用于多管換熱器的多錐體燃料燃燒器設備的制造方法
【專利摘要】專門設計的燃燒器組件安裝在燃料點火加熱設備中，所述專門設計的燃燒器組件操作以接收并且燃燒燃料和空氣的預混合流，以便由其產生多個間隔開的火焰，所述火焰與對應的間隔開的多個換熱器管的入口對準并且直接流入到所述入口中。火焰在管內產生熱的燃燒氣體，所述熱的燃燒氣體將燃燒熱量傳遞到在外部橫過管流動的供應流體。燃燒器是中空的穿孔金屬構造，并且安裝在支撐結構上而且從支撐結構朝向管入口向前伸出，而且具有面朝后的開放的入口端部，所述開放的入口端部接收預混合的燃料和空氣流。經由火焰攜帶結構，利用單個點火器點燃所有燃燒器。
【專利說明】
用于多管換熱器的多錐體燃料燃燒器設備
技術領域
[0001]本發明整體涉及一種燃料點火加熱設備(諸如，空氣加熱爐)，并且更加特別地提供了一種專門設計的用于這種燃料點火加熱設備的燃燒設備。
【背景技術】
[0002]在燃料點火加熱設備(例如，空氣加熱爐)中，已知點火方法是使得燃料/空氣混合物流入到燃燒器箱結構中，在所述燃燒器箱結構中布置有燃燒器結構和相關點火器結構，并且所述燃燒器結構和相關點火器結構操作以燃燒燃料/空氣混合物，而且由此產生用于加熱空氣(或者根據可能的情況是另一種流體)的熱的燃燒氣體，以輸送到由加熱設備提供服務的地點。熱的燃燒氣體流動通過一系列換熱器管，待加熱的流體外部橫過所述換熱器管流動，然后被從加熱設備排放到適當的燃料結構中。
[0003]典型地，換熱器管的間隔開的開放入口部分延伸通過燃燒器箱的壁中的開口，所述開口面向燃燒器結構，所述燃燒器結構的傳統形式為細長的平坦或者彎曲的單網燃燒器。圖1示意性示出了傳統的燃料點火加熱設備的燃燒段10，其從圖1的左側至右側包括如圖所示那樣連結在一起的燃燒器箱12、換熱器殼體14和收集器箱16。燃燒器箱12向前終止于換熱器殼體14的后壁18，而換熱器殼體14向前終止于收集器箱16的后壁20。
[0004]間隔開的多根換熱器管22(代表性地為五根)延伸通過換熱器殼體14的內部并且具有:開放的后入口端部24，所述開放的后入口端部24被支撐在換熱器殼體14的后壁18中的對應開口中；和開放的前出口端部26，所述開放的前出口端部26被支撐在收集器箱16的后壁20中的對應開口中。如從圖1可見，換熱器管22的開放的后入口端部24與后換熱器殼體壁18的無孔段28相互交叉。通風導流風扇30如圖所示操作地定位在收集器箱16中。
[0005]現在另外地參照圖2，典型的傳統細長矩形平面金屬網燃燒器32與換熱器管22的開放的入口端部24成向后間隔開的面對關系定位在燃燒器箱12內。燃燒器32被承載在適當的金屬框架34內(見圖2)，所述金屬框架34固定到燃燒器箱12的內凸緣部分36。傳統點火器38操作地與平面燃燒器32相聯。
[0006]在與燃燒器32相聯的加熱設備的加熱期間，預混合的燃料和空氣的流40被向前抽吸通過燃燒器箱12抵達燃燒器32，在所述燃燒器32處，點火器38使流40燃燒，以形成從燃燒器32的前側傳出細長反應型火焰模式42。如從圖1可見，火焰42的一部分被抽吸到換熱器管入口24中并且在換熱器管入口中形成熱的燃燒氣體44，而火焰42的平衡在換熱器殼體14的后壁18的無孔部分28上引導。
[0007]在傳統燃燒段10點火期間，空氣46(或者根據可能的情況是另一種流體)適當地在外部橫過換熱器管22流動，以產生加熱的空氣48，以輸送到由加熱設備服務的調節空間。同時，通風導流風扇30從換熱器管出口端部26抽吸冷卻的燃燒氣體50通過收集器箱16的內部，然后將冷卻的燃燒氣體50排放到適當的煙道。
[0008]在這種預混合燃料/空氣燃燒系統的傳統設計中存在多種眾所周知的問題、限制和劣勢，并且主要因使用平面燃燒器32產生所述問題、限制和劣勢。例如，在這種設備中，由通風導流風扇30產生的負壓趨于使得加熱的燃燒器32向前彎曲到圖1中示出的虛線方向。這種彎曲成弓形可能不令人期望地改變反應流型，而且還可能促進在燃燒器周圍出現一些不期望的燃料/空氣混合物流動路徑。
[0009]另外，平面燃燒器32憑借在燃燒器箱12內存在極其大的單個燃燒區域致使產生的大量燃燒物在被通風導流風扇30抽吸通過換熱器管22之前存在于燃燒器箱12內并且加熱燃燒器箱12。加熱裝置箱內的高溫是不期望的，原因在于其可能導致其它部件出現問題并且這是一種有效減小熱損失的形式。而且，已經發現平面燃燒器32通常是操作噪音的不期望源的主要來源，所述操作噪音包括點燃噪音、結構振動噪音和穩態高頻噪音。已經發現通過用彎曲的單個燃燒器替代平面燃燒器32至少在某些方面減輕了平面燃燒器的彎曲問題，但是在在應用在預混合燃料/空氣燃燒設備中時仍然產生不可接受的大量操作噪音。
【發明內容】
[0010]如可從前述內容中輕易發現的那樣，需要一種應用在燃料點火加熱設備中的預混合燃料/空氣燃燒設備。本發明主要涉及這種需要。
【附圖說明】
[0011]圖1是燃料點火加熱設備的傳統的基于平面燃燒器的燃燒段的一部分的示意性截面圖；
[0012]圖2是沿著圖1的線2-2剖切的燃燒段的截面圖；
[0013]圖3是采用了本發明原理的專門設計的燃料加熱設施的燃燒段的一部分的示意性截面圖；
[0014]圖4是圖3燃燒段的獨特的多錐體燃燒器組件部分的正面透視圖；
[0015]圖5是圖4多錐體燃燒器組件的分解透視圖；
[0016]圖6是圖4多錐體燃燒器組件的后側透視圖；
[0017]圖7是圖3燃燒段的換熱器管部分的示意性截面圖；
[0018]圖8是圖4多錐體燃燒器組件的可替代實施例的示意性側邊緣立面圖。
【具體實施方式】
[0019]圖3的示意性截面圖示出了燃料點火加熱設備的一部分，所述燃料點火加熱設備典型地為空氣加熱爐60，所述燃料點火加熱設備在其中結合有采用了本發明原理的預混合燃料/空氣燃燒段62。盡管加熱設備60典型地為空氣加熱爐，但是本發明的原理并不局限于爐，而是可應用于多種其它類型的燃料點火加熱設備，其包括但不局限于:水加熱器、鍋爐和泳池加熱器。
[0020]燃燒段62從圖3的左側至右側包括如圖所示連結在一起的混合箱64、燃燒器箱或者燃燒室66、換熱器殼體68和收集器箱70。穿孔的擴散板72在混合箱64和燃燒器箱的結合處，所述穿孔的擴散板72的構造和操作類似于在本申請的受讓人所擁有的待決美國申請N0.14/084,095中圖釋和描述的穿孔的擴散板64。燃燒器箱66向前終結于換熱器殼體68的后壁74處，而換熱器殼體68向前終止于收集器箱70的后壁76。
[0021]間隔開的多根換熱器管78(典型地為五根)延伸通過換熱器殼體68的內部并且具有:開放的后入口端部80，所述開放的后入口端部被支撐在換熱器殼體68的后壁74中的對應開口中；和開放的前出口端部82，所述開放的前出口端部被支撐在收集器箱70的后壁84中的對應開口中。換熱器管78的開放的后入口端部80與后換熱器殼體的后壁74的無孔段86相互交叉。通風導流風扇88如圖所示操作地定位在收集器箱70中。
[0022]現在參照圖3至圖6，根據本發明的一個方面，專門設計的燃燒器組件圖解為多錐體燃燒器組件90，其被支撐在燃燒器箱66內、在穿孔的擴散板72和換熱器管78的開放入口端部80之間。如圖4至6最好圖釋的，燃燒器組件90包括支撐結構，所述支撐結構包括細長矩形金屬支撐板92、細長矩形金屬網支持構件94和細長矩形金屬安裝框架96，所述支持構件94如圖所示被夾在支撐板92和安裝框架96之間。支撐板92具有:前側98和后側100;和五個沿縱向間隔開的圓形開口 102，所述五個縱向間隔開的圓形開口 102延伸通過支撐板并且由槽104連結，所述槽104形成為貫通過支撐板92。
[0023]燃燒器組件90還包括五個中空金屬網錐體狀燃燒器106，所述燃燒器的頂點被首先向前推壓通過圓形開口 102并且沿著錐體軸線108向前突伸越過支撐板前側98。在燃燒器106定位在圓形支撐板開口 102中之后，通過將支持構件94放置在支撐板92的后側100上并且如利用適當的緊固件110將安裝框架96固定到支撐板92的外周部分而保持在開口 102中。如后文所述，由適當的點火器112點燃圓錐燃燒器106，所述適當的點火器112圖解地定位在底部兩個燃燒器106之間，如圖3所示。在這兩個燃燒器中的任意一個上產生的火焰經由金屬網火焰攜帶結構114抵達其它四個燃燒器(見圖4)，所述金屬網火焰攜帶結構114布置在支撐板的槽104中，所述支撐板的槽104使得圓形板開口 102互連并且從而使得燃燒器錐體106互連。
[0024]現在參照圖3，板安裝式燃燒器錐體106操作地定位在燃燒器箱66內，其中，通過在內部燃燒器箱凸緣部分118的開口 120上將支撐板92固定到內部燃燒器箱凸緣部分118，燃燒器錐體106的頂點首先向前突伸朝向換熱器管入口 80，燃燒器錐體軸線108與管軸線116對準，錐體燃燒器頂點略微突伸到換熱器管入口端部80中。雖然圖解通過將燃燒器組件90定位在燃燒器箱66內而將燃燒器錐體頂點略微定位在換熱器管入口 80內，但是在不背離本發明的原理的前提下，燃燒器組件可替代地能夠定位成位于燃燒器箱66內的圖解位置的略微前方或者后方。
[0025]在點燃爐60期間，由通風導流風扇88向前抽吸初始預混合流122通過混合箱64的內部并且經由板穿孔124進入到燃燒器箱66的內部，以形成燃料/空氣混合物的進一步混合流126，所述進一步混合流126繼而被向前抽吸到燃燒器錐體106的內部中。進入到燃燒器錐體106中的燃料/空氣混合物的流126燃燒，以在燃燒器錐體106處產生間隔開的一系列獨立火焰128，所述火焰128與換熱器殼體68的后壁74的無孔段86交叉，并且所述火焰128進入到換熱器管入口 80中。
[0026]現在參照圖3和圖7，火焰128被向前抽吸通過換熱器管78，而空氣130(或者根據可能的情況為另一種流體)在外部橫過換熱器管78適當地流動，從其接收燃燒熱量，并且作為加熱的空氣從加熱裝置60排出。這種從換熱器管78至空氣130的熱傳遞冷卻在換熱器管78內產生的熱燃燒氣體，其中，冷卻的燃燒氣體132進入收集器箱70內部，以通過通風導流風扇88從收集器箱70排放到適當的煙道(未示出)。
[0027]使用專門設計的多錐體燃燒器組件90針對圖1中示出的傳統單個細長平面燃燒器32或者其側向彎曲變體提供了若干優勢。例如，如通過比較圖3到圖1可見的那樣，由本發明的多錐體燃燒器組件90產生的火焰模式由間隔開的一系列獨立火焰128限定，與圖1示出的傳統平面燃燒器32產生的由單個延伸的火焰模式42遮蓋相應無孔壁區域28的情況相比，所述間隔開的一系列獨立火焰128直接進入換熱器管78而沒有明顯地橫過換熱器殼體壁74的無孔部分86延伸。本發明的這個特征減小了圖1中系統因不期望地將產生的燃燒熱量的大部分傳遞到燃燒器箱12而不是傳遞到換熱器管22所導致的低效。
[0028]而且，通過減小傳遞到燃燒器箱66的燃燒熱量而減少因傳遞到加熱裝置60的其它部件的燃燒熱量而對所述其它部件造成的潛在損害。另外，本發明的錐狀燃燒器106由于它們中空的向前突伸的構造而在被點燃時較之圖1中示出的傳統平面燃燒器32明顯具有尺寸穩定性，所述傳統平面燃燒器32在點火期間可能趨于向前彎曲至其虛線位置，從而產生了不期望的操作噪音。在本發明的燃燒器組件90中，如果沒有完全消除的話，也極大地減小了這種操作噪音。
[0029]較之替代錐體燃燒器106使用的對應數量的平面圓形燃燒器的總活性燃燒器表面，中空燃燒器錐體106向前延伸越過其支撐結構增加了總活性燃燒器表面。因此，錐體燃燒器106可以成適當的尺寸，以提供與對應單個平面燃燒器(諸如圖1和圖2中示出的平面燃燒器32)大體相等的總燃燒器面積，由此使得錐體燃燒器106的操作溫度類似于單個平面燃燒器32的操作溫度。
[0030]盡管圖3至圖6中示出的燃燒器106圖解為中空錐形構造，但是本發明并不局限于錐形構造，并且在不背離本發明的原理的前提下，可以根據需要利用向前突伸的燃燒器構造。以非限制性示例的方式，在圖8中示出了先前描述的燃燒器組件90的可替代實施例90a。為了便于比較兩個燃燒器組件，已經用加有后綴“a”的相同的附圖標記表示燃燒器組件90a中的與燃燒器組件90的部件類似的部件。
[0031]現在參照圖8，燃燒器組件90a典型地具有五個間隔開的中空的大體穹頂狀的金屬網燃燒器106a，其延伸通過金屬支撐板92a中的間隔開的圓形開口(在圖8中未示出)并且從支撐板前側98a向前突伸。穹頂狀燃燒器106a通過金屬網火焰攜帶段114a互連，所述金屬網火焰攜帶段114a布置在支撐板92a中的槽中(圖8中未示出)。點火器112a典型地布置在最右邊的兩個燃燒器106a之間，并且操作以由燃料和空氣的預先混合流126a產生間隔開的獨立燃燒器火焰128a，所述燃料和空氣的預先混合流126a依次向前通過安裝框架96a、穿孔支持構件94a、圓形支撐板孔(圖8中未示出)并且進入到燃燒器106a的內部。
[0032]前述詳細描述顯然應理解為僅僅通過闡釋和示例而作出，由所附的權利要求限制本發明的精神和范圍。
【主權項】
1.一種燃料點火加熱設備，包括: 殼體，所述殼體具有內部、后入口端部和前出口端部； 多根換熱器管，所述多根換熱器管具有間隔開的入口以及具有出口，所述入口在所述殼體的所述前出口端部處與所述殼體的所述內部連通； 燃燒器組件，所述燃燒器組件被支撐在所述殼體內并且包括: 支撐結構，所述支撐結構布置在所述換熱器管的入口后方并且具有間隔開的多個開口，所述多個開口向前延伸貫穿所述支撐結構； 間隔開的多個中空、穿孔的燃料燃燒器，所述燃燒器由所述支撐結構承載，所述燃料燃燒器與所述換熱器管的入口對準地從所述支撐結構向前伸出并且具有后入口，所述后入口分別與支撐結構的所述多個開口連通;和 燃燒設備，所述燃燒設備操作，以便順次地(I)使得燃料/空氣預混合物從其源向前流動通過支撐結構的所述多個開口而進入所述燃料燃燒器中，(2)燃燒接收在所述燃料燃燒器中的所述燃料/空氣預混合物，以產生分離的間隔開的向前引導的燃燒器火焰，所述燃燒器火焰分別與所述換熱器管的入口對準并且被接收在所述燃燒器管的入口內，以在所述換熱器管內產生熱的燃燒氣體，用于加熱在外部橫過所述換熱器管流動的供應流體，和(3)使得冷卻的燃燒氣體從所述換熱器管的出口向外流動。2.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中: 所述燃料點火加熱設備是空氣加熱爐。3.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中: 所述燃料燃燒器中的每一個具有大體錐狀構造，所述錐狀構造具有向前引導的頂點部分。4.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中: 所述燃料燃燒器中的每一個具有大體穹頂狀構造。5.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中: 所述燃料燃燒器中的每一個是金屬網材料。6.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中: 所述殼體具有內部凸緣部分，并且 所述支撐結構固定到所述內部凸緣部分。7.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中，所述支撐結構包括: 支撐板，所述開口向前延伸通過所述支撐板，所述開口接收所述燃料燃燒器的后入口部分，所述支撐板具有前側和后側； 穿孔的支持構件，所述穿孔的支持構件抵靠所述支撐板的后側定位;和安裝框架，所述安裝框架連接到所述支撐板的外周部分并且將所述穿孔的支持構件保持在所述支撐板上。8.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中，所述燃燒設備包括: 通風導流風扇，所述通風導流風扇操作以從所述換熱器管的所述出口向外抽吸冷卻的燃燒氣體。9.根據權利要求1所述的燃料點火加熱設備，其中，所述燃燒設備包括: 點火器，所述點火器操作以點燃所述燃料燃燒器中的一個;和 火焰攜帶設備，所述火焰攜帶設備操作以將所述火焰從點燃的燃料燃燒器擴散到至少一個未點燃的燃料燃燒器。10.根據權利要求9所述的燃料點火加熱設備，其中: 所述支撐結構包括支撐板，所述開口向前延伸通過所述支撐板，所述開口接收所述燃料燃燒器的后入口部分;和 所述火焰攜帶設備包括:槽，所述槽形成在所述支撐板中并且與所述開口交叉;和網材料，所述網材料布置在所述槽中并且與所述燃料燃燒器互連，而且操作以便將所述火焰從點燃的燃料燃燒器擴散到未點燃的燃料燃燒器。11.根據權利要求10所述的燃料點火加熱設備，還包括: 穿孔的擴散板，所述擴散板定位在所述燃燒器組件的后方，并且所述燃料/空氣預混合物在進入所述支撐結構的開口之前流動通過所述擴散板的穿孔。12.一種預混合的燃料/空氣燃燒器組件，包括: 支撐結構，所述支撐結構具有間隔開的多個開口，所述多個開口向前延伸貫穿所述支撐結構； 間隔開的多個中空、穿孔的燃料燃燒器，所述燃料燃燒器具有:開放的入口端部，所述開放的入口端部由所述支撐結構承載，并且分別與支撐結構的所述多個開口連通，以便在所述燃料燃燒器內部接收由風扇產生的預混合的燃料和空氣流;和出口端部，所述出口端部在前部與所述支撐結構間隔開;和 燃燒設備，所述燃燒設備操作以點燃接收在所述燃料燃燒器內部內的預混合的燃料和空氣流，以產生從所述燃料燃燒器向前傳送的間隔開的獨立火焰。13.根據權利要求12所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中: 所述預混合的燃料/空氣燃燒器組件構造成應用在燃料點火空氣加熱爐中。14.根據權利要求12所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中: 所述燃料燃燒器中的每一個具有大體錐體狀構造，所述錐體狀構造具有向前引導的頂點部分。15.根據權利要求12所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中: 所述燃料燃燒器中的每一個具有大體穹頂狀構造。16.根據權利要求12所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中: 所述燃料燃燒器中的每一個是金屬網材料。17.根據權利要求12所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中，所述燃燒設備包括: 點火器，所述點火器操作以點燃所述燃料燃燒器中的一個;和 火焰攜帶設備，所述火焰攜帶設備操作以將所述火焰從所述點燃的燃料燃燒器擴散到至少一個未點燃的燃料燃燒器。18.根據權利要求17所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中: 所述支撐結構包括支撐板，所述開口向前延伸通過所述支撐板，所述開口接收所述燃料燃燒器的后入口部分;和 所述火焰攜帶設備包括:槽，所述槽形成在所述支撐板中并且與所述開口交叉;和網材料，所述網材料布置在所述槽中并且與所述燃料燃燒器互連，而且操作以將所述火焰從點燃的燃料燃燒器擴散到未點燃的燃料燃燒器。19.一種預混合的燃料/空氣燃燒器組件，包括: 支撐板，所述支撐板具有間隔開的多個開口，所述多個開口在所述支撐板的前側和后側之間延伸，所述支撐板還具有槽，所述槽形成為貫穿支撐板，所述槽與支撐板的所述多個開口交叉并且互相連通； 間隔開的多個中空的金屬網燃料燃燒器，所述燃料燃燒器具有:開放的入口端部，所述開放的入口端部分別安裝在支撐板的所述多個開口內，以接收由風扇產生的預混合的燃料和空氣流;和出口端部，所述出口端部在前部與所述支撐板間隔開； 穿孔的支持構件，所述穿孔的支持構件定位成在支撐板的所述多個開口上抵靠所述支撐板的后側； 安裝框架，所述安裝框架固定到所述支撐板的后側的外周部分并且將所述穿孔的支持構件保持在所述支撐板上； 點火器，所述點火器與所述支撐板相聯，并且操作以點燃所述燃料燃燒器中的一個燃料燃燒器內的燃料和空氣的預混合物;和 網材料，所述網材料布置在所述槽內并且與所述燃料燃燒器互相連通，所述網材料操作以將火焰從點燃的燃料燃燒器攜帶到未點燃的燃料燃燒器。20.根據權利要求19所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中: 所述燃料燃燒器具有大體錐狀構造。21.根據權利要求19所述的預混合的燃料/空氣燃燒器組件，其中: 所述燃料燃燒器具有大體穹頂狀構造。
【文檔編號】F24H3/08GK105934638SQ201580003736
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年1月6日
【發明人】A·阿卡巴里蒙法雷德, T·J·舍林伯格, D·J·法利, N·T·惠倫, T·E·湯普森
【申請人】里姆制造公司