专利名称：醇基燃料清洁气化燃烧灶具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灶具，特别是一种适合于民用的醇基燃料灶具。本发明的醇基燃料灶具可以实现燃料的完全气化燃烧。
背景技术：
随着我国经济发展和人民生活质量的提高，社会对清洁能源的需求越来越大，新型清洁燃料的开发利用已迫在眉捷，醇基液体燃料是这方面极有前景的一种。醇基燃料是一种廉价、环保的清洁能源，由于燃料本身含氧，燃烧时需氧较少，燃料燃烧充分，呈蓝色火焰，烟气中不含有碳粒，主要为二氧化碳和水；醇基燃料含硫量极低， 燃烧后烟气中硫氧化物生成浓度也极低，是仅次于氢气的最清洁燃料之一。醇基燃料可以煤炭、重油、天然气或生物质等为原料生产，原料来源广，生产工艺简单，技术成熟。全国有上千家小化肥厂，多数厂有条件用联醇法生产甲醇，无疑给联醇法生产醇基燃料提供了可靠的原料供应渠道；生产醇基燃料又是煤炭液化技术和生物质生产再生能源技术的重要组成部分，规模生产醇基燃料的成本远低于液化石油气、天然气、人工煤气等其他燃料，具有极强的市场竞争力。中国是个“富煤、缺油、少气”的国家，煤炭资源转化醇基燃料适合中国的国情，如果这一燃料得到普及，将在很大程度上弥补我国石油资源的短缺，并可在一定范围内实现清洁燃料的本土化生产和供应，对保障我国能源安全具有极其重要的战略意义。目前，可用于醇基燃料的灶具根据气化器的特点可以归纳为五类
第一类液面直燃式
这是最早的醇基液体燃烧器，与简易乙醇炉相近，即将一定数量的醇基燃料直接注入炉灶的小型容器中，燃烧和气化在液面同时进行。这种燃烧器的主要缺点是燃烧温度低，醇基燃料燃烧不完全，热效率低，并产生大量的有害气体，污染环境，浪费能源。第二类打气加压式
采用盘管横式气化器，高压供液横管气化。主要特点是要打气加压，有位差式加压、钢瓶打气式、灶上打气式等。存在的问题1)结构复杂、操作烦复。有减压阀、增压阀、气阀、压力显示表等，管道接头多，有时会造成泄漏，隐患多，不安全，维修不方便。2)横管气化。整个气化器处在过热状态下，易引起汽液混流，在气化器燃料中的分子还来不及燃烧就游离出来，在喷嘴口、管道中形成结炭堵塞。第三类气体燃料加压式
采用竖管气化器，不打气加压，低压供液。气化器里气液不混流，静态气化，但由于低压供液，火力逐渐增强，若气化不足，燃烧不稳定，有喘气现象。第四类自增压式
这种燃烧器没有设立专门的气化器，利用燃烧器与燃料箱形成的腔体，在燃烧时通过被加热的腔体加热燃料，燃料在燃料箱中气化产生压力，供燃烧器燃烧。这种燃烧器燃料箱温度高，压力大，并始终处于波动之中，在某种情况下有可能导致燃料箱内压力急剧升高，有引起燃料箱爆炸的可能，存在较大安全隐患。第五类多级气化燃烧器
由燃料箱、燃料控制、预热空气、主燃烧气化器、多级气化器、辅助气化燃烧器等部分组成。液体燃料在多级气化器内经逐级加热完全气化，成为120 500°C的燃气，进入辅助气化燃烧器，与高温空气混合燃烧。该燃烧装置结构之复杂较之打气加压式更甚，较难适合普通民用炉灶轻便简单的要求。目前国内对醇基燃料的制备研究开展较多，许多成本适合、性能稳定的新型燃料不断问世，而与之配套的燃烧器开发研究进展不大，真正既能使燃料高效燃烧、节能环保，又简单实用、可供普通民用市场规模化推广实施的灶具还没有。正是由于目前醇基燃料燃烧技术研究和灶具设计制造水平落后，制约了醇基燃料这一新型清洁能源的广泛推广
发明内容
本发明的目的是提供一种醇基燃料清洁气化燃烧灶具，以适合醇基燃料的普通民
用需要。液体燃料的燃烧一般可以有两种方式，即液态燃烧和气态燃烧。液态燃烧时,雾化程度、液滴与空气混合的均匀度将决定燃料的燃烧是否完全。为使燃料充分雾化，与空气均匀混合，需要高压喷嘴与液体高速喷射等技术条件，以及一定的炉膛空间。普通民用灶具由于条件所限，燃烧过程难以保证液滴充分雾化与空气混合均匀，是导致醇基燃料燃烧不完全、火力弱、液滴飞溅、烟气难闻呛眼等的主要原因。通过对醇基燃料燃烧过程的相关研究发现，燃料气态燃烧方式取代液体燃烧方式是未来醇燃料燃烧器设计的方向。本发明的醇基燃料清洁气化燃烧灶具由灶体、气化器、二次气化器、旋孔空气分配器和输油管构成，所述灶体为一圆柱体形的腔体，灶体底部中央设有一环状的围堰，在灶体底部围成一环状的预燃室；所述围堰的中央为进空气口，输油管从进空气口通入灶体中，与位于灶体中部的扁圆形气化器连接，在所述气化器的四周呈放射状径向设置有多个燃料喷嘴；一个圆盘状旋孔空气分配器固定安装在气化器与进空气口之间的输油管上，在旋孔空气分配器的外周呈环形设置有若干圈风洞；气化器上方固定有一个环形的二次气化器，将灶体分隔成上部的气化燃烧室和下部的混合燃烧室，所述气化燃烧室与混合燃烧室通过二次气化器中间的风孔连通。其中，所述的气化器安装在输油管上，呈扁圆形。圆柱形的燃料喷嘴与气化器径向整体连接，顶端封闭，喷孔位于燃料喷嘴的侧壁上，开口方向朝向侧上方，且喷孔开口方向一致，形成一螺旋。这种结构可以保证气化的燃料旋流状向上喷向灶体燃烧室的内壁，而不是垂直向上喷射，以强化气化燃料与空气的混合程度。同时，所述的旋孔空气分配器为有一定厚度的圆盘，旋孔空气分配器上散布的风洞开口方向同样不垂直于圆盘，而是顺时针向前侧倾，形成导流螺旋，以使吸入的空气呈旋流状态盘绕上升进入混合燃烧室。旋流的空气与同样旋流喷射的燃料可以充分混合均匀，有利于燃烧充分彻底。这样，燃烧所需空气由灶体底部中央吸入，经由旋孔空气分配器螺旋状进入混合燃烧室，与燃料在混合燃烧室充分扰动混合，大部分燃料在此气化燃烧。进而，旋孔空气分配器的直径大于进空气口的直径，同时旋孔空气分配器的中心位置为实心结构，不设置风洞。这样可以确保吸入的空气能经由旋孔空气分配器导流螺旋进入燃烧室，同时减少吸入的空气直接吹向气化器的底部。环状的二次气化器固定在灶体的中上方，在环状二次气化器上散布有密集的火孔，少量未气化燃烧的雾状燃料与其接触再次受热气化，进入气化燃烧室中实现完全气化燃烧，进一步提高燃烧效率。灶具的输油管系由硬质不锈钢管制作，并由若干条径向拉筋与灶体连接，被固定在灶体上。在输油管上设置有油泵和针形阀，以控制燃料的供给。本发明的醇基燃料清洁气化燃烧灶具具有燃料气化和燃烧一体化结构，实现无鼓风完全气化燃烧。使用初始，液体燃料经油泵、针形阀、气化器，由燃料喷嘴流入预燃室中，点燃预燃室内燃料，加热气化器及燃料喷嘴，使气化器内液态燃料迅速气化增压，由喷嘴喷射进入混合燃烧室，气化燃料与旋流的空气在混合燃烧室充分混合燃烧；位于灶体上部的二次气化器将微量雾状燃料再次加热气化，使其在气化燃烧室实现真正气化完全燃烧。随着燃烧的进行，高温状态的气化器及燃料喷嘴使进入的液态燃料瞬时气化喷射，预燃室不 再有液态燃料燃烧。区别于传统燃烧方式，本发明的醇基燃料清洁气化燃烧灶具使液态燃料在着火前以气体形式与空气均匀混合，减少了着火后燃料汽化所需的汽化潜热，其火焰温度比液态时高，燃烧速度为气体化学反应的动力速度；燃料以气态燃烧，燃烧过程不存在液核，实现了均相反应，保证了燃烧充分、完全、彻底，减少了有害气体排放。本发明醇基燃料清洁气化燃烧灶具的燃烧过程包括燃料供应、燃料气化、燃料喷射、空气导流、混合燃烧、二次气化、气化燃烧几部分，其主要特点体现为以下几个方面。I)燃烧过程不需要鼓风机，既减少了设备投资，又减少了电力消耗。2)燃料燃烧需要适宜的空燃比，而市场上常见的灶具都带有鼓风机，燃烧所需空气量要靠手动调节风门大小随意调整，很难准确控制，空气量多了消耗热量，少了燃烧不完全。本发明灶具燃料喷射与火焰燃烧时在燃烧室下方产生一定的真空度，空气由底部自然吸入，火力越猛，真空度越大，吸入空气量就多，只需要通过针形阀控制燃料的大小，火焰大小随着改变，空气吸入量自然随之变化，空燃比保持在适宜的范围内。3)燃料全部进入气化器，受热蒸发气化后由喷嘴喷射，进一步避免了燃料以液态或汽液混合方式燃烧。4)气化器与喷嘴整体连接，减少了燃料泄漏和阻力，维持燃料以一定速度喷射。5)燃料喷嘴上的喷孔位于喷嘴侧面向上，而不是垂直向上，一方面可使燃料以螺旋状喷向燃烧室，便于与空气混合充分，另一方面减少了燃料未燃直接喷出灶体外的损失。6) 二次气化器可使少量未燃燃料再次气化，实现真正完全气化燃烧；另一方面，二次气化器还具有均匀分布火焰的作用。7)灶具下方设置了旋孔空气分配器，由于其上散布的风洞呈顺时针向前侧倾，使自然吸入的空气通过风洞变向形成旋流，以一定速度进入燃烧室，利于与燃料充分混合燃
Jyti ο8) 二次气化器上方有气化燃烧室，在这里燃料完全以气态形式充分燃烧，比液态或汽液混合燃烧效率更高。由于上述特点，本发明的醇基燃料清洁气化燃烧灶具燃烧稳定充分，火力大，热效率高，不出现火刺，无火焰回卷、黑烟、火焰干扰等不良燃烧现象，烟气排放有害物质大大降低，大部分指标低于石油液化气，清洁卫生，适合于醇基燃料、醇轻烃混合燃料等多种液体燃料，应用范围广。本发明的醇基燃料清洁气化燃烧灶具构造简单、组件紧凑、操作简便，生产成本低，便于制造推广。
图I是本发明醇基燃料清洁气化燃烧灶具的结构示意图。图2是图I中气化器的俯视结构示意图。图3是图I中旋孔空气分配器的俯视结构示意图。图4是图I中二次气化器的俯视结构示意图。
具体实施例方式醇基燃料清洁气化燃烧灶具的结构如图I所示，由灶体3、气化器8、二次气化器4、旋孔空气分配器10和输油管11组成。其灶体3为一圆柱体形的腔体，在灶体3的底部设有一环状的围堰1，围堰I中央开口作为进空气口 2，外围构成一环状的预燃室13。预燃室13以上的腔体部分又由二次气化器4分隔成上部的气化燃烧室6和混合燃烧室7两部分。输油管11系硬质不锈钢管，从进空气口 2通入灶体3混合燃烧室7内，由三条径向拉筋12固定在灶体3上，在灶体3外的输油管11上设置有针型阀14和油泵15。气化器8位于灶体3中部的混合燃烧室7内，与输油管11连接。气化器8的结构如图2，呈扁圆形状，在气化器8的四周呈放射状径向设置有多个与气化器8整体连接的圆柱形燃料喷嘴9，燃料喷嘴9的顶端封闭，喷孔16位于燃料喷嘴9的侧壁上，开口方向朝向侧上方，形成一螺旋，以保证气化的燃料旋流状向上喷向混合燃烧室的内壁，而不是垂直向上喷射，强化其与空气的混合程度。旋孔空气分配器10安装在气化器8的下方，固定在输油管11上，其结构如图3，呈圆盘形状，有一定的厚度，直径略大于进空气口 2。在旋孔空气分配器10的外周呈环形设置有若干圈风洞17，风洞17的开口方向不垂直于圆盘，而是顺时针向前倾斜，形成导流螺旋，可以使吸入的空气呈旋流状态螺旋上升进入混合燃烧室，与喷射的燃料充分混合均匀，有利于燃烧充分彻底。分配器中心为实心结构，不设置风洞，可以减少吸入的空气直接吹向气化器8底部。二次气化器4的结构如图4所示，为环形结构，中部设有风孔5，固定在灶体3中上方，将灶体3分隔成上部的气化燃烧室6和下部的混合燃烧室7，气化燃烧室6与混合燃烧室7通过二次气化器4中间的风孔5连通。在二次气化器4上散布有密集的火孔18，微量的未气化雾状燃料与二次气化器4接触，再次受热气化，进入气化燃烧室中完全气化燃烧，提高燃烧效率。本发明醇基燃料清洁气化燃烧灶具的使用方法如下开启油泵、针形阀，少量液态燃料经由气化器燃料喷嘴流入预燃室中。关闭针形阀，停止供油，点燃预燃室内的液态燃料。待燃料喷嘴有气体喷出时，逐渐开启针形阀。燃烧所需空气由灶体底部进空气口吸入，经由旋孔空气分配器螺旋状进入混合燃烧室与燃料混合。随着燃烧进行，气化器温度升高，进入的燃料瞬时气化，喷嘴几乎不再有液体喷出，气态燃料与空气在燃烧室混合燃烧。燃烧室温度越高，燃料气 化速度越快，同时底部真空度渐强，吸入的空气量加大，火力越来越强。熄火时，先关闭油泵，再关闭针形阀，火焰熄灭，吸入的空气也逐渐减小。
权利要求
1.一种醇基燃料清洁气化燃烧灶具，由灶体、气化器、二次气化器、旋孔空气分配器和输油管构成，其特征在于，所述灶体为一圆柱体形的腔体，灶体底部中央设有一环状的围堰，在灶体底部围成一环状的预燃室；所述围堰的中央为进空气口，输油管从进空气口通入灶体中，与位于灶体中部的扁圆形气化器连接，在所述气化器的四周呈放射状径向设置有多个燃料喷嘴；一个圆盘状旋孔空气分配器固定安装在气化器与进空气口之间的输油管上，在旋孔空气分配器的外周呈环形设置有若干圈风洞；气化器上方固定有一个环形的二次气化器，将灶体分隔成上部的气化燃烧室和下部的混合燃烧室，所述气化燃烧室与混合燃烧室通过二次气化器中间的风孔连通。
2.根据权利要求I所述的灶具，其特征在于所述燃料喷嘴上的喷孔位于燃料喷嘴的侧壁上，开口方向朝向侧上方。
3.根据权利要求2所述的灶具，其特征在于所述燃料喷嘴上的喷孔开口方向一致，形成一螺旋。
4.根据权利要求I所述的灶具，其特征在于所述任一圈风洞的开口方向均顺时针向前倾斜，形成导流螺旋。
5.根据权利要求I或4所述的灶具，其特征在于所述旋孔空气分配器的中心位置为实心结构，不设置风洞。
6.根据权利要求I或4所述的灶具，其特征在于所述旋孔空气分配器的直径大于进空气口的直径。
7.根据权利要求I所述的灶具，其特征在于在所述环状二次气化器上散布有密集的火孔。
8.根据权利要求I所述的灶具，其特征在于所述输油管通过若干条径向拉筋固定在灶体上。
全文摘要
本发明公开了一种醇基燃料清洁气化燃烧灶具，由灶体、气化器、二次气化器、旋孔空气分配器和输油管构成，灶体底部中央设有一围堰，在灶体底部围成一预燃室；围堰中央为进空气口，输油管从进空气口通入灶体中，与灶体中部的气化器连接，在气化器四周呈放射状径向设置有多个燃料喷嘴；旋孔空气分配器固定在气化器与进空气口之间的输油管上，旋孔空气分配器外周呈环形设置有风洞；二次气化器固定在气化器上方，将灶体分隔成上部的气化燃烧室和下部的混合燃烧室，气化燃烧室与混合燃烧室通过二次气化器中间的风孔连通。
文档编号F24C5/02GK102966984SQ20121054717
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者郭四虎, 常永龙, 庞尔国, 吴跃曲, 郭芬 申请人:山西华顿实业有限公司