一种实现浓淡燃烧的火排、燃烧器及热水器
技术领域
本发明涉及一种热水器、浓淡燃烧器及其火排，尤其是能够显著降低氮氧化物排放、稳定火焰的热水器、浓淡燃烧器及其火排。
背景技术
氮氧化物是矿物燃料(如石油、煤、天然气等)与氧在高温燃烧时产生的。氮氧化物中的NO、NOx是毒性很强的气体，我国制定了民用燃具氮氧化物的排放标准，厂家在燃气具的设计生产环节中都极其重视氮氧化物的产生。
浓淡燃烧法作为能够显著降低氮氧化物排放的有效燃烧技术，受到各大燃具厂家的重视。
研究表明空气系数的大小能够显著影响燃烧产物中氮氧化物的产生量，当空气系数较小或者较高时，燃烧产物中的氮氧化物均较低。具体的，当空气系数较低，比如小于0.6，由于空气供给不足，燃烧温度低，且燃烧区氧含量也低，抑制了氮氧化物的产生；当空气系数较高，显著超过1.0比如大于1.4以后，空气过量供给，过量的空气虽然增加了燃烧区氧气的浓度，但是过量的空气也带走了燃烧区大量的热量使得燃烧温度降低，燃烧温度降低也有助于抑制氮氧化物的产生。我们将空气系数较小的燃烧称为浓燃烧，对应的火焰称为浓火焰；将空气系数较大的燃烧称为淡燃烧，对应的火焰称为淡火焰。浓燃烧和氮燃烧均能够抑制氮氧化物的产生，但所依据的抑制原理不同罢了。另外，浓淡燃烧的总空气系数应当趋近于(略高于)全预混进气方式的空气系数。
基于上述浓淡燃烧原理，人们提出了浓淡燃烧器，浓淡燃烧器是将浓火焰和淡火焰相结合的混合燃烧器，淡火焰的空气系数较高，燃气不足，火焰较短；浓火焰的空气系数较低，空气不足，火焰拉长。
浓淡燃烧技术在燃具比如燃气热水器上的应用最为广泛。
申请人：台湾樱花股份有限公司(以下简称樱花)拥有的公告号CN205480981U的专利文献涉及一种浓淡燃烧器，“包括有多个火排，每一火排包含两个内侧板、两个外侧板及一中心板组，所述两个内侧板相互连接，所述两个内侧板之间形成有一容置空间、一浓燃烧入口、一淡燃烧入口及一淡焰流道，所述淡焰流道与所述淡燃烧入口相连通；所述两个外侧板相互连接，所述两个外侧板设置于所述两个内侧板的外侧，且所述两个外侧板与所述两个内侧板连接，所述两个外侧板与所述两个内侧板之间形成有两个浓焰流道，所述浓焰流道与所述浓燃烧入口相连通，所述两个内侧板在对应于所述浓燃烧入口处各设有多个通孔，使所述浓燃烧入口通过这些通孔与所述浓焰流道相连通，所述浓焰流道的上端各形成有一副焰孔，所述浓焰流道连通于所述浓燃烧入口及两个所述副焰孔之间，所述浓焰流道中各设有一狭长凸起及一三角凸起；所述中心板组设置在所述容置空间内，所述中心板组包含两个中心侧板及至少一中心内板，所述至少一中心内板设置于所述两个中心侧板之间，所述两个中心侧板和所述至少一中心内板的两侧及这两侧之间间隔地设有相互连接的多个连接部，所述两个中心侧板及所述至少一中心内板之间形成有多个呈上、下贯穿的主焰孔，所述淡焰流道连通于所述淡燃烧入口及这些主焰孔之间，所述两个中心侧板的下端各向外延伸形成有一外凸部，所述外凸部抵顶于所述两个内侧板中的相邻内侧板，使所述中心板组的两侧与所述两个内侧板之间分别形成一间隔空间。”可见，樱花的浓淡燃烧器每个火排要分别设置浓燃烧入口和淡燃烧入口，属于双引射口燃烧器。作为浓燃烧的副焰孔位于作为淡燃烧的主焰孔两侧，属于“外浓内淡”的燃烧方式。该燃烧器同时也属于全预混式供气方式，即燃气流通过程中不再补充空气。
发明内容
本发明的目的是要提供一种浓淡燃烧器及其单体，通过将浓燃烧设置在淡燃烧的两侧，通过浓燃烧产生的浓火焰拉住淡燃烧产生的淡火焰，避免中间的淡燃烧产生脱火现象，由此改善燃烧的稳定性，提高整体燃烧的火焰刚性。既发挥浓淡燃烧法降低燃烧产物中氮氧化物产生量的效果，又提高了浓淡燃烧的安全性、燃烧效率。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种浓淡燃烧器的火排，包括心壳、内壳、外壳，
所述心壳包括由下而上布置的引射通道、均流室、分流室，所述均流室上下开口、上接所述分流室、下接所述引射通道，所述分流室的侧壁上设有沿长度方向间隔排列的若干浓燃烧出气结构、若干淡燃烧出气结构；
所述内壳罩在所述分流室外，包括由下而上布置的空气进气室、淡燃烧混合室，以及设置在内壳侧壁上的若干导气结构，所述若干导气结构与所述若干浓燃烧出气结构一一对应接触导通；所述空气进气室罩在所述分流室外侧且在分流室的侧壁之外形成空气进气间隙，所述空气进气间隙与所述若干淡燃烧出气结构导通，所述空气进气间隙的底部设置有空气进气结构，所述空气进气间隙再向上与所述淡燃烧混合室导通，所述淡燃烧混合室的顶面设置有淡火孔；
所述外壳罩在所述内壳外侧，包括由下而上布置的空气引流室、浓燃烧出气室，所述空气引流室与所述空气进气室的侧壁之间形成向下敞口的空气引流间隙，所述空气进气结构位于所述空气引流间隙以内；所述浓燃烧出气室与所述淡燃烧混合室的侧壁之间形成向上敞口的浓燃烧出气间隙，所述若干导气结构与所述浓燃烧出气间隙导通，所述浓燃烧出气间隙的顶部形成浓火孔。
进一步地，所述空气引流间隙与所述浓燃烧出气间隙不导通，所述空气引流间隙通过所述空气进气结构与所述空气进气间隙导通。从而将空气引流间隙收集的补充空气尽可能的全部导入空气引流间隙，用于淡燃烧。
作为本申请的一种实施方式，所述外壳的侧壁上由外向内形成长凸条，所述长凸条沿长度方向通长延伸，长凸条与所述内壳的外壁密封接触，从而将所述空气引流间隙和所述浓燃烧出气间隙上下隔开使不导通。该设置是为了阻碍空气引流间隙内的空气向上进入浓燃烧出气间隙，使空气更趋向于经空气进气结构进入空气进气间隙中。本申请发明人优选将空气引流间隙与浓燃烧出气间隙进行封堵，彻底防止了向浓燃烧出气间隙内混入空气，既实现浓燃烧的低空气系数，又防止空气干扰导气结构的平稳出气。
进一步地，所述若干淡燃烧出气结构具有朝上的出气口。淡燃烧出气结构位于空气进气间隙中，空气进气间隙中不断流入补充空气，朝上的出气口是为了将从淡燃烧出气结构出来的燃气直接向上引流，从而与补充空气形成同向接近相互平行的两股气流。防止补充空气气流对淡燃烧出气结构形成气封，阻碍淡燃烧出气结构出气。
进一步地，所述引射通道包括文丘里管和引流管，所述引流管与所述文丘里管呈U型连通；所述均流室为似扇形结构，具有长度方向延伸的上直边和倾斜延伸的下直边，所述引流管顺着所述下直边倾斜延伸。经文丘里管进入的初始燃气经引流管、均流室的相互配合实现向分流室均匀布气，前述“均匀布气”是指初始燃气沿分流室长度方向的均匀布气。
进一步地，所述分流室具有封闭顶面，所述分流室的两侧壁上分别设置的浓燃烧出气结构、淡燃烧出气结构互相对称，同一侧壁上的所述浓燃烧出气结构位于所述淡燃烧出气结构的上方，且若干浓燃烧出气结构和若干淡燃烧出气结构在上下方向上间错设置，从而形成稳定的用于实现浓燃烧的初始燃气出气和用于实现淡燃烧的初始燃气出气，尽量减小二者出气气流的相互干涉，确保气流稳定。
进一步地，所述浓燃烧出气结构包括在所述分流室的侧壁上由内向外成型的外凸起，和在所述外凸起端面上冲孔形成的浓燃烧出气孔；所述淡燃烧出气结构包括在所述分流室的侧壁上由内向外直接冲压而成的凸孔，且所述凸孔的孔口朝上，所述凸孔作为淡燃烧出气孔。
进一步地，所述若干导气结构包括在所述内壳的侧壁上由外向内成型的内凸起，和在所述内凸起端面上冲孔形成的浓燃烧导气孔，所述内凸起和所述外凸起端面相抵构成(导气孔和出气孔外周的)接触密封，所述浓燃烧导气孔和所述浓燃烧出气孔一一对应导通。通过浓燃烧导气孔将从浓燃烧出气孔流出的初始燃气引流至内壳之外，使与淡燃烧混合室分离。
进一步地，所述内壳的侧壁上由外向内形成内凸条，所述内凸条沿长度方向延伸(优选通长延伸)，所述若干导气结构成型在所述内凸条上，所述内凸条与所述分流室侧壁形成的长间隙被若干相互接触的浓燃烧出气结构和导气结构分隔成若干缓流孔，使得所述空气进气间隙和所述淡燃烧混合室通过所述若干缓流孔实现上下连通。从淡燃烧出气结构向上流出的初始燃气和从空气进气间隙向上流出的补充空气分别经所述若干缓流孔进入淡燃烧混合室。若干缓流孔有助于初始燃气和补充空气预混合均匀。
进一步地，所述空气进气室的侧壁底部向内收拢(“向内收拢”是指向心壳包笼)而形成一进气斜面，所述进气斜面的底部边缘与所述心壳的外壁形成密封接触，由此实现空气进气室对所述分流室的底部密封包裹，在所述进气斜面上设置若干空气进气狭缝，即作为所述空气进气结构。考虑到“底部密封包裹”在生产线上组装的难度，本申请空气进气结构还可以采用另一实施方式：所述空气进气室的侧壁底部设置为凹凸结构，通过所述凹凸结构与所述心壳的外壁来形成空气进气孔。
进一步地，所述空气引流室的侧壁底部沿长度方向成型为凹凸结构。本申请的火排，相邻火排的外壳是趋近于相互接触的(一般不密封接触)，优选通过外壳的空气引流室的侧壁趋近于相互接触(一般不密封接触)，从而阻碍空气更容易从相邻火排之间的间隙流出，使空气更趋向于进入由外壳和内壳形成的空气引流间隙内，进而再进入空气进气间隙内，与从淡燃烧出气结构出来的燃气混合。
进一步地，所述浓燃烧出气室的侧壁顶部沿长度方向间隔设置若干个由外向内的凸起，所述凸起向内抵住所述淡燃烧混合室的侧壁，从而将所述浓燃烧出气间隙的顶部隔成若干个间隔排列的浓火孔。
进一步地，所述淡燃烧混合室的顶面为平面或者倒V型顶面，所述淡火孔设置在所述倒V型顶面的斜面上，从而让淡火焰对侧面的浓火焰产生对冲趋势。
本发明的另一目的是提供一种浓淡燃烧器，包括多个火排，多个火排并排组合，火排采用以上描述的火排结构；当浓淡燃烧器采用上抽风的出风方式时，多个火排下方还设置挡风板，挡风板具有若干风孔。
本发明还要提供上述浓淡燃烧器在热水器上的如下应用：
一种家用燃气快速热水器，包括上述浓淡燃烧器、水箱和出风单元。
一种燃气采暖热水炉，包括上述浓淡燃烧器、水箱和出风单元。
一种蒸汽热源机，其特征在于：包括权利要求13所述的浓淡燃烧器、水箱和出风单元。
与现有技术相比，本发明的优点至少包括：
(1)为了降低燃烧产物中氮氧化物产生量，本申请燃烧器采用浓淡燃烧原理，结构上采用单引射孔，浓淡燃烧分流，淡燃烧补充空气。
(2)单个火排上，燃烧方式采用中间淡燃烧、两侧浓燃烧的“山”字形燃烧方式，两侧浓燃烧是贫氧燃烧，中间淡燃烧为富氧燃烧，利用两侧浓燃烧来消耗中间淡燃烧富余的氧气，从而拉住淡焰，防止脱火。使得整体燃烧更加稳定，提高火焰刚性。
(3)采用单引射孔进气，通过文丘里管、引流管、均流室三者配合，减小燃气流动死角，提高初始燃气在火排长度方向布气的均匀性。
(4)浓燃烧出气结构设置在淡燃烧出气结构的上方，并在内壳的上部设置淡燃烧混合室，从而延长用于淡燃烧的燃气进入淡燃烧混合室内的流程，在该流程中燃气与空气进行预混合。淡燃烧出气结构和浓燃烧出气结构上下间错设置，让浓淡燃烧的燃气气流稳定均匀。
(5)在心壳和内壳之间形成空气进气间隙，在内壳和外壳之间形成空气引流间隙，空气进气间隙和空气引流间隙通过空气进气结构导通，由此实现补充空气与淡燃烧燃气在空气进气间隙内的混合。
(6)空气进气结构采用在进气斜面上的空气进气狭缝，由此实现空气的均匀进气。当然，这只是本发明的一种优选实施方式，不应理解为对本发明空气进气结构的限制。
(7)浓燃烧出气间隙和空气引流间隙相互隔绝，有助于彻底遏制补充空气对用于浓燃烧的燃气的出气干涉，确保浓燃烧出气间隙中气流的稳定。淡燃烧出气结构优选具有朝上的出气口，补充空气与燃气以接近平行的气流在上升过程中混合，避免补充空气对淡燃烧出气结构产生气封而阻碍用于淡燃烧的燃气顺利出气。
附图说明
图1为本发明实施例中心壳的正视图；
图2为本发明实施例中心壳的俯视图；
图3为本发明实施例中心壳的右视图；
图4为本发明实施例中内壳的正视图；
图5为本发明实施例中内壳的俯视图；
图6为本发明实施例中内壳的立体图；
图7为本发明实施例中外壳的正视图；
图8为本发明实施例中外壳的俯视图；
图9为本发明实施例中火排的正视图；
图10为本发明实施例中火排的俯视图；
图11为图9中BB剖视图；
图12为图9中DD剖视图；
图13为图9中FF剖视图；
图14为图9中EE剖视图；
图15为本发明实施例中浓淡燃烧器的俯视图；
图16为本发明实施例中浓淡燃烧器的正视图；
图17为图16中的BB剖视图；
图中，心壳1、内壳2、外壳3、缓流孔4、文丘里管11、引流管12、均流室13、分流室14、封闭顶面15、外凸起16、浓燃烧出气孔17、淡燃烧出气孔18、空气进气室21、淡燃烧混合室22、气进气间隙23、进气斜面24、空气进气狭缝25、淡火孔26、内凸起27、浓燃烧导气孔28、内凸条29、空气引流室31、浓燃烧出气室32、空气引流间隙33、浓燃烧出气间隙34、长凸条35、凸起36、浓火孔37。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。本实施例中的文字描述是与附图对应的，描述中涉及方位的描述也是基于附图的描述，不应理解为是对具体结构的限制。
实施例1
本实施例涉及一种浓淡燃烧器的火排，包括心壳1、内壳2、外壳3，三者从内向外依次设置。心壳1、内壳2、外壳3分别由两片互相对称的侧板对合连接而成，所述连接方式可以是一侧板对另一侧板的包边，有可以是互相对焊。
如图1-3所示，心壳1包括由下而上布置的引射通道、均流室13、分流室14，三者中均流室13的宽度最窄、上下开口、上接分流室14、下接引射通道，引射通道包括文丘里管11和引流管12，引流管12与文丘里管11呈U型连通。均流室13因具有弧形折流区而近似扇形结构，其具有长度方向延伸的上直边和倾斜延伸的下直边，引流管12顺着下直边倾斜延伸，引流管12的口径沿着燃气流向逐渐变窄，从结构上尽可能实现让燃气在均流室13上直边均流。为了充分发挥文丘里管11、引流管12、均流室13三者均匀布气的作用，心壳1的两侧板在三者底部和左右侧方向均相互贴合以消除气流死角。
分流室14用于实现浓淡燃烧的燃气分流，具有封闭顶面15，分流室14的两侧壁上分别设置沿长度方向间隔排列的若干浓燃烧出气结构、若干淡燃烧出气结构，两侧壁上的浓燃烧出气结构、淡燃烧出气结构均互相对称，同一侧壁上的浓燃烧出气结构位于淡燃烧出气结构的上方，如图1所示，若干浓燃烧出气结构设置在侧壁顶部边缘，且浓燃烧出气结构和淡燃烧出气结构以1:2的数量比在上下方向上间错设置。
具体地，浓燃烧出气结构包括在分流室14的侧壁上由内向外成型的外凸起16，和在外凸起16端面上冲孔形成的浓燃烧出气孔17。淡燃烧出气结构包括在分流室14的侧壁上由内向外直接冲压而成的凸孔，凸孔在加工过程中优选孔口朝上的冲压方式，这样形成的凸孔作为淡燃烧出气孔18。
如图4-6所示，内壳2包括由下而上布置的空气进气室21、淡燃烧混合室22，空气进气室21是罩在分流室14外侧的，淡燃烧混合室22位于分流室14的上方，空气进气室21和分流室14的侧壁之外形成空气进气间隙23，空气进气间隙23与上方的淡燃烧混合室22导通，淡燃烧混合室22的顶面设置有淡火孔26。空气进气室21的侧壁底部向内翻折收拢而形成一进气斜面24，进气斜面24的底部边缘与心壳1的外壁贴合，由此实现空气进气室21对分流室14的底部近乎密封包裹，在进气斜面24上再设置若干空气进气狭缝25，空气进气狭缝25即作为空气进气间隙23的空气进气结构。
空气进气间隙23与淡燃烧出气孔18是导通的，从淡燃烧出气孔18内引出的淡燃烧燃气进入空气进气间隙23内，与空气预混合，再从空气进气间隙23向上进入淡燃烧混合室22进一步混合，在淡火孔26燃烧形成淡火焰。
内壳2的核心作用是要隔开浓淡燃烧，因此就必须要隔开浓淡燃烧的燃气，因此，内壳2的侧壁上还设置有若干导气结构，若干导气结构与若干浓燃烧出气结构一一对应接触导通。具体地，若干导气结构包括在内壳2的侧壁上由外向内成型的内凸起27，和在内凸起27端面上冲孔形成的浓燃烧导气孔28，内凸起27和浓燃烧出气结构的外凸起16端面相抵构成接触密封，浓燃烧导气孔28和浓燃烧出气孔17一一对应导通，由此将用于浓燃烧的燃气导出至内壳2以外。
本实施例中，内壳2的侧壁上由外向内形成内凸条29，内凸条29沿长度方向延伸，且是通长延伸，上述导气结构成型在内凸条29上，内凸起27和内凸条29的端面齐平，结构上表现为内凸条29与浓燃烧出气结构的外凸起16端面相抵，这样的话，内凸条29与分流室14侧壁形成的长间隙就被若干外凸起16隔成若干缓流孔4，使得空气进气间隙23和淡燃烧混合室22通过若干缓流孔4实现上下连通。
如图7-8所示，外壳3罩在内壳2外侧，外壳3顶部敞口，构成外壳3的两个侧板在顶部敞口位置通过若干连接条连接，包括由下而上布置的空气引流室31、浓燃烧出气室32，空气引流室31与空气进气室21的侧壁之间形成向下敞口的空气引流间隙33，空气进气结构即空气进气狭缝25位于空气引流间隙33以内。浓燃烧出气室32与淡燃烧混合室22的侧壁之间形成向上敞口的浓燃烧出气间隙34。外壳3的侧壁上由外向内形成长凸条35，长凸条35沿长度方向通长延伸，长凸条35与内壳2的外壁抵触，从而将空气引流间隙33和浓燃烧出气间隙34上下隔开使趋近于不导通优选相对封堵。
内壳2上的浓燃烧导气孔28与浓燃烧出气间隙34导通。浓燃烧出气室32的侧壁顶部沿长度方向间隔设置若干个由外向内的凸起36，凸起36向内抵住淡燃烧混合室22的侧壁，从而将浓燃烧出气间隙34的顶部隔成若干个间隔排列的浓火孔37。
空气引流室31的侧壁底部沿长度方向成型为凹凸结构，燃烧器相邻火排的外壳之间间距很窄，采用前述“凹凸结构”可以阻碍空气从相邻火排之间的间隙向上流出，而使空气更趋向于进入空气引流间隙33内，为淡燃烧混合室22提供补充空气。
上述火排的浓淡燃烧过程如下：
裹挟着空气的燃气经文丘里管11、引流管12、均流室13向分流室14均匀布气。分流室14内的初始燃气一路从下方的淡燃烧出气孔18进入空气进气间隙23，与从空气进气狭隙25进入空气进气间隙23的补充空气预混合，经缓流孔4向上进入淡燃烧混合室22内再混合，最后在淡火孔处燃烧形成淡火焰。分流室14内的初始燃气另一路从上方的浓燃烧出气孔17、浓燃烧导气孔28进入浓燃烧出气间隙34中，最终浓火孔处燃烧形成浓火焰，浓火焰位于淡火焰两侧，利用贫氧的浓火焰去消耗淡火焰中富余的氧，避免淡火焰脱火，从而提高火焰刚性，稳住燃烧，整体上也有助于提高燃气的燃烧效率。
实施例2
本实施例涉及一种浓淡燃烧器，包括多个火排，多个火排并排组合，火排采用实施例1所述的火排。当浓淡燃烧器采用上抽风即负压的出风方式时，多个火排下方还设置有挡风板，挡风板上设置有风孔，用于分流。
当然，本实施例的浓淡燃烧器也能够采用下吹风即正压的吹风方式，采用正压吹风时，也应当在多个火排下方那个设置所述挡风板。
另外，火排与火排之间保留出风通道，从而在每个火排两侧再分别形成空气流，一方面为火排降温，一方面从外向内推浓焰。
实施例3
本实施例涉及一种热水器，例如家用燃气快速热水器、燃气采暖热水炉、蒸汽热源机，包括实施例2所述的浓淡燃烧器、水箱和出风单元。所述出风单元可以是上抽风式风机，也可以是下吹风式风机。水箱位于浓淡燃烧器的上方。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
