CN112682783A - 燃烧器和燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃烧器和燃气热水器，其中，燃烧器包括壳体及预热燃烧器；壳体形成有相互连通的空气预热室及燃烧室，燃烧室内进行高温空气燃烧反应，空气预热室具有烟气进口及多个沿空气预热室周向间隔设置的旋流空气出口，燃烧室具有烟气出口及用于向燃烧室内喷射燃气的燃气出口；预热燃烧器对应烟气进口设置，且用于将经过预混合后的燃气和空气的混合气体点燃后由烟气进口排入空气预热室，并将空气预热室内的温度加热至预设温度；多个旋流空气出口吹出的气流旋向一致，以使得旋流空气出口吹出的气流在空气预热室内形成旋流。本发明燃烧器使得整个燃烧过程CO和NOX的排放大幅度降低。

Description

燃烧器和燃气热水器

本申请要求2019年10月17日申请的，申请号为201910992986.8，申请名称为“燃烧器及燃气热水器”的中国专利申请的优先权，在此将其全文引入作为参考。

技术领域

本发明涉及高温空气燃烧技术领域，特别涉及一种燃烧器和燃气热水器。

背景技术

高温空气燃烧(high temperature air combustion)称为“温和与深度低氧稀释燃烧”，简称柔和燃烧是一种新型的燃烧方式，又称MILD燃烧。该燃烧的主要特点是：化学反应主要发生在高温低氧的环境中，反应物温度高于其自然温度，并且燃烧过程中最大温升低于其自然温度，氧气体积分数被燃烧产物稀释到极低的浓度。相比于常规燃烧，在这种燃烧状态下，燃料的热解受到抑制，火焰厚度变厚，火焰前锋面消失，从而使得在这种燃烧时整个炉膛的温度非常均匀，污染物NOx和CO排放大幅度降低。

虽然高温空气燃烧具有上述诸多优点，但是，目前，并没有专业的燃烧器来实现上述高温空气燃烧。相关技术中，通过在空气预热室设置预热燃烧器，点燃燃气和空气的混合气体并产生高温烟气。同时通过在空气预热室上开设空气出口，以使得空气进入空气预热室被高温烟气高温预热。然而由于气体流动快，使得冷空气在空气预热室内的高温预热效果不佳。

上述内容仅用于辅助理解发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种燃烧器，旨在解决上述提出的一个或多个技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的燃烧器包括壳体及预热燃烧器；

所述壳体形成有空气分配室、燃气分配室、相互连通的空气预热室及燃烧室，所述空气预热室具有烟气进口及多个沿所述空气预热室的周向间隔设置的旋流空气出口，所述旋流空气出口与所述空气分配室连通，所述燃烧室具有烟气出口及燃气出口，所述燃气出口与所述燃气分配室连通，以用于向所述燃烧室内喷射燃气，以使得所述燃烧室内进行高温空气燃烧反应；

预热燃烧器对应所述烟气进口设置，所述预热燃烧器用于将经过预混合后的燃气和空气的混合气体点燃后由烟气进口排入所述空气预热室，并将所述空气预热室内的温度加热至预设温度；

其中，所述旋流空气出口的出流方向与所述空气预热室的壁面呈锐角设置，且多个所述旋流空气出口吹出的气流旋向一致，以使得所述旋流空气出口吹出的气流在所述空气预热室内形成旋流。

在一实施例中，所述壳体还包括引流板，所述引流板设于所述旋流空气出口沿所述空气预热室的轴向延伸的侧缘，且自所述空气预热室的内壁面朝向所述旋流空气出口倾斜设置，以引导所述旋流空气出口的气流绕所述空气预热室的周向吹出。

在一实施例中，所述引流板固定连接于所述空气预热室的内壁面，或，所述引流板可转动的连接于所述空气预热室的内壁面，以调节所述旋流空气出口的开口大小。

在一实施例中，所述旋流空气出口的出流方向与所述空气预热室的壁面的夹角大于或等于0度，且小于或等于45度。

在一实施例中，所述壳体还形成有预混室，所述预混室、所述空气预热室及所述燃烧室依次连通，所述预热燃烧器设于所述空气预热室，所述预混室具有接入空气和燃气的进气口，所述燃烧器还包括安装于所述预混室的扰流装置，所述扰流装置用以对空气和燃气进行扰流，以使得经所述扰流装置吹出的混合气体为旋转气流。

在一实施例中，经所述扰流装置吹出的混合气体的旋向与所述旋流空气出口吹出的气流的旋向一致；或，

经所述扰流装置吹出的混合气体的旋向与所述旋流空气出口吹出的气流的旋向相反。

在一实施例中，所述扰流装置包括螺旋组件，以使得所述预混室内形成螺旋通道，所述螺旋通道的入口与进气口连通，所述螺旋通道的出口与所述空气预热室连通。

在一实施例中，所述螺旋组件包括中心挡圈及螺旋叶片，所述螺旋叶片的内端连接于所述中心挡圈，所述螺旋叶片的外端连接于所述预混室的内壁面，以使得所述螺旋叶片、所述中心挡圈与所述壳体之间限定出所述螺旋通道。

在一实施例中，所述壳体包括外壳及设于所述外壳内的第一筒体，所述第一筒体内限定出所述燃烧室，所述第一筒体与所述外壳之间限定出所述燃气分配室，所述燃气分配室具有燃气进口，所述燃气出口为多个，多个所述燃气出口开设于所述第一筒体的周壁面，且沿所述第一筒体的周向间隔设置。

在一实施例中，所述壳体还包括设于所述外壳内的第二筒体，所述第二筒体内限定出所述空气预热室及所述预混室，所述第二筒体与所述外壳之间限定出空气分配室，所述空气分配室具有空气进口，多个所述旋流空气出口开设于所述第二筒体的周壁面，且沿所述第二筒体的周向间隔设置。

在一实施例中，所述预混室、所述空气预热室、所述燃烧室自下向上依次排布，所述燃气出口设于所述第一筒体的上端，且所述燃气出口的气流方向朝下或倾斜朝下设置。

本发明还提出一种燃气热水器，包括主体、换热器及燃烧器，燃烧器包括壳体及预热燃烧器；

所述壳体形成有相互连通的空气预热室及燃烧室，所述空气预热室具有烟气进口及多个沿所述空气预热室的周向间隔设置的旋流空气出口，所述旋流空气出口用于向所述空气预热室内输入空气，所述燃烧室具有烟气出口及燃气出口，所述燃气出口用于向所述燃烧室内喷射燃气，以使得所述燃烧室内进行高温空气燃烧反应，；

预热燃烧器对应所述烟气进口设置，所述预热燃烧器用于将经过预混合后的燃气和空气的混合气体点燃后由烟气进口排入所述空气预热室，并将所述空气预热室内的温度加热至预设温度；

其中，多个所述旋流空气出口吹出的气流旋向一致，以使得所述旋流空气出口吹出的气流在所述空气预热室内形成旋流；

所述主体内设置有换热室及与所述换热室连通的排烟口，所述换热器设置在所述换热室内，所述燃烧器的烟气出口与所述换热室连通。

本发明燃烧器通过在壳体内限定出相互连通的空气预热室和燃烧室，使得预热燃烧器对应空气预热室的烟气进口设置，且空气预热室的周向间隔设置有多个旋流空气出口，使得旋流空气出口吹出的气流在空气预热室内形成旋流。从而当经过预热燃烧器燃烧后的高温烟气吹向空气预热室时，能够快速地与旋流冷空气混合，实现快速且均匀地预热冷空气。预热燃烧器对混合气体进行点火燃烧，实现了高温预热空气，再通过燃烧室上的燃气出口喷射燃气进行配合产生卷吸效应，使得高温烟气回流，一方面实现保温，使得燃烧室内燃气能够自燃，另一方面稀释空气，使氧气浓度低于一定值，实现均匀燃烧，如此，便使得燃烧室内发生高温空气燃烧。本发明便实现了一种具体可行的具有高温空气燃烧功能的燃烧器。并且，这种燃烧器框架的结构，能够将实现高温空气燃烧的组件小型化，使得具有更多的应用空间和价值，又加之噪音低，燃烧充分，排放废气污染小，在应用于燃气热水器以及包括燃气壁挂炉等使用燃气燃烧产生高温热水进行家庭沐浴及采暖等使用的相关产品和设备时，不仅满足了要求，而且还带来了现有热水器中燃烧器所不具备的燃烧充分、低污染物排放的效果。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明燃烧器一实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1中燃烧器的俯视结构示意图；

图4为图3中沿B-B的剖视结构示意图；

图5为图3中沿C-C的剖视结构示意图；

图6为图5中沿D-D的剖视结构示意图；

图7为图6中F处的局部放大图，其中，预热燃烧器被移除；

图8为图5中沿E-E的剖视结构示意图；

图9为本发明燃烧器的第二筒体一实施例的部分结构示意图；

图10为图9中第二筒体另一角度的结构示意图；

图11为图10中沿G-G的剖视结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称	标号	名称
						10	燃烧器	133	旋流空气进口	170	外壳
100	壳体	134	旋流通道	180	第一筒体
						110	空气分配室	140	燃烧室	190	第二筒体
111	空气进口	141	烟气出口	200	预热燃烧器
						120	燃气分配室	142	燃气出口	300	扰流装置
121	燃气进口	150	预混室	310	中心挡圈
						130	空气预热室	151	进气口	320	螺旋叶片
131	烟气进口	152	螺旋通道
						132	旋流空气出口	160	引流板

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的目的是利用高温空气燃烧的特性，设计新型的燃烧器，以及应用于燃气热水器，使燃气热水器能够有效减少CO和NOx的排放并降低燃气热水器的噪音。

本发明提出一种燃烧器，适用于燃气热水器以及包括燃气壁挂炉等使用燃气燃烧产生高温热水进行家庭沐浴及采暖等使用的相关产品和设备，以下为方便理解，以应用于燃气热水器为例。

在本发明实施例中，如图1至图7所示，该燃烧器10包括壳体100及预热燃烧器200。壳体100形成有相互连通的空气预热室130及燃烧室140。空气预热室130具有烟气进口131及多个沿空气预热室130的周向间隔设置的旋流空气出口132，旋流空气出口132用于向所述空气预热室130内输入空气，。燃烧室140具有烟气出口141及燃气出口142，燃气出口142用于向燃烧室140内喷射燃气，以使得所述燃烧室140内进行高温空气燃烧反应，。预热燃烧器200对应烟气进口131设置，预热燃烧器200用于将经过预混合后的燃气和空气的混合气体点燃后由烟气进口131排入空气预热室130，并将所述空气预热室130内的温度加热至预设温度。其中，且多个旋流空气出口132吹出的气流旋向一致，以使得旋流空气出口132吹出的气流在空气预热室130内形成旋流。

高温空气燃烧的主要特点是：化学反应主要发生在高温低氧的环境中，反应物温度高于其自然温度，并且燃烧过程中最大温升低于其自然温度，氧气体积分数被燃烧产物稀释到极低的浓度。相比于常规燃烧，在这种燃烧状态下，燃料的热解受到抑制，火焰厚度变厚，火焰前锋面消失，从而使得在整个炉膛的温度非常均匀，燃烧峰值温度低且噪音极小，且污染物NOx和CO排放大幅度降低。但是，达成高温空气燃烧需要一定的条件：需要保证炉内任意位置的氧气浓度低于一定值，一般是低于5％～10％，保证燃气被充分燃解以及燃烧均匀，并且温度要高于燃料的自燃点，维持自燃。

在本实施例中，壳体100的横截面形状可以为矩形、圆形、椭圆形、异形等，可根据实际需求进行选择和设计，在此不做具体限定。空气预热室130的烟气进口131用于输入经过预热燃烧器200燃烧后的高温烟气。外部的空气先进入到壳体100的空气分配室110，然后从旋流空气出口132进入到空气预热室130，可通过风机等装置将气流鼓入空气分配室110，进而通过旋流空气出口132相对均匀的进入空气预热室130。需要说明的是，旋流空气出口132设置在预热燃烧器200的出气端。也即，当燃气和空气的混合气体经预热燃烧器200燃烧后，高温烟气进入到空气预热室130内，同时从旋流空气出口132进入空气到空气预热室130，使得冷空气与空气预热室130内的高温烟气进行混合，进而加热冷空气。加热后的空气及高温烟气进入到燃烧室140内，对燃烧室140进行加热。

可通过外部的燃气气阀控制燃气分配室120内的燃气。可以理解的是，由于燃气气阀打开时具有一定的气压，使得燃气分配室120的燃气能够从燃气出口142喷射至燃烧室140内。燃气出口142具体可为开设在壳体100壁面上的开口，也可以为燃气喷嘴或燃气喷管的气流出口，应使得燃气从燃气喷射装置的燃气出口142喷出时实现高速射流。则高速喷射出的燃气在燃烧室140内形成卷吸效应，使得燃烧室140内形成喷射燃烧器以及烟气回流区，燃烧室140内的高温烟气在燃烧室140内进行快速且强烈的循环，继而将喷射出的燃气与进入的空气充分稀释，形成较低的氧气浓度，降低燃烧反应速度，并维持燃烧室140内较高的温度，保持温度高于燃料的自燃点，实现自燃。如此，本实施例满足了高温空气燃烧(MILD燃烧)的条件：高温预热空气并配合高速射流实现卷吸高温烟气并稀释点燃空气射流，使氧气浓度低于一定值，且温度高于燃料的自燃点。

预热燃烧器200具体可以为全预混燃烧器。预热燃烧器200对应烟气进口131设置，则预热燃烧器200可以安装在空气预热室130内，也可以安装在空气预热室130的烟气进口131处。当壳体100内还限定有与空气预热室130通过烟气进口131连通的预混室150，可以使得预热燃烧器200安装在空气预热室130与预混室150的气体流通口处，使得一定比例混合后的燃气和空气的混合气体通过预混室150进入到预热燃烧器200内进行燃烧。预热燃烧器200用于将经过预混合后的燃气和空气的混合气体点燃，并使得点燃后的高温烟气通过烟气进口131进入到空气预热室130内。具体地，燃烧器10还包括设于壳体100内邻近预热燃烧器200的点火装置，点火装置用于对预热燃烧器200进行点火。为了使得燃烧均匀，预热燃烧器200包括板状本体及贯穿板状本体厚度方向设置的多个过气孔，多个过气孔用于供混合气体通过，并进入空气预热室130。多个过气孔在板状本体上可以均匀或交错设置，以保证燃烧均匀。点火装置具体可以为电子点火器或电加热丝，使得功耗更小。

从旋流空气出口132进入空气预热室130的冷空气均能够被预热燃烧器200燃烧后排入空气预热室130的高温烟气加热。具体地，使得旋流空气出口132的出流方向与空气预热室130的壁面呈锐角设置，则从旋流空气出口132吹出的气流并非是垂直空气预热室130的壁面设置的，也即，旋流空气出口132吹出的气流为斜向气流。可以通过将旋流空气出口132设置为斜孔，使得旋流空气出口132吹出斜向气流。也即使得旋流空气出口132的孔壁面与空气预热室130的内壁面呈非垂直设置。也可以通过在空气预热室130的内壁面靠近旋流空气出口132的壁面设置斜向挡板，以使得旋流空气出口132吹出的气流在空气预热室130内形成旋流。还可以在空气预热室130的外壁面设置与旋流空气出口132连通的斜向通道，如斜管等，使得从旋流空气出口132吹出的气流为斜向气流。通过使得旋流空气出口132吹出的气流为斜向气流，且多个旋流空气出口132吹出的气流旋向一致，也即同时为顺时针或逆时针，则使得从旋流空气出口132进入到空气预热室130内的气流能够形成旋流。

燃烧器10在工作时，经过预混合后的燃气和空气输送至预热燃烧器200，由点火装置对预热燃烧器200进行点火，混合气体燃烧后高温烟气进入到空气预热室130内，同时空气从旋流空气出口132进入到空气预热室130内，以形成旋流。旋流冷空气在空气预热室130内的驻留时间长，且流动速率快，从而当经过预热燃烧器200燃烧后的高温烟气吹向空气预热室130时，能够快速地与旋流冷空气混合，实现快速且均匀地预热冷空气。同时，高温烟气与旋流冷空气混合后，进入到燃烧室140内时，仍具有一定的旋向，从而使得高温气体在燃烧室140内螺旋上升，均匀地加热整个燃烧室140。可以理解的是，控制加热的温度，可以将空气预热室130内的空气加热至目标温度，，也即上述所说的预设温度，如此，便实现了对空气的高温预热。具体地，燃烧器10还包括测温装置，测温装置设于空气预热室130内。测温装置用于检测空气预热室130内的气体温度是否达到目标温度，若没有达到，则需要调高空气预热室130内的温度，可以对旋流空气出口132的空气进风量的大小进行控制，或控制进入预热燃烧器200内燃烧的燃气和空气比例实现温度调节。通过检测温度，预热燃烧器200能够根据MILD的燃烧所需的空气量自动调节热负荷以达到快速预热空气的效果，同时保证整个燃烧过程低CO和NOX排放。测温装置可以为温度传感器。进行高温预热后的空气及高温烟气输送至燃烧室140后，控制燃气出口142喷射燃气，燃气与高温气体接触，高温气体点燃燃气，实现在燃烧室140内形成MILD燃烧。燃烧后的热量通过烟气出口141排出，则可以与燃气热水器的换热器进行换热，以实现制得热水。

本发明燃烧器10通过在壳体100内限定出相互连通的空气预热室130和燃烧室140，使得预热燃烧器200对应空气预热室130的烟气进口131设置，且空气预热室130的周向间隔设置有多个旋流空气出口132，使得旋流空气出口132吹出的气流在空气预热室130内形成旋流。从而当经过预热燃烧器200燃烧后的高温烟气吹向空气预热室130时，能够快速地与旋流冷空气混合，实现快速且均匀地预热冷空气。预热燃烧器200对混合气体进行点火燃烧，实现了高温预热空气，再通过燃气出口142喷射燃气进行配合产生卷吸效应，使得高温烟气回流，一方面实现保温使得温度高于燃料的自燃点，使得燃烧室内燃气能够自燃，另一方面通过射流卷吸稀释空气，使氧气浓度低于一定值，实现均匀燃烧，如此，便使得燃烧室140内发生高温空气燃烧。也就是说，本实施例的技术方案有利于同时达到了这两个条件，顺利实现高温空气燃烧。并且，这种燃烧器框架的结构，能够将实现高温空气燃烧的组件小型化，使得具有更多的应用空间和价值，又加之噪音低，燃烧充分，排放废气污染小，在应用于燃气热水器以及包括燃气壁挂炉等使用燃气燃烧产生高温热水进行家庭沐浴及采暖等使用的相关产品和设备时，不仅满足了要求，而且还带来了现有热水器中燃烧器所不具备的燃烧充分、低污染物排放的效果。且仅在燃烧室140上开设燃气出口142便可实现喷射燃气，结构简单、易于实现，且使得整个燃烧器10的结构更加紧凑、体积更小。

在一实施例中，所述燃烧器10还包括引流装置，所述引流装置设于所述空气预热室130的壁面，且与所述旋流空气出口132连通，以引导所述旋流空气出口132的气流绕所述空气预热室130的周向吹出。引流装置具体可以为引流管、引流喷嘴、引流板、引流通道等，只需能够引导旋流空气出口132吹出的气流，或使得旋流空气出口132吹出的气流形成旋流即可。通过设置引流装置，进一步提高旋流空气出口132的出流速度，强化旋流，从而使得空气预热室130内的燃气和空气混合更加均匀。

进一步地，如图2、图6及图7所示，壳体100还包括引流板160，引流板160设于旋流空气出口132沿空气预热室130的轴向延伸的侧缘，且自空气预热室130的内壁面朝向旋流空气出口132倾斜设置，以引导旋流空气出口132的气流绕空气预热室130的周向吹出。

在本实施例中，引流板160连接在旋流空气出口132在空气预热室130轴向上延伸的侧缘，且使得引流板160自空气预热室130的内壁面朝向旋流空气出口132倾斜设置，则多个引流板160在空气预热室130的周向上沿顺时针排布或逆时针排布。引流板160实现部分遮挡旋流空气出口132，同时能够引导气流沿着引流板160的板面吹出，使得从旋流空气出口132吹出的气流为斜向，且绕空气预热室130的周向形成旋流。可以理解的是，壳体100的壁厚通常较薄，若仅将旋流空气出口132设置为斜孔，则使得从旋流空气出口132吹出的气流倾斜的角度较小，不能够在空气预热室130内形成有效且稳定的旋流。通过设置引流板160引导旋流空气出口132的气流，使其在空气预热室130内形成旋流，一方面降低了旋流空气出口132的加工难度，另一方面提高了旋流效果，使得从旋流空气出口132吹出的气流能够在空气预热室130内形成稳定的旋流，进而实现快速高温预热空气。在其他实施例中，为了进一步提高空气旋流效果，可以使得旋流空气出口132的内壁面呈倾斜设置，且倾斜方向与引流板160的倾斜方向一致。

在一实施例中，引流板160固定连接于空气预热室130的内壁面。引流板160可以与壳体100一体成型设置，也可以通过焊接或胶水粘接等方式固定连接。通过使得引流板160固定连接在空气预热室130的内壁面，当气流从旋流出风口吹出时，引流板160能够稳固且有效地引导气流。从而使得整体结构更加稳固，提高整体可靠性。

在另一实施例中，引流板160可转动的连接于空气预热室130的内壁面，以调节旋流空气出口132的开口大小。引流板160可通过合页、枢轴等转动连接在空气预热室130的内壁面上，则引流板160相当于开关门，能够调节旋流空气出口132的大小。具体地，燃烧器10还包括传动连接的驱动装置及传动装置，传动装置连接多个引流板160。控制器控制驱动装置驱动传动装置带动多个引流板160转动，进而调节多个旋流空气出口132的开口大小。通过使得引流板160可转动地连接在空气预热室130的内壁面，一方面能够调节旋流空气出口132的开口大小，进而调节空气预热室130的进风量，另一方面还能够调节旋流空气出口132的出流方向，从而控制旋流气流的方向及流速。如此，使得整个旋流空气出口132的进风量和旋流参数可控，灵活调节，能够满足整个燃烧过程中的燃烧需求。

在一实施例中，请参照图9至图11，所述空气预热室130还具有对应所述旋流空气出口设置的旋流空气进口133，每一所述旋流空气进口133与其对应的所述旋流空气出口132之间形成一旋流通道134，所述旋流空气出口132的过风面积小于所述旋流空气进口133的过风面积。可以理解的是，旋流通道134的延伸方向与空气预热室130的径向和轴向均呈夹角设置。通过设置旋流通道134，能够进一步提高旋流空气出口132的出流速度，强化空气在空气预热室130内形成的旋流，从而使得空气预热室130内的燃气和空气混合更加均匀。进一步地，所述旋流通道134的内径自所述旋流空气进口133向所述旋流空气出口132逐渐减小。以使得从旋流空气出口132吹出的旋流更加均匀、风损小，同时形成旋流的效果更好。

具体而言，请参照图2、图6及图7，旋流空气出口132的出流方向与空气预热室130的壁面的夹角(如图7中的角α)大于或等于0度，且小于或等于45度。当旋流空气出口132的出流方向与空气预热室130的壁面的夹角大于45度时，使得旋流空气的出流方向逐渐远离空气预热室130的壁面的切向，而趋于朝向空气预热室130的中心，从而从多个旋流空气出口132吹出的空气气流不易在空气预热室130内形成稳定的旋流。通过使得流空气出口的出流方向与空气预热室130的壁面的夹角大于或等于0度，且小于或等于45度，则使得从旋流空气出口132吹出的气流大致沿空气预热室130的周向旋转吹出，从而易于在空气预热室130内形成稳定可靠的旋流，进而能够快速且均匀地与高温烟气混合，使得冷空气被迅速且均匀地加热。

在一实施例中，如图4及图5所示，壳体100还形成有预混室150，预混室150、空气预热室130及燃烧室140依次连通，预热燃烧器200设于空气预热室130，预混室150具有接入空气和燃气的进气口151，燃烧器10还包括安装于预混室150的扰流装置300，扰流装置300用以对空气和燃气进行扰流，以使得经扰流装置300吹出的混合气体为旋转气流。

在本实施例中，为了使得空气预热室130及燃烧室140内的气体混合效果更好，将预混室150、空气预热室130、燃烧室140设置为直线排布的方式贯通。预热燃烧器200可以设置在空气预热室130内，也可以设置在空气预热室130和预混室150的连通处。扰流装置300具体可以包括固定的扰流叶片、螺旋叶片320、螺旋管、可转动的扰流叶片或扰流盘等。通过在预混室150内设置扰流装置300，则扰流装置300能够对空气和燃气进行搅动混合，使得燃气和空气在预混室150内的混合更加均匀，从而使得混合气体进入到预热燃烧器200进行燃烧更加充分，保证整个燃烧过程中低CO和NOX排放。通过使得扰流装置300吹出的混合气体为旋转气流，则使得从扰流装置300中吹出的气流被预热燃烧器200燃烧后旋转上升至空气预热室130内，与从旋流空气出口132吹入空气预热室130内的旋流空气混合，从而旋转的高温烟气与旋流空气充分且均匀地混合，使得冷空气被快速且均匀地加热，而旋转的高温烟气能够带动旋流空气一齐螺旋上升至燃烧室140内，从而螺旋上升的高温气体能够更加均匀地加热整个燃烧室140。

为了使得燃烧更加充分，使得从进气口151进入的气体为经过预混合器混合后的燃气和空气的混合气体。在一实施例中，预混合器包括机壳、风机及燃气开关阀，机壳形成有进风风道、燃气流道和混合通道，混合通道与进风风道、燃气流道分别连通，风机设于进风风道，燃气开关阀设于燃气流道，混合通道与混合气体分配室的进气口151连通。则当需要混合气体时，按照预先设定的进风和燃气比例控制风机工作以及控制燃气开关阀打开，以在机壳内混合得到一定燃气/空气比例的混合气体。

具体而言，经扰流装置300吹出的混合气体的旋向与旋流空气出口132吹出的气流的旋向一致。如此，经预热燃烧器200燃烧后的高温烟气的旋向与旋流空气出口132吹出的气流旋向一致。当高温烟气旋转上升至空气预热室130时，与旋流空气迅速混合均匀，从而快速地将旋流空气加热至所需温度，且由于两股气流的旋向相同，从而混合后的高温气体进入到燃烧室140内，能够螺旋上升至整个燃烧室140内，对整个燃烧室140进行均匀地加热。

在另一实施例中，经扰流装置300吹出的混合气体的旋向与旋流空气出口132吹出的气流的旋向相反。如此，经预热燃烧器200燃烧后的高温烟气的旋向与旋流空气出口132吹出的气流旋向相反。当高温烟气旋转上升至空气预热室130时，由于两者的旋向相反，使得高温烟气与旋流空气对冲，从而两者在空气预热室130内的驻留时间更长，从而使得高温烟能够与旋流空气充分混合，从而快速且均匀地将旋流空气加热至所需温度。

在一实施例中，请参照图4及图5，扰流装置300包括螺旋组件，以使得预混室150内形成螺旋通道152，螺旋通道152的入口与进气口151连通，螺旋通道152的出口与空气预热室130连通。螺旋组件可以包括螺旋叶片320，螺旋叶片320沿预混室150的轴向螺旋延伸，使得螺旋叶片320与预混室150的内壁面围合形成螺旋通道152。在一实施例中，螺旋组件包括螺旋盘管，螺旋盘管内形成螺旋通道152。通过螺旋盘管内形成螺旋通道152，结构简单，易于实现。需要说明的是，螺旋通道152指的是，该通道呈螺旋状延伸，则气流流经该螺旋通道152时，气流的流通路径也呈螺旋状。通过在预混室150内安装螺旋组件，以形成螺旋通道152，相比于不设置螺旋组件的预混室150而言，使得气流的流通路径更长，且使得气流在螺旋通道152内产生旋向。从而当燃气和空气从进气口151进入到螺旋通道152内后，在螺旋通道152内充分且均匀的混合，然后从螺旋通道152的出口输送至预热燃烧器200进行燃烧，则使得燃烧更加充分，燃烧过程中的污染物排放量低，噪音低。预热燃烧器200燃烧后产生的高温烟气也能够形成旋流，且具有足够的旋转速度，从而实现在空气预热室130内充分且均匀地与旋流空气混合，将冷空气加热至MILD燃烧所需温度，同时能够带动旋流空气螺旋上升，使得混合后的高温烟气能够上升至整个燃烧室140，对整个燃烧室140进行充分且均匀的加热。

在上述实施例的基础上，进一步地，如图4、图5及8所示，螺旋组件包括中心挡圈310及螺旋叶片320，螺旋叶片320的内端连接于中心挡圈310，螺旋叶片320的外端连接于预混室150的内壁面，以使得螺旋叶片320、中心挡圈310与壳体100之间限定出螺旋通道152。

在本实施例中，可以理解的是，中心挡圈310呈柱状结构，且为封闭结构，从而能够防止混合气流进入到中心挡圈310内，影响燃气和空气的混合效果。中心挡圈310设置在预混腔的中部，且中心挡圈310的延伸方向与预混室150的延伸方向一致。则螺旋叶片320沿中心挡圈310的轴线延伸，也即螺旋叶片320沿预混室150的轴线延伸。螺旋叶片320与中心挡圈310、壳体100之间可以通过焊接或一体成型的方式固定连接。通过使得螺旋叶片320的内端连接于中心挡圈310，外端连接于壳体100的内壁面，则使得螺旋叶片320、中心挡圈310的外壁面与预混室150的内壁面之间限定出螺旋通道152。通过螺旋叶片320加中心挡圈310的结构，在使得预混室150内形成螺旋通道152的同时，结构简单、易于制造，且相比于螺旋盘管内形成螺旋通道152，能够充分利用预混室150内的空间，从而最大化螺旋通道152的过风面积，有效提高预混室150的气体混合率及流通率。

在一实施例中，请参照图4及图5，壳体100包括外壳170及设于外壳170内的第一筒体180，第一筒体180内限定出燃烧室140，第一筒体180与外壳170之间限定出燃气分配室120，燃气分配室120具有燃气进口121，燃气出口142为多个，多个燃气出口142开设于第一筒体180的周壁面，且沿第一筒体180的周向间隔设置。

在本实施例中，外壳170的形状可以有很多，为了保持整体一致性，且使得燃烧器10整体结构更加紧凑，可以使得外壳170整体呈筒状设置。燃气进口121连接有燃气进气管，燃气进气管与燃气气源连通，进而输入燃气。在第一筒体180的周壁面开设多个燃气出口142，则燃气能够从燃气分配室120通过燃气出口142喷射入燃烧室140内，满足燃气高速射流条件。且多个燃气喷射口使得燃烧室140内的气体混合更加均匀，从而燃烧更加缓慢和充分。燃气出口142可以开设在第一筒体180的上端，则燃气出口142对应的出流方向可为下方，或使得燃气出口142开设在第一筒体180的下端，则燃气出口142对应的出流方向可为上方。

进一步地，壳体100还包括设于外壳170内的第二筒体190，第二筒体190内限定出空气预热室130及预混室150，第二筒体190与外壳170之间限定出空气分配室110，空气分配室110具有空气进口111，多个旋流空气出口132开设于第二筒体190的周壁面，且沿第二筒体190的周向间隔设置。空气进口111连接有空气进气管，空气进气管与空气气源连通，可通过风机等输入空气。仅通过使得第一筒体180及第二筒体190设置在外壳170内，便能够分别限定出燃气分配室120、空气分配室110、空气预热室130、燃烧室140及预混室150，整体结构简单，设计巧妙，使得整个燃烧器10的体积小，占用空间小，外形美观。

在上述实施例的基础上，进一步地，如图4及图5所示，预混室150、空气预热室130、燃烧室140自下向上依次排布，燃气出口142设于第一筒体180的上端，且燃气出口142的气流方向朝下或倾斜朝下设置。如此，使得整个燃烧器10的进气方向由下至上，符合气流流通特性，使得气流流通更加顺畅。第一筒体180位于第二筒体190上方，外壳170包围第一筒体180及第二筒体190，保持外观整体一致性，且布局更加紧凑合理。使得燃气出口142设置在第一筒体180的上端，并使得燃气出口142的气流朝下或倾斜朝下设置，则燃气从燃气出口142朝下喷出，在燃烧室140内形成卷吸效应，使得气体混和更加均匀，燃烧更加缓慢和充分。

具体地，第一筒体180的上端由下至上呈渐缩设置。如此，第一筒体180的上端由下至上呈缩口设置。则燃气出口142设置在第一筒体180的上端时，使得燃气出口142斜向下设置，则多个周向间隔设置的燃气出口142均朝空气预热室130的中部斜向下喷射燃气，从而能够使得燃烧室140内的气体混合更加均匀，燃烧更加缓慢和充分。

本发明还提供一种燃气热水器，包括主体、换热器及燃烧器10，主体内设置有换热室及与换热室连通的排烟口，换热器设置在换热室内，燃烧器10的烟气出口141与换热室连通。应当说明的是，燃气分配室120的燃气可通过外部燃气管路提供，燃气管路上设置燃气比例阀进行控制，空气分配室110的空气则通过独立风机进行控制，此风机与预混合器的风机相互独立。

该燃烧器10的详细结构可参照上述燃烧器10的实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明燃气热水器中使用了上述燃烧器10，因此，本发明燃气热水器的实施例包括上述燃烧器10全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

结合上述燃烧器10的实施例，阐述本发明燃烧器10应用于燃气热水器的工作原理：

热水器启动，预混合器的燃气开关阀以及风机将按一定比例混合的空气与燃气通过进气口151提供至预混室150，经扰流装置300搅拌，充分混合后，提供至预热燃烧器200，点火装置点火，在空气预热室130的燃烧区开始燃烧，空气分配室110对应的风机也动作吸入燃烧所需的空气，通过旋流空气出口132吹入空气预热室130室的冷空气与预热燃烧器200燃烧产生的高温烟气在空气预热室130内充分且均匀地混合后形成高温气体。当测温装置检测到高温气体的温度达到MILD燃烧所需的温度，则燃气阀提供燃气至燃气分配室120，MILD燃烧所需的燃气从燃气出口142喷射至燃烧室140与高温气体结合，高温气体点燃燃气，实现在燃烧室140内形成MILD燃烧，由于通过燃气出口142喷射燃气，会在燃烧室140内形成卷吸效应，使得在燃烧室140内形成喷射燃烧区以及烟气回流区，使部分烟气在燃烧室140内强烈循环，继而将喷射的燃气与空气充分稀释，形成较低的氧气浓度，降低燃烧反应速度，并维持燃烧室140较高的温度，保证温度高于燃料的自燃点，实现自燃。如此，本实施例满足了高温空气燃烧(MILD燃烧)的条件：高温预热空气并配合高速射流实现卷吸高温烟气并稀释点燃空气射流，使氧气浓度低于一定值，且温度高于燃料的自燃点。燃烧后的热量可以与燃气热水器的换热器进行换热后排至室外，以实现制得热水。

可以理解的是，由于在燃气热水器中采用了燃烧器10，使燃气热水器能够有效减少CO和NOx的排放并降低燃气热水器的噪音。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种燃烧器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体形成有相互连通的空气预热室及燃烧室，所述空气预热室具有烟气进口及多个沿所述空气预热室的周向间隔设置的旋流空气出口，所述旋流空气出口用于向所述空气预热室内输入空气，所述燃烧室具有烟气出口及燃气出口，所述燃气出口用于向所述燃烧室内喷射燃气，以使得所述燃烧室内进行高温空气燃烧反应；

预热燃烧器，对应所述烟气进口设置，所述预热燃烧器用于将经过预混合后的燃气和空气的混合气体点燃后由烟气进口排入所述空气预热室，并将所述空气预热室内的温度加热至预设温度；

其中，多个所述旋流空气出口吹出的气流旋向一致，以使得所述旋流空气出口吹出的气流在所述空气预热室内形成旋流。

2.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器还包括引流装置，所述引流装置设于所述空气预热室的壁面，且与所述旋流空气出口连通，以引导所述旋流空气出口的气流绕所述空气预热室的周向吹出。

3.如权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述引流装置包括引流板，所述引流板设于所述旋流空气出口沿所述空气预热室的轴向延伸的侧缘，且自所述空气预热室的内壁面朝向所述旋流空气出口倾斜设置。

4.如权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述引流板固定连接于所述空气预热室的内壁面，或，所述引流板可转动的连接于所述空气预热室的内壁面，以调节所述旋流空气出口的开口大小。

5.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述空气预热室还具有对应所述旋流空气出口设置的旋流空气进口，每一所述旋流空气进口与其对应的所述旋流空气出口之间形成一旋流通道，所述旋流空气出口的过风面积小于所述旋流空气进口的过风面积。

6.如权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述旋流通道的内径自所述旋流空气进口向所述旋流空气出口逐渐减小。

7.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述旋流空气出口的出流方向与所述空气预热室的壁面的夹角大于或等于0度，且小于或等于45度。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体还形成有预混室，所述预混室、所述空气预热室及所述燃烧室依次连通，所述预热燃烧器设于所述空气预热室，所述预混室具有接入空气和燃气的进气口，所述燃烧器还包括安装于所述预混室的扰流装置，所述扰流装置用以对空气和燃气进行扰流，以使得经所述扰流装置吹出的混合气体为旋转气流。

9.如权利要求8所述的燃烧器，其特征在于，

经所述扰流装置吹出的混合气体的旋向与所述旋流空气出口吹出的气流的旋向一致；或，

经所述扰流装置吹出的混合气体的旋向与所述旋流空气出口吹出的气流的旋向相反。

10.如权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述扰流装置包括螺旋组件，以使得所述预混室内形成螺旋通道，所述螺旋通道的入口与进气口连通，所述螺旋通道的出口与所述空气预热室连通。

11.如权利要求10所述的燃烧器，其特征在于，所述螺旋组件包括中心挡圈及螺旋叶片，所述螺旋叶片的内端连接于所述中心挡圈，所述螺旋叶片的外端连接于所述预混室的内壁面，以使得所述螺旋叶片、所述中心挡圈与所述壳体之间限定出所述螺旋通道。

12.如权利要求8所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体包括外壳及设于所述外壳内的第一筒体，所述第一筒体内限定出所述燃烧室，所述第一筒体与所述外壳之间限定出燃气分配室，所述燃气分配室与所述燃气出口连通，所述燃气分配室具有燃气进口，所述燃气出口为多个，多个所述燃气出口开设于所述第一筒体的周壁面，且沿所述第一筒体的周向间隔设置。

13.如权利要求12所述的燃烧器，其特征在于，所述壳体还包括设于所述外壳内的第二筒体，所述第二筒体内限定出所述空气预热室及所述预混室，所述第二筒体与所述外壳之间限定出空气分配室，所述空气分配室与所述旋流空气出口连通，所述空气分配室具有空气进口，多个所述旋流空气出口开设于所述第二筒体的周壁面，且沿所述第二筒体的周向间隔设置。

14.如权利要求13所述的燃烧器，其特征在于，所述预混室、所述空气预热室、所述燃烧室自下向上依次排布，所述燃气出口设于所述第一筒体的上端，且所述燃气出口的气流方向朝下或倾斜朝下设置。

15.一种燃气热水器，其特征在于，包括主体、换热器及如权利要求1至14中任意一项所述的燃烧器，所述主体内设置有换热室及与所述换热室连通的排烟口，所述换热器设置在所述换热室内，所述燃烧器的烟气出口与所述换热室连通。

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