CN115031232A - 完全预混燃烧器及热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种完全预混燃烧器及热水器，属于燃烧器领域。其中，完全预混燃烧器，包括外壳，所述外壳内固接有稳焰板，所述稳焰板将外壳内腔分隔为混流腔和燃烧腔；所述稳焰板远离混流腔一侧的表面上铺设有火孔网，所述火孔网供火焰在其上燃烧。其中，热水器，包括上述的完全预混燃烧器。本发明所述的稳焰板，阻挡热量向下传递的屏障，防止混合气体被提前点燃，而且除了支撑火孔网的形状外，还起到阻挡气流对火焰的直接冲击，避免气体的影响。

Description

完全预混燃烧器及热水器

技术领域

本发明属于燃烧领域，尤其涉及一种完全预混燃烧器及热水器。

背景技术

目前，在燃烧器具市场上占95％以上的燃气灶具采用大气式燃烧器，大气式燃烧是部分预混燃烧，其通过引射器引射的一次空气系数(α＜1)小于燃烧需要的空气量，部分预混的燃气通过火孔流出，通过对流扩散的方式与空气进行二次混合，达到正常的燃烧。这种燃烧加热方式为对流加热，燃烧容易受到外界的影响，如阴天、潮湿、低气压都会影响到正常的燃烧，尤其遇到风吹就更加影响到正常燃烧。而且它是火焰方式的燃烧，只要物体放上去就会改变它的燃烧方向，造成热物理损失。同时它是通过二次空气的扩散对流混合，混合不均匀，造成燃烧不充分，出现红火，烟气中CO含量高，甚至出现熏锅现象即燃烧产生游离碳，造成化学热损失。因此，大气式燃烧效率低，燃烧不充分时，烟气中的CO含量高。由于一次空气系数α＜1，在火焰蓝色锥体上由于燃料过浓产生大量的快速型NO(P-NO)，同时大气式燃烧器的火孔热强度高，在燃烧火孔处产生局部高温，空气中的N2在高温下被氧化成NO，产生热力型NO(T-NO)。因此，大气式燃烧效率低，燃烧不完全，烟气中NOx和CO含量较高。

近年来，人们为了提高燃气灶具的热效率，减少烟气中NOx，CO的排放，开发了完全预混红外辐射燃烧器。完全预混式燃气灶具一次空气系数α≥1，着火前燃气与空气预先完全混合，在瞬间完成燃烧，其火焰很短甚至看不见，称为无焰燃烧或表面燃烧。完全预混燃烧不需要二次空气补充，并且能够在很小的过剩空气系数下达到完全燃烧，几乎不存在化学不完全燃烧现象，完全预混燃烧空气系数α≥1，不产生P-NO，同时由于燃烧均匀，不产生局部高温，燃烧在瞬间完成，烟气在高温区停留时间短，可以降低T-NO的生成。无焰燃烧无明火焰，锅具可以较近的靠近燃烧面，可以提高辐射热效率。

但是，完全预混可燃物是种爆炸性气体，其火焰传播能力很强，燃烧火焰稳定性很差，很容易发生回火。长期以来，多孔陶瓷板共同存在的问题是：加工制作困难，工艺复杂，陶瓷板基质材料稳定性差，机械强度低，开孔率低，工艺标准难度大，与金属外壳结合密封性差，在使用过程中常常出现多孔陶瓷板的炸裂和风化，造成回火，使用寿命低。

发明内容

本发明提供一种完全预混燃烧器及热水器，以解决背景技术中提及的空气与燃气混合差时，导致各区间燃烧时所需要的空气量不一，燃烧时火焰形状不一，火焰稳定性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明的完全预混燃烧器及热水器的具体技术方案如下：

一种完全预混燃烧器，包括外壳，所述外壳内固接有稳焰板，所述稳焰板将外壳内腔分隔为混流腔和燃烧腔；所述稳焰板远离混流腔一侧的表面上铺设有火孔网，所述火孔网供火焰在其上燃烧。

进一步的，所述稳焰板为弧形凸状结构，所述火孔网与稳焰板随型设置，火孔网为弧形凸状结构。

进一步的，所述稳焰板上开有均流孔，随所述稳焰板靠近风压越大处，所述均流孔的流动阻力越大，以平衡混合气体区间压力和速度。

进一步的，随所述稳焰板靠近风压越大处，所述均流孔的孔径越小。

进一步的，随所述稳焰板靠近风压越大处，所述均流孔的孔距越大。

进一步的，外壳的底板开有至少两个第一扰流孔，相邻的第一扰流孔之间形成有第一扰流部，所述第一扰流部阻挡两组气体，使气体向四周扩散并从第一扰流孔进入外壳内。

进一步的，所述第一扰流孔下游设有第二扰流装置，所述第二扰流装置设有第二扰流孔，所述第二扰流孔比所述第一扰流孔细密，以进一步混合从所述第一扰流孔进入的多组混合气体。

进一步的，所述第二扰流装置包括筛网，所述筛网罩设在第一扰流孔上，所述筛网上密布有第二扰流孔。

进一步的，所述筛网呈弧形凸出状。

一种热水器，包括上述的完全预混燃烧器。

本发明的完全预混燃烧器及热水器具有以下优点：

1、稳焰板阻挡热量向下传递的屏障，防止混合气体被提前点燃，而且除了支撑火孔网的形状外，还起到阻挡气流对火焰的直接冲击，避免气体的影响；

2、均流孔作用是调整气体流到火孔网各区域的压力分布和气流均匀，控制火焰的高度和形状；

3、火孔网为弧形凸状结构，在直线距离不变时，增长了火孔网的燃烧有效尺寸，而且指定了弯曲方向，当火孔网受热发生变化时，能指定变形方向，减少对火焰燃烧的影响；

4、通过第一扰流孔能初步分配燃气与空气的比例，第二扰流装置能再细化燃气与空气的分布，让两者更充分的混合，而稳焰板起燃气分布和火焰稳定作用；

5、火孔材料使用耐高温特殊材料，以编织工艺把金属纤维织成网状，用焊接设备把纤维网焊接在火孔支架上，作为燃烧火孔材料，再用稳焰板固定纤维网。

附图说明

图1为本发明的供风系统安装结构示意图；

图2为本发明的完全预混燃烧器结构示意图；

图3为本发明的完全预混燃烧器剖视图；

图4为本发明的完全预混燃烧器爆炸图；

图5为本发明的扰流装置结构示意图；

图6为本发明的火孔装置爆炸图；

图7为本发明的隔热板结构示意图；

图8为本发明的火焰感应装置结构示意图；

图9为本发明的点火装置结构示意图；

图10为本发明的云母片安装爆炸示意图。

图中标记说明：

1、风机；2、气体汇合装置；21、主管；22、支管；3、外壳；31、底板；311、第一扰流孔；32、混流腔；33、燃烧腔；34、视窗压板；35、云母片；4、旋转混合片；5、筛网；6、火孔装置；61、稳焰板；611、均流孔；62、火孔网；63、框架；7、隔热板；71、凸台；8、火焰感应装置；9、点火装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

如图1所示，本发明的完全预混燃烧器，包括外壳3。其中完全预混燃烧器的完全预混是指：空气和燃气预先混合后，再一同进入燃烧器进行燃烧。因此，燃烧器底部连接有供风系统，用于将空气和燃气混合和输入。

供风系统包括风机1和气体汇合装置2。其中，气体汇合装置2为一文丘里管，包括主管21和支管22。主管21两端口径较大，而中间段口径相对两端较小。而支管22连接在主管21的中间段，从而形成一个完整的文丘里管。主管21的下端与风机1连接，上端与燃烧器的外壳3连接。而支管22与与燃气通道连接。供风系统工作时，风机1吸入空气，在叶轮的作用下向气体汇合装置2吹出空气，空气从气体汇合装置2的下方流向上方时，在文丘里原理的使用下，气体汇合装置2中间段压力变小，这时支管22吸入燃气，所以燃气被吸入气体汇合装置2内。此刻，气体汇合装置2内有一组空气和一组燃气，两组汇合的气体一起向燃烧器方向流动。

而且虽然图1中风机1采用了蜗壳离心风机1，但也可以根据情况，选用如轴流式风机1等等各种类型的风机1，根据风机1选择的不同，对燃烧器结构的选择也会产生影响。

为了使空气和燃气均匀混合，燃烧器上设有不同的扰流装置，扰流装置对燃气和空气进行扰动，使两者进一步混合。

具体讲，外壳3包括为一整块材料加工而成，结构简单，密封性好。外壳3的底板31通过四周环形铆接方式连接，连接可靠且密封性好，保证底板31密封外壳3下端。外壳3两侧还安装有支架，以安装固定外壳3。

扰流装置包括旋转混合片4，旋转混合片4呈锥形螺旋状，并位于气体汇合装置2内。旋转混合片4一端和底板31固定，另一端延伸至支管22一侧。通过两组气体在旋转混合片4的作用下作旋转流动，从而旋转混合片4起到了旋转混合的搅拌作用，这一特点加强了两组气体的混合，旋转的气体继续向底板31方向流动。

底板31上开有至少两个第一扰流孔311，相邻的第一扰流孔311之间形成有第一扰流部，第一扰流部阻挡两组气体，使气体向四周扩散并从第一扰流孔311进入外壳3内，从而对两组气体进行扩散混合以及重新分配，保证从第一扰流部进入外壳3内的两组气体完成补充混合。原理具体讲，由于气体汇合装置2的连接端为一个圆，而底板31上的第一扰流孔311为多个小孔，阻力变大，压力变大，气体中一部分受阻变向，向四周扩散，经周四的小孔流入燃烧器内部，其中必然发生混合分配。

由于底板31需要安装旋转混合片4，因此第一扰流孔311绕旋转混合片4开设在底板31上。第一扰流孔311的排列方式不限，可以圆周阵列，也可以矩形阵列设置。这样，在第一扰流孔311的作用下旋转混合的气体被分流为多组气体，再一次加强气体的混合效果。

外壳3内形成有混流腔32，混流腔32和第一扰流孔311连通，从而初步混合的两组气体进入混流腔32中。为了进一步加强气体的混合效果，混流腔32内还设有第二混流装置。多组混合气体在风机1的作用下，继续向上流动，流经第二扰流装置，在第二扰流装置作用下，多组混合气体再次分成更多组的气体。

一般，第二混流装置为筛网5，筛网5呈弧形凸出状并罩设在第一扰流孔311上，筛网5上密布有第二扰流孔，从而第二扰流孔对从第一扰流孔311进入的多组混合气体进行进一步混合。第二扰流孔虽然原理与第一扰流孔311相似，但第二扰流孔需要和第一扰流孔311交错设置，才能起到再次分配混合的作用。更具体讲，由于筛网5上的第二扰流孔比第一扰流孔311细密，其中细密指的是相邻孔的孔径更小和/或孔距更近。这样，才能起到进一步的混合作用。而筛网5成为一个罩，一方面是让第一次分流与第二次分流有一个缓冲空间，便于进行第二分流，另一方面，可以在有限的空间内设置更多的第二扰流孔，保证第二次分流的效果，而且这种弧形凸出状结构比较节省燃烧器的空间位置，且加工、安装相对方便。

而在筛网5的安装方式上，可以将筛网5直接焊接在底板31上，也可以直接通过螺栓、铆接将筛网5的边沿和底板31固定，均可以完整网罩的固定，因此安装较为方便。

在上述基础上，还可以在混流腔32中设置第三扰流孔、第四扰流孔等等，进行进一步的混合。总的来说，分流、汇合次数越多，两种气体的混合就越均匀。但一般设置两层扰流孔，既可以满足大多情况。更多层扰流孔根据具体情况适当增减。

外壳3中部固接有火孔装置6，火孔装置6将外壳3内腔分隔为混流腔32和燃烧腔33。即火孔装置6为界，划分混流腔32和燃烧腔33。而完成混合的空气和燃气经火孔装置6进入燃烧腔33，以进行燃烧。

火孔装置6包括稳焰板61，稳焰板61远离混流腔32一侧的表面上铺设有火孔网62，火焰在火孔网62上燃烧。其中，稳焰板61为一金属板。更具体的，燃烧器的混流腔32和燃烧腔33，是以稳焰板61为界进行划分的。

稳焰板61为弧形凸状结构，即截面为弧形的弯曲长方形板材。而火孔网62为柔性材料，沿着稳焰板61弧形曲面焊接后，火孔网62也成为相同的弧形凸状结构。因此，稳焰板61的第一作用就是安装承载火孔网62，并使火孔网62呈弧形，这样在直线距离不变的前提下，增长了火孔网62的燃烧有效尺寸。而且，指定了弯曲方向，当火孔网62受热发生变化时，能指定变形方向，减少对火焰燃烧的影响。

而且由于空气需要穿过火孔装置6，因此稳焰板61也必然是开孔的。稳焰板61上开有均流孔611，均流孔611平衡混合气体区间压力和速度，调整各区间的流经气体总量，保证气体燃烧火焰不稳定。

首先，整个燃烧器的压力分布和气流量不均匀现象是普遍存在的，这主要是由于风机1的结构决定的。比如，如图1所示的蜗壳离心风机1，由于蜗壳和离心结构，必然使远离蜗壳中心一侧的风压加大、风力较足，这就使得产生的火焰远离蜗壳中心一侧更旺，而靠近蜗壳中心一侧相对较弱，而这种火焰的强弱分别又会带来火焰的不稳定。

为了平衡风压，随稳焰板61靠近风压越大处，均流孔611的流动阻力越大。具体讲，流动阻力也可以通过两种方式调整，一、孔径，即随稳焰板61靠近风压越大处，均流孔611的孔径越小，由于均流孔611孔径小，因此均流孔611的流动阻力大；二、孔距，即随稳焰板61靠近风压越大处，均流孔611的孔距越大，由于均流孔611孔距大，因此均流孔611的流动阻力大，此外，还有组合使用孔径、孔径两种方式对流动阻力进行调节，而较大的流动阻力抵消较大的风压，从而通过均流孔611的排列方式来调整混合气体的流动速度，并调整各区间的流经气体总量，控制火焰的高度和形状，保证平衡。而均流孔611的孔型可以根据燃烧器的需求设置，比如呈一字型(也称长圆形或扁形)、圆形、多边形等等。

为了安装固稳焰板61和火孔网62，稳焰板61和火孔网62一同套设并焊接到框架63内，框架63内外壳3内，在框架63边缘与燃烧器外壳3四周的接触处用焊接设备完全焊接，不留缝隙，完成火孔装置6的固定。

这样，稳焰板61安装在火孔网62下方其作用除了支撑火孔网62的形状外，还起到阻挡气流对火焰的直接冲击，避免气体的影响。而且焰板处于气体侧(下方)，火孔网62在火焰侧(上方)，稳焰板61阻挡热量向下传递的屏障，防止混合气体被提前点燃，防止热回火现象。

而且由于混合气体从下向上流动，因此仅需要考虑热量辐射，而无需考虑热量对流。而气体燃烧产生的辐射热会向下方传递热量，被稳焰板61阻挡，无法提前点燃混合气体，有效防止热回火现象。

外壳3在燃烧腔33内壁上还固接有隔热板7，隔热板7上设有凸台71，凸台71和外壳3内壁螺栓连接，从而与燃烧器外壳3组合起来，形成四周环形隔热装置。而隔热板7由燃烧腔33内壁情况决定，如附图6所示，长方形外壳3需要正隔热板7、后隔热板7、左隔热板7、右隔热板7，进行热量的集中和隔热。外壳3四周内侧配置了隔热结构，能有效降低外壳3温度，保证燃烧器使用寿命。

外壳3在燃烧腔33内壁上还设置有火焰感应装置8、点火装置9、视窗。其中，火焰感应装置8和点火装置9分别通过螺钉固定在燃烧器外壳3的正面和右侧面。而云母片35放置在燃烧器外壳3的视窗孔内，再放上视窗压板34，用设备把视窗压板34压入视窗孔内。

工作过程如下：

在叶轮的作用下向气体汇合装置2吹出空气，空气从气体汇合装置2的下方流向上方时，在文丘理原理的使用下吸入燃气，所以燃气也被吸入气体汇合装置2内。此刻，气体汇合装置2内有一组空气和一组燃气。两组汇合的气体一起向燃烧器方向流动。

两组气体流经底板31，在第一扰流孔311的作用下分流为多组空气和多组燃气；多组空气、多组燃气在风机1的作用下，继续向上流动，流经筛网5。在筛网5作用下，多组空气、多组燃气再次分成更多组的空气和燃气。更多组的气体进入到燃烧器的混流腔32中，经过两次的分流、汇合、再分流、再汇合，空气和燃气已经充分混合。

分布均匀的可燃气体继续上升，在稳焰板61的作用下，再次分布后经稳焰板61均流孔611进入火孔网62。

在高压电作用下点火装置9的两点火针产生电火花，电火花点燃火孔网62内的可燃气体，可燃气体在火孔网62内燃烧。

这样，本发明的燃烧器是完全预混方式，能实现燃烧火焰短，火焰稳定而且NOX排放低的效果。

本发明还公开了一种热水器，包括上述的完全预混燃烧器。除了应用于热水器外，本发明所述的完全预混燃烧器，还可以用于如灶炉等需要燃烧的设备上。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种完全预混燃烧器，包括外壳，其特征在于，所述外壳内固接有稳焰板，所述稳焰板将外壳内腔分隔为混流腔和燃烧腔；所述稳焰板远离混流腔一侧的表面上铺设有火孔网，所述火孔网供火焰在其上燃烧。

2.根据权利要求1所述的完全预混燃烧器，其特征在于，所述稳焰板为弧形凸状结构；所述火孔网与稳焰板随型设置，火孔网也为弧形凸状结构。

3.根据权利要求1所述的完全预混燃烧器，其特征在于，所述稳焰板上开有均流孔，随所述稳焰板靠近风压越大处，所述均流孔的流动阻力越大，以平衡混合气体区间压力和速度。

4.根据权利要求3所述的完全预混燃烧器，其特征在于，随所述稳焰板靠近风压越大处，所述均流孔的孔径越小。

5.根据权利要求3或4所述的完全预混燃烧器，其特征在于，随所述稳焰板靠近风压越大处，所述均流孔的孔距越大。

6.根据权利要求1所述的完全预混燃烧器，其特征在于，外壳的底板开有至少两个第一扰流孔，相邻的第一扰流孔之间形成有第一扰流部，所述第一扰流部阻挡两组气体，使气体向四周扩散并从第一扰流孔进入外壳内。

7.根据权利要求6所述的完全预混燃烧器，其特征在于，第一扰流孔下游设有第二扰流装置，所述第二扰流装置设有第二扰流孔，所述第二扰流孔比所述第一扰流孔细密，以进一步混合从所述第一扰流孔进入的多组混合气体。

8.根据权利要求7所述的完全预混燃烧器，其特征在于，所述第二扰流装置包括筛网，所述筛网上密布有第二扰流孔。

9.根据权利要求8所述的完全预混燃烧器，其特征在于，所述筛网呈弧形凸出状，筛网的边沿和底板固定，以使筛网罩设在第一扰流孔上。

10.一种热水器，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的完全预混燃烧器。

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