CN117433016A - 用连续纤维线制成的用于气体燃烧器的燃烧膜 - Google Patents
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Abstract
一种用于气体燃烧器(2)的燃烧膜(14)，该燃烧膜包括由交织的金属线材(22)组成的织物或网状物(21)，该织物或网状物(21)具有相反的两个交织表面(19、20)，相反的两个交织表面(19、20)分别形成所述织物/网状物(21)的燃烧表面(19)和内部表面(20)，其中，金属线材(22)由连续的金属纤维(22')形成，该金属纤维(22')形成按长度计的质量在从0.8g/m到1.4g/m范围内的纱线(22)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于燃烧器的燃烧膜，特别地涉及一种用于完全或部分预混合的燃烧器，诸如用于锅炉、游泳池加热器、热空气发生器、或用于工业程序的烘箱。
背景技术
现有技术的燃烧器包括燃烧膜，该燃烧膜具有：
-与进给系统流动连通的内部表面，
-形成膜的外部表面(或燃烧表面)的扩散层，其旨在面向燃烧室。
其中，可燃气体或可燃气体与燃烧空气的混合物(以下在说明书中，术语“气体”表示“可燃气体”和“可燃气体与燃烧空气的混合物”两者)通过外侧部上的燃烧膜进行输送，以在燃烧表面上的火焰图案的形式的燃烧出现在外侧部上。
此外，可以在扩散层的上游(参考气体的流动方向)设置分配器，以便以所需的方式将气体分配到燃烧膜。已知的分配器通常被制成具有多个通孔的壁，例如由穿孔的片金属制成，并且可以形成燃烧膜的“内部层”或者可替代地形成与燃烧膜间隔开的部件。
燃烧产生的热由热的燃烧气体(对流)和热辐射引导至用于加热流体的热交换器，例如水，然后将其输送至公用设施、诸如工业过程的加热系统、生活空间等、和/或卫生用水。
为了燃烧器和燃烧系统的理想的和令人满意的使用，一方面，希望以可控的方式改变燃烧器的加热功率和通过燃烧膜的气体流速，以及另一方面，希望以确保尽可能安全的、无声的和持久的运行。
为了更好地满足上述需求，有必要减少或防止在非最佳燃烧过程期间可能发生的一些现象，该现象包括：
-火焰从燃烧表面的局部或广泛的脱离，
-燃烧膜的局部或广泛的过热，
-燃烧膜温度的高度不均匀分布，
-气体跨过燃烧膜的高度不均匀的流速分布，
-燃烧器运行期间，燃烧膜或单层燃烧膜的热绝缘功能较低或被降低。
这些不希望的现象将导致高的燃烧噪音、燃烧器对高温的有限的抵抗力，燃烧器本身的结构损坏、特别地是对燃烧膜的金属片部件的损坏，以及出现无法控制的火焰现象。
上述不利现象与及其对令人满意的燃烧的有害影响之间的因果关系已经在相关气体燃烧器的技术和专利文献中进行了广泛描述，为了简洁起见，此处不再重复。
为了减少或抑制列出的不利现象的一些或全部，已知为气体燃烧器提供了附件结构，例如插入件或隔膜，以局部偏置燃烧器的惰性物质和气流的流体动力条件，并且从而偏置燃烧器的流体动力和机械行为。
这些噪声降低附件必须对用于单个燃烧器模型的流体动力、机械、尺寸和燃烧条件的基础逐个进行优化，并且它们的功效经常限制在不理想的狭窄操作(气流)范围内。
因此，该需求被认为用于附加的方法和策略来改进气体燃烧器，特别地该需求被认为用于附加的方法和策略来改进预混合或部分地预混合的气体燃烧器，并且以进一步优化由此类燃烧器进行的燃烧。
已经尝试通过使燃烧膜的外侧部由金属织物或金属网状物制成来响应所述需求，以实现燃烧膜的热绝缘和燃烧膜上游的燃烧器部分的热保护的期望效果，并且以实现燃烧膜的气体渗透性的更好分布，并且最终以实现更好的火焰稳定性。
然而，用金属纱线制成所需厚度、透气性、和结构配置的金属网状物和金属织物的尝试已经证明难以通过编织机或通过可用的针织机械来实现，这就是为什么迄今为止可用的用于燃烧膜的金属织物和金属网状物的特性相当大地受到工业编织和针织技术的技术约束的限制和支配，并且似乎没有尝试过具有更自由定义的交织和/或纱线结构特征的实验编织或针织。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种由网状物或织物制成的新型和创新的燃烧表面，以及用于气体燃烧器的燃烧膜和气体燃烧器，具有诸如以避免现有技术的缺陷中的至少一些缺陷的特征。
根据权利要求1所述的用于气体燃烧器的燃烧膜实现了这些目的和其它目的。一些有利的实施方式是从属权利要求的主题。
根据本发明的一方面，一种用于气体燃烧器的燃烧膜具有内侧部和外侧部，可燃气体被输送到内侧部，在可燃气体已穿过燃烧膜之后，在外侧部上发生可燃气体的燃烧，所述燃烧膜包括由交织的金属线材形成的织物或网状物，所述织物或网状物具有相反的两个交织表面，相反的两个交织表面分别形成暴露在所述外侧部上的燃烧表面和面向所述内侧部的内部表面，其中，所述金属线材(22)由连续的金属纤维(22')形成，所述金属纤维(22')形成了按长度计的质量在从0.8g/m到1.4g/m的范围内的纱线(22)。
有利的是，连续的金属纤维(22')不相互加捻并且形成无加捻的所述纱线(22)。
具有另一个优点，各个金属纤维(22')均具有与由所述金属纤维(22')形成的所述纱线(22)的长度大致对应的长度。
优选地，金属纤维(22')具有波纹部，所述波纹部为所述纱线(22)赋予了在与所述纱线(22)的纵向方向横向的方向上的附加延伸。
尽管如此，由于纤维沿着整个纱线的延伸连续性并且，通过赋予纱线在直径上凸起的能力，可以有利地制造“粗糙的”织物和网状物，与现有技术的“轻的”或“薄的”织物相比，这些织物和网状物固有地表现出每个单独的纱线的低纤维密度，以及燃烧膜每单位面积的较低线数，并且从而具有较高和所需的气体渗透性，还存在更大的厚度(并且从而具有热绝缘属性)和/或更大的质量(并且从而具有热惯性)。
纤维的波纹或卷曲进一步提高了纱线的凸起能力，以及纤维彼此相邻延伸的事实使它们能够保持“分离”，而不是加捻(twisted)在一起。
附图说明
为了更好地理解本发明并理解其优点，下面参考附图对一些非限制性示例的实施方式进行了说明，其中：
图1是气体燃烧系统的示意图，例如用于锅炉的气体燃烧系统，燃烧器设置有燃烧膜，
图2和图3是设置有燃烧膜的示例性燃烧器的透视图和剖面图，
图3A是根据本发明实施方式的燃烧膜的放大和示意截面图，
图4示出了根据实施方式的带有燃烧膜的燃烧器，
图5示出了根据实施方式的用粘合线粘合的金属纱线的细节，
图5.1和图5.2示了根据实施方式的燃烧膜的金属纱线的另外的细节。
具体实施方式
燃烧系统1的详细说明
参照图1，例如，用于锅炉的气体燃烧系统1包括：
燃烧器2，燃烧器2用于通过对可燃气体进行燃烧和燃烧空气来产生热，
进给系统3，进给系统3用于将可燃气体或气体与燃烧空气的混合物供给至燃烧器2，所述进给系统3包括用于控制可燃气体流量的气体控制装置4(例如，电控气阀或气体输送装置或气体抽吸装置)，以及，如果提供的话，空气控制装置5(例如，空气输送装置或空气抽吸装置、电风扇、径向风扇、空气阀或空气闸阀)用来控制燃烧空气的流动，
用于点燃燃烧的电点火装置6，例如，适于产生火花的点火电极，
可能地，电离传感器7布置在燃烧器2的燃烧区域8处，并且适于提供根据燃烧器2的燃烧条件而变化的电的电离信号，
连接到进给系统3、点火装置6和电离传感器7的电子控制单元9，该电子控制单元9具有燃烧控制模块10，该燃烧控制模块适于根据操作程序和用户命令并且根据电离信号控制点火装置6和进给系统3。
燃烧器2的详细说明
根据实施方式(图2、图3)，气体燃烧器2包括：
-支撑壁11，所述支撑壁11形成一个或更多个入口通道12，以用于将可燃气体13(和燃烧空气)(的混合物)引入到燃烧器2中，
-管状燃烧膜14，例如筒形的形状，管状燃烧膜14与燃烧器2的纵向轴线15同轴，并且具有连接到与入口通道12流动连通的支撑壁11的第一端部、由封闭壁16封闭的第二端部、以及用于气体13或气体与空气混合物从燃烧器2内部通向燃烧膜14的发生燃烧(燃烧区域8)的外侧部17的穿孔。
图3中的燃烧器2中也示出了管状消声附件(没有参考数字)，该附件是可选的，并且可以缩小尺寸或完全取消。
根据另一实施方式，燃烧膜14可以是大致平坦的，例如，平面的或弯曲的或凸起的，又或者是非管状或非筒形的形状的，并且具有连接到与入口通道12流动连通的支撑壁11的外围边缘，以及用于气体13或气体与空气混合物从燃烧器2内部通至燃烧膜14的发生燃烧(燃烧区域8)的外侧部17的穿孔。
类似于现有的具有传统燃烧膜的解决方案，根据实施方式，在燃烧器2中，在燃烧膜14的上游(参照可燃气体13的流动方向)，并与其间隔开，可以设置带穿孔的分配器壁，以便以期望的方式朝向燃烧膜14分配可燃气体13。
燃烧膜14的详细说明
燃烧膜14具有内侧部18和外侧部17，可燃气体13被输送到内侧部18，在可燃气体13穿过燃烧膜14之后，在外侧部17上发生可燃气体13的燃烧，所述燃烧膜14包括由交织的金属线材22形成的织物或网状物，整体上由参考标记21表示，织物或网状物具有相反的两个交织表面19、20，相反的两个交织表面19、20分别形成暴露在外侧部17上的燃烧表面19和面向内侧部18的内部表面20，其中金属线材(22)由连续的金属纤维(22')形成，该连续的金属纤维(22')形成具有按长度计的质量在0.8g/m至1.4g/m的范围中的纱线(22)。
有利的是，连续的金属纤维(22')不相互加捻并且形成非加捻的所述纱线(22)。
具有另外的优点，各个金属纤维(22')均具有与由所述金属纤维(22')形成的纱线(22)的长度大致对应的长度。
优选地，金属纤维(22')具有波纹部，所述波纹部为纱线(22)赋予了在与所述纱线(22)的纵向方向横向的方向上的附加延伸。
通过对整个纱线22或各个纤维22'进行机械卷曲，纤维22'的连续性和纱线22的波纹部使纱线22有利地“蓬松”，并且形成了传统纺纱技术获得的加捻纱线(短纤维被加捻在一起，即所谓的“加捻纺纱”)的改进替代方案，当应用于本文所考虑的金属纱线和纤维时，传统纺纱技术表现出纺纱和编造过程的相当大的复杂性。
织物/网状物21有利地由支撑层38支撑并与支撑层38接触，例如是穿孔的片金属或支撑金属网纹物，支撑层38布置在燃烧膜14的内侧部18上并且形成燃烧膜14本身的部分或者仅形成用于燃烧膜14的支撑结构。
因此，燃烧膜14可以是单层结构(仅包括织物/网状物21)或多层结构(至少包含织物/网状物21和支撑层38(图3、图3A))。
织物/网状物21可以只包括通过织机用经线和纬线制成的织物，因此不包括通过从连续线圈对线进行交织而制成的网状物。
类似地，织物/网状物21可以只包括从连续线圈对线进行交织而制成的网状物，因此不包括使用织机用经线和纬线制成的织物。
金属线材22的详细说明
金属线材(22')是由金属纤维(22')形成的，金属纤维(22')形成按长度计质量在0.8g/m至1.4g/m的范围内的纱线(22)。
根据实施方式，连续的金属纤维(22')不相互加捻并形成无加捻的所述纱线(22)。
根据实施方式，各个金属纤维(22')均具有与由所述金属纤维(22')形成的所述纱线(22)的长度大致对应的长度。
根据实施方式，金属纤维(22')具有波纹部，所述波纹部为所述纱线(22)赋予了在与所述纱线(22)的纵向方向横向的方向上的附加延伸。
所述波纹部是具有比织物或网状物(21)的针织(knitting)或编织(weaving)波纹部的波长和幅值小的波长和幅值的波纹部。
根据实施方式，所述波纹部形成在所述纱线(22)的整个长度上。
根据实施方式，同一纱线(30)的连续的金属纤维(22')至少在延展时是沿着纱线(22)的长度的50％以上或22％以上彼此分离的，从而使所述纱线(22)凸起。
根据实施方案，金属纤维(22')具有环形截面。
根据实施方式，织物/网状物(21)具有等于或大于1.3kg/m2，或在从1.2kg/m2到1.5kg/m2的范围内的每单位面积的质量。
根据实施方式，金属线材22包括“非加捻长纤维丝”类型的金属纤维22'束，但有利地是呈局部波状的，优选地在金属线材22的基本整个长度上呈波状。
金属线材22可以至少通过粘合剂结合或者最初仅通过粘合剂结合，粘合剂例如水溶性或非溶性粘合线(thread)37，例如是由PVA或聚酯制成的，或者通过水溶性或非溶性粘合剂、例如聚合物进行结合或者进行初始结合。
根据实施方式，金属线材22可以选自例如，在“Fundamentals of YarnTechnology”2003，CRC Press LLC，Chapter 1.2.1，Table 1.1中所限定的所谓的长或连续丝卷曲纱线(long or continuous filament crimped yarns)组。
为了确保纱线22和各个纤维22'的基本连续延伸，以及其制造和编织或针织，纱线和/或纤维可以具有打结的连接缝线(stitches)，优选地是窄的。
根据实施方式，金属线材22是“长丝”类型的。
有利地，织物/网状物21是“重的”或“粗糙的”织物或网状物，即织物的每单位面积的重量等于或大于1.2kg/m2，或在从1.2kg/m2到1.5kg/m2的范围内，优选地为1.3kg/m2。
有利地，金属线材22是每单位长度的重量在从0.8g/m到1.4g/m范围内、有利地从0.9g/m到1.1g/m、例如为1g/m的纱线。
有利地，金属线材22包括直径在从30微米到50微米范围内的纤维，例如，包括直径为约40微米的纤维。
“大的”纤维22'和“大的”线材22允许经济且在工业上有利地制造不过度地不可渗透的“粗糙的”织物/网状物21。
根据实施方式，金属线材22或金属纤维22'的材料可以是例如铁素体钢或铁铬铝合金，例如掺杂有钇(Yttrium)、铪(Hafnium)、锆(Zirconium)。
金属线材22可以是例如由掺杂有Y、Hf、Zr的铁铬铝合金制成的纱线，重为1g/m，并且由直径为40微米的纤维组成，可以是波状的，或可以是卷曲的，使得金属线材不那么一维，而是更横向地凸起。线材22可能由接合线37保持，接合线37例如由PVA或聚酯制成，并且具有例如以下“掺杂”成分：
织物/网状物21的表面轮廓特征的说明
根据本发明的实施方式，两个交织表面19、20形成与低起伏谷部24交替的高起伏肋部23，并且肋部23和谷部24两者在织物/网状物21的平面中的至少一个方向上具有是金属线材22的厚度的三倍大、优选地是四倍大的延伸部。
通过与低起伏谷部24交替的高起伏肋部23，燃烧膜14的金属织物/网状物21实现了离散、重复但不连续的间隔的技术效果，并且织物/网状物本身的厚度没有完全地填充有金属材料，这提高了热绝缘能力并且允许气体不仅在与织物/网状物的平面正交的方向上而且在织物/网状物本身的平面中穿过金属织物/网状物的分布。
这避免了燃烧膜14的过热，改善了燃烧膜14的热绝缘，降低了火焰分离的风险，并改善了气体13跨过燃烧膜14的流速分布。
织物/网状物21的渗透特性的说明
织物/网状物21对气体是可渗透的，并且包括具有低渗透性的第一局部区域26，第一局部区域26与具有比第一区域26高的渗透性的第二局部区域27交替。
根据实施方式，所述第一区域26和第二区域27在织物/网状物21的平面中的至少一个方向上具有是金属线材22的厚度的三倍大，优选四倍大的延伸部。
例如，第一区域26与第二区域27之间的气体渗透性的差异是可见的，并且可以作为穿过织物/网状物21的光透射的差异来验证。
具有低渗透性的第一局部区域26与具有比第一局部区域26高的渗透性的第二局部区域27交替被证明就降低火焰分离的风险而言和就通过燃烧膜14的气体的更好的流速分布而言是有利的。
本发明的优点
通过使用连续纤维和“大的”线，它们本身是在直径上粗糙的(coarse)或“凸起的”，可以制造类似的“粗糙的”或“重的”织物和网状物，与现有技术的“轻的”或“薄的”织物相比，这些织物和网状物固有地具有较低的每单位面积的线数密度，并且从而具有较高和所需的气体渗透性，还存在更大的厚度(并且从而具有热绝缘属性)和/或更大的质量(并且从而具有热惯性)。
通过与低起伏谷部交替的高起伏肋部，燃烧膜的金属织物/网状物实现了离散、重复但不连续的间隔的技术效果，并且织物/网状物本身的厚度没有完全填充有金属材料，这提高了热绝缘能力并且允许气体不仅在与织物/网状物的平面正交的方向上而且在织物/网状物本身的平面中穿过金属织物/网状物的分布。
这避免了燃烧膜的过热，提高了燃烧膜的热绝缘，降低了火焰分离的风险，并且改善了气体跨燃烧膜的流速分布。
具有低渗透性的第一局部区域与具有比第一局部区域高的渗透性的第二局部区域交替被证明就降低火焰分离的风险而言和就跨过燃烧膜的气体的更好的流速分布而言是有利的。
因此，本发明的各个方面不仅对解决现有技术的问题具有单独意义，而且其组合是进一步协同的。
Claims (17)
1.一种用于气体燃烧器(2)的燃烧膜(14)，所述燃烧膜(14)具有内侧部(18)和外侧部(17)，可燃气体(13)被输送到所述内侧部(18)，在所述可燃气体(13)已穿过所述燃烧膜(14)之后，在所述外侧部(17)上发生所述可燃气体(13)的燃烧，所述燃烧膜(14)包括由交织的金属线材(22)形成的织物或网状物(21)，所述织物或网状物(21)具有相反的两个交织表面(19、20)，相反的所述两个交织表面(19、20)分别形成暴露在所述外侧部(17)上的燃烧表面(19)和面向所述内侧部(18)的内部表面(20)，其中，所述金属线材(22)由连续的金属纤维(22')形成，所述金属纤维(22')形成了按长度计的质量在从0.8g/m到1.4g/m的范围内的纱线(22)。
2.根据权利要求1所述的燃烧膜(14)，其中，连续的所述金属纤维(22')不相互加捻并且形成无加捻的所述纱线(22)。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧膜(14)，其中，各个金属纤维(22')均具有与由所述金属纤维(22')形成的所述纱线(22)的长度大致对应的长度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述金属纤维(22')具有波纹部，所述波纹部为所述纱线(22)赋予了在与所述纱线(22)的纵向方向横向的方向上的附加延伸。
5.根据权利要求4所述的燃烧膜(14)，其中，所述波纹部是具有比所述织物或网状物(21)的针织或编织波纹部的波长和幅值小的波长和幅值的波纹部。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述波纹部形成在所述纱线(22)的整个长度上。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，同一纱线(22)的连续的所述金属纤维(22')至少在延展时是沿着所述纱线(22)的长度的30％以上或50％以上彼此分离的，从而使所述纱线(22)凸起。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述金属纤维(22')具有环形截面。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述织物/网状物(21)具有等于或大于1.2kg/m2的按面积计的重量，或者所述织物/网状物(21)具有在从1.2kg/m2到1.5kg/m2的范围内的按面积计的重量，或者所述织物/网状物(21)具有为1.3kg/m2的按面积计的重量。
10.根据权利要求1所述的燃烧膜(14)，其中：
连续的所述金属纤维(22')不相互加捻并且形成无加捻的所述纱线(22)，
各个金属纤维(22')均具有与由所述金属纤维(22')形成的所述纱线(22)的长度大致对应的长度，
所述金属纤维(22')具有波纹部，所述波纹部为所述纱线(22)赋予了在与所述纱线(22)的纵向方向横向的方向上的附加延伸，所述波纹部是具有比所述织物或网状物(21)的针织或编织波纹部的波长和幅值小的波长和幅值的波纹部，
所述波纹部在形成所述纱线(22)的整个长度上，
所述金属纤维(22')具有环形截面。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述金属线材(22)包括直径在从30微米到50微米的范围内或直径为40微米的纤维(22')。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述金属线材(22)的所述材料是掺杂有钇、铪、锆的铁铬铝合金。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，两个交织表面(19、20)形成与低起伏谷部(24)交替的高起伏肋部(23)，并且所述肋部(23)和所述谷部(24)两者在所述织物/网状物(21)的平面中的至少一个方向上具有是所述金属线材(22)的所述厚度的三倍大的延伸部。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述织物/网状物(21)包括具有低渗透性的第一局部区域(26)，所述第一局部区域与具有比所述第一区域(26)高的渗透性的第二局部区域(27)交替，
其中，所述第一区域(26)和所述第二区域(27)两者在所述织物/网状物(21)的平面中的至少一个方向上具有是所述金属线材(22)的厚度的三倍大的延伸部。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述织物/网状物(21)由布置在所述燃烧膜(14)的所述内侧部(18)上的支撑层(38)支撑并且与所述支撑层(38)接触。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)，其中，所述金属线材(22)至少通过粘合剂结合或者最初仅通过粘合剂结合，所述粘合剂包括结合线(37)或结合粘性剂或水溶性粘合剂。
17.一种气体燃烧器(2)，所述气体燃烧器包括根据前述权利要求中的任一项所述的燃烧膜(14)。
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