CN112682950A - 高温空气燃烧器和燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高温空气燃烧器和燃气热水器，其中，高温空气燃烧器包括壳体、预热燃烧器及燃气喷射装置；壳体内限定出依次连通的预混室、空气预热室及燃烧室，预混室用于预混合接入其内的燃气和空气，燃烧室具有烟气出口，空气预热室具有空气进口；预热燃烧器呈筒状设置，且安装于空气预热室，燃烧室设置在预热燃烧器的外围或筒内侧，预热燃烧器用于将预混室排放至空气预热室内的混合气体点燃；燃气喷射装置具有燃气出口，以用于向燃烧室内喷射燃气，以使燃烧室内发生高温空气燃烧。本发明高温空气燃烧器能够降低制造难度，提高燃烧效率及整体能效，降低成本及噪音，使得污染物CO和NOX的排放大幅度降低。

Description

高温空气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201910992987.2，申请名称为“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领域，特别涉及一种高温空气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，通常为3％～5％。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。

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可实现高温空气燃烧的高温空气燃烧器。

为实现上述目的，本发明提出的高温空气燃烧器包括壳体、预热燃烧器及燃气喷射装置；

所述壳体内限定出依次连通的预混室、空气预热室及燃烧室，所述预混室用于预混合接入其内的燃气和空气，所述燃烧室具有烟气出口，所述空气预热室具有空气进口；

所述预热燃烧器呈筒状设置，且安装于所述空气预热室，所述燃烧室设置在所述预热燃烧器的外围或筒内侧，所述预热燃烧器用于将所述预混室排放至所述空气预热室内的混合气体点燃；

所述燃气喷射装置具有燃气出口，以用于向所述燃烧室内喷射燃气，以使所述燃烧室内发生高温空气燃烧。

在一实施例中，所述高温空气燃烧器还包括蓄热体，所述蓄热体安装于所述空气预热室与所述燃烧室之间，所述蓄热体可用于对流经其内的气体进行热交换；以及接受所述燃烧室的辐射热量。

在一实施例中，所述蓄热体呈筒形设置、且安装于所述壳体内，所述蓄热体的筒内壁面与所述壳体围合形成所述空气预热室与所述燃烧室的其中一者，所述蓄热体的筒外壁面与所述壳体围合形成空气预热室与所述燃烧室的另一者。

在一实施例中，所述燃烧室环绕于所述预热燃烧器的外围，所述蓄热体的筒内壁面与所述壳体围合形成所述空气预热室，所述预热燃烧器位于所述蓄热体的筒内侧，所述预混室与所述空气预热室的气体流通口对应所述预热燃烧器的筒内侧设置。

在一实施例中，所述壳体包括相对设置的第一挡板及第二挡板，所述预热燃烧器及所述蓄热体夹设于所述第一挡板与所述第二挡板之间，所述蓄热体的筒内壁面、所述第一挡板及所述第二挡板围合形成所述空气预热室，所述蓄热体的筒外壁面、所述第一挡板与所述第二挡板围合形成所述燃烧室，所述第一挡板的周缘与所述第二挡板的周缘之间形成所述烟气出口。

在一实施例中，所述壳体还包括设于所述第一挡板远离所述第二挡板一侧的子壳，所述子壳内形成有所述预混室。

在一实施例中，所述燃气喷射装置包括燃气分配室及设于所述燃烧室的燃气喷嘴，所述燃气分配室形成于所述子壳内，且与所述预混室相互隔离，所述燃气分配室具有燃气进口，所述燃气喷嘴的进气口与所述燃气分配室连通，燃气出口与所述燃烧室相连通。

在一实施例中，所述燃气喷嘴为多个，多个所述燃气喷嘴安装于所述第一挡板上，且围绕所述蓄热体的外周间隔设置。

在一实施例中，所述蓄热体与所述预热燃烧器之间的距离大于或等于20mm，且小于或等于80mm。

在一实施例中，所述蓄热体可由蜂窝陶瓷、碳化硅陶瓷、或相变蓄热材质构成。

在一实施例中，所述高温空气燃烧器还设有测温装置，所述测温装置设于所述燃烧室内，以用于检测所述燃烧室内温度是否达到预设目标温度。

在一实施例中，所述预混室具有空气输入口及可开关的燃气输入口，所述预混室内设有预混器，在所述预混室的进气方向上，所述预混器设于所述空气输入口及所述燃气输入口的下游，且用以将所述空气输入口输入的空气及所述燃气输入口输入的燃气进行预混合，所述空气进口为所述预混室与所述空气预热室的气体流通口。

本发明还提出一种燃气热水器，包括主体、换热器和高温空气燃烧器，高温空气燃烧器包括壳体、预热燃烧器及燃气喷射装置；

所述壳体内限定出依次连通的预混室、空气预热室及燃烧室，所述预混室用于预混合接入其内的燃气和空气，所述燃烧室具有烟气出口，所述空气预热室具有空气进口；

所述预热燃烧器呈筒状设置，且安装于所述空气预热室，所述燃烧室设置在所述预热燃烧器的外围或筒内侧，所述预热燃烧器用于将所述预混室排放至所述空气预热室内的混合气体点燃；

所述燃气喷射装置具有燃气出口，以用于向所述燃烧室内喷射燃气，以使所述燃烧室内发生高温空气燃烧；

其中，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，所述高温空气燃烧器的烟气出口与所述换热室连通。

本发明高温空气燃烧器通过在壳体内设置依次连通的预混室、空气预热室及燃烧室，使得预热燃烧器呈筒状设置，且安装在空气预热室内，燃烧室设置在预热燃烧器的外围或筒内侧。则在高温空气燃烧器进行燃烧时，先通过预热燃烧器在空气预热室内燃烧产生高温烟气，以预热空气和/或燃烧室，同时通过燃气喷射装置喷射燃气至燃烧室配合产生卷吸效应，使得燃烧室内发生高温空气(MILD)燃烧。本方案不仅提供了一种具体可行的具有高温空气燃烧功能的高温空气燃烧器。提高燃烧效率及整体能效，降低成本及噪音，真正实现无焰燃烧，使得整个燃烧过程更加充分、污染物CO和NOX的排放大幅度降低。且使得整个燃烧器的燃烧室与预热燃烧器呈筒状包围环绕的结构，则使得高温空气燃烧器的结构简单且紧凑，同时占用空间小，外形美观。

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为本发明高温空气燃烧器一实施例的结构示意图；

图2为图1中A-A的剖视结构示意图；

图3为图1中高温空气燃烧器处于预热燃烧状态的气体流向示意图；

图4为图1中高温空气燃烧器处于高温空气燃烧状态的气体流向示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称	标号	名称
						10	高温空气燃烧器	131	烟气出口	420	燃气分配室
100	壳体	140	第一挡板	430	燃气喷嘴
						110	预混室	150	第二挡板	440	燃气进口
111	空气输入口	160	子壳	500	测温装置
						112	燃气输入口	200	预热燃烧器	600	预混器
120	空气预热室	300	蓄热体	20	换热器
						121	空气进口	400	燃气喷射装置
130	燃烧室	410	燃气出口

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。

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，通常为3％～5％。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％，且温度高于燃料的自燃点。这需要依靠炉内高温烟气(富含N2和CO2的废气)的强烈内部循环稀释反应物来实现。现有的试验中，采用高温预热空气并配合高速射流能够很好的实现高温空气燃烧，即高温预热空气后通过射流卷吸高温烟气并稀释点燃燃气能够维持高温空气燃烧。

基于上述理论，本发明的目的是利用高温空气燃烧的特性，设计新型的高温空气燃烧器，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。

本发明提出一种高温空气燃烧器。

在本发明实施例中，如图1至图4所示，该高温空气燃烧器10，包括壳体100、预热燃烧器200及燃气喷射装置400。壳体100内限定出依次连通的预混室110、空气预热室120及燃烧室130，预混室110用于预混合接入其内的燃气和空气，燃烧室130具有烟气出口131，空气预热室120具有空气进口121。预热燃烧器200呈筒状设置，且安装于空气预热室120，燃烧室130设置在所述预热燃烧器200的外围或筒内侧，预热燃烧器200用于将预混室110排放至空气预热室120内的混合气体点燃。燃气喷射装置400具有燃气出口410，以用于向燃烧室130内喷射燃气，以使所述燃烧室130内发生高温空气燃烧。具体地，燃气出口410位于燃烧室130内。

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。预混室110、空气预热室120及燃烧室130可以为层层包围的方式贯通(则气流由内向外吹出或由外向内吹出)，当然，也可以使得预混室110、空气预热室120及燃烧室130为直线与包围结合的方式排布，只需使得预混室110、空气预热室120及燃烧室130依次连通即可，在此不做具体限定。燃烧室130可以设置在预热燃烧器200的外围，也即环绕预热燃烧器200设置，则使得燃烧室130也环绕空气预热室120设置。当燃烧室130设置在预热燃烧器200的筒内侧时，使得预热燃烧器200环绕燃烧室130设置，则使得空气预热室120环绕在燃烧室130的外围。

预混室110用于预混合接入其内的燃气和空气，则为了使得燃烧更加充分，可以使得预混室110的进气口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。当然，也可以使得燃气和空气单独接入预混室110内，并在预混室110内进行混合均匀。空气预热室120具有空气进口121，则可在空气预热室120设置单独的空气进口121，以将空气独立输送至空气预热室120，进而提供MILD燃烧所需的空气至燃烧室130。此时，可通过设置与空气预热室120连通的空气分配室进行输入空气，而空气分配室的空气则通过独立风机进行控制。还可以直接利用预混室110，即使得空气进口121为预混室110与空气预热室120的气体流通口，则可在预混室110上开设空气入口，在不需要输入混合气体的时候，关闭混合气体入口，从空气入口单独将空气从预混室110输入至空气预热室120，进而提供MILD燃烧所需的空气至燃烧室130。此外，在预混室110单独接入燃气和空气的实施例的基础上，预热燃烧器200不需要进行预热燃烧时，只需关闭燃气输入口112，开启空气输入口111，便能够将空气持续通过预混室110进入到空气预热室120内。外部的空气从空气进口121或空气输入口111进入到空气预热室120，可通过风机等装置将气流输送至空气预热室120。

预热燃烧器200可以安装在空气预热室120内，也可以安装在预混室110与空气预热室120的气体流通口处，预热燃烧器200用于将预混室110排放至空气预热室120的混合气体点燃。预热燃烧器200呈筒状设置，则该预热燃烧器200的横截面形状可以为圆环、也可以为方环等。通过使得预热燃烧器200呈筒形设置，占用空间小，同时能够增大燃烧面积，提高燃烧效率。具体地，高温空气燃烧器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包括本体及贯穿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120。多个过气孔在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。

燃气喷射装置400具体可以包括燃气喷射管或燃气喷嘴430等，应使得燃气从燃气喷射装置400的燃气出口410喷出时实现高速射流。则高速喷射出的燃气在燃烧室130内形成卷吸效应，使得燃烧室130内形成喷射燃烧器以及烟气回流区，则燃烧室130内的高温烟气在燃烧室130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130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。

高温空气燃烧器10在工作时，预混室110内接入燃气和空气并混合均匀，混合气体进入预热燃烧器200时，由点火装置对预热燃烧器200进行点火燃烧后，混合气体燃烧后的高温烟气对空气预热室120内的空气进行加热，同时高温烟气还可以进入燃烧室130内加热燃烧室130。可以理解的是，控制预热燃烧器200加热的温度，可以将燃烧室130加热至目标温度。具体地，高温空气燃烧器10还包括测温装置500，测温装置500设于燃烧室130内，测温装置500用于检测燃烧室130内的温度是否达到目标温度。当没有达到时，需要调高燃烧室130内的温度，可以对空气进风量的大小进行控制，或控制预混室110内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500可以为温度传感器。当燃烧室130内的温度达到目标温度时，使得空气从空气进口121进入到空气预热室120被快速加热，同时使得燃气阀提供燃气至燃气喷射装置400，MILD燃烧所需的燃气从燃气出口410喷射至燃烧室130内，与燃气与高温气体接触，高温气体点燃燃气，从而在燃烧室130内形成MILD燃烧。燃烧后的热量通过烟气出口131排出，则可以与燃气热水器的换热器20进行换热，以实现制得热水。

在本发明实施例中，通过在壳体100内设置依次连通的预混室110、空气预热室120及燃烧室130，使得预热燃烧器200呈筒状设置，且安装在空气预热室120内，燃烧室130设置在预热燃烧器200的外围或筒内侧。则在高温空气燃烧器10进行燃烧时，先通过预热燃烧器200在空气燃烧室120燃烧产生高温烟气，以预热空气和/或燃烧室，同时通过燃气喷射装置400喷射燃气至燃烧室130配合产生卷吸效应，使得燃烧室130内发生MILD燃烧。本方案不仅提供了一种具体可行的具有高温空气燃烧功能的高温空气燃烧器10。提高燃烧效率及整体能效，降低成本及噪音，真正实现无焰燃烧，使得整个燃烧过程更加充分、污染物CO和NOX的排放大幅度降低。且使得整个高温空气燃烧器10的燃烧室130与预热燃烧器200呈筒状包围环绕的结构，则使得高温空气燃烧器10的结构简单且紧凑，同时占用空间小，外形美观。

在一实施例中，所述高温空气燃烧器10还包括蓄热体300，所述蓄热体300安装于所述空气预热室120与所述燃烧室130之间，所述蓄热体300可用于对流经其内的气体进行热交换；以及接受所述燃烧室130的辐射热量。

在本实施例中，蓄热体300能够对流经其内的气体进行热交换，以及接受燃烧室130的辐射热量，则蓄热体300可对空气预热室120及燃烧室130内的气体进行热交换。蓄热体300可以为蜂窝陶瓷蓄热体300、碳化硅陶瓷蓄热体300等，具有比表面积大、热容量大、热膨胀系数小、排气阻力小、传热速度快、导热性能好、热稳定性好、耐热最高温度能达1300℃以上的特性，使烟气燃烧更充分。在一实施例中，蓄热体300具体由相变蓄热材质构成。相变蓄热材质主要利用物质在固液两态变化过程中的潜热吸收和释放来实现热能的储存和输出。采用相变蓄热材质构成的蓄热体300，具有蓄热量大、体积小、热惯性小和输出稳定的特性，与常规的蓄热体300相比，相变蓄热材质构成的蓄热体300体积可以减小30％～50％。蓄热体300安装在空气预热室120与燃烧室130的气体流通口处，则高温烟气从空气预热室120流入燃烧室130内时加热蓄热体300，且进入到燃烧室130内的高温烟气同时加热燃烧室130。而进入空气预热室120的冷空气经过蓄热体300进入到燃烧室130，能够被快速加热。

高温空气燃烧器10在工作时，预混室110内接入燃气和空气并混合均匀，混合气体进入预热燃烧器200时，由点火装置对预热燃烧器200进行点火燃烧后，混合气体燃烧后的高温烟气加热进入空气预热室120的空气和/或蓄热体300，预热后的高温空气进入燃烧室130内，同时使得燃气阀提供燃气至燃气喷射装置400，MILD燃烧所需的燃气从燃气出口410喷射至燃烧室130内，与高温气体接触，高温气体点燃燃气，从而在燃烧室130内形成MILD燃烧。MILD燃烧产生辐射能够维持蓄热体300的温度，冷空气经蓄热体300加热后，能够达到MILD燃烧所需的温度，从而形成循环反应，此时可关闭预热燃烧器200。

本实施例中，通过设置蓄热体300，同时配合燃气喷射装置400喷射燃气、以及从空气预热室120输送空气至燃烧室130，便可实现循环的MILD燃烧。且在持续的MILD燃烧的过程中，预热燃烧器120只需在预热燃烧的过程中点火燃烧，不必全程工作，从而能够大大降低整体燃烧的控制难度，提高整体燃烧效率和能效。

在一实施例中，请再次参照图1至图4，蓄热体300呈筒形设置、且安装于壳体100内，蓄热体300的筒内壁面与壳体100围合形成空气预热室120与燃烧室130的其中一者，蓄热体300的筒外壁面与壳体100围合形成空气预热室120与燃烧室130的另一者。

在本实施例中，通过使得蓄热体300呈筒形设置，则相比于板状设置，能够有效增大蓄热体300的换热面积，且占用空间小，换热效果佳。蓄热体300呈筒状设置，则该蓄热体300的横截面形状可以为圆环、也可以为方环等。通过蓄热体300的筒内侧和筒外侧将壳体100分隔为空气预热室120及燃烧室130，使得蓄热体300的作用面积最大化，则从空气预热室120进入燃烧室130内的气体均为经过蓄热体300换热后的气体，从而提高蓄热体300的换热效率，使得整个高温空气燃烧器10的工作更加稳定。可以理解的是，当蓄热体300的筒内壁面与壳体100围合形成空气预热室120时，蓄热体300的筒外壁面与壳体100围合形成燃烧室130。预混室110与空气预热室120连通，则预混室110可以设置在空气预热室120内部，或者设置在空气预热室120的端部，燃烧室130的烟气出口131可以对应蓄热体300的筒壁面设置，也可以设置在不对应蓄热体300的筒壁面的其他位置。当蓄热体300的筒内壁面与壳体100围合形成燃烧室130时，蓄热体300的筒外壁面与壳体100围合形成空气预热室120。则预混室110可以环绕空气预热室120设置，也可以使得预混室110设置在空气预热室120的端部，烟气出口131则开设在壳体100上对应蓄热体300筒内侧的位置。

具体而言，如图1、图3及图4所示，燃烧室130环绕所述预热燃烧器200的外围，蓄热体300的筒内壁面与壳体100围合形成空气预热室120，预热燃烧器200位于蓄热体300的筒内侧，预混室110与空气预热室120的气体流通口对应预热燃烧器200的筒内侧设置。筒形的预热燃烧器200设置在筒形的蓄热体300内部，使得经预热燃烧器200加热后的高温烟气能够全部通过蓄热体300进入到燃烧室130内，则能够快速且高效地加热蓄热体300。预混室110与空气预热室120的气体流通口对应预热燃烧器200的筒内侧设置，则经过预混室110预混合后的混合气体先进入预热燃烧器200的筒内侧，点火燃烧后高温烟气从预热燃烧器200的筒外侧流向蓄热体300，经过热交换之后进一步流入蓄热体300筒外侧的燃烧室130。预混室110可以设置在预热燃烧器200的筒内侧，使得空气预热室120与预混室110的气体流通口对应预热燃烧器200的筒壁面设置。预混室110也可以设置在预热燃烧器200的两端，使得空气预热室120与预混室110的气体流通口对应预热燃烧器200的端部设置。

在一实施例中，蓄热体300与预热燃烧器200之间的距离大于或等于20mm，且小于或等于80mm。具体地，蓄热体300与预热燃烧器200之间的距离可以为20mm、25mm、30mm、38mm、40mm、43mm、45mm、55mm、60mm、70mm、80mm等。当蓄热体300与预热燃烧器200之间的距离小于20mm时，由于间距过小，蓄热体300会影响预热燃烧器200的燃烧，从而使得预热燃烧器200不能够充分且稳定的燃烧。当蓄热体300与预热燃烧器200之间的距离大于80mm时，一方面会增大高温空气燃烧器10整体的体积，或者会使得预热燃烧器200的内径过小，不能够满足燃烧需求。且两者之间的间距过大，使得经预热燃烧器200燃烧后的高温烟气传递至蓄热体300时温度损失大，从而降低能效。当蓄热体300与预热燃烧器200之间的距离大于或等于20mm，且小于或等80mm时，在满足燃烧需求，使得预热燃烧器200能够稳定充分的燃烧的前提下，使得高温空气燃烧器10的占用空间小，能效高。

在一实施例中，请再次参照图1、图3及图4，壳体100包括相对设置的第一挡板140及第二挡板150，预热燃烧器200及蓄热体300夹设于第一挡板140与第二挡板150之间，蓄热体300的筒内壁面、第一挡板140及第二挡板150围合形成空气预热室120，蓄热体300的筒外壁面、第一挡板140与第二挡板150围合形成燃烧室130，第一挡板140的周缘与第二挡板150的周缘之间形成烟气出口131。

在本实施例中，第一挡板140及第二挡板150的形状可以为圆形、椭圆形、矩形等形状。为了保持整体一致性，且使得高温空气燃烧器10的体积更小，可以将第一挡板140及第二挡板150设置为圆形板，蓄热体300及预热燃烧器200设置为圆筒形。圆筒形的预热燃烧器200及蓄热体300夹设在第一挡板140及第二挡板150之间，从而蓄热体300的筒内侧形成空气预热室120，筒外侧形成燃烧室130。且第一挡板140的周缘与第二挡板150的周缘之间形成烟气出口131，使得烟气出口131对应蓄热体300的筒外壁面设置，从而在燃烧室130内燃烧后的高温烟气能够直接从第一挡板140与第二挡板150的开口处吹出。此时，在烟气出口131处设置环形的换热器20，则高温烟气经过换热器20换热后排出，实现热水器制得热水。仅通过相对的第一挡板140、第二挡板150、预热燃烧器200及蓄热体300便限定出预空气预热室120和燃烧室130，结构简单、易于拆装。

在上述实施例的基础上，进一步地，壳体100还包括设于第一挡板140远离第二挡板150一侧的子壳160，子壳160内形成有预混室110。可以理解的是，子壳160设置在第一挡板140远离第二挡板150的一侧，如此，预混室110与空气预热室120的气体流通口设置在第一挡板140对应预热燃烧器200的筒内侧的位置。通过使得空气预热室120与燃烧室130为包围环绕的结构，预热燃烧器200设置在空气预热室120内，预混室110与空气预热室120为直线排布的结构，则预混室110、空气预热室120和燃烧室130在壳体100的高度和宽度上合理分布，从而使得高温空气燃烧器10结构简单且紧凑，同时占用空间小、外形美观。

在一实施例中，燃气喷射装置400包括燃气分配室420及设于燃烧室130的燃气喷嘴430，燃气分配室420形成于子壳160内，且与预混室110相互隔离，燃气分配室420具有燃气进口440，燃气喷嘴430的进气口与燃气分配室420连通，燃气出口410与燃烧室130相连通。

在本实施例中，子壳160内形成相互隔离的预混室110和燃气分配室420，燃气分配室420的燃气进口440与燃气气源连通，进而输入燃气。燃气喷嘴430的进气口与燃气分配室420连通，燃气出口410与燃烧室130连通。则在MILD燃烧时，打开燃气阀，提供燃气至燃气喷嘴430，燃气喷嘴430喷射燃气至燃烧室130，在燃烧室130内形成卷吸反应，进而满足燃气高速射流条件。通过燃气分配室420加燃气喷嘴430的燃气喷射方式，结构简单、喷射效果稳定，且易于实现和控制。具体地，燃气喷嘴430为多个，多个燃气喷嘴430安装于第一挡板140上，且围绕蓄热体300的外周间隔设置。使得多个燃气喷嘴430围绕蓄热体300的外周间隔设置，则使得燃烧室130内的气体混合更加均匀，从而燃烧更加缓慢和充分。在其他实施例中，燃气喷嘴430也可以设置在第二挡板150上，或者在第一挡板140和第二挡板150上同时设置。由于燃烧室130围绕空气预热室120的外周设置，则为了使得布局更加紧凑合理。可以使得燃气分配室420环绕预混室110的外周设置，则预混室110对应空气预热室120设置，燃气分配室420对应燃烧室130设置。

在一较佳实施例中，如图1、图3及图4所示，预混室110具有空气输入口111及可开关的燃气输入口112，预混室110内设有预混器600，在预混室110的进气方向上，预混器600设于空气输入口111及燃气输入口112的下游，且用以将空气输入口111输入的空气及燃气输入口112输入的燃气进行预混合，空气进口121为预混室110与空气预热室120的气体流通口。

在本实施例中，燃气输入口112可开关，则可在燃气输入口112设置燃气开关阀，用于开关燃气输入口112，还可以通过控制与燃气输入口112连接的燃气气源的阀门控制燃气输入口112的开关。燃气输入口112与空气输入口111可相互隔离，也可以共用同一个口，则可通过设置三通阀分别输入空气和燃气。为了便于控制，使得燃气输入口112和空气输入口111相互隔离设置。空气通过空气输入口111进入预混室110，燃气通过燃气出入口进入预混室110，使得空气和燃气分开进入预混室110。预混器600用以将空气输入口111输入的空气及燃气输入口112输入的燃气进行预混合。则预混器600内设置有混合通道，混合通道内设置有混气结构，如扰流叶片、螺旋叶片等，使得燃气和空气经过预混器600后能够被充分混合均匀。空气输入口111接入空气，具体可对应空气输入口111设置风机，以驱动足够的空气进入空气输入口111。而燃气输入口112设置有燃气开关阀，以控制燃气气源的燃气进入燃气输入口112。当高温空气燃烧器10处于预热燃烧状态时，预热燃烧器200需要开启燃烧，则需要从预混室110接入混合气体，按照预先设定的进风和燃气比例控制风机工作以及燃气开关阀打开，以在混合器内混合，得到一定燃气和空气比例的混合气体，进而进入到预热燃烧器200进行燃烧，加热蓄热体300和燃烧室130。当高温空气燃烧器10处于MILD燃烧时，由于蓄热体300能够提供热量加热空气，则此时可以关闭预热燃烧器200，从而可以关闭预混室110的燃气输入口112，仅控制风机工作，驱动足够的空气通过预混室110，冷空气经过蓄热体300加热到MILD燃烧所需温度后进入燃烧室130内，进而实现燃烧室130内循环的MILD燃烧。如此，不必在空气预热室120或预混室110上另外开设空气进入口，单独输入MILD燃烧所需空气，直接利用预混室110的通道及空气输入口111，便能够实现MILD燃烧。节省了一个风机，使得结构及控制方式更加简单，且易于实现，从而使得整个高温空气燃烧器10在能够实现MILD燃烧的同时，结构紧凑、零部件少、占用空间小、控制方式简单，在低成本的同时大幅度降低了污染物CO和NOX的排放。

本发明还提供一种燃气热水器，包括主体、换热器20及高温空气燃烧器10，主体内设置有换热室及与换热器20连通的排烟口，换热器20设置在换热室内，高温空气燃烧器10的烟气出口131与换热室连通。应当说明的是，燃气喷射装置400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，空气预热室120输入的空气可通过设置与空气预热室120连通的空气分配室进行输入，而空气分配室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。当然，空气预热室120内输入的空气也可以为预混室110内单独输入的空气。

该高温空气燃烧器10的详细结构可参照上述高温空气燃烧器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高温空气燃烧器10，因此，本发明燃气热水器的实施例包括上述高温空气燃烧器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。

在具有蓄热体200的上述实施例中，进一步地，换热器20包括换热盘管，换热盘管的至少部分围绕在蓄热体300的外周。换热器20对应燃烧室130的烟气出口131设置。使得换热器20的换热盘管环绕在蓄热体300的外周，能够使得换热盘管的受热更加均匀，并能够使得燃烧室130燃烧产生热量同时被蓄热体300和换热盘管吸收，从而提高换热器20的加热效率。换热盘管内可设置有供液体流通的通道，水可以在流通通道内不断流动，使得换热盘管内的水受热更加均匀，提高了燃气热水器的可靠性和安全性。

结合上述高温空气燃烧器10的实施例，阐述本发明高温空气燃烧器10应用于燃气热水器的工作原理：

热水器启动，燃气输入口112的燃气开关阀以及风机分别将一定比例的燃气和空气输入至预混室110，并在预混器600内混合均匀后提供至预热燃烧器200，点火装置点火，在空气预热室120的燃烧区开始燃烧，使得空气从空气进口121进入到空气预热室120，燃烧后的高温烟气对空气预热室120内的空气和/或燃烧室130进行加热。当测温装置500检测到燃烧室130的高温烟气的温度达到MILD燃烧所需的温度时，燃气阀提供燃气至燃气喷射装置400，MILD燃烧所需的燃气从燃气出口410喷射至燃烧室130与高温气体结合，高温气体点燃燃气，实现在燃烧室130内形成MILD燃烧。在具有蓄热体300的实施例中，MILD燃烧提供热量至蓄热体300。从预混室110的空气输入口111提供空气至空气预热室120，冷空气经蓄热体300加热后达到MILD燃烧所需温度，进入燃烧室130内，燃烧室130内持续循环MILD燃烧，此时可关闭预热燃烧器200，也即关闭预混室110的燃气输入口112。

由于通过燃气喷射装置400喷射燃气，会在燃烧室130内形成卷吸效应，使得在燃烧室130内形成喷射燃烧区以及烟气回流区，使部分烟气在燃烧室130内强烈循环，继而将喷射的燃气以及进入的热空气充分稀释，形成较低的氧气浓度，降低燃烧反应速度，并维持燃烧室130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20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高温空气燃烧器10，能够大大降低整体燃烧的控制难度，提高燃烧效率及整体能效，降低成本及噪音，真正实现无焰燃烧，使得整个燃烧过程更加充分、污染物CO和NOX的排放大幅度降低。

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 (13)

1.一种高温空气燃烧器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内限定出依次连通的预混室、空气预热室及燃烧室，所述预混室用于预混合接入其内的燃气和空气，所述燃烧室具有烟气出口，所述空气预热室具有空气进口；

预热燃烧器，所述预热燃烧器呈筒状设置，且安装于所述空气预热室，所述燃烧室设置在所述预热燃烧器的外围或筒内侧，所述预热燃烧器用于将所述预混室排放至所述空气预热室内的混合气体点燃；以及

燃气喷射装置，所述燃气喷射装置具有燃气出口，以用于向所述燃烧室内喷射燃气，以使所述燃烧室内发生高温空气燃烧。

2.如权利要求1所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述高温空气燃烧器还包括蓄热体，所述蓄热体安装于所述空气预热室与所述燃烧室之间，所述蓄热体可用于对流经其内的气体进行热交换；以及接受所述燃烧室的辐射热量。

3.如权利要求2所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述蓄热体呈筒形设置、且安装于所述壳体内，所述蓄热体的筒内壁面与所述壳体围合形成所述空气预热室与所述燃烧室的其中一者，所述蓄热体的筒外壁面与所述壳体围合形成空气预热室与所述燃烧室的另一者。

4.如权利要求3所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述燃烧室环绕于所述预热燃烧器的外围，所述蓄热体的筒内壁面与所述壳体围合形成所述空气预热室，所述预热燃烧器位于所述蓄热体的筒内侧，所述预混室与所述空气预热室的气体流通口对应所述预热燃烧器的筒内侧设置。

5.如权利要求3所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述壳体包括相对设置的第一挡板及第二挡板，所述预热燃烧器及所述蓄热体夹设于所述第一挡板与所述第二挡板之间，所述蓄热体的筒内壁面、所述第一挡板及所述第二挡板围合形成所述空气预热室，所述蓄热体的筒外壁面、所述第一挡板与所述第二挡板围合形成所述燃烧室，所述第一挡板的周缘与所述第二挡板的周缘之间形成所述烟气出口。

6.如权利要求5所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述壳体还包括设于所述第一挡板远离所述第二挡板一侧的子壳，所述子壳内形成有所述预混室。

7.如权利要求6所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述燃气喷射装置包括燃气分配室及设于所述燃烧室的燃气喷嘴，所述燃气分配室形成于所述子壳内，且与所述预混室相互隔离，所述燃气分配室具有燃气进口，所述燃气喷嘴的进气口与所述燃气分配室连通，燃气出口与所述燃烧室相连通。

8.如权利要求7所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述燃气喷嘴为多个，多个所述燃气喷嘴安装于所述第一挡板上，且围绕所述蓄热体的外周间隔设置。

9.如权利要求4所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述蓄热体与所述预热燃烧器之间的距离大于或等于20mm，且小于或等于80mm。

10.如权利要求2至8中任意一项所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述蓄热体可由蜂窝陶瓷、碳化硅陶瓷、或相变蓄热材质构成。

11.如权利要求1至8中任意一项所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述高温空气燃烧器还设有测温装置，所述测温装置设于所述燃烧室内，以用于检测所述燃烧室内温度是否达到预设目标温度。

12.如权利要求1至8中任意一项所述的高温空气燃烧器，其特征在于，所述预混室具有空气输入口及可开关的燃气输入口，所述预混室内设有预混器，在所述预混室的进气方向上，所述预混器设于所述空气输入口及所述燃气输入口的下游，且用以将所述空气输入口输入的空气及所述燃气输入口输入的燃气进行预混合，所述空气进口为所述预混室与所述空气预热室的气体流通口。

13.一种燃气热水器，其特征在于，包括主体、换热器及如权利要求1中12任意一项所述的高温空气燃烧器，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，所述高温空气燃烧器的烟气出口与所述换热室连通。

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