CN102537960B - 商用大功率高效环保无焰红外线灶芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，属燃气用具领域，旨在提供一种热效率高的灶芯，技术要点包括筒形外壳和其内的碗形内壳，由耐火中心柱与耐火外环形成的环形火道；耐火中心柱底部有由防风碗、中心火种燃气喷头、中心火种燃气混合器和中心燃气进管构成的点火结构；防风碗下有主燃气分配器，其底有一圈燃气喷孔与主进风口相对；碗形窄缝预混器的侧壁将外壳内壁与碗形内壳外壁构成的燃气通道分隔成第一混合通道和第二混合通道，碗形窄缝预混器的上端分布有混合气第二次混合缺口；环形火道下部的碗形内壳侧壁上分布有仰角和进入切角不同的多个混合气第三次混合喷孔；本发明主要用于宾馆、饭店、餐厅和食堂等的加热及食物加工。

Description

商用大功率高效环保无焰红外线灶芯

技术领域

本发明涉及燃气炉具，更具体地说，它涉及一种商用大功率高效环保无焰红外线灶芯。 

背景技术

宾馆、饭店、餐厅和食堂等使用的燃气炒菜灶要求火力集中，炒锅底局部热强度高，加热速度快，大锅灶具和蒸柜都要求有较大的热负荷(输出功率)。目前，国内的商用燃气炒菜灶、蒸柜绝大多数采用的是热负荷流量50～70KW的鼓风旋流式或“预混式”灶芯的燃烧器。这两种燃烧器均存在如下不足之处： 

1、鼓风旋流式燃烧器：属传统的扩散燃烧方式(后混式燃烧)。市场上均以“广式灶”为标准，相继出现了“无锡灶”、“山东灶”等，但它们的燃烧方式都没改变。燃气灶头燃烧方式属后混式燃烧，燃气在灶头燃烧室被点燃后，用鼓风机给火焰直接吹风供氧，燃气和氧气不能按正常燃烧所需空燃比混合，使燃气不能充分燃烧，形成大量不完全燃烧的烟气从烟道排掉，高温废气排放量大，温度和热效率低，燃气消耗量高。 

为保证菜的鲜、嫩程度，加菜后应不明显降低锅的温度，要求中餐燃气炒菜灶具有加热速度快的特性，即应具有较大的热负荷。此外，为缩短顾客的等菜时间，而过分追求所谓“猛火”，片面提高鼓风机的功率以及流速，整体的过剩空气系数高达2～3或更高，鼓风机鼓入大量“冰冷”的过剩空气，这样一来将导致高温烟气的温度严重下降，加上以与被加热物体间的温差、停留时间来进行的热交换方式，本身就不完善的与有限的锅底面积的接触时间非常短，来不及吸收大多数能量，很快就通过烟道排放到大气中，其热效率自然会降低。单眼最大功率都达到64千瓦，热效率一般都不超过20％，国标GB7824-87中对中餐燃气炒菜灶热效率也仅要求不小于20％。 

近期的“高深节能炉头”加深了燃烧腔，延长了气风的预混时间，大负荷时燃烧效率只能提高3～5％左右，仍然能源浪费较严重。因此，单纯从灶具的结构方面改进，对提高热效率不可能有实质性变化。 

2、预混燃烧器：全预混(前预混)燃烧方式是近二年出现的节能产品，如“深盘式”燃烧器或者板孔式燃烧器。从传统的燃烧方式上升到了比较专业阶段，全预混的燃烧方式由于在燃气被点燃前已经和空气按一定的比例混合，其燃烧后的温度水平也将比扩散式的燃烧方式大的多，这样就可以提高燃烧的热效率。要提高燃烧效率必须首先解决空气和燃气的混合，在保证烟气中CO降低到可接受水平的前提下，过剩空气越小越好。噪声也下降较多，大负荷时燃烧热效率提高10％左右。现有产品的不足：预混深度受结构限制难以提高，达不到完全 预混和完全燃烧。空气系数较大、热传导、热交换效率和火焰温度较低；燃烧热负荷流量大于50KW后灶芯面板及壳体受热变形严重。由于燃烧器结构受炉膛高度和技术的限制，无法安装燃烧火道，尽管有些产品声称采取了多级预混，仍达不到工业型的无焰式燃烧水平，呈现≥200mm高的蓝色火焰。 

无焰式燃烧是全预混燃烧中的最佳效果，火焰短强度大、燃烧效率高、消耗低。燃气-空气混合物到达燃烧区后能瞬间燃烧完毕属于高速或动力燃烧，烟气在高温反映区的停留时间短便进入换热区，几乎不存在化学不完全燃烧现象，有利于减少T-NO(氮氧化物)和其它废气，火焰很短甚至看不见；全预混燃烧的火道热强度很高，并且能在很小的过剩空气系数下(通常a＝1.05-1.10)达到完全燃烧，过剩空气系数小。这种燃烧方式虽然出现较晚，但因为在技术上较合理，故很快在工业加热和烘干工艺中得到了广泛应用。无焰燃烧的条件是：A、燃气和空气在着火前按化学计量比混合均匀；B、设置专用的火道，使燃烧区内保持稳定的高温。由于50KW工业无焰燃烧器的专用的火道体积较大，无法安装在现在的中餐炒灶蒸柜的狭小的炉膛内，这就是至今为什么在国内生产的中餐灶具设备中未出现节能无焰式燃烧器的主要原因。 

近几年，随着能源价格飞涨，人们节能意识越发加强，节能商业中餐燃烧器不断推陈出新。2005年以后，国内出现红外线无焰燃气猛火炒炉，这种燃烧是以辐射和对流两种形式传热，一般辐射热量占总热量的45％～60％，通过调整辐射面的形状，容易达到定向加热的目的，故具有热效率高节约能源的优点。按照中餐燃气炒菜灶的自身特点及辐射传热理论，若采用红外线无焰燃烧可以大幅度提高其热效率，减少有害物质的排放。而扩散式燃烧器产品的燃烧能主要是对流能，辐射能仅占极少的一部分。红外线无焰燃气猛火炒炉常用的有金属网辐射器和多孔陶瓷板辐射器两种。市面上的产品均是大口径品种，小口径的4～5寸热负荷流量只能达到1.55～6.4KW，热流量过小，不适合中餐炒灶等。 

发明内容

为了克服上述全预混节能商用中餐灶芯(炉芯)燃烧达不到工业型无焰燃烧水平及红外线辐射器热负荷低的缺陷，提供一种适用于天然气、代天然气、液化气(LPG)、油制气气源，热效率高的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯。 

本发明的技术方案是这样的：一种商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，包括筒形外壳，在筒形外壳底部设有主进风口，其中，所述的筒形外壳内设有碗形内壳，在碗形内壳上放置有耐火外环，在耐火外环内设有耐火中心柱，耐火中心柱的外壁与耐火外环的内壁形成直径逐渐变大的压迫式环形火道；在耐火中心柱底部固定有防风碗，防风碗位于碗形内壳的底部内侧，在防风碗侧面设有中心燃气点火喷孔并与点火针对应；在防风碗的内底部设有中心火 种燃气喷头，在防风碗下部设有连接主燃气进管的主燃气分配器，所述的中心火种燃气喷头下部穿过主燃气分配器连接中心火种燃气混合器，中心火种燃气混合器连接中心火种燃气进管；主燃气分配器上端接碗形内壳底部中心，主燃气分配器的底部设有一圈燃气喷孔与筒形外壳底部的主进风口相对；在碗形内壳外侧底部紧贴有碗形窄缝预混器，碗形窄缝预混器的侧壁将外壳内壁与碗形内壳外壁构成的混合气通道分隔成第一混合通道和第二混合通道，在碗形窄缝预混器的上端分布有多个混合气第二次混合缺口；在压迫式环形火道下部的碗形内壳侧壁上分布有仰角和进入切角不同的多个混合气第三次混合喷孔。 

上述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯中，所述的压迫式环形火道长度为50～80mm。 

上述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯中，所述耐火中心柱的下部为圆柱体，上部为下小上大的倒锥体。 

上述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯中，所述的耐火外环的内表面上部和下部均有向外敞开的喇叭形，耐火外环的内表面中部为圆柱形。 

上述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯中，所述的耐火外环表面上部和下部的内表面喇叭形倾角约为45度。 

上述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯中，所述的中心火种燃气混合器侧面设有通风孔与主进风口连通。 

上述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯中，所述碗形窄缝预混器的上端部混合气第二次混合缺口为长方形，混合气第二次混合缺口的宽度H与相邻的混合气第二次混合缺口间隔宽度L之比为1∶2。 

上述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯中，所述的碗形内壳侧壁上分布的混合第三次混合喷孔为上中下三层。 

本发明与现有技术相比，主要具有以下特点： 

(1)多级预混构造：在筒形外壳、碗形内壳和碗形窄缝预混器构成三道低风阻燃气-空气预混结构，增加预混的时间和行程，从而提高预混深度，在尽量减小鼓风机功率的条件下提高混合气在喷嘴口喷射速度，是提高燃烧效率严防“回火”的有效和经济的措施。同时为余热回收和无烟燃烧提供必要条件。 

(2)实现无烟燃烧的专用火道：本发明中由耐火中心柱的外壁与耐火外环的内壁形成直径逐渐变大的压迫式环形火道正是实现无焰燃烧的必要条件。耐火中心柱及耐火外环均是由耐1600度以上高温、耐冲刷、热震性好的耐火材料制作，耐火材料有表面活性、催化和稳焰作用，炽热的燃烧产物在耐火材料表面形成一薄层燃烧，500度呈现暗红色，亮红、桔黄，到1500度时变成白色光。本发明的工作原理是：旋流喷嘴往火道夹层内喷出强烈旋转火焰，在 火道的催化作用下，实现火焰稳定，高速动力燃烧，在旋流的作用下沿压迫式环形火道渐渐展开火焰直径，在耐火中心柱和耐火外环的顶端，炽热的燃烧产物在火道口转角处形成一个近180mm直径的高温烟气漩涡滞流区，形成的红外线辐射面，耐火材料被加热至很高的温度，从而大幅度提高红外线辐射换热量，使得热效率得到进一步地提高。 

旋流火焰的另一个主要作用是强化换热，在火道口上形成内翻的“包心菜”形的旋转短焰，遇到锅底(加热容器)时很好的贴合在一起缓缓扩展，这在一定程度上延长了烟气与锅底的接触时间，使得热效率得到提高。调整火道口的形状能产生不同的“火形”，其中直径≥200mm热流均匀分布的圆柱形火焰十分适应于中餐炒灶。 

旋转射流的回流区能使燃料保持较长的停留时间，提高其混合速度和反应温度，烟气回流可有效降低未燃气体在高温区内的停留时间，从而降低T-NO(氮氧化物)和一氧化碳的生成量。 

(3)吸收烟气的余热预热燃气-空气混合流，是实现修补火道长度不足的关键：本发明由于原炉膛结构高度不足安装下工业型的火道，100mm以下长度的火道难以产生无焰水平。本发明采取吸收烟气的余热预热燃气-空气混合流技术和装置，迫使预混气流紧贴在碗形内壳外壁的作近似“n”型徊流，吸收竖立在炉膛高温烟气中心的筒形壳体和碗形内壳的内外高温，即降低了筒形壳体和碗形内壳的温度，又吸收了部分烟气的余热，混合气流预先提升温度350度以上(混合气体的流量设计，加热后的温度应不得超过燃气的燃烧温度)，火焰变得急促刚挺，“免费”显著提升了燃气的动能、热辐射和火焰温度，强化了燃烧。在“压锅”6～8分钟后，在上述专用火道作用下产生近似“无焰”即“准无焰”的效果。同时也“免费”提高了5％以上的燃烧热效率。 

(4)主燃气三次混合喷孔是能产生强烈旋转的混合气喷嘴：通过适当的火孔切向导流角(旋转角)和法向倾角(仰角)，直接控制火道口的最大燃烧气流速度，过大的流速会产生炉膛“啸叫”。直接控制不同的“火形”。直接影响炽热燃烧产物紧贴于筒形火道内表面旋转、加速和强化燃烧的程度。 

本发明改变原来燃烧器以对流传热为主的传热方式，为准无烟燃烧和辐射传热(占30％左右的红外线辐射)方式。本发明的大负荷红外线超小型燃烧器特别适用于中餐炒灶、大锅、蒸柜等。本发明的灶芯口径≥4寸、热流量(热负荷)≥50KW(LPG)、未加红外线定向辐射板热效率达到37.6％(国标不小于20％)、烟气中一氧化碳含量≤0.03％(国标≤0.20％)。显著降低燃烧噪声、氮氧化物和一氧化碳的产生。 

附图说明

下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何 限制。 

图1是本发明具体实施例的结构示意图； 

图2是本发明中主燃气分配器的结构示意图； 

图3是本发明中碗形窄缝预混器的结构示意图； 

图4是本发明中中心燃气供气结构示意图； 

图5是本发明燃气流动结构示意图。 

图中：筒形外壳1、主进风口1a、碗形内壳2、混合气第三次混合喷孔2a、耐火外环3、耐火中心柱4、压迫式环形火道5、防风碗6、中心火种燃气点火喷孔6a、点火针7、中心火种燃气喷头8、中心火种燃气混合器9、通气孔9a、中心火种燃气进管10、主燃气分配器11、燃气喷孔11a、碗形窄缝预混器12、第一混合通道12a、第二混合通道12b、混合气第二次混合缺口12c、主燃气进管13。 

具体实施方式

参阅图1至图4所示，本发明的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，包括筒形外壳1，在筒形外壳1底部设有主进风口1a，所述的筒形外壳1内固定有碗形内壳2，筒形外壳1及碗形内壳2均采用铸铁制造，在碗形内壳2上放置有耐火外环3，在耐火外环3内设有耐火中心柱4，耐火中心柱4的外壁与耐火外环3的内壁形成直径逐渐变大的压迫式环形火道5；耐火外环3和耐火中心柱4均采用能耐1600度以上高温，耐冲刷、热震性好的耐火材料制作；在耐火中心柱4底部固定有防风碗6，防风碗6位于碗形内壳2的底部内侧中心，在防风碗6侧面设有中心火种燃气点火喷孔6a并与点火针7对应，用于中心火种燃气的初始燃烧着火；在防风碗6的内底部设有中心火种燃气喷头8，所述的防风碗6下部设有连接主燃气进管13的主燃气分配器11，所述的中心火种燃气喷头8下部穿过主燃气分配器11连接中心火种燃气混合器9，中心火种燃气混合器9连接中心火种燃气进管10；主燃气分配器11上端接碗形内壳2底部中心外侧，在主燃气分配器11的底部设有一圈燃气喷孔11a与筒形外壳1底部的主进风口1a相对；在碗形内壳2外侧底部紧贴有碗形窄缝预混器12，碗形窄缝预混器12的侧壁将外壳1内壁与碗形内壳2外壁构成的燃气通道分隔成第一混合通道12a和第二混合通道12b，在碗形窄缝预混器12的上端分布有多个混合气第二次混合缺口12c；在压迫式环形火道5下部的碗形内壳2侧壁上分布有仰角和进入切角不同的多个混合气第三次混合喷孔2a，本实施例中的混合气第三次混合喷孔2a为上、中、下三层；本发明中的压迫式环形火道5根据灶芯的大小长度为50～80mm。本实施例中的耐火中心柱4的下部为圆柱体，上部为下小上大的倒锥体；所述的耐火外环3的内表面上部和下部均有向外敞开的喇叭形，耐火外环3的内表面中部为圆柱形，耐火外环3表面上部和下部的内表面喇叭形倾角约为45度。中心火种 燃气混合器9侧面设有通气孔9a与主进风口1a连通，用于抽吸空气。碗形窄缝预混器12的上端部混合气第二次混合缺口12c为方形，主燃气二次混合缺口12c的宽度H与相邻的主燃气二次混合缺口12c间隔宽度L之比为1∶2。 

参阅图5所示，本发明的三次预混和吸收热能增加动能的行程是：空气经主进风口1a进入筒形外壳1内，遇到从主燃气进管13进入主燃气分配器11中，并从主燃气分配器11底部的一圈燃气喷孔11a喷出的均匀束形燃气流接触，进行第一道预混；经过第一次预混的混合燃气继续上行时要经过碗形窄缝预混器12外壁与筒形外壳1内壁形成的第一混合通道12a，混合气中的燃气-空气紧密接触深度混合，特别是在灶芯工作时，在炉膛中的铸铁筒形外壳1受二次烟气高温的烘烤体温很高，“室温”的混合气经过筒形外壳1内壁时，吸收烟气余热冷却筒形外壳1，增加了混合气的自身压力即动能。混合燃气继续上行，经过碗形窄缝预混器12上端的混合气第二次混合缺口12c时进行第二次预混合；转弯下行经过灶芯碗形内壳2外侧时，混合气陆续吸收耐火外环3外侧和压迫式环形火道5传给碗形内壳2的高温，混合气流预先“免费”升温350度以上，也“免费”增加了动能。经过由第一混合通道12a、第二混合通道12b构成的“n”形徊流到达混合气第三次混合喷孔2a前腔并从80多个混合气第三次混合喷孔2a急速喷出，完成了第三次预混。 

压迫式环形火道5中准无焰燃烧和红外线产生的过程是：混合气第三次混合喷孔2a急速喷出具有适当仰角和旋转角的燃气流，遇到提前经中心火种燃气进管10进入，在中心火种燃气混合器9中与空气混合的混合燃气，从中心火种燃气喷头8喷入防风碗6内，被点火针7点燃的“长明火”后发生急速燃烧，火焰变成急促刚挺的蓝焰。接着点燃旋转火焰进入压迫式环形火道5，在耐火外环3与耐火中心柱4形成的狭窄渐开的火道，在火道的表面活性、催化和稳焰作用下，表面形成一薄层炽热燃烧和辐射红外线，蓝焰经过火道15mm高度变成暗红色(500度)-亮红色-火道口处(50mm高)时变成“包心”形的70～90mm高度淡桔黄短焰(1150度)。如果是压锅状态6～8分钟，火焰变成白亮色(1500度)，火焰外轮廓模糊(准无焰)。 

本发明可以通过调节混合气第三次混合喷孔2a每一排喷嘴的数量、直径、仰角和旋转角，实现在火焰最佳时炉膛不啸叫；通过调节不同大小的耐火外环3和耐火中心柱4，实现调节不同大小的火焰形状；在灶芯停机时，要延长鼓风机吹风10分钟，以免筒形外壳1及碗形内壳2等部件的过热融化。 

Claims (8)

1.一种商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，包括筒形外壳(1)，在筒形外壳(1)底部设有主进风口(1a)，其特征在于，所述的筒形外壳(1)内设有碗形内壳(2)，在碗形内壳(2)上放置有耐火外环(3)，在耐火外环(3)内设有耐火中心柱(4)，耐火中心柱(4)的外壁与耐火外环(3)的内壁形成直径逐渐变大的压迫式环形火道(5)；在耐火中心柱(4)底部固定有防风碗(6)，防风碗(6)位于碗形内壳(2)的底部内侧，在防风碗(6)侧面设有中心燃气点火喷孔(6a)并与点火针(7)对应；在防风碗(6)的内底部设有中心火种燃气喷头(8)，在防风碗(6)下部设有连接主燃气进管(13)的主燃气分配器(11)，所述的中心火种燃气喷头(8)下部穿过主燃气分配器(11)连接中心火种燃气混合器(9)，中心火种燃气混合器(9)连接中心火种燃气进管(10)；主燃气分配器(11)上端接碗形内壳(2)底部中心，主燃气分配器(11)的底部设有一圈燃气喷孔(11a)与筒形外壳(1)底部的主进风口(1a)相对；在碗形内壳(2)外侧底部紧贴有碗形窄缝预混器(12)，碗形窄缝预混器(12)的侧壁将外壳(1)内壁与碗形内壳(2)外壁构成的混合气通道分隔成第一混合通道(12a)和第二混合通道(12b)，在碗形窄缝预混器(12)的上端分布有多个混合气第二次混合缺口(12c)；在压迫式环形火道(5)下部的碗形内壳(2)侧壁上分布有仰角和进入切角不同的多个混合气第三次混合喷孔(2a)。

2.根据权利要求1所述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，其特征在于，所述的压迫式环形火道(5)长度为50～80mm。

3.根据权利要求1所述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，其特征在于，所述耐火中心柱(4)的下部为圆柱体，上部为下小上大的倒锥体。

4.根据权利要求1或3所述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，其特征在于，所述的耐火外环(3)的内表面上部和下部均有向外敞开的喇叭形，耐火外环(3)的内表面中部为圆柱形。

5.根据权利要求4所述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，其特征在于，所述的耐火外环(3)表面上部和下部的内表面喇叭形倾角约为45度。

6.根据权利要求1所述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，其特征在于，所述的中心火种燃气混合器(9)侧面设有通风孔(9a)与主进风口(1a)连通。

7.根据权利要求1所述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，其特征在于，所述碗形窄缝预混器(12)的上端部混合气第二次混合缺口(12c)为长方形，混合气第二次混合缺口(12c)的宽度H与相邻的混合气第二次混合缺口(12c)间隔宽度L之比为1∶2。

8.根据权利要求1所述的商用大功率高效环保无焰红外线灶芯，其特征在于，所述的碗形内壳(2)侧壁上分布的混合气第三次混合喷孔(2a)为上中下三层。

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