一种带诱导旋流的反扩散火焰燃烧器的制作方法

本实用新型涉及一种燃烧器，尤其涉及一种带诱导旋流的反扩散火焰燃烧器。

背景技术：

设计使用明火的商用炊具面临的主要问题是烹饪火焰的环境污染、热效率提升和经济性等方面，因此，烹饪燃烧器的设计一直以环保、高热效率、低成本为目标。大多数传统烹饪燃烧器设计都依赖于相对清洁的、燃烧速度快的预混火焰，预混火焰可以依赖于自吸气的大气空气，也可以配合鼓风机提供更高热功率。当要求较高的加热速率或较短的加工时间时，火焰射流的运行雷诺数不断增加，当雷诺数超过3000，预混火焰因达到稳定极限而熄灭。例如，在商业餐馆中，为了满足更高的加热速度，一旦加热速率超过燃烧器的容量，为获得更高热功率，就必须安装体积更大的燃烧器，以降低由于空气和燃料流量增加而接近稳定极限的雷诺数。

纯扩散火焰具有高烟气排放的特性，这限制了它的商业应用。虽然预混火焰的运行雷诺数较低，但由于预混火焰没有湍流引发的燃烧增强作用，因此加热速率相对湍流扩散作用较低。在此背景下，基于反扩散火焰燃烧的新型燃烧器设计受到了研究者的关注，以实现高雷诺数下的能量利用，从而发挥湍流燃烧的优势。反扩散火焰燃烧技术最初应用于工业燃烧器和锅炉中，而对于小尺寸规模应用反扩散火焰燃烧技术以提高商用炊具的热功率和降低污染物排放的研究较少。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本实用新型的目的是提供一种运用在商用炊具的带诱导旋流的反扩散火焰燃烧器，该燃烧器的火焰高度短而且稳定燃烧，加热能力强，目标表面加热均匀，空气污染物排放低。

为了实现以上目的，本实用新型采用的技术方案：

一种带诱导旋流的反扩散火焰燃烧器，包括由上而下依次设置的燃烧器头部、燃烧器主体和燃烧器底板。

所述燃烧器头部包括由上而下依次连通的发散出口腔、空气出口腔和收缩进口腔，所述发散出口腔的侧壁上沿圆周方向设置多个倾斜的燃料气孔。

所述燃烧器主体包括顶面呈圆环的燃料室和内端的涡流室；所述燃料室上端连通所述燃料气孔，侧壁设置燃料进气孔；所述涡流室顶端连通所述收缩进口腔，涡流室的侧壁设置多个沿涡流室侧壁切向进气的切向进气孔，所述发散出口腔、空气出口腔、收缩进口腔和涡流室的侧壁横截面均为圆形且依次连接。

当空气进入燃烧器主体的切向进气孔后，气体向上旋转运动，依次经过上部的收缩进口腔、空气出口腔和发散出口腔，带动从燃料气孔喷出的燃料并向外旋转扩散燃烧，在火焰中心形成一个大的流动循环区，流动循环区使燃料和空气进一步快速充分混合，使火焰的稳定性提高；流动循环区增加了火焰轴向速度衰减速率，缩短了火焰长度，降低了CO和NOX的排放。

发散出口腔、空气出口腔和收缩进口腔的主要作用是减少压力损失，形成循环区。空气从切向进气孔进入并到从发散出口腔喷出形成漩涡射流的过程中，一部分的压降作为射流的动能，其余部分由于和燃烧器内部壁面接触造成机能损失，收缩进口腔的作用就是降低该部分压力的损失，然后再与发散出口腔结合，利用涡流效应，形成和扩大循环区，提高火焰的稳定性。

进一步的是，所述发散出口腔和收缩进口腔均为圆台形腔体，所述空气出口腔和涡流室均为圆柱形腔体，空气出口腔的上下两端均连接圆台形腔体面积较小端面；使空气进入燃烧器主体的切向进气孔后，带动气体向上旋转运动，并且减少机能的损失。

进一步的是，所述燃烧器头部、燃烧器主体和燃烧器底板的外壁均为圆柱形；便于加工制造的同时又美观。

进一步的是，所述发散出口腔的外侧壁为一凸台，所述凸台的外径小于所述燃烧器头部的外径，减少火焰向燃烧器传热，节省材料的同时又美观。

进一步的是，所述燃烧器头部的材料为黄铜，所述燃烧器主体的材料为铝。

进一步的是，所述燃料气孔的直径为2-3mm，燃料气孔的倾斜角度为40-50°，所述发散出口腔的高度为4-6mm；所述空气出口腔的直径为10-14mm，高度为10-14mm；所述切向进气孔的直径为3-7mm，切向进气孔圆心到燃烧器主体顶面的距离为20-28mm；所述涡流室的直径为20-28mm，高度为40-56mm。

进一步的是，所述燃料气孔的直径为2.4mm，燃料气孔的倾斜角度为45°，燃料气孔沿发散出口腔侧壁圆周方向均匀设置12个，所述发散出口腔的高度为5mm；所述空气出口腔的直径为12mm，高度为12mm；所述切向进气孔的直径为5mm，切向进气孔圆心到燃烧器主体顶端的距离为24mm；所述涡流室的直径为24mm，高度为48mm。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种带诱导旋流的反扩散火焰燃烧器，该燃烧器结构简单，成本低，使用安全，整体为3个独立的零件，拆卸与清理方便；该燃烧器产生的火焰长度短，大小紧凑，火焰稳定性好；该燃烧器产生的火焰所排放的污染物少，尤其是一氧化碳和氮氧化物等有毒气体；该燃烧器具有加热速度快、加热效率高和传热分布均匀等特点，同时燃烧器本质上是扩散燃烧，无回火危险。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的爆炸图；

图4为本实用新型燃烧器头部的结构示意图；

图5为本实用新型燃烧器主体的结构示意图；

图6为本实用新型火焰燃烧的效果图；

图中：1、燃烧器头部；11、发散出口腔；12、空气出口腔；13、收缩进口腔；14、燃料气孔；15、凸台；2、燃烧器主体；21、燃料室；22、涡流室；23、燃料进气孔；24、切向进气孔；3、燃烧器底板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的位置关系为基于附图所示的方位，仅是为了便于描述本实用新型并简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

一种带诱导旋流的反扩散火焰燃烧器，如图1-5所示，包括由上而下依次设置的燃烧器头部1、燃烧器主体2和燃烧器底板3。

燃烧器头部1包括由上而下依次连通的发散出口腔11、空气出口腔12和收缩进口腔13，发散出口腔11的侧壁上沿圆周方向设置多个倾斜的燃料气孔14。

燃烧器主体2包括顶面呈圆环的燃料室21和内端的涡流室22；燃料室21上端连通燃料气孔14，侧壁设置燃料进气孔23；涡流室22顶端连通收缩进口腔13，涡流室22的侧壁设置多个沿涡流室22侧壁切向进气的切向进气孔24，发散出口腔11、空气出口腔12、收缩进口腔13和涡流室22的侧壁横截面均为圆形且依次连接。

作为本实用新型的优化方案，发散出口腔11和收缩进口腔13均为圆台形腔体，空气出口腔12和涡流室22均为圆柱形腔体，空气出口腔12的上下两端均连接圆台形腔体面积较小端面。

作为本实用新型的优化方案，燃烧器头部1、燃烧器主体2和燃烧器底板3的外壁均为圆柱形。

作为本实用新型的优化方案，发散出口腔11的外侧壁为一凸台15，凸台15的外径小于燃烧器头部1的外径。

作为本实用新型的优化方案，燃烧器头部1的材料为黄铜，燃烧器主体2的材料为铝。

作为本实用新型的优化方案，燃料气孔14的直径为2-3mm，燃料气孔14的倾斜角度为40-50°，发散出口腔11的高度为4-6mm；空气出口腔12的直径为10-14mm，高度为10-14mm；切向进气孔24的直径为3-7mm，切向进气孔24圆心到燃烧器主体2顶面的距离为20-28mm；涡流室22的直径为20-28mm，高度为40-56mm。

本实施例中，燃料气孔14的直径为2.4mm，燃料气孔14的倾斜角度为45°，燃料气孔14沿发散出口腔11侧壁圆周方向均匀设置12个，发散出口腔11的高度为5mm；空气出口腔12的直径为12mm，高度为12mm；切向进气孔24的直径为5mm，切向进气孔24设置2个，切向进气孔24圆心到燃烧器主体2顶端的距离为24mm；涡流室22的直径为24mm，高度为48mm。

为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：

空气经空压机加压，再经过流量阀门后，从燃烧器主体2的两个切向进气孔24进入涡流室22，涡流室22内的气体向上旋转运动，依次经过上部燃烧器头部1的收缩进口腔13、空气出口腔12后进入发散出口腔11；燃料经燃料进气孔23、燃料腔21和燃料气孔14后，在发散出口腔11旋转的空气带动下，向外旋转扩散燃烧，形成图6所示的火焰。此时火焰包括上端的后燃烧区和下端的循环区，以及外围的混合燃烧区，此状态的雷诺数为6000-8000。

从图中可以看出，循环区占据了火焰体积的一大部分，在火焰里面可以观察到漩涡，循环区的位置较低，体积较大，火焰稳定性好；燃料从发散出口腔11出口出来后，燃料射流的外边界迅速向外扩展，从而增加了火焰轴向速度的衰减率，有效的缩短了火焰长度；循环区产生了湍流燃烧，湍流燃烧加强了燃料和空气的高效混合；由于火焰长度短，稳定性好，因此火焰的燃气供给量较传统预混火焰高，加热速度快、加热效率高和传热分布均匀。

燃烧时，切向进气孔24可以进入过量的空气，使燃料和过量空气快速混合，增加了混合均匀性，缩短了NOx的形成时间；此外，涡流是减少NO的有力工具，因为在整体燃料偏少的情况下，更高的湍流会导致空气和燃料混合更快，减少NO的形成。CO在高温下和氧气反应生成CO2，切向进气孔24会进入过量的空气，增加了火焰周围O2浓度，从而燃烧产生的CO转化为CO2，减少火焰燃烧所产生的CO有毒气体。

雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，并形成紊乱、不规则的湍流流场。从图中我们可以看出，燃烧的火焰为湍流火焰，因此本实用新型适用于在高雷诺数下运行。

反扩散火焰在本质上是非预混合的，如果空气和燃料混合速度快，则表现为预混合燃烧特性，因此，反扩散火焰既具有预混合火焰的特性，又具有扩散火焰的特性，本实用新型充分利用了两者在运行稳定性、污染物排放和加热性能方面的优势。

以上描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。