CN106030209B - 配备形成有气孔的焰孔部件的燃烧器 - Google Patents

配备形成有气孔的焰孔部件的燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种配备形成有气孔的焰孔部件的燃烧器，本发明的目的在于提供一种能够防止逆火并提高火焰稳定性，并且能够应对多种燃烧负荷的预混合燃烧器。为此，本发明包括：焰孔部件，形成有气孔，所述气孔通过使多个金属合金经过烧结工艺形成为发泡体而形成，所述气孔为构成骨架的胞架之间的空间，气体和空气的混合气体通过所述气孔而被喷射并形成火焰；焰孔部件固定板，用于将所述焰孔部件结合固定到燃烧器主体；整流板，配备于所述焰孔部件的前方，且形成有多个分配孔，以将所述混合气体均匀地供应至所述焰孔部件。

Description

配备形成有气孔的焰孔部件的燃烧器
技术领域
本发明涉及一种具有形成有气孔的焰孔部件的燃烧器，尤其涉及一种具有由在金属泡沫上涂覆及烧结合金粉末而形成的合金泡沫形成的焰孔部件而能够提高调节比(turndown ratio)并防止逆火的燃烧器。
背景技术
通常，用于锅炉或热水器等的燃烧设备的气体燃烧器可以根据混合燃烧用气体和空气的方式而被分为本生(Bunsen)燃烧器和预混合(Pre-mixed)燃烧器。
本生燃烧器是一种给用于喷射气体的喷嘴部供应燃烧所需的最小量的一次空气，并在形成火焰的部位供应过量的二次空气而实现完全燃烧的燃烧器，其具有火焰稳定性并具有逆火现象等的产生危险性较小的优点，相反其缺点为，火焰借助于二次空气而形成，因此导致火焰长度长且火焰温度高，并且燃烧所需的空气量比理论空气量需要更大量的过量空气，因此因高温的排出气体产生的热损失量和有害物质的排出量较大，因此在气体燃烧器的效率极大化以及有害物质的减小等方面存在一定程度的限制。
另外，预混合燃烧器是一种使燃烧用气体和空气在混合室预混合后的预混合气体燃烧的方式，其可以在减少整体火焰的长度的同时降低火焰的温度，因此可以降低相同面积下的负荷，从而具有可以将一氧化碳及氮氧化物等有害物质的产生减小至最低限度的优点。
之前主要使用了本生燃烧器，但是最近为了减少有害物质的产生并小型化燃烧室，主要使用着预混合燃烧器。
现有的预混合方式的气体燃烧器的结构形成为，在启动送风机时，通过空气吸入口流入的空气与通过气体吸入口流入的气体在吸气管得到混合后，经过送风机而在预混合室得到预混合，从而被供应至配备于燃烧器的上侧的燃烧器焰孔部。
在所述燃烧器焰孔部配备有焰孔板，这种焰孔板主要使用不锈钢冲孔板、金属丝、陶瓷等。
由所述不锈钢冲孔板形成的焰孔板使用在一个板材钻有焰孔的结构，但是存在如下问题：对噪音脆弱、燃烧器燃烧面因热应力而变形或在严重的情况下导致焰孔受损而诱发不完全燃烧及逆火，从而会使燃烧负荷范围变窄。并且，不锈钢冲孔板通过冲压模塑而形成焰孔形状，因此有着焰孔的形状简单且难以制造立体的形状的问题。
为了弥补上述缺点而使用了将织造金属纤维的金属丝或者烧结陶瓷而制造的陶瓷板等用作材料的燃烧器焰孔部的结构，但是因为高的材料费用和制造方法的不便而有着制造成本上升的缺点。
另外，韩国授权专利第1212786号中公开了“开放-多孔性金属泡沫及其制造方法”，所述开放-多孔性金属泡沫通过以下工艺制造：提供不含有铬和铝，或者含量少于铁-铬-铝合金的粉末内的量的由铁或铁基合金形成的半成品，然后将所述由铁或铁基合金形成的半成品的表面及开放型气孔利用铁-铬-铝合金的粉末及有机结合剂而均匀地涂覆，并将所述被涂覆的由铁或铁基合金形成的半成品在还原氛围下进行300℃至600℃温度的热处理而排出有机成分后，使所述有机成分被排出的由铁或铁基合金形成的半成品在900℃以上的温度下进行烧结。
通过上述方法制造的开放-多孔性金属泡沫可以被用于以下用途：为了化学过程而被催化活性化、用于环境学科、或者用于过滤，尤其可以在高温的环境下使用。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种通过在燃烧器使用开放-多孔性金属泡沫而能够防止逆火并提高火焰稳定性，并且能够应对多种燃烧负荷的燃烧器。
技术方案
用于实现上述目的的本发明的燃烧器包括：焰孔部件，形成有气孔，所述气孔通过使多个金属合金经过烧结工艺形成为发泡体而形成，所述气孔为构成骨架的胞架之间的空间，气体和空气的混合气体通过所述气孔而被喷射并形成火焰；焰孔部件固定板，用于将所述焰孔部件结合固定到燃烧器主体；整流板，配备于所述焰孔部件的前方，且形成有多个分配孔，以将所述混合气体均匀地供应至所述焰孔部件。
所述气孔可以包括：胞，该胞为被所述胞架围绕的内部空间；小泡，该小孔为连接所述胞和相邻的胞的空间，并且，在所述焰孔部件的每单位体积中形成的所述多个胞的平均大小为1200μm以下。
所述胞的大小可以通过以下公式得出：
其中，D为胞的大小，a为胞的长轴长度，b为胞的短轴长度。
所述焰孔部件的每单位体积中，所述气孔所占的比率可以为80％以上。
在所述焰孔部件的表面被凹陷地按压而被压缩的压缩部可以相隔预定间距而形成有多个。
在所述压缩部的内部可以形成有沿着所述焰孔部件的厚度方向贯通的贯通孔。
在所述多个压缩部之间，可以形成有沿着所述压缩部的厚度方向贯通的贯通孔。
所述压缩部可以包括：多个第一压缩部，相隔预定间距；第二压缩部，形成在所述多个第一压缩部之间，且大小小于所述第一压缩部。
在所述焰孔部件，沿着厚度方向贯通的多个贯通孔可以相隔预定距离而形成。
所述整流板可以隔着所述焰孔部件而结合于所述焰孔部件固定板。
在所述整流板可以形成有突出部，所述突出部接触到所述焰孔部件的后表面而使所述整流板与所述焰孔部件的后表面之间形成间隔。
所述突出部可以形成在形成有所述分配孔的区域的外侧周围。
还可以包括用于在所述整流板和焰孔部件之间形成间隔的间隔板，所述间隔板以围绕形成有所述分配孔的区域的方式形成。
所述多个金属合金中可以包含：镍(Ni)、铬(Cr)和铝(Al)。
有益效果
根据本发明的燃烧器，可以通过配备由具有气孔的金属泡沫形成的焰孔部件而提高火焰的稳定性，并防止逆火的产生，并且可以提高调节比，因此能够应对多种燃烧负荷。
附图说明
图1是示出本发明的燃烧器中，焰孔部件、焰孔部件固定板以及整流板的结合状态的立体图。
图2是示出图1中示出的燃烧器的各个构成被分解的状态的立体图。
图3是图1中示出的燃烧器的平面图。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是放大图4的B部的图。
图6是放大根据本发明的焰孔部件的内部的图。
图7是模型化根据本发明的焰孔部件的胞形状的图。
图8是示出根据本发明的一实施例的焰孔部件的立体图。
图9是图8中示出的焰孔部件的剖视图。
图10是示出根据本发明的第二实施例的焰孔部件的立体图。
图11是图10中示出的焰孔部件的剖视图。
图12是示出根据本发明的第三实施例的焰孔部件的立体图。
图13是示出根据本发明的第四实施例的焰孔部件的立体图。
符号说明
1：燃烧器
100、100-1、100-2、100-3、100-4：焰孔部件
110：边缘位置
120-1、120-2、120-4、125-4：压缩部
130-1、130-2、130-4：非压缩部 150：胞架(Strut)
160：气孔 200：焰孔部件固定板
210：主体部 220：开放部
230：结合部 231：焰孔部件结合部
232：整流板结合部 300：整流板
310：分配孔 320：突出部
330：边缘部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例的构成及作用进行详细的说明。
图1是示出本发明的燃烧器中，焰孔部件、焰孔部件固定板以及整流板的结合状态的立体图；图2是示出图1中示出的燃烧器的各个构成被分解的状态的立体图；图3是图1中示出的燃烧器的平面图；图4是图3的A-A剖视图。图5是放大图4的B部的图。
以下，“前方”指以焰孔部件100的位置为基准，混合气体通过所述焰孔部件100之前的位置；“后方”指混合气体通过所述焰孔部件100之后的位置。
本发明的燃烧器1包括：焰孔部件100，使混合气体通过形成于内部的气孔而喷射，从而形成火焰；焰孔部件固定板200，用于使所述焰孔部件100结合而固定到燃烧器主体(未示出)；整流板300，配备于所述焰孔部件100的前方，用于将所述混合气体均匀地供应至所述焰孔部件100。
所述焰孔部件固定板200包括：主体部210，形成为平板形状，并借助于紧固单元(未示出)而结合到所述燃烧器主体；开放部220，由所述主体部210的中央部开放而形成；结合部230，围绕所述开放部220的周围的所述主体部210的内侧边缘部向后方突出而使所述焰孔部件100结合。
所述结合部230包括：焰孔部件结合部231，以围绕所述开放部220周围的方式形成为方框形状；整流板结合部232，以围绕所述焰孔部件结合部231外侧的方式形成为方框形状，并形成为与焰孔部件结合部231具有阶梯差。
在设置成使所述焰孔部件100的一侧面边缘位置110接触于所述焰孔部件结合部231的内侧面，且使所述整流板300的一侧面边缘位置330接触于所述整流板结合部232的内侧面的状态下，如果将所述整流板300的边缘位置330结合到所述整流板结合部232的内侧面，则所述焰孔部件100、整流板300和焰孔部件固定板200被结合成一体。
在所述整流板300形成有相隔预定间距而形成的多个分配孔310，以使从送风机(未示出)供应的空气与气体的混合气体被均匀地供应至焰孔部件100的整个面积。
所述分配孔310优选形成为缝隙(slit)形状，但不限于此，只要是能够均匀地供应混合气体的形状即可。
并且，在所述整流板300中，突出部320形成在形成有分配孔310的区域和边缘位置330之间，所述突出部320向前方突出以接触到所述焰孔部件100的后表面而使所述整流板300与所述焰孔部件100的后表面之间形成间隔。
所述突出部320由在上部和下部沿水平方向以长条形状形成的第一突出部320a和第二突出部320c、以及在左侧和右侧沿垂直方向以长条形状形成的第三突出部320c和第四突出部320d形成，以在外侧围绕形成有所述分配孔310的区域。
可以通过上述构成，使整流板300的前表面和焰孔部件100的后表面之间相隔预定距离，从而使通过所述整流板300的分配孔310的混合气体被均匀地供应至焰孔部件100，并在燃烧时阻断高温的热从焰孔部件100传递至整流板300，据此可防止整流板300过热。
并且，因为形成为长条状的突出部320围绕着形成有所述分配孔310的区域，所以可以防止通过分配孔310喷出的混合气体分散到形成有分配孔310的区域的外侧。
所述焰孔部件100通过使多个金属合金借助于烧结工艺而形成为发泡体，从而形成多个气孔，并使气体和空气的混合气体通过所述气孔而被喷射，从而形成火焰。
以下，参照图6和图7对本发明的焰孔部件100进行详细的说明。
图6是放大根据本发明的焰孔部件的内部的图，图7是模型化根据本发明的焰孔部件的胞形状的图。
如韩国授权专利第1212786号中公开的内容，焰孔部件100利用多个金属合金粉末通过烧结工艺而制造。
所述金属合金可以是以铁(Fe)为基包含铬(Cr)和铝(Al)的合金。可以通过在铁基合金内包含所述铬(Cr)而提高耐蚀性及高温耐氧化性，铝(Al)可以在暴露到高温的环境下，使氧化铝等形成在铁基合金的表面。
并且，所述金属合金可以是以镍(Ni)为基包含铬(Cr)和铝(Al)的合金。如果提高表示燃烧器的燃烧负荷范围的调节比(TDR)，则低负荷时在燃烧器表面形成燃烧。即，在低负荷时，混合气体的喷出速度较小，因此会在焰孔部件100的表面形成火焰，所以会在焰孔部件100的表面产生赤热而降低燃烧器的耐久性，因此当如上所述地以镍(Ni)为基时可提高高温下的耐久性。
本发明的焰孔部件100被称为金属泡沫(metal foam)，所述金属泡沫指开放的胞结构(open-cell structure)，即形成气孔160的胞(cell)和小孔(pore)在空间上彼此连接的结构。
如图6所示，焰孔部件100中，形成金属泡沫的骨架的胞架150如网状般地交织在三维空间，如果将被所述胞架150围绕的内部空间定义为胞(cell)，并将连接到所述胞(cell)的空间定义为小孔(pore)，则所述气孔160由胞(cell)和小孔(pore)形成。
所述混合气体通过所述气孔160并通过形成在焰孔部件100的表面的气孔而喷出，并形成火焰。
如果所述焰孔部件100形成为气孔彼此连接的结构，则因为气孔中存在的空气层而具有冷却焰孔部件100的表面的效果，因此可以提高燃烧器的耐久性。
并且，如果火焰的燃烧进去的速度相比混合气体通过焰孔部件100的表面而喷出的速度更快，则会产生逆火即在焰孔部件100的内部产生燃烧，在此，如果所述胞(cell)的大小过大，则可能产生逆火。
因此，形成在焰孔部件100的单位体积内部的多个胞(cell)的平均大小优选在1200μm以下。
在此情况下，通过下式定义胞(cell)的大小。
数学式1[公式1]
(D为胞的大小，a为胞的长轴长度，b为胞的短轴长度)
图7是模型化胞(cell)的形状的图，其具有各个面由正五边形形成的12面体的形状。借助于B-B线示出的作为所述12面体的中间部分的剖面为正五边形，所述正五边形对应于图6中的用胞(cell)定义的五边形形状。
在此情况下，用于定义胞(cell)的大小的a表示在定义胞(cell)的五边形内部的直径中最长的直径，即长轴的长度；b表示五边形内部的最短直径，即短轴的长度。
实际上，焰孔部件100的胞(cell)的大小不规则，所以用将长轴(a)和短轴(b)的长度进行几何平均的值(D)定义胞的大小。
另外，如果焰孔部件100的每单位体积的气孔所占的比例，即气孔率较小，则送风机(未示出)的负荷会变大，所以所述气孔率优选在80％以上。其中，气孔率被定义为单位体积中除了胞架150的其余成空的空间，即气孔所占的比例。
以下，参照图8至图12对焰孔部件的表面形状进行说明。
图8是示出根据本发明的一实施例的焰孔部件的立体图，图9是图8中示出的焰孔部件的剖视图。
在第一实施例的焰孔部件100-1的表面，被凹陷地按压被压缩的压缩部120-1相隔预定间距而在焰孔部件100-1的整个前表面形成有多个。
相比非压缩部130-1的厚度，所述压缩部120-1更薄地形成，因此其密度较大，所以火焰的长度在所述压缩部120-1的表面变小；而所述非压缩部130-1的厚度更厚而密度小，所以火焰的长度变长。
如上所述，如果使压缩部120-1和非压缩部130-1相邻地形成，则即便产生形成于非压缩部130-1的火焰飞火的脱火(lifting)现象时，也可以使形成于压缩部120-1的稳定的火焰抓住非压缩部130-1的飞火的火焰，从而提高火焰稳定性。
图10是示出根据本发明的第二实施例的焰孔部件的立体图，图11是图10中示出的焰孔部件的剖视图。
在第二实施例的焰孔部件100-2的表面，被凹陷地按压而被压缩的压缩部120-2相隔预定间距而在焰孔部件100-2的整个前表面形成有多个。
在所述压缩部120-2的中央部形成有沿着所述压缩部120-2的厚度方向贯通的贯通孔121-2，在所述相邻的多个压缩部120-2之间形成有沿着所述焰孔部件100-1的非压缩部130-2的厚度方向贯通的贯通孔140-2。
如上所述，通过相邻地布置压缩部120-2和非压缩部130-2，可以防止火焰在非压缩部130-2脱火(lifting)的现象，因此可以提高火焰稳定性。
并且，在燃烧器的燃烧负荷高的情况下，如果仅利用通过焰孔部件100-2的气孔的混合气体的喷出，则有可能存在不充足的情形。因此，可以通过形成上述的压缩部120-2内部的贯通孔121-2，以及相邻的多个压缩部120-2之间的贯通孔140-2而应对较高的燃烧负荷。
图12是示出根据本发明的第三实施例的焰孔部件的立体图。
第三实施例的焰孔部件100-3中，沿着厚度方向贯通的多个贯通孔140-3在焰孔部件100-3的整个前表面以相隔预定间距的方式形成。因此，可以应对多种燃烧负荷。
图13是示出根据本发明的第四实施例的焰孔部件的立体图。
形成于第四实施例的焰孔部件100-4的压缩部包括：多个第一压缩部120-4，从焰孔部件100-4的表面被凹陷地按进去预定深度；第二压缩部125-4，形成在所述多个第一压缩部120-4之间，且大小比所述第一压缩部120-4小。
根据上述构成，在非压缩部130-4脱火的火焰借助于形成在压缩部的火焰而得到稳定，从而提高火焰稳定性，并且可以通过使第一压缩部120-4和第二压缩部125-4形成为不同大小而应对多种燃烧负荷。
如上所述，本发明不限于上述实施例，在不脱离权利要求书中请求的本发明的技术思想的前体下，在本发明所属技术领域具有基本知识的人员可以对本发明进行明显的变形实施，并且这种变形实施属于本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种燃烧器，包括：
焰孔部件，形成有气孔，所述气孔通过使多个金属合金经过烧结工艺形成为发泡体而形成，所述气孔为构成骨架的胞架之间的空间，气体和空气的混合气体通过所述气孔而被喷射并形成火焰；
焰孔部件固定板，用于将所述焰孔部件结合固定到燃烧器主体；
整流板，配备于所述焰孔部件的前方，且形成有多个分配孔，以将所述混合气体均匀地供应至所述焰孔部件，
在所述焰孔部件的一侧表面被凹陷地按压而被压缩的压缩部相隔预定间距而形成有多个，
非压缩部形成于多个所述压缩部之间，且厚度比所述压缩部厚，并围绕所述压缩部。
2.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
所述气孔包括：
胞，该胞为被所述胞架围绕的内部空间；
小孔，该小孔为连接所述胞和相邻的胞的空间，
在所述焰孔部件的每单位体积中形成的所述多个胞的平均大小为1200μm以下。
3.如权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
所述胞的大小通过以下公式得出：
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mi>a</mi> <mi>b</mi> </mrow> </msqrt> </mrow>
其中，D为胞的大小，a为胞的长轴长度，b为胞的短轴长度。
4.如权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，
所述焰孔部件的每单位体积中，所述气孔所占的比率为80％以上。
5.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
在所述压缩部的内部形成有沿着所述焰孔部件的厚度方向贯通的贯通孔。
6.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
在所述多个压缩部之间，形成有沿着所述压缩部的厚度方向贯通的贯通孔。
7.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
所述压缩部包括：
多个第一压缩部，相隔预定间距；
第二压缩部，形成在所述多个第一压缩部之间，且大小小于所述第一压缩部。
8.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
在所述焰孔部件，沿着厚度方向贯通的多个贯通孔相隔预定距离而形成。
9.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
所述整流板隔着所述焰孔部件而结合于所述焰孔部件固定板。
10.如权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，
在所述整流板形成有突出部，所述突出部接触到所述焰孔部件的后表面而使所述整流板与所述焰孔部件的后表面之间形成间隔。
11.如权利要求10所述的燃烧器，其特征在于，
所述突出部形成在形成有所述分配孔的区域的外侧周围。
12.如权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，
还包括用于在所述整流板和焰孔部件之间形成间隔的间隔板，所述间隔板以围绕形成有所述分配孔的区域的方式形成。
13.如权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，
所述多个金属合金中包含：镍、铬和铝。
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