CN103443544A - 用于预混式燃烧的改进的气体燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种用于预混式燃烧的气体燃烧器(100)，其定位在燃烧室(50)内并且包括两个部件(1、2)：由用于气体和空气的混合物的分配器(1)限定的第一部件(1)和限定燃烧器壳体的第二部件(2)，所述部件(1、2)靠近但间隔开，分配器(1)具有穿孔的分配表面(3)，被引导朝向燃烧器壳体(2)的气体-空气混合物穿过该穿孔的分配表面(3)，燃烧器壳体(2)也具有穿孔的燃烧表面(15)，在所述穿孔的燃烧表面(15)上产生由所述混合物的燃烧所产生的火焰，从而在燃烧室(50)内产生热负荷。在燃烧室(50)中热负荷不均匀地分布。

Description

用于预混式燃烧的改进的气体燃烧器

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的用于预混式燃烧的气体燃烧器。

背景技术

已知这种气体燃烧器(用于热水器)可为圆筒形构型或者平的构型，并且可由钢或纤维复合材料(或其它已知的合适的材料)制成。这种燃烧器接收气体-空气的混合物，该混合物以已知的方式从外部获得至燃烧器，并且在内部穿过已知的管道供给至燃烧器的一端；该混合物由相对于燃烧器设置在合适位置中的点火电极激发，从而在燃烧器的外侧或者在所述混合物所到达的另一端上产生火焰。燃烧器通常定位在燃烧室中，燃烧室内产生的废气穿过适当的出口从燃烧室排出并且被引导至排气口。

已知这种预混式燃烧的燃烧器包括：已知通常作为“分配器”的第一部件和限定燃烧器的(外部)壳体的第二部件。分配器接收空气-气体的混合物并且存在有该混合物穿过其中的穿孔的分配表面。分配器定位成靠近由穿孔的“燃烧”表面形成的燃烧器壳体，空气-气体的混合物从该“燃烧”表面处出现，并且通过点火电极的启动而在穿孔的“燃烧”表面上产生火焰。如果燃烧器是圆筒形构型的—例如这些部件是圆筒形的并且是同轴的，那么分配器容纳于燃烧器壳体内并在内部接收所述混合物到分配器。

已知燃烧表面由穿孔的表面(具有已知尺寸的孔或缝口)构成，该穿孔的表面例如由钢或钢纤维网孔件或其它合适的材料制成。

分配表面通常由例如由钢制成的、适当地穿孔的表面构成，从而将混合物充分地分配于整个燃烧表面上，并在燃烧表面的全部区域上产生火焰，从而使燃烧器热负荷均等地均匀分布于该燃烧表面的全部区域上(W/cm²燃烧表面)。

还已知一种解决方案，在该方法中燃烧表面实际上产生了分布于其整个区域上的热负荷(火焰存在于整个表面上)，尽管在燃烧表面的特定的点或区域(通常是在火焰感测电极的内部之内的区域)中该负荷相对于平均负荷而变化；其原因是在这些点或区域中获得更高的的火焰信号，这相比于已知的解决方案实现了更好的火焰感测和/或更好的燃烧控制。然而，该解决方案由于实施该控制的火焰信号显著地变化—例如燃烧器中所使用的家用燃气类型变化—而限制了工作功率范围并且不会允许最优的燃烧器控制。

与整个燃烧器表面上产生火焰并且将该燃烧器定位在沿着燃烧室的中心轴线的位置这一情况相关联的是：其中存在有均等地分布于围绕燃烧器的腔室容积内的热负荷。

然而，该解决方案存在多种问题。例如，真实的结果是燃烧器表面的温度是不均匀的：在此方面，与燃烧室的废气出口相对应的区域通常显著地冷于与该出口相对的区域。另外，与产生自与废气出口相对的区域的废气和在燃烧器侧面上传递的那些废气的运动相关的那些区域比与出口相对的区域更热。结果是与穿过热水器燃烧室循环的普通的热传递流体的不均匀的热交换、以及燃烧器表面的不完全的加热，从而影响了热水器的性能。

另外，在点火过程中可能产生大量的噪音(呈“砰”的形式)。除此之外，主要在与用作燃烧过程中的反馈的火焰信号相关联的燃烧控制的那些情况下、但又不限于这些情况，火焰信号与燃烧之间基于燃烧器运转的功率范围的相互关系不是最优的。

最终，在正常工作条件下的和/或气候条件变化的燃烧期间，也可能产生噪音(通常为呼啸声)。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的燃烧器，通过该燃烧器克服了已知燃烧器的缺点。

本发明的特定目的是提供一种燃烧器：该燃烧器的热负荷基于燃烧室的构型和容积而被“调节”。

另一目的是提供一种所述类型的燃烧器：该类型的燃烧器的表面温度平均来讲更均匀。

再一目的是提供一种燃烧器：该燃烧器与已知解决方案相比具有更低的CO和氮氧化物(NO_X)排放。

另一目的是提供一种与已知的燃烧器相比(在应用时，也就是在使用期间)具有较低噪音的燃烧器，以及一种能够进行更好的燃烧控制的燃烧器。

通过根据所附权利要求的燃烧器，获得了对本领域技术人员将会是显而易见的这些目的和其它目的。

附图说明

通过附图将更好地理解本发明，附图作为非限制性的示例而提供，并且附图中：

图1是根据本发明的燃烧器的分解立体图；

图2是图1的燃烧器的侧视图；

图3是沿着图2的线3-3的剖面；

图4是沿着图2的线4-4上的剖面；

图5是沿着图2的线5-5上的剖面；以及

图6是穿过本发明的在热水器燃烧室内的燃烧器的示意性剖面。

具体实施方式

参照所述附图，根据本发明的燃烧器总体上由100表示，并且其包括由用于燃气-空气的混合物(其在经由未示出的已知管道供给至分配器之前已获得)的分配器1限定的第一部件，以及由燃烧器外部壳体2限定的第二部件(其挨近第一部件但与第一部件分离)。分配器1和壳体2在附图中示出的示例中为管状圆筒的构型，但也可为平的构型或其它构型。在本示例中，分配器1在壳体2内部并与壳体2同轴。端部封闭构件17将燃烧器100的端部封闭，其中一个端部封闭构件17有凸缘。

分配器1存在部分穿孔的分配表面3，也就是说，在分配表面3中，区域4(在附图中的中间部分)与区域4a(在附图中的侧向部分)包含性地设置有通孔5，而区域6是完全平滑且为完整的，即，未穿孔。孔5将存在于分配器1与壳体2之间并面向分配器的外部或外侧10的空间或间隙7与分配器的内部部分11相连(即，与面向分配器的与外侧10对置的内侧13的隔室相连)。

以此方式，能够使到达内部部分11的混合物穿过孔5传递至间隙7。由于这些孔在表面3上的位置分布不均匀，因此这种传递在间隙7内以有差别的方式进行，使得不同量的混合物到达燃烧器壳体2。因此存在向壳体2的燃气-空气的混合物的不均匀供给。

该壳体2包括燃烧表面15，燃烧表面15具有面向间隙7的内侧16、以及在其上形成火焰(通过借助于未示出的已知的点火电极将混合物“点燃”而实现)的外侧18。燃烧表面15存在多个贯通缝口和通孔20，这些贯通缝口和通孔20将间隙7与壳体2的外侧18相连，并且使得混合物能够穿过至该壳体2上，从而形成火焰。这些贯通缝口和通孔20限定了位于燃烧表面15中的且仅部分叠置在分配器1的区域4上的火焰产生区域21。该燃烧表面20位于没有孔并且不产生火焰的区域22侧和/或与区域22交替分布(如视图所示)。

凭借也是基于燃烧表面15而限定的分配器表面3的特殊形状，燃烧器100能够产生刻意的不均匀的热负荷，其中，混合物不均匀地外流至燃烧表面15上，并且因此在燃烧表面上产生了不均匀的火焰。

根据附图的实施方式，在分配器的区域4与4a于每个火焰生成区域21中彼此相向的地方，燃烧器的热负荷更高；而在这些区域未相互叠置和/或包含仅由分配器3的面向燃烧器壳体2的区域22的区域(例如附图的示例的侧向区域4a)所分配的混合物量的地方，热负荷较低(低于总体平均负荷)。

不仅通过从分配器的每个表面部分处将孔去掉，而且通过改变分配器的孔5之间的间距和直径、和/或改变燃烧表面20上的缝口和孔的位置和尺寸或者分配器的孔5与燃烧器壳体2的孔之间的相互布置，由此以此方式来改变离开表面3和15的混合物的量的分布，从而能够进一步加强并实现热负荷的改变和不均匀性。替代地或除此以外地，能够通过将燃烧器100设置在偏心的位置来改变设置有该燃烧器100的常规燃烧室50内的热负荷。将燃烧器100设置在偏心的位置与将燃烧器100沿着燃烧室的纵向中心轴线定位的常规做法(如图6所示)相反。

因此，凭借本发明，能够基于燃烧器100自身的几何结构、基于燃烧室50的几何结构、以及基于用于使废气(经由排气口60)离开的排出通路，来适配燃烧器100的热负荷。这能够获得多个优点。

例如，通过在通常较凉的区域增加热负荷(用以使工作功率相同)以及在通常较热的区域减少热负荷—这也是为了使工况相同，能够实现燃烧器100在整个燃烧表面15上的分布更均匀的冷却。这使得能够与以下情况无关地获得平均来讲更加均匀的表面温度：特定的表面部分相比于相邻的或定位在废气排气口前方的其它部分与更强的热流接触。

另外，通过适当地选择燃烧器壳体2的具有特定热负荷的区域21(例如通过改变分配器孔5的直径或位置或者改变燃烧表面20中孔和缝口的形状与布置从而改变混合物的离开速度)，能够(通过降低噪音)改进在燃烧器点火和火焰传播期间的噪音。

另外，通过避免沿着相对置的边缘2A和2B—边缘2A和2B限定了具有穿孔的燃烧表面2的燃烧区域—来设置分配器1的孔5，能够实现CO和氮氧化物(NO_X)的排放的显著降低。如果未进行上述设置，那么在此区域中会产生特别高的燃烧温度和特别高的表面温度，以至于会对上述参数带来负面影响。

通过本发明，即便在工作CO₂改变时，还能够在稳定工作状态下以及不同环境条件下获得较低的燃烧噪音。这使得燃烧器能够具有更大的工作灵活性：例如，其能够通过临时设定高CO₂值—所述高CO₂值在已知的燃烧器解决方案的情况下可能产生噪音和呼啸声—从而有助于通常执行自我验证功能的电子燃烧控制系统的使用，并有助于燃烧器的自动校准。

由于燃烧器壳体2的区域存在产生可变热负荷的这一情况，因此，能够将常规的火焰感测电极(或等同的元件)设置在燃烧器的适当区域中(例如将常规的火焰感测电极定位成经过不同热负荷的区域)，从而提高被感测的火焰信号与在不同工作功率下以及在变化的家用燃气类型的情况下的燃烧之间的相互关系，所述变化的家用燃气类型例如为从2代家用燃气(甲烷)改变至3代家用燃气(LPG液化石油气)。在此方面，已知的是在监测火焰的过程中，获得了作为功率和燃烧的函数的火焰信号，该信号通常在两种燃气族之间具有不同的动态。通过本发明，用于两种燃气族的这些信号使彼此接近至这样的点：即便对所使用的燃气类型存在设定错误(例如，将燃烧器设定为基于甲烷而操作，但供给了LPG)，其仍能保持在安全操作的环境或范围中。这使得能够将具有相关控制系统的燃烧器构造为：能够以不同的燃气族来工作、而不必对装置(例如热水器)的内部部件进行改造。通过研发用于这种系统的控制算法的具体函数，还能够识别供给于燃烧器的燃气族，从而使得该燃烧器的工作参数能够被半自动地或自动地适应于在燃烧器入口处所感测到的燃气族。

这些功能中的一种功能例如可以是：在特定的操作阶段中确定当工作参数改变时—例如当气流由于固定的空气流而变化时或者反过来当空气体积由于固定的气流而变化时—火焰信号的动态(一种燃气族与另一种燃气族之间会有显著差异)。

最终，如果在安装期间已经不正确地设定了气体类型，那么火焰信号与工作拉姆达系数—即限定空气与气体之间比率的系数—之间的相互关系意味着：如果燃气族改变，那么本发明能够将CO的值保持在法定限制之下，并且将CO₂数值保持为接近最优的工作值，从而保证了装置的操作安全性。

已经描述了本发明的多种实施方式。根据上文还可能有其它实施方式，所述其它变体被视为落入了由以下权利要求限定的本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于预混式燃烧的气体燃烧器(100)，所述气体燃烧器(100)定位在燃烧室(50)内并包括两个部件(1、2)：由用于气体和空气的混合物的分配器(1)限定的第一部件和限定燃烧器壳体的第二部件(2)，所述部件(1、2)靠近但间隔开，所述分配器(1)具有穿孔的分配表面(3)，被引导朝向所述燃烧器壳体(2)的气体-空气混合物穿过所述分配表面(3)，所述燃烧器壳体(2)也具有穿孔的燃烧表面(15)，在所述燃烧表面(15)上产生由所述混合物的燃烧所引起的火焰，从而在所述燃烧室(50)内产生热负荷，其特征在于，在所述燃烧室(50)内的所述热负荷不均匀地分布。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于包括朝向所述燃烧器壳体(2)的所述空气-气体混合物的不均匀的分布，所述不均匀的混合物分布产生了在所述燃烧室内的所述热负荷的不均匀的分布。

3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述分配器(1)的分配表面(3)至少部分地穿孔，通过以不均匀的间距存在于所述表面(3)中的通孔和/或通过所述孔(5)的直径差异，使得混合物分布在所述表面(3)上不均匀。

4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，所述分配器(1)的分配表面(3)部分地穿孔并且存在至少一个设置有通孔(5)的区域(4、4a)和至少一个未穿孔的区域(6)，所述构造使得所述气体-空气混合物能够不均匀地分布。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧表面(15)存在至少一个设置有通孔和/或贯通缝口(20)且通过其产生火焰的火焰产生区域(21)、和至少一个未设置有孔且不产生火焰的区域(22)。

6.根据权利要求3、4和5所述的燃烧器，其特征在于，所述分配器(1)的所述穿孔区域(4、4a)仅与所述燃烧器壳体(2)的所述火焰产生区域(21)部分地对应。

7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述分配器(1)的所述孔(5)的至少一部分和/或所述燃烧器壳体(2)的所述孔和/或缝口(20)的至少一部分存在相互不同的区段。

8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述分配器(1)的所述孔(5)的至少一部分和/或所述燃烧器壳体(2)的所述孔和/或缝口(20)的至少一部分以这样的距离间隔开：所述距离不同于所述分配器(1)的其它孔(5)与所述燃烧器壳体(2)的其它孔(20)之间的距离。

9.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述分配器(1)的设置有所述孔的那些区域(4、4a)与对所述燃烧器壳体(2)的所述穿孔的燃烧表面进行限界的对置的自由边缘(2A、2B)间隔开、或者在任何情况下均不存在于所述对置的自由边缘(2A、2B)中。

10.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于包括以下特征中的至少一个：

-所述分配器(1)和所述燃烧器壳体(2)呈管状圆筒形形状的并且是相互同轴的，在所述部件之间存在有间隙(7)；

-所述燃烧器在所述燃烧室(50)内设置在相对于纵向中心轴线偏心的位置；

-所述热负荷的不均匀的分布是所述燃烧室(50)的构型和/或尺寸的函数。

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