CN2919063Y - 气体燃料射流富氧燃烧炉灶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了气体燃料射流富氧燃烧器的结构，即将喷嘴、喷射器、喷射管敞开式地依次放在同一轴线上，喷嘴和喷射管在两头固定，喷射器在中间规定行程内来回轴向移动，组成射流富氧燃烧器。喷嘴设置成微型喷射管；喷射器设置成高效混合和无级变速设备；喷射管设置成多功能设备，三者分别组成低、中、高温燃烧段。实现了喷射管把喷射器喷射出来的层流燃烧转换成涡流燃烧和出火口火焰温度的调控。本实用新型还公开了用气体燃料射流富氧燃烧器作为气体燃料射流富氧燃烧炉灶的炉头，炉头周围设有固定内炉膛和可上下调节外炉膛，控制燃烧产物排放速度。比传统气体燃料炉灶提高100％热效率，节约50％以上的能源。

Description

气体燃料射流富氧燃烧炉灶

(一)技术领域：

本实用新型涉及到气体燃料领域射流技术新的燃烧方法的应用，特别是应用在家庭用燃气炉加热方面，具体地说是一种气体燃料射流富氧燃烧炉灶。

(二)背景技术：

气体燃料与氧气混合达到一定的比例后才能点火燃烧，氧气的供给包括空气中的氧气和特别制成的高压纯氧。气体燃料燃烧的方法通常为两种，一种为混合燃烧方式，即利用气体燃料自有的压力与空气先混合后再燃烧，这种燃烧方式的缺点是流程长、结构较复杂、组织不起高温燃烧，达不到应有的温度，造成能源浪费。第二种为机械混合燃烧方式，即靠空气压缩机压出高压气流或高压氧气气流吸入低压的气体燃料气流混合燃烧，这种燃烧方式能组织起高温燃烧，但增加了燃烧成本。

目前家庭用燃气炉灶燃烧的方式有：大气式、无焰式、引射式等，这些燃烧方式，燃料与空气先混合，这样，由于空气的加入，燃料的密度变小，燃烧的能量降低，破坏了燃料本来具有组织高温燃烧的必要条件。无焰式虽然产生了高温，但由于燃烧的面积大，加上以是以辐射传热为主，热能的利用率较低。归根结底，属于第一种燃烧的方式，组织不起高温燃烧，达不到应有的温度，造成能源浪费。

在理解本实用新型之前，首先对喷射管、喷射器、雷诺数、层流、涡流、射流的概念有所了解，教科书上定义：

喷射管——高速运动的气体带动另一种低速运动的(或静止的)气体，使后者增加一定的能量，以便克服流动中的阻力，并使其随高速气体一道向前运动。

喷射器——在喷射管的基础上先收缩后扩张，增加了有用功。

雷诺规范数Re：    一般Re＜2300时为层流；

                  Re＞2300时为涡流；

特殊条件下：流速越小，Re就越小，因而管径大，流速小为涡流。

射流——与流体的不同地方，就是它具有喷射成一束流动的特点。

喷射管燃烧室------是本说明书中的一个名词，“喷射管燃烧室”表示对火焰有转换和控制两部分功能，而“喷射管”不含控制部分功能。

(三)实用新型内容：

针对上述家庭用燃气炉灶的不足之处，本实用新型的目的是提供一种新的燃烧设备，叫做气体燃料射流富氧燃烧炉灶。

能实现上述目的的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，与其它燃气炉灶共有的结构特征是包括有灶体、安装于灶体内的燃气炉头、与燃气炉头相通的导气管和导气管通道中的压电开关、燃气炉头上的锅具支撑等，所不同的是：燃气炉头为气体燃料射流富氧燃烧器、固定内炉膛、上下调节外炉膛。射流富氧燃烧器包括连接头、密封垫、喷嘴、喷射器、连接套、喷射管燃烧室、紧定螺钉，其中：

1、连接头的端面中心设有与气源相通的内螺纹孔，该端面中心的同轴圆周上制有一段外螺纹，所述内螺纹孔从内部通至连接头的其它侧面。

2、喷嘴为带有正多边形柱体台阶的棒体，柱体台阶的上下部分的棒体上制有外螺纹，从上部开始，棒体的轴中心设有轴心孔，作为低速管的大轴心孔长度超过柱体台阶，并与作为高速管的小轴心孔连通，柱体台阶侧面上向内开设有与大轴心孔相通的进气孔；喷嘴柱体台阶下端的外螺纹与连接头端面的内螺纹孔配合连接并锁紧配合面间的密封垫；小轴心孔与大轴心孔构成微型喷射管，微型喷射管的低速管成为喷射器的高速管，低速管的外螺纹成为喷射器的螺纹导杆。

3、喷射器的低速管为进口大出口小的圆管，外径通过连接片与进口下方的调节螺母固联成一个零件，喷射器出口的内外侧是直角形连接，调节螺母与喷嘴柱体台阶上部的外螺纹配合连接，外螺纹导杆的大轴心孔内径成为喷射器的高速管，高速管、低速管的配合构成了可以调节容积大小的喷射器。

4、连接套为两端开设有内螺纹的圆管，圆管壁上开设有通气槽口，一端与连接头端面圆周上的外螺纹配合连接，连接后的连接套将喷嘴和喷射器套入其中，另一端与喷射管外螺纹配合连接。

5、喷射管是喷射管的低速管和燃烧室控制部分组成的不同尺寸内孔的圆管，喷射管进口端的内孔是低速管，比低速管大的内孔是燃烧室，比低速管和燃烧室内径都小的是出火口，出火口的内外侧是直角形连接，燃烧室外壁偏向出火口的部位上设有等距间隔的缺口，低速管的外径上开设有与连接套另一端内螺纹配合的外螺纹；喷射器出口是喷射管的高速管，喷射管的进口端是低速管，组成了层流燃烧转换成涡流燃烧的喷射管；喷射管的进口端是高速管，燃烧室内径为低速管，等距间隔缺口进空气，出火口是最大和最小阻力系数结合的高速管，组成新的喷射器；喷射器的出口处于喷射管进口的下方。

上述结构中，喷嘴、喷射器、喷射管分别依次敞开地固定于同一轴线上，按照气体燃料射流富氧燃烧器在灶体内的竖直安装方式，上下两头的喷嘴和喷射管由连接套固定，喷射器在中间外螺纹导杆规定的行程内来回轴向移动，组成燃烧气流的转换部分；喷射管后(即喷射管上方)设有燃烧室、缺口、出火口，构成了燃烧火焰的控制部分。当出火口的火焰温度调节到最佳时，紧定螺钉将喷射器的调节螺母锁紧于喷嘴的螺纹导杆上。

从下面所述的内容中可以全面理解气体燃料射流富氧燃烧器的工作原理：

从理论上说，人类日常生活中经常遇到的燃烧大致分为三种：一般燃烧、高温燃烧和瞬息燃烧，一般燃烧浪费能源，造成环境污染；瞬息燃烧产生爆炸，造成不可估量的损失；而高温燃烧才是人类梦寐以求的目标。

本实用新型中气体燃料射流富氧燃烧器的理论定义：利用气体燃料自有的压力、射流喷射成一束流动的特点，燃烧产生的能量，把喷嘴、喷射器、喷射管的横截面积依次敞开式地放在同一轴线上，两头的喷嘴和喷射管固定，中间的喷射器可在规定的行程内轴向移动，建立起射流燃烧技术原理图，三者间是有机整体，是不可分割的一根链条的关系。

本实用新型的核心技术是成功地将喷射器件喷射出来的层流燃烧，由喷射管件转换成涡流燃烧，从而实现了气体燃料射流技术的高温燃烧。

本实用新型的关键技术是将气体燃料燃烧产生的能量，通过调节喷射器件容积N的大小，变成移动它在轴线上的来回距离，达到改变喷射器件出口横截面积f₂上的流速W₂和流量V₂，满足喷射管件横截面积f₃上的流速W₃和流量V₃的要求。

本实用新型的结构技术定义：利用气体燃料自有的压力、射流喷射成一束流动的特点、燃烧产生的能量，把喷嘴件、喷射器件、喷射管件的设备，依次敞开式地放在同一轴线上，喷嘴件和喷射管件固定在两头，喷射器件在中间可以在规定行程内来回轴向移动，组成了射流富氧燃烧器，三者之间是有机的整体，是一根链条的关系，成功地进行气体燃料的压力能、动能、热能互相转换，把层流燃烧转换成涡流燃烧，从而实现了气体燃料的高温燃烧和火焰温度的调控，不须任何外加动力的射流富氧燃烧新技术。

本实用新型的重要理论是将有形的喷嘴件、喷射器件、喷射管件的横截面积，建立起气体燃料射流燃烧技术原理图1和射流燃烧技术的新理论。下面进行具体的研究和分析。为了方便分析，假定燃烧过程图1中只有压力P、横截面积f、流速W、理论燃烧产物量V四个量，建立起喷嘴件、喷射器件、喷射管件的流量方程式，具体分析射流燃烧技术的燃烧原理。

1、图1中的喷嘴件的f₁和喷射管件的f₃是固定件，放在中间的喷射器件的f₂可以在轴向来回移动，它们之间是敞开式的，空隙中充满空气。

2、图1中的小箭头处分别表示f₁、f₂、f₃的横截面积，f₁、f₂、f₃与流量成正比，根据经验，三者间有如下关系式：

f₂＝77f₁……式(I)

f₃＝1320f₁……式(II)

式中的f₁是根据生产所需发热值大小而定；然后把f₁代入式(I)求出f₂；再把f₁代入式(II)算出f₃。f₂＝77f₁是在一定条件下取得的，在实际中，f₂也是一个变量，f₂与容积N和调节行程的配合，才能满足W₂的使用要求。

3、图1中喷嘴件到喷射器件的入口和喷射器件的出口到喷射管件入口的锥度角α处表示气体燃料与空气混合的空隙，同时表示射流流束的扩散锥度角一般小于20°。

4、喷射器容积N的计算：

根据经验，喷射器容积N与喷嘴横截面积f₁存在的关系如下：

N＞400×n：

式中n与f₁的关系：

f₁＝0，  n＝0；f₁＝0.1，n＝1；

f₁＝0.2，n＝2；f₁＝0.3，n＝3；......。

以上的n值依次类推，只要选定喷嘴横截面积f₁，求出n值，代入上式，就能求出N值，N值随着f₁的增大而减小，f₂的减小而增大。喷射器容积最好为圆柱形。

5、当P等于常数时，f₁、f₂、f₃处的流量方程式如下：

V₁＝f₁W₁或者V₁＝Pf₁  是喷嘴流量；

V₂＝f₂W₂  是喷射器出口流量；

V₃＝f₃W₃  是喷射管流量；

以上式中的f₁、f₂、f₃是根据2项中的关系式计算出来的，P是常数，V₁、W₁、V₃、W₃都是常数，剩下的变量只有V₂、W₂。

6、V₂、W₂与出火口火焰形状、温度的关系：

出火口火焰形状宽而短，说明火焰处于高温燃烧，而且短粗有力，温度越高，流速加快，作用力加大。

出火口火焰形状狭而长，火焰处于不完全燃烧，长度越长，颜色越红，温度越低。

V₂、W₂的用途：在设计中，当f₁确定后，f₂、f₃确定，W₃、V₃也相应确定。由于结构需要和设计的误差，就得改变V₂、W₂来满足V₃、W₃的要求，把层流燃烧转换成涡流燃烧，同时达到最佳的火焰温度。

7、出火口火焰形状、温度的调试方法：

当火焰从喷射管燃烧室出火口喷射出来的火焰宽而短，而且嗡嗡作响，说明设计是合理的，W₂转换成W₃，V₂转换成V₃是符合射流燃烧的高温燃烧条件。

如果从喷射管燃烧室出火口喷射出来的火焰狭而长，是层流燃烧，说明供氧量不足，将喷射器往喷嘴移动，减少喷射器的容积N，提高W₂的流速，增大V₂的流量；当可燃气流再次从f₂喷射到f₃时，符合雷诺数Re的特殊条件，由层流燃烧转换成涡流燃烧，如果一次不行，要重复数次，直到出火口火焰形状宽而短。

如果喷射管燃烧室的f₃后面燃烧室容积偏小，阻力也小，W₃的流速较快时，就会产生脱火，控制不住燃烧的火焰，此时将喷射器往喷射管燃烧室移动，增大喷射器的容积N，减小W₂的流速，减小V₂的流量，当可燃气流又从f₂喷射到f₃时，满足W₃、V₃的要求，达到射流富氧燃烧。如果不行，同样重复数次，直到出火口火焰形状宽而短。

特别需要指出的是：提高W₂的流速，就等于增大喷射器的有用功，就等于增加供氧量，就等于提高火焰温度。因此与它相对应的是：增大f₃后面燃烧室的容积，增大f₃后面出火口的阻力，最大限度地利用好这一技术，如建立炉膛，从侧面出火，中心出火加上倒锥套等等

由于气体燃料射流燃烧存在巨大的能量，喷射器移动的距离很小，就能改变W₂和V₂，这就是本实用新型的动力源泉，同时把复杂的射流燃烧计算变成简单的“加减法”，形成了本发明的关键技术。

8、常量W₁的作用：

前面对W₂、W₃作了许多论述，好像W₁没有多大的用处，其实不然，W₁才是本发明的难点，因为它没有热能利用。如果f₁是常数、P是常数、W₁也是常数。当W₁很小时，与空气的混合很差，射流属于缺氧燃烧。

接上所述，由于用途和结构的需要，把喷嘴制成微型喷射管。喷射器出口的最高点与喷射管的入口平齐，往下调节移动行程最低点至微型喷射管的出口。由于射流具有喷射成一束流动的特点，微型喷射管的出口进入或退离喷射器的混合管和喷射器出口退离喷射管入口一定的距离，不会影响射流燃烧的效果。

以上阐述的是气流的转换部分的结构，喷射管后面的燃烧室、缺口、出火口属于控制部分。燃烧室把喷射管转换过来的气流减缓流速并控制燃烧，缺口补充氧气或从侧面出火，出火口有稳定燃烧和提高出火口火焰温度的功能。

喷嘴、喷射器、喷射管燃烧室三者的单独功能和之间的关系：

1、喷嘴做成微型喷射管，目的是发挥高速管在流速很小时，能与空气进行混合，组成低温燃烧段。同时在中高温燃烧时，为喷射器送去第一次燃料与空气混合的可燃气流。

2、喷射器是一个高效混合和无级变速的设备，承接微型喷射管低速管送来的第一次燃料与空气混合的可燃气流，进行第二次混合，由于它先收缩后扩张和燃烧气流的动能转换成热能，热能又转换成动能，大大地提高燃料与空气的混合和出口的流速和流量，组成了中温燃烧段；同时喷射器是一个无级变速器，能为喷射管燃烧室提供所需的流速和流量，满足喷射管燃烧室把层流燃烧转换成涡流燃烧的要求。

3、喷射管燃烧室负责把喷射器送来符合自己所需的层流燃烧转换成涡流燃烧，并和往后的燃烧室、缺口、出火口等控制部分组成高温燃烧段。

4、三者之间的关系：把以上喷嘴、喷射器、喷射管燃烧室单独的功能组合起来就是射流富氧燃烧器的整体功能。但它们之间不是简单的凑合，而是有机的整合，是一根链条的关系，相互依存、相互协调、不可分割，共同实现气体燃料射流的高温燃烧。

气体燃料射流富氧燃烧器的组成原理：喷嘴是控制发热值大小的小孔，f₁成为高速管，高速管出口的前面开设有进空气孔，再往上是大的内孔成为低速管，组成了微型喷射管；微型喷射管的低速管成为喷射器的高速管，喷射器的内腔即混合管成为低速管，喷射器的出口先收缩后扩张，组成了喷射器；喷射器的出口成为高速管，喷射管燃烧室f₃的内径成为低速管，组成了层流转换成涡流燃烧的大喷射管；大喷射管低速管成为高速管，燃烧室的内径成为低速管，缺口进空气，出火口先收缩后扩张，成为高速管，组成了新的喷射器。

气体燃料射流富氧燃烧器的气流流动原理：气源从喷嘴小孔进入到微型喷射管低速管的管口时，管口产生负压，吸入空气进行混合并一道前进，燃料与空气得到了第一次混合。当流到低速管的出口时，气流的流速成为喷射器混合管的高速气股，当喷射到混合管的管口时，混合管的管口产生负压，空气与可燃气流在混合管内进行第二次混合，由于混合管先收缩后扩张，增加了有用功，提高了流速，提高了混合率，加上热能转换成动能，流速加快。当燃烧的气流进入大喷射管的管口时，管口再次产生负压，燃烧的气流与空气进行第三次混合。由于喷射管的管径较大，流速减缓，其流体的负压刚好被大气压的正压所截断，由层流气流转换成涡流气股，气股进入燃烧室时流速减缓，当气流要冲出出火口时，由于出火口横截面积小于喷射管燃烧室入口的横截面积，喷射管燃烧室入口的横截面积又小于燃烧室的横截面积，因此出火口的阻力加大，流速加快，缺口再次补充空气，出火口的流速又加快，火焰的温度更高。

为进一步对喷射管燃烧室出口火焰温度的调控，喷射管燃烧室出火口到锅具底部要保持合适的距离。当火焰直射到锅具底部时，遇到锅具底部的阻力而散开成圆形燃烧。如果距离偏小，火焰对锅具底部的撞击力加大，流速再次加快，混氧量再次增多，火焰温度再次提高。高温的火焰迅速将热量传导到锅具上，烹调起来速度很快。在烹调过程中，有时需要较低温度的火焰，为此专门设有扩热板，盖住出火口把直接喷射到锅具底部的火焰隔开，火焰只能从扩热板的下方喷射而出，这样火焰不直接喷射到锅底燃烧，由原来的传导传热为主的燃烧转换成辐射传热为主的燃烧，由集中燃烧转换成分散燃烧，消除高温区，扩大了锅具的传热面积，降低了火焰的温度；同时火焰增加了与空气的对流面积，空气带走了部分热量。扩热板的外径大小可以调控火焰温度的高低，外径增大火焰温度降低，外径减小火焰温度增高，因此正常使用时应选取适中的隔板外径。

在使用平状扩热板烹调时，火焰成为煤油灯状微火，气体燃料的流速很慢，与空气中的氧混合很差，没有完全燃烧的碳变成了碳黑，锅底受到污染。此时可以使用倒锥塔形的扩热板，没有完全燃烧的微火气流经过扩热板的表面时，行程加长，接触空气的面积增大，流速加快，倒锥塔形状引起火焰发生骚动，提高气体燃料与空气的混氧量，燃烧后没有碳黑。扩热板和倒锥塔是针对单炉灶而使用的方法。这种方法靠压电开关控制气体燃料发热值的大小，超出了射流富氧燃烧器的使用范围。由于流量变小，压力变小，f₁失效，W₁变小，破坏了射流富氧燃烧器的高中温燃烧段。在设计双炉灶或多炉灶时，应采用大小或大中小型号的搭配。因为型号小，f₁小，发热值也小，保持气体燃料原有压力P的作用，W₁在射流富氧燃烧器中能正常发挥，既节约能源，又减少污染。

本实用新型中还设有内环套，内环套围绕喷射管燃烧室而形成固定的内炉膛，内炉膛锅具支撑设于内环套的顶部；内环套的安装位置视喷射管燃烧室的具体位置而定。建立内炉膛的作用是延长喷射管燃烧室燃烧时放出的热量在炉堂内停留的时间，建立高温区，提高热效率。设于内环套的顶部的内炉膛锅具支撑用来固定锅具，同时限制锅底到喷射管燃烧室的距离，使得锅具能处在火焰的高温区；内炉膛还能限制燃烧产物的排放速度，避免过多空气的流通而带走热量。应注意的是内炉膛与喷射管燃烧室之间应留有足够的空隙，保证炉底从内炉膛内部向上通风，防止可燃气体在炉底和内炉膛中的存留，消除不安全因素。

有的情况下，内炉膛的面积较小，对于较大的球形锅底，支撑的面积小了一点，不利于锅底的稳定放置，因此灶体上还设有外环套，外环套围绕内环套而形成上下活动的外炉膛，外环套顶部的横向环形折边与上下活动地安装于灶体上的至少三根升降杆件的顶部固连，升降杆件的顶部高于外环套横向环形折边并形成外炉膛锅具支撑。外炉膛随着升降杆件的升降而整体升降，满足不同尺寸球形锅具的需要，保证锅具放在上面的稳定性。同时外炉膛的上下移动，处于最佳位置时可以防止外面的空气吹到炉膛内，影响火焰的稳定燃烧和带走热量。外炉膛还控制了燃烧产物的排放速度，提高了温度的有效利用率。当锅具是平底时，外炉膛降到底部，使外炉膛锅具支撑与内炉膛锅具支撑处于同一水平面上，平底锅具同时置于外炉膛锅具支撑与内炉膛锅具支撑上，同样稳固。

升降杆件的一种简单结构包括升降杆、升降杆套和弹性挡圈，升降杆套固定于灶体面上，升降杆套入升降杆套轴中心孔中形成滑动配合并可呈竖直状伸入灶体内部，滑动部分的升降杆圆周轴向上设有等距间隔的沉槽，弹性挡圈上设有与沉槽尺寸一致的槽口，在升降杆套的顶部处弹性挡圈的槽口卡在升降杆沉槽上，弹性挡圈挡住了升降杆在升降杆套中的往下移动，升降杆支撑着外炉膛稳定在所对应的升降杆槽口位置的高度上，不同的升降杆槽口对应着不同高度的外炉膛位置。另外，用螺纹配合作外炉膛升降调节，稳定性较好。

灶体的一种简单结构可以是方体或长方体状，由相互配合固连的面板和围板构成，面板构成了灶体的顶面和正面，围板构成了灶体的左右两侧面和后侧面；围板左右两侧面底部固定连接着支撑底板，支撑底板相对的面板顶面开设有通孔，燃气炉头的连接头固连于支撑底板上，喷射管燃烧室最好是高出面板顶面通孔，在这种喷射管燃烧室外露于灶体外的结构下，内炉膛和外炉膛都设在灶体顶面。

通常情况下压电开关安装在灶体面板的正面上，在灶体内部，压电开关的进气口与进气导气管连通，压电开关的出气口与出气导气管连通，出气导气管与通至连接头其它侧面的内螺纹孔连通，压电开关控制着进入气体燃料射流富氧燃烧器的气量大小。

本实用新型的优点：

1、本实用新型使用的气体燃料射流富氧燃烧器采用在空气中三段燃烧三次增氧的方法，使得气体燃料由层流燃烧转换成涡流燃烧，最大限度地提升气体燃料燃烧热能，火焰形状宽而短，温度达到900度以上，比传统的气体燃料燃烧方法提高100％的热效率，节约50％以上的能源。

2、本实用新型使用的气体燃料射流富氧燃烧器，由喷嘴、喷射器和喷射管燃烧室相连通而构成，结构简单，使用方便。

3、本实用新型在喷射管燃烧室高温燃烧区设有固定的内炉膛和可上下移动的外炉膛，不仅有效地保护了高温燃烧区的温度，控制燃烧产物的排放速度，提高了热效率，还能适应不同尺寸大小的球形锅具和平底锅具的稳定放置。

(四)附图说明

图1为本实用新型中的气体燃料射流富氧燃烧器之射流燃烧技术原理图。

图2为图1气体燃料射流富氧燃烧器的一种实施方式的结构示意。

图3为本实用新型的一种实施方式的剖面结构示意图。

图4为图3实施方式的俯视图。

(五)具体实施方式：

图2所示是本实用新型气体燃料射流富氧燃烧炉灶中燃气炉头即气体燃料射流富氧燃烧器的一种结构方案，在此结构方案中，所述气体燃料射流富氧燃烧器由连接头1、密封垫2、喷嘴3、喷射器4、连接套5、喷射管燃烧室6、紧定螺钉7构成。具体叙述如下：

①、连接头1是长方体或是正方体形状，向上的端面中心开设有螺纹通孔与气源相通并与喷嘴3连接，连接头1的端面中心的同轴圆周上制有一段外螺纹，连接头1其余五个面可以根据不同的需要，引进燃气，固定位置，连接其它装置等。

②、喷嘴3是控制气体燃料射流富氧燃烧器发热值大小的主要零件。喷嘴3由六角棒料加工而成，上端加工成外螺纹，内径是大的轴芯孔，外螺纹的下方是原来的六角棒料并形成台阶，大的轴芯孔长度超过下台阶面，台阶段下方中间钻制小于大轴芯孔内径的小轴芯孔f₁并使两者相通，台阶的后段也加工成外螺纹，后段的外螺纹与连接头1顶面的螺纹通孔配合连接，喷嘴3台阶端面与连接头1顶面之间垫付有防止漏气的密封垫2。六角棒侧面向内钻有与大轴芯孔内径相通的进气孔。大轴芯孔内径既是微型喷射管的低速管，又是喷射器4的高速管，六角棒上端的外螺纹成为喷射器4的调节螺纹导杆。喷嘴3的小轴芯孔的f₁换算成直径后，可以单独做成喷嘴使用，由于用途和结构的需要，把它做成微型喷射管，这样f₁成为高速管，六面孔进空气，大轴芯孔内径成为低速管。在P、W₁很小时，能形成低温燃烧，为了充分发挥W₁的作用，低速管的管径宜往偏小方向考虑；另外微型喷射管为喷射器4送去第一次气体燃料与空气混合的可燃气流。

③、喷射器4是射流富氧燃烧器的高效混合和无级变速的设备。喷射器4由调节螺母和混合管外径通过两块连接片焊接而成，混合管的内径是一段圆管，管口出口一端的内外侧成直角形收口，把突然收缩的最大阻力系数和突然扩张的的最小阻力系数组合在一起，所有的空隙都是进空气用。调节螺母与喷嘴3上端外螺纹相配合，调节螺母的侧面上向内开设有贯通螺纹孔，紧定螺钉7旋入贯通螺纹孔中。当调节螺母旋入喷嘴3微型喷射管的螺纹导杆时，微型喷射管的低速管就成为喷射器4的高速管，混合管容积N成为喷射器4的低速管，f₂先收缩后扩张，成为喷射器4出口的高速管。

喷射器4的用途：承接喷嘴3送来的第一次气体燃料与空气混合的可燃气流，进行第二次混合。由于喷射器4出口的内侧直角收缩，增大了出口的阻力，使可燃气流与空气在混合管内得到充分的混合；喷射器4出口的外侧也是直角形扩张，巧妙地把突然收缩的最大阻力系数和突然扩张的最小阻力系数组合在一起，实现气流在出口内侧最大的减速和在出口外侧最大的加速，这是喷射器4的特殊结构，同时减少了结构的体积和重量，也是射流燃烧的新技术。喷射器4由于在结构上就占有优势，加上调节螺纹导杆的移动距离，能改变容积N的大小，从而改变出口的流速和流量，找到最合适的W₂和V₂给喷射管燃烧室6送去，因此能随心所欲地找到出口的W₂和V₂，把复杂的射流燃烧计算变成简单的“加减法”。另外，喷射器4出口外侧是敞开式的直角形，有足够的空气和空间给喷射管燃烧室6把层流燃烧转换成涡流燃烧，同时喷射器4组成了中温燃烧段。

喷射器4与普通喷射器和拉伐尔型的区别：首先是目的不同，普通喷射器和拉伐尔型是以减少能量消耗，提高工作效力为目的，它们低速管都采用从入口渐缩到喉管的入口，再由喉管的出口渐扩到原来的管径，这样使气流通过喉管时，得到最大的工作效率。而喷射器4是以调速为目的，利用可燃气流燃烧产生的热能和结构的配合，通过调节混合管容积N的大小，使高速气流能按比例吸入低速的空气进行混合，为喷射管燃烧室6提供合适的流速和流量。再就是动力来源不同，普通喷射器和拉伐尔型都需外加动力，而且能量总是减少的。而喷射器4只需燃料的初始动能转化成热能，然后由热能转换成动能，能量总是增加的，有用不完的热动力。第三个是结构不同，普通喷射器的高速管固定在低速管入口大喇叭口端，低速管从大喇叭口渐缩到喉管的入口，再从喉管的出口渐扩到大喇叭口的原管。拉伐尔型把喉管的入口和出口与小喇叭口连接处的锐角，全部用圆弧光滑地连接起来，成为“拉伐尔型”。而喷射器4高速管和低速管中必须有一件是活动件，低速管是一段圆管，一端是入口，另一端与喉管的入口成直角形连接，喉管的出口突然扩张，是敞开式的，没有渐扩管。高速管也是一段小圆管或喷嘴也做成小圆管，能从低速管的入口进入到喉管的入口，高速管的外径与低速管的内径之间留有足够的进空气的空隙。在喉管的入口和喉管的出口处，把突然收缩的最大阻力系数和突然扩张的最小阻力系数组合在一起，使气流通过喉管时得到最大的减速和加速。最后是用途不同，普通喷射器和拉伐尔型的主要目的是把物质从一个地方输送到另一个地方去。而喷射器4的目的是把两种以上的物质按比例要求进行调配。喷射器4从结构用途上可以说是拉伐尔型的反面，两者也可以说是普通喷射器的特殊形式。

④、连接套5是管状固定件，其两端开设有内螺纹，中间段开设有等距间隔的进空气槽口，连接套5的用途是其一端的内螺纹与连接头1顶端的外螺纹配合连接，并将喷嘴3、喷射器4包容其内腔中，在高度尺寸上留有调节喷射器4上下的余地，另一端与喷射管燃烧室6的外螺纹固定连接。

⑤、喷射管燃烧室6是一个多功能的设备，由两段直径不同的内孔管组成，进口内孔管f₃制有锥管螺纹，进口内孔管外壁上制有外螺纹，往上比进口内孔管f₃直径大的内孔管是燃烧室，燃烧室的出口是出火口，出火口的内外侧向内呈直角状的收口，收口直径小于进口内孔管f₃，出火口下端燃烧室外壁上开设有等距间隔的长方形缺口，进口内孔管外壁上的外螺纹与连接套5另一端开设有内螺纹配合连接。喷射器4横截面积f₂的出口是喷射管燃烧室6的高速管，进口内孔管f₃是低速管。另外新喷射器的组成：进口内孔管f₃是高速管，燃烧室的内径是低速管，缺口进空气，出火口突收后再突扩成为是高速管。喷射管燃烧室6应满足f_室＞f₃＞f_出口，燃烧室的高度与直径大致相等。喷射管燃烧室6出火口与燃烧室连接处由3到4个支点固连，让出空间能从侧面出火，喉管连接板向外延伸成环形状。当需降低出火口的火焰温度时，把扩热板21或倒锥塔21放置出火口中，火焰从喉管连接板的下方向四周喷射而出。

喷射管燃烧室6的用途：当喷射器4高速管把合适的W₂、V₂送到f₃的低速管时，可燃气流与空气进行第三次混合，把W₂、V₂转换成W₃、V₃，由层流燃烧转换成涡流燃烧；当燃烧的火焰进入燃烧室时，f_室＞f₃，流速减缓，继续燃烧，由于f_出口＜f_室和f₃，增大了出火口的阻力，稳定火焰在燃烧室内燃烧；当燃烧的火焰冲出出火口时，新的喷射器发挥作用，出火口火焰流速加快，长方形缺口补充空气，使出火口的火焰温度更高，组成了高温燃烧段。喷射管的低速管内径加工成锥管螺纹，目的是增大阻力和骚动，提高混合率。长方形缺口还有溢流、侧面出火等作用。出火口是控制火焰温度的重要部位，它的结构、尺寸要求都非常严格，要有足够的阻力，才能有效地发挥W₂、V₂的作用，如加倒锥套，建立燃烧室、减少尺寸等。当喷射管燃烧室6出火口的高温燃烧达到最佳效果时，拧紧紧定螺钉7将喷射器4的调节螺母固定在喷嘴3上。

整体结构功能与相互关系：

前面对每个零部件都作了详细的介绍，目的是为了更好地了解射流富氧燃烧器的整体性能。喷嘴3的微型喷射管、喷射器4、喷射管燃烧室6、新的喷射器联合起来，共同发挥作用，就是射流富氧燃烧器的整体结构功能，共同的目标是实现火焰的高温燃烧。喷嘴3、喷射器4、喷射管6三者是有机的整体，一条链条的关系。除燃烧室、长方形缺口、出火口等控制部位可以根据用火需要改变外，转换部份的喷嘴3、喷射器4、喷射管6是不可分割的，是相互依存的，三者的组成正如几个正方形排在一起，里面的边都是共用边。

①、喷射器4的位置和调节行程：喷射器4出口调节的最高点只能与喷射管燃烧室6的入口平齐。由于射流具有喷射成一束流动的特点，喷射器4离开喷射管燃烧室6管口一定距离，不会影响射流的混合效果，这样喷射器4的高速管的出口就是喷射器4行程的最低点，从最低点到最高点的距离就是喷射器4的调节行程。调节行程的确定约等于混合管容积N的开立方。

调节行程与容积N和f₂的关系：当f₁确定后，f₂、f₃也确定，f₁、f₃固定在两头，f₂在中间就等于调节行程，起到承下启上的桥梁作用。当f₁的发热值确定，理论燃烧产物量V也确定，当f₃确定，W₃确定，V₃也确定；V₃约等于V，因此V₂必须满足V₃的要求。所以V₂也不能改变，能改变的只有f₂、W₂，当f₂是变量时，出现如下情况：

当f₂加大，W₂减小，N增大，行程加长；

当f₂减小，W₂加大，N减小，行程减短。

以上就是调节行程与容积N和f₂的关系，换句话说，同样的量，混合速度快，需要的空间小，混合速度慢，需要的空间大，这也叫混合速度与容积的关系。确定f₂时，宜往偏小方向考虑，假如f₁增大，供氧量增多，f₂、N要减小，才能提高W₂的流速。

调节行程的条件：调节行程是本发明的关键技术，它把复杂的射流燃烧计算变成简单的“加减法”，而且具有高效、高速、体积小、重量轻、结构简单等优点。但是毕竟有了调节行程，多少还可以减短一些。

当压力P相对稳定，同一种气种、整体结构、尺寸都确定，调试时出火口火焰形状宽而短，而且短粗有力，可以取消调节行程，因为出火口的阻力够大，不产生脱火，火焰稳定燃烧。假如压力P往小方向变化，由于射流富氧燃烧器是低、中、高三段燃烧段组成，不会影响燃烧，但对燃烧的质量有一定的影响。当气种的发热值相差不大，压力P基本相同时，可以取消调节行程。假如气种发热值增大，供氧量增多，混合速度要提高，需要调节行程；假如气种发热值减少，供氧量减少，混合速度要减低，也需要调节行程。

②、气体燃料射流富氧燃烧器的调试方法和使用效果：

调试方法前面结合运用作了许多论述，由于它就像检测火焰温度的标准一样，作为使用的最后一道程序，还需重复描述如下：假如出火口的火焰形状宽而短，而且短粗有力，则属于正常燃烧；假如出火口的火焰形状狭而长，则属于缺氧燃烧，喷射器4往下调，减少容积N，提高W₂、V₂；假如出火口的火焰脱离出火口，喷射器4往上调，增大容积N，降低W₂、V₂。以上调试重复数次，则能够找到最合适的火焰温度，同时固定喷射器4。

使用效果：射流富氧燃烧器成功地把层流燃烧转换成涡流燃烧，调节行程能够达到火焰形状宽而短，而且短粗有力，温度900度以上，比传统的燃烧方法提高100％的热效率或大大减少了燃烧成本。

注意事项：出火口、燃烧室、溢流缺口等控制部分，具有同转换部分一样的重要作用，要充分利用这一技术，才能有效地发挥转换部分的作用，这也是作用与反作用的关系。

喷嘴3、喷射器4组成的低、中温燃烧段，只能暂时使用。如果长时间使用，应选用合适的型号，因为f₁减少，发热值减小，W₁加快，供氧量增加，既节约能源，又减少污染。

如图3、图4所示，方体或长方体状的灶体可以由面板13和围板14配合固连而成，面板13构成了灶体的顶面和正面，顶面和正面形成大于90度的夹角；围板14构成了灶体的两侧面和后侧面；灶体顶面的中心开设有放置气体燃料射流富氧燃烧器的通孔，正对着灶体顶面通孔下方设有支撑底板15，支撑底板15横跨固连于灶体两侧面的底部。

气体燃料射流富氧燃烧器从灶体顶面通孔竖直放置于灶体内，其底端的连接头1的底部固定于支撑底板15上，其顶端的喷射管燃烧室6外露在灶体顶面。灶体顶面固定安装有内环套8，内环套8环绕着喷射管燃烧室6形成了高度大于喷射管燃烧室6的同轴内炉膛，内环套8圆周顶部的边缘上均匀分布有三个三角鼎而形成内炉膛的锅具支撑8---1。

围绕着内环套8同轴上下活动地安置有倒锥台形的外环套9，外环套9形成了外炉膛，外环套9的高度小于内环套8的高度。外环套9的顶部横向向外设有环形折边，环形折边处均匀分布固连有三根竖直安装的升降杆件。升降杆件包括升降杆10、升降杆套11、弹性挡圈12；升降杆套11固装在灶体顶面的安装孔位中，升降杆套11的轴中心孔使灶体顶面和灶体内部相通；升降杆10为可在升降杆套11轴中心孔中滑动的圆形杆件，滑动部位的圆周上开设有等距间隔的沉槽；弹性挡圈12上开设有宽度尺寸与升降杆10沉槽尺寸一致的槽口。升降杆10的顶部穿过外环套9环形折边并固定，升降杆10的下端插入升降杆套11内，三根升降杆10的顶部调整好水平高度后，弹性挡圈12同时卡入对应的升降杆10沉槽，在升降杆套11的顶部，弹性挡圈12将升降杆10支撑在一定的高度上，三根升降杆10的顶部形成了外炉膛的锅具支撑10---1。外环套9的升降距离不超过内环套8的高度，当外环套9的下降至最低点时，作为外炉膛的锅具支撑10---1与内炉膛的锅具支撑8---1平齐。

压电开关16安装在灶体面板13正面上，开关按钮19置于面板13外，压电开关16的气头端置于面板13内，进气导气管17从围板14外引入灶体内与压电开关16气头端的进气口连通，灶体内设有与压电开关16气头端的出气口连通的出气导气管18，出气导气管18的另一端与通至连接头1侧面的内螺纹孔连通；压电开关16气头端的点火管头斜向朝着喷射管燃烧室6。

灶体围板14底部四个角处还固定安装有支撑灶体的炉灶脚20。

Claims (9)

1、气体燃料射流富氧燃烧炉灶，包括灶体、安装于灶体内的燃气炉头、与燃气炉头相通的导气管和导气管通道中的压电开关、燃气炉头上的锅具支撑等，其特征在于：燃气炉头为气体燃料射流富氧燃烧器，包括连接头(1)、密封垫(2)、喷嘴(3)、喷射器(4)、连接套(5)、喷射管燃烧室(6)、紧定螺钉(7)，其中：

①、连接头(1)的端面中心设有与气源相通的内螺纹孔，该端面中心的同轴圆周上制有外螺纹，所述内螺纹孔通至连接头(1)的其它侧面；

②、喷嘴(3)为带有正多边形柱体台阶的棒体，柱体台阶的上下部分的棒体上制有外螺纹，从上部开始，棒体的轴中心设有轴心孔，作为低速管的大轴心孔长度超过柱体台阶，并与作为高速管的小轴心孔连通，柱体台阶侧面上向内开设有与大轴心孔相通的进气孔；喷嘴(3)柱体台阶下端的外螺纹与连接头(1)端面的内螺纹孔配合连接并锁紧配合面间的密封垫(2)；小轴心孔与大轴心孔构成微型喷射管，微型喷射管的低速管成为喷射器(4)的高速管，低速管的外螺纹成为喷射器(4)的螺纹导杆；

③、喷射器(4)的低速管为进口大出口小的圆管，外径通过连接片与进口下方的调节螺母固联成一个零件，喷射器(4)出口的内外侧是直角形连接，调节螺母与喷嘴(3)柱体台阶上部的外螺纹配合连接，外螺纹导杆的大轴心孔内径成为喷射器(4)的高速管，高速管、低速管的配合构成了可以调节容积大小的喷射器(4)；

④、连接套(5)为两端开设有内螺纹的圆管，圆管壁上开设有通气槽口，一端与连接头(1)端面圆周上的外螺纹配合连接，连接后的连接套(5)将喷嘴(3)和喷射器(4)套入其中，另一端与喷射管燃烧室(6)外螺纹配合连接；

⑤、喷射管燃烧室(6)是喷射管的低速管和燃烧室控制部分组成的不同尺寸内孔的圆管，喷射管燃烧室(6)进口端的内孔是低速管，往后比低速管大的内孔是燃烧室，比低速管和燃烧室内径都小的是出火口，出火口的内外侧是直角形连接，燃烧室外壁偏向出火口的部位上设有等距间隔的缺口，低速管的外径上开设有与连接套(5)另一端内螺纹配合的外螺纹；喷射器(4)出口是喷射管燃烧室(6)的高速管，喷射管燃烧室(6)的进口端是低速管，组成了层流燃烧转换成涡流燃烧的喷射管(6)；喷射管燃烧室(6)的进口端是高速管，燃烧室内径为低速管，等距间隔缺口进空气，出火口是最大和最小阻力系数结合的高速管，组成新的喷射器；

⑥、当出火口的火焰温度调节到最佳时，紧定螺钉(7)将喷射器(4)的调节螺母锁紧于喷嘴(3)的螺纹导杆上；

上述结构中，喷嘴(3)、喷射器(4)、喷射管(6)分别依次敞开地处于同一轴线上，两头的喷嘴(3)、喷射管(6)固定，喷射器(4)在中间规定行程内来回轴向移动，组成燃烧气流的转换部分；喷射管(6)后设有燃烧室、缺口、出火口，构成了燃烧火焰的控制部分。

2、根据权利要求1所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：喷嘴(3)的小轴心孔为喷射器(4)的高速管，或者微型喷射管的低速管成为喷射器(4)的高速管。

3、根据权利要求1或2所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：喷射器(4)的低速管出口的内外侧是直角形，直角形内外侧、低速管出口横截面积、调节行程、热能的配合，与喷射器(4)的高速管组成高效混合和无级变速设备。

4、根据权利要求1或2所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：喷射管燃烧室(6)出火口横截面积、燃烧室的横截面积和喷射管(6)的低速管横截面积三者的尺寸关系为：燃烧室的横截面积＞喷射管(6)的低速管横截面积＞喷射管燃烧室(6)出火口横截面积。

5、根据权利要求1或2所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：还设有围绕喷射管燃烧室(6)而形成内炉膛的内环套(8)，内炉膛锅具支撑(8---1)设于内环套(8)的顶部，外炉膛的外环套(9)顶部的横向环形折边与能伸入灶体内部的至少三根升降杆件的顶部固连，升降杆件的顶部高于外环套(9)横向环形折边并形成外炉膛锅具支撑(10-1)，锅具支撑(8-1)、(10-1)的高度控制燃烧产物量的排放速度。

6、根据权利要求5所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：升降杆件包括升降杆(10)、升降杆套(11)、弹性挡圈(12)，升降杆套(11)固定于灶体上，升降杆(10)与升降杆套(11)轴中心孔滑动配合，滑动部分的升降杆(10)圆周上设有轴向等距间隔的沉槽，弹性挡圈(12)上设有与沉槽尺寸一致的槽口，在升降杆套(11)的顶部处弹性挡圈(12)的槽口卡在升降杆(10)沉槽上，或者采用螺纹配合调节。

7、根据权利要求1或2所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：灶体包括相互配合固连的面板(13)和围板(14)，面板(13)构成了灶体的顶面和正面，围板(14)构成了灶体的左右两侧面和后侧面；围板(14)左右两侧面底部固定连接着支撑底板(15)，支撑底板(15)相对的面板(13)顶面开设有通孔，气体燃料射流富氧燃烧器的连接头(1)固连于支撑底板(15)上，喷射管燃烧室(6)高出面板(13)顶面通孔。

8、根据权利要求7所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：压电开关(16)安装在面板(13)的正面，在灶体内部，压电开关(16)的进气口与进气导气管(17)连通，压电开关(16)的出气口与出气导气管(18)连通，出气导气管(18)的另一端与连接头(1)侧面的内螺纹孔连通。

9、根据权利要求1或2所述的气体燃料射流富氧燃烧炉灶，其特征在于：喷射管燃烧室(6)出口处的喉管连接板由3至4个支点与燃烧室固连成整体，喉管连接板向外延伸成环形状，扩热板(21)或倒锥塔(21)放置出火口中成为活动体。

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