一种整体渐变式多孔介质燃烧器及其工作方法技术

本发明专利技术公开的一种整体渐变式多孔介质燃烧器及其工作方法，属于家用燃烧器技术领域。包括燃烧器外壳，燃烧器外壳两端分别连接有预混腔和收缩段，预混腔连接有进气管，收缩段连接有出气管；燃烧器外壳内设有导流孔板、整体渐变孔径多孔介质和管式换热器组，导流孔板设在整体渐变孔径多孔介质的起始端；整体渐变孔径多孔介质的孔径服从以下分布规律：沿半径方向，孔径由圆心向外递增；沿进口至出口方向，孔径递增。本发明专利技术能够有效减小燃烧噪音，稳定火焰，扩大负荷调节范围，防止多孔材料黏结堵塞现象发生。现象发生。现象发生。

【技术实现步骤摘要】
一种整体渐变式多孔介质燃烧器及其工作方法


[0001]本专利技术属于家用燃烧器
，具体涉及一种整体渐变式多孔介质燃烧器及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着人民生活水平质量提高，对生活用热水要求也趋于多样化。当前大气式燃气热水器应用十分广泛，该类热水器负荷调节范围小，噪音污染严重。在“碳达峰、碳中和”，噪声排放要求愈加严苛的背景下，发展新型低噪音燃气热水器刻不容缓。
[0003]多孔介质燃烧技术具有燃烧噪音小、烟气中污染物排放低、燃烧极限变宽等优点，相比传统翅片换热燃气热水器采用的大气式燃烧，该技术火焰面稳定，火焰充满度好。比如，将该技术应用在家用燃气热水器中能显著降低运行噪音，拓宽负荷调节范围。CN201621441498公开了一种蓄热装置和蓄热式燃烧器，该蓄热装置中的通气孔采用变孔径设计，从而可以降低烟气流动阻力，增加换热面积，提高换热效率。CN108954311公开了一种变孔径多孔陶瓷燃烧板，其进气面上均匀密布若干个小孔，直径小于出气面孔径，孔截面可以是各种形状，且深入燃烧板一定厚度范围内的孔径不变，然后孔径逐渐变大。
[0004]然而，上述的多孔介质燃气热水器通常为多段不连续变孔径结构，孔径分布无法调节，并且段间存在缝隙，调节负荷时燃气会在多孔介质段间燃烧，火焰面很不稳定。此外，若分段不合理则会导致多孔介质孔径变化不符合燃料分布规律，流动阻力大，流动产生的噪音高达90dB(A)。此外，分段多孔材料温度不均，导热性能和热震性的不同，使得材料易出现段间黏结、烧熔、堵孔现象。
专利
技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种整体渐变式多孔介质燃烧器及其工作方法，能够有效减小燃烧噪音，稳定火焰，扩大负荷调节范围，防止多孔材料黏结堵塞现象发生。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术公开了一种整体渐变式多孔介质燃烧器，包括燃烧器外壳，燃烧器外壳两端分别连接有预混腔和收缩段，预混腔连接有进气管，收缩段连接有出气管；燃烧器外壳内设有导流孔板、整体渐变孔径多孔介质和管式换热器组，导流孔板设在整体渐变孔径多孔介质的起始端；整体渐变孔径多孔介质的孔径服从以下分布规律：沿半径方向，孔径由圆心向外递增；沿进口至出口方向，孔径递增。
[0008]优选地，整体渐变孔径多孔介质的孔隙密度为4～64PPI。
[0009]优选地，整体渐变孔径多孔介质的孔径分布符合函数：
[0010]D＝f(r,h)
[0011]式中，D为孔的直径，r为孔的径向坐标，h为轴向坐标；该函数为基于湍流动能耗散率最小而设计的连续函数。
[0012]优选地，整体渐变孔径多孔介质总厚度为燃烧室高度的0.4～0.6倍，导流孔板总厚度为燃烧室高度的0.02～0.04倍。
[0013]优选地，预混腔前段设有若干倾斜导流板和竖直导流板，将预混腔均分为若干过流区域；导流孔板包括一段导流孔板和二段导流孔板，一段导流孔板与二段导流孔板之间存在间隙。
[0014]进一步优选地，一段导流孔板与二段导流孔板之间的距离为预混腔高度的0.2倍；一段导流孔板和二段导流孔板的厚度为预混腔高度的0.1～0.15倍。
[0015]进一步优选地，整体渐变孔径多孔介质的孔径分布函数为分段函数，预热区的孔径分布服从线性函数，燃烧区的孔径分布服从以自然数e为底的指数函数，燃烬区的孔径分布服从以e为底的对数函数。
[0016]进一步优选地，预热区的孔隙密度为60～100PPI，燃烧区的孔隙密度为16～55PPI，燃烬区的孔隙密度为5～13PPI；整体渐变孔径多孔介质的孔径分布函数为：
[0017][0018]式中，D为孔的直径，h为轴向坐标，X为预热区末端的轴向坐标，Y为燃烧区末端的轴向坐标，Z为燃烬区末端的轴向坐标。
[0019]优选地，导流孔板的材质为氧化铝、碳化硅或氧化锆；形式为泡沫陶瓷型、蜂窝型或金属纤维型，整体渐变孔径多孔介质的材质为碳化硅。
[0020]本专利技术公开的上述整体渐变式多孔介质燃烧器的工作方法，包括：
[0021]燃料和空气混合成的混合气体由进气管进入预混腔，在导流板的作用下均匀进入整体渐变孔径多孔介质，混合气体进入整体渐变孔径多孔介质前，呈中心稠密而流速高，外侧稀疏而流速低的分布；整体渐变孔径多孔介质中部孔径小、孔数密集，流速高的混合气体被减速，均匀分布到各个孔隙结构中；外侧孔径大、孔数稀疏，对混合气体减速效果小、均匀质量流量效果好；混合气体在整体渐变孔径多孔介质中进行预热、燃烧、换热并形成烟气，与管式换热器组换热后流经收缩段后由出气管排出；管式换热器组内的冷水流动并吸热升温，产生的热水输出燃烧器。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术公开的一种整体渐变式多孔介质燃烧器，整体渐变孔径多孔介质沿半径方向孔径由圆心向外递增，沿进口至出口方向孔径递增；这是因为燃料流动时受入口分布不均和壁面黏性影响，中心处稠密而流速高，两侧稀疏流速低。基于此流动规律和湍流动能耗散率最小原理设计的结构，契合燃料分布规律，湍流动能耗散损失小，因此燃料冲击多孔介质材料时产生的噪音与燃烧产生的噪音小，且能被孔隙结构较好吸收。
[0024]现有的分段多孔介质燃烧器是将多段多孔介质通过堆叠形成一个燃烧域，段间缝隙大，在调节负荷时燃料易在段间燃烧，火焰面不稳定。本专利技术采用的整体渐变孔径多孔介质为整体式制造，不存在结构上的缝隙，一体性好。燃烧时火焰充满整个多孔材料，火焰面能稳定在燃烧器燃烧区(中上部分)，负荷调节范围达到1:20。用于但不限于家用燃气热水器能满足居家各类热水需求，提高生活质量。同时，整体式多孔介质导热性和热震性好，配
合导流孔板的均流均速效果，使得燃烧室内火焰充满度高，温度均匀，不会出现燃烧死角。故可避免多孔材料孔隙结构烧熔、黏结和堵塞现象发生，从而提高材料使用寿命，增强燃烧器安全性。
[0025]多孔介质燃烧技术本身具有低污染物排放的优点，在本专利技术设计中燃料分布均匀，没有局部高温和局部稠密现象，因此燃烧时热力型NOx和燃料型NOx生成少，低于30mg/(kW
·
h)。此外，燃烧室面积大，蓄热保温效果好，燃料停留时间长，可以实现超焓燃烧，CO排放低。
[0026]此外，本专利技术的燃烧器取消了翅片换热结构与传统自由火焰的燃烧方式，燃烧器尺寸和重量显著减小，结构更为紧凑。
附图说明
[0027]图1为实施例1的整体结构示意图；
[0028]图2为实施例1中沿半径方向整体渐变孔径多孔介质的孔径变化函数图；
[0029]图3为实施例1中沿高度方向整体渐变孔径多孔介质的孔径变化函数图；
[0030]图4为实施例2的整体结构示意图；
[0031]图5为实施例2中预热区孔径沿高度方向变化函数图；
[0032]图6为实施例2中燃烧区孔径沿高度方向变化函数图；
[0033]图7为实施例2中燃烬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整体渐变式多孔介质燃烧器，其特征在于，包括燃烧器外壳(5)，燃烧器外壳(5)两端分别连接有预混腔(2)和收缩段(7)，预混腔(2)连接有进气管(1)，收缩段(7)连接有出气管(8)；燃烧器外壳(5)内设有导流孔板(3)、整体渐变孔径多孔介质(4)和管式换热器组(6)，导流孔板(3)设在整体渐变孔径多孔介质(4)的起始端；整体渐变孔径多孔介质(4)的孔径服从以下分布规律：沿半径方向，孔径由圆心向外递增；沿进口至出口方向，孔径递增。2.根据权利要求1所述的整体渐变式多孔介质燃烧器，其特征在于，整体渐变孔径多孔介质(4)的孔隙密度为4～64PPI。3.根据权利要求1所述的整体渐变式多孔介质燃烧器，其特征在于，整体渐变孔径多孔介质(4)的孔径分布符合函数：D＝f(r,h)式中，D为孔的直径，r为孔的径向坐标，h为轴向坐标；该函数为基于湍流动能耗散率最小而设计的连续函数。4.根据权利要求1所述的整体渐变式多孔介质燃烧器，其特征在于，整体渐变孔径多孔介质(4)总厚度为燃烧室高度的0.4～0.6倍，导流孔板(3)总厚度为燃烧室高度的0.02～0.04倍。5.根据权利要求1所述的整体渐变式多孔介质燃烧器，其特征在于，预混腔(2)前段设有若干倾斜导流板(9)和竖直导流板(10)，将预混腔(2)均分为若干过流区域；导流孔板(3)包括一段导流孔板(3
‑
1)和二段导流孔板(3
‑
2)，一段导流孔板(3
‑
1)与二段导流孔板(3
‑
2)之间存在间隙。6.根据权利要求5所述的整体渐变式多孔介质燃烧器，其特征在于，一段导流孔板(3
‑
1)与二段导流孔板(3
‑
2)之间的距离为预混腔(2)高度的0.2倍；一段导...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富鑫，曹静宇，谭厚章，
申请(专利权)人：广东顺德西安交通大学研究院，
类型：发明
国别省市：