CN110513677B - 一种车辆加温器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆加温器系统，包括余热系统，所述余热系统包括燃烧器外筒、供风安装底座、预混点火室和扩散燃烧室，所述预混点火室和扩散燃烧器设置在燃烧器外筒内，扩散燃烧室尾部连接废气烟道，换热芯体设置在废气烟道内，所述换热芯体包括扁管，扁管内液体的流动方向垂至于废气的流动方向，扁管分多排，每排含多个扁管，扁管内部设置翅片，将扁管内液体流道分为多个小流道，沿着废气流动的方向，不同扁管内的小流道水力直径不断变小。本发明沿着废气的流动方向，扁管内需要承受的压力越来越小，因此可以将水力直径变小，而且通过将水力半径变小，可以增加换热面积，提高换热能力。因此通过上述特征的设置，既可以满足压力要求，又可以实现强化传热。

Description

一种车辆加温器系统

本申请是针对2017年5月22日、申请号2017103622452、发明名称为“一种预混点火、扩散燃烧器系统”的分案申请。

技术领域

本发明属于燃烧技术领域，具体涉及一种动力传动装置辅助启动加温器用燃烧器。

背景技术

我国幅员辽阔，气候与地形环境复杂，特种车辆动力传动系统面临极寒环境下摩擦副抱死、润滑不良、蓄电池供电能力下降及低气压环境下发动机点火困难等不利因素，大大降低了车辆的可靠性。加温器作为一种燃烧换热装置，通过冷却液传递热量，可以在极端环境下对车辆的冷却系统、润滑系统、传动系统、动力系统等进行加温，使各系统达到最佳工作状态，消除车辆起动面临的不利因素。同时，车辆的轻量化及多种极端环境条件的适应性对加温器提出了高功率密度，高度集成，高效低耗，高自适应性的要求。

现有加温器普遍面临燃烧效率与功率密度低、积碳严重的问题，而加温器技术最关键的环节便是具有满足稳定、高效、快速燃烧的燃烧装置。加温器燃烧是一个复杂的物理和化学过程，影响因素包括燃烧室的几何尺寸与形状、燃烧流场的紊流强度及尺度、有无涡流逆流区、喷油雾化位置和锥度、流场内空燃比的分布、紊流扩散掺混速度等。基于以上背景技术和试验研究，本发明提出一种预混点火、扩散燃烧器系统。

发明内容

本发明提出了一种预混点火、扩散燃烧器，应用于雾化燃油高压点火式加温器中，具有燃烧效率和体积功率高、点火可靠、适用于多种极限环境、热利用率高的特点。

技术方案：

一种预混点火、扩散燃烧器系统，包括燃烧器外筒、供风安装底座、预混点火室和扩散燃烧室，所述预混点火室和扩散燃烧器设置在燃烧器外筒内，所述供风安装底座包括安装支架和燃烧供风圆板，所述安装支架第一端开口，第二端设置燃烧供风圆板，所述燃烧供风圆板中心设置中心通风孔，围绕中心通风孔周向设置周向通风孔，所述预混点火室一端连接中心通风口，另一端连接扩散燃烧室，所述预混点火室包括旋流发生板、分流装置和套筒，所述分流装置和套筒室同心圆布置，所述分流装置内设置旋流发生板，分流装置和套筒之间形成分流流道，所述套筒延伸到燃烧供风圆板的中心通风孔，并与中心通风孔周边密封连接，所述分流装置的管壁上设置预混出风口和预混进风口，所述预混出风口设置在旋流发生板和中心通风孔所在平面之间，所述预混进风口设置在旋流发生板与扩散燃烧室之间；所述扩散燃烧室包括过渡筒、二次进风筒、三次进风过渡环，所述过渡筒一端连接分流装置的外壁，另一端连接二次进风筒的一端，二次进风筒的另一端连接三次进风过渡环的第一端，所述过渡筒上设置进风孔，所述二次进风筒设置进风孔，所述三次进风过渡环设置进风口，所述燃烧器外筒第一端连接在安装支架的外壁上，第二端连接在三次进风过渡环的第二端。

作为优选，安装支架为直径渐变的阶梯形圆筒，上端面设置有安装凸缘，用于燃烧器轴向定位，外侧面设置有安装固定凸台，用于对燃烧器进行周向定位。

作为优选，安装支架内侧呈阶梯形，从第一端向第二端逐渐收缩。

作为优选，所述燃烧供风圆板包括中心通风孔和周向通风孔，周向通风孔是以圆板中心为圆心的扇形结构。

作为优选，中心通风孔孔与周向通风孔面积比为3.7:1。

作为优选，所述旋流发生板中心设有圆孔，用作雾化燃油入口，周向设有旋流通道，作为助燃空气的入口。

作为优选，扩散燃烧室过渡筒为锥环形，小径端与预混点火室出口连接，用作预混燃烧火焰及扩散燃烧燃油入口。

作为优选，三次进风过渡环的第二端连接废气烟道，换热芯体设置在废气烟道内，所述换热芯体包括圆管和扁管，所述圆管和扁管内液体的流动方向都垂至于废气的流动方向，沿着废气的流动方向，依次分布圆管和扁管。

作为优选，所述圆管内分段设置多个分散换热结构，所述分散换热结构包括芯体和外壳，所述芯体设置在外壳中，所述外壳与换热管内壁连接固定，所述芯体包括由若干数量的格栅片排列组合而成，格栅片之间连接形成格栅孔；沿着圆管内流体的流动方向，圆管内设置多个分散换热结构，从圆管的入口到圆管的出口，不同分散换热结构内的格栅孔的水力直径越来越小；

从圆管的入口到圆管的出口，不同分散换热结构内的格栅孔的水力直径越来越小的幅度不断增加。

与现有技术相比较，本发明的具有如下的优点：

1）本发明提出了一种预混点火、扩散燃烧器，它包括供风安装底座、预混点火室、扩散燃烧室、燃烧器外筒，四个组成部分同心串联焊接形成燃烧器整体。雾化燃油出口与预混燃烧室旋流发生板平行，部分空气经旋流通道进入预混点火室，旋转流动的空气与雾化燃油在喷油嘴附近充分混合并形成可燃油-气混合气，作为燃烧器点火燃烧的火源，保证了可靠点火。由分流装置下层通风孔进入预混燃烧室的空气对油-气混合气形成阻滞作用，并与尽可能多的燃油形成油-气混合气，在避免点火过程结束后出现火焰熄灭现象的同时，为扩散燃烧阶段提供预混混合气，减小扩散燃烧阶段工作压力，形成燃烧器稳定的火焰源头，有利于火焰的传播及燃烧效率的提高。

2）扩散燃烧室过渡筒设计为外锥环，其直径逐渐增加，是为了配合大锥角喷油嘴及燃烧流场的组织，增加燃油与空气的接触面积，减小燃油附着壁面的机率，同时利用过渡筒周向设置的若干圆孔，引导气流向燃烧室中心区域流动，增加火焰内部未燃燃油附近的空气含量，提高燃油的燃烧速率。

3）扩散燃烧室二次进风圆筒1/2轴向高度附近周向设有若干圆柱形导流管，进入扩散燃烧进风通道的部分空气经导流管高速进入燃烧室，将喷射出的燃油及火焰托举于上部空间，降低轴向移动速度，增加其在燃烧室内的滞留时间，有利于燃油的充分燃烧。

4）扩散燃烧室三次进风过渡环大直径过渡薄板周向开有若干回流通孔，进入扩散燃烧进风通道的部分空气经通孔向上流动，在喷射出的燃油与燃烧室壁之间形成一道气障，避免燃油附着在燃烧室壁上形成积碳，同时气流上升过程中由锥环形过渡筒引导，与过渡筒周向进气孔进入的空气共同作用，在燃烧室中心区域内形成滚流，增加油-气的混合程度，提高燃油燃烧效率与燃烧速度，有利于减小燃油充分燃烧所需的轴向长度，缩短燃烧器高度。

5）扩散燃烧室三次进风过渡环小直径柱环中间高度上均匀设有若干圆孔，进入扩散燃烧进风通道的部分空气经此孔进入燃烧室末端，降低火焰运动速度，与火焰中尚未燃尽的少部分燃油混合燃烧，提高燃油的燃烧效率。

6）本发明在废气烟道设置余热换热装置，所述换热芯体为圆管-扁管组合式换热结构，换热芯体前端采用薄壁圆管形换热结构，在换热芯体后端采用多排薄壁扁管式换热结构，在不同位置根据吸热量不同采用不同的换热结构，有效降低水侧的膜态沸腾现象，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。

7）本发明所述的换热装置，换热芯体采用圆管形换热管，所述换热管直径沿着烟气流动方向逐渐变小，可有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。

8）本发明所述的换热装置，圆管内的分散换热结构的间距随着距离圆管入口的距离不断的减小，可有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。

9）本发明所述的换热装置，圆管内的分散换热结构的长度随着距离圆管入口的距离不断的减小，可有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。

10）本发明所述的换热装置，在换热管内设置格栅式分散换热结构，对换热管内的汽水混合物进行分隔，有效降低水侧的膜态沸腾现象，增加了水侧对流换热强度，降低了换热芯体的热负荷，提高了换热效率。

附图说明

图1为本发明的预混点火、扩散燃烧器的一种实施例的主视图；

图2为图1的预混点火、扩散燃烧器的左视图；

图3为本发明的预混点火室旋风发生板的主视图；

图4为本发明的预混点火室旋风发生板的剖视图；

图5为本发明的扩散燃烧室三层进风过渡环的主视图。

图6为本发明的扩散燃烧室三层进风过渡环的俯视图。

图7为本发明的供风安装底座内部结构示意图；

图8为本发明的供风安装底座外部结构示意图；

图9是本发明的余热利用换热装置的一种实施例的主视图；

图10是余热利用换热装置的换热芯体水侧结构图；

图11是余热利用换热装置的的换热芯体气侧结构图；

图12是余热利用换热装置的分散换热结构横截面结构示意图；

图13是余热利用换热装置的分散换热结构在换热管内布置示意图；

图14是是余热利用换热装置的明分散换热结构在换热管内布置的另一个示意图。

图中：1.安装支架；定位凸台1-1；凸缘1-2；2.燃烧供风圆板；2-1中心通风孔；2-2周向通风孔；3.旋流发生板；3-1中心孔；3-2旋流通道；凸起3-3；4.分流装置；5.套筒；6.过渡筒；7.二次进风圆筒；8.三次进风过渡环；9.燃烧室外筒；10.预混出风孔；11.预混进风孔；12.主供风孔；13.导流管；14.回流孔；15.三层进风孔；16.分流流道；17烟道，18换热芯体，19前支撑体，20后支撑体，21上盖板，22下盖板，23进口集箱，24出口集箱，25中间部件，26圆管，27出水管，28分隔换热结构，29外壳，30格栅片，31格栅孔，32扁管，33翅片，34排气口，35排气口，36内翅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，一种预混点火、扩散燃烧器，所述燃烧器包括燃烧器外筒、供风安装底座、预混点火室和扩散燃烧室，所述供风安装底座、预混点火室和扩散燃烧器依次串联连接，所述预混点火室和扩散燃烧器设置在燃烧器外筒内。

作为优选，所述供风安装底座包括安装支架1和燃烧供风圆板2，所述安装支架1第一端开口，第二端设置燃烧供风圆板2，所述燃烧供风圆板2中心设置中心通风孔2-1，围绕中心通风孔2-1周向设置周向通风孔2-2，所述预混点火室第一端连接中心通风孔2-1，第二端连接扩散燃烧室，所述预混点火室包括旋流发生板3、分流装置4和套筒5，所述分流装置4和套筒5是同心圆布置，所述分流装置4内设置旋流发生板3，分流装置4和套筒3之间形成分流流道16，所述套筒3延伸到燃烧供风圆板2的中心通风孔2-1，并与中心通风孔2-1周边密封连接，所述分流流道16的管壁上设置预混出风口10和预混进风口11，所述预混出风口10设置在旋流发生板3和中心通风孔之间（即设置在旋流发生板3的前端），所述预混进风口11设置在旋流发生板3与扩散燃烧室之间；所述扩散燃烧室包括过渡筒6、二次进风筒7、三次进风过渡环8，所述过渡筒6一端连接分流装置4的外壁，另一端连接二次进风筒7的一端，二次进风筒7的另一端连接三次进风过渡环8的第一端，所述过渡筒6上设置进风孔12，所述二次进风筒7设置进风孔13，所述三次进风过渡环8设置进风口15，所述燃烧器外筒9第一端连接在安装支架1的外壁上，第二端连接在三次进风过渡环8的第二端。

本发明提出了一种预混点火、扩散燃烧器，它包括供风安装底座、预混点火室、扩散燃烧室、燃烧器外筒，四个组成部分同心串联焊接形成燃烧器整体。雾化燃油出口与预混燃烧室旋流发生板平行，部分空气经旋流通道进入预混点火室，旋转流动的空气与雾化燃油在喷油嘴附近充分混合并形成可燃油-气混合气，作为燃烧器点火燃烧的火源，保证了可靠点火。由分流装置下层通风孔进入预混燃烧室的空气对油-气混合气形成阻滞作用，并与尽可能多的燃油形成油-气混合气，在避免点火过程结束后出现火焰熄灭现象的同时，为扩散燃烧阶段提供预混混合气，减小扩散燃烧阶段工作压力，形成燃烧器稳定的火焰源头，有利于火焰的传播及燃烧效率的提高。

作为优选，所述的安装支架1设有燃烧器定位凸台1-1，实现燃烧器的安装定位。

作为优选，安装支架1为直径渐变的阶梯形圆筒，第一端面设置有安装凸缘1-2，用于燃烧器轴向定位，外侧面设置有安装固定凸台1-1，用于对燃烧器进行周向定位。

作为优选，安装支架1内侧呈阶梯形，从第一端向第二端逐渐收缩。从而形成高效快速的进风效果。

作为优选，安装支架1具有三级阶梯，从第一端到第二端分别是第一级、第二级和第三级，三级阶梯之间是锥形过渡，三级阶梯的内径依次为：180－190mm、160-170mm、135-145mm

进一步优选，三级阶梯的内径依次为：186mm、163mm、138mm。

通过上述优选的尺寸，进一步提高进风效果。

作为优选，固定凸台1-1安装在第二级台阶上。

本发明通过设置三级阶梯以及三级台阶尺寸的优选，可以有效提高进入燃烧器的空气的流动速度，增强空气在预混点火室和扩散燃烧室内的运动强度，增加空气与燃烧的接触面积。

作为优选，中心通风孔与周向通风孔总面积比为(3.5-4.5):1；作为优选， 3.7:1。

作为优选，所述燃烧供风圆板2周向通风孔2-2为以中心通风孔2-1中心为圆心的扇形结构。

作为优选，周向通风孔2-2非对称分布。

作为优选，周向通风孔2-2设置了8个。所述8个周向通风孔2-2为非对称分布，具体分布为：最下部的周向通风孔2-2的面积大于其它位置的周向通风孔2-2。

作为优选，其他位置7个扇环的中心角相同，其他7个相邻扇环边所对应的间隔角相同。

进一步优选，相邻的7个扇环的中心角及相邻扇环边所对应的间隔角相同，分别为19°、26°，另一个扇环中心角为23.5°，其与相邻扇环的间隔角为17°、30.5°。

通过上述中心通风孔和周向通风孔的形状、位置及其角度的设置，可以促进燃油与空气在预混点火室内便充分混合，在雾化燃油运动初期增加空气与燃油的接触面积，提高燃油的燃烧速度，降低扩散燃烧阶段的压力，有利于减小燃烧器轴向长度需求，减小燃烧器体积。

作为优选，所述旋流发生板3中心设有圆孔3-1，用作雾化燃油入口，周向设有旋流通道3-2，作为助燃空气的入口。

作为优选，所述旋流通道3-2是在旋流发生板上开缝3-2形成。所述缝延伸到圆孔3-1。进一步优选，缝3-2的一侧3-3向外（预混点火室的第一端方向）翘起，从而形成旋流通道。进一步优选，所述翘起的一侧3-3为弯折结构，弯折结构的弯折角优选为钝角。优选为100－120°，优选为109°。作为优选，弯折点3-4更靠近旋流发生板的外径。作为优选，弯折点3-4与旋流发生板3内径的距离是与外径距离的8－10倍，优选为9倍。

作为优选，所述旋流发生板前端面与上层预混出风口圆心所在平面间距为6mm。

作为优选，缝3-2的一侧3-3与缝的另一侧3-5形成三角形。旋流通道截面三角形对应内角为6°、65°。翘起的一侧3-3与旋流发生板夹角为17°。

作为优选，分流装置4上的预混进风孔11为柱状结构，向分流装置4内部延伸。

作为优选，柱状结构的高度是3mm。

作为优选，以旋流发生板3中心孔为基准周向布置有若干个凸起的旋流通道3-2，通道截面为三角形，截面高度沿远离旋流板中心方向逐渐增加。

本发明通过采用新式结构的预混点火室，雾化燃油入口与预混燃烧室旋流发生板平行，部分空气经旋流通道进入预混点火室，旋转流动的空气与雾化燃油在喷油嘴附近充分混合并形成可燃油-气混合气，作为燃烧器点火燃烧的火源，保证了可靠点火。

作为优选，扩散燃烧室过渡筒6为锥环形，小径端与预混点火室出口连接，用作预混燃烧火焰及扩散燃烧燃油入口。

作为优选，过渡筒6周向均匀分布若干圆孔12，用作扩散燃烧主供气通道。

扩散燃烧室过渡筒设计为外锥环，其直径逐渐增加，是为了配合大锥角喷油嘴及燃烧流场的组织，增加燃油与空气的接触面积，减小燃油附着壁面的机率，同时利用过渡筒周向设置的若干圆孔，引导气流向燃烧室中心区域流动，增加火焰内部未燃燃油附近的空气含量，提高燃油的燃烧速率。

作为优选，扩散燃烧室二次进风圆筒7两端为开口设计，一端与过渡筒6大径端连接，形成扩散燃烧空间，另一端与三次进风过渡环8大径端连接，用作扩散燃烧排气通道。

作为优选，扩散燃烧室二次进风圆筒7外壁均布若干导流管13，用于扩散燃烧室二次进风。

作为优选，导流管13设置在二次进风圆筒7的1/2轴向高度平面处。

扩散燃烧室二次进风圆筒1/2轴向高度附近周向设有若干进风孔，进入扩散燃烧进风通道的部分空气经导流管高速进入燃烧室，将喷射出的燃油及火焰托举于上部空间，降低轴向移动速度，增加其在燃烧室内的滞留时间，有利于燃油的充分燃烧。

作为优选，二次进风圆筒7设置多排进风孔13。进风孔的内径沿着过渡筒6到三次进风过渡环8方向先增加后减小。

二次进风圆筒7的长度为L，距离二次进风圆筒7入口的距离为X，进风孔的内径为D，D=F₁(X)，满足如下要求：

D’>0, 0<=X<L/2;

D’<0, L/2<=X<=L。

D’是D的一次导数。

通过上述进风口13的内径的变化，根据二次进风圆筒7内燃料燃烧情况，使得助燃风的流量沿着轴向规律变化，使得燃烧器燃烧达到最佳的燃烧效率。

通过实验发现，通过如此设置，能够进一步提高燃烧效率。

进一步优选，沿着过渡筒6到三次进风过渡环8方向，进风孔的内径沿着三次进风过渡环8入口到三次进风过渡环8中间增加的幅度越来越大，从三次进风过渡环8中间到三次进风过渡环8出口不断减小的幅度越来越大，满足如下要求：

D”>0,0<=X<L/2;

D”>0, L/2<=X<=L。

D” 是D的二次导数。

通过实验发现，通过如此设置，能够进一步提高10％左右的燃烧效率。

所述进风孔是圆柱形导流管13，导流管13穿透圆筒外壁面与扩散燃烧供风通道连通。作为优选，导流管13伸出壁面高度3mm，内径是10mm。

作为优选，扩散燃烧室三次进风过渡环8小直径柱环中间高度上均匀设有若干圆孔15，大直径过渡薄板周向开有若干通孔14，分别用于扩散燃烧末端未耗尽燃油燃烧及扩散燃烧室内部流场的组织与燃油燃烧。

所述三次进风过渡环8第二端（即尾部，图1的出风位置）连接废气烟道17，废气烟道中设置余热利用换热装置，所述余热利用换热装置包括换热芯体18、换热芯体前支撑体19和换热芯体后支撑体20，所述换热芯体18、前支撑体19和后支撑体20设置在废气烟道17内，所述换热芯体18包括上盖板21、下盖板22和多根换热管，换热管连接贯穿上盖板21和下盖板22，所述前支撑体19和后支撑体20分别位于换热芯体18两端，与换热芯体18共同形成换热装置的气侧通道；所述前支撑体1连接换热芯体上盖板21、下盖板22和烟道17管壁，所述后支撑体19连接换热芯体上盖板21、下盖板22和烟道17管壁，所述前支撑体19、后支撑体20、换热芯体盖板和烟道17管壁共同形成换热装置的液体进口集箱23和出口集箱24。

本发明所述的换热装置，将管壁作为换热装置的进口集箱和出口集箱的一个部件，利用烟道管壁形成换热装置的进口集箱和出口集箱，将换热装置整体都设置在废气烟道内，避免单独设置进口集箱和出口集箱，使得换热装置占据空间少，降低换热芯体体积与重量，结构紧凑。

作为优选，所述前支撑体19和后支撑体20为管状结构，所述前支撑体19管壁两端连接下盖板21、22和烟道管壁，后支撑体20的管壁两端连接下盖板21、22和烟道管壁。

通过如此设置，使得前支撑体19和后支撑体20分别形成换热装置废气侧的废气入口和废气出口，进一步使得结构紧凑。

作为优选，所述的前支撑体19、后支撑体20的管壁通过中间部件25连接烟道17管壁，所述中间部件25为弯曲的板状结构，如图1所示。

作为优选，所述换热装置的进水管（未示出）和出水管27分别设置在烟道17管壁上并分别连通进口集箱和出口集箱。

作为优选，进口集箱位于烟道的下部，出口集箱位于烟道的上部。

作为优选，所述换热管包括圆管26，所述圆管26垂至于废气流动方向布置，沿着废气流动方向，圆管26的直径越来越小。设距离废气入口的距离为S，则圆管的内径为D，设D＝F（S），则F’（S）<0，F’（S）是F（S）的一次导数。

因为余热利用换热装置的进口废气温度很高，因此使得换热管内的液体形成汽水混合物，而且沿着烟气的流动方向，形成汽水混合物中的汽相比例越来越低，液相比例越来越高。因为前端的汽相比例高，因此占据的空间必然大，因此通过圆管直径的变化，使得换热装置的前端的圆管横截面积大，从而使得内部空间足以满足液相的分布以及满足换热管压力的要求，避免前部换热管压力过大，从而使得换热芯体整体所有换热管内压力均匀，避免具有压力过大，延长换热装置的使用寿命。

作为优选，则F”（S）>0，F”（S）是F（S）的二次导数。即沿着废气流动方向，圆管的直径越来越小的幅度不断增加。

通过实验发现，通过上F”（S）>0的设置，可以进一步满足不同位置圆管内的压力分布，进一步保证换热管内压力分布均匀。

作为优选，如图10所示，沿着烟气的流动方向，圆管26设置为多排，所述圆管26为错列结构，相邻圆管26的圆心之间的间距为圆管26外径的1.1-1.3倍。圆管26外径为相邻两根换热管外径的平均值。

作为优选，沿着废气流动方向，后一排圆管26的直径是相邻前排圆管直径的0.93-0.98倍。

上述的比例关系是通过大量的实验的最优的比例关系。通过上述的管径以及间距尺寸的设置，能够使得压力分布达到最优。

作为优选，前支撑体19形成气侧的进口通道，后支撑体20形成气侧的出口通道。

作为优选，所述换热管包括圆管26，所述圆管26内分段设置多个分隔换热结构28，所述分隔换热结构28包括芯体和外壳29，所述芯体设置在外壳29中，所述外壳29与圆管26内壁连接固定，所述芯体包括由若干数量的格栅片30，格栅片30之间连接形成格栅孔31。

因为废气温度很高，使得圆管内的流程会形成汽液两相流，本发明在圆管内设置格栅换热分散换热结构，通过分散换热结构将两相流体中的液相和气相进行分离，将液相分散成小液团，将气相分散成小气泡，抑制液相的回流，促使气相顺畅流动，起到稳定流量的作用，具有减振降噪的效果。同时，本发明通过设置格栅分散换热结构，相当于在换热管内增加了内翅片，强化了换热，提高了换热效果。

本发明因为将气液两相在所有换热管的所有横截面位置进行了分散，从而在整个换热管截面上实现气液界面以及气相边界层的分散与冷却壁面的接触面积并增强扰动，大大的降低了噪音和震动，强化了传热。

作为优选，所述分隔换热结构28的芯体是一体成型。

作为优选，所述分隔换热结构28的芯体是通过格栅片30焊接而成。

作为优选，作为优选，所述格栅片30上设置连通孔。通过连通孔实现格栅孔31之间的连通。

通过设置连通孔，可以保证相邻的格栅孔之间互相连通，能够均匀格栅孔之间的压力，使得高压流道的流体流向低压，同时也可以在流体流动的同时进一步分隔液相和气相，有利于进一步稳定两相流动。

作为优选，沿着圆管26内流体的流动方向（即图13的高度方向），圆管26内设置多个分散换热结构28，从圆管的入口到圆管的出口，相邻分散换热结构之间的距离越来越短。设距离圆管入口的距离为H，相邻分散换热结构之间的距离为L，L=F₁(H)，即L是以高度H为变量的函数，L’是L的一次导数，满足如下要求：

L’<0;

主要原因是因为圆管内的汽体在上升过程中会携带者液体，在上升过程中，圆管不断的受热，导致气液两相流中的汽体越来越多，因为汽液两相流中的汽相越来越多，圆管内的换热能力会随着汽相增多而相对减弱，震动及其噪音也会随着汽相增加而不断的增加。因此需要设置的相邻分散换热结构之间的距离越来越短。

此外，从圆管出口到上集管这一段，因为这一段的空间突然变大，空间的变化会导致气体的快速向上流出和聚集，因此空间变化会导致聚集的汽相（汽团）从圆管位置进入冷凝集管，由于气（汽）液密度差，气团离开接管位置将迅速向上运动，而气团原空间位置被气团推离壁面的液体同时也将迅速回弹并撞击壁面，形成撞击现象。气（汽）液相越不连续，气团聚集越大，水锤能量越大。撞击现象会造成较大的噪声震动和机械冲击，对设备造成破坏。因此为了避免这种现象的发生，此时设置的相邻分散换热结构之间的距离越来越短，从而不断的在流体输送过程中分隔气相和液相，从而最大程度上减少震动和噪音。

通过实验发现，通过上述的设置，既可以最大程度上减少震动和噪音，同时可以提高换热效果。

进一步优选，从圆管26的入口到圆管26的出口，相邻分散换热结构之间的距离越来越短的幅度不断增加。即S”是S的二次导数，满足如下要求：

L”>0;

通过实验发现，通过如此设置，能够进一步降低10％左右的震动和噪音，同时提高11％左右的换热效果。

作为优选，每个分散换热结构28的长度保持不变。

作为优选，除了相邻的分散换热结构28之间的距离外，分散换热结构其它的参数（例如长度、管径等）保持不变。

作为优选，沿着圆管26的高度方向，圆管26内设置多个分散换热结构28，从圆管26的入口到圆管26的出口，分散换热结构28的长度越来越长。即分散换热结构的长度为C，C=F₂(X)，C’是C的一次导数，满足如下要求：

C’>0;

进一步优选，从圆管的入口到圆管的出口，分散换热结构的长度越来越长的幅度不断增加。即C”是C的二次导数，满足如下要求：

C”>0;

具体理由如相邻分散换热结构之间的距离的变化相同。

作为优选，相邻分散换热结构之间的距离保持不变。

作为优选，除了分散换热结构的长度外，分散换热结构其它的参数（例如相邻的间距、管径等）保持不变。

作为优选，沿着圆管26的高度方向，圆管26内设置多个分散换热结构，从圆管26的入口到圆管26的出口，不同分散换热结构28内的格栅孔41的水力直径越来越小。即分散换热结构的格栅孔水力直径为Z，Z=F₃(X)，Z’是Z的一次导数，满足如下要求：

Z’<0;

作为优选，从圆管的入口到圆管的出口，分散换热结构的格栅孔水力直径越来越小的幅度不断增加。即

Z”是Z的二次导数，满足如下要求：

Z”>0。

具体理由如相邻分散换热结构之间的距离的变化相同。

作为优选，分散换热结构的长度和相邻分散换热结构的距离保持不变。

作为优选，除了分散换热结构的格栅孔水力直径外，分散换热结构其它的参数（例如长度、相邻分散换热结构之间的距离等）保持不变。

进一步优选，如图13所示，所述圆管26内部设置凹槽，所述分散换热结构28的外壳29设置在凹槽内。

作为优选，外壳29的内壁与圆管26的内壁对齐。通过对齐，使得圆管内壁面表面上达到在同一个平面上，保证表面的光滑。

作为优选，外壳29的厚度小于凹槽的深度，这样可以使得圆管内壁面形成凹槽，从而进行强化传热。

进一步优选，如图14所示，圆管26为多段结构焊接而成，多段结构的连接处设置分散换热结构28。这种方式使得设置分散换热结构的圆管的制造简单，成本降低。

通过分析以及实验得知，分散换热结构之间的间距不能过大，过大的话导致减震降噪的效果不好，同时也不能过小，过小的话导致阻力过大，同理，格栅孔的外径也不能过大或者过小，也会导致减震降噪的效果不好或者阻力过大，因此本发明通过大量的实验，在优先满足正常的流动阻力（总承压为2.5Mpa以下，或者单根圆管的沿程阻力小于等于5Pa/M）的情况下，使得减震降噪达到最优化，整理了各个参数最佳的关系。

作为优选，相邻分散换热结构之间的距离为L，分散换热结构的长度为C，换热管的直径为D，格栅孔的流体流通面积为A，格栅孔的流体流通的周长为Z，满足如下要求：

L/C＝a-b*LN(D/E)；

E=4*A/Z；

其中LN是对数函数，a,b是参数，其中4.9<a<6.1,1.3<b<2.1；

10<D<18mm；

8<C<15mm；

25<L<35mm。

作为优选，5.4<a<5.8,1.6<b<1.9；

作为优选，a=5.52，b＝1.93。

其中分散换热结构的间距S是以相邻分散换热结构相对的两端之间的距离；即前面分散换热结构的尾端与后面分散换热结构的前端之间的距离。具体参见图13的标识。

换热管的直径D是指内径和外径的平均值。

作为优选，圆管长度S为140－200mm之间。进一步优选，160－180mm之间。

通过上述公式的最佳的几何尺度的优选，能够实现满足正常的流动阻力条件下，减震降噪达到最佳效果。

进一步优选，随着D/E的增加，a不断减小，b不断的增加。

对于其他的参数，例如管壁、壳体壁厚等参数按照正常的标准设置即可。

作为优选，格栅孔34在分散换热结构28的整个长度方向延伸。即格栅孔34的长度等于分散换热结构28的长度。

通过上述设置，可以进一步强化传热，能够提高换热效率。

作为优选，所述换热管内壁设置凹槽，所述分散换热结构的外壳设置在凹槽内，所述外壳的内壁与圆管的内壁对齐。

作为优选，除了外壳29形成的格栅孔，其余的格栅孔为正方形。

作为优选，所述的换热管包括圆管26和扁管32，所述圆管26分布在扁管32的前端。即沿着废气的流动方向，依次分布圆管26和扁管32。

主要原因在于废气入口侧温度高，因此液体容易沸腾，从而形成汽液两相流，因为圆管的形状为圆形，即使在相同换热面积情况下，圆管流通面积大，使得承压力能力强，而随着烟气的换热，后端的烟气温度相对较低，因此可以使用扁管，扁管因为形状为扁长形，流通空间小，液体在后端不会沸腾，因此不需要大通道可以满足压力要求，而且扁管换热面积大，从而使得强化传热。因此通过扁管和圆管的分布，使得换热装置整体上压力分布相对均匀，避免出现压力过大，而且换热能力相对增加。

作为优选，单根圆管的流体流通面积大于单根扁管。

作为优选，单根圆管的流体流通面积是单根扁管流通面积的2－3倍。

作为优选，所述的圆管26放置于换热芯体前侧，圆管26具有多排，每排含多个圆管26，相邻两排圆管26交错分布。所述的扁管32分多排紧邻圆管换热结构布置于换热芯体后侧，每排含多个扁管32，且相邻两排扁管前、后一一对应。

扁管32的延伸方向平行于烟气的流动方向。

作为优选，所述圆管26和扁管32内液体的流动方向都垂至于废气的流动方向。

作为优选，扁管内部设置翅片36，将扁管内液体流道分为多个小流道。作为优选，沿着废气流动的方向，不同扁管内的小流道水力直径不断变小。设距离废气入口的距离为S，则扁管小流道的水力直径为d，设d＝F（S），则F’（S）<0，F’（S）是F（S）的一次导数。

主要原因是沿着废气的流动方向，扁管内需要承受的压力越来越小，因此可以将水力直径变小，而且通过将水力半径变小，可以增加换热面积，提高换热能力。因此通过上述特征的设置，既可以满足压力要求，又可以实现强化传热。

作为优选，沿着废气流动方向，扁管小流道的水力直径为d的幅度不断增加。即F”（S）>0 ，F”（S）是F（S）的二次导数。

对于F”（S）>0，可以显著提高换热效果，并且实现压力平衡。上述的结果是通过大量的数值模拟和实验得到的结论。

作为优选，作为优选，沿着液体流动的方向，同一扁管内的小流道水力半径不断变小。设距离废气入口的距离为S，则扁管小流道的水力直径为d，设d＝F（S），则F’（S）<0，F’（S）是F（S）的一次导数。

作为优选，沿着废气流动方向，同一扁管小流道的水力直径为d的幅度不断增加。则F”（S）>0，F”（S）是F（S）的二次导数。具体原因如同前面。

作为优选，扁管内的小流道横截面为长方形，尺寸为2x4mm。

作为优选，扁管间的小流道横截面为三角形。

作为优选，前支撑体与后支撑体为中空的方-圆过渡结构，一侧端面为方形，一侧端面为圆形，其中，前支撑体的方形端面与换热芯体圆管一侧端面相连并固定、密封，圆形端面与前部燃烧室安装筒后端面出风口处固定、密封；后支撑体的方形端面与换热芯体扁管一侧端面相连并固定、密封，圆形端面与后部法兰装置出风口处固定、密封。

作为优选，所述的余热利用换热装置设置在燃烧器的废气烟道中，优选为加温器的烟道。

作为优选，所述废气烟道17是燃烧室安装筒。

作为优选，换热装置的废气入口温度为1200－1400摄氏度，优选为1300摄氏度。作为优选，前排圆管为耐高温不锈钢。

作为优选，所述换热装置设置排气口34，35，所述排气口34设置在上集箱的废气烟道17的管壁上，所述排气口35设置在出水管上。作为优选，排气口34，35根据压力情况自动排气。

下面结合附图对优选的实施例进行说明。

图1所示为一种预混点火、扩散燃烧器的实施例的结构示意图。该实例中，预混点火、扩散燃烧器采用耐热合金钢材料，燃烧器从前向后由供风安装底座、预混点火室、扩散燃烧室、燃烧室外筒依次首尾连接固定而成。供风安装底座由安装支架1、燃烧供风圆板2组成，安装支架1为逐渐收口的阶梯形，燃烧供风圆板2内嵌于安装支架1下端面圆孔处，两下端面共面。燃烧供风圆板2中心设有圆形通风孔，周向设有若干非均匀分布的扇环形通风孔。预混点火室由旋流发生板3、分流装置4、套筒5组成，分流装置4沿轴向分两层设置有若干通风孔，上层为预混出风口10，下层为预混进风口11，旋流发生板3同轴安装于分流装置两层通风孔之间并靠近预混出风口，安装有旋流发生板3的分流装置4同轴固定于套筒5内，底面与套筒5底面共面且结合处密封，分流装置上端面低于套筒上端面，分流装置4与套筒5之间形成分流通道16。组合的预混点火室前部穿入燃烧供风圆板2的中心孔中固定。扩散燃烧室由过渡筒6、二层进风圆筒7、三层进风过渡环组成8，过渡筒6为锥环形，周向设置有若干中心轴与锥面垂直的圆孔，二层进风圆筒7为两端开口的圆柱形，二层进风圆筒7直径与过渡筒6大径相同，其前端面与过渡筒6后端面对齐固定，二层进风圆筒7中间高度处固定有周向分布的中空导流管13，且与圆筒外表面贯通，三层进风过渡环8通过与二层进风圆筒7同直径的过渡薄板与二层进风圆筒7下端面固定，其上设置有回流孔14和三层进风孔15。组合的扩散燃烧室上端面与预混燃烧室下端面同轴对齐固定。燃烧室外筒9套于组合后的供风安装底座、预混燃烧室与扩散燃烧室外，下端面共面对齐后固定，固定处保持密封。燃烧室外筒与供风安装底座、预混点火室、扩散燃烧室间形成扩散进风通道17。

具体的，见图1和图2，安装支架1为直径渐变的阶梯形圆筒，上端面设置有安装凸缘，用于燃烧器轴向定位，外侧面设置有安装固定凸台，用于对燃烧器进行周向定位。安装支架1用于安装加温器控制系统与点火系统，引导气流向燃烧室入口流动，增加其流动速度，同时也是燃烧供风圆板2与燃烧室外筒8安装的载体。本实施例中，安装支架内径依次为： 186mm、163mm、138mm，安装凸缘直径为198mm。

具体的，燃烧供风圆板2用于燃烧所需空气的分配，流经圆形通风孔的空气进入预混燃烧室，参与预混点火室点火阶段及扩散燃烧阶段的燃烧，流经扇环形周向通风孔的空气进入扩散燃烧室，参与扩散燃烧阶段的燃烧，优选的，圆形通风孔与扇环通风孔面积比为3.7:1。本实施例中图2所示燃烧供风圆板2圆形通风孔周缘设有导向槽，方便预混点火室的安装固定，8个径向尺寸相同的扇环形孔非均匀分布，优选的，相邻的7个扇环中心角及间隔中心角相同，分别为19°、26°，另一个扇环中心角为23.5°，其与相邻扇环的间隔角为17°、30.5°。

具体的，预混点火室分流装置4轴向设置有两层前、后对应的通风孔，每层通风孔数量为6，上层预混出风口10用于分流由燃烧供风圆板2圆形通风孔进入的空气，分流空气经分流通道16进入下层预混进风口11，与雾化燃油混合并阻滞燃油下行，增加燃油-空气的混合时间，提高扩散燃烧稳定性。两层通风孔之间设置有旋流发生板3，旋流发生板前端面与上层预混出风口圆心所在平面优选间距为6mm，中心设有圆孔，用作雾化燃油入口，周向设有截面为三角形且其法向与旋流发生板平面呈一定角度的旋流通道，用于在点火室内形成旋流，见图3，优选的，旋流通道截面三角形对应内角为6°、65°，截面法向与旋流发生板夹角为17°。由燃烧供风圆板2圆形通风孔进入的空气一部分经旋流发生板3上的旋流通道进入后部燃烧空间，与经中心圆孔进入的雾化燃油充分混合形成点火所需的可燃混合气。

具体的，扩散燃烧室过渡筒6为锥环形，优选的，前、后端面直径比为9：13，周向圆孔数量为16，直径为8mm，均匀分布。二层进风圆筒7为两端开口的圆柱形，直径与过渡筒后端面直径相等，优选的，圆筒轴向1/2高度处设有周线分布的导流管，导流管数量为10，导流管与圆筒外端面贯通并对齐。见图4，三层进风过渡环8上设有回流孔14和三层进风孔15，用于连接扩散进风通道与扩散燃烧室内部，优选的，回流孔14和三层进风孔15数量分别为8与36，直径分别为10mm与2mm。燃烧所需空气由燃油供风圆板2周向扇环孔进入扩散进风通道17，并分别由过渡筒6周向圆孔、二次进风圆筒7上的导流管13、三层进风过渡环8上的回流孔14和三层进风孔15进入扩散燃烧室内部参与燃烧，优选的，扩散燃烧室各层进风面积占扩散燃烧进风面积的比例为：44%、15%、35%、6%。其中，过渡筒6周向圆孔是扩散燃烧的主供气通道，由此进入的空气沿锥面法向进入火焰内部，增加火焰内部未燃燃油周边的空气含量，提高燃烧效率。由二次进风圆筒7上的导流管13进入的高速空气在燃烧室中部形成气障，与雾化燃油混合燃烧的同时降低火焰轴向移动速度，增加燃油在燃烧室的滞留时间，保证充分混合与燃烧，此措施有利于减少燃油燃烧所需轴向长度。由回流孔14反冲进入燃烧室的空气，将雾化燃油与燃烧室内壁隔开，减小了燃油在壁面的附着机率，有利于消除积碳，同时，空气在上行过程中依附过渡筒锥面改变流动方向，与过渡筒6周向进入的空气相互作用，在二次进风圆筒7上部形成滚流，促进空气与未燃燃油的混合和燃烧。由三次进风孔15进入的空气在燃烧室末端迟滞火焰运动速度，确保少量未燃尽燃油的燃烧，提高燃烧器的燃烧效率，减小燃烧尾焰长度，降低后置热交换器热负荷。

组装后的燃烧器工作初始，集成在加温器锅头总成上的喷油嘴喷射出雾化的燃油，燃油经旋流发生板上的中心圆孔进入旋流发生板后部空间，同时经旋流发生板上周向布置的旋流通道进入后部空间的空气与雾化燃油充分混合，形成点火所必需的油气混合气，并由集成在锅头总成上的点火装置点燃混合气，形成燃烧器持续工作所需的火焰核心。点火成功后，点火装置停止工作，喷油嘴继续喷射燃油，并与旋流通道和预混进气口进入的空气混合后在预混点火室内旋流发生板后部空间形成稳定的火源，预混点火室内未烧尽的燃油继续向扩散燃烧室内部运动。与此同时，扩散燃烧所需空气经燃烧供风圆板周向的扇形孔进入分流通道，由过渡筒、二次进风筒、三次进风过渡环等的进风孔进入扩散燃烧室，在此过程中不断与未燃烧的燃油表面接触和燃烧，产生的废气经燃烧室外筒小直径孔排出燃烧器。

本发明所述的预混点火、扩散燃烧器适用于加温器等小型燃油式燃烧换热装置中，具有结构简单、燃烧效率高的特点，所述的预混点火室结构可以确保燃烧器在各种极端环境下的可靠点火与稳定燃烧，多层进气扩散燃烧结构有利于减小燃烧室轴向长度、提高燃烧器的体积功率。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (2)

1.一种车辆燃烧器系统，包括余热系统，所述余热系统包括燃烧器外筒、供风安装底座、预混点火室和扩散燃烧室，所述预混点火室和扩散燃烧器设置在燃烧器外筒内，扩散燃烧室尾部连接废气烟道，换热芯体设置在废气烟道内，所述换热芯体包括扁管，扁管内液体的流动方向垂至于废气的流动方向，扁管分多排，每排含多个扁管，扁管内部设置翅片，将扁管内液体流道分为多个小流道，沿着废气流动的方向，不同扁管内的小流道水力直径不断变小。

2.如权利要求1所述的车辆燃烧器系统，其特征在于，沿着废气流动方向，扁管小流道的水力直径不断变小的幅度不断增加。

Images