本發(fā)明涉及燃燒設(shè)備及部件，更具體地涉及利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體及具有其的熱能設(shè)備。

背景技術(shù)：

在一百萬年前的史前遺址中找到原始人類用火痕跡的案例在考古學(xué)研究中有所報道，例如考古勘探曾在史前原始人遺址的洞穴內(nèi)發(fā)現(xiàn)厚達(dá)5厘米的灰燼堆，其周圍有木炭屑。據(jù)推測原始人類是從雷電引起的森林大火取得火種，然后逐漸掌握了人工生火的方法。擁有火后才能烹飪食物，原始人才能吃到熟食，促進(jìn)人體大腦的發(fā)育和生產(chǎn)生活體制的進(jìn)化。熟食還顯著擴大了食物的來源和種類?；鹛峁┑臒崃窟€幫助人們?nèi)∨蕉?，拓展了在高緯度地區(qū)的活動范圍。

在公元前數(shù)萬年至數(shù)千年的陶器時代，人類曾大規(guī)模生產(chǎn)陶器作為生活用具，燒制陶器時火的使用是必需的。在公元前數(shù)千年至公元初年的青銅器時代及隨后的鐵器時代，人類用金屬冶煉術(shù)來制作各種生產(chǎn)生活用具和冷兵器(如刀和劍)，冶煉金屬時火的使用是不可或缺的。在始于公元十八世紀(jì)的工業(yè)革命中，大規(guī)模開采礦物燃料用于燃燒以及各種熱能動力機械的發(fā)明起到了關(guān)鍵性的推動作用。

可以講，學(xué)會生火、用火并不斷拓展火的應(yīng)用范圍為原本茹毛飲血的原始人類與其它動物區(qū)別開來逐漸進(jìn)化為擁有燦爛文明的近代人類的最重要因素之一。在人類漫長的進(jìn)化和文明發(fā)展史的每一階段中，火及其熱能應(yīng)用技術(shù)都起到了極其重要的作用。

進(jìn)入二十一世紀(jì)，人類擁有相當(dāng)發(fā)達(dá)的科技。但是，當(dāng)前人們的日常生活和生產(chǎn)活動仍然離不開火的使用。每時每刻全世界有不計其數(shù)的發(fā)電廠和鍋爐依靠使用大中型燃燒器燃燒煤炭或燃油提供熱能；各種交通工具如機動車、船舶、飛機依靠燃油發(fā)動機提供動力。冶金、化工、電子、機械等工業(yè)部門普遍使用以燃?xì)?、燃油或燃煤為燃料的各種爐窯和工業(yè)爐。機械工業(yè)金屬焊接和切割、玻璃制造業(yè)、食物和農(nóng)副產(chǎn)品的干燥和加工、實驗室化學(xué)反應(yīng)和高溫焙燒、醫(yī)療和生物器械滅菌消毒等高溫加熱操作常使用中小型燃燒器如火爐、火炬、本生燈、酒精燈、酒精噴打、煤油噴燈提供熱能。在人們的日常生活中，每個人每天需用火若干次。例如，用燃?xì)庠钆腼兪澄铮萌細(xì)鉄崴骷訜嵘钣盟?。還有眾多煙民每人每天用火點燃數(shù)支至數(shù)十支香煙。所以說，現(xiàn)代人類的生活與古代人類的生活一樣離不開火的使用。

圖1表示人們用火加熱物體的基本方式。燃燒器位于下方，擬加熱的物體位于燃燒器火焰的上方。圖1中的燃燒器可以是任何類型的產(chǎn)生火焰的器具(如打火機、酒精燈、酒精噴打、煤油噴打、本生燈、火爐、火炬、灶具、工業(yè)燃?xì)饣蛉加腿紵鞯鹊?，擬加熱的物體可以是任何種類的物體(如香煙、試管、燒杯、燒瓶、坩堝、平底鍋、圓底鍋、物料、食物、產(chǎn)品、零件、工件、器械、換熱器排管或盤管等等)。

圖1所示火焰旁邊的虛線箭頭表示火焰向周圍發(fā)出熱輻射。例如：當(dāng)我們打著打火機火焰，然后從左、右、前、后、上、下各個方向觀察火焰時，我們從各個方向都可以看到火焰發(fā)光。事實上，火焰是在整個火焰體積內(nèi)向空間的所有方向同時發(fā)出熱輻射。就是說，火焰及熱煙氣的輻射為體積輻射。顯而易見的是，由于圖1中擬加熱的物體位于火焰的上方，僅有小部分的火焰輻射是射向擬加熱的物體，其余大部分的火焰輻射是射向周圍空間而沒有被有效利用(稱為“火焰輻射熱損失”)。舉例來說，在實驗室用酒精燈火焰加熱一個置于酒精燈上方的燒瓶時，僅有大約30％的火焰輻射到達(dá)燒瓶，其余70％的火焰輻射向周圍散發(fā)而被浪費掉了。

圖1中被加熱的物體兩側(cè)的粗實線箭頭表示火焰產(chǎn)生的熱煙氣流經(jīng)所加熱的物體，然后向上排走。熱煙氣流經(jīng)物體時主要以對流傳熱的方式將熱量傳遞給物體。但是，熱煙氣與物體的接觸面積不大且接觸時間短暫，熱煙氣含有的熱量中僅有一部分能夠傳遞給物體，向上排走的熱煙氣仍具有相當(dāng)高的溫度。熱煙氣排放攜帶走的那部分熱量稱為“排煙熱損失”。

圖1中火焰體積周圍是被外界的冷空氣所包圍，火焰與周圍冷空氣之間會發(fā)生質(zhì)量、動量和熱量的交換。一方面，周圍冷空氣提供了火焰完全燃燒所需的氧氣。另一方面，火焰周圍冷空氣的流動可帶走火焰的熱量。換句話說，周圍空氣對火焰具有冷卻作用。周圍空氣的流速越大，則被其帶走的熱量越多，其對火焰的冷卻作用越大。大風(fēng)甚至能夠熄滅火焰。另外，流入燃燒區(qū)的常溫助燃空氣需要耗費火焰熱量加熱達(dá)到較高的的溫度后才能與燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)?？諝?包括環(huán)境空氣、自然通風(fēng)或強制通風(fēng)的助燃空氣及過量空氣)對火焰的冷卻作用所引起的熱損失稱為“空氣冷卻熱損失”。

圖1中燃燒器兩側(cè)的細(xì)實線箭頭表示被火焰射流卷吸進(jìn)入燃燒區(qū)的助燃空氣?；鹧嫱ǔＪ前l(fā)生在一個窄小區(qū)域內(nèi)的劇烈化學(xué)反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)消耗氧氣的速度一般大于空氣供氧的速度。當(dāng)火焰燃燒區(qū)供氧不足或燃料與氧氣混合不良時容易發(fā)生不完全燃燒，引起“不完全燃燒熱損失”。

圖1中人們使用燃燒器產(chǎn)生火焰的目的是要加熱物體。但如上所述，火焰輻射熱損失、排煙熱損失、空氣冷卻熱損失和不完全燃燒熱損失導(dǎo)致燃料燃燒放熱量中只有一部分能夠真正被用于加熱物體。這些實際得到有效利用的熱量占所消耗燃料完全燃燒時總放熱量的比例稱為“熱效率”。由于圖1所示用火焰加熱物體基本方式存在如上所述的諸多熱損失途徑，因此其熱效率并不高。目前仍有許多的工業(yè)和民用燃燒加熱設(shè)備(如本生燈、噴燈、家用燃?xì)庠罹?、商用燃?xì)庠罹?、燃油灶具、輻射加熱?的加熱方式與圖1相類似，普遍的問題是熱損失大，熱效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對圖1所示用火焰加熱物體基本方式的熱損失大、熱效率低的問題，提供一種利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體，該預(yù)熱體應(yīng)用于工業(yè)和民用燃燒加熱設(shè)備時能夠取得降低熱損失、提高熱效率的效果。

為此，本發(fā)明提供：

利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體，其特征在于：所述預(yù)熱體具有吸收火焰輻射的一系列的受熱傳熱面，每兩個相鄰的受熱傳熱面之間為助燃空氣通道，所述預(yù)熱體將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給流經(jīng)且直接接觸所述受熱傳熱面的助燃空氣。

進(jìn)一步地，所述預(yù)熱體的結(jié)構(gòu)形式設(shè)置為所述預(yù)熱體對于射向所述預(yù)熱體的火焰輻射呈現(xiàn)黑體效應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述預(yù)熱體的結(jié)構(gòu)形式設(shè)置為所述預(yù)熱體及其內(nèi)部的熱氣體可以產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，助燃空氣在煙囪效應(yīng)引風(fēng)力的作用下流進(jìn)所述預(yù)熱體。

進(jìn)一步地，所述預(yù)熱體具有的吸收火焰輻射的一系列的受熱傳熱面的總面積大于或者等于額定功率時火焰外表面積的30倍。

更進(jìn)一步地，所述預(yù)熱體由若干金屬薄片構(gòu)成，所述金屬薄片的表面為受熱傳熱面，所述金屬薄片布置為每兩個相鄰的受熱傳熱面之間形成可作為助燃空氣通道的窄縫空隙，并且每兩個相鄰的受熱傳熱面之間窄縫空隙的開口位置和方向均朝向火焰使得火焰輻射可以射入窄縫空隙內(nèi)部發(fā)生黑體效應(yīng)。

上述的利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體包括但不限于以下的具體形式：

(a)所述預(yù)熱體為平位放射翅片式預(yù)熱體、高位放射翅片式預(yù)熱體或者低位放射翅片式預(yù)熱體，其特征在于：

所述平位放射翅片式預(yù)熱體包括一系列的放射狀翅片、圓筒，所述放射狀翅片用金屬薄片制作，所述放射狀翅片以所述圓筒的中軸線為中心呈放射狀地排列在所述圓筒的內(nèi)部，所述放射狀翅片之間窄縫空隙為助燃空氣通道，所述放射狀翅片離所述圓筒中軸線的近端形成直徑比所述預(yù)熱體應(yīng)用的燃燒器頭部外徑大1至4cm的中部通孔，所述中部通孔的上邊緣與燃燒器頭部最上端平齊，所述圓筒的下部和上部分別開設(shè)有空氣進(jìn)口和排煙口；

所述高位放射翅片式預(yù)熱體包括一系列的放射狀翅片、圓筒和圓環(huán)板，所述放射狀翅片用金屬薄片制作，所述圓環(huán)板安裝在所述圓筒的頂部，所述圓環(huán)板具有中部開孔，所述放射狀翅片以所述圓筒的中軸線為中心呈放射狀地排列在所述圓筒的內(nèi)部，所述放射狀翅片之間窄縫空隙為助燃空氣通道，在所述圓筒底端至所述預(yù)熱體應(yīng)用的燃燒器頭部高度的部位所述放射狀翅片離所述圓筒中軸線的近端形成直徑比燃燒器頭部外徑大1至4cm的中部通孔，所述中部通孔的上邊緣與燃燒器頭部最上端平齊，在燃燒器頭部以上2至3cm至所述圓環(huán)板的部位所述放射狀翅片離所述圓筒中軸線的的近端共同構(gòu)成一個用于容納被加熱物體的圓柱狀空腔，所述高位放射翅片式預(yù)熱體的二分之一高度處高于燃燒器頭部最上端；

所述低位放射翅片式預(yù)熱體包括一系列的放射狀翅片、圓錐筒和圓鼓筒，所述放射狀翅片用金屬薄片制作，所述放射狀翅片以所述圓錐筒的中軸線為中心呈放射狀地排列在所述圓錐筒的內(nèi)部，所述放射狀翅片之間窄縫空隙為助燃空氣通道，所述放射狀翅片離所述圓錐筒中軸線的近端形成與所述預(yù)熱體應(yīng)用的燃燒器頭部外徑相適配的中部通孔，所述中部通孔的上邊緣低于燃燒器頭部最上端，所述圓鼓筒的側(cè)壁開設(shè)有排煙口，所述排煙口經(jīng)煙道通向排煙筒，所述煙道上設(shè)有閥門，所述低位放射翅片預(yù)熱體的二分之一高度處低于燃燒器頭部最上端。

(b)所述預(yù)熱體為螺旋卷片式預(yù)熱體、圓錐疊套式預(yù)熱體、螺旋繞片式預(yù)熱體或者多層折疊式預(yù)熱體，其特征在于：

所述螺旋卷片式預(yù)熱體包括螺旋卷片部和圓筒，所述螺旋卷片部用金屬薄片按螺旋狀地卷制成，螺旋卷片之間的窄縫空隙為助燃空氣通道，所述圓筒連接所述螺旋卷片部上端外側(cè)，所述螺旋卷片部具有與所述預(yù)熱體應(yīng)用的燃燒器頭部外徑相適配的中部通孔，所述中部通孔的上邊緣低于燃燒器頭部最上端。

所述圓錐疊套式預(yù)熱體包括若干個金屬薄壁圓錐筒，所述圓錐筒具有中部通孔，所述中部通孔的直徑比所述預(yù)熱體應(yīng)用的燃燒器頭部外徑大1至4cm，所述圓錐筒依次從上往下疊套，上一個圓錐筒的壁面與下一個圓錐筒的壁面之間形成的圓錐臺面形狀的窄縫空隙為助燃空氣通道，上一個圓錐筒與下一個圓錐筒之間的支承為上一個圓錐筒底部的垂直向下彎折的圓環(huán)狀金屬薄片，所述垂直向下彎折的圓環(huán)狀金屬薄片上繞圓周方向均勻地開設(shè)有助燃空氣進(jìn)口；

所述螺旋繞片式預(yù)熱體由長度/寬度比大于60的金屬薄片環(huán)繞所述預(yù)熱體中軸線連續(xù)向下盤旋為螺旋狀而繞制成，螺旋繞片之間窄縫空隙為助燃空氣通道，所述螺旋繞片式預(yù)熱體具有直徑比所述預(yù)熱體應(yīng)用的燃燒器頭部外徑大1至4cm的中部通孔。

所述多層折疊式預(yù)熱體由長度/寬度比大于60的金屬薄片沿長度方向連續(xù)地、反復(fù)地、以相同的沿長度方向上的間距地折疊成，使其從側(cè)面看時形成連續(xù)的www的形狀，所述已經(jīng)折疊完畢的金屬薄片頭尾相接成為空心圓環(huán)體形狀，每兩片相鄰的折疊金屬薄片之間的窄縫空隙為助燃空氣通道，所述多層折疊式預(yù)熱體具有直徑比所述預(yù)熱體應(yīng)用的燃燒器頭部外徑大1至4cm的中部通孔。

(c)所述預(yù)熱體為旋渦翅片式預(yù)熱體，包括一系列的旋渦狀翅片、內(nèi)圓筒、外圓筒、圓頂板和圓底板，所述旋渦狀翅片以所述內(nèi)圓筒的中軸線為中心排列在所述內(nèi)圓筒內(nèi)部的下半部，所述旋渦狀翅片之間窄縫空隙為助燃空氣通道，所述內(nèi)圓筒和外圓筒之間形成中空夾層，所述外圓筒的頂部和底部分別由所述圓頂板和圓底板封閉，所述內(nèi)圓筒固定安裝在所述圓頂板下方，所述內(nèi)圓筒的下端與所述圓底板之間有間隙，所述外圓筒壁面沿切向開設(shè)有助燃空氣進(jìn)口，所述內(nèi)圓筒上端壁面沿切向開設(shè)有燃料進(jìn)口，所述圓頂板上設(shè)有排煙口。

(d)所述預(yù)熱體為多孔透氣式預(yù)熱體或者換熱列管式預(yù)熱體，其特征在于：

所述多孔透氣式預(yù)熱體包括圓鼓筒和位于所述圓鼓筒內(nèi)側(cè)的、與所述圓鼓筒的形狀相適應(yīng)的多孔透氣體，所述圓鼓筒與多孔透氣體之間形成中空夾層，所述多孔透氣體為多孔金屬透氣體、金屬纖維透氣體、泡沫陶瓷透氣體或者蜂窩陶瓷體透氣體，所述多孔透氣體內(nèi)的透氣孔為助燃空氣通道，所述圓鼓筒壁面沿切向開設(shè)有空氣進(jìn)口，所述圓鼓筒底部安裝燃燒器，燃燒器周圍有環(huán)形排煙口；

所述換熱列管式預(yù)熱體包括一系列的換熱列管、第一圓筒、第二圓筒、第三圓筒、第四圓筒、圓頂板和圓底板，第一圓筒、第二圓筒、第三圓筒、第四圓筒的直徑依次增大，第三圓筒和第四圓筒的頂部和底部分別由所述圓頂板和圓底板封閉，第三圓筒和第四圓筒之間形成中空夾層，第一圓筒固定安裝在圓頂板下表面，第一圓筒的下端與圓底板之間有間隙，第二圓筒固定安裝在圓底板上表面，第二圓筒的上端與圓頂板之間有間隙，所述換熱列管穿過第一圓筒和第二圓筒，所述換熱列管連通第一圓筒內(nèi)的燃燒區(qū)和第三圓筒與第四圓筒之間的中空夾層，所述換熱列管的管內(nèi)為助燃空氣通道，所述換熱列管是繞圓周方向均勻地布置在第三圓筒以內(nèi)的，所述圓底板上開設(shè)有燃料進(jìn)口，所述圓底板在第二圓筒與第三圓筒之間位置上開設(shè)有排煙口。

本發(fā)明還提供具有上述利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體的熱能設(shè)備，其特征在于，包括以上任一項所述的利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體。

本發(fā)明預(yù)熱體的作用是將圖1所示用火加熱物體基本方式中的向外界散發(fā)的火焰輻射能吸收轉(zhuǎn)換為熱能，然后利用這些熱能預(yù)熱助燃空氣，從而避免火焰輻射熱損失，提高熱效率。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的用火加熱物體基本方式示意圖。

圖2是本發(fā)明實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體示意圖。

圖3是卷制本發(fā)明實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體所使用的銅箔片的裁剪形狀示意圖。

圖4是本發(fā)明實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體吸收火焰輻射來預(yù)熱助燃空氣的原理圖。

圖5是本發(fā)明實施例2的平位放射翅片式預(yù)熱體示意圖。

圖6是圖5的a-a剖視圖。

圖7是本發(fā)明實施例3的高位放射翅片式預(yù)熱體示意圖。

圖8是本發(fā)明實施例4的圓錐疊套式預(yù)熱體示意圖。

圖9是本發(fā)明實施例5的一種具有低位放射翅片式預(yù)熱體的自然通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明實施例6的一種具有多孔透氣式預(yù)熱體的強制通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明實施例7的一種具有旋渦翅片式預(yù)熱體的強制通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12是本發(fā)明實施例8的一種具有換熱列管式預(yù)熱體的強制通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

以下實施例中列舉的數(shù)據(jù)僅僅是為了更好地說明本發(fā)明的內(nèi)容而給出的示例性數(shù)據(jù)，除非另有說明，不構(gòu)成對本發(fā)明權(quán)利要求的任何限制。

本說明書中，“火焰輻射”是指火焰燃燒所引發(fā)的全部輻射，包括火焰的發(fā)光區(qū)域發(fā)出的所有輻射(含可見、紫外和紅外部分)、非發(fā)光區(qū)域的燃燒產(chǎn)物發(fā)出的所有輻射、火焰的發(fā)光和非發(fā)光區(qū)域的碳微粒發(fā)出的所有輻射、及上述輻射被其它表面反射和散射的部分、以及被加熱的物體或其它表面達(dá)到高溫后該被加熱的物體或其它表面發(fā)出的紅外輻射?！笆軣醾鳠崦妗笔侵改切┠軌蛭栈鹧孑椛洳⒒鹧孑椛淠苻D(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給與所述受熱傳熱面直接接觸的助燃空氣的表面。上述兩個用語在本說明書中的含義與其公知含義有區(qū)別，因此在以下的實施例中將結(jié)合具體實施方式更詳細(xì)地說明這兩個用語在本說明書中的含義。

實施例1

如圖2所示，為本發(fā)明中一種螺旋卷片式預(yù)熱體示意圖。參見圖2，螺旋卷片式預(yù)熱體1包括螺旋卷片部11和圓筒12。螺旋卷片部11的高度稍低于所應(yīng)用的燃燒器頭部的高度；圓筒12的高度大于或者等于擬加熱的物體離開燃燒器頭部的高度。螺旋卷片式預(yù)熱體1的高度為螺旋卷片部11的高度與圓筒12的高度之和。螺旋卷片部11具有中部通孔，該中部通孔與燃燒器頭部外徑相適配。

螺旋卷片式預(yù)熱體1是利用銅箔片按照以下方法卷制成的：

(1)從市場購買銅箔片。銅箔片的厚度規(guī)格可在單零箔(0.1至0.01mm)中任選一種；寬度規(guī)格等于所需制作的螺旋卷片式預(yù)熱體1的高度；長度規(guī)格一般為10m每卷銅箔片。

(2)從一卷銅箔片將所需長度的銅箔片拉出、攤平后裁剪為圖3所示形狀，其左側(cè)的高度等于所需制作的螺旋卷片式預(yù)熱體1的螺旋卷片部11的高度，右側(cè)的高度等于所需制作的螺旋卷片式預(yù)熱體1的高度(需要說明的是，圖2和圖3均為示意圖，圖3僅表示用于卷制本發(fā)明實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體所使用的銅箔片的裁剪形狀，并未按比例繪圖，且圖2和圖3的繪圖比例不同)。

(3)在裁剪好的銅箔片的左端放一個外徑與燃燒器頭部外徑相同的圓筒(稱為“卷制用圓筒”)，然后將圖3所示銅箔片從左向右地卷在該圓筒上(卷制時保持銅箔片的表面大致平行于該圓筒的中軸線)，直至銅箔片的右端全部卷繞在該圓筒上，即是將圖3所示的原本為平面的銅箔片卷制成為圖2所示的螺旋卷片式預(yù)熱體1。使用其它工具調(diào)整螺旋卷片之間的空隙使得從上方和下方沿卷制用圓筒中軸線方向看時螺旋卷片呈現(xiàn)均勻的、離中軸線的距離逐漸增大的連續(xù)螺旋線形狀。

(4)將保溫材料包繞在螺旋卷片式預(yù)熱體1外表面并扎緊。保溫材料可選用不燃耐高溫材料如玻璃纖維布、硅酸鋁纖維布。

(5)從螺旋卷片式預(yù)熱體1內(nèi)取下卷制用圓筒。該卷制用圓筒取下后所空出的圓柱狀空間即為螺旋卷片部11的中部通孔。

使用時將螺旋卷片式預(yù)熱體1的螺旋卷片部11的中部通孔對準(zhǔn)燃燒器頭部，將螺旋卷片式預(yù)熱體1套在燃燒器頭部，螺旋卷片部11的中部通孔的上邊緣應(yīng)該低于燃燒器頭部最上端，如圖2所示。安裝完畢后可按照常規(guī)的方法點著燃燒器產(chǎn)生火焰，火焰及煙氣通過對流和輻射傳熱來加熱物體。燃料燃燒所需的助燃空氣(或部分的助燃空氣)由螺旋卷片式預(yù)熱體1的底部進(jìn)入后向上流經(jīng)各螺旋卷片之間的窄縫空隙進(jìn)入燃燒器上方的燃燒區(qū)。已燃煙氣由螺旋卷片式預(yù)熱體1的圓筒12上邊緣與被加熱的物體之間的空隙向上排出。

圖2中，火焰向上方發(fā)出的輻射到達(dá)被加熱的物體，火焰向下方發(fā)出的輻射到達(dá)螺旋卷片式預(yù)熱體1的螺旋卷片部11。圖4為螺旋卷片部11吸收火焰輻射用以預(yù)熱助燃空氣的原理圖。圖4中的六條垂直線條表示圖1的螺旋卷片部11的一個局部放大圖中的六片螺旋卷片?；鹧孑椛鋸纳戏缴淙雰善噜彽穆菪砥g的窄縫空隙，那些到達(dá)左邊的卷片表面的火焰輻射的一部分被左邊的卷片表面所吸收，其余部分被反射到達(dá)右邊的卷片表面。這些到達(dá)右邊的卷片表面的輻射的一部分被右邊的卷片表面所吸收，其余部分再次被反射到達(dá)左邊的卷片表面。如此經(jīng)過若干次的反射/吸收，接近全部的火焰輻射被螺旋卷片表面所吸收。就是說，螺旋卷片式預(yù)熱體1的螺旋卷片部11的每兩片相鄰的卷片之間的空隙對于射入該空隙的火焰輻射呈現(xiàn)黑體效應(yīng)。整個螺旋卷片部11對于照射至其上部的火焰輻射也就呈現(xiàn)黑體效應(yīng)。因此，螺旋卷片部11能夠高效地吸收火焰輻射。

螺旋卷片部11的螺旋卷片表面吸收的火焰輻射能在螺旋卷片表面轉(zhuǎn)換為熱能，使螺旋卷片表面溫度升高。由螺旋卷片式預(yù)熱體1的底部進(jìn)入的冷空氣向上流經(jīng)每兩片相鄰的卷片之間的空隙時與螺旋卷片表面直接接觸，螺旋卷片表面的熱能傳遞給冷空氣，使得這些冷空氣被加熱成為熱空氣。然后這些熱空氣向上流入燃燒區(qū)用作燃料燃燒的助燃空氣(或部分的助燃空氣)。雖然圖4中只示出中間的兩片螺旋卷片吸收火焰輻射來預(yù)熱助燃空氣，其它任意的兩片相鄰的螺旋卷片具有相同的作用。螺旋卷片表面既是吸收火焰輻射的表面，同時又是與需要預(yù)熱的助燃空氣直接接觸從而將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能直接傳遞給助燃空氣的表面。本說明書中，“受熱傳熱面”是指那些能夠吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給與所述受熱傳熱面直接接觸的助燃空氣的表面。上述“受熱傳熱面”的含義是這些受熱傳熱面的若干個原子層厚度的表層吸收火焰輻射能后將火焰輻射能轉(zhuǎn)換為該表層的熱能，然后該表層將熱能或部分的熱能傳遞給與該表層的外層原子直接接觸的助燃空氣。上述受熱傳熱面利用火焰輻射能加熱助燃空氣的傳熱過程是極其快速和高效的，與現(xiàn)有技術(shù)的利用煙氣余熱預(yù)熱助燃空氣的間壁傳熱方式相比較有著實質(zhì)性的區(qū)別。

螺旋卷片部11上部吸收的火焰輻射能多于其下部吸收的火焰輻射能，因此螺旋卷片部11上部的溫度高于其下部的溫度。螺旋卷片部11的制作材料優(yōu)選采用銅箔片主要是因為銅的導(dǎo)熱性能極佳(紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)為393w/m·k，相比較，鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為30w/m·k)。采用銅箔片十分有利于熱量從螺旋卷片部11上部向其下部傳導(dǎo)從而提高下部的溫度，使得螺旋卷片部11與助燃空氣接觸的全部表面均為有較大的傳熱溫差和較好的傳熱效果的傳熱面。

螺旋卷片式預(yù)熱體1的螺旋卷片部11內(nèi)部主要為熱空氣，圓筒12內(nèi)部主要為熱煙氣。這些熱空氣和熱煙氣的溫度高于常溫，其密度低于大氣密度，使得螺旋卷片式預(yù)熱體1內(nèi)部的熱空氣和熱煙氣具有較大的浮升力。就是說，由于螺旋卷片式預(yù)熱體1內(nèi)部形成了一個具有相當(dāng)高度的完整的熱氣柱，螺旋卷片式預(yù)熱體1可產(chǎn)生較顯著的煙囪效應(yīng)。另外，當(dāng)火焰射流從燃燒器頭部噴出時對于圓筒12內(nèi)的熱煙氣有向上的推動力，同時火焰射流對于螺旋卷片部11內(nèi)的熱空氣有向上的卷吸力(其本質(zhì)是氣體之間粘性引起的動量傳遞)。上述的螺旋卷片式預(yù)熱體1的煙囪效應(yīng)以及火焰射流的推動力和卷吸力促使外界冷空氣由螺旋卷片式預(yù)熱體1底部流入，熱煙氣從螺旋卷片式預(yù)熱體1頂部排出，如圖2所示。

螺旋卷片式預(yù)熱體1的作用情況進(jìn)一步說明如下：在燃燒器火焰點燃時，火焰會向各個方向發(fā)出熱輻射。那些向上方向的輻射被所加熱的物體吸收，向下方向的輻射由螺旋卷片部11吸收。另外，那些水平或大致水平方向的輻射則主要被圓筒12內(nèi)表面吸收，圓筒12內(nèi)表面轉(zhuǎn)換火焰輻射能及其與熱煙氣接觸所獲得的熱能可沿圓筒12的筒壁向螺旋卷片部11傳遞，然后用于預(yù)熱助燃空氣。由此可見，火焰輻射中除了那些射向被加熱物體的部分之外的其余絕大部分都能夠被螺旋卷片式預(yù)熱體1吸收。由于卷制螺旋卷片式預(yù)熱體1所用的銅箔片的厚度僅為0.1至0.01mm，其表面積相當(dāng)大，傳熱性能優(yōu)良，且銅箔片本身的重量很輕，蓄熱量很小，而且螺旋卷片式預(yù)熱體1的結(jié)構(gòu)形式具有相當(dāng)大的與助燃空氣直接接觸的傳熱面積。另外，螺旋卷片式預(yù)熱體1的結(jié)構(gòu)形式還具有相當(dāng)?shù)偷闹伎諝饬鲃幼枇?，助燃空氣容易沿著每兩片相鄰的螺旋卷片之間的垂直走向的空隙向上流動。由上述可見，螺旋卷片式預(yù)熱體1可以將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能快速地、高效地傳遞給助燃空氣。經(jīng)過預(yù)熱的助燃空氣流入燃燒區(qū)，可以提高燃燒溫度、改善加熱效果。

本發(fā)明螺旋卷片式預(yù)熱體1的受熱傳熱面的總面積越大，預(yù)熱助燃空氣的效果越好。為了進(jìn)行直觀的面積大小的比較，本發(fā)明選擇采用額定功率時火焰外表面積作為比較的基準(zhǔn)，因為從火焰的發(fā)光輪廓容易確定火焰的高度和直徑，然后將火焰外表面積取為以火焰高度為高度并以火焰直徑為直徑的圓柱體的表面積。從圖2可以直觀地看出：由于螺旋卷片部11的位置低于火焰，螺旋卷片部11受到火焰輻射的加熱所能達(dá)到的溫度不會很高。另外，助燃空氣經(jīng)螺旋卷片之間的空隙向上流動屬于自然對流，自然對流的換熱系數(shù)一般較小。在螺旋卷片表面溫度不高和自然對流換熱系數(shù)較小的情況下，如果受熱傳熱面的總面積僅為火焰外表面積的兩三倍(相當(dāng)于將銅箔片在燃燒器頭部周圍繞兩三圈)，將不會有明顯的預(yù)熱助燃空氣的效果；當(dāng)受熱傳熱面的總面積大約為火焰外表面積的10倍時可取得一定的預(yù)熱助燃空氣的效果；一般來說，螺旋卷片部11的受熱傳熱面的總面積為額定功率時火焰外表面積的30倍以上時可以取得相當(dāng)顯著的預(yù)熱助燃空氣的效果。

本發(fā)明螺旋卷片預(yù)熱體1結(jié)構(gòu)形式的突出優(yōu)點是容易獲得很大的受熱傳熱面的總面積，并且這些受熱傳熱面全部為垂直走向的光滑表面使得助燃空氣流經(jīng)這些受熱傳熱面時只有很低的沿程流動阻力。進(jìn)一步地，螺旋卷片式預(yù)熱體1具有的煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的引風(fēng)力使得外界空氣能夠克服螺旋卷片式預(yù)熱體1底部空氣進(jìn)口的局部阻力和各受熱傳熱面的沿程流動阻力進(jìn)入燃燒器火焰燃燒區(qū)。

對比圖1和圖2：圖1加熱方式的熱損失為火焰輻射熱損失、排煙熱損失、空氣冷卻熱損失和不完全燃燒熱損失。圖2加裝了螺旋卷片式預(yù)熱體1之后，原先向外界散發(fā)的火焰輻射的絕大部分被螺旋卷片式預(yù)熱體1吸收并用于預(yù)熱助燃空氣從而得到了有效利用。因此，圖2很大程度上避免了“火焰輻射熱損失”。螺旋卷片式預(yù)熱體1還隔絕了外界冷空氣對燃燒器火焰的影響，大幅度降低了“空氣冷卻熱損失”。助燃空氣得到預(yù)熱后火焰燃燒溫度有所提高，“不完全燃燒熱損失”也有一定程度的減少。以上因素使得圖2加熱設(shè)備的熱效率比起圖1有較為顯著的提高。

上述熱效率提高的幅度主要取決于火焰輻射的大小。當(dāng)火焰為藍(lán)焰時，肉眼可見的火焰發(fā)光僅占火焰輻射能的其中一小部分，而燃燒產(chǎn)物二氧化碳和水蒸氣發(fā)出的肉眼不可見的紅外線能量占到火焰輻射能的較大部分。藍(lán)焰的火焰輻射能(包括火焰的發(fā)光區(qū)域發(fā)出的可見光、紫外光和紅外線能量、以及火焰外圍及下游的非發(fā)光區(qū)域的熱煙氣所含二氧化碳和水蒸氣發(fā)出的紅外線能量等)可達(dá)燃燒總放熱量的10％至20％。這種情形下，圖2加裝了螺旋卷片式預(yù)熱體1之后的熱效率比起圖1可提高大約10％至20％。

當(dāng)火焰為黃焰時，火焰中碳微粒發(fā)出的較強連續(xù)可見光譜顯著增大火焰的輻射強度，黃焰的火焰輻射能(包括火焰的發(fā)光區(qū)域發(fā)出的可見光、紫外光和紅外線能量、火焰外圍及下游的非發(fā)光區(qū)域的熱煙氣所含二氧化碳和水蒸氣發(fā)出的紅外線能量、以及火焰的發(fā)光和非發(fā)光區(qū)域的碳微粒發(fā)出的可見光和紅外線能量等)可達(dá)燃燒總放熱量的20％至30％。這種情形下，圖2的熱效率比起圖1可提高大約20％至30％。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中，“火焰輻射”一般是指火焰的發(fā)光區(qū)域發(fā)出的輻射；在多數(shù)場合下，“火焰輻射”不包括非發(fā)光區(qū)域的燃燒產(chǎn)物二氧化碳和水蒸氣發(fā)出的紅外輻射。本說明書中，“火焰輻射”是指火焰燃燒所引發(fā)的全部輻射，包括火焰的發(fā)光區(qū)域發(fā)出的所有輻射(含可見、紫外和紅外部分)、非發(fā)光區(qū)域的燃燒產(chǎn)物發(fā)出的所有輻射、火焰的發(fā)光和非發(fā)光區(qū)域的碳微粒發(fā)出的所有輻射、及上述輻射被其它表面反射和散射的部分、以及被加熱的物體或其它表面達(dá)到高溫后該被加熱的物體或其它表面發(fā)出的紅外輻射。這是因為火焰燃燒所引發(fā)的絕大部分的輻射均可被本發(fā)明的預(yù)熱體所吸收并用于預(yù)熱助燃空氣。

本發(fā)明螺旋卷片式預(yù)熱體除了具有以上說明的提高熱效率的效果之外，還具有其它的有益效果。以下一并列出其有益效果：

(1)可減少熱損失、提高熱效率；

(2)可防風(fēng)穩(wěn)焰，提高使用安全性；

(3)可提高燃燒溫度，減少黃焰，降低污染物形成和排放；

(4)可避免火焰輻射對于使用者的不良影響。

加裝本發(fā)明螺旋卷片式預(yù)熱體時要求在燃燒器頭部周圍有足夠大的安裝空間。目前實用的燃燒加熱設(shè)備中各種本生燈、噴燈、火炬尤其適合使用本發(fā)明螺旋卷片式預(yù)熱體。實際使用的本生燈的燈管(即等同于以上所稱的燃燒器頭部)有相當(dāng)大的高度，其作用是使燃料與一次空氣充分混合。各種酒精噴燈、煤油噴燈、汽油噴燈的噴管(即等同于以上所稱的燃燒器頭部)亦有相當(dāng)大的高度，其作用是使酒精、煤油、汽油等液體燃料充分霧化?；鹁娴木婀芤灿邢喈?dāng)大的高度。本發(fā)明螺旋卷片式預(yù)熱體應(yīng)用于這些本生燈、噴燈、火炬時，螺旋卷片部11的高度應(yīng)取為稍小于本生燈的燈管、噴燈的噴管、或火炬的炬管的高度。螺旋卷片式預(yù)熱體的直徑則受限于燃燒器頭部周圍空間的大小。舉例來說，在實驗室用本生燈加熱一個坩堝時，坩堝通常是支承在鐵三腳架上的，本生燈的燈管是位于鐵三腳架內(nèi)，則螺旋卷片式預(yù)熱體的直徑應(yīng)小于鐵三腳架的直徑。當(dāng)使用者需要詳細(xì)觀察火焰燃燒狀況時，可在螺旋卷片式預(yù)熱體1的圓筒12壁面上增設(shè)觀火孔。

本發(fā)明螺旋卷片式預(yù)熱體的制作材料以紫銅箔片為最佳，亦可選用其它金屬薄片如鋁箔片。對嶄新的金屬箔片進(jìn)行發(fā)黑處理后再用于制作本發(fā)明螺旋卷片式預(yù)熱體可取得更好的使用效果。

圖2中螺旋卷片部11的中部通孔的上邊緣應(yīng)該低于燃燒器頭部最上端的原因是：火焰射流從燃燒器頭部噴出時需要從燃燒器頭部周圍卷吸相當(dāng)多的空氣進(jìn)入火焰內(nèi)部。倘若螺旋卷片部11中部通孔的上邊緣高于燃燒器頭部最上端，空氣流動可能被阻擋，造成火焰根部供氧不足。

實施例2

許多燃燒加熱設(shè)備的燃燒器頭部周圍空間窄小，難以安裝實施例1給出的螺旋卷片式預(yù)熱體。這些燃燒加熱設(shè)備中最為常見的是普通家庭廚房使用的燃?xì)庠?，其爐頭只高出灶面約3cm，鍋支架上支承的鍋具底部離開爐頭的距離約2至3cm，灶面、爐頭與鍋具底部之間的空間極為窄小。

針對這些難以安裝螺旋卷片式預(yù)熱體的加熱設(shè)備，本發(fā)明提供另外一種利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的平位放射翅片式預(yù)熱體，如圖5和6所示。平位放射翅片式預(yù)熱體2包括圓筒22，該圓筒22的底部支承在灶面上，其頂部支撐圓底炒鍋。在圓筒22底部邊沿的筒壁上繞圓周方向均勻地開設(shè)有一系列的空氣進(jìn)口23，并在圓筒22頂部邊沿的筒壁上繞圓周方向均勻地開設(shè)有一系列的排煙口24。在圓筒22內(nèi)部布置有一系列的長型放射翅片211和短型放射翅片212。這些長型放射翅片211和短型放射翅片212以圓筒22的中軸線為中心呈放射狀地、長型放射翅片211和短型放射翅片212相互交替且間隔均勻地排列(參見圖6)。短型放射翅片212的長度約為長型放射翅片211的長度的二分之一。這些長型放射翅片211和短型放射翅片212離圓筒22中軸線的遠(yuǎn)端均固定安裝在圓筒22內(nèi)壁上。長型放射翅片211離圓筒22中軸線的近端處的的長型放射翅片211高度不高于燃?xì)庠顮t頭高出灶面的高度。各個長型放射翅片211離圓筒22中軸線的近端共同構(gòu)成一個中部通孔，該中部通孔的直徑大于燃?xì)庠顮t頭外徑約1至4cm，該中部通孔的上邊緣與燃?xì)庠顮t頭平齊。本實施例中的放射狀翅片基本上與燃?xì)庠顮t頭平齊，因此稱為平位放射翅片式預(yù)熱體。

圓筒22用耐熱材料制作，長型放射翅片211和短型放射翅片212(以下將這兩種翅片合并簡稱為“放射狀翅片”)用紫銅單零箔片制作。圓筒22內(nèi)壁安裝放射狀翅片的方法可為焊接、鉚接、用緊固件固定等方法，但優(yōu)選使用以下方法：將市售成卷的銅箔片拉出、攤平后按照所需的放射狀翅片的的數(shù)目和形狀進(jìn)行裁剪；在圓筒22的筒壁上加工與銅箔片厚度相適配的一系列豎向窄縫；再將各個裁剪好的放射狀翅片的遠(yuǎn)端穿過圓筒22的筒壁上相應(yīng)的豎向窄縫，然后將突出豎向窄縫的、在圓筒22筒壁外的銅箔片彎折一小段，最后在圓筒22筒壁外表面上包繞保溫材料并扎緊。

使用時首先從灶面上取下燃?xì)庠钤瓉砼鋫涞腻佒Ъ?，然后將平位放射翅片式預(yù)熱體2的中部通孔對準(zhǔn)燃?xì)庠顮t頭，將放射翅片式預(yù)熱體2安放在灶面上，然后將圓底炒鍋安放在放射翅片式預(yù)熱體2的圓筒22頂部的上邊緣，如圖5所示。安裝完畢后點著燃?xì)庠町a(chǎn)生火焰，火焰及煙氣通過對流和輻射傳熱來加熱圓底炒鍋。同時，放射狀翅片表面吸收爐頭火焰向水平方向和側(cè)下方發(fā)出的熱輻射。燃料燃燒所需的助燃空氣(或部分的助燃空氣)由空氣進(jìn)口23進(jìn)入后流經(jīng)放射狀翅片之間的窄縫空隙時與放射狀翅片表面直接接觸而被預(yù)熱后流入燃?xì)庠顮t頭上方的燃燒區(qū)。已燃煙氣由排煙口24排出。

本實施例的平位放射翅片式預(yù)熱體2的放射狀翅片緊靠爐頭火焰，但低于火焰的位置，不與火焰相接觸。這樣布置的原因是：(1)即使燃?xì)庠铋_大火檔位，放射狀翅片也不會被燒到，以免過熱損壞；(2)需要避免放射狀翅片與火焰直接接觸產(chǎn)生“冷壁效應(yīng)”(即低溫表面對于燃燒反應(yīng)混合物的淬冷作用引起不完全燃燒，導(dǎo)致煙氣一氧化碳濃度超標(biāo))。圖5和6中，每兩片相鄰的放射狀翅片之間的空隙對于射入該空隙的火焰輻射呈現(xiàn)黑體效應(yīng)(其原理與實施例1的圖4相同)，使得這些放射狀翅片能夠高效吸收火焰輻射來達(dá)到較高的溫度。用于制作放射狀翅片的紫銅箔片的耐熱溫度一般高達(dá)900℃。而且，從空氣進(jìn)口23進(jìn)入的冷空氣流經(jīng)放射狀翅片表面時對這些放射狀翅片起到了冷卻作用。因此本發(fā)明平位放射翅片式預(yù)熱體2的放射狀翅片能夠承受爐頭火焰高溫，不會過熱損壞。平位放射翅片式預(yù)熱體2使用一段時間后，銅箔片表面顏色將逐漸變成暗紅或黑色，這是由于在高溫下銅箔片被空氣氧化在其表面形成氧化亞銅表層。銅箔片表面變成暗紅或黑色后其熱輻射吸收率將增大，有利于取得更好的吸收火焰輻射來預(yù)熱助燃空氣的效果。

雖然本實施例平位放射翅片式預(yù)熱體2的圓筒22的高度只有大約10cm，但其內(nèi)部氣體溫度很高，仍然會產(chǎn)生如實施例1所述的煙囪效應(yīng)，使熱煙氣由排煙口24排出，冷空氣由空氣進(jìn)口23流入。由于火焰射流從燃?xì)庠顮t頭火孔高速噴出時對于爐頭周圍氣體產(chǎn)生的卷吸力致使?fàn)t頭火孔周圍成為低氣壓區(qū)(又稱為負(fù)壓區(qū))，因此由空氣進(jìn)口23流入的助燃空氣在周圍大氣壓與爐頭負(fù)壓之間壓力差的驅(qū)動下將沿放射狀翅片之間的空隙流到爐頭周圍的低氣壓區(qū)，然后被卷吸進(jìn)入火焰射流中。

本實施例平位放射翅片式預(yù)熱體2的所有放射狀翅片的所有表面均為受熱傳熱面，可吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給與其直接接觸的助燃空氣。這些受熱傳熱面的總面積大約為燃?xì)庠铑~定功率時爐頭火焰外表面積的30倍以上。

本實施例的平位放射翅片式預(yù)熱體2與實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體1的核心技術(shù)特征是相同的，就是：所述預(yù)熱體具有吸收火焰輻射的一系列的受熱傳熱面(圖2中的螺旋卷片部11、圖6中的長型放射翅片211和短型放射翅片212的表面)，所述一系列的受熱傳熱面中每兩個相鄰的受熱傳熱面之間為助燃空氣通道，所述預(yù)熱體將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給流經(jīng)且直接接觸所述受熱傳熱面的助燃空氣。具體來說，這些預(yù)熱體由若干金屬薄片構(gòu)成，所述金屬薄片的表面為受熱傳熱面，所述若干金屬薄片布置為這些金屬薄片表面之間形成可作為助燃空氣通道的窄縫空隙，并且這些窄縫空隙的開口位置和方向均朝向火焰，可以對火焰輻射產(chǎn)生黑體效應(yīng)來高效吸收火焰輻射能，從而使流經(jīng)這些窄縫空隙的助燃空氣流得到預(yù)熱。實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體1的形式適合于燃燒器頭部周圍有較大空間的場合。而本實施例的平位放射翅片式預(yù)熱體2則適合于家用燃?xì)庠钸@樣的燃燒器頭部周圍空間窄小的場合。本實施例的平位放射翅片式預(yù)熱體2與實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體1的具體形式不同，但工作原理、使用方法和有益效果基本相同。本實施例的放射狀翅片緊靠火焰，圖5中的放射狀翅片受到火焰輻射加熱達(dá)到的溫度高于圖2中螺旋卷片的溫度。高溫的放射狀翅片本身發(fā)出的紅外輻射對于鍋底有額外的加熱作用。

用圓底鍋炒菜時使用本實施例平位放射翅片式預(yù)熱體2可減少出現(xiàn)黃焰?，F(xiàn)有技術(shù)的家用燃?xì)庠钤谧蠄A底鍋開大火炒菜時只有火焰根部是藍(lán)焰，火焰中部和尾部出現(xiàn)大面積黃焰。這是由于開大火時燃?xì)馊紵枰^多的助燃空氣，僅依靠空氣的自然流動和擴散容易出現(xiàn)供氧不足。使用本實施例放射翅片式預(yù)熱體2后許多的放射狀翅片位于火焰的側(cè)下方，緊靠火焰(參見圖5)。這些放射狀翅片本身重量很輕，熱容量小，且其排列方式對火焰輻射呈現(xiàn)黑體效應(yīng)?；鹧孑椛涞慕嚯x加熱下，這些放射狀翅片很快升溫達(dá)到相當(dāng)高的溫度。在圓筒22煙囪效應(yīng)引風(fēng)力作用下由空氣進(jìn)口23進(jìn)入的空氣在流經(jīng)放射狀翅片之間空隙時被放射狀翅片表面逐漸加熱后會產(chǎn)生浮升力，然后這些經(jīng)過預(yù)熱的助燃空氣的一部分在浮升力作用下向上流進(jìn)燃燒區(qū)，其余部分流向燃?xì)庠顮t頭周圍低氣壓區(qū)后被卷吸進(jìn)入火焰射流?？梢?，使用本實施例放射翅片式預(yù)熱體2能夠向燃?xì)庠罨鹧嫣峁└鼮槌渥愕那医?jīng)過預(yù)熱的助燃空氣，從而改善了火焰供氧狀況、減少出現(xiàn)黃焰。

本實施例的進(jìn)一步的改進(jìn)是增設(shè)排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)。作為例子，以下給出適用于本實施例的排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)的三種不同形式：

(1)在圓筒22上邊緣增設(shè)一段高度約為1.5cm的圓錐形收縮段，沿周向均勻分布的一系列排煙口24改為開設(shè)在該圓錐形收縮段上，該圓錐形收縮段外增設(shè)一個轉(zhuǎn)筒，該轉(zhuǎn)筒與圓錐形收縮段外壁面相匹配，該轉(zhuǎn)筒上開設(shè)有與圓錐形收縮段排煙口24相對應(yīng)的排煙口。使用時可以轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)筒，當(dāng)該轉(zhuǎn)筒的排煙口與圓錐形收縮段排煙口24完全重合時，為排煙口全開；當(dāng)該轉(zhuǎn)筒的排煙口與圓錐形收縮段排煙口24完全不重合時，為排煙口全閉；轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)筒可調(diào)節(jié)排煙量。

(2)圓筒22上邊緣只開設(shè)三個較大直徑的排煙口，每個排煙口連接一段排煙管，該排煙管上設(shè)有調(diào)節(jié)排煙量的閥門。

(3)在圓筒22上邊緣排煙口外增設(shè)環(huán)形煙道，該環(huán)形煙道連接一段水平排煙管，該排煙管再連接一段垂直走向的排煙筒，該排煙筒上設(shè)有調(diào)節(jié)排煙量的閥門。

上述排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)的使用方法為：燃?xì)庠铋_大火檔位時排煙口全開，中火時開一半，小火時微開排煙口。在上述的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，就是慢慢減小排煙口的開度，同時觀察燃?xì)庠顮t頭火焰燃燒情況。只要火焰燃燒穩(wěn)定，不出現(xiàn)明顯黃焰，不出現(xiàn)倒煙，就可以繼續(xù)減小排煙口的開度，以獲得所需的的排煙量以及最適宜的由煙囪效應(yīng)引入的助燃空氣進(jìn)氣量。

上述排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)的主要作用是延長熱煙氣在鍋底下方的停留時間和調(diào)節(jié)助燃空氣進(jìn)氣量。目前家庭廚房烹飪時在燃?xì)庠钤溴佒Ъ茏蠄A底炒鍋炒菜時，圓底炒鍋的鍋底對于熱煙氣向上流動毫無阻擋作用，熱煙氣會沿著圓底炒鍋的鍋底向上迅速地漂流走，熱煙氣在鍋底下方的停留時間很短，鍋底下方只有較薄厚度的一層熱煙氣。利用本實施例的排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)可延長熱煙氣在鍋底下方的停留時間。例如，燃?xì)庠铋_微火檔位，產(chǎn)生的煙氣量為q，排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)至很小的開度。此時，由于排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)的局部阻力對熱煙氣的阻擋作用，圓筒22內(nèi)部的燃?xì)庠顮t頭火孔以上的空間將全部充滿熱煙氣，這些熱煙氣在鍋底下方的停留時間得到大幅度延長，鍋底下方保持有較大厚度的熱煙氣量。同時，圓筒22內(nèi)部熱煙氣的煙囪效應(yīng)仍然可以克服排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)的局部阻力來產(chǎn)生排煙量q并引入適量的助燃空氣從而維持火焰的穩(wěn)定燃燒。因為火焰及熱煙氣的輻射為體積輻射，圓底炒鍋的鍋底所接收的輻射加熱強度與鍋底下方的煙氣量成正比，所以圓筒22內(nèi)部充滿的熱煙氣可顯著增強對于鍋底的加熱效果。

在圖6所示放射狀翅片的基礎(chǔ)上，每片放射狀翅片加以一定程度的彎曲，使得原來筆直的放射狀翅片成為每片有相同弧度的圓弧面形狀，可取得更好的吸收火焰輻射、預(yù)熱助燃空氣的效果。

本實施例未提及的部分與實施例1類似，此處不再贅述。

實施例3

本實施例為一種用于平底鍋的高位放射翅片式預(yù)熱體。參見圖7，高位放射翅片式預(yù)熱體3包括圓筒32，該圓筒32的底部支承在灶面上，其頂部固定地或可拆卸地安裝圓環(huán)板35。圓環(huán)板35的中部有與平底鍋的外徑相匹配的開孔，平底鍋的兩個鍋耳支撐在圓環(huán)板35中部開孔邊沿上。在圓筒32底部邊沿的筒壁上繞圓周方向均勻地開設(shè)有一系列的空氣進(jìn)口33，并在圓筒32中部的筒壁上繞圓周方向均勻地開設(shè)有一系列的排煙口34。在圓筒32內(nèi)部布置有一系列的長型放射翅片311和短型放射翅片312。這些放射狀翅片的徑向排列方式與實施例2相同(圖7的a-a剖視圖為圖6)。在圖7中僅示出長型放射翅片311。每片長型放射翅片311和短型放射翅片312的上端一直向上延伸至圓環(huán)板35下表面。就是說，圓筒32內(nèi)部沿高度方向從灶面直至圓環(huán)板35下表面都有以圓筒32的中軸線為中心呈放射狀地、長型放射翅片311和短型放射翅片312相互交替且間隔均勻地排列的放射狀翅片。這些長型放射翅片311和短型放射翅片312離圓筒32中軸線的遠(yuǎn)端均固定安裝在圓筒32內(nèi)壁上。在灶面至燃?xì)庠顮t頭高度的部位，長型放射翅片311離圓筒32中軸線的近端共同構(gòu)成一個中部通孔，該中部通孔的直徑大于燃?xì)庠顮t頭外徑約1至4cm，該中部通孔的上邊緣與燃?xì)庠顮t頭平齊。在燃?xì)庠顮t頭以上2至3cm至圓環(huán)板35高度的部位，長型放射翅片311和短型放射翅片312的近端共同構(gòu)成一個用于容納平底鍋的圓柱狀空腔。圓筒32外表面和圓環(huán)板35上表面設(shè)有保溫層。本實施例中放射狀翅片大部分高于燃?xì)庠顮t頭，因此稱為高位放射翅片式預(yù)熱體。

使用時將高位放射翅片式預(yù)熱體3安放在灶面，將平底鍋支承在圓環(huán)板35中部開孔邊沿上。點燃燃?xì)庠?，熱煙氣由鍋底下流出后向上流動時加熱鍋側(cè)壁。當(dāng)熱煙氣到達(dá)圓環(huán)板35下表面降溫后流入放射狀翅片之間的空隙，然后沿圓筒32內(nèi)壁面向下流至排煙口34向外排出。以上流動過程中，熱煙氣加熱了鍋底和鍋側(cè)壁，并將部分煙氣余熱傳遞給放射狀翅片。

本實施例中圓筒32煙囪效應(yīng)的有效高度為排煙口34與空氣進(jìn)口33的高度差。雖然該高度差只有10cm左右，但其內(nèi)部的火焰及熱煙氣的溫度相當(dāng)高，因此仍能產(chǎn)生較顯著的煙囪效應(yīng)。該煙囪效應(yīng)的引風(fēng)力使外界空氣由圓筒32底部邊沿周向均勻分布的空氣進(jìn)口33流入。然后這些助燃空氣在爐頭周圍負(fù)壓區(qū)的吸引下流向爐頭時逐漸被放射狀翅片表面加熱。

在灶面至圓環(huán)板35的高度方向上，每片短型放射翅片312的最低溫處為最下端的靠近空氣進(jìn)口33的部位，每片短型放射翅片312的高溫處為排煙口34至圓環(huán)板35之間部位。因此，排煙口34至圓環(huán)板35之間的短型放射翅片312回收的煙氣余熱以熱傳導(dǎo)的方式向下傳遞至短型放射翅片312的最低溫處，然后用以加熱助燃空氣。因此，本實施例的高位放射翅片式預(yù)熱體3可以同時利用火焰輻射能和回收部分的煙氣余熱來預(yù)熱助燃空氣。

本實施例的高位放射翅片式預(yù)熱體與實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體和實施例2的平位放射翅片式預(yù)熱體的工作原理、使用方法和有益效果基本相同。另外，本實施例的高位放射翅片式預(yù)熱體還具有以下的有益效果：(1)避免了火焰輻射熱損失和空氣冷卻熱損失，并且降低了排煙熱損失；(2)平底鍋的側(cè)壁成為受熱面；(3)圓筒32內(nèi)部大部分充滿了熱煙氣，大幅度地延長了熱煙氣的停留時間，提高對于鍋體的對流和輻射加熱效果；(4)被火焰輻射和煙氣余熱加熱達(dá)到高溫的放射狀翅片對于鍋側(cè)壁和鍋底均有額外的紅外加熱作用；(5)可避免溢鍋對燃?xì)庠顮t頭的影響。

觀察圖7可以看出，在高位放射翅片式預(yù)熱體上使用平底鍋烹飪時只有唯一一項較為顯著的熱損失，就是排煙熱損失，因此可取得較高的熱效率。例如，燃?xì)庠铋_微火時由排煙口34排出的煙氣溫度約為120℃，其排煙熱損失約占燃料燃燒總放熱量的10％，則熱效率為90％。

為了增強煙囪效應(yīng)及引風(fēng)力，本實施例中排煙口34亦可以改為設(shè)置在圓環(huán)板35上并增設(shè)排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)(例如，在圓環(huán)板35邊沿上沿圓周方向均勻地開設(shè)一系列向上方排煙的的排煙口，圓環(huán)板35上再放置一個同樣開設(shè)有一系列排煙口的轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)盤來改變圓環(huán)板35的排煙口與該轉(zhuǎn)盤上的排煙口的相對位置可調(diào)節(jié)排煙量)。

另外，在可達(dá)到較大的煙囪效應(yīng)引風(fēng)力的設(shè)計條件下，在制作和安裝本實施例高位放射翅片式預(yù)熱體時與燃?xì)庠顮t頭平齊的高度處的放射狀翅片可進(jìn)行部分彎折形成水平段，或者在放射狀翅片側(cè)面安裝水平檔片，這些水平段或者水平擋片用于減少與燃?xì)庠顮t頭平齊的高度處每兩片相鄰的放射狀翅片之間空隙的寬度，其作用是阻擋由空氣進(jìn)口33進(jìn)入的冷空氣垂直向上流動，使更多的助燃空氣流向爐頭周圍低氣壓區(qū)。

與本實施例的圖7類似，實施例2的圖5所示的平位放射翅片式預(yù)熱體2亦可以用于平底鍋，使用方法為：拿走圓底炒鍋，在圓筒22上邊緣放置一個具有中部開孔的圓環(huán)板，將平底鍋放入該圓環(huán)板的中部開孔，但需配合使用其它輔助的支鍋器具來適應(yīng)不同直徑和高度的鍋具。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例4

本發(fā)明在家用燃?xì)庠钌系囊环N較為簡單的實施方式是仍然保留燃?xì)庠钤瓉砼鋫涞腻佒Ъ?，只增加一個預(yù)熱體。如圖8所示，為本發(fā)明的一種圓錐疊套式預(yù)熱體的示意圖。參見圖8，平底鍋安放在燃?xì)庠钤瓉砼鋫涞腻佒Ъ苌?，在鍋支架?nèi)部與燃?xì)庠顮t頭之間的圓環(huán)狀空間放置一個圓錐疊套式預(yù)熱體4。該預(yù)熱體的總高度為5cm(低于鍋支架內(nèi)部空間高度1cm)，外徑為24cm(等于鍋支架內(nèi)部空間的直徑)，中部通孔的直徑為12cm(大于燃?xì)庠顮t頭外徑2cm)。圓錐疊套式預(yù)熱體4由十個圓錐筒疊套成，每個圓錐筒用厚度為0.01mm的銅箔片制成，每個圓錐筒具有12cm直徑的中部通孔，上一個圓錐筒與下一個圓錐筒之間的空隙為5mm。圖8中鍋支架內(nèi)的虛線表示這些圓錐筒的筒壁(銅箔片)，虛線與虛線之間的間隙為銅箔片之間的空隙。每兩層銅箔片之間的圓錐臺面形狀的空隙為助燃空氣通道。上一個圓錐筒與下一個圓錐筒之間的支承為上一個圓錐筒底部的垂直向下彎折的5mm高的圓環(huán)狀銅箔片，這些垂直向下彎折的5mm高的圓環(huán)狀銅箔片上繞圓周方向均勻地開設(shè)有空氣進(jìn)口。最底層的那個圓錐筒底部由垂直向下彎折的5mm高的圓環(huán)狀銅箔片支承在灶面，其垂直向下彎折的5mm高的圓環(huán)狀銅箔片上繞圓周方向也均勻地開設(shè)有空氣進(jìn)口，使得最底層的那個圓錐筒與灶面之間的空隙也是助燃空氣流向燃?xì)庠顮t頭的通道。

使用時點燃燃?xì)庠罨鹧婕訜崞降族伒耐瑫r，每兩層銅箔片之間的空隙對火焰輻射呈現(xiàn)黑體效應(yīng)(其原理與實施例1的圖4相同)，使圓錐疊套式預(yù)熱體4受熱升溫，每兩層銅箔片之間空隙以及最底層的銅箔片與灶面之間空隙內(nèi)的空氣隨之受熱升溫，這些熱空氣產(chǎn)生浮升力且受到爐頭周圍負(fù)壓的吸引因而向爐頭方向流動進(jìn)入火焰燃燒區(qū)。因此，本實施例可取得與實施例1至3相類似的利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的效果。

為了達(dá)到較顯著的預(yù)熱助燃空氣的效果，本實施例圓錐疊套式預(yù)熱體4的疊套圓錐筒數(shù)目最少為5個，或者說，構(gòu)成圓錐疊套式預(yù)熱體4的銅箔片的層數(shù)最少為5層(宜使用極薄的銅箔片)。倘若在鍋支架內(nèi)只放置一個圓錐筒，則該圓錐筒的表面將反射大部分熱輻射，雖然該表面也吸收部分火焰輻射并將熱量傳遞給與該圓錐筒表面相接觸的部分空氣，但一個圓錐筒的表面所能形成的受熱和傳熱面積極其有限，再加上自然對流的傳熱系數(shù)較小，因此在鍋支架內(nèi)部只放置一個圓錐筒時不會產(chǎn)生明顯的預(yù)熱助燃空氣的效果。只有采用多層疊套銅箔片，利用每兩層銅箔片之間空隙對火焰輻射產(chǎn)生黑體效應(yīng)來高效吸收火焰輻射能，同時利用多層疊套銅箔片取得很大的受熱和傳熱面積，才能獲得顯著的預(yù)熱助燃空氣的效果。

市售銅箔片的厚度低至0.01mm以下，重量輕，表面積大(相比較，普通a4紙的厚度為0.1mm)。銅箔片具有良好的耐熱性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、可延展性、可加工性、可焊性、表面光滑性、韌性、且彎曲或彎折后能夠保持彎曲或彎折的形狀，施加外力后又可以恢復(fù)原狀，而且銅箔片可承受較大程度的拉伸而不會斷裂，因此銅箔片非常適合于用來制作本發(fā)明的預(yù)熱體。

將一定長度的銅箔片以各種不同的方式進(jìn)行折疊、卷曲、扭曲和/或者盤繞可以制成各種不同形式的預(yù)熱體。以下再給出兩個例子：

(1)將長度為754cm(由擬制作的預(yù)熱體外徑24cm乘以3.14再乘以10圈得到)、寬度為12cm(由預(yù)熱體外徑24cm減去中部通孔直徑12cm得到)的銅箔片圍繞一個外徑為12cm的卷制用圓筒且保持銅箔片表面大致垂直于卷制用圓筒中軸線地連續(xù)盤繞十圈，使銅箔片圍繞卷制用圓筒盤旋形成類似于鋼絲彈簧那樣的螺旋狀，并且銅箔片的靠近卷制用圓筒的一側(cè)稍高于另一側(cè)；然后用其它工具調(diào)整每兩片相鄰的銅箔片之間的空隙均勻，上一片銅箔片與下一片銅箔片各處之間空隙(均為5mm)形成助燃空氣通道；取下卷制用圓筒，所空出的圓柱狀空間形成中部通孔。如此制得的預(yù)熱體可稱為螺旋繞片式預(yù)熱體。其與實施例1的螺旋卷片式預(yù)熱體的主要區(qū)別在于：螺旋卷片式預(yù)熱體是位于燃燒器頭部以下的位置，助燃空氣是由預(yù)熱體底部進(jìn)入螺旋卷片之間的為垂直走向的助燃空氣通道，然后向上沿軸向流向火焰燃燒區(qū)。螺旋繞片式預(yù)熱體是位于與燃燒器頭部大致平齊的位置，助燃空氣是由預(yù)熱體周圍進(jìn)入螺旋繞片之間的走向與水平方向有較小夾角的助燃空氣通道，然后主要沿徑向流向火焰燃燒區(qū)。

(2)將長度為600cm、寬度為12cm的銅箔片沿長度方向連續(xù)地、反復(fù)地折疊(沿長度方向每6cm做一次折疊)，使其從側(cè)面看時形成連續(xù)的www的形狀，然后將已經(jīng)折疊完畢的整條銅箔片的側(cè)面緊靠一個外徑為12cm的卷制用圓筒的圓環(huán)外壁面，將整條銅箔片頭尾相接成為空心圓環(huán)體形狀，繞圓周由側(cè)面從水平方向看該預(yù)熱體時銅箔片顯現(xiàn)連續(xù)的www的形狀，每兩片相鄰的折疊銅薄片之間空隙為助燃空氣通道。取下卷制用圓筒，所空出的圓柱狀空間形成中部通孔。如此制得的預(yù)熱體可稱為多層折疊式預(yù)熱體。

上述螺旋繞片式預(yù)熱體、多層折疊式預(yù)熱體的使用方法、原理和效果與圓錐疊套式預(yù)熱體大致相同。實施例2和3的放射狀翅片可以由本實施例的圓錐疊套式預(yù)熱體、螺旋繞片式預(yù)熱體或者多層折疊式預(yù)熱體所取代。就是說，圖5中取消放射狀翅片211和212，保留圓筒22，在圓筒22內(nèi)部放入一個圓錐疊套式預(yù)熱體、螺旋繞片式預(yù)熱體或者多層折疊式預(yù)熱體(其尺寸應(yīng)與圓筒22內(nèi)徑相匹配)，這些預(yù)熱體吸收火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的效果與放射狀翅片大致相同。

以上實施例給出的各種結(jié)構(gòu)形式的預(yù)熱體屬于同一個總的發(fā)明構(gòu)思在不同場合下的具體形式。螺旋卷片式、平位放射翅片式、高位放射翅片式、圓錐疊套式、螺旋繞片式和多層折疊式預(yù)熱體的每一種形式均是由若干金屬薄片構(gòu)成，相鄰的金屬薄片表面之間形成許多的窄縫空隙，這些窄縫空隙的開口位置和方向均朝向火焰使得火焰輻射可以射入窄縫空隙內(nèi)部發(fā)生黑體效應(yīng)，這些窄縫空隙同時又構(gòu)成助燃空氣通道。如此結(jié)構(gòu)特征的預(yù)熱體可以高效吸收火焰輻射能，且與助燃空氣有很大的接觸傳熱面積，并對供給火焰的助燃空氣流僅構(gòu)成很低的空氣流動阻力。

以圖8中鍋支架內(nèi)部放置0.01mm厚度的銅箔片制成的圓錐疊套式預(yù)熱體4作為例子：首先，相鄰的兩層銅箔片之間空隙為助燃空氣通道只帶來很低的空氣流動阻力因而不阻礙助燃空氣從鍋支架周圍流向爐頭，不會造成缺氧燃燒。其次，相鄰的兩層銅箔片之間空隙能夠高效吸收火焰輻射且銅箔片導(dǎo)熱性能良好因而能夠整體地被火焰輻射能加熱升溫。然后，助燃空氣能夠流經(jīng)且直接接觸全部銅箔片表面來獲得很大的傳熱面積。同時滿足以上條件的預(yù)熱體才能夠取得顯著的利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的效果。

空氣里的氧氣和氮氣本身不吸收任何熱輻射，其對于火焰輻射是完全透明的。本發(fā)明提供了將圖1所示用火加熱物體基本方式中原先向外界散失的火焰輻射吸收轉(zhuǎn)換為熱能來預(yù)熱助燃空氣的一種簡單有效的技術(shù)手段。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例5

在燃燒器頭部周圍有足夠空間的情形下，本發(fā)明的實施應(yīng)該盡可能增大吸收火焰輻射的受熱傳熱面的總面積。圖9為本發(fā)明的一種具有低位放射翅片式預(yù)熱體的自然通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖9，本實施例的低位放射翅片式預(yù)熱體5包括圓鼓筒521和圓錐筒522。圓鼓筒521、圓錐筒522的中軸線與燃燒器的中軸線是重合的(以下簡稱為中軸線)。在圓錐筒522內(nèi)部布置有一系列的長型放射翅片511和短型放射翅片512，這些長型放射翅片511和短型放射翅片512以中軸線為中心呈放射狀地、長型放射翅片511和短型放射翅片512相互交替且間隔均勻地排列。這些放射狀翅片離中軸線的遠(yuǎn)端上部固定在圓錐筒522內(nèi)壁上。各個長型放射翅片511離中軸線的的近端共同構(gòu)成一個中部通孔，該中部通孔與燃燒器頭部外徑相匹配。圓鼓筒521是一個由圓鼓狀金屬壁面圍成的圓鼓狀空筒，其圓鼓狀金屬壁面下部開設(shè)有一個排煙口，該排煙口經(jīng)煙道連通排煙筒56，在煙道上還設(shè)置有閥門57。在圓鼓筒521和圓錐筒522外壁面包繞有保溫材料。本實施例中放射狀翅片低于燃燒器頭部，因此稱為低位放射翅片式預(yù)熱體。

本實施例低位放射翅片式預(yù)熱體5的圓鼓筒521、圓錐筒522及長型放射翅片511和短型放射翅片512最好為一體地鑄造成型，使得這些部件相互之間具有良好的熱傳導(dǎo)性能。本實施例低位放射翅片式預(yù)熱體5也可以采用焊接、鉚接、用緊固件連接、組裝等方法制作。

本實施例低位放射翅片式預(yù)熱體5的基本工作原理類似于以上的實施例。例如，對比圖2和圖9可以看出，圖2中的螺旋卷片部11及螺旋卷片對應(yīng)于圖9中的圓錐筒522及放射狀翅片，圖2的圓筒12對應(yīng)于圖9的圓鼓筒521，它們的基本作用相同。本實施例可達(dá)到與以上實施例相同的有益效果。另外，本實施例的低位放射翅片式預(yù)熱體5的其它結(jié)構(gòu)特征還帶來了更多的有益效果：

(1)有更大的操作參數(shù)調(diào)節(jié)范圍

本實施例增設(shè)的排煙筒56有利于產(chǎn)生更顯著的煙囪效應(yīng)，且該煙囪效應(yīng)產(chǎn)生的排煙量和引風(fēng)量可由閥門57調(diào)節(jié)，從而可方便地調(diào)整排煙量及助燃空氣進(jìn)氣量來適應(yīng)燃燒器開大火、中火、小火的不同工況。本實施例中閥門57的調(diào)整方法與實施例2中排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)的使用方法相同。

(2)可增強熱煙氣的對流和輻射傳熱的加熱效果

本實施例的圓鼓筒521與排煙筒56和閥門57相配合可形成如圖9中圓鼓筒521內(nèi)的彎曲箭頭線所示的已燃煙氣的花瓣狀循環(huán)流動(其煙氣速度分布是以中軸線為中心的軸對稱分布)。具體來說，在排煙筒56煙囪效應(yīng)和閥門57的適當(dāng)?shù)拈_度能夠提供合適的排煙量和閥門57處的合適的局部流動阻力時，燃燒器火焰射流的動能驅(qū)使中軸線附近的已燃煙氣向上流動，然后已燃煙氣沿著所加熱物體的底部向上外方向流動。這些已燃煙氣流近圓鼓筒521內(nèi)壁面時再向下流動，然后部分已燃煙氣流入排煙口，經(jīng)排煙筒56向外排放。同時，大部分已燃煙氣流入火焰根部的低氣壓區(qū)，并與火焰射流相混合向上流動，未進(jìn)入火焰根部低氣壓區(qū)的已燃煙氣在火焰射流動量傳遞的影響下也會向上流動。以上過程形成了圖9所示的圓鼓筒521內(nèi)部已燃煙氣的以燃燒器中軸線為對稱軸的花瓣狀循環(huán)流動。因為被加熱物體所接收的紅外輻射加熱強度與其下方的煙氣量成正比，所以圓鼓筒521內(nèi)的大量已燃煙氣的循環(huán)流動可顯著增強已燃煙氣對于物體的加熱效果，進(jìn)一步提高熱效率。

(3)可降低壁面溫度和減少散熱損失

圓鼓筒521壁面遠(yuǎn)離火焰，且其熱量可向下傳導(dǎo)給放射狀翅片，因此壁面溫度較低，可減少散熱損失和降低對其制作材料的耐熱性能的要求。

(4)放射狀翅片具有更大的受熱傳熱面積

本實施例由于排煙筒56提供了足夠大的引風(fēng)力，因此可以在圓錐筒522內(nèi)部布置數(shù)目更多的、更大尺寸的放射狀翅片，放射狀翅片之間的空隙可以更窄，從而獲得更大的受熱傳熱面積。本實施例放射狀翅片除了接受燃燒器火焰的輻射加熱之外，更多的是接受圓鼓筒521內(nèi)循環(huán)流動的大量已燃煙氣發(fā)出的紅外輻射的加熱。

本實施例自然通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備操作時閥門57開度的調(diào)節(jié)十分重要(調(diào)節(jié)方法參見實施例2中排煙調(diào)節(jié)機構(gòu)的使用方法)。如果在燃燒器開小火檔位時閥門57全開，則排煙筒56引風(fēng)力可能導(dǎo)致過量的外界空氣經(jīng)過放射狀翅片之間進(jìn)入圓鼓筒521內(nèi)，這些過量的空氣會帶走熱量，降低熱效率。因此必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)閥門57的開度。

本實施例采用圓鼓筒521最有利于產(chǎn)生已燃煙氣的花瓣狀循環(huán)流動。圓鼓筒521亦可以采用其它更加方便制作的形狀如腰鼓狀、圓筒狀等。

適合應(yīng)用本實施例低位放射翅片式預(yù)熱體的典型場合是商用燃?xì)饣蛉加驮罹呷缇频?、餐館、食堂常用的中餐炒菜灶、大鍋灶、湯灶等。商用雙炒雙尾燃?xì)獬床嗽畹牡湫屯庑纬叽鐬椋?500x1250x810mm。與其適配的低位放射翅片式預(yù)熱體的尺寸為：圓鼓筒521口徑400mm，高度270mm，二分之一高度處的直徑為600mm；圓錐筒522上端直徑400mm，下端直徑800mm，高度270mm。

本發(fā)明選擇將圓鼓筒521和圓錐筒522及放射狀翅片看作為一個低位放射翅片式預(yù)熱體5的原因是圓鼓筒521的熱量可傳遞給放射狀翅片并用于預(yù)熱助燃空氣。顯然，圓鼓筒521的其它作用之一是構(gòu)成燃燒室壁(或爐壁、灶壁)。本發(fā)明亦可以選擇將圓鼓筒521看作為燃燒室壁，將圓錐筒522及放射狀翅片看作為一個低位放射翅片式預(yù)熱體。其它實施例的預(yù)熱體也類似地包括用于形成吸收火焰輻射能并預(yù)熱助燃空氣的受熱傳熱面的構(gòu)件，還可以包括用于固定這些構(gòu)件的輔助部件以及起到支承、定位、擋風(fēng)、限流、隔熱、引流、導(dǎo)流、導(dǎo)熱等作用的其它輔助部件。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例6

以上實施例1至5中助燃空氣的供給主要是依靠自然通風(fēng)，因此實施例1至5要求所采用的預(yù)熱體形式必須有相當(dāng)?shù)偷目諝饬鲃幼枇?。但商用燃燒加熱設(shè)備中相當(dāng)部分為強制通風(fēng)供給助燃空氣，工業(yè)燃燒加熱設(shè)備則一般采用強制通風(fēng)。應(yīng)用于強制通風(fēng)供給助燃空氣的燃燒設(shè)備時，本發(fā)明預(yù)熱體可以采用有較大壓力降的結(jié)構(gòu)形式。如圖10所示，為本發(fā)明的一種具有多孔透氣式預(yù)熱體的強制通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖10，多孔透氣式預(yù)熱體6具有圓鼓筒62和位于圓鼓筒62內(nèi)側(cè)的、與圓鼓筒62的形狀相適應(yīng)的多孔透氣體61，圓鼓筒62與多孔透氣體61之間形成中空夾層a。圓鼓筒62壁面沿切向開設(shè)有空氣進(jìn)口。助燃空氣(或部分的助燃空氣)用風(fēng)機68加壓后通過圓鼓筒62壁面的空氣進(jìn)口流入中空夾層a，然后這些助燃空氣流過多孔透氣體61被預(yù)熱后進(jìn)入燃燒區(qū)。圓鼓筒62底部安裝燃燒器，燃燒器周圍有環(huán)形排煙口64。圓鼓筒62可采用金屬或非金屬材料制作，其外表面可以有或者沒有保溫層。風(fēng)機68的抽取外界空氣的進(jìn)氣口安裝有高效除塵過濾器。

多孔透氣體61的首要作用是吸收火焰輻射能并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給透過該多孔透氣體進(jìn)入燃燒區(qū)的助燃空氣。多孔透氣體61應(yīng)同時滿足下列條件：第一，具有較大的與助燃空氣接觸的面積，其內(nèi)表面積遠(yuǎn)大于外表面積，使得助燃空氣流經(jīng)多孔透氣體61的內(nèi)表面積時被顯著地加熱升溫；第二，具有較高的火焰輻射吸收率；第三，具有良好的耐熱性能；第四，具有良好的導(dǎo)熱性能；第五，具有適當(dāng)?shù)目諝饬鲃幼枇?，使得由風(fēng)機68通入的助燃空氣首先充滿圓鼓筒62與多孔透氣體61之間的中空夾層a，然后才均勻地流經(jīng)多孔透氣體61的所有透氣孔進(jìn)入燃燒區(qū)。作為例子，以下給出制作多孔透氣體61的四種方法。按照具體條件可采用這四種方法之一或其它適當(dāng)?shù)姆椒▉碇谱鞫嗫淄笟怏w61：

(1)多孔金屬體：選用金屬材料用鑄造法獲得所需的圓鼓形狀的金屬厚壁，然后在垂直于金屬厚壁表面的方向上密集地、均勻地鉆孔穿透金屬厚壁。當(dāng)用于小型設(shè)備如商用中餐炒菜灶時，金屬厚壁的壁厚為20至30mm，透氣孔直徑1mm，表面開孔率70％，體積空隙率70％；當(dāng)用于大中型設(shè)備如工業(yè)爐，金屬厚壁的壁厚為100至150mm，透氣孔直徑5mm，表面開孔率70％，體積空隙率70％。由于上述多孔金屬體有較高的表面開孔率，且透氣孔的深度/孔徑比達(dá)到20至30，對于射入這些透氣孔的火焰輻射可產(chǎn)生黑體效應(yīng)(其原理與實施例1的圖4相同)，因此上述多孔金屬體具有較高的火焰輻射吸收率。多孔金屬體內(nèi)透氣孔的內(nèi)表面為吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給流經(jīng)這些透氣孔進(jìn)入燃燒區(qū)的助燃空氣的受熱傳熱面。本發(fā)明將多孔金屬體每個透氣孔的一半側(cè)壁看作一個受熱傳熱面，另一半側(cè)壁也看作一個受熱傳熱面，這兩個相鄰的受熱傳熱面之間形成助燃空氣通道。當(dāng)助燃空氣通過這些透氣孔流入燃燒區(qū)時，這些透氣孔提供了相當(dāng)大的接觸和傳熱面積以及適當(dāng)?shù)牧鲃幼枇Α?/p>

(2)金屬纖維體：選用市售金屬纖維毯成品(厚度5mm，平均孔徑0.1mm，體積空隙率85％)，在其內(nèi)外側(cè)均安裝圓鼓筒形狀的金屬護(hù)網(wǎng)。金屬纖維毯是用金屬纖維絲制成的，具有三維空間網(wǎng)格的微觀結(jié)構(gòu)，其微孔對于火焰輻射有較高的吸收率，且有較大的內(nèi)表面積、較佳的耐熱和導(dǎo)熱性能以及適當(dāng)?shù)牧鲃幼枇?。金屬纖維體的內(nèi)表面積可作為吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給流經(jīng)微孔進(jìn)入燃燒區(qū)的助燃空氣的受熱傳熱面。

(3)泡沫陶瓷體：選用市售泡沫陶瓷板成品(每塊長度100mm，寬度100mm，厚度8mm，孔徑分布為10至100nm，體積空隙率90％)。使用許多塊的泡沫陶瓷板拼接成圖10所示形狀的多孔透氣體61。泡沫陶瓷板的微孔對于火焰輻射有較高的吸收率，且有較大的內(nèi)表面積、較佳的耐熱性能以及適當(dāng)?shù)牧鲃幼枇?。泡沫陶瓷板的?nèi)表面積可作為吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給流經(jīng)微孔進(jìn)入燃燒區(qū)的助燃空氣的受熱傳熱面。

(4)蜂窩陶瓷體：當(dāng)用于中大型燃燒設(shè)備時，多孔透氣式預(yù)熱體61可由許多的蜂窩陶瓷體堆砌成。市售蜂窩陶瓷體的常見規(guī)格如：單個蜂窩陶瓷體的外形尺寸50x50x200mm，蜂窩通道呈直線，蜂窩壁厚為0.2至0.5mm，單元間距為1至3mm，蜂窩通道的深度/口徑比為70至200。來自于燃燒區(qū)的火焰輻射射入這些蜂窩通道在其內(nèi)表面被多次反射/吸收從而發(fā)生黑體效應(yīng)，因此上述蜂窩陶瓷體具有較高的火焰輻射吸收率。蜂窩陶瓷體內(nèi)蜂窩通道的內(nèi)表面為吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給流經(jīng)這些蜂窩通道進(jìn)入燃燒區(qū)的助燃空氣的受熱傳熱面。

圖10所示裝置使用時點著燃燒器，燃料與空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)。多孔透氣體61吸收火焰輻射并預(yù)熱那些透過多孔透氣體61進(jìn)入燃燒區(qū)的助燃空氣。主要在燃燒器火焰射流動能的驅(qū)動下，煙氣產(chǎn)生如圖10中彎曲箭頭線所示的花瓣狀循環(huán)流動。部分煙氣經(jīng)環(huán)形排煙口64向下流動，煙氣余熱用于預(yù)熱燃料(或使液體燃料蒸發(fā))，降溫后的煙氣向外排出。

本實施例的圓鼓筒62和多孔透氣體61共同構(gòu)成了該強制通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的燃燒室壁(或爐膛壁、灶膛壁)。本實施例同樣可取得實施例1列出的四點有益效果以及實施例5列出的第1至3點有益效果。另外，與現(xiàn)有技術(shù)相比較本實施例還有以下的突出優(yōu)點：

(1)燃燒室壁不需使用耐火材料，尤其適合于熱負(fù)荷急劇變化的場合。

現(xiàn)有燃燒設(shè)備(如工業(yè)爐、商用燃?xì)庠?的燃燒室壁(或爐膛壁、灶膛壁)通常采用耐火材料。在熱負(fù)荷快速變化的情況下，耐火材料壁面承受較大熱應(yīng)力使其容易產(chǎn)生裂紋。使用一段時間后耐火材料破碎、剝落，經(jīng)常需要修補或更換。其中一個典型例子是商用中餐炒菜灶，其燃燒器功率可達(dá)60kw。由于火力強勁，商用中餐炒菜灶點火炒菜時灶膛急劇升溫，炒菜完畢后灶膛冷卻降溫，如此反復(fù)加熱和冷卻造成商用中餐炒菜灶耐火材料灶壁的使用壽命較短，一般使用一至兩年時間就需要更換。類似地，許多類型的工業(yè)爐操作溫度有較大變化，容易損壞耐火材料爐壁，時常需要停爐進(jìn)行耐火材料的人工維護(hù)，費工費時。

本實施例圓鼓筒62和多孔透氣體61共同構(gòu)成的燃燒室壁可以替代耐火材料制造的燃燒室壁。首先，本實施例多孔透氣體61的表面開孔率高達(dá)70％以上，且透氣孔有較大的深度，多孔透氣體61的內(nèi)表面積遠(yuǎn)大于外表面積，來自于燃燒區(qū)的火焰輻射可以經(jīng)透氣孔射入多孔透氣體61內(nèi)部發(fā)生黑體效應(yīng)使得整個多孔透氣體61內(nèi)部得到均勻加熱，而不僅僅是面向燃燒區(qū)的表面被加熱。其次，本實施例多孔透氣體61遠(yuǎn)離燃燒器火焰，且其彎曲形狀提供了相當(dāng)大的熱脹冷縮的余地，能夠降低從常溫至火焰溫度的劇烈溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力。再次，本實施例多孔透氣體61采用的金屬、金屬纖維、泡沫陶瓷或蜂窩陶瓷材料本身可以承受反復(fù)加熱和冷卻產(chǎn)生的較大熱應(yīng)力而不容易破裂。最后，由風(fēng)機68通入的助燃空氣對多孔透氣體61有良好的冷卻作用。上述因素使得本實施例多孔透氣體61用于燃燒室壁時有很長的使用壽命；而且多孔透氣體61的體積空隙率達(dá)到70％以上，較為輕便，尤其適合于在周期性或間歇操作過程中熱負(fù)荷有較大變化的燃燒加熱設(shè)備如熱處理爐、熔化爐、焙燒爐、干燥爐和各種爐灶。

(2)燃燒室外壁面接近常溫，散熱損失極低。

現(xiàn)有燃燒設(shè)備的燃燒室壁面溫度較高，散熱損失較大。本實施例中由于多孔透氣體61的內(nèi)表面積遠(yuǎn)大于外表面積，由風(fēng)機68通入的冷空氣與多孔透氣體61面向中空夾層a的側(cè)面接觸時升溫幅度不大，中空夾層a充滿了由風(fēng)機68通入的冷空氣，因此圓鼓筒62面向中空夾層a的側(cè)面接受的對流傳熱量不大。而且多孔透氣體61面向中空夾層a的側(cè)面溫度較低且能夠透過多孔透氣體61的火焰及煙氣輻射量有限，只有少量的火焰及煙氣輻射能夠穿過透氣孔(而不碰到透氣孔側(cè)壁)最終到達(dá)圓鼓筒62面向中空夾層a的側(cè)面，因此圓鼓筒62面向中空夾層a的側(cè)面接受的輻射傳熱量也不大。作為燃燒室外壁面的圓鼓筒62外表面的溫度只是稍高于常溫，即使不使用保溫材料其表面散熱損失也很低。

(3)可降低燃燒室壁的蓄熱損失。

以現(xiàn)有技術(shù)典型工業(yè)爐為例，其耐火材料爐壁厚度一般為數(shù)百毫米，保溫層厚度也有數(shù)百毫米，耐火材料爐壁吸收火焰輻射被加熱升溫所引起的蓄熱損失較大。本實施例多孔透氣體61的體積空隙率在70％以上，重量輕，且其內(nèi)部由助燃空氣流過，多孔透氣體61的溫度較低，吸熱量較小，因此可降低蓄熱損失。

(4)可增強對物體的加熱效果。

已有技術(shù)試圖利用燃燒室壁的紅外輻射增強對物體的加熱效果，但耐火材料壁面難以處理成具有高紅外發(fā)射率的表面性質(zhì)。本實施例多孔透氣體61面向燃燒區(qū)一側(cè)容易處理成具有高紅外發(fā)射率的避免性質(zhì)。

圖10所示燃燒設(shè)備可為擴散式或者部分預(yù)混式燃燒方式。例如，采用擴散式燃燒方式時，流體燃料(如燃?xì)饣蛘呷加?由燃燒器送入燃燒區(qū)，其完全燃燒所需的全部空氣由風(fēng)機68經(jīng)過多孔透氣體61送入燃燒區(qū)。采用部分預(yù)混式燃燒方式時，流體燃料與一次空氣的混合物由燃燒器送入燃燒區(qū)，其完全燃燒所需的二次空氣由風(fēng)機68經(jīng)過多孔透氣體61送入燃燒區(qū)。

另外，將多孔透氣體61的透氣孔按一定方向排列，還可以在燃燒區(qū)產(chǎn)生氣體旋流、回流或者增強圖10所示花瓣狀循環(huán)流動的效果。將圓鼓筒62與多孔透氣體61之間的中空夾層a分隔為若干部分，每一部分設(shè)置單獨的空氣進(jìn)口，可以使助燃空氣更加均勻地經(jīng)多孔透氣體61流入燃燒區(qū)。圓鼓筒62亦可以改為采用其它形狀如腰鼓狀、圓筒狀等。本實施例亦可以增設(shè)一個換熱器，用于回收煙氣預(yù)熱將助燃空氣加熱至數(shù)百度的溫度后再通入圓鼓筒62與多孔透氣體61之間的中空夾層a。

本實施例多孔透氣體61的內(nèi)表面為吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給與其直接接觸的助燃空氣的受熱傳熱面。多孔透氣體61內(nèi)部的透氣孔(助燃空氣通道)是由這些受熱傳熱面所圍成的。本實施例和以上實施例1至5為同一個總的發(fā)明構(gòu)思在不同場合下的具體形式。本實施例的多孔透氣體61適合在強制通風(fēng)供氧燃燒的場合下使用，而實施例1至5給出的各種預(yù)熱體形式適合在自然通風(fēng)供氧燃燒的場合下使用(同時亦可以在強制通風(fēng)供氧燃燒的場合下使用，例如，放射翅片式預(yù)熱體或圓錐疊套式預(yù)熱體可以替換圖10中的多孔透氣體61)。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例7

本實施例涉及彌散燃燒加熱設(shè)備。如圖11所示，為本發(fā)明的一種具有旋渦翅片式預(yù)熱體的強制通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖11，旋渦翅片式預(yù)熱體7包括內(nèi)圓筒721和外圓筒722，所述內(nèi)圓筒721和外圓筒722之間形成中空夾層b。外圓筒722的頂部和底部分別由圓頂板751和圓底板752封閉。內(nèi)圓筒721固定安裝在圓頂板751下表面，內(nèi)圓筒721的下端與圓底板752之間有間隙。內(nèi)圓筒721內(nèi)部的下半部設(shè)有以內(nèi)圓筒721中軸線為中心的軸對稱分布的、用厚度為0.5mm以上的金屬薄片制作的旋渦狀翅片71。外圓筒722上端壁面沿切向開設(shè)有空氣進(jìn)口，內(nèi)圓筒721約四分之三高度的壁面處沿切向開設(shè)有燃料進(jìn)口，圓頂板751上設(shè)有排煙口。被加熱的物體位于圓頂板751中部。78為鼓風(fēng)機。79為利用煙氣余熱加熱助燃空氣的換熱器。內(nèi)圓筒721和旋渦狀翅片71用耐熱金屬材料制作。外圓筒722、圓頂板751和圓底板752可用耐熱金屬材料或非金屬耐火材料制作。外圓筒722、圓頂板751和圓底板752的外壁面有保溫材料。

使用時在點火之后的穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下，外界空氣用鼓風(fēng)機78通入換熱器79回收煙氣余熱后達(dá)到約700℃的空氣溫度。這些700℃溫度的空氣然后由外圓筒722壁面的空氣進(jìn)口沿切向高速噴入，在內(nèi)圓筒721和外圓筒722之間的中空夾層b內(nèi)形成旋流，與內(nèi)圓筒721外壁面產(chǎn)生強烈的對流換熱因而被較高溫度的內(nèi)圓筒721壁面所加熱達(dá)到約850℃的空氣溫度。這些850℃溫度的空氣經(jīng)內(nèi)圓筒721的下端與圓底板752之間的間隙進(jìn)入旋渦狀翅片71之間的空隙，然后在旋渦狀翅片71的引導(dǎo)下以旋流的形式進(jìn)入旋渦狀翅片71上方的燃燒區(qū)。每兩片相鄰的旋渦狀翅片之間的空隙對于射入該空隙的火焰輻射呈現(xiàn)黑體效應(yīng)(其原理與實施例1的圖4相同)，使得這些旋渦狀翅片71能夠高效吸收其上方的燃燒區(qū)發(fā)出的熱輻射因而達(dá)到相當(dāng)高的溫度。前述的已被內(nèi)圓筒721壁面加熱達(dá)到約850℃溫度的空氣在流經(jīng)旋渦狀翅片71時被進(jìn)一步加熱達(dá)到約1000℃的溫度。

燃料由內(nèi)圓筒721壁面的燃料進(jìn)口沿切向高速噴入，在內(nèi)圓筒721內(nèi)部形成旋流。上述的內(nèi)圓筒721和外圓筒722之間中空夾層b處的空氣旋流、旋渦狀翅片71處產(chǎn)生的空氣旋流與內(nèi)圓筒721內(nèi)的燃料旋流(或其燃燒反應(yīng)混合物的旋流)的旋轉(zhuǎn)方向是相同的(以上三處的旋流同時為順時針方向或逆時針方向)。在1000℃溫度的助燃空氣由旋渦狀翅片71之間的空隙以旋流的形式進(jìn)入燃燒區(qū)以及燃料射流同時也以高速旋流的形式進(jìn)入燃燒區(qū)且燃料與助燃空氣供給量大致符合當(dāng)量比的條件下，內(nèi)圓筒721內(nèi)部燃燒區(qū)發(fā)生彌散燃燒(又稱高溫低氧燃燒)。在彌散燃燒狀態(tài)下，內(nèi)圓筒721內(nèi)部燃燒區(qū)各處均為正在發(fā)生氧化反應(yīng)的燃料(及其熱解產(chǎn)物)和空氣與燃燒產(chǎn)物的混合物，各處的溫度和成分較為均勻(溫度約1200℃，燃料濃度約1％，氧氣濃度約5％，其余為燃燒產(chǎn)物)，各處均達(dá)到燃料發(fā)生氧化反應(yīng)所需的溫度條件，但各處只可能出現(xiàn)1％濃度的燃料與5％濃度的氧氣相遇的反應(yīng)物濃度條件，因而只可能發(fā)生溫和的、占據(jù)內(nèi)圓筒721內(nèi)大部分容積的彌散燃燒。不會出現(xiàn)燃料與氧氣濃度為21％的空氣之間在極短時間和極小空間內(nèi)發(fā)生的劇烈氧化反應(yīng)(即傳統(tǒng)的火焰)。

以下對比圖11與圖1來說明彌散燃燒與傳統(tǒng)的擴散式、預(yù)混式或大氣式火焰的區(qū)別。擴散式火焰時，圖1中的燃燒器噴出的燃料與周圍的氧氣濃度為21％的空氣相遇發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，瞬間產(chǎn)生強烈的光和熱，形成圖1所示的圓錐形火焰。預(yù)混式火焰和大氣式火焰的情況類似。在圖11中，燃料旋流和空氣旋流使得內(nèi)圓筒721內(nèi)部的燃料、空氣和燃燒產(chǎn)物充分混合。從燃料進(jìn)口噴入的燃料不可能與氧氣濃度為21％的空氣相遇，不會發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)的圓錐形火焰。從旋渦狀翅片71之間的空隙噴入的1000℃溫度的助燃空氣是與內(nèi)圓筒721內(nèi)的混合物(其中只含有1％的燃料濃度)相遇使得其原先為21％的氧氣濃度被充分地稀釋至約5％的氧氣濃度(當(dāng)1000℃溫度的氧氣濃度為21％的助燃空氣從旋渦狀翅片71之間的空隙噴入燃燒區(qū)、與含有1％燃料濃度的混合物相遇時已經(jīng)達(dá)到發(fā)生氧化反應(yīng)的條件，使得這些1％的燃料很快地氧化消耗掉，但不會產(chǎn)生急劇的溫升)。此時，在內(nèi)圓筒721內(nèi)部各處同時發(fā)生溫和的、取決于燃料分子及其熱解產(chǎn)物分子與氧氣分子碰撞概率的氧化反應(yīng)從而形成彌散燃燒。

與傳統(tǒng)燃燒方式相比較，本實施例這種彌散燃燒的主要優(yōu)點為：

(1)只需要供給符合當(dāng)量比的助燃空氣就能達(dá)到完全燃燒，排煙中基本不含剩余氧，因而降低了煙氣量，避免了排煙中的剩余氧及相應(yīng)的氮氣攜帶走熱量所造成的排煙熱損失。相比較，傳統(tǒng)燃燒方式需要通入大量助燃空氣(過量空氣系數(shù)常達(dá)1.5以上)才能達(dá)到完全燃燒，排煙中剩余氧濃度高達(dá)15％，煙氣量及排煙熱損失相當(dāng)大。

(2)加熱效果好，因為被加熱物體周圍為強烈旋流，對流傳熱系數(shù)大，且內(nèi)圓筒721內(nèi)部在旋渦狀翅片71以上全部為均勻發(fā)光的彌散燃燒區(qū)，對被加熱物體的輻射加熱強度大。

(3)可調(diào)節(jié)范圍大，沒有傳統(tǒng)火焰的回火、脫火等方面的限制性因素，在低功率工況和高功率工況下都能夠穩(wěn)定運行，且低熱值燃料也能穩(wěn)定燃燒。

(4)排煙中一氧化碳含量低，因為內(nèi)圓筒721內(nèi)部在旋渦狀翅片71以上全部為燃燒區(qū)，燃料(及其熱解產(chǎn)物)和空氣與燃燒產(chǎn)物的混合物在燃燒區(qū)的停留時間很長，在足夠高的溫度區(qū)域有足夠長的反應(yīng)時間達(dá)到完全氧化。

(5)排煙中氮氧化物含量低，因為彌散燃燒中不存在劇烈鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)產(chǎn)生的局部高溫區(qū)，最高溫度處只有1200℃，未達(dá)到激發(fā)助燃空氣中的氮氣分子參與反應(yīng)的條件。

(6)沒有黃焰。傳統(tǒng)火焰出現(xiàn)黃焰是由于劇烈鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)形成了局部高溫缺氧區(qū)而導(dǎo)致部分燃料裂解產(chǎn)生碳微粒(pm2.5)。彌散燃燒時最高溫度不超過1200℃，未達(dá)到燃料裂解產(chǎn)生碳微粒的條件。

(7)可降低制作材料的耐熱性能要求，因為內(nèi)圓筒721內(nèi)部溫度均勻，沒有局部高溫，且內(nèi)圓筒721下部與旋渦狀翅片相接使其熱量可傳導(dǎo)給旋渦狀翅片，內(nèi)圓筒721外壁面有空氣旋流，散熱條件較好，因此可降低制作材料的耐熱性能要求。相比較，傳統(tǒng)的燃燒加熱設(shè)備在燃燒室窄小空間內(nèi)產(chǎn)生強烈發(fā)光和放熱的火焰，產(chǎn)生局部高溫，燃燒室壁面受到火焰輻射持續(xù)加熱且難以散熱，對設(shè)備制作材料的耐熱性能要求較高。

本實施例彌散燃燒加熱設(shè)備的點火程序說明如下：在冷態(tài)起動的情況下，將少量的燃料由燃料進(jìn)口連續(xù)地、低速地噴入，用鼓風(fēng)機78向空氣進(jìn)口通入助燃空氣，用點火器在燃料進(jìn)口附近點火，形成傳統(tǒng)的擴散式火焰；逐漸增大燃料和助燃空氣供給量，火焰體積隨之增大。保持一段時間，利用該擴散式火焰使全套設(shè)備逐漸升溫；當(dāng)從旋渦狀翅片71之間的空隙噴出的助燃空氣溫度達(dá)到該種燃料在空氣中的燃點溫度時進(jìn)入彌散燃燒狀態(tài)，高速噴入燃料和助燃空氣形成旋流，控制助燃空氣供給量(過量空氣系數(shù)約為1)。

本實施例彌散燃燒加熱設(shè)備的關(guān)鍵點之一在于從旋渦狀翅片71之間的空隙噴入燃燒區(qū)的助燃空氣必須具有足夠高的溫度(一般需要達(dá)到800至1000℃以上，取決于燃料種類)。從旋渦狀翅片71之間空隙噴入燃燒區(qū)的助燃空氣溫度低于該種燃料的燃點溫度時則達(dá)不到著火條件，造成不完全燃燒。本實施例彌散燃燒加熱設(shè)備的創(chuàng)新點主要在于助燃空氣的預(yù)熱方式包括三個階段：

(1)間壁加熱階段：用換熱器79回收煙氣余熱將助燃空氣加熱達(dá)到約700℃。換熱器79可采用常規(guī)間壁換熱器(圖11中示出的是具有輻射傳熱段和對流傳熱段的間壁換熱器)。由圓頂板751上的排煙口排出的煙氣溫度約為1200℃。換熱器79的煙氣側(cè)與空氣側(cè)的傳熱溫差達(dá)500至200℃。該傳熱溫差相當(dāng)大，使得換熱器79只需設(shè)置較小的傳熱面積。

(2)高速旋流階段：空氣由外圓筒722壁面的空氣進(jìn)口沿切向高速噴入后在中空夾層b內(nèi)形成旋流，與內(nèi)圓筒721外壁面產(chǎn)生強烈的對流換熱。在內(nèi)圓筒721內(nèi)壁面，燃燒反應(yīng)混合物旋流也與內(nèi)圓筒721內(nèi)壁面發(fā)生強烈的對流換熱，且內(nèi)圓筒721內(nèi)壁面還受到大體積的彌散燃燒區(qū)的輻射加熱。因此，高速旋流階段的換熱條件相當(dāng)好。雖然換熱面積不大(能用于高速旋流換熱的僅限于內(nèi)圓筒721外壁面積)、換熱時間短暫，本階段可將進(jìn)口溫度為700℃的助燃空氣加熱達(dá)到約850℃的出口溫度。

(3)輻射加熱階段：旋渦狀翅片71之間的空隙對于射入該空隙的來自于燃燒區(qū)的熱輻射呈現(xiàn)黑體效應(yīng)，因此旋渦狀翅片71能夠高效吸收彌散燃燒區(qū)發(fā)出的熱輻射從而達(dá)到相當(dāng)高的溫度。而且該預(yù)熱體的結(jié)構(gòu)形式在有限的體積內(nèi)安排了相當(dāng)大的與助燃空氣直接接觸的受熱傳熱面積。因此在本階段能夠利用彌散燃燒區(qū)輻射能將進(jìn)口溫度為850℃的助燃空氣加熱達(dá)到1000℃以上的出口溫度。

上述的間壁加熱-高速旋流-輻射加熱三階段的助燃空氣預(yù)熱方式能夠?qū)⒅伎諝忸A(yù)熱至很高的溫度，在燃燒設(shè)備內(nèi)達(dá)到彌散燃燒狀態(tài)，而且是連續(xù)運行的、穩(wěn)態(tài)的、高效的、簡單的和廉價的。相比較，現(xiàn)有技術(shù)只使用一個常規(guī)的間壁換熱器難以將助燃空氣預(yù)熱達(dá)到800℃以上的溫度，因為很高溫度的助燃空氣與煙氣之間的傳熱溫差太小，間壁換熱器的換熱效率并不高，只使用一個常規(guī)間壁換熱器需要十分巨大的換熱器面積才能將助燃空氣預(yù)熱達(dá)到1000℃以上的溫度?，F(xiàn)有技術(shù)的高溫低氧燃燒設(shè)備是依靠蓄熱式換熱器來預(yù)熱助燃空氣達(dá)到1000℃以上的高溫，需要配置雙數(shù)數(shù)目的燃燒器和蓄熱式換熱器，并頻繁地往蓄熱式換熱器輪流通入熱煙氣和助燃空氣，與此同時燃燒器輪流進(jìn)行點火和熄火(燃燒器和蓄熱式換熱器的切換周期均為一分鐘以內(nèi))，為非穩(wěn)態(tài)的間斷燃燒操作，容易出現(xiàn)壓力波動、爆燃、脫火、回火、點火失敗等安全隱患，且其切換機構(gòu)和控制系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜和昂貴。本實施例使用間壁加熱-高速旋流-輻射加熱三階段預(yù)熱助燃空氣的彌散燃燒設(shè)備為連續(xù)燃燒操作，與現(xiàn)有的蓄熱式高溫低氧燃燒技術(shù)相比較有著巨大的優(yōu)越性。本發(fā)明的連續(xù)彌散式燃燒裝置點火后可連續(xù)燃燒，燃燒室內(nèi)壓力波動?。蝗剂吓c助燃空氣的進(jìn)口處于不同位置，因此不會發(fā)生回火；爆燃和脫火的可能性也大為降低。

本實施例旋渦狀翅片具體形狀可采用任何能使氣流產(chǎn)生旋流的形式?，F(xiàn)有技術(shù)常用與氣流方向有一定夾角的導(dǎo)流葉片使氣流產(chǎn)生旋流(導(dǎo)流葉片的數(shù)目一般不需太多)。本實施例旋渦狀翅片與現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)流葉片的區(qū)別在于：本實施例旋渦狀翅片應(yīng)該十分緊密地排列使相鄰的旋渦狀翅片之間形成窄縫空隙，且旋渦狀翅片應(yīng)有較大深度使窄縫空隙的深度/開口寬度比達(dá)到20至30，旋渦狀翅片的數(shù)目應(yīng)比較多來獲得足夠大的受熱傳熱面的總面積，這樣才能達(dá)到吸收火焰輻射并預(yù)熱助燃空氣的目的。

本實施例旋渦翅片式預(yù)熱體與以上實施例的各種結(jié)構(gòu)形式的預(yù)熱體為同一個總的發(fā)明構(gòu)思在不同情況下的具體形式。本實施例為強制通風(fēng)供氧，不要求預(yù)熱體有很低的空氣流動阻力。除了旋渦狀翅片之外，本實施例亦可以采用其它實施例給出的的預(yù)熱體結(jié)構(gòu)形式如多孔透氣體。例如，實施例6的圖10所示裝置中，將多孔透氣體61的透氣孔按一定方向排列使燃燒區(qū)產(chǎn)生氣體旋流效果，并且多孔透氣體61足以將助燃空氣預(yù)熱至1000℃時，在該裝置內(nèi)部可發(fā)生彌散燃燒。

本實施例既可以應(yīng)用于小型燃燒設(shè)備如商用鼓風(fēng)式燃?xì)饣蛉加驮罹?、輻射管加熱器等，亦可以?yīng)用于大中型燃燒設(shè)備如各種工業(yè)爐。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

實施例8

現(xiàn)行工業(yè)爐設(shè)計規(guī)范主要包括三個部分的內(nèi)容：燃燒器、爐體和余熱回收換熱器。燃燒器主要有預(yù)混式和擴散式燃燒器等，用于將燃料和空氣送入燃燒區(qū)并達(dá)到穩(wěn)定燃燒，其有待克服的一些問題例如有：需要比較多的過量空氣才能達(dá)到完全燃燒、火焰區(qū)域溫度很高、氮氧化物生成量較大。爐體用于構(gòu)成燃燒室，其有待克服的一些問題例如有：耐火材料爐壁和保溫層的蓄熱損失和外表面散熱損失較大，某些情況下耐火材料經(jīng)常需要修補。余熱回收換熱器用于回收煙氣余熱，其有待克服的一些問題例如有：換熱面積有限，煙氣余熱回收率不高，時常受工業(yè)爐使用場地條件的限制余熱回收換熱器的安裝位置離工業(yè)爐較遠(yuǎn)，高溫?zé)煔夤艿篮透邷乜諝夤艿肋^長，散熱損失大。

為了有利于克服上述問題，本實施例將工業(yè)爐的燃燒器、爐體和余熱回收換熱器合并為一個整體。如圖12所示，為本發(fā)明的一種具有換熱列管式預(yù)熱體的強制通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖12，換熱列管式預(yù)熱體8包括換熱列管81、第一圓筒821、第二圓筒822、第三圓筒823、第四圓筒824、圓頂板851和圓底板852。第三圓筒823和第四圓筒824的頂部和底部分別由圓頂板851和圓底板852封閉。第三圓筒823和第四圓筒824之間形成中空夾層c。第一圓筒821固定安裝在圓頂板851下表面，第一圓筒821的下端與圓底板852之間有間隙。第二圓筒822固定安裝在圓底板852上表面，第二圓筒822的上端與圓頂板851之間有間隙。換熱列管81穿過第一圓筒821和第二圓筒822，換熱列管81連通燃燒區(qū)和中空夾層c，換熱列管81是繞圓周方向均勻地布置在第三圓筒823以內(nèi)的并與第三圓筒823徑向形成一定的夾角。來自外界的助燃空氣用風(fēng)機88加壓后通入中空夾層c，然后經(jīng)換熱列管81噴入燃燒區(qū)并在燃燒區(qū)產(chǎn)生旋流。在圓底板852中部開設(shè)的燃料進(jìn)口用于將燃料以高速旋流的方式噴入燃燒區(qū)。已燃煙氣經(jīng)過第一圓筒821下端與圓底板852之間的間隙流入第一圓筒821與第二圓筒822之間，然后向上流動，再經(jīng)過第二圓筒822上端與圓頂板851之間的間隙流入第二圓筒822與第三圓筒823之間，然后向下流動，降溫后的煙氣由圓底板852上開設(shè)的排煙口向外排出。

助燃空氣的預(yù)熱包括間壁加熱階段和輻射加熱階段。間壁加熱階段為：換熱列管81內(nèi)的助燃空氣從中空夾層c流動至第一圓筒821部位的過程中換熱列管81管內(nèi)的助燃空氣被管外的熱煙氣所加熱。輻射加熱階段為：換熱列管81內(nèi)的助燃空氣從第一圓筒821部位流動至噴射進(jìn)入燃燒區(qū)的管口部位的過程中換熱列管81管內(nèi)的助燃空氣被火焰及煙氣輻射加熱升溫。由于換熱列管81的管口是朝向燃燒區(qū)的，火焰及煙氣輻射可由管口射入換熱列管81內(nèi)部發(fā)生黑體效應(yīng)(其原理與實施例1的圖4相同)，因此換熱列管81內(nèi)表面為吸收火焰輻射并將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給換熱列管81內(nèi)的助燃空氣的受熱傳熱面。位于第一圓筒821以內(nèi)的換熱列管81所有管段外表面之間對于射入換熱列管81所有管段外表面之間的火焰及煙氣輻射也能發(fā)生黑體效應(yīng)，因此這些換熱列管81管段外表面也吸收火焰及煙氣輻射能，并且這些換熱列管81管段外表面還受到熱煙氣對流加熱，然后以間壁傳熱方式加熱管內(nèi)的助燃空氣。

如上所述，換熱列管81管內(nèi)助燃空氣在間壁加熱階段受到煙氣的對流加熱，在輻射加熱階段同時受到射入管內(nèi)的火焰及煙氣輻射加熱、射至管外表面的火焰及煙氣輻射加熱以及管外表面的煙氣對流加熱。由換熱列管81管口噴入燃燒區(qū)的助燃空氣溫度容易達(dá)到燃料燃點溫度，在燃燒區(qū)發(fā)生彌散燃燒。當(dāng)換熱列管81管口噴出的助燃空氣溫度仍低于燃料燃點溫度時在燃燒區(qū)產(chǎn)生傳統(tǒng)的擴散式或部分預(yù)混式火焰。

本實施例可以取得實施例1、5、6、7所列出的有益效果。本實施例的其它優(yōu)點是：

(1)將燃燒器、爐體和余熱回收換熱器集成為一個設(shè)備。換熱列管式預(yù)熱體8向燃燒區(qū)提供經(jīng)預(yù)熱達(dá)到高溫的助燃空氣，并使這些助燃空氣與燃料充分混合后穩(wěn)定燃燒，部分地起到了燃燒器的作用；換熱列管式預(yù)熱體8還構(gòu)成了燃燒室，起到了爐體的作用；同時換熱列管式預(yù)熱體8利用煙氣余熱加熱助燃空氣，起到了余熱回收換熱器的作用。本實施例在同一個設(shè)備達(dá)到了燃燒器、爐體和余熱回收換熱器的功能，結(jié)構(gòu)緊湊，大為降低設(shè)備外表面散熱面積，尤其是省略了現(xiàn)有技術(shù)爐體和余熱回收換熱器之間的高溫?zé)煔夤艿篮透邷乜諝夤艿?，進(jìn)一步降低了熱損失。

(2)換熱列管81內(nèi)的流動空氣對換熱列管81具有冷卻作用。第一圓筒821的熱量也可以傳導(dǎo)至換熱列管81。因此，對換熱列管81和第一圓筒821的制作材料的耐熱性能要求不高。

(3)第一圓筒821的內(nèi)側(cè)面及其第一圓筒821以內(nèi)的換熱列管81外表面的紅外輻射可增強對物體的加熱效果。

第一圓筒851和第三圓筒853之間的換熱列管與第一圓筒851、第三圓筒853、圓頂板851和圓底板852相當(dāng)于共同構(gòu)成了現(xiàn)有技術(shù)的間壁換熱器。因此，為了增強熱煙氣向助燃空氣的對流傳熱效果，可采用現(xiàn)有技術(shù)間壁換熱器的各種技術(shù)手段。例如：為了增強熱煙氣向助燃空氣的對流傳熱效果，可在換熱列管81外表面增設(shè)傳熱翅片，在第一圓筒821與第三圓筒823之間增設(shè)更多的圓筒或螺旋狀隔板從而分隔為更多的熱煙氣通道。由于本實施例是在圓柱狀空間內(nèi)沿徑向布置換熱列管這一特殊性，還可以在第一圓筒821與第三圓筒823之間設(shè)置換熱列管81的若干支管，若干支管合并后通入燃燒區(qū)；將第一圓筒851和第三圓筒853之間的換熱列管設(shè)置為盤管的形式。另外，可以將第一圓筒821以內(nèi)的換熱列管81管段按一定規(guī)律進(jìn)行轉(zhuǎn)折、彎曲或盤繞從而改變助燃空氣的噴射方向，有利于在燃燒區(qū)產(chǎn)生各種不同的氣流效果，并且可以延長第一圓筒821以內(nèi)的換熱列管81管段的長度，有助于提高助燃空氣的預(yù)熱溫度。另一方面，在圓底板852上增設(shè)更多數(shù)目的燃料進(jìn)口來高速噴入燃料，可增強燃燒區(qū)內(nèi)氣體旋流，有利于已燃煙氣的回流和大體積彌散燃燒區(qū)的形成。此外，換熱列管81的將助燃空氣噴入燃燒區(qū)的噴口可以再安裝一個文丘里引射器，利用助燃空氣引射煙氣使助燃空氣與煙氣在文丘里引射器內(nèi)充分混合來達(dá)到高溫低氧狀態(tài)。

本發(fā)明將換熱列管81每根管內(nèi)的一半側(cè)壁看作一個受熱傳熱面，另一半側(cè)壁也看作一個受熱傳熱面，這兩個相鄰的受熱傳熱面之間形成助燃空氣通道。

本實施例未提及的部分與以上實施例類似，此處不再贅述。

一百萬年前當(dāng)原始人類從雷電引起的森林大火取得火種點燃火堆來烤熟狩獵所得的肉食時，其燃燒加熱方式可用圖1表示(燃燒器為火堆，物體為肉食)。由于野外大風(fēng)吹走相當(dāng)多的燃燒熱量，火焰受到的空氣冷卻熱損失很大，原始人類在火堆上烤熟肉食時的熱效率可能僅有百分之十幾。

在公元前數(shù)萬年的陶器時代，我們的祖先在土屋內(nèi)用幾塊石頭支起一個瓦罐并在石頭間燒柴草來烹煮瓦罐內(nèi)食物亦可由圖1表示(燃燒器為點燃的柴草，物體為瓦罐)。土屋內(nèi)無風(fēng)，火焰受到的空氣冷卻熱損失較低。但火焰容易供氧不足，不完全燃燒熱損失較大。這時所取得的熱效率可能僅有百分之二十幾。

在公元初年前后的鐵器時代，人們開始使用由柴火加熱鐵鍋的帶煙囪的土灶。用圖1表示時燃燒器為點燃的柴草，物體為鐵鍋?；鹧嬷車€有灶壁，火焰輻射被灶壁吸收使灶體升溫(為蓄熱損失)，灶體外壁面向周圍散熱(為壁面散熱損失)。由于煙囪具有良好的排煙和引風(fēng)作用，人們使用帶煙囪的土灶時在較好的情況下所取得的熱效率可能達(dá)到了百分之三十幾。

在二十一世紀(jì)的今天，每家每戶都使用燃?xì)庠?。家用燃?xì)庠畹臒釗p失情況與圖1及“背景技術(shù)”部分的說明相符，主要為排煙熱損失、火焰輻射熱損失、空氣冷卻熱損失、不完全燃燒熱損失，還有鍋具外表面散熱損失等。我們每天使用的若干年前出廠的家用燃?xì)庠畹臒嵝室话銥榘俜种氖畮?。最新的國?biāo)gb30720-2014《家用燃?xì)庠罹吣苄薅ㄖ导澳苄У燃墶芬?014年4月1日后出廠的臺式燃?xì)庠畹臒嵝时仨氝_(dá)到58％以上。

縱觀百萬年來人們?nèi)粘鹱鲲埛绞窖葑冞^程中，熱效率從百分之十幾增加到了百分之四十幾。盡管如此，百分之四十幾的熱效率意味著每家每戶燒掉燃?xì)猱a(chǎn)生的熱量中得到有效利用的部分不足一半。與上述類似，遺憾的是在工業(yè)、民用和交通運輸領(lǐng)域仍然有許多類型的熱能設(shè)備也同樣地普遍地?zé)嵝瘦^為低下。顯然，目前人們使用的燃燒技術(shù)及熱能利用方式遠(yuǎn)非完善。在工業(yè)、民用和交通運輸領(lǐng)域，化石燃料綜合能源利用率分別約為55％、35％和25％，且大量燃燒化石燃料導(dǎo)致了嚴(yán)重空氣污染和溫室效應(yīng)等問題。未來我們?nèi)杂惺志薮蟮墓?jié)能減排的空間。為此，我們更加需要的是針對不同類型熱能設(shè)備的降低熱損失、提高熱效率的具體技術(shù)手段。

現(xiàn)有技術(shù)提高熱能設(shè)備熱效率的主要技術(shù)手段之一是利用煙氣余熱來預(yù)熱助燃空氣。一般來說，助燃空氣的預(yù)熱溫度每提高20℃，熱效率可提高1％。但是，許多設(shè)備如本生燈、噴打、火爐、家用燃?xì)庠睢⑸逃萌細(xì)庠钜约案鞣N移動式的、現(xiàn)場使用的、其它專門用途的工業(yè)加熱設(shè)備難以收集燃燒煙氣，不具備安裝煙氣余熱回收換熱器的條件。已經(jīng)安裝煙氣余熱回收換熱器的其它類型熱能設(shè)備則由于換熱器的換熱面積有限，煙氣余熱回收利用率不高。

現(xiàn)有技術(shù)普遍認(rèn)為圖1所示用火焰加熱物體基本方式中火焰輻射能只占燃燒放熱量的很小部分，因此火焰輻射能利用價值不大。本發(fā)明認(rèn)為：火焰發(fā)出的可見光能量確實是只占燃燒放熱量的百分之幾以下，但熱煙氣中的二氧化碳和水蒸氣在高溫下發(fā)出大量的紅外輻射能。火焰發(fā)光區(qū)域的紫外光、可見光、紅外光能量與火焰周圍及下游熱煙氣的紅外輻射能合計的火焰輻射能可達(dá)到燃燒放熱量的大約20％(藍(lán)焰)或30％(黃焰)。因此，火焰輻射能可用于預(yù)熱助燃空氣。

本發(fā)明的利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體的核心技術(shù)特征可以概括為：所述預(yù)熱體具有吸收火焰輻射的一系列的受熱傳熱面，每兩個相鄰的受熱傳熱面之間為助燃空氣通道，所述預(yù)熱體將火焰輻射能轉(zhuǎn)換所得的熱能傳遞給流經(jīng)且直接接觸所述受熱傳熱面的助燃空氣。所述核心技術(shù)特征的具體形式包括但不限于：螺旋卷片式、平位、高位、低位放射翅片式、圓錐疊套式、螺旋繞片式、多層折疊式、多孔透氣式、旋渦翅片式、換熱列管式預(yù)熱體。

本發(fā)明的利用火焰輻射預(yù)熱助燃空氣的預(yù)熱體的附加技術(shù)特征或輔助部件為圓筒(或內(nèi)圓筒、外圓筒)、圓錐筒、圓鼓筒、圓環(huán)板、圓頂板、圓底板等。這些輔助部件起到了下列中的一種或多種作用：支承、定位、固定、擋風(fēng)、限流、隔熱、引流、導(dǎo)流、導(dǎo)熱、傳熱、集熱、構(gòu)成燃燒室壁等。

對于不同的熱能設(shè)備應(yīng)視其具體條件采用核心技術(shù)特征的不同形式和各種輔助部件及其組合來構(gòu)成適當(dāng)?shù)念A(yù)熱體形式。以上實施例1螺旋卷片式預(yù)熱體為本發(fā)明應(yīng)用于燃燒器頭部周圍有足夠大的安裝空間的燃燒加熱設(shè)備(如本生燈、噴燈、火炬)的具體實施方式。實施例2平位放射翅片式預(yù)熱體為本發(fā)明應(yīng)用于燃燒器頭部周圍空間窄小的燃燒加熱設(shè)備(如在家用燃?xì)庠钌鲜褂脠A底炒鍋)的具體實施方式。實施例3高位放射翅片式預(yù)熱體為在家用燃?xì)庠钌鲜褂闷降族仌r的具體實施方式。實施例4圓錐疊套式、螺旋繞片式、多層折疊式預(yù)熱體為家用燃?xì)庠钊员Ａ粼溴佒Ъ軙r的具體實施方式。實施例5低位放射翅片式預(yù)熱體為本發(fā)明應(yīng)用于燃燒器頭部周圍和下方有相當(dāng)大的安裝空間且具備安裝排氣筒或煙囪條件的自然通風(fēng)燃燒加熱設(shè)備(如商用中餐炒菜灶、大鍋灶、湯灶)的具體實施方式。實施例6多孔透氣式預(yù)熱體為本發(fā)明應(yīng)用于強制通風(fēng)的民用燃燒設(shè)備(如商用鼓風(fēng)式燃?xì)庠?、燃油?和工業(yè)燃燒設(shè)備(如鼓風(fēng)式工業(yè)爐)的具體實施方式。實施例7旋渦翅片式預(yù)熱體和實施例8換熱列管式預(yù)熱體為本發(fā)明在強制通風(fēng)的民用燃燒設(shè)備(如商用鼓風(fēng)式燃?xì)庠睢⑷加驮?和工業(yè)燃燒設(shè)備(如輻射管加熱器、鼓風(fēng)式工業(yè)爐)進(jìn)行彌散燃燒的具體實施方式。

本發(fā)明有多種產(chǎn)品形式。例如，圖7中的高位放射翅片式預(yù)熱體3可作為一種預(yù)熱體產(chǎn)品(由圓筒32、長型放射翅片311、短型放射翅片312、圓環(huán)板35構(gòu)成)；高位放射翅片式預(yù)熱體3亦可與平底鍋組合成為一種節(jié)能鍋產(chǎn)品(由圓筒32、長型放射翅片311、短型放射翅片312、圓環(huán)板35和平底鍋構(gòu)成，圓環(huán)板35和平底鍋之間為固定或可拆卸式連接)；高位放射翅片式預(yù)熱體3亦可與燃?xì)庠罱M合成為一種節(jié)能燃?xì)庠町a(chǎn)品(由圓筒32、長型放射翅片311、短型放射翅片312、圓環(huán)板35和燃?xì)庠顦?gòu)成)。任何的包含本發(fā)明核心技術(shù)特征的熱能設(shè)備均屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)，所述熱能設(shè)備是指燃燒加熱設(shè)備、熱能利用設(shè)備及器具。

以上實施例只是為了清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明實施方式的限定。人們使用的燃燒加熱設(shè)備類型繁多，其燃料種類、燃燒器形式、設(shè)備結(jié)構(gòu)、用途和使用條件差別較大。本說明書不可能逐一針對每種具體情況給出本發(fā)明的具體實施方式，在此不需要也不可能對本發(fā)明所有的實施方式予以窮舉。

對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述實施例的基礎(chǔ)上可以根據(jù)具體情況做出其它不同形式的變化或變動。這些根據(jù)具體情況所能作出的變化或改動對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、簡化、替代、添加、組合、修飾、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。