仿形筒体由厚度为0.8mm～2mm的耐热金属板材制成。

4.如权利要求1或2所述的一种火焰仿形筒，其特征在于：所述表面燃烧层由耐热金属纤维丝编织烧结而成，并通过焊接固定在仿形筒体外部，所述表面燃烧层厚度为3mm～8mm。

5.如权利要求3所述的一种火焰仿形筒，其特征在于：所述表面燃烧层由耐热金属纤维丝编织烧结而成，并通过焊接固定在仿形筒体外部，所述表面燃烧层厚度为3mm～8mm。

6.如权利要求4所述的一种火焰仿形筒，其特征在于：所述金属纤维丝为耐受温度为1000℃～1800℃、直径为0.18～0.82mm的Mo-La、Nb-Ta、FeCrAl、NiAl或NiCrAl纤维丝。

7.一种使用如权利要求1～6所述的火焰仿形筒的表面燃烧器，其特征在于：它包括所述火焰仿形筒，以及一固定在火焰仿形筒内的分焰器。

8.如权利要求7所述的一种表面燃烧器，其特征在于：所述分焰器包括一具有锥形筒壁的空心筒，所述空心筒的锥底部分设置在火源一侧。

9.如权利要求7或8所述的一种表面燃烧器，其特征在于：所述分焰器通过翅片固定在所述仿形筒上，位于火焰中心点位置，并与所述火焰仿形筒同轴。

10.如权利要求8所述的一种表面燃烧器，其特征在于：所述空心筒的锥度为火源喷油嘴的喷射角度的N倍，1＜N≤1.4。

11.如权利要求9所述的一种表面燃烧器，其特征在于：所述空心筒的内外表面及翅片表面均匀喷涂耐热陶瓷涂层。

12.如权利要求10所述的一种表面燃烧器，其特征在于：所述空心筒的内外表面及翅片表面均匀喷涂耐热陶瓷涂层。

13.一种采用如权利要求7～12所述的表面燃烧器的燃油加热器，包括燃烧装置和换热装置，其特征在于：所述表面燃烧器通过连接装置固定在所述燃烧装置和所述换热装置之间的空腔中；所述表面燃烧器与喷油嘴同轴。

14.如权利要求13所述的一种燃油加热器，其特征在于：所述仿形筒体为纺锤形，沿仿形筒体最大半径处的径向方向设置连接装置；所述仿形筒体分为扩张部和集约部，所述扩张部设置在燃烧装置中，所述集约部设置在换热装置中。

15.如权利要求13所述的一种燃油加热器，其特征在于：所述表面燃烧器中的分焰器的主体部分设置在所述换热装置中。

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