CN105339539A - 气体预混燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了气体预混燃烧器，其包括多孔板、机织丝网或膨胀金属片；以及包括金属纤维的机织、针织或编织的燃烧器甲板，其由多孔板、机织丝网或膨胀金属片所支撑。机织、针织或编织的燃烧器甲板至少包括具有至少1250g/dm3的高密度的区域。具有高密度的区域包括燃烧器甲板的表面的至少25％。

Description

气体预混燃烧器
技术领域
本发明涉及具有包括金属纤维的机织、针织或编织的燃烧器甲板的气体预混燃烧器。这样的气体预混燃烧器例如可以在煮水器或瞬时热水器中被使用。
背景技术
已知的是：具有包括金属纤维的针织或机织织物的气体预混燃烧器，该织物作为被定位在用作气体分布板的多孔板或机织筛网(机织丝网)上的燃烧器甲板。这样的燃烧器有益的是，该燃烧器甲板(例如，针织或机织织物)在热的时候可以自由地膨胀，而多孔板或机织丝网保持足够地冷却。这种燃烧器例如从US4657506和WO2004/092647中是已知的。
发明内容
本发明的主要目的是提供改进的气体预混燃烧器。
本发明的第一方面是气体预混燃烧器，其包括：
-多孔板、机织丝网或膨胀金属片(expandedmetalsheet)；
-机织、针织或编织的燃烧器甲板，包括金属纤维，通过该多孔板、机织丝网或膨胀金属片所支撑。燃烧器甲板是在预混燃气已经流过它之后预混燃气的燃烧在其上发生的表面。
机织、针织或编织的燃烧器甲板至少包括具有至少1250g/dm3的高密度的区域。
具有高密度的区域优选包括燃烧器甲板的表面的至少25％、更加优选是至少30％、更加优选至少40％、甚至更加优选是至少70％。
在优选实施例中，高密度的区域覆盖整个燃烧器甲板。
优选地，具有高密度的区域具有至少1350g/dm3的密度、更优选的是至少1400g/dm3的密度、更优选的是至少1450g/dm3的密度、更优选的是至少1500g/dm3的密度、更优选的是至少1750g/dm3的密度、甚至更优选的是至少2000g/dm3的密度。并且优选地是低于3500g/dm3，更优选的是低于2500g/dm3。
针对燃烧器甲板的密度的值可以通过压缩织物到特定厚度以用作燃烧器甲板而被设置。
优选地，具有高密度的区域不经由金属结合剂而被连接到支撑机织、针织或编织的燃烧器甲板的多孔板、机织丝网或膨胀金属片。
已知的是，其中通过燃烧器生成热量的煮水器会显示热声不稳定性。结果是，噪声可能非常恼人。在气体预混燃烧器中，空气由风扇馈送并且与燃烧气体混合(例如凭借文丘里管)并且在预混腔中引入，在其之后，气体与空气的预混在流经多孔燃烧器甲板之后燃烧。热烟道气体将其热能转换到热交换器中的流体，在其之后，烟道气体通过烟囱排出。煮水器的部件的组合导致噪声被生成，例如通过流经风扇的气体生成。火焰的存在可以放大存在的任何噪声从噪声不可听见的级别到非常恼人的级别。噪声是驻波。火焰随时间并不是恒定的。火焰中的短期波动可与导致驻波的放大(并因此导致噪声的放大)的噪声的频率相一致。该过程被称为热声不稳定性。燃烧器需要在一定的负载范围内以及在空气与气体的比率范围内操作。这就形成了煮水器的操作的大范围的可能条件，每种条件均需要操作足够安静，这意味着声学不稳定性应该在燃烧器的调制的整个范围内足够低。不同参数之间的相互作用被认为是非常复杂并且尚未理解。已知的方案在煮水器中使用消声器，然而这是昂贵的方案。
令人惊讶的是，本发明的气体预混燃烧器已经显示出具有比现有技术的气体预混燃烧器显著更低的热声不稳定性。
针织燃烧器甲板的使用是优选的，因为其允许制造具有更复杂的双曲度燃烧器甲板形状的燃烧器。针织燃烧器甲板可以使用包括不同长度的金属纤维的纺纱，使用金属复丝纱，或使用金属单丝。
在优选实施例中，机织、针织或编织的燃烧器甲板包括具有比具有高密度的区域的密度更小的密度的一个或多个区域。
优选地，具有比高密度的区域的密度更小的密度的一个或多个区域具有低于1100g/dm3的密度，优选低于1000g/dm3，但优选高于800g/dm3，更优选高于900g/dm3。
优选地，具有比高密度的区域的密度更小的密度的一个或多个区域覆盖燃烧器甲板的表面的至少20％、更加优选是至少30％、甚至更加优选是至少40％。
具有不同密度的区域的燃烧器甲板可以通过织物被用于燃烧器甲板的不同区域的不同的压缩水平而获得。
具有不同密度的区域的实施例已经示出提供协同效应，其中燃烧器甲板具有比高密度区域的密度更低的密度的这样的区域的存在减小了声学不稳定性。
在优选实施例中，气体预混燃烧器的燃烧器甲板的一个或多个区域是双曲度的；并且燃烧器甲板的具有比具有高密度的区域的密度更小的密度的一个或多个区域包括燃烧器甲板的双曲度的一个或多个区段的至少部分或者优选是全部部分。
若表面在其上的一个点处是双曲度的，在该点处不存在这样的方向：其中在该点的曲率半径是无穷的。作为示例，圆柱形燃烧器是具有单曲度表面的燃烧器。球是在其整个表面上双曲度的物体。
该优选实施例允许易于生产根据本发明的双曲度燃烧器。在将形成燃烧器甲板的织物被较小压缩的区域中，其可以更容易地被形变，允许将织物悬垂及安装在支撑多孔板、机织丝网或膨胀金属片上，同时获得较少热声不稳定性的协同效益和使用织物作为燃烧器甲板的好处。
针织燃烧器甲板的使用是优选的，因为针织织物通过将被用作燃烧器甲板的针织织物的不同压缩级别而允许更容易地设定不同级别的密度。
在本发明优选的实施例中，具有高密度的区域并不覆盖燃烧器甲板的具有小于5mm的、优选小于8mm的最小曲率半径的点。
几何上，在燃烧器甲板的每个点处，许多曲率半径可以被定义；它们中的每个都与根据包含到燃烧器甲板在所考虑的点处的法线的平面的特定剪切相关联。该平面与燃烧器甲板的相交形成轨道。曲率半径是在相交平面中的圆的半径，其在所考虑的点处密切二阶的轨迹。在包含穿过所考虑的点的法线，具有关联的轨迹与曲率半径的所有这些可能的平面中，最小的半径可以针对燃烧器甲板的每个位置而被确定。
在本发明的优选实施例中，燃烧器甲板的具有比具有高密度的区域的密度更小的密度的一个或多个区域包括燃烧器甲板的周界。这样的燃烧器已经示出更好的结果。
在本发明的优选实施例中，燃烧器甲板包括具有低于900g/dm3的密度、优选低于750g/dm3的密度的区域。优选地，燃烧器包括电离电极和/或点火电极，并且具有低于900g/dm3(优选地低于750g/dm3)的密度的区域被设置在电离电极的位置处和/或在点火电极的位置处。
优选地，具有低于900g/dm3(优选的是低于750g/dm3)的密度的区域覆盖燃烧器甲板的表面的小于20％、更优选是小于10％。
这样的实施例具有特定的协同效益：
-当点火笔被安装在这样的区域处时，燃烧器的点火被可靠地推动，消除了不良、迟的或嘈杂点火问题。
-当电离笔被安装在这样的区域处时，凭借电离笔的电离电流测量可以被用在该燃烧器的宽的负载范围中并作为气体预混燃烧器的空气与气体比率的可靠指示，并因此作为供应到气体预混燃烧器的用于空气与气体比率的调制的输入。改进的调制有助于避免声学不稳定性，因为燃烧器可以被更好地控制以避免落入可能发生声学不稳定性的操作范围中。
在本发明的优选实施例中，燃烧器甲板在其全部表面上具有恒定的密度。
优选地，燃烧器甲板具有大于1000g/m2的、优选大于2000g/m2的、并且优选小于2750g/m2的每单位面积的质量。织物可以被用于燃烧器甲板的示例是具有1250g/m2或1400g/m2或2400g/m2的具体重量的针织织物。
在优选实施例中，燃烧器甲板在其全部表面上具有恒定的每单位面积的质量。
在优选实施例中，燃烧器甲板并不在其全部表面上被结合到支撑燃烧器甲板的多孔板、机织丝网或膨胀金属片。
在本发明的优选实施例中，燃烧器甲板例如经由点焊或线焊被结合到支撑燃烧器甲板的多孔板、机织丝网或膨胀金属片。
在本发明的优选实施例中，燃烧器甲板在燃烧器甲板的边缘区域处被结合到多孔板、机织丝网或膨胀金属片，并且优选地仅在燃烧器甲板的边缘区域被结合。
在优选实施例中，燃烧器甲板在其表面的至少部分上被软焊到多孔板、机织丝网或膨胀金属片。优选地，软焊在燃烧器甲板的表面的至少50％上、更有选在其表面的至少75％上、甚至更优选地基本上在其全部表面上或在其整个表面上被执行。优选地，软焊被执行(例如，凭借电容器放电焊接)使得当从多孔板、机织丝网或膨胀金属片拉伸该机织、针织或编织的燃烧器甲板时，在机织、针织或编织的燃烧器甲板与该多孔板、机织丝网或膨胀金属片之间的软焊的结合破裂，而不是在机织、针织或编织的燃烧器甲板中发生破裂。确定燃烧器甲板是软焊的测试方法是以剥离模式拉伸：该燃烧器甲板的边缘部分从多孔板、机织丝网或膨胀金属片被移除，并且折叠180°。拉伸该燃烧器甲板随后通过手或钳子而被完成，其中拉伸力在与燃烧器甲板的180°的方向上、平行于多孔板、机织丝网或膨胀金属片而被施加。在拉伸中，该力积聚，直至燃烧器甲板从支撑多孔板、机织丝网或膨胀金属片逐步剥离，使得在支撑的多孔板、机织丝网或膨胀金属片上不留下燃烧器甲板的金属纤维(指示发生了软焊)；或直至至少部分地逐步破坏燃烧器甲板，其中燃烧器甲板的金属纤维保持附着到支撑多孔板、机织丝网或膨胀金属片(指示没有软焊发生)。在描述的“剥离模式中拉伸”的极限以内，燃烧器甲板是否被软焊到支撑多孔板、机织丝网或膨胀金属片的结论与另外的参数独立。
这样的实施例已经示出了对热声不稳定性的减小的进一步的改进。
在燃烧器甲板在其表面的部分上或在其全部表面上经由软焊被结合到多孔板、机织丝网或膨胀金属片的实施例中，使用包括金属纤维的机织、针织或编织的燃烧器甲板的好处得以维持。这些好处在于当燃烧器处于使用中时，机织、针织或编织的燃烧器甲板可以自由地膨胀；并且多孔板、机织丝网或膨胀金属片保持足够地冷却。
优选地，机织、针织或编织的燃烧器甲板包括纺纱或由纺纱构成，其包括不同长度的金属纤维。
在优选实施例中，机织、针织或编织的燃烧器甲板包括纱，该纱包括金属丝或由金属丝构成。金属丝意指几乎无穷长的纤维。包括金属丝的纱可以是金属复丝纱或者可以是金属单丝纱。
在优选实施例中，燃烧器甲板是置于多孔板、机织丝网或膨胀金属片上的机织、针织或编织织物的一层。
在优选实施例中，燃烧器甲板是使用包括以横截面上多个金属丝或金属短纤维或由其构成的纱，或使用由金属单丝构成的纱而被针织、机制或编织的。
在优选实施例中，机织、针织或编织的燃烧器甲板在与多孔板、机织丝网或膨胀金属片的侧不同的一侧的表面并未被另一金属物体所覆盖，使得机织、针织或编织的燃烧器甲板的表面在燃烧器处于使用中时是在其上燃烧发生的表面。
优选的金属纤维的示例是不锈钢纤维。不锈钢纤维特定优选的范围是铬和铝，其包括如在DIN1.4767中的不锈钢纤维，例如：作为商标FeCrAlloy已知的。
优选的是具有小于50μm、更有选小于40μm的等效直径的金属纤维。纤维的等效直径意指具有与该纤维的横截面面积相同的圆的表面面积的直径。
用于本发明的具有小于50微米或小于40微米、例如小于25微米的等效直径的优选金属纤维(例如不锈钢纤维)可以通过集束拉拔技术获得。该技术例如在US-A-2050298、US-A-3277564和US-A-3394213中公开。金属丝形成起始材料并且覆盖有诸如铁或铜之类的涂层。一束被覆盖的丝基本上被封装在金属管中。此后，因而被封装的管经由后续的丝拉拔步骤而在直径上被减小，从而来到具有较小直径的复合束。随后的丝拉拔步骤可以或可以不被允许进一步的拉伸的适当的热处理所交替。在复合束以内，初始丝已经被转变为细纤维，其被分别嵌入在覆盖材料的基体中。这样的束优选包括不多于2000个纤维，例如在500与1500个纤维之间。一旦期望的最终直径已经获得，覆盖材料例如可以通过在适当的浸出剂或溶剂的溶液而被移除。其结果是金属纤维的束。
可替代地，用于本发明的诸如不锈钢纤维之类的金属纤维可以通过加工薄板材料而以具有成本效益的方式被制造。这样的过程例如在US-A-4930199中公开。薄金属板的带是起始材料。该带围绕可旋转支撑的主轴被缠绕数次并且被固定到其上。该主轴以恒定速度在与板材料被缠绕的方向相反的方向上旋转。具有垂直于主轴的轴线延伸的边缘线的切割器以恒定速度馈送。切割器具有平行于主轴的轴线的特定面角。板材料的末端表面凭借切割器被切割。
然而生产用于本发明的金属纤维的可替代方法是经由从金属或金属合金的熔液的提取或挤出。
生产用于本发明的金属纤维的另一可替代方法是从金属的固体块加工纤维。
针对用于本发明的针织织物、编织织物或机织织物的生产的包括金属纤维或由其构成的纱例如可以纺自牵切纤维(诸如集束拉拔牵切纤维)和/或例如由刨削或加工纤维制成的纱。该纱可以是合股纱，例如，双股，三股……从金属纤维制成的优选织物具有介于0.6与3kg/m2之间的、优选介于0.7与3kg/m2之间的、甚至更优选介于1.2与2.5kg/m2之间的每单位面积的质量。
针织织物、编织织物或机织织物也可以包括金属单丝。针织织物、编织织物或机织织物例如可以由金属单丝制成。
在优选实施例中，针织织物、编织织物或机织织物具有介于0.6与1.3kg/m2之间的、更有选介于0.6与0.9kg/m2之间的每单位面积的质量。
优选地，本发明的气体预混燃烧器适用于在煮水器或热水器中使用。
本发明的第二方面是包括如在本发明的第一方面中的气体燃烧器的煮水器或热水器。
本发明的不同实施例的和不同示例的特征可以被结合，同时保持在本发明的范围以内。
附图说明
图1示出了本发明的气体预混燃烧器的示例。
图2示出了具有双曲度燃烧器甲板的本发明燃烧器的示例。
图3和图4示出了图2的燃烧器的横截面。
图5示出了用于图2的燃烧器的燃烧器甲板的针织织物。
图6示出了具有双曲度燃烧器甲板的本发明燃烧器的另一示例。
图7和图8示出了图6的燃烧器的横截面。
具体实施方式
图1示出了本发明的气体预混燃烧器100的示例。气体预混燃烧器100具有单曲度针织燃烧器甲板。针织织物由针织成织物的纺不锈钢纤维纱构成。针织燃烧器甲板110由膨胀金属片130支撑。针织燃烧器甲板110具有不同密度的两个区域。具有高密度的区域140和在其处安装有点火笔的具有较低密度的区域160。以相同的方式，具有较低密度的区域可以在电离电极处被预见。还可能的是提供燃烧器有均匀密度的燃烧器甲板，该均匀密度等于图1的燃烧器100的高密度的区域140的密度。
表I总结了利用图1的燃烧器的试验结果。所有试验已经利用相同的燃烧器的几何形状(除了修改针织燃烧器甲板，如表I所示)以及利用针织燃烧器甲板的均匀密度而执行。
表I：针对具有恒定密度的燃烧器甲板的结果
A：针织燃烧器甲板的每单位面积的质量(g/m2)；
B：针织燃烧器甲板的密度(g/dm3)；
C：热声(TA)不稳定性的观测
图2示出了根据本发明的气体预混燃烧器200的示例，其具有包括双曲度区段的燃烧器甲板。燃烧器200包括针织金属纤维纱燃烧器甲板210，其由机织金属丝网(图2中未示出)和金属板235支撑。图3和图4示出了分别沿线III-III以及IV-IV的燃烧器200的横截面。图3和图4示出了支撑针织金属纤维纱燃烧器甲板310、410的机织金属丝网330、430，以及沿着针织金属纤维纱燃烧器甲板310、410的边缘被焊接到针织金属纤维纱燃烧器甲板310、410的板335、435。该焊接操作产生了金属板335、435与针织金属纤维纱燃烧器甲板310、410之间的、以及通过在相同位置处施加的热量也在针织金属纤维纱燃烧器甲板310、410与其支撑机织金属丝网330、430之间的焊接。
图5示出了用于图2中的燃烧器的燃烧器甲板的针织金属纤维纱织物510。织物510示出了具有不同密度的截面。第一截面由高密度的区域541构成。第二截面由区域551构成，其密度小于高密度的区域541的密度。可选的区域560可以以低于900g/dm3的密度(例如，875g/dm3的密度)呈现，其是在该处电离电极和/或点火笔可以有利地被安装的区域。
表II总结了图2至5中所示的燃烧器上执行的试验结果，其与相同燃烧器几何尺寸和现有针织燃烧器甲板比较。
表II：针对具有不同密度水平的燃烧器甲板的结果
A：针织燃烧器甲板的每单位面积的质量(g/m2)；
B：具有高密度的区域的密度(g/dm3)；
C：具有比具有高密度的区域更小的密度的区域的密度(g/dm3)
D：热声(TA)不稳定性的观测
图6示出了根据本发明的气体预混燃烧器的另一示例，其具有双曲度区段。燃烧器600包括针织金属纤维纱燃烧器甲板610，其由机织金属丝网630和金属板635支撑。图7和图8示出了分别沿线VII-VII以及VIII-VIII的燃烧器600的横截面。图7和图8示出了支撑针织金属纤维纱燃烧器甲板710、810的机织金属丝网730、830，以及沿着针织金属纤维纱燃烧器甲板710、810的边缘被焊接到针织金属纤维纱燃烧器甲板710、810的板735、835。该焊接操作产生了金属板735、835与针织金属纤维纱燃烧器甲板310、410之间的、以及通过在相同位置处施加的热量也在针织金属纤维纱燃烧器甲板310、410与其支撑机织金属丝网730、830之间的焊接。
燃烧器甲板610具有单曲度的中央区域642以及双曲度的两个末端区段652。1400g/m2的针织金属纤维织物被用作燃烧器甲板。
在该燃烧器的第一示例中，燃烧甲板的密度在其全部表面上是恒定的，1500g/dm3。
在该燃烧器的第二示例中，燃烧器甲板在双曲度末端区段652处以及在到单曲度中央区域642的过渡处的密度是950g/dm3。在中央区域中的燃烧器甲板的密度是1700g/dm3。
在该燃烧器的两个示例中，燃烧器甲板的选择导致燃烧器的与相同的燃烧器甲板几何形状的现有燃烧器相比改进的热声特性。

Claims (13)

1.一种气体预混燃烧器，包括：
多孔板、机织丝网或膨胀金属片；
包括金属纤维的机织、针织或编织的燃烧器甲板，通过所述多孔板、机织丝网或膨胀金属片所支撑；
其特征在于，所述机织、针织或编织的燃烧器甲板至少包括具有至少1250g/dm3的高密度的区域；其中具有高密度的所述区域包括所述燃烧器甲板的表面的至少25％。
2.根据权利要求1所述的气体预混燃烧器，
其中所述机织、针织或编织的燃烧器甲板包括具有比具有高密度的所述区域的密度更小的密度的一个或多个区域。
3.根据权利要求2所述的气体预混燃烧器，
其中所述燃烧器的所述燃烧器甲板的一个或多个区段是双曲度的；并且
其中所述燃烧器甲板的具有比具有高密度的所述区域的密度更小的密度的所述一个或多个区域包括所述燃烧器甲板的双曲度的所述一个或多个区段的至少部分并且优选是全部部分。
4.根据权利要求2-3所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板的具有比具有高密度的所述区域的密度更小的密度的所述一个或多个区域包括所述燃烧器甲板的周界。
5.根据前述权利要求中任一项所述的气体预混燃烧器，其中具有高密度的所述区域并不覆盖所述燃烧器甲板的具有小于5mm的最小曲率半径的点。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板包括具有低于900g/dm3的密度的一个或多个区域；
并且优选地，其中所述燃烧器包括电离电极和/或点火电极，并且其中具有低于900g/dm3的密度的区域被设置在所述电离电极的位置处和/或在所述点火电极的位置处。
7.根据权利要求1所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板在所述燃烧器甲板的整个表面上具有恒定的密度。
8.根据权利要求1至7所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板在所述燃烧器甲板的整个表面上具有恒定的每单位面积的质量。
9.根据前述权利要求中任一项所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板并不在所述燃烧器甲板的整个表面上被结合到所述多孔板、机织丝网或膨胀金属片。
10.根据前述权利要求1-9所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板例如经由点焊或线焊被局部地结合到所述多孔板、机织丝网或膨胀金属片。
11.根据前述权利要求1-10所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板在所述燃烧器甲板的边缘区域处被结合到所述多孔板、机织丝网或膨胀金属片。
12.根据前述权利要求1-8所述的气体预混燃烧器，其中所述燃烧器甲板在所述燃烧器甲板的表面的至少部分上被软焊到所述多孔板、机织丝网或膨胀金属片。
13.一种煮水器或热水器，包括根据权利要求1-12所述的气体预混燃烧器。
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