專利名稱:輻射燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輻射燃燒器系統(tǒng)，通過(guò)氣體燃料/氣體混合物的有效燃燒來(lái)提供輻射熱能。尤其涉及用于庭院加熱器、室內(nèi)加熱器及空間加熱器、以及需要輻射加熱能量源的其它產(chǎn)品的燃燒器組件及熱交換器領(lǐng)域。通過(guò)采用熱交換器而從排出氣體中抽出廢熱，還可提供其它長(zhǎng)處。
背景技術(shù)：
已知的輻射加熱器采用金屬絲網(wǎng)或孔眼金屬片燃燒器芯等各種配置，從而支持氣體燃料/氣體混合物的燃燒。已知的孔眼金屬片還可從氣體入口向燃燒器芯的內(nèi)表面來(lái)均衡地分配氣體。美國(guó)專利5,474,443中公開(kāi)了這種概念。然而在該專利中，燃燒器表面及分配器各為半球狀，且用于鍋爐內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明采用一種重型燃料與氣體燃燒器芯，其為半球狀，用于提供高效輻射熱源。外燃燒器芯采用高溫編織金屬網(wǎng)，其直徑足以承受在其表面發(fā)生的燃燒熱，其體積足夠小，使網(wǎng)具有預(yù)定的多孔性，從而使霧氣或氣體燃料/空氣混合物能從中穿過(guò)。
本發(fā)明還包括一個(gè)擴(kuò)散器芯，其基本上也為球狀，但直徑小于燃燒器芯，從而可與燃燒器同心，并基本與其相等間隔。擴(kuò)散器芯采用孔狀金屬片，從而使霧氣或氣體燃料/空氣混合物均衡地流入擴(kuò)散器與燃燒器芯之間。霧氣或氣體流入口管將燃料/氣體混合物供給擴(kuò)散器芯的內(nèi)側(cè)，從而從中擴(kuò)散到燃燒器芯內(nèi)。分配盤采用環(huán)狀金屬片或其它高溫材料，其在燃燒器芯內(nèi)的溫度下不能變形，將該分配盤安裝到入口管開(kāi)口的前部，并處于擴(kuò)散器芯的內(nèi)部，從而在擴(kuò)散器芯內(nèi)均勻地分配燃料/氣體混合物。在另一種實(shí)施方式中，分配器芯采用孔狀金屬圓筒或錐體，安裝于入口管的一端。
本發(fā)明的另一種實(shí)施方式采用熱交換器，其處于廢氣的路徑上，從而抽出多余的熱量，用于它用。
當(dāng)首次點(diǎn)火后，便在燃燒器芯的表面上或外部出現(xiàn)明火。然而，隨著燃燒過(guò)程對(duì)燃燒芯表面進(jìn)行加熱，火焰便消失，燃燒便轉(zhuǎn)移到表面上。這樣，燃燒器芯便可作為一種純粹的熱能輻射器。球狀燃燒器芯及相關(guān)的擴(kuò)散器芯對(duì)整個(gè)組件產(chǎn)生一種較大的輻射面。通過(guò)降低混合物濃度，可產(chǎn)生一種溫度較低的“無(wú)火焰”燃燒，從而可使燃燒器芯的溫度處于800-1000℃。在這種方式中，燃燒器可產(chǎn)生一種無(wú)排放量燃燒，其在不涂布催化劑的場(chǎng)合下，氮氧(NOX)排放量小于10ppm，而在涂布催化劑的場(chǎng)合下，排放量小于2ppm。這一獨(dú)特的熱過(guò)程還可產(chǎn)生極高的熱能。在燃燒器的表面上消失或熄滅燃燒。通過(guò)燃燒器表面的輻射來(lái)產(chǎn)生實(shí)際熱量。熱輻射是熱量轉(zhuǎn)移的一個(gè)重要因素，尤其當(dāng)溫度較高時(shí)。這樣，燃燒器產(chǎn)生輻射熱的條件為在不涂布催化劑的場(chǎng)合下，燃燒氣體溫度低于1300℃，而在涂布催化劑的場(chǎng)合下，則低于1100℃。這與傳統(tǒng)的燃燒器不同，傳統(tǒng)的燃燒器在氣體燃燒溫度超過(guò)1538℃(2800)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱態(tài)NOX。
本發(fā)明的輻射燃燒器適于各種環(huán)境，包括庭院加熱器，其具有不同于配有中心柱的傳統(tǒng)加熱器的獨(dú)特配置。本發(fā)明所產(chǎn)生的熱能還可用于需要降低NOX排放的空間加熱器、壁爐、室內(nèi)加熱器、車庫(kù)加熱器、火場(chǎng)加熱器、“可視火炎”型加熱器及家用地?zé)嵫b置、辦公室及休閑車輛。
在另一種實(shí)施方式中，高效層流熱交換器處于燃燒氣體從燃燒器芯排出的路徑中。在熱交換器內(nèi)采用流體，用于幫助廢氣傳熱。所排出的熱量可存儲(chǔ)起來(lái)，也可以立即使用。燃燒氣體由熱交換器來(lái)冷凝，冷凝水被排出。
通過(guò)配用適當(dāng)設(shè)計(jì)的反射器，可按照預(yù)定的熱輻射路徑來(lái)導(dǎo)熱，從而產(chǎn)生均勻的分配圖形而不產(chǎn)生熱量死點(diǎn)。
總之，無(wú)火焰表面燃燒可在產(chǎn)生NOX的低溫下燃燒，但是仍然在可產(chǎn)生輻射熱的最佳范圍內(nèi)燃燒，從而可形成一種小體積、高效的無(wú)排放燃料或氣體燃燒器。
本發(fā)明的目的在于，提供一種輻射燃燒器組件，其包括一個(gè)球狀燃燒器芯，該燃燒器芯具有一個(gè)圍繞燃料/氣體傳送管的開(kāi)口的第一開(kāi)口，從而將燃料/氣體混合物提供到所述燃燒器芯內(nèi)；其中，所述燃燒器芯所采用的材料上設(shè)有具有預(yù)定尺寸的陣列狀孔眼，分布在整個(gè)球狀表面上，在使用范圍內(nèi)的所有溫度下均不變形。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種輻射燃燒器，其用于庭院加熱器及需要降低NOX排量的其它熱輻射裝置。
圖1是本發(fā)明用于庭院加熱器的輻射燃燒器組件的優(yōu)先實(shí)施方式的平面剖視圖。
圖2A是庭院加熱器的平面圖，包括本發(fā)明的輻射燃燒器。
圖2B是另一種庭院加熱器的平面圖，包括本發(fā)明的輻射燃燒器。
圖3A放大表示燃燒器芯表面的金屬絲網(wǎng)。
圖3B放大表示燃燒器芯表面的孔眼金屬部分。
圖4A是圖3A的燃燒器芯表面的50/1顯微圖。
圖4B是圖3A的燃燒器芯表面的500/1顯微圖。
圖5A及5B是本發(fā)明另一實(shí)施方式的平面剖視圖。
圖6是本發(fā)明用于食品加工裝置的立體圖。
圖7是本發(fā)明用于空間加熱器的立體圖。
圖8是燃燒器芯的裝配過(guò)程中的概念圖。
圖9是燃燒器芯已裝配后的概念圖。
圖10A及10B分別是本發(fā)明的室內(nèi)加熱器的主視圖及側(cè)視圖。
圖11是本發(fā)明的另一種室內(nèi)加熱器的內(nèi)部立體圖。
圖12是圖11所示實(shí)施方式的殼體立體圖。
圖13是用于計(jì)算傳熱器效率的示意圖。
圖14是用于圖11及12所示實(shí)施方式的熱交換器盤管的剖視圖。
圖15是庭院加熱器控制系統(tǒng)的方塊圖。
具體實(shí)施方式圖1的剖視圖表示本發(fā)明用于庭院的輻射燃燒器組件100的優(yōu)先實(shí)施方式。組件包括一個(gè)氣體輸送管110、一個(gè)擴(kuò)散器芯112、一個(gè)分配盤114、一個(gè)燃燒器芯116、以及一個(gè)反射器芯120。如圖1所示，擴(kuò)散器芯112及燃燒器芯116基本為球狀，其尺寸不同，從而可在它們之間基本形成球狀空間113。擴(kuò)散器芯112與燃燒器芯116之間的距離大致小于擴(kuò)散器芯112的直徑。
送氣管110連接于延伸臂109上，用于提供機(jī)械支撐，并從壓源向燃燒器組件輸送燃料及氣體混合物或混合霧。送氣管110對(duì)其它燃燒器組件提供支撐結(jié)構(gòu)及輸送路徑，從而向燃燒器提供氣體燃料/空氣混合物。分配盤114連接于送氣管110上，并與開(kāi)口111相隔離，從而當(dāng)進(jìn)入燃燒器組件內(nèi)后產(chǎn)生均勻的燃料/空氣混合物。分配盤114采用金屬片、陶瓷或其它耐熱材料，并安裝于送氣管110的開(kāi)口111之下(在該場(chǎng)合下約為1英寸)，從而在擴(kuò)散器芯112的內(nèi)表面上均勻地分布?xì)怏w燃料/空氣混合物。由于燃燒器組件基本為球狀，因而分配盤114為圓形結(jié)構(gòu)。然而，也可以采用三維芯件來(lái)進(jìn)行分配。可采用錐狀或其它截切形狀，來(lái)向燃燒器均勻地分配燃料/空氣混合物。
擴(kuò)散器芯112采用孔眼金屬片，基本為與送氣管110相接的球狀，其開(kāi)口較小，且圍繞送氣管110及開(kāi)口111的一端。分配芯112的金屬片上的孔眼均勻分布在金屬片的表面上，從而在鄰近燃燒器芯116的內(nèi)表面的球狀區(qū)113內(nèi)均勻地分布?xì)怏w燃料/空氣混合物。燃燒器芯116基本上也為球狀，并與擴(kuò)散芯112同心，且大于它。燃燒器芯116連接于送氣管110上，用于進(jìn)行剛性支撐，其具有圍繞開(kāi)口111的較小開(kāi)口，從而使送氣管110進(jìn)入該指定的球體內(nèi)。在本實(shí)施方式中，燃燒器芯116采用高溫鋼絲網(wǎng)。為在燃燒過(guò)程中進(jìn)一步降低NOX排放量，可對(duì)絲網(wǎng)進(jìn)行鋁氧洗覆，然后在其形成過(guò)程中涂布鈀催化劑等。
反射器芯120最好采用剛性的輕材料，比如鋁或具有所需反射性能的其它金屬。也可以采用絕熱結(jié)構(gòu)，并在其內(nèi)表面121上涂布適當(dāng)?shù)姆瓷洳牧?。在任何一種情況下，反射器芯1 20可產(chǎn)生一種針對(duì)燃燒器組件之下區(qū)域的受控?zé)彷椛鋱D形。在本實(shí)施方式中，反射器120形成為單一的單元，且具有連接于延伸臂109上的一個(gè)中心孔123。在所示的實(shí)施方式中，圓筒狀保護(hù)延伸件122連接于反射器120的主孔125上。采用多個(gè)卡環(huán)127來(lái)懸掛保護(hù)反射器120的延伸件122，從而有限地暴露于燃燒器116的直接熱輻射。此外，延伸臂在支撐件129上配有一個(gè)輕質(zhì)擋板128，用于遮擋直接輻射，從而避免產(chǎn)生中心熱點(diǎn)。保護(hù)延伸件122可以采用具有反射內(nèi)面的金屬，或者采用部分涂布或不涂布的玻璃，從而在控制輻射熱能反射圖形的同時(shí)，形成柔性流動(dòng)。在本庭院加熱器實(shí)施方式中，從燃燒器組件來(lái)分配熱量的目的在于，在垂直于反射器的中心縱向軸線“V”的平面上形成環(huán)形圖案。因此，反射器用所反射的熱量來(lái)覆蓋最接近于軸線的圖案區(qū)域，而直接輻射則被擋板128所遮擋。超出遮擋區(qū)的中間區(qū)域被直接輻射與反射輻射所覆蓋，而所指定的外部區(qū)域則只接受所反射的輻射。如果需要形成矩形或非圓形分配圖案，或者分配不均勻，則可以采用已知的原理來(lái)設(shè)計(jì)一種反射器，從而對(duì)該設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)充。
在圖2A中，燃燒器組件100相對(duì)于圖1，且處于庭院加熱器130內(nèi)。延伸臂109從基座單元150內(nèi)伸出，燃料可存儲(chǔ)于內(nèi)，而且控制系統(tǒng)也處于其內(nèi)。燃料氣體與空氣的混合發(fā)生于燃燒器組件的送氣管110內(nèi)。也可以沿著管子100內(nèi)的一個(gè)單獨(dú)的管道或毛細(xì)管來(lái)輸送燃料從而作為燃料氣化霧而進(jìn)入燃燒器內(nèi)，它在此與空氣相混合。為了在熱分配連續(xù)區(qū)域之處比如人可以坐著或站立的臺(tái)面向燃燒器組件100供應(yīng)，延伸臂109從基座150向上延伸形成弧形，并達(dá)到規(guī)定高度，且徑向外伸至所需的距離。當(dāng)然，基座必須具有較大的質(zhì)量，從而足以成為延伸臂109及燃燒器組件100的配重。
圖2B中，100’表示燃燒器組件，而且屬于庭院加熱器130’的另一種配置。在本實(shí)施方式中，水平延伸臂109’及配重140’由基座150’來(lái)支撐。在另一種配置中(未圖示)，下垂燃燒器組件配有反射器，它可用于圖2A及2B所示的庭院加熱器。
圖1所示的燃燒器芯116最好采用編織網(wǎng)170，且如圖3A所示。該網(wǎng)采用高溫鋼絲，且采用高緊密性編織方式，該鋼絲的直徑“A”約為1mm，間隙“B”不大于0.8mm。間隙“B”是重要的，從而可在900-1100℃這一低溫下保持氣體燃料/氣體混合物的燃燒，由此而使燃燒器芯保持低于1600℃的低溫，并保持本發(fā)明的較低的NOX特性。如果間隙小于0.8mm，便可防止燃燒器回火。
圖3B表示可用于燃燒器芯116的另一種材料。金屬片沖壓件180包括一個(gè)連續(xù)陣列孔眼，其開(kāi)口“D”不大于0.8mm，并均勻地分布0.4mm這一“C”間隙。
可采用圖3A或3B所示的材料來(lái)形成球形，從而形成燃燒器芯116。然而，為了在燃燒器芯116的表面上保持有效的燃燒，從而產(chǎn)生較低的NOX排放量，有必要當(dāng)燃燒器芯加熱到其操作溫度時(shí)，使0.8mm的開(kāi)口不變形。
所述各芯件也可以采用其它材料。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，所述材料是合適且良好的，其它材料比如多孔陶瓷或耐高溫材料也具有同樣的效果。
圖3A所示的柔性金屬絲網(wǎng)170可用來(lái)避免在燃燒器芯116的反作用區(qū)內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力。
如果采用催化劑，則金屬絲的直徑必須盡量大，從而可在金屬絲表面進(jìn)行洗覆(鋁-氧AL2O3)。參見(jiàn)圖4A，通過(guò)對(duì)金屬絲170進(jìn)行熱處理來(lái)形成原表面171(鋼中的AL成份)。洗覆可粘接到該表面上。通過(guò)洗覆可保持催化劑，催化劑最好是鈀，從而可支持稀薄的甲烷燃燒。在金屬絲170上進(jìn)行熱處理來(lái)形成原表面171的目的在于，增大施加催化劑的表面面積，從而暴露于氣體燃燒/氧化之中。圖4B中，鈀催化劑表現(xiàn)為球體172與AL2O3相結(jié)合。
圖5A中，燃燒器組件200作為本發(fā)明的另一種實(shí)施方式。其中，分配器芯214形成為圓柱體，其封閉端連接于送氣管210的開(kāi)口上，并從其延伸。分配器芯214采用孔眼金屬片，在曲線狀圓柱表面上有均勻分布的孔眼，其一端由盤片215來(lái)封閉。分配器芯214可均勻地分布?xì)怏w燃料/空氣混合物。球狀燃燒器芯216作為一種擴(kuò)散器芯212與圖1所示基本相同。在本實(shí)施方式中，反射器220的外唇222在圓周形成，從而形成溝槽224，延伸到內(nèi)表面221的最大延伸量為止。溝槽224用于在燃燒器啟動(dòng)時(shí)，收集內(nèi)面221上的冷凝水，從而防止冷凝水從燃燒器組件200上滴落。初次點(diǎn)火后，且燃燒器穩(wěn)定燃燒后，不再會(huì)產(chǎn)生冷凝水，而且在溝槽224內(nèi)收集的冷凝水會(huì)被蒸發(fā)。
圖5A表示毛細(xì)管190在送氣管210內(nèi)的位置，它用于將燃料細(xì)化成霧狀。在傳統(tǒng)方式中，毛細(xì)管內(nèi)的液體燃料被加熱到接近其沸騰點(diǎn)。在本實(shí)施方式中，可通過(guò)施加到毛細(xì)管上的一個(gè)輔助電源、一個(gè)鄰近加熱單元及/或燃燒器組件所產(chǎn)生的過(guò)熱來(lái)加熱。在壓力下，燃料流經(jīng)毛細(xì)管，并以霧態(tài)來(lái)離開(kāi)毛細(xì)管191的開(kāi)口端。霧態(tài)燃料與送氣管210內(nèi)的空氣混合在一起，并經(jīng)由分配器214來(lái)進(jìn)入燃燒器內(nèi)。進(jìn)入燃燒器內(nèi)后，燃料/空氣混合物便移至燃燒器內(nèi)，并發(fā)生燃燒。利用這種燃料供應(yīng)技術(shù)，燃燒器可使重燃料及氣體燃燒完全燃燒。霧態(tài)噴射技術(shù)可適用于上述及其它的各種分配器配置。
在圖5B所示的另一種實(shí)施方式中，燃燒器組件300對(duì)應(yīng)于圖1所示的燃燒器組件。但在該實(shí)施方式中，增設(shè)了一個(gè)擋板319。球狀擋板319采用類似于分配器312的孔眼金屬片，并與分配器312類似，具有均勻的分配孔眼，從而可使氣態(tài)燃料/空氣混合物流向燃燒器316。擋板319還連接于送氣管310上，用于剛性支撐。
擋板319的作用是使燃料/空氣混合物從擴(kuò)散器312向燃燒器316均勻地流動(dòng)，從而降低因燃料/空氣混合物在燃燒器316表面上的燃燒而產(chǎn)生的噪聲。擋板319大于擴(kuò)散器312，而小于同心燃燒器316。這樣，具有預(yù)定厚度的球形區(qū)313便處于擴(kuò)散器312與擋板319之間，而且處于擋板319與燃燒器316之間。
本發(fā)明適于庭院加熱器配置，但也適于需要高效熱量及低排放量的其它配置。比如，本發(fā)明可用作食品炊事裝置，如圖6所示，也可以用作空間加熱器，如圖7所示。還可以用作壁爐及車庫(kù)加熱器，但附圖未示。
圖6中，炊事裝置600處于基本形式，包括一個(gè)隔熱殼體601，其具有底面603、熱通孔605、炊事平臺(tái)609、旋轉(zhuǎn)板支架611。燃燒器包括氣態(tài)燃料/空氣混合物傳送管610，其支撐燃燒器616及反射器620。本實(shí)施方式的反射器彎曲，從而形成一個(gè)“R”狀，且朝向板支架611上的食品619，從而形成均勻且有效的分配。防濺擋板607處于燃燒器616與炊事區(qū)域之間，從而防止油脂及食品碎屑進(jìn)入燃燒器內(nèi)，以免造成不可控制的燃燒回流。防濺擋板最好采用對(duì)熱輻射透明的剛性材料。各種玻璃均適于該用途。擋板607也可以采用陶瓷玻璃，用來(lái)對(duì)來(lái)自燃燒器616的熱能進(jìn)行導(dǎo)向。
圖7中，空間加熱器700的反射器720將來(lái)自燃燒器717的熱量導(dǎo)向用戶所選擇的空間。這樣，安全擋板719連接于反射器的前面，從而防止外界與燃燒器717接觸。擋板719也可以包括一個(gè)中間陶瓷玻璃，其對(duì)來(lái)自燃燒器717的熱量進(jìn)行重新輻射。氣態(tài)燃料/空氣混合物傳送管710從基座管750來(lái)提供燃料，并對(duì)反射器及燃燒器進(jìn)行支撐。
本發(fā)明所采用的燃料最好為天然氣或丙烷。但也可采用其它燃料，只要它們符合以1-2個(gè)大氣壓低壓氣態(tài)來(lái)輸送給燃燒器這一標(biāo)準(zhǔn)即可。
圖1所示的形成球狀燃燒器116的優(yōu)先方法是，準(zhǔn)備具有同一直徑的二個(gè)半球體802及803，如圖8所示。在裝備半球體時(shí)，在模具上放置網(wǎng)，并壓出形狀。凸緣810及813圍繞在各半球體相應(yīng)開(kāi)口的周圍。凸緣810及813可接到一起，從而對(duì)凸緣進(jìn)行焊接。最終形成圖9所示的球體116，焊點(diǎn)820圍繞在其赤道上，然后對(duì)凸緣進(jìn)行修整。
室內(nèi)加熱器10如圖10A及10B所示。在本實(shí)施方式中，殼體11采用剛性材料，如金屬片，可涂布未圖示的防火層。本發(fā)明的三個(gè)輻射燃燒器16具有線性陣列。根據(jù)室內(nèi)的尺寸及加熱能力來(lái)確定燃燒器的大小，可采用更多或更少的燃燒器。
由于本發(fā)明的輻射燃燒器的排放量很少，因而本實(shí)施方式的加熱器10可作為“無(wú)通孔”加熱器，而不采用外部燃燒空氣。但在該場(chǎng)合下，外部燃燒空氣及外部排氣采用傳統(tǒng)的方式。
輻射燃燒器16安裝在反射器支撐架19上，與燃燒空氣入口管34相連接。水平岐管32用于向燃燒器16分配燃燒空氣。輻射燃燒器16延伸進(jìn)入反射器26及陶瓷玻璃18的空間內(nèi)。反射器26及反射器支撐件19內(nèi)的開(kāi)口22用于使燃燒氣體通過(guò)孔管24來(lái)排放。
殼體11形成充壓空間20，其由燃燒氣體及來(lái)自反射器區(qū)域的熱量來(lái)加熱。室內(nèi)入口12處于殼體11的前底部，對(duì)應(yīng)的室內(nèi)出口14處于殼體11的前頂部。這樣，由加熱器10來(lái)產(chǎn)生傳導(dǎo)熱，并分散到室內(nèi)。也可以在充壓空間20內(nèi)設(shè)置風(fēng)扇(不圖示)，從而增大空氣流量及傳導(dǎo)熱的分散性。
加熱器10產(chǎn)生的大部分熱能形成輻射熱，由燃燒器16及反射器26直接噴入室內(nèi)。陶瓷玻璃18使輻射熱高效穿入室內(nèi)，并防止輻射燃燒器16與外界異物接觸。燃燒器16及反射器26所產(chǎn)生的輻射熱被傳送給陶瓷玻璃18(用于該用途)。玻璃18再將熱量輻射到室內(nèi)。
盡管圖10A及10B未示出，但加熱器包括相關(guān)的傳感器及系統(tǒng)，用于點(diǎn)火控制、恒熱控制及高溫安全斷路控制。
球形燃燒器的另一種形式是剛性圓柱體，其中心軸線縱向?qū)χ?。這樣，燃燒器的圓柱體的重力效果便可降至最低，同時(shí)可保持其它實(shí)施方式的各種效果。
圖11及12所示的本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，加熱器900配有一個(gè)高效熱交換器940。在本實(shí)施方式中，熱交換器940用來(lái)從排氣中抽出多余的熱量，從而使燃燒器916產(chǎn)生受控燃燒。本實(shí)施方式包括一個(gè)基座951，其用于支撐其它部件。殼體913用來(lái)容納電子控制單元、用于控制來(lái)自供氣管932及空氣入口934的空氣燃料混合物的閥門、以及風(fēng)扇(未圖示)，用于將混合物加壓輸送給燃燒器916。915用于主電源的電力接線。如果單元用于燃燒環(huán)境大氣，或者如果氣化燃料與空氣混合，則可取消外部空氣源934。
如上所述，輸送管910從箱體913延伸到輻射燃燒器916。輸送管910還機(jī)械支撐反射器920及熱交換器940。在本實(shí)施方式中，反射器用于以預(yù)定的圖形來(lái)輻射來(lái)自燃燒器916的熱量。燃燒氣體穿過(guò)反射器920頂部的孔眼924，進(jìn)入熱交換器940內(nèi)。燃燒氣體上升，穿過(guò)熱交換器940，并通過(guò)排氣管924而排出。
熱交換器940包括一個(gè)螺旋管942，其使排氣在各盤管之間產(chǎn)生層流，從而使熱量從氣體層流入管路942內(nèi)。水或其它類似的傳熱媒體進(jìn)入管路946內(nèi)，穿過(guò)管路942，并通過(guò)管路944排出。
熱交換器盤管942內(nèi)具有由管路942的螺旋形狀而產(chǎn)生的間隙，該間隙很小，為“h”(約為.8mm)，而且較長(zhǎng)，為“L”(如圖13所示)。該間隙用于產(chǎn)生層流排氣。這樣，可有效地進(jìn)行熱交換。排氣進(jìn)入熱交換器940內(nèi)，溫度約為900℃，而排出溫度則小于100℃。水或其它吸熱液體流經(jīng)管路942，從加熱管942中抽出熱能。加熱后的水除了家庭熱水器之外，還可用于各種用途，比如洗浴室或廚房等。由于層流熱交換器940作為一種冷凝器，因而冷凝水產(chǎn)生于管路942的外部，作為一種熱交換過(guò)程的副產(chǎn)品，并在熱交換器的基部收集。冷凝水排入管路948內(nèi)。該水沒(méi)有雜質(zhì)，可用來(lái)消費(fèi)(假設(shè)它未因收集容器而污染雜質(zhì))。
圖11所示的本實(shí)施方式的外部殼體950如圖12所示。殼體950包括一個(gè)圓柱管，其與基座951相配合，并有一個(gè)頂板953，用來(lái)形成一個(gè)封閉空間，在該空間內(nèi)，放置圖11所示的部件。
陶瓷玻璃件918與殼體950的對(duì)應(yīng)孔眼相接，并對(duì)應(yīng)于反射器920，從而將熱量從單元向外傳導(dǎo)。圓柱管的直徑超過(guò)熱交換器940的直徑，從而形成一個(gè)加熱空間，使來(lái)自反射器920背面的熱量在殼體內(nèi)上升。在殼體950的底部及頂部，形成類似于孔眼952及954的柵格，從而使傳導(dǎo)熱流出裝置，進(jìn)入裝置所在的室內(nèi)。當(dāng)然，也可在殼體內(nèi)采用風(fēng)扇，從而增大氣流，降低殼體溫度。
通過(guò)層流式排氣，可顯著增大從排氣傳入水內(nèi)的熱量。其理論如下
參見(jiàn)上式及圖13，對(duì)于以一定的壓力損失Δp來(lái)傳導(dǎo)的給定熱量Q1.必要面積F＝b*1＝板的常量/b(一定的熱交換器尺寸及質(zhì)量)與間隙b的寬度成反比。寬度b越寬，熱傳導(dǎo)表面的面積F便越小，因而熱交換器的重量便越輕。
2.由于必要長(zhǎng)度L與b2成反比，因而如果增大寬度b，便可縮小長(zhǎng)度L。
對(duì)于圖14放大表示的熱交換器942，這意味著1.高度h應(yīng)盡量小，應(yīng)足以產(chǎn)生排氣層流。高度h應(yīng)為＜1mm(實(shí)際上不能太小)。
2.寬度b應(yīng)盡量大。
通過(guò)螺旋管942可達(dá)到這一幾何目的，其方法是，配置一個(gè)矩形，其剖面為944i-944n，長(zhǎng)度L被高度h及極長(zhǎng)的寬度b來(lái)分割。
層流熱交換器有效地作為一種冷凝器來(lái)使用。排出氣體進(jìn)入間隙內(nèi)，其溫度為＞900℃，冷卻到100℃以下。如果用甲烷作燃料，則通過(guò)使水中的排出氣體冷凝，可在理論上再生成11％的熱能。如果冷凝器采用不含重金屬的金屬，則在管路942的外部形成的天然氣燃燒物冷凝水便非常潔凈。
此外，也可以在熱交換器的下游處設(shè)置排氣風(fēng)扇，從而確保冷卻后的燃燒物從裝置內(nèi)排出。可通過(guò)多種方法來(lái)進(jìn)行熱控制。第一種控制方法是通過(guò)可調(diào)節(jié)的恒溫反饋來(lái)調(diào)節(jié)流向燃燒器的燃料。第二種方法是選擇具有各種傳送特性的多種陶瓷玻璃窗口，并手動(dòng)放置到裝置的前面。
圖15表示第二系統(tǒng)1000的方框圖，用于各種實(shí)施方式的輻射燃燒器。1010表示輻射燃燒器，其接受被調(diào)節(jié)了的來(lái)自氣體管1048的燃料氣體，并接受被控制的來(lái)自氣管1056的氣體。燃料來(lái)自源地1040，它可以是天然氣、甲烷、丙烷、丁烷、柴油或其它氣態(tài)生物產(chǎn)品。燃料通過(guò)管路1041進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)器1042及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門1044內(nèi)。還可采用電控氣體截止閥1046來(lái)增大安全性。在氣體截止閥1046之后，燃料通過(guò)管路送至輻射燃燒器1010內(nèi)，它在此與空氣混合，從而進(jìn)行受控燃燒。系統(tǒng)的電力通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)1032而來(lái)自電源1030。
電控器1020接受來(lái)自線路1033上的電源1030及開(kāi)關(guān)1032的電力。當(dāng)確認(rèn)線路1045上的氣體閥門1044已關(guān)合后，電控器1020便通過(guò)線路1015來(lái)初次點(diǎn)燃燃燒器1010，從而點(diǎn)燃點(diǎn)火器/火焰?zhèn)鞲衅?017。控制器接下來(lái)經(jīng)由線路1019上的火焰?zhèn)鞲衅?017來(lái)監(jiān)視火焰的現(xiàn)狀。通過(guò)控制線路1049上的風(fēng)扇1050的速度來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒器內(nèi)的空氣。氣流控制對(duì)應(yīng)于氣閥1044的手動(dòng)設(shè)置，從而使燃料/空氣混合物保持到理想的程度，從而在燃燒器的表面上產(chǎn)生完全燃燒?？刂破?000的其它安全裝置包括一個(gè)氣流傳感器1052及一個(gè)傾倒式傳感器1054。當(dāng)這些傳感器傾倒后，由于對(duì)傳感器1052而言缺乏氣流，或者對(duì)傳感器1054而言裝置是傾倒的，因而電控器便使氣體截止閥1046斷路，從而使燃燒器截止燃燒。
上述實(shí)施方式只用于說(shuō)明本發(fā)明的各種用途，不構(gòu)成限定。
權(quán)利要求
1.一種輻射燃燒器組件，包括一個(gè)球狀燃燒器芯，該燃燒器芯具有一個(gè)圍繞燃料/氣體傳送管的開(kāi)口的第一開(kāi)口，從而將燃料/氣體混合物提供到所述燃燒器芯內(nèi)；其中，所述燃燒器芯所采用的材料上設(shè)有具有預(yù)定尺寸的陣列狀孔眼，分布在整個(gè)球狀表面上，在使用范圍內(nèi)的所有溫度下均不變形。
2.如權(quán)利要求
1所述的燃燒器組件，其特征在于，還包括一個(gè)球狀擴(kuò)散器芯，其直徑小于所述燃燒器芯，有一個(gè)圍繞燃料/氣體傳送管的開(kāi)口的第一開(kāi)口；其中，所述擴(kuò)散器芯采用板材，其具有內(nèi)外表面，并具有預(yù)定尺寸的陣列狀孔眼，分布在整個(gè)內(nèi)外球狀表面上；安裝時(shí)在所述燃燒器芯內(nèi)同心，從而在所述芯件之間產(chǎn)生基本相等的距離，并在使用范圍內(nèi)的所有溫度下均不變形。
3.如權(quán)利要求
2所述的燃燒器組件，其特征在于，還包括一個(gè)分配器，其處于所述燃料/氣體輸送管開(kāi)口與所述擴(kuò)散器芯之問(wèn)，從而對(duì)所述燃料/氣體混合物導(dǎo)向，基本均勻地導(dǎo)向所述擴(kuò)散器芯的內(nèi)表面。
4.如權(quán)利要求
3所述的燃燒器組件，其特征在于，所述燃料/氣體輸送管向下輸送燃料/氣體混合物，并垂直于水平面，所述燃燒器芯、所述擴(kuò)散器芯及所述分配器芯互相連接，從而延伸至所述燃料/氣體輸送管之下，并連接于反射器芯之下，從而以預(yù)定的分配模式來(lái)分配輻射熱。
5.如權(quán)利要求
1所述的燃燒器組件，其特征在于，所述燃料/氣體輸送管向下輸送燃料/氣體混合物，并垂直于水平面，所述燃燒器芯互相連接，從而延伸至所述燃料/氣體輸送管之下，所述燃燒器組件連接于反射器芯之下，從而以預(yù)定的分配模式來(lái)分配輻射熱。
6.如權(quán)利要求
1所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，還包括一個(gè)反射器芯，用于支撐燃燒器的至少一個(gè)半球體，并用于以預(yù)定模式來(lái)控制來(lái)自所述燃燒器的熱量分配。
7.如權(quán)利要求
6所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述組件是一種用于庭院加熱器的輻射熱能源，所述加熱器包括成為燃料源的殼體的一個(gè)基座，并支撐所述空氣/燃料輸送管，其連接于所述燃料源與所述燃燒器之間，用來(lái)向所述組件傳送燃料。
8.如權(quán)利要求
7所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述加熱器基座包括一個(gè)風(fēng)扇，用于迫使空氣進(jìn)入所述被支撐的空氣/燃料輸送管，從而將近空氣送給所述燃燒器組件，所述加熱器還包括一個(gè)控制系統(tǒng)，用于控制由所述風(fēng)扇按照預(yù)定因數(shù)向所述燃燒器供給的空氣量，從而使所述燃燒器表面上的燃燒保持到低于1600℃這一預(yù)定的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求
8所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述加熱器包括一個(gè)手動(dòng)控制閥，用于調(diào)節(jié)從所述燃料源流向所述燃燒器的燃料。
10.如權(quán)利要求
6所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述組件是炊事器具的輻射熱能源，包括一個(gè)殼體，用于容納所述輻射熱，從而補(bǔ)充所述反射器及燃燒器之下的平臺(tái)上的食品加熱，配有處于所述食品與所述燃燒器之間的一個(gè)保護(hù)擋板，從而防止回火。
11.如權(quán)利要求
6所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述組件是一種便攜式室內(nèi)加熱器的輻射熱能源，它包括配有開(kāi)口的一個(gè)殼體，從而使所述熱量按預(yù)定的分配模式來(lái)輻射。
12.如權(quán)利要求
6所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述組件是一種室內(nèi)加熱器的輻射熱能源，它包括配有開(kāi)口的一個(gè)殼體，從而使所述熱量按預(yù)定的分配模式來(lái)輻射，所述加熱器包括一個(gè)熱交換器芯，處于從所述燃燒芯排出的燃燒氣體的路徑上，并從組件中抽出多余的熱量。
13.如權(quán)利要求
12所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述熱交換器暴露于所述殼體內(nèi)，從而在所述熱交換器中對(duì)氣流提供傳導(dǎo)熱，并對(duì)室內(nèi)進(jìn)一步提供熱能。
14.如權(quán)利要求
1所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述燃燒器芯的形成方法包括下列步驟提供半球狀下凹模具；提供所述燃燒器材料板材，具有預(yù)定的尺寸，從而適于所述模具；提供半球狀外凸匹配模具，直徑稍微小于所述下凹模；將所述燃燒器材料壓入所述模具之間，直至所述燃燒器材料形成半球狀為止，而且其平面凸緣從圓形開(kāi)口處外延；沿著它們的圓形邊緣來(lái)匹配燃燒器材料的二個(gè)被壓縮的半球體；沿著凸緣將所述半球體粘接到一起，從而從其開(kāi)口來(lái)延伸，并將所述凸緣移至所述粘接層之外。
15.如權(quán)利要求
14所述的輻射燃燒器，其特征在于，所述燃燒器材料是一種編織網(wǎng)，采用高溫鋼絲，其孔眼小于0.8mm。
16.如權(quán)利要求
14所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述燃燒器材料是一種孔眼鋼金屬?zèng)_壓體，其孔眼直徑小于0.8mm，并以0.4mm的間隔來(lái)均勻地分布。
17.如權(quán)利要求
1所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述燃燒器芯涂覆一種催化劑，所述孔眼直徑不大于0.8mm。
18.如權(quán)利要求
1所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述燃料/氣體混合物分布于所述燃燒器芯的內(nèi)表面上，當(dāng)溫度達(dá)到低于1600℃這一預(yù)定程度時(shí)，燃燒被限制到所述芯件的表面上，從而保持熱量從所述芯件上直接輻射。
19.如權(quán)利要求
18所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述燃燒保持為一種非可見(jiàn)火焰。
20.如權(quán)利要求
1所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述燃料/空氣混合物處于霧態(tài)燃料這一形式，所噴入的空氣流通過(guò)燃料/空氣傳送管而進(jìn)入燃燒器內(nèi)。
21.如權(quán)利要求
20所述的輻射燃燒器組件，其特征在于，所述霧態(tài)燃料的產(chǎn)生方法為，在壓力下向被加熱的毛細(xì)管提供液體燃料，所述燃料在此被加熱至接近于燃料的沸點(diǎn)溫度為止，然后從毛細(xì)管的開(kāi)口端噴入所述燃燒器內(nèi)。
22.一種輻射燃燒器組件，包括一個(gè)球狀燃燒器芯，該燃燒器芯具有一個(gè)圍繞燃料/氣體傳送管的開(kāi)口的第一開(kāi)口，其中，所述燃燒器芯采用高溫金屬材料，其上設(shè)有具有預(yù)定尺寸的陣列狀孔眼，分布在整個(gè)球狀表面上；反射器芯圍繞在所述芯件周圍，從而以預(yù)定的分配模式來(lái)導(dǎo)向所述輻射，并提供至少一個(gè)開(kāi)口，從而使燃燒氣體流出；一個(gè)熱交換器芯，配置于從所述燃燒器芯排出的燃燒氣體的路徑上，從而從組件中抽出多余的熱量。
專利摘要
一種高效輻射燃燒器組件(100)，用于庭院加熱器等人們希望或需要降低NO
文檔編號(hào)F23D14/12GK1997853SQ20058002287
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年6月28日
發(fā)明者彼得·霍夫鮑爾, 黃躍欣 申請(qǐng)人:先進(jìn)推進(jìn)力技術(shù)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan