燃燒器的制造方法
【專利摘要】一種在燃燒器中使用的燃料噴嘴包括主體，所述主體具有入口端和出口端，并且限定在入口端與出口端之間延伸的縱向軸線。燃料通路具有燃料接收入口和燃料噴出出口，所述燃料噴出出口用于將燃料輸送到燃燒器的混合室。第一空氣流動通道具有入口和設置成與燃料噴出出口相鄰的出口，所述第一空氣流動通道的出口用于將空氣輸送到混合室。第一空氣流動通道的與出口相鄰的部分相對于縱向軸線傾斜定向。第二空氣流動通道具有入口和設置成與燃料噴出出口相鄰的出口，所述第二空氣流動通道的出口用于將空氣輸送到混合室。第一空氣流動通道和第二空氣流動通道基本上包圍燃料通路，并且設置在主體的外部上。
【專利說明】燃燒器
[0001]本申請是于2009年9月22日向中國專利局遞交的申請號為200980146768.7 (發明名稱:燃燒器)的專利申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請是主張2008年9月22日提出申請的美國臨時專利申請第61/099，200號的優先權的正式申請。
【技術領域】
[0004]本發明涉及燃燒器，并且更具體地涉及使空氣或氧氣與氣態或蒸發燃料混合的燃
【背景技術】
[0005]使用氣態燃料或液態燃料的燃燒器用于包括鍋爐、管式加熱器、爐子、其它燃氣用具的許多應用以及其它應用中。基本上，這些燃燒器將氣態燃料或液態燃料引入到空氣或氧氣流中。如果使用液態燃料，必須蒸發或霧化該液態燃料。首先，點燃產生的燃料和空氣或氧氣流并使該燃料和空氣或氧氣流作為可見火焰或作為極熱氣體混合物流離開燃燒器的噴嘴。
[0006]為了試圖提高例如鍋爐、管式加熱器、爐子及其它燃氣用具的不同應用中的現有技術的水平，進行詳細的研究以使這些上述領域中的每一個中的現有技術水平合格并量化該現有技術水平。研究毫無例外地表明可以對這些領域中的每一個，特別是減少操作成本并減少或消除排放物進行改進。在目前的世界市場中，操作成本和諸如減少或消除排放物的環境問題通常是最顯著爭論點的中的兩個，甚至是大多數行業所面臨的最顯著的爭論點。
[0007]值得注意地，在現有技術中顯而易見的是對使用燃燒器以產生熱量的這些各種類型的裝置進行的可能的改進最終不會導致顯著地改進。在現有技術中顯而易見的是，毫無例外地，這些各種類型裝置中的基本問題在于燃燒器的效率低。大多數現有技術的燃燒器的效率僅在大約60% _70%。燃料的不完全燃燒是所有這些裝置所固有的主要問題。此外，燃燒效率低的這種問題是導致行業中以上所述兩個顯著成本(即，操作成本和環境問題)的主要原因。
[0008]因此，為了根本上改進諸如鍋爐、管式加熱器、爐子及其它燃氣用具的裝置，已經發現必須使燃燒器技術的設計具有顯著和基本的進步。更具體地，為了最大化鍋爐、管式加熱器、爐子及其它燃氣用具的設計，根據成本、效率等，需要根本上重新設計為所述鍋爐、管式加熱器、爐子及其它燃氣用具提供動力的燃燒器。如果用于這些設備的燃燒器可以防止低效率，則不用改善鍋爐技術、管線加熱爐技術、熔爐技術等等。
[0009]要注意的是已經試圖對各種類型的燃燒器的這種改進在各種領域中已經進行了許多年，但沒有顯著的成就。因此，通常對燃燒器系統和使用燃燒器的裝置進行其它方面的改善。
[0010]用于克服排放物的環境問題的最通常的設計改進為使廢氣再循環。總之，已經發現廢氣的再循環可以用于減少燃燒器系統的整個排放物。然而，具有與這種廢氣的再循環相關聯的問題。最顯著的問題在于廢氣的再循環基本上會增加使燃燒空氣和添加的廢氣的混合物流通過系統所需的能量。例如，通常從排出返回到燃燒器的百分之十(10%)的廢氣再循環的增加通常會導致迫使空氣進入燃燒器系統的風扇所述的功率增加大約40% -45%。顯而易見地，與根據效率并因此根據成本得到的解決方案相比較，這種解決方案是不易被接受的。在考慮大多數廢氣多次通過燃燒器系統是這尤其不易被接受。
[0011]具有一種使用來自高速燃燒空氣射流的能量以促進燃燒器系統內再循環的燃燒器系統。這種技術的可行性取決于許多因素，并且如果使用這種技術通常更加難以使相當大的一部分燃燒產物返回到燃燒器，從而使得在許多情況下難以采用該技術。
[0012]清楚的是使廢氣再循環以改進排放物不是一種改進燃燒器系統的設計的可行方案。在燃料通過燃燒器系統的情況下使燃料盡可能有效率地燃燒是唯一合理的解決方案；然而，不存在理想的有效的燃燒器。
[0013]只有燃燒器和燃燒器技術的基本重新設計將導致產生低排放物的有效燃燒器。燃燒器的基本技術在最近幾十年沒有顯著變化。現有技術的研究已經揭示了根據效率和排放物的被公知為相對有效但沒有隨后所述的本發明有效率的燃燒器的兩個示例。
[0014]2009年2月3日授予Kobayashi等人的美國專利No7，484，956公開了使用共同產生的氧氣和氮氣流的低NOx燃燒。通過將烴類燃料供給到稍微富氧大氣中，并且將空氣分離成被分別供給到燃燒裝置中的富氧氣流和富氮氣流通過形成較少的NOx而實現所述烴類燃料的燃燒。
[0015]2008年9月30日授予Lanary等人的美國專利No7，429，173公開一種在爐子中使用的氣體燃燒器和使爐子中的氣體燃燒的方法，尤其但不唯一地公開了一種在油裂化過程或煉油過程中使用的過程爐。氣體燃燒器包括具有相鄰出口的兩個通路。第一通路與受壓燃料氣體源流體連通，并且具有再循環廢氣可以通過其進入的孔口，第二通路與空氣流體連通。在操作中，燃料氣體被注入到第一通路中，并且再循環廢氣由此被吸入到第一通路中，使得該廢棄與燃料氣體混合。燃料氣體被部分燃燒，并且部分燃燒的燃料氣體和再循環廢氣沿第一通路流動并與來自第二通路的空氣接觸并燃燒。再循環廢氣的使用控制NOx排放物的水平，并且因為再循環廢氣通過受壓燃料氣體流被吸入到第一通路中，因此不需要提供復雜的泵送機構。
[0016]2008年9月9日授予Lifshits的美國專利No7，422，427公開了一種能量有效低NOx燃燒器和操作該燃燒器的方法。燃燒器安裝在具有混合室的爐子中，所述混合室至少由爐前壁、兩個側壁、頂部壁和底部壁以及傳熱管限定，傳熱介質流動通過所述傳熱管并布置在所述頂部壁、底部壁和側壁中的至少一個上。燃燒器組件安裝到爐前壁，并且具有帶有開口遠端的管形構件，所述開口遠端位于混合室內。管形構件的另一端連接到爐前壁。多個燃燒空氣端口從管形構件的另一個近端延伸到管形構件，并且連接到燃燒空氣源。多種燃料氣體排放噴嘴也從管形構件的另一端延伸到所述管形構件中，并連接到燃料源。形成在管形構件中的爐子氣體開口與遠端間隔開，繞管形構件的周邊布置，并且相對于混合室定位，使得爐子氣體在到達爐子氣體開口之前循環通過一些傳熱管，從而形成燃燒空氣、燃料氣體和爐子氣體的混合物。管形構件的遠端處的旋轉器產生用于旋轉器和管形構件的混合物下游的的再循環區。
[0017]2002年11月26日授予Kelly等人的美國專利No6, 485，289公開了一種超小NOx燃燒器系統和方法。在低溫燃盡和NOx還原反應區中使燃料改善富燃料反應器(FMFRR)區氣體與來自貧燃料反應器(FMR)區的產物一起。燃料改善富燃料的反應器通過使熱氣與反應物的再循環而使燃燒穩定。富燃料區中的含氮物質衰減反應控制NOx的產生。來自富燃料區的含氮物質和來自貧燃料區的NOx然后在最佳溫度下在燃盡區中反應，并且在NOx最小化的情況下含氮物質混合。在所有區域中的溫度，并且具體地在燃盡區中的溫度可以通過爐氣夾帶、產生的廢氣循環、強制的廢氣循環和通過放熱和/或對流熱交換的有源冷卻來控制。NOx可以通過將氨氣或類似的含氨物質引入到低溫燃盡區中而被進一步減少。通過平衡多個區域上的燃燒和排放控制反應，在良好的火焰穩定性、倒爐、傳熱和噪聲特性下可以實現低排放。
【發明內容】
[0018]本發明的一個目的是提供一種在燃燒器中使用的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴使燃燒器非常有效地燃燒燃料。
[0019]本發明的另一個目的是提供一種在燃燒器中使用的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴使燃燒器產生極少的有害排放物。
[0020]本發明的又一個目的是提供一種在燃燒器中使用的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴和燃燒器可以與各種類型的氣態燃料和液態燃料一起使用。
[0021]本發明的又一個目的是提供一種在燃燒器中使用的燃料噴嘴，其中所述燃料噴嘴和燃燒器具有成本效率。
[0022]根據本發明的一方面，公開了一種在燃燒器中使用的新穎的燃料噴嘴。燃料噴嘴包括主體，所述主體具有入口端和出口端，并且限定在入口端與出口端之間延伸的縱向軸線。燃料通路具有燃料接收入口和燃料噴出出口，所述燃料噴出出口用于將燃料輸送到燃燒器的混合室。第一空氣流動通道具有入口和設置成與燃料噴出出口相鄰的出口，所述第一空氣流動通道的出口用于將空氣輸送到混合室。第一空氣流動通道的與出口相鄰的部分相對于所述縱向軸線傾斜定向。
[0023]根據本發明的另一方面，公開了一種在燃燒器中使用的新穎的燃料噴嘴。燃料噴嘴包括主體，所述主體具有入口端和出口端，并且限定在入口端與出口端之間延伸的縱向軸線。燃料通路具有燃料接收入口和燃料噴出出口，所述燃料噴出出口用于將燃料輸送到燃燒器的混合室。第一空氣流動通道設置在細長主體的外部上，并且具有入口和設置成與燃料噴出出口相鄰的出口，所述第一空氣流動通道的出口用于將空氣輸送到混合室。
[0024]根據本發明的又一個方面，公開了一種在燃燒器中使用的新穎的燃料噴嘴。燃料噴嘴包括主體，所述主體具有入口端和出口端，并且限定在入口端與出口端之間延伸的縱向軸線。燃料通路具有燃料接收入口和燃料噴出出口，所述燃料噴出出口用于將燃料輸送到燃燒器的混合室。第一空氣流動通道具有入口和設置成與燃料噴出出口相鄰的出口，所述第一空氣流動通道的和出口用于將空氣輸送到混合室。第二空氣流動通道具有入口和設置成與燃料噴出出口相鄰的出口，所述第二空氣流動通道的出口用于將空氣輸送到混合室。第一空氣流動通道和第二空氣流動通道基本上包圍燃料通路。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]在參照附圖研究以下詳細說明和所附權利要求時，本發明的其它優點、特征和特性以及結構的相關元件的操作方法和作用將變得更加清楚呈現，以下簡要說明所述附圖。
[0026]被認為為根據本發明的燃燒器的特性的新穎性特征及其結構、組織使用和操作方法與本發明的進一步目標和優點一起將從以下附圖更好地理解，在所述附圖中，以示例的方式說明本發明的當前優選實施例。然而，要明確理解的是所述附圖僅僅是為了進行圖解和說明，而不旨在對本發明的范圍進行限定。在附圖中:
[0027]圖1是根據本發明的燃燒器的第一優選實施例的立體圖；
[0028]圖2是圖1的燃燒器的第一優選實施例的分解立體圖；
[0029]圖3是圖1的燃燒器的第一優選實施例的左側正視圖；
[0030]圖4是圖1的燃燒器的第一優選實施例的右側正視圖；
[0031]圖5是圖1的燃燒器的第一優選實施例的頂部平面圖；
[0032]圖6是圖1的燃燒器的第一優選實施例的底部平面圖；
[0033]圖7是圖1的燃燒器的第一優選實施例的前視圖；
[0034]圖8是圖1的燃燒器的第一優選實施例的后視圖；
[0035]圖9是圖1的燃燒器的第一優選實施例的沿圖8的剖面線9-9截得的截面側視圖；
[0036]圖10是圖1的燃燒器的第一優選實施例的沿圖8的剖面線10-10截得的截面頂部平面圖；
[0037]圖11是為圖1的第一優選實施例的一部分的空氣流動控制后殼體的立體圖；
[0038]圖12是圖11的空氣流動控制后殼體的側視圖；
[0039]圖13是圖11的空氣流動控制后殼體的前視圖；
[0040]圖14是圖11的空氣流動控制后殼體的后視圖；
[0041]圖15是圖11的空氣流動控制后殼體的沿圖13的剖面線15-15截得的截面側視圖；
[0042]圖16是圖11的空氣流動控制后殼體的沿圖13的剖面線16_16截得的截面側視圖；
[0043]圖17是圖11的空氣流動控制后殼體沿圖13的剖面線17_17截得的截面側視圖；
[0044]圖18是圖1的第一優選實施例的燃燒器的一部分的外殼的寬后部的立體圖；
[0045]圖19是圖18的外殼的寬后部的側視圖；
[0046]圖20是圖18的外殼的寬后部的前視圖；
[0047]圖21是圖18的外殼的寬后部的后視圖；
[0048]圖22是圖18的外殼的寬后部的沿圖20的剖面線22_22截得的截面側視圖；
[0049]圖23是圖1的第一優選實施例的一部分的燃料噴嘴的立體圖；
[0050]圖24是圖23的燃料噴嘴的側視圖；
[0051]圖25是圖23的燃料噴嘴的前視圖；
[0052]圖26是圖23的燃料噴嘴的后視圖；
[0053]圖27是圖23的燃料噴嘴的沿圖26的剖面線27_27截得的截面側視圖；
[0054]圖28是為圖1的第一優選實施例的燃燒器的一部分的外殼的窄前部的立體圖；
[0055]圖29是圖28的外殼的窄前部的分解立體圖；
[0056]圖30是圖28的外殼的窄前部的左側視圖；
[0057]圖31是圖28的外殼的窄前部的右側視圖；
[0058]圖32是圖28的外殼的窄前部的頂部平面圖；
[0059]圖33是圖28的外殼的窄前部的底部平面圖；
[0060]圖34是圖28的外殼的窄前部的前視圖；
[0061]圖35是圖28的外殼的窄前部的后視圖；
[0062]圖36是圖28的外殼的窄前部的沿圖34的剖面線36_36截得的截面頂部平面圖；
[0063]圖37是圖28的外殼的窄前部的沿圖34的剖面線37_37截得的截面側視圖；
[0064]圖38是在燃燒室位于適當位置并在使用中的情況下圖1的燃燒器的截面的側視圖；
[0065]圖39是根據本發明的燃燒器的第二優選實施例的側視圖；
[0066]圖40是圖39的燃燒器的第二優選實施例的沿圖39的剖面線40_40截得的截面頂部平面圖；
[0067]圖41是為根據本發明的第二優選實施例的一部分的燃料噴嘴的側視圖；和
[0068]圖42是類似于圖41的但在從噴嘴主體移除噴嘴末端的側視圖。
【具體實施方式】
[0069]參照附圖的圖1-42，要注意的是圖1-38涉及根據本發明的燃燒器的第一優選實施例，而圖39-42涉及根據本發明的燃料噴嘴的第二優選實施例。
[0070]以下參照圖1-38，將對顯示根據本發明的燃燒器的第一優選實施例的圖1-38進行說明，其中所述燃燒器總體由附圖標記20表示。優選實施例的燃燒器20包括具有前端24和后端26的主體22。主體22限定在前端24與后端26之間延伸的縱向軸線“L”。應該理解的是雖然對于一些形狀的燃燒器來說，在前端后面和后端的確定可以稍微是任意的，但是前端通常被限定為火焰產生，而后端被限定為輸入空氣和燃料和空氣與燃料開始混合的區域。
[0071]應該理解的是為了方便，術語空氣用于說明從空氣加壓源或空氣壓縮源接收的空氣，但是也可以使用來自氧氣加壓源或氧氣壓縮源的氧氣。如果使用空氣源，則空氣中的氧氣與諸如丙烷、天然氣等的燃料反應。空氣中的氮氣僅在燃燒時與氧氣分離。也可以設計氫氣可以與氧氣一起使用。
[0072]在優選的實施例中，如圖所示,但不是必須的，主體22包括空氣流動控制后殼體30和外殼40。空氣流動控制后殼體30通過螺紋緊固件23以可移除和可更換的關系固定到外殼40。大致直的燃料噴嘴50位于空氣流動控制后殼體30和外殼40內。
[0073]外殼40包括寬后部42和窄前部44。寬后部42具有傾斜外表面42和通道43，所述通道具有傾斜內表面43a和固定直徑部分43b。傾斜內表面43a限定寬空氣儲存室70的外壁。固定直徑部分43b在其中以緊密接觸的關系接收大致直的燃料噴嘴50。
[0074]窄前部44包括圓筒形管44a、焊接到圓筒形管44a的后端的后凸緣44b、和焊接到圓筒形管44a的前端的前板44c。窄前部44通過螺紋緊固件41固定到寬后部42。前板44c鄰接在焊接到圓筒形管44的三個支撐凸緣44d上，并且通過螺紋緊固件44i被保持在適當的位置。前板44c還具有環狀凸緣44e,所述環狀凸緣鄰接在位于窄前部44的減小直徑前端部44g的后端處的環形肩狀部44f。進一步地，前板44c具有圓形凹部44h，所述圓形凹部用于將燃燒室管45的后端45b接收在所述圓形凹部中。燃燒室管45的后端45b具有陽螺紋部分45c，所述陽螺紋部分與前板44c上的配合的陰螺紋部分44h通過螺紋嚙合。燃燒室管45形成室，由本發明的燃燒器20產生的火焰被封閉在所述室中。可以選擇燃燒室管45的長度和內徑如期望地使火焰的突起最大化，并且還可以選擇所述長度和內徑以產生與燃燒器20的輸出(火焰)有關的特定理由。
[0075]空氣流動控制后殼體30包括具有前端33和后端34的主體32。縱向軸線“L”在前端33與后端34之間延伸。優選地，主體32由金屬制成，但是可以由任意其它適當的材料制成。
[0076]空氣流動控制后殼體30還包括在主體32中的噴嘴接收通路36。噴嘴接收通路36大致居中地設置在主體32中并沿縱向軸線“L”定向。空氣流動控制后殼體30還包括從主體32向前延伸的環狀錐形部分37。噴嘴接收通路36延伸通過環狀錐形部分37。
[0077]在主體32中具有至少一個空氣入口，并且在優選的實施例中，如圖所示，在主體32，具體地在后殼體32中具有第一空氣入口 38和第二空氣入口 39。第一空氣入口 38和第二空氣入口 39間隔開一百八十度(180° )，以便有效地最大化氣流的隨后混合。第一空氣入口 38和第二空氣入口 39每一個都大致沿縱向軸線“L”定向，如圖所示，但是第一空氣入口 38和第二空氣入口 39可以可選地以另一個角度定向。要預計的是在所述主體32中還可以具有額外的空氣入口以適應對額外空氣輸入的需要。
[0078]還應該注意的是在可選的實施例中，可以具有用于引入諸如氫氣并且甚至包括來自其它類型燃燒器的非燃燒排放物的輔助類型燃料和類似燃料的另外的入口。
[0079]空氣流動控制后殼體30包括在主體部分32中的大致環形空氣聚集室29。大致環形空氣聚集室29與第一空氣入口 38和第二空氣入口 39流體連通。大致環形流動通道的形狀大致是圓形的。
[0080]在主體部32內還具有大致環形空氣流動混合室100。大致環形空氣流動混合室100的形狀大致是圓形的。
[0081]大致環形壁110分隔大致環形空氣聚集室29和大致環形空氣流動混合室100。大致環形壁110的形狀大致是圓形的。
[0082]大致環形空氣聚集室29基本上包圍大致環形空氣流動混合室100。大致環形空氣聚集室29的高度和大致環形空氣聚集室100的高度彼此類似。進一步地，大致環形空氣聚集室29和大致環形空氣流動混合室100沿縱向軸線“L”大致縱向彼此對準。
[0083]第一空氣入口 38和第二空氣入口 39設置在大致環形空氣聚集室29的后面，以便正確地將空氣流向前引導到空氣聚集室29中。進一步地，依此方式，將空氣管路連接到第一空氣入口 38和第二空氣入口 39的附件沒有側向向外突出，這可能是不安全的。
[0084]第一空氣流動開口 101在大致環形空氣聚集室29與大致環形空氣流動混合室100之間延伸。第一空氣流動開口 101具有第一高度，所述第一高度為大致環形壁110的高度的一部分。第二空氣流動開口 102在大致環形空氣聚集室29與大致環形空氣流動混合室100之間延伸。第二空氣流動開口 102具有第二高度，所述第二高度為大致環形壁110的高度的一部分。第一空氣流動開口 101的高度大于第二空氣流動開口 102的高度。
[0085]燃燒器20還包括在大致環形空氣聚集室29與大致環形空氣流動控制室100之間延伸的第三空氣流動開口 103。第三空氣流動開口 103具有第三高度，所述第三高度為大致環形壁110的高度的一部分。第一空氣流動開口 101的高度大于第三空氣流動開口 103的高度，而第二空氣流動開口 102的高度大于第三空氣流動開口 103的高度。
[0086]燃燒器20還包括在大致環形空氣聚集室29與大致環形空氣流動控制室100之間延伸的第四空氣流動開口 104。第四空氣流動開口 104具有第四高度，所述第四高度為大致環形壁110的高度的一部分。第一空氣流動開口 101的高度大于第四空氣流動開口 104的高度。第二空氣流動開口 102的高度大于第四空氣流動開口 104的高度。第三空氣流動開口 103的高度大于第四空氣流動開口 104的高度。
[0087]已經發現使第一空氣流動開口 101、第二空氣流動開口 102、第三空氣流動開口103和第四空氣流動開口 104具有不同的高度能夠使進入大致環形空氣流動混合室100的空氣產生有效的動態流動混合物。
[0088]還預計的是在本發明的在另一個實施例中，第一、第二、第三和第四空氣流動開口可以以一角度定向，使得流動通過所述空氣流動開口的空氣傾斜地進入大致環形空氣流動混合室100，從而有助于在大致環形空氣流動混合室100中產生環形旋流圖案。
[0089]大致直的燃料噴嘴50包括具有入口端56和出口端57的細長主體55，并且所述大致直的燃料噴嘴的橫截面大致為圓形。主體55限定在入口端56和出口端57之間延伸的縱向軸線“L”。
[0090]燃料噴嘴50具有居中地設置在細長主體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和燃料噴出出口 54，用于通過使來自燃料接收入口 53的燃料流輸送至燃料噴出出口 54而將燃料輸送到燃燒器20的混合室80。在第一優選的實施例中，如圖所示，燃料噴出出口 54實際上包括第一燃料噴出出口 54a、第二燃料噴出出口54b、第三燃料噴出出口 54c、第四燃料噴出出口 54d、第五燃料噴出出口 54e和第六燃料噴出出口 54f。第一燃料噴出出口 54a、第二燃料噴出出口 54b、第三燃料噴出出口 54c、第四燃料噴出出口 54d、第五燃料噴出出口 54e和第六燃料噴出出口 54f每一個都相對于縱向軸線“L”以大約十度的角度定向，這已經被發現對于通過空氣進行的迅速蒸發來說可以使燃料完全擴散。可以可選地使用任意其它適當的角度。
[0091]優選地，細長主體55包括具有圓形橫截面的窄后部55a、具有圓形橫截面的寬前部55b和使窄后部55a與寬前部55b相互連接的傾斜部分55c。燃料接收入口 53設置在入口端56處，而燃料噴出出口 54設置在出口端57處。燃料噴嘴50的傾斜部分55c以密封接觸的方式與燃燒器20的主體上的配合的接收表面21接合。在主體55的入口端56處還具有在燃料通路58上的梯級狀噴嘴配合部分59。
[0092]燃料噴嘴50還包括從燃燒器20的主體22的后端26后面突出的外部后部分51。優選地，燃料噴嘴50的外部后部分51帶有螺紋以在該外部后部分上接合配合的螺母52，從而將燃料噴嘴50保持在主體32內的適當位置。
[0093]為了允許空氣從壓縮空氣源(非具體顯示)流動到燃燒器20的混合室80，設有第一空氣流動通道90a、第二空氣流動通道90b、第三空氣流動通道90c、第四空氣流動通道90d和第五空氣流動通道90e。已經發現優選的是具有這些數量的空氣流動通道，為了使空氣流動和分配均勻，可以具有兩個或更多個空氣流動通道90。基于燃燒器20的特定應用，燃燒器20和燃料噴嘴50的尺寸等，可以使用任意適當數量的空氣流動通道90。已經對根據本發明的各種燃料噴嘴進行了試驗，包括來自兩個空氣流動通道90的各種燃料噴嘴。已經發現每一種特定數量的空氣流動通道可能具有其自身的優點和缺點。
[0094]第一空氣流動通道90a、第二空氣流動通道90b、第三空氣流動通道90c、第四空氣流動通道90d和第五空氣流動通道90e中的每一個都具有入口 91和出口 92，所述出口 92被設置成與燃料噴出出口 54相鄰，用于將空氣輸送到燃燒器20的混合室80。如圖中清楚地所示，第一空氣流動通道90a、第二空氣流動通道90b、第三空氣流動通道90c、第四空氣流動通道90d和第五空氣流動通道90e中的每一個都與所述出口相鄰的部分93相對于縱向軸線“L”被傾斜定向。更具體地，基本上全部第一空氣流動通道90a、第二空氣流動通道90b、第三空氣流動通道90c、第四空氣流動通道90d和第五空氣流動通道90e相對于縱向軸線“L”被傾斜定向。甚至更加具體地，第一空氣流動通道90a、第二空氣流動通道90b、第三空氣流動通道90c、第四空氣流動通道90d和第五空氣流動通道90e中的每一個都呈螺旋形形狀。多個螺旋形形狀的空氣流動通道90中的每一個都基本上平行于相鄰的螺旋形形狀的空氣流動通道90。螺旋形形狀的空氣流動通道90優選地設置燃料噴嘴50的外部上。
[0095]第一空氣流動通道90a的入口 91具有大于同一個第一空氣流動通道90a的出口92的橫截面面積的橫截面面積；第二空氣流動通道90b的入口 91具有大于同一個第二空氣流動通道90b的出口 92的橫截面面積的橫截面面積；第三空氣流動通道90c的入口 91具有大于同一個第三空氣流動通道90c的出口 92的橫截面面積的橫截面面積；第四空氣流動通道90d的入口 91具有大于同一個第四空氣流動通道90d的出口 92的橫截面面積的橫截面面積；第五空氣流動通道90e的入口 91具有大于同一個第五空氣流動通道90e的出口92的橫截面面積的橫截面面積。優選地，入口 91中的每一個的橫截面面積彼此相同，而出口 92中的每一個的橫截面面積彼此相同。
[0096]進一步地，第一空氣流動通道90a的入口 91的橫截面面積與同一個第一空氣流動通道90a的出口 92的橫截面面積的比值大約為1.6比I ;第二空氣流動通道90b的入口 91的橫截面面積與同一個第二空氣流動通道90b的出口 92的橫截面面積的比值也大約為1.6比I ;第三空氣流動通道90c的入口 91的橫截面面積與同一個第三空氣流動通道90c的出口 92的橫截面面積的比值也大約為1.6比I ;第四空氣流動通道90d的入口 91的橫截面面積與同一個第四空氣流動通道90d的出口 92的橫截面面積的比值也大約為1.6比I ;第五空氣流動通道90e的入口 91的橫截面面積與同一個第五空氣流動通道90e的出口 92的橫截面面積的比值也大約為1.6比I。
[0097]已經發現大約1.6比I的比值可以更加準確地被表示為黃金比例，又被公知為黃金數，其中黃金數通常由希臘字母PHI (φ)表示并由數學表達式(1 + 71)/2，且近似等于
1.618033987。
[0098]進一步地，優選的是五個空氣流動通道90中的每一個的橫截面面積從入口 91朝向出口 92減小。更具體地，還優選的是五個空氣流動通道90中的每一個的寬度從入口 91朝向出口 92減小，以便方便制造，同時深度保持不變。五個空氣流動通道90的深度也可以從入口 91朝向出口 92減小，或者另外地通道90的寬度減小，或代替地通道90的寬度減少。
[0099]如可以在圖1中最清楚地所示，燃料噴嘴50的寬前部55b以密封的關系接觸燃燒器20的恒定橫截面前部24。因此，空氣必須通過螺旋形空氣流動通道90以到達混合室80。
[0100]如圖中所示，六個燃料噴出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f稍微設置在五個空氣流動通道90a、90b、90c、90d和90e的出口的前面，以允許空氣從五個空氣流動通道90a、90b、90c、90d和90e流動，從而向前輸送并且實質上“拾取”來自六個燃料噴嘴50的燃料噴出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f的燃料并與該燃料混合。
[0101]燃燒器20還具有與燃料噴出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f和五個空氣流動通道90a、90b、90c、90d和90e的出口 92流體連通的混合室80。混合室80設置在燃料噴嘴50的燃料噴出出口 54a、54b、54c、54d、54e和54f和五個空氣流動通道90a、90b、90c、90d和90e的出口 92的前面，并沿著縱向軸線“L”與燃料通路58對準。
[0102]燃燒器20還包括寬空氣儲存室70，所述寬空氣儲存室流體連通地介于第一空氣入口 38和第二空氣入口 39與五個螺旋形空氣流動通道90a、90b、90c、90d和90e之間。優選地，寬空氣儲存室70的形狀為環形，并且從后向前漸縮(變窄)。寬空氣儲存室70具有窄空氣接收入口 72，所述窄空氣接收入口通過空氣流動控制后殼體30與第一空氣入口 38和第二空氣入口 39流體連通。因此，寬空氣儲存室70接收來自第一空氣入口 38和第二空氣入口 39的空氣。寬空氣儲存室70還具有窄空氣流出口 74。因此，來自第一空氣入口 38和第二空氣入口 39的空氣通到燃料噴嘴50中的五個螺旋形空氣流動通道90a、90b、90c、90d 和 90e。
[0103]已經發現的是寬空氣儲存室70與空氣接收入口 72和窄空氣流出口 74 —起有助于空氣從大致環形空氣流動混合室100移動到螺旋形空氣流動通道90。空氣流出口 74的橫截面面積當相對于縱向軸線“L”橫向測量時比寬空氣儲存室70的橫截面面積窄。
[0104]在使用中，參照圖38，空氣通過至少一個空氣入口 38和第二空氣入口 39進入空氣流動控制后殼體30，并且首先聚集在大致環形空氣聚集室29中。空氣從大致環形空氣聚集室29經由第一空氣流動開口 101、第二空氣流動開口 102、第三空氣流動開口 103和第四空氣流動開口 104通到大致環形空氣流動混合室100，第一空氣流動開口 101、第二空氣流動開口 102、第三空氣流動開口 103和第四空氣流動開口 104的偏移深度以四個不同且獨立的“水平”(相對于縱向軸線“L”)使空氣進入大致環形空氣流動混合室100，從而產生非層流空氣。依此方式，空氣被盡可能地擾動，以便有助于下游空氣與來自燃料噴嘴末端60的燃料完全混合。空氣然后通過寬空氣儲存室70，通過窄空氣流出口 74離開，這促進空氣的流動。
[0105]接下來，來自寬空氣儲存室70的空氣在即將被噴出到燃燒器20的混合室80之前必須進入并通過第一空氣流動通道90a、第二空氣流動通道90b、第三空氣流動通道90c、第四空氣流動通道90d和第五空氣流動通道90e。快速空氣流然后通過大致直的燃料噴嘴50的細長主體55的出口端57并通過燃料噴嘴末端60，然后與從燃料噴嘴末端60流出的燃料混合。由于五個空氣流動通道90a、90b、90c、90d和90e的橫截面面積從入口 91到出口 92的減少，空氣以比該空氣進入入口 91的速度明顯較高的速率離開出口 92。
[0106]進一步地，由于第一空氣流動通道90a、第二空氣流動通道90b、第三空氣流動通道90c、第四空氣流動通道90d和第五空氣流動通道90e都為螺旋形形狀，離開這五個空氣流動通道90中的每一個的出口 92的空氣沿混合室80以快速漩流螺旋形圖案(如由箭頭“B”所示)朝向燃燒室82移動，然后甚至移動到燃燒室82中。與燃燒室82的實際長度相t匕，燃燒室82中的空氣的漩流為燃燒室82內的空氣提供大致加長的移動路徑。依此方式，空氣以及空氣已經“拾取”的燃料具有相當長的停留時間。燃料如箭頭“A”所示被廣泛分布到漩流空氣中。由于空氣的漩流，能夠使燃燒持續相當長的時間，因此產生熱量生成，因此從燃燒室82，通過燃燒室管85并到周圍圍繞物的熱傳遞的時間相當長，其中熱量被輸送到所需的目標。在測試中，已經發現本發明的燃燒器20的火焰溫度可以容易地超過2000度，并且產生大約400華氏度的煙囪溫度，該溫度為已經使要加熱的物體的溫度下降的1600華氏度的下降。通常，在現有技術的燃燒器中，火焰溫度的溫度大約為1600華氏度，煙道溫度大約為800華氏度，所述火焰溫度和所述煙道溫度傳遞到只有800度溫差，該800度溫差用于加熱物體。
[0107]以下參考圖39-42，其中顯示了根據本發明的燃燒器的第二優選的實施例，所述燃燒器總體由附圖標記220表示。除了外殼240根據其厚壁而大得多之外，第二優選實施例燃燒器220類似于燃燒器20的第一優選實施例。此外，后殼體230中的大致環形壁210相當厚。進一步地，燃料噴嘴250包括以可移除和可更換的關系安裝在燃料噴嘴250的細長主體255的前端257中的燃料噴嘴末端260。優選地，燃料噴嘴末端260的螺紋后部268接合燃料通路258中的配合的螺紋前端部259。燃料噴嘴末端260如所述以可移除和可更換的關系被安裝，以允許在燃料噴嘴末端260損壞的情況下易于更換該燃料噴嘴末端，以及允許選擇適當的燃料噴嘴末端260用于端部應用，例如，放置在鍋爐、管式加熱器或爐子中。
[0108]如從以上說明和從附圖可以理解的，本發明提供了一種燃料噴嘴，所述燃料噴嘴使燃燒器非常有效地燃燒燃料，產生最小的不需要的排放物，可以與各種類型氣態燃料和液態燃料一起使用，并且具有經濟效益，所有這些特征在現有技術中都是未知的。
[0109]以上原理的其它變形例對本領域的技術人員是顯而易見的，并且這些變形例被認為在本發明的保護范圍內。進一步地，在不背離所附權利要求精神和保護范圍的情況下可以在設計和制造本發明的燃料噴嘴時使用其它修改和改變。
【權利要求】
1.一種燃燒器，包括: 主體； 至少一個空氣入口； 混合室； 燃料通路，所述燃料通路具有燃料接收入口和燃料噴出出口，所述燃料噴出出口用于將燃料輸送到所述混合室； 第一空氣流動通道，所述第一空氣流動通道具有與所述至少一個空氣入口流體連通的入口和被設置成與所述燃料噴出出口相鄰的出口，所述第一空氣流動通道的出口用于將空氣輸送到所述混合室；和 與所述至少一個空氣入口流體連通的大致環形空氣聚集室、大致環形空氣流動混合室、大致分隔所述大致環形空氣聚集室和所述大致環形空氣流動混合室的大致環形壁、和第一空氣流動開口，所述第一空氣流動開口在所述大致環形空氣聚集室與所述大致環形空氣流動混合室之間延伸，并且所述第一空氣流動開口具有為所述大致環形壁的高度的一部分的第一高度。
2.根據權利要求1所述的燃燒器，還包括空氣儲存室，所述空氣儲存室流體連通地介于所述至少一個空氣入口與所述第一空氣流動通道之間。
3.根據權利要求2所述的燃燒器，其中，所述空氣流出口的橫截面面積比所述空氣儲存室的橫截面面積窄。
4.根據權利要求1所述的燃燒器，其中，基本上全部所述第一空氣流動通道相對于所述縱向軸線傾斜定向。
5.根據權利要求4所述的燃燒器，其中，所述第一空氣流動通道為螺旋形形狀。
6.根據權利要求1所述的燃燒器，其中，所述第一空氣流動通道的所述入口的橫截面面積與所述第一空氣流動通道的所述出口的橫截面面積的比值大約為1.6比I。
7.根據權利要求1所述的燃燒器，其中，所述第一空氣流動通道的橫截面面積從所述入口朝向所述出口減小。
8.根據權利要求7所述的燃燒器，其中，所述第一空氣流動通道的寬度從所述入口朝向所述出口減小。
9.根據權利要求8所述的燃燒器，其中，所述第一空氣流動通道的深度從所述入口朝向所述出口減小。
10.根據權利要求1所述的燃燒器，還包括設置在所述主體內的燃料噴嘴，所述燃料噴嘴具有所述燃料通路、所述燃料接收入口和所述燃料噴出出口。
11.根據權利要求1所述的燃燒器，還包括: 大致環形空氣聚集室，所述大致環形空氣聚集室位于所述主體內并與所述至少一個空氣入口流體連通； 大致環形空氣流動混合室，所述大致環形空氣流動混合室位于所述主體內； 大致環形壁，所述大致環形壁基本上分隔所述大致環形空氣聚集室和所述大致環形空氣流動混合室； 第一空氣流動開口，所述第一空氣流動開口在所述大致環形空氣聚集室與所述大致環形空氣流動混合室之間延伸，并且具有為所述大致環形壁的高度的一部分的第一高度；和 第二空氣流動開口，所述第二空氣流動開口在所述大致環形空氣聚集室與所述大致環形空氣流動混合室之間延伸，并且具有為所述大致環形壁的高度的一部分的第二高度， 其中所述第一空氣流動開口的高度大于所述第二空氣流動開口的高度。
12.根據權利要求11所述的燃燒器，還包括第三空氣流動開口，所述第三空氣流動開口在所述大致環形空氣聚集室與所述大致環形空氣流動混合室之間延伸，并且具有為所述大致環形壁的高度的一部分的第三高度，并且其中所述第一空氣流動開口的高度大于所述第三空氣流動開口的高度，所述第二空氣流動開口的高度大于所述第三空氣流動開口的高度。
13.根據權利要求12所述的燃燒器，還包括第四空氣流動開口，所述第四空氣流動開口在所述大致環形空氣聚集室與所述大致環形空氣流動混合室之間延伸，并且具有為所述大致環形壁的高度的一部分的第四高度，并且其中所述第一空氣流動開口的高度大于所述第四空氣流動開口的高度，所述第二空氣流動開口的高度大于所述第四空氣流動開口的高度，所述第三空氣流動開口的高度大于所述第四空氣流動開口的高度。
14.根據權利要求13所述的燃燒器，其中，所述大致環形流動通道的形狀基本上是圓形的。
15.根據權利要求14所述的燃燒器，其中，所述大致環形壁的形狀基本上是圓形的。
16.根據權利要求15所述的燃燒器，其中，所述大致環形流動通道的高度和所述空氣聚集室的高度彼此類似。
17.根據權利要求15所述的燃燒器，其中，所述大致環形空氣聚集室基本上包圍所述大致環形空氣流動混合室。
18.根據權利要求17所述的燃燒器，其中，所述大致環形空氣聚集室和所述大致環形空氣流動混合室沿所述縱向軸線彼此大致縱向對準。
19.根據權利要求15所述的燃燒器，其中，所述至少一個空氣入口設置在所述大致環形空氣聚集室的后面。
【文檔編號】F23D14/24GK104197331SQ201410290884
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2009年9月22日 優先權日:2008年9月22日
【發明者】達塞爾·卡爾靈頓, 威廉·凱爾 申請人:達塞爾·卡爾靈頓, 威廉·凱爾