CN106500098B - 一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其包括：底座，其设有底槽；混合气室，其内部设有混合腔；外头部，其设有外火孔和外热腔，外热腔设有外微通道组和外排气口；第一引射管，其入口端与一第一喷嘴连接且设有第一富氧空气入口，其出口端与底座连接并与底槽相通；第二引射管，其入口端与第二喷嘴连接且设有第二富氧空气入口，其出口端延伸到外头部内；内头部，其套设于第二引射管的出口端，其设有内火孔和内热腔，内热腔设有内微通道组和内排气口；内外排气口通过管道把富氧空气输送给第一第二富氧空气入口。本发明不需要额外能量便可通过热流逸效应实现燃烧器的富氧燃烧，燃气燃烧充分且稳定，并减少有害气体的产生。

Description

一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器
技术领域
本发明涉及燃烧器领域，特别涉及一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器。
背景技术
为改善城镇生态环境，天然气、液化石油气等燃料广泛应用于商业、居民生活等领域，且多采用大气式燃烧器加以利用。虽然它们被认为是清洁燃料，但毕竟属于化石能源，一方面储量十分有限，另一方面在燃烧过程中仍会释放一定数量的污染物。如何清洁且高效地利用化石能源一直是人们关注的课题。现有大气式燃烧器多是从一次空气、二次空气的补给方式、空间结构、火孔的位置等进行有限改进，如公开号为CN104515131A的中国发明专利，公开了一种燃烧器，虽然增大了空气进气量，但由于空气中氮气含量为78.084％，氧气含量只有20.946％，相对而言氮气增加更多，这可能会导致燃气燃烧不充分，燃烧过程也不稳定，而且氮气会带走燃烧产生的部分热量，使得燃气利用效率低，也不能有效降低CO、NOX等有害气体的产生。富氧燃烧技术是一种节能环保的先进燃气燃烧技术；由于供给燃烧的空气含氧量增多，含氮量相对减少，燃烧所需空气量及产生的烟气量均相应减少，进而可获得更高的燃烧温度和更低的排烟热损失，使燃烧更充分，实现节能；虽然燃烧温度升高，但因进入燃烧系统的氮气量减少，抑制了燃烧过程中NOx的生成，若采取适当措施，仍可有效降低NOx的排放量。但时至今日，鲜有将富氧燃烧技术应用于大气式燃烧器的报道。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，从而克服现有的大气式燃烧器的燃气燃烧不充分、热损失大、燃烧过程不稳定及容易产生CO、NOX等有害气体等的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其包括：底座，其设置有底槽；混合气室，其下端固定在所述底座上；该混合气室的内部设置有一与所述底槽相通的混合腔，所述混合腔的侧壁设置有第一侧空气进口，且所述混合腔的顶壁设置有上出气口；外头部，其下端固定在所述混合气室的上端，且该外头部的中间设置有通孔；该外头部的上端设置有若干个外火孔，从所述上出气口流出的气体流入到所述外火孔；该外头部的内部设置有一位于若干个所述外火孔的下方的外热腔，所述外热腔的底壁设置有与外界相通的外微通道组，所述外热腔的侧壁设置有一外排气口；第一引射管，其入口端与一第一喷嘴连接，且该第一引射管的入口端设置有一第一富氧空气入口；该第一引射管的出口端与所述底座连接并与所述底槽相通；第二引射管，其入口端与一第二喷嘴连接，且该第二引射管的入口端设置有一第二富氧空气入口；该第二引射管的出口端自下至上穿过所述底座和所述混合气室后延伸到所述外头部的通孔内；且该第二引射管的出口端的侧壁设置有第二侧空气进口；以及内头部，其下端固定套设于所述第二引射管的出口端，且该内头部位于所述外头部的通孔内；该内头部的上端设置有若干个内火孔，从所述第二引射管的出口端流出的气体流入到所述内火孔；该内头部的内部设置有一位于若干个所述内火孔的下方的内热腔，所述内热腔的底壁设置有与外界相通的内微通道组，且所述内热腔的侧壁设置有一内排气口；所述内微通道组和所述外微通道组中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程，从而在热流逸效应作用下，所述内热腔和所述外热腔可聚集富氧空气；所述外排气口和所述内排气口通过管道把富氧空气输送给所述第一富氧空气入口和所述第二富氧空气入口。
优选地，上述技术方案中，所述混合腔的外侧壁和内侧壁均设置有所述第一侧空气进口。
优选地，上述技术方案中，所述混合气室的下端固定卡嵌于所述底槽内。
优选地，上述技术方案中，所述混合腔的下端设置有若干个与所述底槽相通的下进气口，且所述混合腔的上端设置有若干个各位于一个所述下进气口的正上方的上出气口。
优选地，上述技术方案中，所述混合气室的下端与所述底槽之间通过螺钉连接，且所述混合气室的下端与所述底槽之间设置有密封垫片。
优选地，上述技术方案中，所述内头部与所述第二引射管的出口端通过螺纹进行连接，且所述外头部与所述混合气室的上端通过螺纹进行连接。
优选地，上述技术方案中，所述外排气口与一第一排气管的一端连接，所述内排气口与一第二排气管的一端连接；所述第一富氧空气入口与一第一进气管的一端连接，且所述第二富氧空气入口与一第二进气管的一端连接；所述第一排气管的另一端和所述第二排气管的另一端同时与一汇流管的一端连接，所述第一进气管的另一端和所述第二进气管的另一端同时与所述汇流管的另一端连接。
优选地，上述技术方案中，所述汇流管上设置有调节阀。
优选地，上述技术方案中，所述外排气口通过一外排气管道与所述第一富氧空气入口和所述第二富氧空气入口的其中一个连接，且所述内排气口通过一内排气管道与所述第一富氧空气入口和所述第二富氧空气入口的另一个连接。
优选地，上述技术方案中，每个所述外火孔为一凹设于所述外头部的上端的外火槽，且所述外头部的上端设置有一盖设于所有的所述外火槽上的外火盖；每个所述内火孔为一凹设于所述内头部的上端的内火槽，且所述内头部的上端设置有一盖设于所有的所述内火槽上的内火盖。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的燃气在外火孔和内火孔中燃烧时，外热腔和内热腔的温度会高于外界的温度，从而产生温度差，以利用热流逸效应，使空气中的氧气分子能够通过外微通道组和内微通道组分别进入外热腔和内热腔，而氮气分子却难以进入，外热腔和内热腔中形成的富氧空气经管道输送给第一引射管和第二引射管与燃气和空气混合，以实现大气式燃烧器的富氧燃烧，使得燃气燃烧更加充分，从而可节约燃气，并减少CO、NOX等有害气体的产生；且热流逸效应只需燃气燃烧的热能即可产生，不需额外能量，外热腔和内热腔还同时对制取的富氧空气进行了预热，提升了燃烧稳定性。
附图说明
图1是根据本发明基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器的立体结构示意图。
图2是根据本发明的图1的分解结构示意图。
图3是根据本发明的混合气室与外头部进行配合连接的立体剖视图。
图4是根据本发明的第二引射管与内头部进行配合连接的立体剖视图。
主要附图标记说明：
1-底座，11-底槽；2-混合气室，21-混合腔，22-下进气口，23-第一侧空气进口，24上出气口；3-外头部，31-外火孔，32-外热腔，33-外微通道组，34-外排气口，35-外火盖；4-第一引射管，41-第一喷嘴，42-第一富氧空气入口；5-第二引射管，51-第二喷嘴，52-第二富氧空气入口，53-第二侧空气进口；6-内头部，61-内火孔，62-内热腔，63-内微通道组，64-内排气口，65-内火盖；7-汇流管，71-第一排气管，72-第二排气管，73-第一进气管，74-第二进气管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1至图4显示了根据本发明优选实施方式的一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器的结构示意图，该基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器包括底座1、混合气室2、外头部3、第一引射管4、第二引射管5以及内头部6，参考图1和图2，底座1的中间设置有通孔，其整体呈圆环体状，底座1设置有底槽11，底槽11凹设于底座1的上端。混合气室2也是在中间设置有通孔，其整体也呈圆环体状，混合气室2下端固定在底座1上，混合气室2的内部设置有一与底槽11相通的混合腔21。优选地，混合气室2的下端整体固定卡嵌于底槽11内，混合气室2的下端可以与底槽11之间通过螺钉连接，且混合气室2的下端与底槽11之间设置有密封垫片，以提高密封性能，防止气体泄露。混合气室2的混合腔21的侧壁设置有第一侧空气进口23，且混合腔21的顶壁设置有上出气口24，底槽11内的气体进入到混合腔21后与从第一侧空气进口23进入的空气混合在一起，然后通过上出气口24向外排出。优选地，混合腔21的外侧壁和内侧壁均设置有第一侧空气进口23。且进一步优选地，混合腔21的下端设置有若干个与底槽11相通的下进气口22，且混合腔21的上端设置有若干个各位于一个下进气口22的正上方的上出气口24，从而使下进气口22和上出气口24在轴向上一一对应，以保证混合气体流动的畅通。
继续参考图1，外头部3的下端固定在混合气室2的上端，且外头部3的中间也设置有通孔，外头部3整体也呈圆环体状。外头部3的上端设置有若干个外火孔31，从上出气口24流出的气体流入到外火孔31并进行燃烧。若干个外火孔31可以沿同一圆周均匀地设置于外头部3的上端，优选地，每个外火孔31为一凹设于外头部3的上端的外火槽，且外头部3的上端设置有一盖设于所有的外火槽上的外火盖35，从而由外火盖35盖住外火槽的上端以闭合成孔槽。如图3所示，混合气室2的上端直接固定套设于外头部3的通孔内，外头部3与混合气室2的上端可以通过螺纹进行连接。外头部3的内部设置有一位于若干个外火孔31的下方的外热腔32，燃气在外火孔31内燃烧时，会把热量传递给外热腔32，以使外热腔32内的温度高于外界环境温度。外热腔32的底壁设置有与外界相通的外微通道组33，且外热腔32的侧壁设置有一外排气口34。
继续参考图1和图2，第一引射管4的入口端与一第一喷嘴41连接，且第一引射管4的入口端设置有一第一富氧空气入口42，第一喷嘴41用于把燃气输送给第一引射管4。第一引射管4的出口端与底座1连接，以固定在底座1上，且第一引射管4的出口端与底槽11相通。第二引射管5的入口端与第二喷嘴51连接，且第二引射管5的入口端设置有一第二富氧空气入口52，第二喷嘴51用于把燃气输送给第二引射管5。第二引射管5的出口端自下至上穿过底座1和混合气室2后延伸到外头部3的通孔内，并与外火孔31对应。第二引射管5的出口端的侧壁设置有第二侧空气进口53。
继续参考图2，内头部6的下端固定套设于第二引射管5的出口端，且内头部6位于外头部3的通孔内。内头部6与第二引射管5的出口端可以通过螺纹进行连接。内头部6的上端设置有若干个内火孔61，从第二引射管5的出口端流出的气体流入到内火孔61并进行燃烧。参考图4，若干个内火孔61可以沿同一圆周均匀地设置于内头部6的上端，优选地，每个内火孔61为一凹设于内头部6的上端的外火槽，且内头部6的上端设置有一盖设于所有的外火槽上的外火盖65，从而由外火盖65盖住外火槽的上端以闭合成孔槽。内头部6的内部设置有一位于若干个内火孔61的下方的内热腔62，燃气在内火孔61内燃烧时，会把热量传递给内热腔62，从而使内热腔62内的温度高于外界环境温度。内热腔62的底壁设置有与外界相通的内微通道组63，且内热腔62的侧壁设置有一内排气口64。内微通道组63和外微通道组33的作用是使内热腔32和外热腔62与外界环境相通，利用外界环境作为冷腔。内微通道组63和外微通道组33中每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程。由于空气中氮气含量为78.084％，氧气含量为20.946％，二氧化碳、稀有气体、水蒸气等含量只有约0.97％，所以分离的重点在于主体成分氧气、氮气的分离。鉴于在相同温度、压力条件下，氧气分子平均自由程大于氮气分子平均自由程，在设计工况及常规变工况范围内，当外热腔32和内热腔62的温度高于外界环境时，在热流逸效应的作用下，外界环境的空气中的氧气分子始终可以从内微通道组63和外微通道组33分别进入到内热腔62和外热腔32中，氮气分子却不能进入，只有当压力、温度等变化至较极端的区间时，氮气分子才有可能从内微通道组63和外微通道组33分别进入到内热腔62和外热腔32中，从而使本发明整体效果体现为能够在内热腔62和外热腔32中制得富氧空气。外排气口34和内排气口64通过管道把富氧空气输送给第一富氧空气入口42和第二富氧空气入口52，从而向第一引射管4和第二引射管5输送富氧空气。
优选地，继续参考图1和图2，外排气口34与一第一排气管71的一端连接，内排气口64与一第二排气管72的一端连接，第一富氧空气入口42与一第一进气管73的一端连接，且第二富氧空气入口52与一第二进气管74的一端连接。第一排气管71的另一端和第二排气管72的另一端同时与一汇流管7的一端连接，第一进气管73的另一端和第二进气管74的另一端同时与汇流管7的另一端连接。外热腔32和内热腔62收集到的富氧空气分别经过第一排气管71和第二排气管72进入到汇流管7内集中起来，然后再分别通过第一进气管73和第二进气管74输送给第一引射管4和第二引射管5。进一步优选地，汇流管7上设置有调节阀，以用于调节汇流管7中的富氧空气流量，从而控制进入第一引射管4和第二引射管5中的富氧空气流量。或者，也可以优选地，外排气口34通过一外排气管道与第一富氧空气入口42和第二富氧空气入口52的其中一个连接，且内排气口64通过一内排气管道与第一富氧空气入口42和第二富氧空气入口52中的另一个连接，从而使第一富氧空气入口42和第二富氧空气入口52分别单独对第一引射管4和第二引射管5输送富氧空气。
本发明在刚开始燃烧时，第一喷嘴41和第二喷嘴51分别向第一引射管4和第二引射管5输送燃气，燃气从第一引射管4输送到底槽11，再从下进气口22进入到混合腔21，同时空气从第一侧空气进口23进入到混合腔21与燃气混合后从上出气口24排出到外火孔31进行燃烧。而燃气从第二引射管5输送到出口端时，与从第二侧空气进口53进入的空气混合后排出到内火孔61进行燃烧。在燃烧的过程中，外热腔32和内热腔62内的温度升高，以与外界环境产生温度差，在热流逸效应的作用下，外热腔32和内热腔62便能够收集到去除氮气的富氧空气，然后经管道分别输送给第一引射管4和第二引射管5，富氧空气再与第一引射管4和第二引射管5内的燃气和空气混合，最后一起在外火孔31和内火孔61中燃烧，从而实现大气式燃烧器的富氧燃烧，其使得燃气燃烧更加充分，可以节约燃气，并减少CO、NOX等有害气体的产生，且热流逸效应由外火孔31和内火孔61直接提供热量，其不需额外能量，同时在外热腔32和内热腔62中对制取的富氧空气进行了预热，从而能够提升燃烧稳定性。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，包括：
底座，其设置有底槽；
混合气室，其下端固定在所述底座上；该混合气室的内部设置有一与所述底槽相通的混合腔，所述混合腔的侧壁设置有第一侧空气进口，且所述混合腔的顶壁设置有上出气口；
外头部，其下端固定在所述混合气室的上端，且该外头部的中间设置有通孔；该外头部的上端设置有若干个外火孔，从所述上出气口流出的气体流入到所述外火孔；该外头部的内部设置有一位于若干个所述外火孔的下方的外热腔，所述外热腔的底壁设置有与外界相通的外微通道组，且所述外热腔的侧壁设置有一外排气口；
第一引射管，其入口端与一第一喷嘴连接，且该第一引射管的入口端设置有一第一富氧空气入口；该第一引射管的出口端与所述底座连接并与所述底槽相通；
第二引射管，其入口端与一第二喷嘴连接，且该第二引射管的入口端设置有一第二富氧空气入口；该第二引射管的出口端自下至上穿过所述底座和所述混合气室后延伸到所述外头部的通孔内；且该第二引射管的出口端的侧壁设置有第二侧空气进口；以及
内头部，其下端固定套设于所述第二引射管的出口端，且该内头部位于所述外头部的通孔内；该内头部的上端设置有若干个内火孔，从所述第二引射管的出口端流出的气体流入到所述内火孔；该内头部的内部设置有一位于若干个所述内火孔的下方的内热腔，所述内热腔的底壁设置有与外界相通的内微通道组，且所述内热腔的侧壁设置有一内排气口；所述内微通道组和所述外微通道组中的每个微通道的特征尺寸不大于氧气分子的平均自由程且大于氮气分子的平均自由程，从而在热流逸效应作用下，所述内热腔和所述外热腔可聚集富氧空气；所述外排气口和所述内排气口通过管道把富氧空气输送给所述第一富氧空气入口和所述第二富氧空气入口。
2.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述混合腔的外侧壁和内侧壁均设置有所述第一侧空气进口。
3.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述混合气室的下端固定卡嵌于所述底槽内。
4.根据权利要求3所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述混合腔的下端设置有若干个与所述底槽相通的下进气口，且所述混合腔的上端设置有若干个各位于一个所述下进气口的正上方的上出气口。
5.根据权利要求3所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述混合气室的下端与所述底槽之间通过螺钉连接，且所述混合气室的下端与所述底槽之间设置有密封垫片。
6.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述内头部与所述第二引射管的出口端通过螺纹进行连接，且所述外头部与所述混合气室的上端通过螺纹进行连接。
7.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述外排气口与一第一排气管的一端连接，所述内排气口与一第二排气管的一端连接；所述第一富氧空气入口与一第一进气管的一端连接，且所述第二富氧空气入口与一第二进气管的一端连接；所述第一排气管的另一端和所述第二排气管的另一端同时与一汇流管的一端连接，所述第一进气管的另一端和所述第二进气管的另一端同时与所述汇流管的另一端连接。
8.根据权利要求7所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述汇流管上设置有调节阀。
9.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，所述外排气口通过一外排气管道与所述第一富氧空气入口和所述第二富氧空气入口的其中一个连接，且所述内排气口通过一内排气管道与所述第一富氧空气入口和所述第二富氧空气入口的另一个连接。
10.根据权利要求1所述的基于热流逸效应的预热富氧大气式燃烧器，其特征在于，每个所述外火孔为一凹设于所述外头部的上端的外火槽，且所述外头部的上端设置有一盖设于所有的所述外火槽上的外火盖；每个所述内火孔为一凹设于所述内头部的上端的内火槽，且所述内头部的上端设置有一盖设于所有的所述内火槽上的内火盖。
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