專利名稱：一種火焰仿形筒、表面燃燒器及燃油加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛冷啟動預(yù)熱裝置，特別是關(guān)于一種火焰仿形筒、表面燃燒器 及燃油加熱器。
背景技術(shù)：
車輛用燃油加熱器主要用于寒冷季節(jié)預(yù)熱發(fā)動機以及為駕駛室提供暖氣。燃油加 熱器的核心是燃燒換熱裝置，燃油通過噴油嘴高壓噴出形成油霧，油霧在燃燒裝置中與空 氣均勻混合后充分燃燒釋放出大量熱能。燃燒裝置中的熱能主要通過熱輻射的方式進(jìn)入到 換熱裝置中，換熱裝置內(nèi)的換熱介質(zhì)通過熱傳導(dǎo)的方式快速吸收高溫火焰的輻射熱能，換 熱介質(zhì)通過動力循環(huán)進(jìn)入發(fā)動機系統(tǒng)，實現(xiàn)對發(fā)動機冷啟動前的預(yù)熱。隨著燃油加熱器中的燃燒裝置設(shè)計理論的進(jìn)步，燃燒裝置的容積熱強度有大幅提 高，燃燒裝置出口處的高溫?zé)霟峄鹧鏈囟瓤蛇_(dá)到1200°C 1800°C。如不對火焰加以約束， 自由空間形式下，燃燒裝置產(chǎn)生的高溫火焰將直接猛烈撞擊沖刷換熱裝置壁面，容易造成 換熱裝置的燒蝕和過高的尾氣排放溫度，縮短了換熱裝置的使用壽命，并降低了熱能利用 率。再者，如果燃燒裝置內(nèi)風(fēng)場壓力過高，未經(jīng)約束的高溫火焰有可能直接穿過換熱裝置， 從尾氣排放口噴出，出現(xiàn)后燃現(xiàn)象，造成危險事故。大功率的燃油加熱器，通常將燃油通過高壓經(jīng)噴油嘴形成油霧噴出，但部分散角 較大的油霧很容易散失在遠(yuǎn)離火焰燃燒中心的空間內(nèi)，這部分油霧由于不能進(jìn)行充分燃 燒，或隨著尾氣排放到外界環(huán)境中，增加尾氣污染物的排放程度，或粘在燃燒裝置的內(nèi)膛壁 上，經(jīng)高溫氧化形成積碳，會影響燃燒裝置的燃燒效率，降低燃燒裝置的使用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有燃燒換熱技術(shù)中的不足，提供了一種可有效規(guī)范火焰形 狀的火焰仿形筒；以及使用該火焰仿形筒，可縮短高溫?zé)霟峄鹧娴呢灤┚?，擴大火焰的輻射 換熱面積，大大降低高溫?zé)霟峄鹧鎸Q熱裝置的燒蝕程度的表面燃燒器；以及使用該表面 燃燒器，能提高燃油加熱器的燃燒效率、換熱效率，并減少污染物排放量的燃油加熱器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種火焰仿形筒，其特征在于它包括一仿形筒體，所述仿形筒體的外形具有燃油 通過噴油嘴高壓噴出形成油霧，而在自由空間燃燒時的火焰燃燒形狀，以及設(shè)置在所述仿 形筒體外表面上的表面燃燒層，所述仿形筒體上設(shè)置引燃孔。所述仿形筒體為紡錘形，沿紡錘筒體最大半徑處的徑向方向設(shè)置連接裝置。所述仿形筒體由厚度為0. 8mm 2mm的耐熱金屬板材制成。所述表面燃燒層由耐熱金屬纖維絲編織燒結(jié)而成，并通過焊接固定在仿形筒體外 部，所述表面燃燒層厚度為3mm 8mm。所述金屬纖維絲為耐受溫度為1000°C 1800°C、直徑為0. 18 0. 82mm的Mo-La、 Nb-Ta、FeCrAl、NiAl 或 NiCrAl 纖維絲。
一種使用火焰仿形筒的表面燃燒器，其特征在于它包括所述火焰仿形筒，以及一 固定在火焰方形筒內(nèi)的分焰器。所述分焰器包括一具有錐形筒壁的空心筒，所述空心筒的錐底部分設(shè)置在火源一 側(cè)。所述分焰器通過翅片固定在所述仿形筒上，位于火焰中心點位置，并與所述火焰 仿形筒同軸。所述空心筒的錐度為火源噴油嘴的噴射角度的N倍，1 < NS 1.4。所述空心筒的內(nèi)外表面及翅片表面均勻噴涂耐熱陶瓷涂層。一種采用表面燃燒器的燃油加熱器，包括燃燒裝置和換熱裝置，其特征在于所述 表面燃燒器通過連接裝置固定在所述燃燒裝置和所述換熱裝置之間的空腔中；所述表面燃 燒器與噴油嘴同軸。所述仿形筒體為紡錘形，沿紡錘筒體最大半徑處的徑向方向設(shè)置連接裝置；所述 仿形筒體分為擴張部和集約部，擴張部和集約部的分界位置，為所述筒體最大半徑處，所述 擴張部設(shè)置在燃燒裝置中，所述集約部設(shè)置在換熱裝置中。所述表面燃燒器中的分焰器的主體部分設(shè)置在所述換熱裝置中。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明的表面燃燒器為包括火焰仿形筒和分焰器的仿形式分焰表面燃燒器。其中 火焰仿形筒包括一個仿形筒體，以及設(shè)置在仿形筒體外部的表面燃燒層，仿形筒體依據(jù)火 焰的形狀設(shè)置成紡錘形狀，筒體上設(shè)置引燃孔，對火焰的初始燃燒形狀進(jìn)行規(guī)范性處理，減 少熱量損失?；鹧娣滦瓮补潭ㄔ谌加图訜崞鞯娜紵b置和換熱裝置之間的空腔中，可以攔 截散角較大的預(yù)燃油霧，使其可透過仿形筒體上的引燃孔均勻附著在仿形筒體外的表面燃 燒層上，有效避免了這部分預(yù)燃油霧在自由燃燒空間條件下，不能夠充分燃燒而形成污染 物排入自然環(huán)境中，或附著在燃燒裝置內(nèi)壁形成積碳。分焰器為一具有錐形筒壁的空心筒，通過在空心筒外部設(shè)置的翅片，固定在仿形 筒體位于所述換熱裝置內(nèi)的部分中。當(dāng)高溫?zé)霟峄鹧孀矒舻椒盅嫫鞯腻F形筒壁外部時，高 溫?zé)霟峄鹧娈a(chǎn)生反射分焰，增大了輻射換熱的面積，并有效縮短高溫?zé)霟峄鹧娴呢灤┚?，?免了高溫?zé)霟峄鹧鎸Q熱裝置的燒蝕。同時反射分焰透過火焰仿形筒上的引燃孔點燃附著 在表面燃燒層上的油膜，提高燃油的燃燒速率和效率，使燃油充分燃燒從而降低污染物的 排放量?；鹧娣滦瓮才c分焰器的各部分均采用耐熱金屬材料制成，有效降低高溫?zé)霟峄鹧?對裝置本身的燒蝕。本發(fā)明的燃油加熱器，通過在燃燒裝置和換熱裝置之間設(shè)置上述表面燃燒器，使 燃油加熱器的燃燒方式實現(xiàn)從自由空間燃燒到微孔介質(zhì)浸潤式表面燃燒的轉(zhuǎn)變，換熱方式 實現(xiàn)從傳導(dǎo)、對流換熱方式到瞬間輻射換熱方式的轉(zhuǎn)變。


圖1是本發(fā)明的火焰仿形筒結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的分焰器的側(cè)視示意3是本發(fā)明的表面燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4是本發(fā)明的燃油加熱器結(jié)構(gòu)示意中各標(biāo)號如下1-火焰仿形筒；11-仿形筒體；12-表面燃燒層；13-引燃孔；14-法蘭；2_分焰器； 21-翅片；3-燃燒裝置；31-噴油嘴；4-換熱裝置。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。如圖1所示，火焰仿形筒1包括仿形筒體11、表面燃燒層12和設(shè)置在仿形筒體11 上的引燃孔13，引燃孔13為通孔。其中，仿形筒體11的輪廓為與火焰相似的紡錘形，依照 紡錘形筒體的錐度的變化，可將筒體分為擴張部和集約部。在擴張部和集約部的分界位置， 即筒體最大半徑處設(shè)置連接裝置，本實施例中的連接裝置為沿徑向方向設(shè)置的法蘭14，用 于固定火焰仿形筒。法蘭14中的法蘭孔與燃燒裝置和換熱裝置連接處設(shè)置的安裝孔匹配， 用于將仿形筒體11安裝在燃油加熱器的燃燒裝置與換熱裝置之間。仿形筒體11用于對高溫?zé)霟峄鹧娴某跏既紵螤钸M(jìn)行規(guī)范，并為表面燃燒層12 提供支撐。表面燃燒層12緊貼在在仿形筒體11的外表面上，并通過焊接方式與仿形筒體 11固定。表面燃燒層12能夠最大限度地捕捉油霧，使其在金屬纖維絲的表面形成油膜，可 擴大燃油的燃燒面積。仿形筒體11由耐熱金屬板制成，本實施例中優(yōu)選厚度0.8mm 2mm 的耐熱鋼板。仿形筒體11的尺寸通過計算機仿真模擬軟件，根據(jù)具體的燃油燃燒參數(shù)模擬 自由空間火焰燃燒形狀，并經(jīng)過參數(shù)修正后確定。仿真模擬軟件可用現(xiàn)有的流體動態(tài)仿真 軟件，如star-CD或Fluent，對燃燒裝置中油霧燃燒情況進(jìn)行數(shù)值模擬。表面燃燒層12由 耐高溫金屬纖維絲編織燒結(jié)而成，也可由金屬板通過激光打微孔制成；本實施例中表面燃 燒層12的厚度優(yōu)選3mm 8mm，金屬纖維絲優(yōu)選耐受溫度為1000°C 1800°C，金屬纖維絲 半徑為0. 18mm 0. 82mm，材料為Mo-La、Nb_Ta、FeCrAl、NiAl、NiCrAl等合金材料的金屬纖 維絲。如圖2、3所示，分焰器2為具有錐形筒壁的空心筒，分焰器2的筒壁由耐熱金屬制 成，本實施例中優(yōu)選3mm 5mm厚的耐熱鋼板。分焰器2筒壁的錐度由安裝在燃油加熱器 內(nèi)的噴油嘴的噴射角度來確定，本實施例中優(yōu)選錐度(母線夾角)等于1 1.4倍噴射角 度。分焰器2的內(nèi)外表面均勻噴涂耐熱陶瓷涂層，耐熱涂層為耐受度1500°C 2600°C的航 空航天器械火焰噴管噴涂陶瓷，防止高溫?zé)霟峄鹧鎸Ψ盅嫫?本體的燒蝕。分焰器2筒壁 外表面對稱地設(shè)置兩片對稱的翅片21，翅片21焊接固定在仿形筒體11的集約部的內(nèi)壁上， 使分焰器2與火焰仿形筒1同軸。如圖4所示，本發(fā)明的燃油加熱器分為燃燒裝置3和換熱裝置4兩部分，其中噴油 嘴31設(shè)置在燃燒裝置3中。在燃燒裝置3和換熱裝置4之間的內(nèi)腔中，通過法蘭14固定 有火焰仿形筒1，在火焰仿形筒1的內(nèi)設(shè)置有分焰器2。火焰仿形筒1的擴張部設(shè)置在燃燒 裝置3中，火焰仿形筒1的集約部設(shè)置在換熱裝置中。分焰器2的主體部分位于換熱裝置 入口處，且其具有錐形筒壁的空心筒的錐頂部分在換熱裝置入口一側(cè)，即火源一側(cè)。在燃油加熱器運行加熱時，從燃燒裝置3內(nèi)的噴油嘴31噴出的油霧與劇烈擾動的 風(fēng)場充分混合后，形成預(yù)燃油霧。部分散角較大的預(yù)燃油霧透過仿形火焰筒1上的引燃孔 13均勻的附著在表面燃燒層12上，經(jīng)表面燃燒層12的金屬纖維微孔擴展形成油膜。預(yù)燃油霧經(jīng)點燃后產(chǎn)生高溫?zé)霟峄鹧妫邷責(zé)霟峄鹧嬖诨鹧娣滦瓮?內(nèi)得到火焰形狀的規(guī)范， 當(dāng)熾熱火焰撞擊到分焰器2的錐形筒壁外部時，高溫?zé)霟峄鹧娈a(chǎn)生反射分焰，瞬間燃燒熱 量以輻射能的形式散射到換熱裝置4的壁面上，增大了輻射換熱的面積，并有效縮短高溫 熾熱火焰的貫穿距，避免了高溫?zé)霟峄鹧鎸Q熱裝置4的燒蝕，使燃油加熱器的換熱方式 實現(xiàn)從傳導(dǎo)、對流換熱方式到瞬間輻射換熱方式的轉(zhuǎn)變，提高換熱效率。同時經(jīng)過反射的 火焰透過仿形火焰筒2上的引燃孔13點燃附著在表面燃燒層12上的油膜，使高溫?zé)霟峄?焰的燃燒方式由自由空間燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒖捉橘|(zhì)浸潤式表面燃燒，提高燃油的燃燒速率和效 率，燃燒充分降低污染物的排放量。 應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明 創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實施例對本發(fā)明創(chuàng) 造已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改 或者等同替換，總之，一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種火焰仿形筒，其特征在于它包括一仿形筒體，所述仿形筒體的外形具有燃油通過噴油嘴高壓噴出形成油霧，而在自由空間燃燒時的火焰燃燒形狀，以及設(shè)置在所述仿形筒體外表面上的表面燃燒層，所述仿形筒體上設(shè)置引燃孔。
2.如權(quán)利要求1所述的一種火焰仿形筒，其特征在于所述仿形筒體為紡錘形，沿紡錘 筒體最大半徑處的徑向方向設(shè)置連接裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種火焰仿形筒，其特征在于所述仿形筒體由厚度為 0. 8mm 2mm的耐熱金屬板材制成。
4.如權(quán)利要求1 3之一所述的一種火焰仿形筒，其特征在于所述表面燃燒層由 耐熱金屬纖維絲編織燒結(jié)而成，并通過焊接固定在仿形筒體外部，所述表面燃燒層厚度為 3mm 8mm ο
5.如權(quán)利要求4所述的一種火焰仿形筒，其特征在于所述金屬纖維絲為耐受溫度為 1000°C 1800°C、直徑為 0. 18 0. 82mm 的 Mo-La、Nb_Ta、FeCrAl、NiAl 或 NiCrAl 纖維絲。
6.一種使用如權(quán)利要求1 5所述的火焰仿形筒的表面燃燒器，其特征在于它包括 所述火焰仿形筒，以及一固定在火焰方形筒內(nèi)的分焰器。
7.如權(quán)利要求6所述的一種表面燃燒器，其特征在于所述分焰器包括一具有錐形筒 壁的空心筒，所述空心筒的錐底部分設(shè)置在火源一側(cè)。
8.如權(quán)利要求7或6所述的一種表面燃燒器，其特征在于所述分焰器通過翅片固定 在所述仿形筒上，位于火焰中心點位置，并與所述火焰仿形筒同軸。
9.如權(quán)利要求7所述的一種表面燃燒器，其特征在于所述空心筒的錐度為火源噴油 嘴的噴射角度的N倍，1 < N彡1. 4。
10.如權(quán)利要求6或7或8或9所述的一種表面燃燒器，其特征在于所述空心筒的內(nèi) 外表面及翅片表面均勻噴涂耐熱陶瓷涂層。
11.一種采用如權(quán)利要求6 19所述的表面燃燒器的燃油加熱器，包括燃燒裝置和換 熱裝置，其特征在于所述表面燃燒器通過連接裝置固定在所述燃燒裝置和所述換熱裝置 之間的空腔中；所述表面燃燒器與噴油嘴同軸。
12.如權(quán)利要求11所述的一種燃油加熱器，其特征在于所述仿形筒體為紡錘形，沿紡 錘筒體最大半徑處的徑向方向設(shè)置連接裝置；所述仿形筒體分為擴張部和集約部，擴張部 和集約部的分界位置，為所述筒體最大半徑處，所述擴張部設(shè)置在燃燒裝置中，所述集約部 設(shè)置在換熱裝置中。
13.如權(quán)利要求11所述的一種燃油加熱器，其特征在于所述表面燃燒器中的分焰器 的主體部分設(shè)置在所述換熱裝置中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種火焰仿形筒、表面燃燒器及燃油加熱器，其中表面燃燒器為包括火焰仿形筒和分焰器的仿形式分焰表面燃燒器。其中火焰仿形筒包括一個仿形筒體，以及設(shè)置在仿形筒體外部的表面燃燒層，仿形筒體依據(jù)火焰的形狀設(shè)置成紡錘形狀，筒體上設(shè)置引燃孔，對火焰的初始燃燒形狀進(jìn)行規(guī)范性處理，減少熱量損失。火焰仿形筒固定在燃油加熱器的燃燒裝置和換熱裝置之間的空腔中，可以攔截散角較大的預(yù)燃油霧，使其可透過仿形筒體上的引燃孔均勻附著在仿形筒體外的表面燃燒層上，有效避免了這部分預(yù)燃油霧在自由燃燒空間條件下，不能夠充分燃燒而形成污染物排入自然環(huán)境中，或附著在燃燒裝置內(nèi)壁形成積碳。
文檔編號F02M31/02GK101881444SQ20101018905
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者姜勇 申請人:北京北機機電工業(yè)有限責(zé)任公司