共振减小的燃烧器的制作方法

本公开大体上涉及用于燃烧可燃气体混合物的预混燃烧器(燃烧空气和气体在进入燃烧器之前混合)。

背景技术：

允许燃烧可燃气体混合物的预混燃烧器在本领域中是已知的。然而，这些预混燃烧器可包括燃烧器表面或燃烧器支承结构，其允许在操作时产生过大的噪声水平。当预混燃烧器包含在小的燃烧室容积内时，这种效果可进一步加剧，其中引起噪声水平的所有能量不能在容积内消散。在此应用中，噪声水平可以可听见且通常令人反感的变化的振荡波形式传输到燃烧室之外。

因此，需要一种改进的燃烧器构造，其将排除或大大降低操作预混燃烧器所固有的噪声水平。

技术实现要素：

简而言之，在一个实施例中，本公开涉及一种用于燃烧气体和空气混合物的燃烧器设备。燃烧器设备可包括具有多个脊和多个凹槽的燃烧器壁。每个凹槽可限定在相邻的脊之间。每个凹槽还可包括成对的斜面。每个斜面可具有渗透性区域，其具有限定在其中的开口，火焰可从该开口投射。每个脊可限定相对于斜面的渗透性区域的渗透性降低的区域。

一个备选实施例包括每个脊的渗透性降低的区域的渗透性小于每个斜面的渗透性区域的渗透性的一半。

又一个实施例包括每个脊的渗透性降低的区域不包括限定在其中的开口。

又一个实施例包括在斜面中限定的开口包括在每个斜面中限定的成排的开口。该排开口可沿着在大体上平行于相应凹槽的方向上延伸的线限定。

另一个实施例包括每对斜面包括相对成排的开口。给定斜面上的每个开口可与相应的相对斜面上的对应的开口对准，相应的相对斜面上的对应的开口沿在大体上垂直于相应凹槽的方向上延伸的线。

在另一实施例中，在斜面中限定的开口构造成沿在相对的斜面和相应的脊上方延伸的方向投射火焰。

又一个实施例包括相邻开口从中心到中心小于约10cm。

又一个实施例包括在每个斜面中限定的开口构造成投射火焰，使得利用通过由火焰产生的破坏压力波干扰实现噪声消除效果。

又一个实施例包括开口，每个开口包括小于约1cm的开口直径。

更进一步的实施例包括具有外表面的燃烧器壁。柔性多孔材料可设置在燃烧器壁的外表面上。

另一个实施例包括固定在燃烧器壁上的多孔材料，使得多孔材料紧密地跟随燃烧器壁的形状。

一个实施例包括点焊到燃烧器壁上的多孔材料。

另一实施例包括燃烧器壁大体为圆柱形。

另一个实施例包括具有端盖的大体圆柱形燃烧器壁。端盖可包括脊和限定在相邻脊之间的凹槽。

更进一步的实施例包括在端盖中限定的脊和凹槽形成同心圆。

又一实施例包括大体为圆柱形的燃烧器壁，其包括非活动端盖。

又一个实施例包括大体为圆柱形的燃烧器，其包括底座端并且非活动端盖包括弯曲端盖。弯曲的端盖可具有面向大体圆柱形燃烧器的底座端的凸面。

在一个实施例中，本公开还涉及一种用于燃烧气体和空气混合物的燃烧器设备。燃烧器设备可包括圆柱形燃烧器壁。圆柱形燃烧器壁可具有多个脊和多个凹槽。每个凹槽可限定在相邻的脊之间。第一组开口可限定在圆柱形燃烧器壁中。第一组开口的每个开口可构造成允许相应的第一火焰从其投射，从而产生第一火焰压力波。第二组开口也可限定在圆柱形燃烧器壁中。第二组开口的每个开口可构造成允许相应的第二火焰从其投射，从而产生第二火焰压力波。第一组开口和第二组开口可定向成使得第一火焰压力波和第二火焰压力波破坏地相互干扰以减少噪声。

另一实施例包括圆柱形燃烧器壁，其进一步具有圆柱长度。脊和凹槽可沿着圆柱长度交替。

另一个实施例包括圆柱形燃烧器壁，其进一步包括圆柱轴线。脊和凹槽两者中的每个可在垂直于圆柱长度的方向上延伸并且围绕圆柱轴线同心地延伸。

又一个实施例包括具有端盖的圆柱形燃烧器壁。

又一实施例包括端盖，该端盖具有多个端盖脊和多个端盖凹槽。每个端盖凹槽可限定在相邻的端盖脊之间。端盖脊和端盖凹槽可形成同心圆。

另一实施例包括端盖，该端盖包括具有凹形外表面的基本上非活动的端盖。

附图说明

图1是燃烧器设备的一个实施例的透视图。

图2是图1的燃烧器设备的侧部截面正视图。

图3是具有不同端盖的燃烧器设备的另一实施例的侧部截面正视图。

图4是燃烧器设备的另一个实施例的透视图。

图5是图4的燃烧器设备的侧部截面正视图。

图6是图1、3和4的燃烧器设备的燃烧器壁的细节侧部截面正视图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的实施例，其一个或多个附图在本文中阐述。每个附图是通过对本公开的解释来提供的，而不是限制。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可对本公开案的教导内容作出各种改型和变型，而不会脱离本公开案的范围。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。

因此，期望本公开内容涵盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。本公开的其它目的、特征和方面在以下详细描述中公开或因为其变得清楚。本领域的普通技术人员将理解，本论述仅为示例性实施例的描述，且不旨在限制本公开的较宽的方面。

声音由弹性介质(例如气体，液体或固体)中的任何循环压力变化产生。大多数人的可听频率在10hz到16khz的范围内。

在燃烧器中，振荡火焰锋中的热气体的突然、有节奏的膨胀和收缩可产生声音。"火焰锋"限定为火焰的前缘，即燃烧停止并变成热排气产物的地方。在这种振荡系统中，火焰锋的作用类似于扬声器振膜。因此，就像扬声振膜一样，声音强度随着燃烧器介质或"振膜"面积的增加而增加。在允许过多共振火焰锋的燃烧器中，如果声波进入同步运动，声波可相互强制执行，并产生不可接受的巨大噪声水平。

在处理任何类型的噪声时，包括刚刚描述的类型的燃烧器噪声，设计者可提供手段以：

a.通过使用消声装置吸收或减弱离开燃烧器表面的波形能量，

b.通过使用工具技术和燃烧器内的附加内部部分，将能量波形在燃烧器表面分散成变化能量脉动的非同步波形。

c.通过消除来排除噪音源。该解决方案是特别理想的，因为它排除了源头的问题。

存在许多可能导致振荡火焰噪声的变量。这些变量包括但不限于所用燃料的类型、燃烧器燃烧速率、燃烧器尺寸和形状、每单位面积的燃烧强度、燃烧器上的压降、火焰形状和尺寸、燃料空气比、燃料与空气的混合，以及燃烧室的空气动力学。

本公开通过排除或大大减少振荡燃烧器噪声来示出和描述消除方式。

如图所示，燃烧器设备100,200可接收燃烧空气和气体的混合物102，然后燃烧空气和气体的混合物离开燃烧器壁104以允许火焰106从其投射。燃烧器设备100,200可具有任何适当的形状。如图1-3所示，燃烧器设备100可为大体上圆柱形的燃烧器设备。在图4和5中，示出了大体上平面的燃烧器设备200。燃烧器设备100,200的构造材料可为是刚性或柔性耐热材料的任何适当的材料。用作燃烧器壁104的一种合适材料可为已经弯曲或形成适当形状的不锈钢，如图中所示的那些。另一种合适的材料可为以所需形状形成的多孔陶瓷材料。

现在参考图1和4，示出了燃烧器设备100,200。燃烧器设备100,200可包括燃烧器壁104。在一些实施例中，燃烧器壁可包括多个脊110和多个凹槽112。每个凹槽112可限定在相邻的脊110之间。每个凹槽112可包括斜面114，使得每个凹槽包括成对的斜面。每个斜面114可包括具有限定在其中的开口118的渗透性区域116。从图6中可最佳看出，火焰106可从每个开口118投射。

如图1和图4所示，限定在斜面114中的开口118可包括限定在每个斜面中的成排的开口，开口沿着线l1，其沿大体上平行于相应凹槽112的方向延伸。在一些实施例中，每对斜面114包括相对的成排的开口118，使得给定斜面上的每个开口与相应相对斜面上的对应开口对准，相应相对斜面上的对应开口沿线l2，其在大体上垂直于相应凹槽112的方向上延伸。如图6所示，一些实施例包括限定在每个斜面114中的开口118，开口118构造成使火焰106沿在相对的斜面和相应的脊110上方延伸的方向投射。在许多实施例中，限定在斜面114中的开口118构造成投射火焰106，使得利用通过火焰产生的破坏压力波干扰实现噪声消除效果。返回图1和图4，在一些实施例中，开口118可具有小于约10cm的中心到中心距离d1。在许多实施例中，可沿着线l1测量该距离d1。其它实施例可包括在约0.5cm和1.5cm之间的中心到中心的距离d1。一个实施例可包括1cm的中心到中心的距离d1。在一些实施例中，开口118还可包括小于约1cm的开口直径d2。其它实施例可包括约1mm和5mm之间的开口直径d2。一个实施例可包括约3mm的开口直径d2。

从图2、3和5中可最佳地看出，凹槽112可各自包括凹槽底部120。凹槽底部120可包括限定在相邻斜面114之间的基本平坦部分122。一个实施例可包括具有高达约0.5英寸的平坦部分宽度w1的基本平坦部分122。另一个实施例可包括基本平坦部分122，其具有约0.15英寸至0.35英寸的平坦部分宽度w1。又一个实施例可包括具有约0.25英寸的平坦部分宽度w1的基本上平坦的部分122。其它实施例可包括凹槽底部120，其包括基本上弯曲的底部。

多个脊110中的每个可限定相对于斜面114的每个渗透性区域116的渗透性降低的区域124。渗透性降低的区域124的渗透性可小于相应斜面114上的渗透性区域的渗透性的一半。在一些实施例中，渗透性降低的区域124不包括在其中限定的开口118。在一些实施例中，渗透性降低的区域124可各自在功能上在相应的相邻凹槽112之间建立屏障。在一个实施方案中，屏障可为完全屏障。其它实施例可仅包括部分屏障，使得与渗透性区域116相比，渗透性降低的区域124包括在其中限定的基本上更少的开口118。脊110可具有任何适当的尺寸。一个实施例包括脊110，脊110具有从与相邻凹槽112的凹槽底部120重合的平面向外延伸的最大脊高度h1。在一些实施例中，最大脊高度h1高达约1英寸。在其它实施例中，最大脊高度h1在约0.15英寸和约0.35英寸之间。在一个实施例中，最大脊高度h1约为0.25英寸。每个脊110可包括弯曲的脊部分126。在一些实施例中，弯曲脊部分126可包括小于约1英寸的曲率半径r1。在其它实施例中，曲率半径r1在约7mm和约10mm之间。

如图2-4所示，燃烧器壁104包括外表面128，外表面128可选地包括设置在其上的柔性多孔材料130。在许多实施例中，多孔材料130固定到燃烧器壁104上，使得多孔材料紧密地遵循燃烧器壁的形状。多孔材料130也可紧密地遵循外表面128的形状。在一些实施例中，多孔材料130点焊到燃烧器壁104的外表面128。市场上有几种材料包括金属纤维的织造或烧结织物，其厚度约为1/8"。其它合适的柔性耐热材料包括陶瓷编织物和其它合金网。也可使用由岩石纤维构成的织物。如图2-4所示的多孔材料130仅覆盖燃烧器壁104的一小部分。该构造用于说明目的，并且多孔材料130优选地覆盖外表面128的大部分。一些实施例可包括覆盖所有或基本上所有外表面128的多孔材料130。

关于图1-3，示出了大体圆柱形的燃烧器设备100的实施例，燃烧器壁104可连接到端盖132。换句话说，燃烧器壁104可包括端盖132。如图1和2所示，大致圆柱形燃烧器设备100的一些实施例可包括具有脊110或端盖脊的端盖132a，以及凹槽112或端盖凹槽。如上所述，端盖132a还可包括在渗透性区域116中的多个开口118。如上所述，凹槽112可限定在相邻的脊110之间。限定在端盖132a中的脊110和凹槽112可形成同心圆。端盖132a的凹槽112可与燃烧器壁104的凹槽基本相同或可为不同。

然而，如图3所示，大体上圆柱形燃烧器设备100的其它实施例可包括端盖132b，端盖132b基本上非活动，或基本上没有开口118。一些开口118可限定在基本上非活动的端盖132b中。非活动端盖132b的至少一个实施例可没有限定在其中的开口118。在许多实施例中，大体上圆柱形燃烧器设备100可包括底座端133。非活动端盖132b可为弯曲端盖，其具有凸面135和与凸面相对的凹面137。在一些实施例中，凸面135可面向大致圆柱形燃烧器设备100的底座端133。换句话说，凸面135可面向大致圆柱形燃烧器设备100的底座端133。再换句话说，基本上非活动的端盖132b可包括凹形外表面137。在包括具有凸面135和凹面137的非活动端盖132b的实施例中，端盖可以任何适当的方式连接到燃烧器壁104。在一些实施例中，非活动端盖132b还可包括基本平坦的部分139，以便于附接到燃烧器壁104。包括具有面向底座端133的凸面135的基本上非活动的端盖132b的大体上圆柱形燃烧器设备100的实施例可允许气体和空气混合物102形成至少一些流动路径f1，其可由端盖朝向燃烧器壁104重新定向。这些流动路径f1的重定向可降低基本上非活动的端盖132b中和/或周围的温度，从而减少形成端盖和燃烧器壁104中的至少一个的材料中的应力和疲劳。

大体上圆柱形燃烧器设备100还可进一步包括圆柱长度l3和圆柱直径d3。一些实施例可包括大于圆柱直径d3的圆柱长度l3。其它实施例可包括大于圆柱长度l3的圆柱直径d3。其它实施例可包括等于圆柱直径d3的圆柱长度l3。大体圆柱形的燃烧器设备100还可包括圆柱轴线a1，并且燃烧器壁104的脊110和凹槽112可在垂直于圆柱长度l3的方向上延伸并且围绕圆柱轴线a1同心地延伸。

在包括具有凸面135和凹面137的非活动端盖132b的实施例中，端盖可使盖帽长度l4朝向底座端133延伸约为圆柱直径d3的约0.1倍和圆柱直径的约0.5倍之间。在一些实施例中，帽长度l4可为圆柱直径d3的约0.25倍。

圆柱形燃烧器设备100的另一个实施例可包括具有圆柱形状的燃烧器壁104。燃烧器壁104可包括多个脊110和凹槽112。每个凹槽112可限定在相邻的脊110之间。第一组134的开口118可限定在燃烧器壁104中。如图6中最佳所示，第一组134的每个开口118可构造成允许相应的第一火焰136从其投射。由此可产生第一火焰压力波138。第二组140的开口118也可限定在燃烧器壁104中。第二组140的每个开口118可构造成允许相应的第二火焰142从其投射。由此可以产生第二火焰压力波144。第一组134的开口118和第二组140的开口可定向成使得第一火焰压力波138和第二火焰压力波144破坏地相互干扰以减少噪声。

如图1和4所示，第一组134可形成第一排开口118，而第二组140可形成第二排开口。从图6中可最佳地看出，开口118的组134,140可定向成使得第一火焰压力波138的大体方向和第二火焰压力波144的大体方向以产生破坏噪音干扰的方式相交。

回到图1-3，圆柱形燃烧器设备100的燃烧器壁104可包括沿燃烧器设备的圆柱长度l3交替的脊110和凹槽112。该交替模式可包括脊110和凹槽112，其相对于圆柱轴线a1成角度并因此围绕圆柱轴线扭转，使得燃烧器设备100在一些实施例中为类似于理发店杆的东西。其它实施例可包括每个脊110和每个凹槽112，其在垂直于圆柱长度l3的方向上延伸并且同心地围绕燃烧器设备100的圆柱轴线a1延伸。燃烧器设备100的其它实施例可包括在平行于圆柱轴线a1的方向上延伸的脊110和凹槽112。端盖132可选地与燃烧器壁104一起设置。在包括端盖132a的一些实施例中，脊110和凹槽112也可设在端盖上，也分别称为端盖脊和端盖凹槽。在许多实施例中，端盖脊110和端盖凹槽112可形成同心圆。例如，这些同心圆可围绕圆柱轴线a1同心。在包括基本上非活动的端盖132b的其它实施例中，端盖可包括凹形外表面137。

参考图4和5，燃烧器设备200也可为大体上平面的。在此实施例中，燃烧器设备200可包括燃烧器壁104，燃烧器壁104具有水平、垂直或对角延伸的平行的脊110和凹槽112。还构想任何适当的定向。这些定向和构造包括但不限于脊110和槽112，它们是圆形、正方形、定向成一系列排的线等。与大体上圆柱形的燃烧器设备100一样，大体上平面的燃烧器设备200可包括任何适当数量的脊110和凹槽112。

本书面描述使用实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

尽管已经使用特定的术语描述了本公开的实施例，但是这样的描述仅用于说明的目的。所用的词语是描述性词语而非限制性词语。应该理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本领域普通技术人员可以进行改变和变化，本发明的精神或范围在以下权利要求中阐述。另外，应该理解，各种实施例的各方面可以全部或部分互换。虽然已经举例说明了本公开主题的特定用途，但是可构想其它用途。因此，所附权利要求的精神和范围不应限于其中包含的版本的描述。