CN102186389A - 具有改进的冷却和减小的尺寸的平行管燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种用于气体烤架的火室，具有形成盒状结构的在顶部的红外线再发射器表面、在底部的至少一个隔热屏以及在隔热屏和发射器板中间的侧壁，其中具有在顶部或侧的气体燃烧器口的多重小横截面积管被以阵列布置在隔热屏和发射器板之间。在燃烧器管下方的隔热屏具有被布置在燃烧器管下方的开口，以允许二次燃烧空气进入并且提供对燃烧器管的冷却，从而防止提前点火。

Description

具有改进的冷却和减小的尺寸的平行管燃烧器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年10月17日提交的美国临时申请序列号61/106,352的优先权，61/106,352的整体以引用方式并入本文。

背景

用于烹饪食物的户外烤肉烤架典型地由三种便利的加热系统提供火焰。加热系统典型地是在阴燃条件下的木炭块、由天然气体丙烷或相似的燃料提供燃料的燃烧器，或借助于可以单独使用或与可加热辐射材料共同使用的电气元件。这些年来，可加热辐射材料的使用已经从木炭块发展至熔岩石、陶瓷坯块、片或块。Best的美国专利第3,277,948号或第3,561,902号示出了这样的构造。其他类型的辐射式燃烧器使用编织陶瓷网、编织金属线以及穿孔金属板，如这些年来在各种专利中描述的。然而，随着新的燃烧器、排放标准和(理所当然的)对于户外烹饪的安全性的关心的出现，本领域已经继续发展。

与在美国专利公布第2006/0002157号中描述的红外线放射装置共同地，示出了用于加热陶瓷玻璃发射器的辐射红外线燃烧器。然而，具有已知类型的构造的辐射红外线燃烧器具有各种限制，包括有限的气体流调节比(被定义为最大气体流与最小的可能的气体流的比率)、在有风条件下熄灭的倾向、在下游的方向的向周围的充气室中的辐射热传递、遍布辐射元件的高压降以及制造的高成本。此外，某些辐射式燃烧器主要依赖一次空气进行燃烧。即，气体的燃烧所需要的所有空气在被允许进入燃烧器体之前与气体混合。因此，在入口的气体-空气混合物容易点火，并且因此由于环境温度导致的自燃点相对低，这可以导致燃烧器中的内部火焰。此外，辐射式燃烧器具有在1600华氏度至1800华氏度的温度的表面，这在寿命方面对于所有类型的材料来说都是有挑战性的，这是由于在陶瓷的情况下的热循环或热冲击或在金属的情况下的高温腐蚀。

Best在US 2009/0202688中通过公开用于从对流的燃烧产物产生红外辐射的方法和装置，解决了这些问题中的许多。Best教导在合适的红外线再发射器下方构建大体积盒子，其中示出了混合燃烧产物并且将燃烧产物分配在再发射器下方的各种类型的燃烧器。描述了各种类型的再发射器，再发射器包括将所有的燃烧产物导向在食品烹饪区域的周围的实心板，以及表面，表面具有在表面中的某些开口，以允许某些或所有的燃烧产物经过表面进入食品烹饪区域。在某些实施方案中，示出了使用内部挡板以进一步传递辐射热的对流，而在其他的实施方案中不存在这些挡板。在一种情况下，二次燃烧空气的被允许进入燃烧器实质上远离燃烧器口，并且认为盒子的深度被考虑以允许完全的且均一的混合，以均匀地加热再发射器。在某些情况下，盒子内部的高温要求使用专门的复杂的燃烧器构造，以避免一次空气-气体混合物的提前点火的现象。将体现允许从燃烧的对流产物以小得多的深度产生红外辐射的工具的构造并且通过采用使用燃烧所需要的二次空气作为燃烧器管的冷却的新颖的方法完全避免提前点火的问题的改进。

发明概述

本公开涉及燃烧器，所述燃烧器可以在任何类型的大体上水平的表面下使用以在该水平的表面被燃烧器加热时提供从该水平的表面的红外线发射(infrared emission)。本发明的燃烧器通过热气体在水平的表面上的竖直冲击提供较好的热传递，通过使用二次燃烧空气的受到引导的冷却防止提前点火，并且使用多重的较低辐射隔热屏减少横截面积。虽然将示出水平的表面，但是应意识到，该再发射表面(re-emitting surface)可以与水平成某些角度，高至高达15度，并且仍然提供所示出的特性。本发明的燃烧器还抵抗在有风条件下的熄灭并且具有高气体流调节比(gas flow turn down ratio)，不同于现有技术中已知的任何构造。

附图简述

图1是被安装在常规的气体烤架(gas grill)中的燃烧器系统的部分横断面视图。

图2是图1的被安装在常规的气体烤架中的燃烧器系统的部分纵向剖视图。

图3是被安装在常规的气体烤架中的燃烧器系统的可选择的实施方案的部分横断面视图。

图4是图3的被安装的燃烧器系统的部分纵向剖视图。

图5是燃烧器系统的另一个可选择的实施方案的部分横断面视图。

图6是图5的被安装的燃烧器系统的部分纵向剖视图。

图7A-7C示出了在圆形管燃烧器下方的二次/冷却空气开口的不同的布置。

图8A-8C示出了改变圆形管燃烧器的燃烧器口的位置的效果。

详细描述

本公开涉及用于加热红外发射器的燃烧器，例如可以在户外气体烤肉烤架中发现的红外发射器。虽然下文的讨论将集中在燃烧器的在这样的环境中的使用，但是这样的讨论不应当被视为以任何方式作为限制性的或约束性的。本发明的燃烧器可以在其他的类型的燃烧气体的用具中使用，例如火炉、水加热器、熔炉等等。现在参照附图，在附图中相同的数字表示相同的元件。

本发明的燃烧器可以在作为Best的美国专利公布第2006/00021517号的主题的板和格栅系统下使用。本申请公开了用于使用红外线发射装置烹饪的火炉。这样的装置通常被美国专利公布第2006/0003279号中示出的辐射式燃烧器加热。额外的用于加热这样的红外线发射装置的技术在美国专利申请2009/0202688 A1中教导，如上文提到的。然而，其他类型的红外线发射装置可以被本发明的燃烧器加热，包括在Best 6,114,666中公开的工具的变化形式或其他的变化形式。

本发明的燃烧器通过用对流传热代替辐射传热来加热在′517专利申请中描述的红外线发射装置或其他红外线发射工具。该燃烧器的新颖性包括许多要素。第一，虽然向水平的表面的底部的对流传热通常比通过辐射手段的效率底，但是本发明的燃烧器设计创造出在大体上水平的再发射器表面(re-emitter surface)下的竖直取向或水平取向的小燃烧器口的阵列。这创造出许多小区域，在这些小区域中加热过的气体的速度垂直于表面。如在传热领域中已知的，与在具有对流热的集中源时将发生的平行于表面的速度相比，这显著地增加对流传热系数。此外，通过具有来自小口的小火焰，燃烧被迅速地完成，这是由于火焰锥体的高表面和体积比。这允许燃烧器管被放置为接近水平的再发射表面，而没有在燃烧的不完全阶段气体冲击在水平的表面上的可能性，这种冲击将导致碳沉积在表面上，是一种不可接受的燃烧器工作特性。为了提供如上文描述的足够的混合，燃烧器口尺寸被设置在0.060″直径，该直径足够小以致可以被容易地放置在模冲的(stamped)或管状的燃烧器中。然而，更小的口尺寸可以被有效地使用。口尺寸可以高至0.075″并且仍然实现在合理的距离中的完全燃烧，以允许紧凑的结构。对于大于0.100″的口直径来说，燃烧器火焰将太长，以致于阻碍了期望的紧凑的结构的实现。

本发明的开发提供了效率的非预期的增加、更低的操作温度，但是具有操作温度的迅速实现并且没有内部的燃烧器火焰。在现有技术中未发现这样的优点。

第二，小燃烧器口的使用要求使用小横截面积燃烧器管，以允许足够的用于燃烧的二次空气到达口区域。多重小管(multiple small tubes)与水平的表面的靠近的间隔以及多重辐射隔热屏(radiation heat shields)的存在可以导致燃烧器管的非常高的操作温度，具有提前点火的风险。通过将二次空气开口放置在小燃烧器管下方并且非常接近于小燃烧器管，用于燃烧的二次空气被用于冷却管自身。将示出各种可选择的用于实现这一点的构造。此外，将注意到，使用许多小管代替很少的大管增加了表面和体积比，由此增加了二次空气冷却的效果。在所构建的实施方案中，所使用的圆形的燃烧器管的直径在0.50英寸的数量级，这代表了所存在的制造能力的较低的范围。对于高于1.00英寸的直径来说，总的燃烧器容积将开始相对于口开口来说过大，并且紧凑的结构的优点将有损失。

第三，水平的平行的隔热屏正好被放置在燃烧器下方，在水平的平行的隔热屏中设置开口，开口将二次燃烧如上所述地导向在燃烧器管周围。这些隔热屏通过将红外辐射反射回至水平的表面减少了从被对流气体加热的大体上水平的红外线再发射器的底面的热损失。此外，这种类型的燃烧器的特性，如同在US 2009/0202688中教导的燃烧器的一样，是其可以实现比本领域中之前使用的辐射式燃烧器更好的调节比。这种类型的燃烧器的制造是相对简便的，并且遵循在很多行业中在有口的气体管燃烧器(ported gas tube burner)中使用的为人所熟知的原理。由于低操作温度、低成本和构造的低复杂性导致的减少的维护或更换以及无内部燃烧器火焰是这种燃烧器系统的重要的性质。

现在更具体地参照附图并且特别地参照图1，数字10大体上表示出了气体烧烤烤架火室。火室10可以被安装在手推车组件上，如本领域中所熟知的，或其可以被安装在合适的材料的静止的构造中，例如在柱上或在户外厨房中。火室具有前面板11，前面板11具有用于气阀的控制器以及用于气体的点火的控制器。平行管燃烧器12被布置在火室10中。在燃烧器12上方安装有作为被燃烧器加热的红外发射器的辐射材料，例如陶瓷玻璃或金属板13。在发射器13上方安装有烹饪格栅14，将被烹饪的食品被放置在烹饪格栅上。

现在参照图2，在剖视形式中可以看到，燃烧器12被形成为栅格状的布置，具有大体上平行的纵向构件15，纵向构件15在其每个端被半圆形的导管16连接。纵向构件15可以与半圆形的导管部分16连续地形成，或它们可以被分离地形成并且在每个端21上被组装到气体歧管中，如图6中所示的。气体通过本领域已知的并且在图1和2中图示的方法被允许进入燃烧器管，这涉及操作气阀将丙烷气经过合适的导管传送至吸气器的控制按钮，其中气体被与一次燃烧空气混合并且传送至歧管21，以向气体燃烧器管12分配。在图1和2中所示的实施方案中，没有设想对燃烧器系统的深度的减少，并且燃烧产物被导向(route)至平板再发射元件(flat plate re-radiating element)的前部和后部。

燃烧器管中的气体的点火可以被通过使用在遍及被合适地放置在燃烧器12附近的电极24的火花发生器电弧、被相似地放置的热表面点火器以及其他已知的方法来实现。

构造的进一步的细节在图1和2中示出。特别重要的是，燃烧器口23被放置在燃烧器管12的顶表面上并且隔热屏17中的槽19被放置在燃烧器管下方，使得在燃烧器口进行燃烧所需要的二次空气通过围绕燃烧器管的外侧的流而被引入。这还提供冷却效果，以补充燃烧器管内部的气体流的冷却效果，因此防止在由火室的发射器板(emitter plate)13、隔热屏17和侧壁26以及隔热屏的支持结构所形成的盒状结构中获得的高温导致在燃烧器管中的提前点火。可以是期望的是，将一个或多个额外的以18表示的并且具有用于二次空气流的槽20的隔热屏加入第一隔热屏17下方。这将减少向烤架的底部的传热并且提高产品的操作效率。还将看到的是，可以在燃烧器的每个由单阀供应的部分之间采用竖直壁25，以允许毗邻的燃烧器以不同的燃烧速度被使用并且在烹饪格栅14的各界定的区域产生不同的温度。

在图3和4中示出了燃烧器系统的一种形式，其中红外线再发射器113和第一隔热屏117之间的深度被显著地减少，从而加速热响应。额外的隔热屏118和125被加入，从而减少传热并且提高效率。此外，侧壁126由双重构造制造，以进一步最小化热损失。此外，在本实施方案中，在燃烧器上方的热再辐射元件(heat re-radiant element)不是平板，而是小尺寸金属冲压物(light gauge metal stamping)，其可以具有开口，以允许燃烧产物经过水平的表面。在本实施方案中，用于燃烧的气体-空气混合物被经过歧管121供入至燃烧器112。此处，再次地，燃烧器口123在燃烧器管的上表面的顶部。为了证实减少燃烧器系统的深度的效果，使用被配置为图1和2的设计的被指定为A的燃烧器系统以及被配置为图3和4的设计的被指定为B的燃烧器系统进行测试。这些测试的结果在表1中示出。再发射器13的以及烹饪格栅14的顶部的温度以不同的时间被示出并且清楚地表明了使用减少的高度所获得的改进的热响应。

表1升温时间的比较

在图5和6中示出了燃烧器系统的以栅格示出的形式，其中表现了使功能性的高性能辐射烹饪系统处在最小的可能的包装中的能力。在本实施方案中，燃烧器的高度的减少被整合于设计过程中，并且在燃烧器上方的热再辐射元件不是平板，而是小尺寸金属冲压物，其可以具有开口，以允许燃烧产物经过水平的表面。为了进一步最小化系统的深度，一次空气/气体混合物被供入歧管管(manifold tube)222中，歧管管222平行于燃烧器管212并且向在每个端的且垂直于燃烧器管212的两个歧管221分配气体。当烹饪区域与由烹饪区域、底部隔热屏和侧壁形成的火室的总表面积的比率增加时，向外部的热损失被减少。

在图7A-7C中，示出了布置a的从隔热屏中的开口向燃烧器的流动的三种不同的方式。在图7A中，二次和冷却空气开口19直接在燃烧器管12下方。箭头示出了向燃烧器口23上方的燃烧区的二次空气流动的路径。在图7B中，二次和冷却空气开口向着燃烧器管的任何一侧，但是不比燃烧器管的直径更远离燃烧器管的中心线。在图7C中，二次和冷却空气开口包括在每个燃烧器管之间的开口的单一的列。冷却效果在7A的布置中最大，在7C的布置中最小，并且在7B的布置中有中间值，虽然所有这些都是有效的。

在图8A-8C中，示出了燃烧器口23可以如图8B中所示的被布置为在大体上水平的位置中，或在图8A和图8B的位置之间的任何中间位置。图8B中所示的大体上水平的位置的优点是，其允许通过增加围绕口23的燃烧区和再发射器表面13之间的距离来进一步减少燃烧器系统的高度，这允许表面13被移动至在某种程度上更接近燃烧器管12处。

图8C中示出了另一个有利的实施方案。此处，燃烧器口23被布置在燃烧器管的底部，将火焰向下引导。在本构造中，用于燃烧和冷却的空气被向上地且围绕燃烧器管地拉动。如上文所述，口可以位于在管12的下部分中的在图8B和8C中示出的位置之间的任何中间位置。在下部分中，本设计可以用作顶部和底部烤焙器。如果具有被布置在下方的额外的托盘，那么本设计可以用于烘烤。

应当理解，虽然对所示的燃烧器管的所有的描绘都具有圆形的横截面，但是其他横截面是可能的，包括例如其长部分被竖直地布置并且燃烧器口在顶部的椭圆形，或其长部分被水平地布置并且燃烧器口在水平中心线上的椭圆形。其他有利的构造在其他横截面实施方案中是可能的，包括在图7A-7C以及图8A-8C中示出的那些的全部以及中间位置。相似地，如果必要，可以采用各种隔热屏配置，以适合于具有不同的横截面实施方案的燃烧器。

应当强调的是，本公开的上文描述的实施方案，尤其是任何“优选的”实施方案，都仅是实施的可能的实施例，仅为了对本公开内容的原理的清楚的理解被提出。可以对本公开内容的上文描述的实施方案作出许多变化和修改，而不实质上偏离本公开内容的精神和原理。所有的这样的修改和变化意在被包括在本公开内容的范围内，并且被下文的权利要求保护。

Claims (17)

1.一种用于气体烤架的火室，包括在顶部的红外线再发射器表面、在底部的至少一个隔热屏以及在所述隔热屏和所述发射器表面中间的侧壁，从而形成盒状结构，在所述火室中：

在所述隔热屏和所述发射器板之间以阵列方式布置有具有多重小气体燃烧器口的多重小横截面积管；并且

在所述燃烧器管的下方的所述隔热屏具有被布置在所述燃烧器管的下方的开口，以允许二次燃烧空气进入并且提供对所述燃烧器管的冷却，从而防止提前点火。

2.根据权利要求1所述的火室，其中所述燃烧器管是圆形的并且具有小于1.00英寸的直径。

3.根据权利要求1所述的火室，其中所述气体燃烧器口直径小于0.100英寸。

4.根据权利要求1所述的火室，其中被布置在所述燃烧器管的下方的所述隔热屏中的所述开口处在所述燃烧器管的下方并且与所述燃烧器管的轴线在共同的中心线上。

5.根据权利要求1所述的火室，其中被布置在所述燃烧器管的下方的所述隔热屏中的所述开口处在所述燃烧器管的中心线下方的在中间具有空间的两个平行的列中。

6.根据权利要求1所述的火室，其中在所述至少一个隔热屏的下方布置有额外的隔热屏。

7.根据权利要求1所述的火室，其中所述燃烧器口被布置在所述燃烧器管的顶部，由此将火焰向上朝向所述发射器表面引导。

8.根据权利要求1所述的火室，其中所述燃烧器口的直径小于0.07英寸。

9.根据权利要求1所述的火室，其中所述燃烧器管具有在0.5英寸和1.0英寸之间并且包括0.5英寸和1.0英寸的直径。

10.一种气体烧烤烤架，具有火室和烹饪格栅，所述火室具有被布置在所述火室中的气体燃烧器，所述烹饪格栅被布置在所述燃烧器的上方并且用于容纳将在所述燃烧器上被烹饪的各种食品，改进包括：被布置在所述火室中在所述烹饪格栅的下方的红外线再发射器表面、被布置在所述气体燃烧器的下方的至少一个隔热屏；所述气体燃烧器具有在所述再发射器的下方的至少一个小横截面积管，所述管具有被向上朝向所述发射器表面引导的多个小直径燃烧器口；并且，所述隔热屏具有在所述管的下方的开口，以允许二次燃烧空气进入并且提供对所述燃烧器管的冷却，以防止提前点火。

11.根据权利要求10所述的烤架，其中所述燃烧器包括多个具有小于1.0英寸的直径的燃烧器管。

12.根据权利要求10所述的烤架，其中所述燃烧器管是圆形的并且具有小于1.00英寸的直径。

13.根据权利要求10所述的烤架，其中被布置在所述燃烧器管的下方的所述隔热屏中的所述开口处在所述燃烧器管的下方并且与所述燃烧器管的轴线在共同的中心线上。

14.根据权利要求10所述的烤架，其中被布置在所述燃烧器管的下方的所述隔热屏中的所述开口处在所述燃烧器管的中心线下方的在中间具有空间的两个平行的列中。

15.根据权利要求10所述的烤架，其中在所述至少一个隔热屏的下方布置有额外的隔热屏。

16.根据权利要求10所述的烤架，其中所述燃烧器口的直径小于0.07英寸。

17.根据权利要求10所述的烤架，其中所述燃烧器管具有在0.5英寸和1.0英寸之间并且包括0.5英寸和1.0英寸的直径。

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