一种用于醇基等液体燃料炉灶燃烧装置

摘要

一种用于醇基等液体燃料炉灶燃烧装置，其特征在于喷头[2]为一种液体燃料加热预蒸发两相喷头，它由喷头芯柱[8]和喷头套盖[9]相互滑配合套装组成，套装之后，自然形成液体燃料加热蒸发的流道和蒸汽、液体两相喷口。喷头芯柱[8]和喷头套盖[9]之间无任何紧固件连结。喷头[2]立于火碗[1]内底面中心管[6]上端，在火碗[1]外底面下中心管[6]之中设有电热棒[4]，或在火碗[1]之外底面上紧贴一个电热盘[21]；烧口砖[7]位于火碗[1]上面；液体燃料进入喷头[2]后，受到喷头[2]外面火焰传入的热量加热，部分蒸发为蒸汽，燃料呈汽相和液相，分别从喷头[2]的蒸汽喷口和液体喷口喷入火碗[1]；燃烧装置采用电火花点燃启动。本发明也适用于轻柴油等液体燃料。

说明书

技术领域

本发明属于炉灶燃烧装置，特别涉及用于醇基等液体燃料的燃烧装置。

背景技术

由于燃料油日趋紧缺和环保问题，近年来，甲醇等醇基燃料作为一种替代燃料越来越受到关注。目前，市场上广为使用的醇基燃料炉灶的燃烧装置，液体燃料从火碗侧壁下部的进油孔流入火碗内底面，受到从火碗侧壁均布的几排切向风孔进入的空气流作用，边受热，边蒸发，与空气混合和燃烧。这种燃烧装置结构简单，油路不易堵塞，但是存在液体燃料分布不均匀，燃烧不完全，产生飞滴现象，造成燃料利用率低、燃烧温度低、对环境造成污染的缺点。中国专利03242001.3提出了一种燃烧装置，液体燃料从火碗中心分几个孔流入火碗内底面，改善了燃料的分布均匀性，但由于醇基燃料一般均掺有10％左右的水，水分在燃料燃烧过程中要吸收大量的热量，影响了燃料受热、蒸发燃烧的过程，降低了燃烧温度，加剧了醇基燃料燃尽的困难程度，同时，该专利结构较为复杂，其心罩、火碗内套和外套三者用一个紧密配合螺的紧固连接，用外套下面的螺母锁紧，使用中很难拆分清除内部产生的积炭等积垢物。中国专利03206682.1提出的燃烧装置，液体燃料先经过置于火焰之中的螺旋形蒸发盘管和圆环型蒸发腔室等两套预热装置预热。使部分液体燃料蒸发，燃料蒸汽和液体一起流入火碗与空气混合燃烧，由于液体燃料燃尽所需的时间主要在于液体燃料的受热、蒸发过程，一旦变为蒸汽状态，燃烧时间是十分短促的，因此，该专利技术大大缩短了在火碗中燃尽的过程，显然，能有效地解决前述已有技术燃烧醇基燃料存在的缺点。但是，醇基燃料一般都含有百分之几的添加剂和其他高碳成分的油料以改善醇基燃料性能，而这种醇基燃料中存在的水和添加剂，在燃料受热蒸发过程中不可避免地会在蒸发管和蒸发腔室的内壁上结垢，使加热效率下降，结垢到一定程度，造成燃烧状态的恶化，一般工作1～2个月就堵塞，不能长时间稳定工作，蒸发管和蒸发腔室的结垢无法清除，而且结构十分复杂。此外，这两种燃烧装置还存在以下缺点：这些燃烧装置在达到稳定燃烧工况之前，它们必须经历一个燃烧不良的点火和启燃过渡过程，实际操作中要先用沾有液体燃料的纸团或棉纱置于火碗之中，当火点着后，再供给燃料和空气，小火预热2-3分钟之后，才能进入正常稳定的燃烧工况。因此，存在点火启动过渡过程比较麻烦，耗时长，耗费燃料和污染环境等缺点，以及存在纸团或棉纱没燃尽的残存物堵塞火碗周边切向风孔的问题。因而实用性较差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术燃尽困难，燃料飞滴及利用率不高，蒸发器清除积垢不便，点火启动过渡过程比较麻烦，耗时长，污染环境，以及存在纸团或棉纱没燃尽的残存物堵塞火碗周边切向风孔等缺点。提出一种新型的醇基等液体燃料炉灶燃烧装置，本发明可实现快速燃尽，燃料利用率高，且结构简单，液体燃料的预热蒸发装置拆分容易，方便清除其中的积垢，点火启动过渡过程快速、高效、无污染，实用性好。

本发明目的是通过以下技术方案实现的。

本发明液体燃料蒸发器为一个液体燃料加热蒸发的两相喷头，由火焰自身加热，喷头由两个相互滑动配合的零件套装而成。套装之后，自然形成液体燃料加热蒸发的流道以及蒸汽和液体两相喷口，两者之间没有任何紧固件连结。两个零件可以像普通燃气灶具灶头一样拆卸分解，使加热流道暴露在外，以方便清理加热流道中的积垢。该两相喷头置于火碗之中心，进入该喷头的液体燃料受到从该喷头喷口喷出的燃料燃烧产生的火焰加热，蒸发和加热的液体燃料又从该喷头的喷口喷出燃烧，构成自加热蒸发和燃烧的稳定的传热和燃烧组合过程。

本发明在点火前，液体燃料经一个置于火碗外的电热器一两分钟短时间预热，进入火碗中产生少量蒸汽，用电火花点燃和达到稳定的燃烧工况，实现快速无污染点火启动。

本发明结构描述如下：

本发明主要包括火碗、喷头和烧口砖。

喷头立于火碗内底面中心管上端，在火碗外底面下中心管之中设有电热棒，或在火碗之外底面上紧贴一个电热盘。中心管靠近下端面管壁处设进油口与进油管相连接。烧口砖位于火碗上面。喷头是一种由两个零件组合成的液体燃料加热蒸发两相喷头。液体燃料进入喷头后，受到喷头外面火焰传入的热量加热，部分蒸发为蒸汽，燃料呈汽相和液相，分别从两相喷头的蒸汽喷口和液体喷口喷入火碗。

两相喷头由喷头芯柱和喷头帽套两个零件套装组成，相互之间滑动配合。

喷头芯柱为一圆柱体，中心有一通孔，圆柱体上端面是平面或锥形面，圆柱体上端面有若干条径向的沟槽。圆柱体外侧表面沿轴向方向分为四段，从上向下顺序依次是轴向沟槽段、环形沟槽段、轴向喷口沟槽段和螺扣连接段。最上端第一段轴向沟槽段，其圆柱体外侧表面沿轴向方向开有若干条与上端面径向沟槽相连接的轴向沟槽，这些槽可以是轴向螺线槽，也可以是轴向直线槽。第二段环形槽段为一条环形槽，环形槽与第一段的轴向沟槽连通。第三段轴向喷口沟槽段，其圆柱体外侧面上开有若干条轴向槽，这些槽可以是轴向螺线槽，也可以是轴向直线槽。最下端的第四段螺扣连接段，圆柱体外侧面上开有螺扣，与上述火碗中心管的上端螺纹连接。

喷头帽套为上端封闭的圆筒，其内侧表面形状与喷头芯柱外形相吻合，喷头帽套套于喷头芯柱外，两者之间滑动配合，没有任何紧固连接件连接。喷头帽套与喷头芯柱套合后，在两者之间自然形成若干流道、均压腔室和喷口，包括喷头帽套内底面与喷头芯柱上端面之间的径向流道腔室，喷头帽套内侧面与喷头芯柱外侧表面第一段轴向沟槽之间的轴向直线形或螺旋形流道，喷头帽套内侧面与喷头芯柱第二段环形沟槽之间形成环形腔室，这个环形腔室为两相燃料的均压室，而在其下面喷头帽套内侧面与喷头芯柱第三段轴向沟槽之间形成的轴向流道，这些流道为向下出口，这些下出口为燃料液体喷口。喷头帽套在靠近开口端处，与喷头芯柱外侧表面第二段环形沟槽相对的位置上均布有若干个孔，这些孔与喷头芯柱和喷头帽套之间形成的环形腔室直接相连通。在喷头帽套的上端面上也可开设若干个孔，这些孔与喷头帽套内底面与喷头芯柱上端面之间的径向流道腔室直接相连通。喷头帽套的这两种孔为燃料蒸汽喷口。

上述喷头芯柱和喷头帽套两个零件组合时自然形成的这些流道为燃料的加热蒸发流道，燃料从喷头芯柱中心通孔从下向上流动，经上端面流道腔室，再经喷头芯柱外侧面流道，边受热边蒸发，部分汽化的蒸汽从喷头帽套的蒸汽喷口喷入火碗，而其余已加热但尚未蒸发的液态燃料顺喷头芯柱与喷头帽套之间形成的液体喷口向下流入火碗内底面。从蒸汽喷口喷入火碗的蒸汽燃料能迅速产生剧烈的燃烧，其燃烧火焰对两相喷头进行加热，同时也大大有利于从下面液体喷口流入的已加热但尚未蒸发的液态燃料的燃烧，这种加热蒸发两相喷头能使醇基燃料很快地燃尽，很好地解决了不完全燃烧飞滴问题；

火碗外形如底面下有一个把的圆碗，碗内是燃料燃烧区，火碗的侧面有几圈沿圆周均布的切向风孔，切向风孔中心线与圆周法线之间夹角为10至40度，这些切向风孔用以导入空气，并在火碗内形成旋转的流场和火焰；所述的把是穿过火碗底面中央的圆形中心管，该圆形中心管在火碗内底面上略微凸起，与喷头之喷头芯柱相连接，并向火碗外底面下方延伸，该中心管在其下端面附近管壁处开有一进油孔，该孔与进油管连接。

本发明用于液体燃料电加热预热电火花点燃启动的电热器，可采用电热棒，也可采用电热盘。如采用电热棒预热电火花点燃启动，圆柱形电热棒从火碗底面圆形中心管的下端面装入，在圆柱形电热棒与圆形中心管之间形成环形的间隙，圆柱形电热棒上端面与圆形中心管上端面上连接的喷头芯柱下端面之间留有间隙。液体燃料从这些间隙流道从下向上导入喷头，该把状中心管作为向喷头导入燃料的导油管，电火花点火前，此电热棒对流过其外表面的液体燃料加热。如采用电热盘预热电火花点燃启动，该电热盘为圆环形，紧贴在火碗外底面上，电火花点火前，电热盘对火碗底面加热，通过热的火碗底面，把热量传给从喷头流入火碗的液体燃料，实现点火前的燃料预加热蒸发。

烧口砖立于火碗上面，为内孔收缩形：下底面内孔直径与火碗内直径相同，上底面内孔直径比下底内孔直径小，其横截面积减少0-30％。内孔直径过渡方式为从下底面向上底面连续过渡，也可以分三段，取中间段过渡，以便把从火碗升起的旋转火焰加以收缩导流，使之集中向上冲刷炉灶上的锅底，这种收缩形烧口砖适应醇基燃料热值比柴油小一倍，燃烧温度低300余度的特点，强化了火焰与锅底换热的效果。

所述的两相喷头其喷头芯柱与喷头帽套之间是滑动配合，没有任何连接的紧固件，能像普通煤气灶头的盖一样，很方便容易地分解开来，分解开之后，所有加热蒸发的流道均暴露在外面，清除其上的积垢十分容易，之后又可以方便地套装恢复如初。

本发明既能获预蒸发燃烧的良好效果，又能像普通家用煤气灶一样易于拆装清洁，实用性好。本发明适用于醇基燃料，也适用于轻柴油等液体燃料。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明燃烧装置示意图，图中：1火碗，2两相喷头，3切向风孔，4电热棒，5进油管，6中心管，7烧口砖；

图2为两相喷头结构示意图，图中：8喷头芯柱，9喷头帽套，10通孔，11上端面加热蒸发流道腔室，12外侧面加热蒸发流道，13均压室，14蒸汽喷口，15液体喷口，16螺扣连接段；

图3为喷头芯柱结构示意图，图中：17上端面径向槽，18轴向沟槽段、19环形槽段、20轴向喷口沟槽段和16螺扣连接段；

图4为喷头帽套结构示意图，图中：14蒸汽喷口；

图5为用电热盘预热启动方案的燃烧装置结构示意图，图中：21电热盘。

具体实施方式

图1为本发明具体实施例示意图，本发明醇基燃料炉灶燃烧装置主要包括火碗1、两相喷头2、电热棒4和烧口砖7。两相喷头2立于火碗1内底面中心管6上端；电热棒4设在火碗1外底面下中心管6之中，火碗上面设有烧口砖7。火碗1外形如底下有一个把的碗；这个把是穿过火碗底面中央的圆形中心管6，该中心管6在火碗1内底面上略微凸起，与喷头之喷头芯柱8相连接。中心管6向火碗1外底面下方伸延，该中心管6靠近下端面管壁处开有一进油口，与进油管5连接；火碗1的侧面有三圈切向风孔3，孔中心线与所在横截面上圆周法线之间夹角为30度。

图2所示为液体燃料预热蒸发两相喷头2。它由喷头芯柱8和喷头帽套9组成。喷头芯柱8和喷头帽套9的结构分别如图3和图4所示。喷头芯柱8是一个直立的圆柱体，中央有一轴向的通孔10，在喷头芯柱8的上端面平面上开有若干条深度为几毫米的径向槽，称为上端面径向槽17。圆柱体外侧表面沿轴向方向分为四段，从上向下顺序依次是轴向沟槽段18、环形槽段19、轴向喷口沟槽段20和螺扣连接段16，最上端第一段轴向沟槽段18，圆柱体外侧表面沿轴向方向开有若干条与上端面径向沟槽相连接的轴向沟槽，沟槽深度为1至4毫米，这些槽可以是轴向螺线槽，也可以是轴向直线槽。第二段环形槽段19，长度约10毫米，外径比第一段小，为一条环形槽，环形槽19与第一段的轴向沟槽连通；第三段轴向喷口沟槽段20，外径与第一段相同，沟槽约1至4毫米长，圆柱体外侧面上开有若干条轴向槽，这些槽可以是轴向螺线槽，也可以是轴向直线槽。最下面第四段螺扣连接段16，外径比第一段小，几个螺扣长，与上述火碗1中心管6的上端螺纹连接。

喷头帽套9是一个上端封闭的圆筒，在靠近下端处沿圆周均布有若干孔，孔的轴向位置在喷头芯柱8第二段之内，这些孔是蒸汽喷口14，喷头帽套9从上向下，把喷头芯柱8套在其中，其下端面超过喷头芯柱8第三段20下沿，其内顶平面与喷头芯柱8上端面相贴，其内侧面与喷头芯柱8外侧面相贴，两者之间滑配合；两者之间构成了若干条流道，包括喷头芯柱8上端面与喷头帽套9内底面之间形成的若干条径向上端面加热蒸发流道腔室11，喷头芯柱8外侧面与喷头帽套9内侧面之间形成的轴向外侧面加热蒸发流道12，均压室13和液体喷口15。这些流道为燃料的加热蒸发流道，使燃料从喷头芯柱8的中心通孔10，从下向上流动，经上端面加热蒸发流道11，再经外侧面加热蒸发流道12，到均压室13，部分汽化的蒸汽从喷头帽套9的蒸汽喷口14喷入火碗1，而其余已加热但未蒸发的液态燃料顺液体喷口15流入火碗1内底面。从蒸汽喷口14喷入火碗1的燃料能迅速产生剧烈的燃烧，其燃烧火焰对两相喷头2加热，同时也大大有利于从下面流入的已加热但尚未蒸发的燃料的燃烧，这种加热蒸发两相喷头2能使醇基等液体燃料很快地燃尽，很好地解决了液体燃料不完全燃烧飞滴问题。

两相喷头2的喷头芯柱8与喷头帽套9之间是滑动配合，没有任何连接的紧固件，能像普通煤气灶头的盖一样，很方便容易地分解开来，分解开之后，所有加热蒸发的流道均暴露在外面，清除其上的积垢十分容易，之后又可以方便地套装恢复如初。

用电热棒预热电火花点燃启动燃烧装置如图1所示，火碗1中心管向下延伸，管中从下端装入电热棒4，电热棒4向上接近喷头芯柱8的下端面，电热棒4与中心管内壁之间留有间隙，两者之间形成的环形流道为燃料电热预蒸发流道，在中心管6下端面附近设有燃料进口，与进油管5连接；液体燃料从此进口进入环形预蒸发流道，受到电热棒4加热蒸发，蒸汽经喷头芯柱8之中心孔10，及上述喷头芯柱8与喷头帽套9之间的加热蒸发流道，从蒸汽喷口14喷入火碗1后，立即可以点燃，很快启动进入正常燃烧状态。

用电热盘预热电火花点燃启动燃烧装置如图5所示，此时电热盘21紧贴在火碗1外底面上，电热盘21的热量传给火碗1底面。启动时从喷头2流入火碗1的液体燃料受热，少量蒸发，再用电火花点燃，过渡到稳定燃烧工况。本发明的点火启动不需要浸有液体燃料的纸团或棉纱，没有纸团或棉纱残存物堵塞火碗周边的切向风孔，点火启动过渡过程短，燃烧好，污染少，减少了传统点火启动过程造成的燃料浪费及不良燃烧过程产生的污染，而且可以直接用电火花点火启动，进而实现点火启动过程的自动控制。

在火碗1上方设置的烧口砖7，是一个收缩形内孔的耐火材料圈，下底内孔直径与火碗1内直径相同，上底内孔直径比下底内孔直径小，其横截面积约减少30％，以便把火碗1升起的旋转火焰加以收缩导流，使之集中向上冲刷炉灶上的锅底，这种收缩形烧口砖适应醇基燃料热值比柴油小一倍，燃烧温度低300余度的特点，强化了火焰与锅底换热的效果。