燃烧器的制造方法

燃烧器的制造方法
【专利摘要】一种在燃烧器中使用的燃料喷嘴包括主体，所述主体具有入口端和出口端，并且限定在入口端与出口端之间延伸的纵向轴线。燃料通路具有燃料接收入口和燃料喷出出口，所述燃料喷出出口用于将燃料输送到燃烧器的混合室。第一空气流动通道具有入口和设置成与燃料喷出出口相邻的出口，所述第一空气流动通道的出口用于将空气输送到混合室。第一空气流动通道的与出口相邻的部分相对于纵向轴线倾斜定向。第二空气流动通道具有入口和设置成与燃料喷出出口相邻的出口，所述第二空气流动通道的出口用于将空气输送到混合室。第一空气流动通道和第二空气流动通道基本上包围燃料通路，并且设置在主体的外部上。
【专利说明】燃烧器
[0001]本申请是于2009年9月22日向中国专利局递交的申请号为200980146768.7 (发明名称:燃烧器)的专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请是主张2008年9月22日提出申请的美国临时专利申请第61/099，200号的优先权的正式申请。

【技术领域】
[0004]本发明涉及燃烧器，并且更具体地涉及使空气或氧气与气态或蒸发燃料混合的燃

【背景技术】
[0005]使用气态燃料或液态燃料的燃烧器用于包括锅炉、管式加热器、炉子、其它燃气用具的许多应用以及其它应用中。基本上，这些燃烧器将气态燃料或液态燃料引入到空气或氧气流中。如果使用液态燃料，必须蒸发或雾化该液态燃料。首先，点燃产生的燃料和空气或氧气流并使该燃料和空气或氧气流作为可见火焰或作为极热气体混合物流离开燃烧器的喷嘴。
[0006]为了试图提高例如锅炉、管式加热器、炉子及其它燃气用具的不同应用中的现有技术的水平，进行详细的研究以使这些上述领域中的每一个中的现有技术水平合格并量化该现有技术水平。研究毫无例外地表明可以对这些领域中的每一个，特别是减少操作成本并减少或消除排放物进行改进。在目前的世界市场中，操作成本和诸如减少或消除排放物的环境问题通常是最显著争论点的中的两个，甚至是大多数行业所面临的最显著的争论点。
[0007]值得注意地，在现有技术中显而易见的是对使用燃烧器以产生热量的这些各种类型的装置进行的可能的改进最终不会导致显著地改进。在现有技术中显而易见的是，毫无例外地，这些各种类型装置中的基本问题在于燃烧器的效率低。大多数现有技术的燃烧器的效率仅在大约60% _70%。燃料的不完全燃烧是所有这些装置所固有的主要问题。此外，燃烧效率低的这种问题是导致行业中以上所述两个显著成本(即，操作成本和环境问题)的主要原因。
[0008]因此，为了根本上改进诸如锅炉、管式加热器、炉子及其它燃气用具的装置，已经发现必须使燃烧器技术的设计具有显著和基本的进步。更具体地，为了最大化锅炉、管式加热器、炉子及其它燃气用具的设计，根据成本、效率等，需要根本上重新设计为所述锅炉、管式加热器、炉子及其它燃气用具提供动力的燃烧器。如果用于这些设备的燃烧器可以防止低效率，则不用改善锅炉技术、管线加热炉技术、熔炉技术等等。
[0009]要注意的是已经试图对各种类型的燃烧器的这种改进在各种领域中已经进行了许多年，但没有显著的成就。因此，通常对燃烧器系统和使用燃烧器的装置进行其它方面的改善。
[0010]用于克服排放物的环境问题的最通常的设计改进为使废气再循环。总之，已经发现废气的再循环可以用于减少燃烧器系统的整个排放物。然而，具有与这种废气的再循环相关联的问题。最显著的问题在于废气的再循环基本上会增加使燃烧空气和添加的废气的混合物流通过系统所需的能量。例如，通常从排出返回到燃烧器的百分之十(10%)的废气再循环的增加通常会导致迫使空气进入燃烧器系统的风扇所述的功率增加大约40% -45%。显而易见地，与根据效率并因此根据成本得到的解决方案相比较，这种解决方案是不易被接受的。在考虑大多数废气多次通过燃烧器系统是这尤其不易被接受。
[0011]具有一种使用来自高速燃烧空气射流的能量以促进燃烧器系统内再循环的燃烧器系统。这种技术的可行性取决于许多因素，并且如果使用这种技术通常更加难以使相当大的一部分燃烧产物返回到燃烧器，从而使得在许多情况下难以采用该技术。
[0012]清楚的是使废气再循环以改进排放物不是一种改进燃烧器系统的设计的可行方案。在燃料通过燃烧器系统的情况下使燃料尽可能有效率地燃烧是唯一合理的解决方案；然而，不存在理想的有效的燃烧器。
[0013]只有燃烧器和燃烧器技术的基本重新设计将导致产生低排放物的有效燃烧器。燃烧器的基本技术在最近几十年没有显著变化。现有技术的研究已经揭示了根据效率和排放物的被公知为相对有效但没有随后所述的本发明有效率的燃烧器的两个示例。
[0014]2009年2月3日授予Kobayashi等人的美国专利No7，484，956公开了使用共同产生的氧气和氮气流的低NOx燃烧。通过将烃类燃料供给到稍微富氧大气中，并且将空气分离成被分别供给到燃烧装置中的富氧气流和富氮气流通过形成较少的NOx而实现所述烃类燃料的燃烧。
[0015]2008年9月30日授予Lanary等人的美国专利No7，429，173公开一种在炉子中使用的气体燃烧器和使炉子中的气体燃烧的方法，尤其但不唯一地公开了一种在油裂化过程或炼油过程中使用的过程炉。气体燃烧器包括具有相邻出口的两个通路。第一通路与受压燃料气体源流体连通，并且具有再循环废气可以通过其进入的孔口，第二通路与空气流体连通。在操作中，燃料气体被注入到第一通路中，并且再循环废气由此被吸入到第一通路中，使得该废弃与燃料气体混合。燃料气体被部分燃烧，并且部分燃烧的燃料气体和再循环废气沿第一通路流动并与来自第二通路的空气接触并燃烧。再循环废气的使用控制NOx排放物的水平，并且因为再循环废气通过受压燃料气体流被吸入到第一通路中，因此不需要提供复杂的泵送机构。
[0016]2008年9月9日授予Lifshits的美国专利No7，422，427公开了一种能量有效低NOx燃烧器和操作该燃烧器的方法。燃烧器安装在具有混合室的炉子中，所述混合室至少由炉前壁、两个侧壁、顶部壁和底部壁以及传热管限定，传热介质流动通过所述传热管并布置在所述顶部壁、底部壁和侧壁中的至少一个上。燃烧器组件安装到炉前壁，并且具有带有开口远端的管形构件，所述开口远端位于混合室内。管形构件的另一端连接到炉前壁。多个燃烧空气端口从管形构件的另一个近端延伸到管形构件，并且连接到燃烧空气源。多种燃料气体排放喷嘴也从管形构件的另一端延伸到所述管形构件中，并连接到燃料源。形成在管形构件中的炉子气体开口与远端间隔开，绕管形构件的周边布置，并且相对于混合室定位，使得炉子气体在到达炉子气体开口之前循环通过一些传热管，从而形成燃烧空气、燃料气体和炉子气体的混合物。管形构件的远端处的旋转器产生用于旋转器和管形构件的混合物下游的的再循环区。
[0017]2002年11月26日授予Kelly等人的美国专利No6, 485，289公开了一种超小NOx燃烧器系统和方法。在低温燃尽和NOx还原反应区中使燃料改善富燃料反应器(FMFRR)区气体与来自贫燃料反应器(FMR)区的产物一起。燃料改善富燃料的反应器通过使热气与反应物的再循环而使燃烧稳定。富燃料区中的含氮物质衰减反应控制NOx的产生。来自富燃料区的含氮物质和来自贫燃料区的NOx然后在最佳温度下在燃尽区中反应，并且在NOx最小化的情况下含氮物质混合。在所有区域中的温度，并且具体地在燃尽区中的温度可以通过炉气夹带、产生的废气循环、强制的废气循环和通过放热和/或对流热交换的有源冷却来控制。NOx可以通过将氨气或类似的含氨物质引入到低温燃尽区中而被进一步减少。通过平衡多个区域上的燃烧和排放控制反应，在良好的火焰稳定性、倒炉、传热和噪声特性下可以实现低排放。


【发明内容】

[0018]本发明的一个目的是提供一种在燃烧器中使用的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴使燃烧器非常有效地燃烧燃料。
[0019]本发明的另一个目的是提供一种在燃烧器中使用的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴使燃烧器产生极少的有害排放物。
[0020]本发明的又一个目的是提供一种在燃烧器中使用的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴和燃烧器可以与各种类型的气态燃料和液态燃料一起使用。
[0021]本发明的又一个目的是提供一种在燃烧器中使用的燃料喷嘴，其中所述燃料喷嘴和燃烧器具有成本效率。
[0022]根据本发明的一方面，公开了一种在燃烧器中使用的新颖的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括主体，所述主体具有入口端和出口端，并且限定在入口端与出口端之间延伸的纵向轴线。燃料通路具有燃料接收入口和燃料喷出出口，所述燃料喷出出口用于将燃料输送到燃烧器的混合室。第一空气流动通道具有入口和设置成与燃料喷出出口相邻的出口，所述第一空气流动通道的出口用于将空气输送到混合室。第一空气流动通道的与出口相邻的部分相对于所述纵向轴线倾斜定向。
[0023]根据本发明的另一方面，公开了一种在燃烧器中使用的新颖的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括主体，所述主体具有入口端和出口端，并且限定在入口端与出口端之间延伸的纵向轴线。燃料通路具有燃料接收入口和燃料喷出出口，所述燃料喷出出口用于将燃料输送到燃烧器的混合室。第一空气流动通道设置在细长主体的外部上，并且具有入口和设置成与燃料喷出出口相邻的出口，所述第一空气流动通道的出口用于将空气输送到混合室。
[0024]根据本发明的又一个方面，公开了一种在燃烧器中使用的新颖的燃料喷嘴。燃料喷嘴包括主体，所述主体具有入口端和出口端，并且限定在入口端与出口端之间延伸的纵向轴线。燃料通路具有燃料接收入口和燃料喷出出口，所述燃料喷出出口用于将燃料输送到燃烧器的混合室。第一空气流动通道具有入口和设置成与燃料喷出出口相邻的出口，所述第一空气流动通道的和出口用于将空气输送到混合室。第二空气流动通道具有入口和设置成与燃料喷出出口相邻的出口，所述第二空气流动通道的出口用于将空气输送到混合室。第一空气流动通道和第二空气流动通道基本上包围燃料通路。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]在参照附图研究以下详细说明和所附权利要求时，本发明的其它优点、特征和特性以及结构的相关元件的操作方法和作用将变得更加清楚呈现，以下简要说明所述附图。
[0026]被认为为根据本发明的燃烧器的特性的新颖性特征及其结构、组织使用和操作方法与本发明的进一步目标和优点一起将从以下附图更好地理解，在所述附图中，以示例的方式说明本发明的当前优选实施例。然而，要明确理解的是所述附图仅仅是为了进行图解和说明，而不旨在对本发明的范围进行限定。在附图中:
[0027]图1是根据本发明的燃烧器的第一优选实施例的立体图；
[0028]图2是图1的燃烧器的第一优选实施例的分解立体图；
[0029]图3是图1的燃烧器的第一优选实施例的左侧正视图；
[0030]图4是图1的燃烧器的第一优选实施例的右侧正视图；
[0031]图5是图1的燃烧器的第一优选实施例的顶部平面图；
[0032]图6是图1的燃烧器的第一优选实施例的底部平面图；
[0033]图7是图1的燃烧器的第一优选实施例的前视图；
[0034]图8是图1的燃烧器的第一优选实施例的后视图；
[0035]图9是图1的燃烧器的第一优选实施例的沿图8的剖面线9-9截得的截面侧视图；
[0036]图10是图1的燃烧器的第一优选实施例的沿图8的剖面线10-10截得的截面顶部平面图；
[0037]图11是为图1的第一优选实施例的一部分的空气流动控制后壳体的立体图；
[0038]图12是图11的空气流动控制后壳体的侧视图；
[0039]图13是图11的空气流动控制后壳体的前视图；
[0040]图14是图11的空气流动控制后壳体的后视图；
[0041]图15是图11的空气流动控制后壳体的沿图13的剖面线15-15截得的截面侧视图；
[0042]图16是图11的空气流动控制后壳体的沿图13的剖面线16_16截得的截面侧视图；
[0043]图17是图11的空气流动控制后壳体沿图13的剖面线17_17截得的截面侧视图；
[0044]图18是图1的第一优选实施例的燃烧器的一部分的外壳的宽后部的立体图；
[0045]图19是图18的外壳的宽后部的侧视图；
[0046]图20是图18的外壳的宽后部的前视图；
[0047]图21是图18的外壳的宽后部的后视图；
[0048]图22是图18的外壳的宽后部的沿图20的剖面线22_22截得的截面侧视图；
[0049]图23是图1的第一优选实施例的一部分的燃料喷嘴的立体图；
[0050]图24是图23的燃料喷嘴的侧视图；
[0051]图25是图23的燃料喷嘴的前视图；
[0052]图26是图23的燃料喷嘴的后视图；
[0053]图27是图23的燃料喷嘴的沿图26的剖面线27_27截得的截面侧视图；
[0054]图28是为图1的第一优选实施例的燃烧器的一部分的外壳的窄前部的立体图；
[0055]图29是图28的外壳的窄前部的分解立体图；
[0056]图30是图28的外壳的窄前部的左侧视图；
[0057]图31是图28的外壳的窄前部的右侧视图；
[0058]图32是图28的外壳的窄前部的顶部平面图；
[0059]图33是图28的外壳的窄前部的底部平面图；
[0060]图34是图28的外壳的窄前部的前视图；
[0061]图35是图28的外壳的窄前部的后视图；
[0062]图36是图28的外壳的窄前部的沿图34的剖面线36_36截得的截面顶部平面图；
[0063]图37是图28的外壳的窄前部的沿图34的剖面线37_37截得的截面侧视图；
[0064]图38是在燃烧室位于适当位置并在使用中的情况下图1的燃烧器的截面的侧视图；
[0065]图39是根据本发明的燃烧器的第二优选实施例的侧视图；
[0066]图40是图39的燃烧器的第二优选实施例的沿图39的剖面线40_40截得的截面顶部平面图；
[0067]图41是为根据本发明的第二优选实施例的一部分的燃料喷嘴的侧视图；和
[0068]图42是类似于图41的但在从喷嘴主体移除喷嘴末端的侧视图。

【具体实施方式】
[0069]参照附图的图1-42，要注意的是图1-38涉及根据本发明的燃烧器的第一优选实施例，而图39-42涉及根据本发明的燃料喷嘴的第二优选实施例。
[0070]以下参照图1-38，将对显示根据本发明的燃烧器的第一优选实施例的图1-38进行说明，其中所述燃烧器总体由附图标记20表示。优选实施例的燃烧器20包括具有前端24和后端26的主体22。主体22限定在前端24与后端26之间延伸的纵向轴线“L”。应该理解的是虽然对于一些形状的燃烧器来说，在前端后面和后端的确定可以稍微是任意的，但是前端通常被限定为火焰产生，而后端被限定为输入空气和燃料和空气与燃料开始混合的区域。
[0071]应该理解的是为了方便，术语空气用于说明从空气加压源或空气压缩源接收的空气，但是也可以使用来自氧气加压源或氧气压缩源的氧气。如果使用空气源，则空气中的氧气与诸如丙烷、天然气等的燃料反应。空气中的氮气仅在燃烧时与氧气分离。也可以设计氢气可以与氧气一起使用。
[0072]在优选的实施例中，如图所示,但不是必须的，主体22包括空气流动控制后壳体30和外壳40。空气流动控制后壳体30通过螺纹紧固件23以可移除和可更换的关系固定到外壳40。大致直的燃料喷嘴50位于空气流动控制后壳体30和外壳40内。
[0073]外壳40包括宽后部42和窄前部44。宽后部42具有倾斜外表面42和通道43，所述通道具有倾斜内表面43a和固定直径部分43b。倾斜内表面43a限定宽空气储存室70的外壁。固定直径部分43b在其中以紧密接触的关系接收大致直的燃料喷嘴50。
[0074]窄前部44包括圆筒形管44a、焊接到圆筒形管44a的后端的后凸缘44b、和焊接到圆筒形管44a的前端的前板44c。窄前部44通过螺纹紧固件41固定到宽后部42。前板44c邻接在焊接到圆筒形管44的三个支撑凸缘44d上，并且通过螺纹紧固件44i被保持在适当的位置。前板44c还具有环状凸缘44e,所述环状凸缘邻接在位于窄前部44的减小直径前端部44g的后端处的环形肩状部44f。进一步地，前板44c具有圆形凹部44h，所述圆形凹部用于将燃烧室管45的后端45b接收在所述圆形凹部中。燃烧室管45的后端45b具有阳螺纹部分45c，所述阳螺纹部分与前板44c上的配合的阴螺纹部分44h通过螺纹啮合。燃烧室管45形成室，由本发明的燃烧器20产生的火焰被封闭在所述室中。可以选择燃烧室管45的长度和内径如期望地使火焰的突起最大化，并且还可以选择所述长度和内径以产生与燃烧器20的输出(火焰)有关的特定理由。
[0075]空气流动控制后壳体30包括具有前端33和后端34的主体32。纵向轴线“L”在前端33与后端34之间延伸。优选地，主体32由金属制成，但是可以由任意其它适当的材料制成。
[0076]空气流动控制后壳体30还包括在主体32中的喷嘴接收通路36。喷嘴接收通路36大致居中地设置在主体32中并沿纵向轴线“L”定向。空气流动控制后壳体30还包括从主体32向前延伸的环状锥形部分37。喷嘴接收通路36延伸通过环状锥形部分37。
[0077]在主体32中具有至少一个空气入口，并且在优选的实施例中，如图所示，在主体32，具体地在后壳体32中具有第一空气入口 38和第二空气入口 39。第一空气入口 38和第二空气入口 39间隔开一百八十度(180° )，以便有效地最大化气流的随后混合。第一空气入口 38和第二空气入口 39每一个都大致沿纵向轴线“L”定向，如图所示，但是第一空气入口 38和第二空气入口 39可以可选地以另一个角度定向。要预计的是在所述主体32中还可以具有额外的空气入口以适应对额外空气输入的需要。
[0078]还应该注意的是在可选的实施例中，可以具有用于引入诸如氢气并且甚至包括来自其它类型燃烧器的非燃烧排放物的辅助类型燃料和类似燃料的另外的入口。
[0079]空气流动控制后壳体30包括在主体部分32中的大致环形空气聚集室29。大致环形空气聚集室29与第一空气入口 38和第二空气入口 39流体连通。大致环形流动通道的形状大致是圆形的。
[0080]在主体部32内还具有大致环形空气流动混合室100。大致环形空气流动混合室100的形状大致是圆形的。
[0081]大致环形壁110分隔大致环形空气聚集室29和大致环形空气流动混合室100。大致环形壁110的形状大致是圆形的。
[0082]大致环形空气聚集室29基本上包围大致环形空气流动混合室100。大致环形空气聚集室29的高度和大致环形空气聚集室100的高度彼此类似。进一步地，大致环形空气聚集室29和大致环形空气流动混合室100沿纵向轴线“L”大致纵向彼此对准。
[0083]第一空气入口 38和第二空气入口 39设置在大致环形空气聚集室29的后面，以便正确地将空气流向前引导到空气聚集室29中。进一步地，依此方式，将空气管路连接到第一空气入口 38和第二空气入口 39的附件没有侧向向外突出，这可能是不安全的。
[0084]第一空气流动开口 101在大致环形空气聚集室29与大致环形空气流动混合室100之间延伸。第一空气流动开口 101具有第一高度，所述第一高度为大致环形壁110的高度的一部分。第二空气流动开口 102在大致环形空气聚集室29与大致环形空气流动混合室100之间延伸。第二空气流动开口 102具有第二高度，所述第二高度为大致环形壁110的高度的一部分。第一空气流动开口 101的高度大于第二空气流动开口 102的高度。
[0085]燃烧器20还包括在大致环形空气聚集室29与大致环形空气流动控制室100之间延伸的第三空气流动开口 103。第三空气流动开口 103具有第三高度，所述第三高度为大致环形壁110的高度的一部分。第一空气流动开口 101的高度大于第三空气流动开口 103的高度，而第二空气流动开口 102的高度大于第三空气流动开口 103的高度。
[0086]燃烧器20还包括在大致环形空气聚集室29与大致环形空气流动控制室100之间延伸的第四空气流动开口 104。第四空气流动开口 104具有第四高度，所述第四高度为大致环形壁110的高度的一部分。第一空气流动开口 101的高度大于第四空气流动开口 104的高度。第二空气流动开口 102的高度大于第四空气流动开口 104的高度。第三空气流动开口 103的高度大于第四空气流动开口 104的高度。
[0087]已经发现使第一空气流动开口 101、第二空气流动开口 102、第三空气流动开口103和第四空气流动开口 104具有不同的高度能够使进入大致环形空气流动混合室100的空气产生有效的动态流动混合物。
[0088]还预计的是在本发明的在另一个实施例中，第一、第二、第三和第四空气流动开口可以以一角度定向，使得流动通过所述空气流动开口的空气倾斜地进入大致环形空气流动混合室100，从而有助于在大致环形空气流动混合室100中产生环形旋流图案。
[0089]大致直的燃料喷嘴50包括具有入口端56和出口端57的细长主体55，并且所述大致直的燃料喷嘴的横截面大致为圆形。主体55限定在入口端56和出口端57之间延伸的纵向轴线“L”。
[0090]燃料喷嘴50具有居中地设置在细长主体55中的大致直的燃料通路58。大致直的燃料通路58具有燃料接收入口 53和燃料喷出出口 54，用于通过使来自燃料接收入口 53的燃料流输送至燃料喷出出口 54而将燃料输送到燃烧器20的混合室80。在第一优选的实施例中，如图所示，燃料喷出出口 54实际上包括第一燃料喷出出口 54a、第二燃料喷出出口54b、第三燃料喷出出口 54c、第四燃料喷出出口 54d、第五燃料喷出出口 54e和第六燃料喷出出口 54f。第一燃料喷出出口 54a、第二燃料喷出出口 54b、第三燃料喷出出口 54c、第四燃料喷出出口 54d、第五燃料喷出出口 54e和第六燃料喷出出口 54f每一个都相对于纵向轴线“L”以大约十度的角度定向，这已经被发现对于通过空气进行的迅速蒸发来说可以使燃料完全扩散。可以可选地使用任意其它适当的角度。
[0091]优选地，细长主体55包括具有圆形横截面的窄后部55a、具有圆形横截面的宽前部55b和使窄后部55a与宽前部55b相互连接的倾斜部分55c。燃料接收入口 53设置在入口端56处，而燃料喷出出口 54设置在出口端57处。燃料喷嘴50的倾斜部分55c以密封接触的方式与燃烧器20的主体上的配合的接收表面21接合。在主体55的入口端56处还具有在燃料通路58上的梯级状喷嘴配合部分59。
[0092]燃料喷嘴50还包括从燃烧器20的主体22的后端26后面突出的外部后部分51。优选地，燃料喷嘴50的外部后部分51带有螺纹以在该外部后部分上接合配合的螺母52，从而将燃料喷嘴50保持在主体32内的适当位置。
[0093]为了允许空气从压缩空气源(非具体显示)流动到燃烧器20的混合室80，设有第一空气流动通道90a、第二空气流动通道90b、第三空气流动通道90c、第四空气流动通道90d和第五空气流动通道90e。已经发现优选的是具有这些数量的空气流动通道，为了使空气流动和分配均匀，可以具有两个或更多个空气流动通道90。基于燃烧器20的特定应用，燃烧器20和燃料喷嘴50的尺寸等，可以使用任意适当数量的空气流动通道90。已经对根据本发明的各种燃料喷嘴进行了试验，包括来自两个空气流动通道90的各种燃料喷嘴。已经发现每一种特定数量的空气流动通道可能具有其自身的优点和缺点。
[0094]第一空气流动通道90a、第二空气流动通道90b、第三空气流动通道90c、第四空气流动通道90d和第五空气流动通道90e中的每一个都具有入口 91和出口 92，所述出口 92被设置成与燃料喷出出口 54相邻，用于将空气输送到燃烧器20的混合室80。如图中清楚地所示，第一空气流动通道90a、第二空气流动通道90b、第三空气流动通道90c、第四空气流动通道90d和第五空气流动通道90e中的每一个都与所述出口相邻的部分93相对于纵向轴线“L”被倾斜定向。更具体地，基本上全部第一空气流动通道90a、第二空气流动通道90b、第三空气流动通道90c、第四空气流动通道90d和第五空气流动通道90e相对于纵向轴线“L”被倾斜定向。甚至更加具体地，第一空气流动通道90a、第二空气流动通道90b、第三空气流动通道90c、第四空气流动通道90d和第五空气流动通道90e中的每一个都呈螺旋形形状。多个螺旋形形状的空气流动通道90中的每一个都基本上平行于相邻的螺旋形形状的空气流动通道90。螺旋形形状的空气流动通道90优选地设置燃料喷嘴50的外部上。
[0095]第一空气流动通道90a的入口 91具有大于同一个第一空气流动通道90a的出口92的横截面面积的横截面面积；第二空气流动通道90b的入口 91具有大于同一个第二空气流动通道90b的出口 92的横截面面积的横截面面积；第三空气流动通道90c的入口 91具有大于同一个第三空气流动通道90c的出口 92的横截面面积的横截面面积；第四空气流动通道90d的入口 91具有大于同一个第四空气流动通道90d的出口 92的横截面面积的横截面面积；第五空气流动通道90e的入口 91具有大于同一个第五空气流动通道90e的出口92的横截面面积的横截面面积。优选地，入口 91中的每一个的横截面面积彼此相同，而出口 92中的每一个的横截面面积彼此相同。
[0096]进一步地，第一空气流动通道90a的入口 91的横截面面积与同一个第一空气流动通道90a的出口 92的横截面面积的比值大约为1.6比I ;第二空气流动通道90b的入口 91的横截面面积与同一个第二空气流动通道90b的出口 92的横截面面积的比值也大约为1.6比I ;第三空气流动通道90c的入口 91的横截面面积与同一个第三空气流动通道90c的出口 92的横截面面积的比值也大约为1.6比I ;第四空气流动通道90d的入口 91的横截面面积与同一个第四空气流动通道90d的出口 92的横截面面积的比值也大约为1.6比I ;第五空气流动通道90e的入口 91的横截面面积与同一个第五空气流动通道90e的出口 92的横截面面积的比值也大约为1.6比I。
[0097]已经发现大约1.6比I的比值可以更加准确地被表示为黄金比例，又被公知为黄金数，其中黄金数通常由希腊字母PHI (φ)表示并由数学表达式(1 + 71)/2，且近似等于
1.618033987。
[0098]进一步地，优选的是五个空气流动通道90中的每一个的横截面面积从入口 91朝向出口 92减小。更具体地，还优选的是五个空气流动通道90中的每一个的宽度从入口 91朝向出口 92减小，以便方便制造，同时深度保持不变。五个空气流动通道90的深度也可以从入口 91朝向出口 92减小，或者另外地通道90的宽度减小，或代替地通道90的宽度减少。
[0099]如可以在图1中最清楚地所示，燃料喷嘴50的宽前部55b以密封的关系接触燃烧器20的恒定横截面前部24。因此，空气必须通过螺旋形空气流动通道90以到达混合室80。
[0100]如图中所示，六个燃料喷出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f稍微设置在五个空气流动通道90a、90b、90c、90d和90e的出口的前面，以允许空气从五个空气流动通道90a、90b、90c、90d和90e流动，从而向前输送并且实质上“拾取”来自六个燃料喷嘴50的燃料喷出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f的燃料并与该燃料混合。
[0101]燃烧器20还具有与燃料喷出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f和五个空气流动通道90a、90b、90c、90d和90e的出口 92流体连通的混合室80。混合室80设置在燃料喷嘴50的燃料喷出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f和五个空气流动通道90a、90b、90c、90d和90e的出口 92的前面，并沿着纵向轴线“L”与燃料通路58对准。
[0102]燃烧器20还包括宽空气储存室70，所述宽空气储存室流体连通地介于第一空气入口 38和第二空气入口 39与五个螺旋形空气流动通道90a、90b、90c、90d和90e之间。优选地，宽空气储存室70的形状为环形，并且从后向前渐缩(变窄)。宽空气储存室70具有窄空气接收入口 72，所述窄空气接收入口通过空气流动控制后壳体30与第一空气入口 38和第二空气入口 39流体连通。因此，宽空气储存室70接收来自第一空气入口 38和第二空气入口 39的空气。宽空气储存室70还具有窄空气流出口 74。因此，来自第一空气入口 38和第二空气入口 39的空气通到燃料喷嘴50中的五个螺旋形空气流动通道90a、90b、90c、90d 和 90e。
[0103]已经发现的是宽空气储存室70与空气接收入口 72和窄空气流出口 74 —起有助于空气从大致环形空气流动混合室100移动到螺旋形空气流动通道90。空气流出口 74的横截面面积当相对于纵向轴线“L”横向测量时比宽空气储存室70的横截面面积窄。
[0104]在使用中，参照图38，空气通过至少一个空气入口 38和第二空气入口 39进入空气流动控制后壳体30，并且首先聚集在大致环形空气聚集室29中。空气从大致环形空气聚集室29经由第一空气流动开口 101、第二空气流动开口 102、第三空气流动开口 103和第四空气流动开口 104通到大致环形空气流动混合室100，第一空气流动开口 101、第二空气流动开口 102、第三空气流动开口 103和第四空气流动开口 104的偏移深度以四个不同且独立的“水平”(相对于纵向轴线“L”)使空气进入大致环形空气流动混合室100，从而产生非层流空气。依此方式，空气被尽可能地扰动，以便有助于下游空气与来自燃料喷嘴末端60的燃料完全混合。空气然后通过宽空气储存室70，通过窄空气流出口 74离开，这促进空气的流动。
[0105]接下来，来自宽空气储存室70的空气在即将被喷出到燃烧器20的混合室80之前必须进入并通过第一空气流动通道90a、第二空气流动通道90b、第三空气流动通道90c、第四空气流动通道90d和第五空气流动通道90e。快速空气流然后通过大致直的燃料喷嘴50的细长主体55的出口端57并通过燃料喷嘴末端60，然后与从燃料喷嘴末端60流出的燃料混合。由于五个空气流动通道90a、90b、90c、90d和90e的横截面面积从入口 91到出口 92的减少，空气以比该空气进入入口 91的速度明显较高的速率离开出口 92。
[0106]进一步地，由于第一空气流动通道90a、第二空气流动通道90b、第三空气流动通道90c、第四空气流动通道90d和第五空气流动通道90e都为螺旋形形状，离开这五个空气流动通道90中的每一个的出口 92的空气沿混合室80以快速漩流螺旋形图案(如由箭头“B”所示)朝向燃烧室82移动，然后甚至移动到燃烧室82中。与燃烧室82的实际长度相t匕，燃烧室82中的空气的漩流为燃烧室82内的空气提供大致加长的移动路径。依此方式，空气以及空气已经“拾取”的燃料具有相当长的停留时间。燃料如箭头“A”所示被广泛分布到漩流空气中。由于空气的漩流，能够使燃烧持续相当长的时间，因此产生热量生成，因此从燃烧室82，通过燃烧室管85并到周围围绕物的热传递的时间相当长，其中热量被输送到所需的目标。在测试中，已经发现本发明的燃烧器20的火焰温度可以容易地超过2000度，并且产生大约400华氏度的烟囱温度，该温度为已经使要加热的物体的温度下降的1600华氏度的下降。通常，在现有技术的燃烧器中，火焰温度的温度大约为1600华氏度，烟道温度大约为800华氏度，所述火焰温度和所述烟道温度传递到只有800度温差，该800度温差用于加热物体。
[0107]以下参考图39-42，其中显示了根据本发明的燃烧器的第二优选的实施例，所述燃烧器总体由附图标记220表示。除了外壳240根据其厚壁而大得多之外，第二优选实施例燃烧器220类似于燃烧器20的第一优选实施例。此外，后壳体230中的大致环形壁210相当厚。进一步地，燃料喷嘴250包括以可移除和可更换的关系安装在燃料喷嘴250的细长主体255的前端257中的燃料喷嘴末端260。优选地，燃料喷嘴末端260的螺纹后部268接合燃料通路258中的配合的螺纹前端部259。燃料喷嘴末端260如所述以可移除和可更换的关系被安装，以允许在燃料喷嘴末端260损坏的情况下易于更换该燃料喷嘴末端，以及允许选择适当的燃料喷嘴末端260用于端部应用，例如，放置在锅炉、管式加热器或炉子中。
[0108]如从以上说明和从附图可以理解的，本发明提供了一种燃料喷嘴，所述燃料喷嘴使燃烧器非常有效地燃烧燃料，产生最小的不需要的排放物，可以与各种类型气态燃料和液态燃料一起使用，并且具有经济效益，所有这些特征在现有技术中都是未知的。
[0109]以上原理的其它变形例对本领域的技术人员是显而易见的，并且这些变形例被认为在本发明的保护范围内。进一步地，在不背离所附权利要求精神和保护范围的情况下可以在设计和制造本发明的燃料喷嘴时使用其它修改和改变。
【权利要求】
1.一种燃烧器，包括: 主体； 至少一个空气入口； 混合室； 燃料通路，所述燃料通路具有燃料接收入口和燃料喷出出口，所述燃料喷出出口用于将燃料输送到所述混合室； 第一空气流动通道，所述第一空气流动通道具有与所述至少一个空气入口流体连通的入口和被设置成与所述燃料喷出出口相邻的出口，所述第一空气流动通道的出口用于将空气输送到所述混合室；和 与所述至少一个空气入口流体连通的大致环形空气聚集室、大致环形空气流动混合室、大致分隔所述大致环形空气聚集室和所述大致环形空气流动混合室的大致环形壁、和第一空气流动开口，所述第一空气流动开口在所述大致环形空气聚集室与所述大致环形空气流动混合室之间延伸，并且所述第一空气流动开口具有为所述大致环形壁的高度的一部分的第一高度。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括空气储存室，所述空气储存室流体连通地介于所述至少一个空气入口与所述第一空气流动通道之间。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其中，所述空气流出口的横截面面积比所述空气储存室的横截面面积窄。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，基本上全部所述第一空气流动通道相对于所述纵向轴线倾斜定向。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其中，所述第一空气流动通道为螺旋形形状。
6.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述第一空气流动通道的所述入口的横截面面积与所述第一空气流动通道的所述出口的横截面面积的比值大约为1.6比I。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述第一空气流动通道的横截面面积从所述入口朝向所述出口减小。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，所述第一空气流动通道的宽度从所述入口朝向所述出口减小。
9.根据权利要求8所述的燃烧器，其中，所述第一空气流动通道的深度从所述入口朝向所述出口减小。
10.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括设置在所述主体内的燃料喷嘴，所述燃料喷嘴具有所述燃料通路、所述燃料接收入口和所述燃料喷出出口。
11.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括: 大致环形空气聚集室，所述大致环形空气聚集室位于所述主体内并与所述至少一个空气入口流体连通； 大致环形空气流动混合室，所述大致环形空气流动混合室位于所述主体内； 大致环形壁，所述大致环形壁基本上分隔所述大致环形空气聚集室和所述大致环形空气流动混合室； 第一空气流动开口，所述第一空气流动开口在所述大致环形空气聚集室与所述大致环形空气流动混合室之间延伸，并且具有为所述大致环形壁的高度的一部分的第一高度；和 第二空气流动开口，所述第二空气流动开口在所述大致环形空气聚集室与所述大致环形空气流动混合室之间延伸，并且具有为所述大致环形壁的高度的一部分的第二高度， 其中所述第一空气流动开口的高度大于所述第二空气流动开口的高度。
12.根据权利要求11所述的燃烧器，还包括第三空气流动开口，所述第三空气流动开口在所述大致环形空气聚集室与所述大致环形空气流动混合室之间延伸，并且具有为所述大致环形壁的高度的一部分的第三高度，并且其中所述第一空气流动开口的高度大于所述第三空气流动开口的高度，所述第二空气流动开口的高度大于所述第三空气流动开口的高度。
13.根据权利要求12所述的燃烧器，还包括第四空气流动开口，所述第四空气流动开口在所述大致环形空气聚集室与所述大致环形空气流动混合室之间延伸，并且具有为所述大致环形壁的高度的一部分的第四高度，并且其中所述第一空气流动开口的高度大于所述第四空气流动开口的高度，所述第二空气流动开口的高度大于所述第四空气流动开口的高度，所述第三空气流动开口的高度大于所述第四空气流动开口的高度。
14.根据权利要求13所述的燃烧器，其中，所述大致环形流动通道的形状基本上是圆形的。
15.根据权利要求14所述的燃烧器，其中，所述大致环形壁的形状基本上是圆形的。
16.根据权利要求15所述的燃烧器，其中，所述大致环形流动通道的高度和所述空气聚集室的高度彼此类似。
17.根据权利要求15所述的燃烧器，其中，所述大致环形空气聚集室基本上包围所述大致环形空气流动混合室。
18.根据权利要求17所述的燃烧器，其中，所述大致环形空气聚集室和所述大致环形空气流动混合室沿所述纵向轴线彼此大致纵向对准。
19.根据权利要求15所述的燃烧器，其中，所述至少一个空气入口设置在所述大致环形空气聚集室的后面。
【文档编号】F23D14/24GK104197331SQ201410290884
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2009年9月22日 优先权日:2008年9月22日
【发明者】达塞尔·卡尔灵顿, 威廉·凯尔 申请人:达塞尔·卡尔灵顿, 威廉·凯尔