CN106801868B - 燃烧器单元及采用该燃烧器单元的燃气热水设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃烧器单元，其包括第一燃烧部分和第二燃烧部分。第一燃烧部分沿纵长方向延伸，包括沿垂直于纵长方向的横宽方向分布的若干第一火孔，以用于提供浓燃烧火焰和淡燃烧火焰中的一种。第二燃烧部分沿纵长方向延伸，包括在横宽方向上位于第一火孔两侧的若干第二火孔，以用于提供浓燃烧火焰和淡燃烧火焰中的另一种。其中在横宽方向上，若干第一火孔之间具有第一间隔宽度。由于若干第一火孔之间形成有第一间隔宽度，用于将若干第一火孔分隔开，这样可令每个第一火孔上都能形成单独的火焰，从而增加火焰整体的表面积，利于散热以降低燃烧温度，进而有利于减少氮氧化物的排放。

Description

燃烧器单元及采用该燃烧器单元的燃气热水设备
技术领域
本发明属于燃烧设备领域，具体涉及一种燃烧器单元以及采用该燃烧器单元的燃气热水设备。
背景技术
燃气热水设备，如燃气热水器或燃气锅炉中通常设置有的燃烧器、热交换器、以及容纳燃烧器和热交换器的燃烧室。燃烧器往往包括有并排设置的若干火排片，每一个火排片具有燃气-空气的混合通道，可在其内将燃气和空气混合并传递给位于火排片顶部的火孔以在燃烧室内燃烧并生成热量，生成后的热量可加热热交换器内的水，从而被加热的水可用于饮用、洗浴、或供暖等。
燃烧器在燃烧过程中会产生废气，并会被排放到大气中。废气通常包含有对人体和大气有影响的成分，如一氧化碳(CO)或氮氧化物(NOx)等。随着生活水平以及对环境保护意识的提高，人们越来越重视家用燃气具中有害气体的排放。其中一氧化碳的排放早已为人们所关注，并且大量燃气具的生产厂家也采取相应的措施来降低一氧化碳的排放，然而，然而对于氮氧化物的排放却尚未引起足够的重视。
经研究分析表明，氮氧化物的毒性要大于一氧化碳，并且长期的排放会对大气引发两方面的污染：酸雨和光化学烟雾(Photochemical Smog)。目前被广泛采用的用来降低民用燃气具的氮氧化物排放的主要是浓淡燃烧技术。
浓淡燃烧的基本原理是使一部分燃气在空气不足的条件下燃烧，即燃料过“浓”燃烧，而另一部分燃气在空气过多的条件下燃烧，即燃料过“淡”燃烧。两种情况下的燃气和空气的化学计量比(Stoichiometric Ratio)都偏离燃烧反应的理论计量比，浓火焰中氧浓度较低，一次燃烧温度较在化学计量比时低，能降低氮氧化物的生成；而淡火焰中氧浓度高，但燃气不足也会使一次燃烧温度降低，从而降低氮氧化物的排放，最终使得燃烧的总氮氧化物减少。同时，浓淡燃烧过程中存在二次燃烧，浓淡火焰的二次燃烧是在一次燃烧分别完成后，一次燃烧产物间进行的。由于一次燃烧产物中含有大量的二氧化碳和水等气体，致使二次反应区的温度和氧的浓度都较低，从而氮氧化物的生成受到抑制。因此，浓淡燃烧的一次燃烧和二次燃烧都可以有效抑制氮氧化物的生成。现有技术中采用浓淡燃烧的燃烧器结构如欧洲专利公告EP 0 587 456 B1所示。
在欧洲耗能产品生态化设计指令(ErP)关于热水器和储热水箱的欧盟委员会条列第814/2013号规定的一系列要求中，对于使用燃气作为燃料的传统热水器，到2018年9月26日之后其氮氧化物(NOx)的排放量不应超过56mg/kW·h(毫克/千瓦小时)。然而，根据申请人对采用上述欧洲专利技术制成的燃烧器测试得到，该燃烧器氮氧化物的排放量超过70mg/kW·h，显然无法满足ErP指令中关于氮氧化物的排放要求。有鉴于此，有必要对现有技术予以改进，以使其能够满足ErP指令的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃烧器单元，其可增加火焰的散热面积，进而有效降低氮氧化物的排放。
本发明的目的还在于提供一种采用上述燃烧器单元的燃气热水设备。
为实现上述发明目的之一，本发明提供一种燃烧器单元，其包括第一燃烧部分和第二燃烧部分。第一燃烧部分沿纵长方向延伸，包括沿垂直于纵长方向的横宽方向分布的若干第一火孔，以用于提供浓燃烧火焰和淡燃烧火焰中的一种。第二燃烧部分沿纵长方向延伸，包括在横宽方向上位于第一火孔两侧的若干第二火孔，以用于提供浓燃烧火焰和淡燃烧火焰中的另一种。其中在横宽方向上，若干第一火孔之间具有第一间隔宽度。
作为本发明的进一步改进，第一燃烧部分由金属板材制成，第一间隔宽度大于板材的厚度。
作为本发明的进一步改进，第一间隔宽度大于两倍板材的厚度。
作为本发明的进一步改进，在横宽方向上，第一火孔和第二火孔之间还具有大于第一间隔宽度的第二间隔宽度。
作为本发明的进一步改进，第一燃烧部分包括第一燃烧头部，第一燃烧头部具有沿竖直方向延伸的一对竖直板、以及连接在一对竖直板之间的平板，第一火孔纵长地设置在平板上。
作为本发明的进一步改进，第一间隔宽度形成在平板上，并在横宽方向上位于第一火孔的旁侧。
作为本发明的进一步改进，第一燃烧部分还包括第二燃烧头部，第二燃烧头部与第一燃烧部头结构相同且对称布置，若干第一燃烧孔中的部分还设置在第一燃烧头部和第二燃烧头部之间。
作为本发明的进一步改进，设置在第一燃烧头部和第二燃烧头部上的第一火孔沿纵长方向间隔分布有若干个；第一燃烧头部和第二燃烧头部相面对侧的竖直板上凸设有若干间隔凸条，以将位于第一燃烧头部和第二燃烧头部之间的第一火孔相应地间隔成若干个。
作为本发明的进一步改进，第一燃烧头部和第二燃烧头部的相面对侧的竖直板上、位于间隔凸条之间还凸设有若干扰流部；第一燃烧头部和第二燃烧头部的相互远离一侧的竖直板呈平直延伸。
作为本发明的进一步改进，该燃烧器单元还包括本体和罩在本体的上半部分外的外壳；本体在其纵长一端设有第一进气口、和位于第一进气口上方的第二进气口；其中第一进气口与第一火孔连通以用于供应第一燃气-空气混合物，第二进气口与第二火孔连通以用于供应第二燃气-空气混合物。
作为本发明的进一步改进，第二火孔设置在第一燃烧部分和外壳之间，外壳在靠近第二火孔位置处、沿纵长方向间隔设置有若干外凸的凸起。
为实现上述另一发明目的，本发明还提供一种燃气热水设备，其包括燃烧器和热交换器。其中，燃烧器包含并排布置的若干上述燃烧器单元；热交换器吸收燃烧器产生的热量并将热量传递给通过热交换器的水流。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于若干第一火孔之间形成有第一间隔宽度，用于将若干第一火孔分隔开，这样可令每个第一火孔上都能形成单独的火焰，从而增加火焰整体的表面积，利于散热以降低燃烧温度，进而有利于减少氮氧化物的排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的燃烧器一具体实施方式的立体示意图；
图2是图1所示的燃烧器采用的燃烧器单元的立体示意图；
图3是图2所示的燃烧器单元的立体分解示意图；
图4是图3所示的燃烧器单元的燃烧头部的立体分解示意图；
图5是图2所示的燃烧器单元部分剖开后的立体示意图；
图6是图2所示的燃烧器单元的剖视示意图；
图7是图2所示的燃烧器单元的俯视图；
图8是本发明的燃气热水设备一具体实施方式的平面示意图，其中前盖板被拆除以显示其内部结构。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
燃气热水设备如燃气热水器和燃气锅炉都是以可燃气体为燃料，如天燃气、城市煤气、液化气、沼气等，通过燃烧可燃气体来加热热水以满足用户生活用水和/或中央供暖的需求。下述实施方式中将均以燃气热水器为例来对本发明进行说明，但本发明同样可应用于燃气锅炉。
首先参照图8所示的本发明的燃气热水设备的一具体实施方式。该燃气热水设备100包括壳体，收容在壳体中的烟罩53、热交换器51、燃烧器、风机52、以及延伸出壳体的进水管、出水管、和燃气输送管路等。
壳体通常可由若干盖板拼接而成，如前盖板、背板、顶盖板、底盖板、以及一对侧盖板。热交换器51通常安装在燃烧器的上部，本实施方式中，热交换器可采用翅片管式热交换器，即热交换器壳体内设置有多个翅片，一吸热水管(未标示)迂回地穿过这些翅片，其两头分别与进水管和出水管连通。燃气-空气混合物在燃烧器壳体内燃烧，产生的热量被热交换器的翅片所吸收，并进一步传递给流经吸热水管中的水，加热后的水通过出水管传递给生活用水的水管，从而为用户提供饮用、洗浴等生活用水。
风机52设置在燃烧器下方一侧，用于促进气体对流，以提供燃烧所需的空气，并促使烟气排入烟罩53内。烟罩53扣在热交换器51的顶部，用于收集燃烧器产生的烟气(包含一氧化碳、氮氧化物等的废气)，并排放到外部。
图1所示的是本发明的燃烧器的一具体实施方式。燃烧器包括盒体2、以及收容在盒体内的肩并肩并排布置的若干燃烧器单元1。
配合参照图2和图3所示，燃烧器单元1由金属板材制成，其具有本体10、收容在本体上方的燃烧头部20、以及大致罩在本体上半部分的外壳30。本体10大致呈竖直板状，在其顶部设有纵长延伸的收容部13，其内定义有收容腔131以用于收容燃烧头部20。在本体10纵长一端的较低位置处设有第一进气口11，一第一燃料-空气混合腔111连通在第一进气口11与收容腔131之间。同样在本体10的纵长一端还设有位于第一进气口11上方的第二进气口12，沿着该第二进气口的本体10内还形成有第二燃料-空气混合腔121，且在第二燃料-空气混合腔的尾部设有若干通孔1211。
外壳30具有纵长延伸的一对侧板31。配合参照图5所示，一圆柱形腔体32设置在侧板31纵长一端，用于包覆在第二燃气-空气混合腔121外。若干肋条间隔设置在外壳30顶部、并跨接在一对侧板31之间，以将燃烧头部20限制在本体的收容腔131内。外壳30的上部沿纵长方向间隔设有若干内凹的凹陷部312，用于抵住本体的收容部13的外壁，并在两者间形成一间隙。外壳30的上部沿纵长方向还间隔设有若干外凸的凸起311，用于和相邻的燃烧器单元上的凸起抵靠，以避免燃烧器单元的外壳因高温燃烧而导致变形。
配合参照图4至图7所示，本实施方式中，燃烧头部20包括结构相同、并对称布置的第一燃烧头部和第二燃烧头部。由于结构相同，以下仅例举其一进行说明。第一燃烧头部由金属板材经冲压、折弯后形成，其具有沿竖直方向延伸的一对竖直板21、23，以及连接在该对竖直板顶部之间的平板22。在平板22上设有纵长延伸的火孔221，在本实施方式中，若干个火孔221间隔地分布在平板22上。如图4所示，第一燃烧头部和第二燃烧头部相面对侧的竖直板23上凸设有若干间隔凸条231，以将第一燃烧头部和第二燃烧头部之间的空间在纵长方向上分隔成若干个，并在垂直于纵长方向上的横宽方向上与第一和第二燃烧头部的火孔211对应。此外，在上述竖直板23上、位于间隔凸条231之间还凸设有若干扰流部232。第一和第二燃烧头部的相互远离侧的竖直板21呈平直延伸。
如图2和图5所示，燃烧器单元1的第一进气口11和第二进气口12分别供不同的燃料-空气化学计量比的燃料-空气混合物通过。其中，燃料供应装置(未图示)供应的燃气和一次空气按设定的比例通过第一进气口11。第一燃料-空气混合腔111邻近第一进气口11处形成有文丘里管(venturi)部分。文丘里管是通过文丘里效应吸附进气口处的气体，其通常可以由轴向截面的入口收缩段、圆筒形喉部和圆锥形扩散段组成。由于文丘里管的原理和构成均为本领域普通技术人员所熟知，所以申请人在此不再予以赘述。进入的燃气和空气经过第一混合腔111充分混合后生成第一燃料-空气混合物，而后流入燃烧头部的竖直板21、23所定义的流道，最后通过燃烧头部的火孔231燃烧。本实施方式中，燃烧头部20构成第一燃烧部分，其顶部分布的火孔构成第一火孔221，用于燃烧第一燃料-空气混合物以生成浓火焰或淡火焰中的一种。该火焰种类与第一燃料-空气混合物的化学计量比相关。类似地，燃料供应装置(未图示)供应的燃气和一次空气按设定的比例通过第二进气口12，并在第二混合腔121内充分混合后通过通孔1211进入外壳侧板31与收容部13的侧壁之间的间隙，最后在其顶部的火孔燃烧。该间隙顶部的燃烧部分构成第二燃烧部分，其中被凹陷部312分隔成的若干火孔构成第二火孔223，用于燃烧第二燃料-空气混合物以生成浓火焰或淡火焰中的另一种。同样地，该火焰种类与第二燃料-空气混合物的化学计量比相关。
前已述及，燃烧器单元1的第一燃料-空气混合腔111和第二燃料-空气混合腔121分别用来提供不同燃料-空气化学计量比的燃料-空气混合物，如浓燃料-空气混合物和淡燃气-空气混合物。这儿所称的浓燃料-空气混合物是指，相比燃料与空气完全燃烧反应的理论化学计量比，过“浓”的燃料与一次空气的混合物，这种情况下，一次空气系数较小，燃烧为浓燃烧，产生的火焰为浓燃烧火焰；反之，淡燃料-空气混合物是指，相比燃料与空气完全燃烧反应的理论化学计量比，过“淡”的燃料与一次空气的混合物，这种情况下，一次空气系数较大，燃烧为淡燃烧，产生的火焰为淡燃烧火焰。本实施方式中，燃料为燃气，在第一燃料-空气混合腔111中形成的是淡燃气-空气混合气体，相应地，在第一火孔221上形成的火焰为淡燃烧火焰；而在第二燃料-空气混合腔121中形成的是浓燃气-空气混合气体，相应地，在第二火孔223上形成的火焰为浓燃烧火焰。
配合参照图6和图7所示，本实施方式中，第一火孔231具有纵向的三列，分别位于第一和第二燃烧头部的平板22上、以及第一和第二燃烧头部的竖直板23之间。在横宽方向上，若干第一火孔231之间具有第一间隔宽度，用于将若干第一火孔231分隔开，这样可令每个第一火孔231上都能形成单独的火焰，从而增加火焰整体的表面积，利于散热以降低燃烧温度，从而有利于减少氮氧化物的排放。该第一间隔宽度至少大于制成燃烧头部的金属板材的自身厚度，并且为了避免各火孔生成的火焰相互融合，该第一间隔宽度最好大于板材厚度的两倍，在本实施方式中，该第一间隔宽度大于板材厚度的三倍，通过第一、二燃烧头部的平板22在横宽方向上位于第一火孔221旁侧的部分222来实现。类似地，在横宽方向上，位于第一火孔221和第二火孔223之间还形成有第二间隔宽度，该第二间隔宽度大于第一间隔宽度，尺寸上等于第一火孔221另一旁侧的部分224的宽度加上本体的收容部13处的板材的厚度。
以下表格是对上述实施方式中的燃气热水器，根据燃气热水器测试的欧洲标准(EN 26：2015)中、关于氮氧化物排放测试(第6.9.3章)的要求和方式所测得的数据。其中，测试条件为：
天然气气源种类：G20；
环境温度：24.1℃；
环境气压：1021mbar；
相对湿度：9.7g水/kg空气；
热水器进水温度：10.0℃，出水温度：40.0℃；
燃烧器额定功率：31.00kW，最小功率：5kW；
从上表中可以看出，在接近额定功率的实测负载Q1＝31.15kW时，氮氧化物的排放量为60ppm；在接近70％额定功率的实测负载，即Q2＝21.65kW时，氮氧化物的排放量为33ppm；在接近50％额定功率的实测负载，即Q3＝15.86kW时，氮氧化物的排放量为21ppm；在接近最小功率的实测负载，即Q4＝5.05kW时，氮氧化物的排放量为25ppm。从而，根据上述欧标(EN 26：2015)的第6.9.3.2节所定义的权重值，即Q2时为0.10，Q3时为0.45，Q4时为0.45，而后得到可调节负载输出的即热式燃气热水器的氮氧化物排放量NOx＝0.10*33+0.45*21+0.45*25＝24ppm。最后，根据该欧洲标准的附件K中的换算方式，氮氧化物的排放量为24×1.764＝42.336mg/kW·h，完全满足ErP指令对于用燃气作为燃料的传统热水器的氮氧化物排放所规定的，不应超过56mg/kW·h的要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种燃烧器单元(1)，其特征在于，该燃烧器单元包括：
第一燃烧部分，其沿纵长方向延伸，包括沿垂直于纵长方向的横宽方向分布的若干第一火孔(221)，以用于提供浓燃烧火焰和淡燃烧火焰中的一种；
第二燃烧部分，其沿纵长方向延伸，包括在横宽方向上位于所述第一火孔两侧的若干第二火孔(223)，以用于提供浓燃烧火焰和淡燃烧火焰中的另一种；其中
在横宽方向上，所述若干第一火孔(221)之间具有第一间隔宽度；所述第一燃烧部分由金属板材制成，所述第一间隔宽度大于板材的厚度。
2.根据权利要求1所述的燃烧器单元，其特征在于：所述第一间隔宽度大于两倍板材的厚度。
3.根据权利要求1所述的燃烧器单元，其特征在于：在横宽方向上，所述第一火孔(221)和第二火孔(223)之间还具有大于第一间隔宽度的第二间隔宽度。
4.根据权利要求1所述的燃烧器单元，其特征在于：所述第一燃烧部分包括第一燃烧头部，所述第一燃烧头部具有沿竖直方向延伸的一对竖直板(21、23)、以及连接在所述一对竖直板之间的平板(22)，所述第一火孔纵长地设置在所述平板上。
5.根据权利要求4所述的燃烧器单元，其特征在于：所述第一间隔宽度形成在所述平板(22)上，并在横宽方向上位于第一火孔(221)的旁侧。
6.根据权利要求4所述的燃烧器单元，其特征在于：所述第一燃烧部分还包括第二燃烧头部，所述第二燃烧头部与第一燃烧部头结构相同且对称布置，所述若干第一火孔(221)中的部分还设置在所述第一燃烧头部和第二燃烧头部之间。
7.根据权利要求6所述的燃烧器单元，其特征在于：设置在第一燃烧头部和第二燃烧头部上的第一火孔(221)沿纵长方向间隔分布有若干个；所述第一燃烧头部和第二燃烧头部相面对侧的竖直板(23)上凸设有若干间隔凸条(231)，以将位于第一燃烧头部和第二燃烧头部之间的第一火孔相应地间隔成若干个。
8.根据权利要求7所述的燃烧器单元，其特征在于：所述第一燃烧头部和第二燃烧头部的相面对侧的竖直板(23)上、位于所述间隔凸条(231)之间还凸设有若干扰流部(232)；所述第一燃烧头部和第二燃烧头部的相互远离一侧的竖直板(21)呈平直延伸。
9.根据权利要求1所述的燃烧器单元，其特征在于：该燃烧器单元还包括本体(10)和罩在本体的上半部分外的外壳(30)；本体在其纵长一端设有第一进气口(11)、和位于第一进气口上方的第二进气口(12)；其中第一进气口(11)与第一火孔(221)连通以用于供应第一燃气-空气混合物，第二进气口(12)与第二火孔(223)连通以用于供应第二燃气-空气混合物。
10.根据权利要求9所述的燃烧器单元，其特征在于：所述第二火孔(223)设置在第一燃烧部分和外壳之间，所述外壳在靠近第二火孔位置处、沿纵长方向间隔设置有若干外凸的凸起(311)。
11.一种燃气热水设备(100)，其特征在于，该设备包括：
燃烧器，包含如上述权利要求中任一项所述的并排布置的若干燃烧器单元(1)；以及
热交换器(51)，吸收燃烧器产生的热量并将热量传递给通过热交换器的水流。
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