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CN114857579A - 一种多孔介质蒸发式燃烧器 - Google Patents

一种多孔介质蒸发式燃烧器 Download PDF

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CN114857579A CN202210395714.1A CN202210395714A CN114857579A CN 114857579 A CN114857579 A CN 114857579A CN 202210395714 A CN202210395714 A CN 202210395714A CN 114857579 A CN114857579 A CN 114857579A
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高怀斌
张佳宁
李智龙
张传伟
王忆佳
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Xian University of Science and Technology
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Abstract

一种多孔介质蒸发式燃烧器，包括燃油蒸发回路、燃烧室后盖、点火机构、进气孔、进气导流通道、燃烧室、燃烧室外筒以及燃烧室内筒；其中，燃烧室外筒内前端设置有内筒，燃烧室外筒与内筒之间形成进气导流通道；燃烧室内筒的前端设置有燃烧室后盖，燃烧室后盖上刻有若干相连通的环状燃油蒸发回路；燃油蒸发回路上设置吸油多孔介质，吸油多孔介质一侧设置有点火机构；本发明可以使燃油蒸汽与空气充分混合燃烧，不易产生积碳，降低污染物的排放，提高燃烧效率。

Description

一种多孔介质蒸发式燃烧器
技术领域
本发明属于燃油蒸发式燃烧器技术领域，具体涉及一种多孔介质蒸发式燃烧器。
背景技术
燃油加热器作为独立于发动机的加热供暖装置，可为汽车室内供暖，使车室内保持一定的温度；同时也可以预热发动机，确保发动机易启动、降低汽车的排放水平以及减少摩擦副的磨损，从而增加发动机的使用寿命。已经广泛地应用于汽车、船舶等在低温环境下工作的运输工具中。
作为燃烧加热器的核心部件燃烧器，对燃油燃烧效率有着重大的影响，因此，提高燃油的燃烧效率是提高燃烧加热器效率的重要方法。预蒸发燃烧技术是一种较为先进的、可利用的燃烧技术，以此来提高燃油的燃烧效率。传统的蒸发式燃烧器多为简单的圆柱形燃烧器，这种燃烧器在实践中经常出现回火和脱火的现象，容易引发各种安全性的问题。
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种多孔介质蒸发式燃烧器，提高燃烧效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：
一种多孔介质蒸发式燃烧器，包括燃油蒸发回路、燃烧室后盖、点火机构、进气孔、进气导流通道、燃烧室、燃烧室外筒以及燃烧室内筒；
其中，燃烧室外筒内前端设置有燃烧室内筒，燃烧室外筒与燃烧室内筒之间形成进气导流通道；
燃烧室内筒的前端设置有燃烧室后盖，燃烧室后盖上刻有若干相连通的环状燃油蒸发回路；燃油蒸发回路上设置吸油多孔介质，吸油多孔介质一侧设置有点火机构；
燃烧室后盖一侧设置有穿过燃烧室后盖的供油管；
燃烧室内筒壁面上开设有若干排进气孔，燃烧室后盖上设置有档火板；
燃烧室内筒后端设置有第二肋板，燃烧室外筒内壁上设置有竖直挡板，第二肋板的一端与燃烧室内筒末端相连接，另一端与竖直挡板的端部相连接。
本发明进一步的改进在于，吸油多孔介质包括开孔的圆盘，圆盘的孔处设置有圆筒，圆筒的直径与圆盘直径之比为1:(1.6～1.8)，圆筒的高度与燃烧室内筒高度之比为1:(1.4～1.6)。
本发明进一步的改进在于，燃烧室后盖中部设置有用于支撑吸油多孔介质和安装档火板的凸起，档火板直径与圆筒直径之比为1:(0.6～0.8)。
本发明进一步的改进在于，吸油多孔介质为多孔泡沫状或多孔纤维毡状的金属或非金属；吸油多孔介质为多孔泡沫状的金属或非金属时，孔隙密度为3000PPI～8000PPI，孔隙率0.5～0.7；吸油多孔介质为多孔纤维毡状的金属或非金属时，平均孔径为0.18～0.42mm，平均丝径为1～10μm；吸油多孔介质的厚度为6～12mm。
本发明进一步的改进在于，点火机构平行设置在吸油多孔介质上方，并且点火机构与吸油多孔介质的距离为2～6mm。
本发明进一步的改进在于，燃油蒸发回路为直径2～4mm半圆形状的凹槽，燃油蒸发回路与供油管相连，供油管直径为2～3mm。
本发明进一步的改进在于，燃烧室外筒内壁上设置有第一肋板，第一肋板位于进气导流通道的入口处；第一肋板与燃烧室内筒之间形成进风口，进风口宽度为10～20mm；进气导流通道的长度大于燃烧室内筒的长度。
本发明进一步的改进在于，每排进气孔数量由燃烧室内筒的前端部向后端逐渐递减；靠近燃烧室后盖为第一排，第一排的进气孔数量为10～15个，第一排进气孔与燃烧室后盖距离为16～21mm，相邻两排进气孔间隔为20～23mm，相邻两排进气孔数量比为1:(0.7～0.8)，每个进气孔的直径为2～4mm。
本发明进一步的改进在于，第二肋板与燃烧室的中轴线夹角为40～60度。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过设置档火板，高温气体可在燃烧室内达到旋流效果，一方面提高了辐射强度、加速了燃油的蒸发，同时也促进了燃油蒸汽混合，另一方面旋流气体扫掠燃烧室内壁面，减少了内筒壁面上的积碳；本发明通过设置第二肋板，一方面增加了热强度，另一方面可以使高温火焰对助燃空气进行预热，加热的空气与汽化的燃油混合后更容易燃烧，从而提高燃烧效率。
进一步的，本发明通过设置档火板，档火板与圆筒直径之比为1:(0.6～0.8)。档火板直径过小，高温烟气回流量减小，混合不充分；档火板直径过大，热辐射减小，燃油蒸发量降低。
进一步的，第一肋板与燃烧室内筒形成进风口，宽度为10～20mm。该距离过大降低进风速度，不能加快燃油的蒸发；距离过小，空气流动阻力大，进入到进气导流通道中的空气量减少。
进一步的，燃烧内筒侧壁上的进气孔分布若干排，进气孔数量由靠近燃烧室后盖向远离燃烧室后盖逐渐递减，靠近燃烧室后盖为第一排，第一排进气孔与燃烧室后盖距离为16～21mm，之后相邻两排进气孔间隔20～23mm，第一排的进气孔数量为10～15个，相邻两排进气孔数量比为1:(0.7～0.8)，每个进气孔的直径为2～4mm。原因为：混合初期提供大量的空气与燃油蒸汽混合，使燃油蒸汽开始燃烧时空气充足，防止燃烧不充分产生积碳。进气孔直径过大，射流距离短，燃油蒸汽与助燃空气混合不充分；进气孔直径过小，助燃空气阻力大，抑制吸油多孔介质表面蒸发。
进一步的，吸油多孔介质包括开孔的圆盘，圆盘的孔处设置有圆筒，圆筒的半径与孔的大小相同，圆筒的直径与圆盘直径之比为1:(1.6～1.8)，高度与燃烧室内筒高之比为1:(1.4～1.6)。圆盘直径过大时，与燃烧室内筒间距变小，气体吹向吸油多孔介质会发生气封现象，影响燃油的蒸发；圆盘直径过小时，表面积变小，蒸发速度变低。吸油多孔介质为多孔泡沫状或多孔纤维毡状的金属或非金属，当吸油多孔介质为多孔泡沫状的金属或非金属时，孔隙密度为3000PPI～8000PPI，孔隙率0.5～0.7；吸油多孔介质为多孔纤维毡状的的金属或非金属时，平均孔径为0.18～0.42mm，平均丝径为1～10μm；吸油多孔介质的厚度为6～12mm。在此范围内既保证有足够大的蒸发面积，又保证了此蒸发结构的毛细力。
进一步的，第二肋板与燃烧室中轴线夹角为40～60度，目的是增加热强度，充分燃烧。角度过小不能起到增加混合室温度的作用；角度过大火焰阻力增大，燃烧室温度过高，NOx排放超标。
附图说明
图1是蒸发式燃烧器总体结构示意图。
图2是吸油多孔介质结构示意图。
图3是燃烧室后盖的结构示意图。
附图标记说明：1、燃油蒸发回路；2、供油管；3、燃烧室后盖；4、点火机构；5、进风口；6、进气孔；7、进气导流通道；8、螺栓；9、第二肋板；10、燃烧室；11、燃烧室外筒；12、档火板；13、燃烧室内筒；14、第一肋板；15、吸油多孔介质；16、竖直挡板。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种多孔介质蒸发式燃烧器能有效的提高燃烧效率，降低对环境的污染，同时自身的设计结构可以有效地对燃烧余热进行回收利用，加热的空气对蒸发起到一定的促进作用，为传统的直接喷发式混合燃烧提供了一条新途径。
参见图1、图2和图3，本发明包括燃油蒸发回路1、燃烧室后盖3、点火机构4、进气孔6、进气导流通道7、燃烧室10、燃烧室外筒11以及燃烧室内筒13。其中，燃烧室外筒11内前端设置燃烧室内筒13，燃烧室外筒11内后端为燃烧区，燃烧室外筒11与燃烧室内筒13通过竖直挡板16采用焊接方式连接。燃烧室外筒11与燃烧室内筒13之间形成进气导流通道7。
参见图1，燃烧室内筒13的前端设置燃烧室后盖3，供油管2穿过燃烧室后盖3，燃烧室后盖3上刻有若干条燃油蒸发回路1，燃油蒸发回路1呈环状排布，有一定的储油作用。燃油蒸发回路1为直径为2～4mm半圆形状的凹槽，燃油蒸发回路1与供油管2相连，目的是使油扩散更均匀。
燃油蒸发回路1上设置有吸油多孔介质15，吸油多孔介质15紧贴燃烧室后盖3的内表面，燃烧室后盖3中部设置有用于支撑吸油多孔介质15的凸起；点火机构4设置在吸油多孔介质15上方并穿过燃烧室内筒13。
进气导流通道7入口处设置有第一肋板14，第一肋板14与燃烧室内筒13形成进风口5，距离为10～20mm。该距离过大降低进风速度，影响燃油的蒸发；距离过小，空气流动阻力大，进入到进气导流通道7中的空气流量减少。进气导流通道7后端为密闭空间，并且延后至燃烧区，对空气有一定的加热作用。
燃烧室内筒13壁面上四周开设有若干排进气孔6，进气孔6远离燃烧室后盖3最后一排不能超过吸油多孔介质15顶端。每排进气孔6数量由燃烧室内筒13的前端向后端逐渐递减，靠近燃烧室后盖3为第一排，第一排的进气孔数量为10～15个，第一排进气孔与燃烧室后盖3距离为16～21mm，之后相邻两排进气孔间隔20～23mm，相邻两排进气孔数量比为1:(0.7～0.8)，每个进气孔6的直径为2～4mm。原因为：混合初期提供大量的空气与燃油蒸汽混合，使燃油蒸汽开始燃烧时空气充足。进气孔6的直径过大，射流距离短，燃油蒸汽与助燃空气混合不充分；直径过小，助燃空气阻力大，降低吸油多孔介质表面燃油蒸发。同时进气导流通道7尾部经加热的空气也能直接吹向吸油多孔介质15。
燃烧室内筒13后端设置有第二肋板9，燃烧室外筒11内壁上设置有竖直挡板16，第二肋板9的一端与燃烧室内筒13末端相连接，另一端与竖直挡板16的端部相连接，第二肋板9与燃烧室10的中轴线夹角为40～60度。角度过小不能起到增加混合室温度的作用；角度过大火焰阻力增大，燃烧室温度过高，NOx排放超标。
参见图2，吸油多孔介质15包括开孔的圆盘，圆盘的开孔处设置有圆筒，圆筒的直径与孔的直径大小相同。圆筒的后端设置有档火板12，档火板12通过螺栓8与燃烧室后盖3连接，圆筒的直径与圆盘直径之比为1:(1.6～1.8)，圆筒的高度与燃烧室内筒13高度之比为1:(1.4～1.6)。吸油多孔介质15为多孔泡沫状或多孔纤维毡状的金属或非金属，吸油多孔介质15为多孔泡沫状时，孔隙密度为3000PPI～8000PPI，孔隙率0.5～0.7；吸油多孔介质15为多孔纤维毡状的时，平均孔径为0.18～0.42mm，平均丝径为1～10μm；吸油多孔介质15的厚度为6～12mm。目的是为了使燃油均匀扩散。当吸油多孔介质15厚度过大时，吸油阻力会变大，吸油毡上表面会由于燃油不够在高温状态下容易碳化；当吸油毡过薄时，会出现集中供油燃烧的状况，燃油不能扩散到多孔介质边缘。
点火机构4平行设置在吸油多孔介质15上方，并且点火机构4与吸油多孔介质15的距离为2～6mm。
本发明的使用方法是：点火机构4先通电，达到灼烧状态。油泵向供油管2供油，供油管2中的燃油供入燃油蒸发回路1中，被吸油多孔介质15吸收，扩散到末端，吸油多孔介质表面因靠近灼热的点火机构被加热蒸发，此时由于助燃风机吹入到空气导流通道7，经燃烧室内筒上的进气孔6以一定速度吹向吸油多孔介质，加速燃油蒸发，与燃油充分混合。当点火机构达到燃油的着火点时，混合气体被点燃，初期燃烧时火焰比较小，由于有档火板12的存在，温度被集中在吸油多孔介质附近，此时吸油多孔介质受到高温气体，加速燃油蒸发混合。等有足够的燃烧温度时，增加助燃风机的风力大小，进气导流通道的入口速度和前排进气孔6的进气速度明显增加，更多的燃油被蒸发，混合气体浓度越来越大，火焰变强。由于档火板12的作用，高温火焰靠近燃烧室内筒附近，燃烧室内筒由导热系数较高的材料制造，经热传导和热辐射加热空气导流通道7末端气体，末端高温气体由于燃烧室内筒13末端设置进气孔6，高温气体被吹到吸油多孔介质15上，加速燃油蒸发，增加混合浓度。燃烧室末端的第二肋板9增加了燃烧器的热强度，提高了燃烧、蒸发效率。

Claims (9)

1.一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，包括燃油蒸发回路(1)、燃烧室后盖(3)、点火机构(4)、进气孔(6)、进气导流通道(7)、燃烧室(10)、燃烧室外筒(11)以及燃烧室内筒(13)；
其中，燃烧室外筒(11)内前端设置有燃烧室内筒(13)，燃烧室外筒(11)与燃烧室内筒(13)之间形成进气导流通道(7)；
燃烧室内筒(13)的前端设置有燃烧室后盖(3)，燃烧室后盖(3)上刻有若干相连通的环状燃油蒸发回路(1)；燃油蒸发回路(1)上设置吸油多孔介质(15)，吸油多孔介质(15)一侧设置有点火机构(4)；
燃烧室后盖(3)一侧设置有穿过燃烧室后盖(3)的供油管(2)；
燃烧室内筒(13)壁面上开设有若干排进气孔(6)，燃烧室后盖(3)上设置有档火板(12)；
燃烧室内筒(13)后端设置有第二肋板(9)，燃烧室外筒(11)内壁上设置有竖直挡板(16)，第二肋板(9)的一端与燃烧室内筒(13)末端相连接，另一端与竖直挡板(16)的端部相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，吸油多孔介质(15)包括开孔的圆盘，圆盘的孔处设置有圆筒，圆筒的直径与圆盘直径之比为1:(1.6～1.8)，圆筒的高度与燃烧室内筒(13)高度之比为1:(1.4～1.6)。
3.根据权利要求2所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，燃烧室后盖(3)中部设置有用于支撑吸油多孔介质(15)和安装档火板(12)的凸起，档火板(12)直径与圆筒直径之比为1:(0.6～0.8)。
4.根据权利要求1所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，吸油多孔介质(15)为多孔泡沫状或多孔纤维毡状的金属或非金属；吸油多孔介质(15)为多孔泡沫状的金属或非金属时，孔隙密度为3000PPI～8000PPI，孔隙率0.5～0.7；吸油多孔介质(15)为多孔纤维毡状的金属或非金属时，平均孔径为0.18～0.42mm，平均丝径为1～10μm；吸油多孔介质(15)的厚度为6～12mm。
5.根据权利要求1所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，点火机构(4)平行设置在吸油多孔介质(15)上方，并且点火机构(4)与吸油多孔介质(15)的距离为2～6mm。
6.根据权利要求1所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，燃油蒸发回路(1)为直径2～4mm半圆形状的凹槽，燃油蒸发回路(1)与供油管(2)相连，供油管(2)直径为2～3mm。
7.根据权利要求1所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，燃烧室外筒(11)内壁上设置有第一肋板(14)，第一肋板(14)位于进气导流通道(7)的入口处；第一肋板(14)与燃烧室内筒(13)之间形成进风口(5)，进风口(5)宽度为10～20mm；进气导流通道(7)的长度大于燃烧室内筒(13)的长度。
8.根据权利要求1所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，每排进气孔(6)数量由燃烧室内筒(13)的前端部向后端逐渐递减；靠近燃烧室后盖(3)为第一排，第一排的进气孔数量为10～15个，第一排进气孔与燃烧室后盖(3)距离为16～21mm，相邻两排进气孔间隔为20～23mm，相邻两排进气孔数量比为1:(0.7～0.8)，每个进气孔的直径为2～4mm。
9.根据权利要求1所述的一种多孔介质蒸发式燃烧器，其特征在于，第二肋板(9)与燃烧室(10)的中轴线夹角为40～60度。
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