利用火焰辐射预热助燃空气的预热体及具有其的热能设备制造技术

本发明专利技术公开了利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，每两个相邻的所述受热传热面之间为助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气；所述预热体的结构形式设置为所述预热体对于射向所述预热体的火焰辐射呈现黑体效应。所述预热体的具体形式包括螺旋卷片式、放射翅片式、多孔透气式、旋涡翅片式等。本发明专利技术还公开了具有利用火焰辐射预热助燃空气的预热体的热能设备。本发明专利技术预热体将用火焰加热物体基本方式中的向外界散发的火焰辐射能吸收转换为热能，然后利用这些热能预热助燃空气，从而避免火焰辐射热损失，提高热效率。

Preheating body for preheating combustion supporting air by flame radiation and heat energy equipment with the same

The present invention discloses the use of flame radiation preheating combustion air preheater, which is characterized in that the body has a series of pre heating heat surface absorption flame radiation, as the combustion air channel between each two adjacent the heat transfer surfaces, wherein the heat radiation body preheating flame can convert the resulting transfer to flow through and direct contact with the heat transfer surface heated combustion air; set the structure form of the pre heater for the pre heater for the pre heater at present blackbody flame radiation effect. The specific form of the pre heater comprises a spiral winding type, radiation fin type, porous type, spiral fin type etc.. The present invention also discloses a heat energy equipment with preheating body for preheating combustion air by flame radiation. The preheating body will use to emit flame radiation in the flame heating object can absorb is converted to heat, and then use the heat to preheat combustion air, thereby avoiding flame radiation heat loss, improve thermal efficiency.

【技术实现步骤摘要】
利用火焰辐射预热助燃空气的预热体及具有其的热能设备
本专利技术涉及燃烧设备及部件，更具体地涉及利用火焰辐射预热助燃空气的预热体及具有其的热能设备。
技术介绍
在一百万年前的史前遗址中找到原始人类用火痕迹的案例在考古学研究中有所报道，例如考古勘探曾在史前原始人遗址的洞穴内发现厚达5厘米的灰烬堆，其周围有木炭屑。据推测原始人类是从雷电引起的森林大火取得火种，然后逐渐掌握了人工生火的方法。拥有火后才能烹饪食物，原始人才能吃到熟食，促进人体大脑的发育和生产生活体制的进化。熟食还显著扩大了食物的来源和种类。火提供的热量还帮助人们取暖越冬，拓展了在高纬度地区的活动范围。在公元前数万年至数千年的陶器时代，人类曾大规模生产陶器作为生活用具，烧制陶器时火的使用是必需的。在公元前数千年至公元初年的青铜器时代及随后的铁器时代，人类用金属冶炼术来制作各种生产生活用具和冷兵器(如刀和剑)，冶炼金属时火的使用是不可或缺的。在始于公元十八世纪的工业革命中，大规模开采矿物燃料用于燃烧以及各种热能动力机械的专利技术起到了关键性的推动作用。可以讲，学会生火、用火并不断拓展火的应用范围为原本茹毛饮血的原始人类与其它动物区别开来逐渐进化为拥有灿烂文明的近代人类的最重要因素之一。在人类漫长的进化和文明发展史的每一阶段中，火及其热能应用技术都起到了极其重要的作用。进入二十一世纪，人类拥有相当发达的科技。但是，当前人们的日常生活和生产活动仍然离不开火的使用。每时每刻全世界有不计其数的发电厂和锅炉依靠使用大中型燃烧器燃烧煤炭或燃油提供热能；各种交通工具如机动车、船舶、飞机依靠燃油发动机提供动力。冶金、化工、电子、机械等工业部门普遍使用以燃气、燃油或燃煤为燃料的各种炉窑和工业炉。机械工业金属焊接和切割、玻璃制造业、食物和农副产品的干燥和加工、实验室化学反应和高温焙烧、医疗和生物器械灭菌消毒等高温加热操作常使用中小型燃烧器如火炉、火炬、本生灯、酒精灯、酒精喷打、煤油喷灯提供热能。在人们的日常生活中，每个人每天需用火若干次。例如，用燃气灶烹饪食物，用燃气热水器加热生活用水。还有众多烟民每人每天用火点燃数支至数十支香烟。所以说，现代人类的生活与古代人类的生活一样离不开火的使用。图1表示人们用火加热物体的基本方式。燃烧器位于下方，拟加热的物体位于燃烧器火焰的上方。图1中的燃烧器可以是任何类型的产生火焰的器具(如打火机、酒精灯、酒精喷打、煤油喷打、本生灯、火炉、火炬、灶具、工业燃气或燃油燃烧器等等)，拟加热的物体可以是任何种类的物体(如香烟、试管、烧杯、烧瓶、坩埚、平底锅、圆底锅、物料、食物、产品、零件、工件、器械、换热器排管或盘管等等)。图1所示火焰旁边的虚线箭头表示火焰向周围发出热辐射。例如：当我们打着打火机火焰，然后从左、右、前、后、上、下各个方向观察火焰时，我们从各个方向都可以看到火焰发光。事实上，火焰是在整个火焰体积内向空间的所有方向同时发出热辐射。就是说，火焰及热烟气的辐射为体积辐射。显而易见的是，由于图1中拟加热的物体位于火焰的上方，仅有小部分的火焰辐射是射向拟加热的物体，其余大部分的火焰辐射是射向周围空间而没有被有效利用(称为“火焰辐射热损失”)。举例来说，在实验室用酒精灯火焰加热一个置于酒精灯上方的烧瓶时，仅有大约30％的火焰辐射到达烧瓶，其余70％的火焰辐射向周围散发而被浪费掉了。图1中被加热的物体两侧的粗实线箭头表示火焰产生的热烟气流经所加热的物体，然后向上排走。热烟气流经物体时主要以对流传热的方式将热量传递给物体。但是，热烟气与物体的接触面积不大且接触时间短暂，热烟气含有的热量中仅有一部分能够传递给物体，向上排走的热烟气仍具有相当高的温度。热烟气排放携带走的那部分热量称为“排烟热损失”。图1中火焰体积周围是被外界的冷空气所包围，火焰与周围冷空气之间会发生质量、动量和热量的交换。一方面，周围冷空气提供了火焰完全燃烧所需的氧气。另一方面，火焰周围冷空气的流动可带走火焰的热量。换句话说，周围空气对火焰具有冷却作用。周围空气的流速越大，则被其带走的热量越多，其对火焰的冷却作用越大。大风甚至能够熄灭火焰。另外，流入燃烧区的常温助燃空气需要耗费火焰热量加热达到较高的的温度后才能与燃料发生燃烧反应。空气(包括环境空气、自然通风或强制通风的助燃空气及过量空气)对火焰的冷却作用所引起的热损失称为“空气冷却热损失”。图1中燃烧器两侧的细实线箭头表示被火焰射流卷吸进入燃烧区的助燃空气。火焰通常是发生在一个窄小区域内的剧烈化学反应，该化学反应消耗氧气的速度一般大于空气供氧的速度。当火焰燃烧区供氧不足或燃料与氧气混合不良时容易发生不完全燃烧，引起“不完全燃烧热损失”。图1中人们使用燃烧器产生火焰的目的是要加热物体。但如上所述，火焰辐射热损失、排烟热损失、空气冷却热损失和不完全燃烧热损失导致燃料燃烧放热量中只有一部分能够真正被用于加热物体。这些实际得到有效利用的热量占所消耗燃料完全燃烧时总放热量的比例称为“热效率”。由于图1所示用火焰加热物体基本方式存在如上所述的诸多热损失途径，因此其热效率并不高。目前仍有许多的工业和民用燃烧加热设备(如本生灯、喷灯、家用燃气灶具、商用燃气灶具、燃油灶具、辐射加热器)的加热方式与图1相类似，普遍的问题是热损失大，热效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对图1所示用火焰加热物体基本方式的热损失大、热效率低的问题，提供一种利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，该预热体应用于工业和民用燃烧加热设备时能够取得降低热损失、提高热效率的效果。为此，本专利技术提供：利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，每两个相邻的受热传热面之间为助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气。进一步地，所述预热体的结构形式设置为所述预热体对于射向所述预热体的火焰辐射呈现黑体效应。进一步地，所述预热体的结构形式设置为所述预热体及其内部的热气体可以产生烟囱效应，助燃空气在烟囱效应引风力的作用下流进所述预热体。进一步地，所述预热体具有的吸收火焰辐射的一系列的受热传热面的总面积大于或者等于额定功率时火焰外表面积的30倍。更进一步地，所述预热体由若干金属薄片构成，所述金属薄片的表面为受热传热面，所述金属薄片布置为每两个相邻的受热传热面之间形成可作为助燃空气通道的窄缝空隙，并且每两个相邻的受热传热面之间窄缝空隙的开口位置和方向均朝向火焰使得火焰辐射可以射入窄缝空隙内部发生黑体效应。上述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体包括但不限于以下的具体形式：(A)所述预热体为平位放射翅片式预热体、高位放射翅片式预热体或者低位放射翅片式预热体，其特征在于：所述平位放射翅片式预热体包括一系列的放射状翅片、圆筒，所述放射状翅片用金属薄片制作，所述放射状翅片以所述圆筒的中轴线为中心呈放射状地排列在所述圆筒的内部，所述放射状翅片之间窄缝空隙为助燃空气通道，所述放射状翅片离所述圆筒中轴线的近端形成直径比所述预热体应用的燃烧器头部外径大1至4cm的中部通孔，所述中部通孔的上边缘与燃烧器头部最上端平齐，所述圆筒的下部和上部分别开设有空气进口和排烟口；所述高位放射翅片式预热体包括一系列的放射状翅片、圆筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，每两个相邻的所述受热传热面之间为助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气。

【技术特征摘要】
1.利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体具有吸收火焰辐射的一系列的受热传热面，每两个相邻的所述受热传热面之间为助燃空气通道，所述预热体将火焰辐射能转换所得的热能传递给流经且直接接触所述受热传热面的助燃空气。2.根据权利要求1所述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体的结构形式设置为所述预热体对于射向所述预热体的火焰辐射呈现黑体效应。3.根据权利要求1所述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体的结构形式设置为所述预热体及其内部的热气体可以产生烟囱效应。4.根据权利要求1所述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体具有的吸收火焰辐射的一系列的受热传热面的总面积大于或者等于额定功率时火焰外表面积的30倍。5.根据权利要求1所述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体由若干金属薄片构成，所述金属薄片的表面为受热传热面，所述金属薄片布置为每两个相邻的受热传热面之间形成可作为助燃空气通道的窄缝空隙，并且每两个相邻的受热传热面之间窄缝空隙的开口位置和方向均朝向火焰使得火焰辐射可以射入窄缝空隙内部发生黑体效应。6.根据权利要求5所述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体为平位放射翅片式预热体、高位放射翅片式预热体或者低位放射翅片式预热体；所述平位放射翅片式预热体包括一系列的放射状翅片、圆筒，所述放射状翅片用金属薄片制作，所述放射状翅片以所述圆筒的中轴线为中心呈放射状地排列在所述圆筒的内部，所述放射状翅片之间窄缝空隙为助燃空气通道，所述放射状翅片离所述圆筒中轴线的近端形成直径比所述预热体应用的燃烧器头部外径大1至4cm的中部通孔，所述中部通孔的上边缘与燃烧器头部最上端平齐，所述圆筒的下部和上部分别开设有空气进口和排烟口；所述高位放射翅片式预热体包括一系列的放射状翅片、圆筒和圆环板，所述放射状翅片用金属薄片制作，所述圆环板安装在所述圆筒的顶部，所述圆环板具有中部开孔，所述放射状翅片以所述圆筒的中轴线为中心呈放射状地排列在所述圆筒的内部，所述放射状翅片之间窄缝空隙为助燃空气通道，在所述圆筒底端至所述预热体应用的燃烧器头部高度的部位所述放射状翅片离所述圆筒中轴线的近端形成直径比燃烧器头部外径大1至4cm的中部通孔，所述中部通孔的上边缘与燃烧器头部最上端平齐，在燃烧器头部以上2至3cm至所述圆环板的部位所述放射状翅片离所述圆筒中轴线的的近端共同构成一个用于容纳被加热物体的圆柱状空腔，所述高位放射翅片式预热体的二分之一高度处高于燃烧器头部最上端；所述低位放射翅片式预热体包括一系列的放射状翅片、圆锥筒和圆鼓筒，所述放射状翅片用金属薄片制作，所述放射状翅片以所述圆锥筒的中轴线为中心呈放射状地排列在所述圆锥筒的内部，所述放射状翅片之间窄缝空隙为助燃空气通道，所述放射状翅片离所述圆锥筒中轴线的近端形成与所述预热体应用的燃烧器头部外径相适配的中部通孔，所述中部通孔的上边缘低于燃烧器头部最上端，所述圆鼓筒的侧壁开设有排烟口，所述排烟口经烟道通向排烟筒，所述烟道上设有阀门，所述低位放射翅片预热体的二分之一高度处低于燃烧器头部最上端。7.根据权利要求5所述的利用火焰辐射预热助燃空气的预热体，其特征在于：所述预热体为螺旋卷片式预热体、圆锥叠套式预热体、螺旋绕片式预热体或者多层折叠式预热体；所述螺旋卷片式预热体包括螺旋卷片部和圆筒，所述螺旋卷片部用金属薄片按螺旋状地卷制成，螺旋卷片之间的窄...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海涛，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44