用于燃烧器的燃烧膜的制作方法

1.本发明涉及用于燃烧器的燃烧膜，该燃烧膜特别地用于完全预混合或部分预混合的燃烧器，该燃烧器例如用于锅炉、游泳池加热器、热空气发生器或者工业过程用烤箱。


背景技术：

2.气体燃烧系统包括：
[0003]-燃烧器，该燃烧器能够连接至锅炉或其他应用的燃烧室，以用于通过对燃烧室内的可燃气体和燃烧空气进行燃烧来产生热；
[0004]-给送系统，该给送系统用于将可燃气体和燃烧空气、或气体和空气的预混混合物给送至燃烧器；
[0005]-用于点燃燃烧的点燃系统，该点燃系统例如为点火电极；
[0006]-离子传感器，该离子传感器布置在燃烧器的燃烧区处并且适于提供电离信号，该电离信号根据燃烧器的燃烧情况而变化；
[0007]-电子控制单元，该电子控制单元连接至给送系统、点燃系统和离子传感器，并且该电子控制单元适于根据操作指令或程序以及根据电离信号来对点燃系统和给送系统进行控制。
[0008]
给送系统通常包括：由电动马达驱动的风扇，该风扇用于对燃烧空气的流进行吸入和传送；以及电磁阀，该电磁阀用于对可燃气体的流进行控制。
[0009]
已知的是在燃烧器的燃烧区中单独引导气体流和空气流，或者已知的是在燃烧器的上游对气体流与空气流进行预混合，并且将单种预混合的气体和空气流给送至燃烧器。
[0010]
已知的点燃系统包括例如点火电极，该点火电极可以被供电以产生燃烧点火火花。
[0011]
已知的离子传感器包括例如电极、例如相同的点火电极，将具有已知的电特征的电信号给送至该点火电极，并且该点火电极根据传感器处的燃烧情况(例如环境的离子化、温度)来返回具有经修正的电特征的电信号。
[0012]
已知的是对由离子传感器提供的离子信号进行解译(interpret)和使用来检查火焰的存在/不存在，以及来主动地控制燃烧(例如热功率或燃烧空气与可燃气体之间的比)。
[0013]
现有技术的燃烧器包括燃烧膜，该燃烧膜具有：
[0014]-内表面，该内表面与给送系统流动连通；
[0015]-扩散器层，该扩散器层形成膜的外表面(或燃烧表面)，该扩散器层面向燃烧室；
[0016]
其中，气体和空气的混合物在燃烧膜的发生燃烧——在燃烧表面上呈火焰图案的形式——的外侧部上被传送通过燃烧膜。
[0017]
也可以在扩散器层的上游(参照气体-空气混合物的流动方向)设置有分配器，从而以期望的方式朝向燃烧膜分配混合物。已知的分配器通常制造成具有多个通孔的壁，该壁例如由穿孔的片材制成，并且该壁可以形成燃烧膜的“内”层，或者替代性地，已知的分配器通常制造成与燃烧膜间隔开的部件。
[0018]
借助于热燃烧气体(对流)并且借助于热辐射来将由燃烧所产生的热引导至热交换器以加热流体、例如水，然后将流体传递至公用设施，该公用设施例如为工业过程、住宅环境或类似的地方和/或生活用水的加热系统。
[0019]
为了使燃烧器和燃烧系统得到预期和满意的使用，一方面，期望的是能够以可控的方式对燃烧器的加热功率和通过燃烧膜的可燃气体和燃烧空气的流进行改变，另一方面，要确保运行尽可能安静并且没有机械振动，该机械振动对人造成困扰或者对燃烧器结构造成伤害。
[0020]
为了处理机械振动和气体燃烧系统的噪音的问题，已知的是为燃烧器提供附属结构，该附属结构例如为插入件或薄膜，该附属结构对燃烧器的惰性质量以及对气体和空气混合物的流体动态条件产生局部影响，并且从而对燃烧器的动态行为产生局部影响。
[0021]
针对预先确定的流体动态和燃烧器燃烧条件，这些降噪附件必须进行优化，并且优化的效果被限制在非常狭窄的工作范围。
[0022]
现有技术的气体燃烧器的另外的缺点是：该气体燃烧器对高温的抵抗力有限，以及该气体燃烧器的操作具有在燃烧膜上不期望的非均匀的温度分布，具有不期望的局部温度峰值。结果是对燃烧器结构造成损坏、特别是对燃烧膜造成损害，以及发生不可控的火焰现象。
[0023]
因此，需要提供另外的手段和策略来抑制气体燃烧器中不需要的热声现象，特别是在预混合的或部分预混合的气体燃烧器中不需要的热声现象。


技术实现要素：

[0024]
因此，本发明的目的是提供一种用于气体燃烧器的新颖且创新的燃烧膜和一种气体燃烧器，本发明具有诸如能够避免现有技术的至少一些缺点的特征。
[0025]
本发明的特定目的是提供一种具有改进的热声性能的燃烧膜和气体燃烧器。
[0026]
本发明的至少部分目的是通过用于气体燃烧器的燃烧膜来实现的，所述燃烧膜形成弯曲的或平的多层面板，该多层面板具有：内侧部，可燃气体被传送至该内侧部；以及外侧部，在可燃气体穿过多层面板时，在该外侧部上发生可燃气体的燃烧，所述多层面板包括：
[0027]-气体可渗透的扩散器层，该扩散器层由除金属片材以外的材料制成，所述扩散器层形成有面向外侧部的燃烧表面，在该燃烧表面上，火焰出现在燃烧区域中；
[0028]-金属片材制支撑层，该金属片材制支撑层相对于扩散器层布置在内侧部上、与燃烧表面相反并连接至扩散器层，所述金属片材在燃烧区域处与扩散器层直接接触并且具有穿孔，穿孔在燃烧区域处形成通道开口的图案的；
[0029]-局部偏离层29，该局部偏离层29与支撑层26邻接，其中，在燃烧区域8处，从支撑层26横向向外折叠并且通过对支撑层26的所述金属片材32的边缘42进行切割或对边缘进行撕裂而限定的多个转向器翼状部30形成有相对于与多层面板22的延伸平面41正交的方向40倾斜的引导表面31。
[0030]
通过局部偏离层，在可燃气体行进通过燃烧膜期间，可燃气体的部分流沿着该燃烧膜本身的平面形成，这对气体的均匀分布、燃烧膜的局部冷却、整个燃烧区域上的局部流速和局部气体流速的分布产生积极的影响，并且因此对燃烧膜和气体燃烧器的热声性能产
生积极的影响。
[0031]
此外，通过由借助于在支撑层的金属片材中进行切割而获得的金属片材翼状部制成引导表面，有利于制作多层面板、有利于定位、有利于对厚度和距离以及面板的三个功能层之间的机械连接的保持，此外还可以为引导表面提供锋利边缘(通过对金属片材的切割)，这有利于被转向的部分气体流的局部分离，并且因此，有利于对燃烧膜的热交换和冷却进行增大的局部湍流。因此，从结构-构造的角度以及从热-声功能的角度两者来看，均获得了协同效应。
[0032]
本发明的目的还通过具有上述燃烧膜的气体燃烧器来实现，该气体燃烧器特别地是部分预混合或完全预混合的气体燃烧器。
附图说明
[0033]
为了更好地理解本发明并且体会本发明的优点，下面参照附图对某些非限制性的示例性实施方式进行描述，在附图中：
[0034]-图1是具有燃烧器的气体燃烧系统的示意图，该气体燃烧系统例如用于锅炉，该燃烧器设置有根据本发明的实施方式的燃烧膜；
[0035]-图2和图3是示例性燃烧器的立体图和截面图，该燃烧器设置有根据实施方式的燃烧膜；
[0036]-图4、图5是示例性燃烧器的分解图和侧向立体图，该燃烧器设置有根据另外的实施方式的燃烧膜；
[0037]-图6和图7示出了根据实施方式的燃烧器和燃烧膜的细节；
[0038]-图8是根据实施方式的燃烧器的仰视图，其中示出了用于气体和空气的混合物的给送开口以及燃烧器的可选的分配器的部分；
[0039]-图9示出了形成根据实施方式的燃烧膜的支撑层和局部偏离层的被穿孔的、局部切割及变形的金属片材；
[0040]-图10是具有根据实施方式的燃烧膜的燃烧器的细节的立体图，在该立体图中可以观察到燃烧膜的金属纤维织物的可渗透的外层；
[0041]-图11是根据另外的实施方式的燃烧膜的细节的立体图；
[0042]-图12、图13和图14是具有根据图11中的细节的支撑层和局部偏离层的燃烧膜的细节的截面图；
[0043]-图15示出了图9中的细节xv；
[0044]-图16至图19是具有根据图15中的细节的支撑层和局部偏离层的燃烧膜的细节的截面图；
[0045]-图20至图23是根据另外的实施方式的燃烧膜的细节的截面图；
[0046]-图24a、图24b、图24c、图24d、图24e、图24f是根据实施方式的燃烧膜的截面图，该燃烧膜具有转向器翼状部的图案并且具有彼此不同且有利的扩散器层、支撑层和局部偏离层的布置结构。
具体实施方式
[0047]
燃烧系统1的详细描述
[0048]
参照图1，例如用于锅炉的气体燃烧系统1包括：
[0049]
燃烧器2，该燃烧器2借助于可燃气体和燃烧空气的燃烧来产生热；
[0050]
给送系统3，该给送系统3用于将可燃气体和燃烧空气给送至燃烧器2，所述给送系统3包括用于控制可燃气体的流动的气体控制装置4(例如，可电控的气体阀、或气体传送器件、或气体抽吸器件)和用以控制燃烧空气的流动的空气控制装置5(例如，空气传送器件或空气抽吸器件、电风扇、径流式风扇(radial fan)、空气阀或闸式空气阀)；
[0051]
电点燃装置6，电点燃装置6用于点燃燃烧，电点燃装置6例如是适于产生火花的点火电极；
[0052]
离子传感器7，该离子传感器7布置在燃烧器2的燃烧区域8处并适于提供电离信号，该电离信号根据燃烧器2的燃烧情况而变化；
[0053]
电子控制单元9，该电子控制单元9连接至给送系统3、点燃装置6和离子传感器7，该电子控制单元9具有燃烧控制模块10，该燃烧控制模块10适于根据操作程序和用户指令以及根据离子信号对点燃装置6和给送系统3进行控制。
[0054]
燃烧器2的详细描述
[0055]
根据实施方式(图2、图3)，气体燃烧器2包括：
[0056]-支撑壁11，该支撑壁11形成有用于将可燃气体和燃烧空气(的混合物13)引入到燃烧器2中的一个或更多个入口通道12；
[0057]-管状燃烧膜14，该管状燃烧膜14例如是筒形的并且相对于燃烧器2的纵向轴线15同轴，该管状燃烧膜14具有第一端部、第二端部和穿孔，第一端部连接至支撑壁11以与入口通道12流动连通，第二端部由闭合壁16闭合，穿孔用于使气体和空气的混合物13从燃烧器2内部行进至燃烧膜14的发生燃烧的外侧部17(燃烧区域8)。
[0058]
图3中的燃烧器2还示出了管状消音附件(无附图标记)，管状消音附件是可选的，并且由于该创新性的燃烧膜14，可以将这种附件的尺寸减小或者完全消除这种附件。
[0059]
根据另外的实施方式(图4、图5、图6、图7、图8)，该气体燃烧器2包括：
[0060]-支撑框架或壳体18，该支撑框架或壳体18形成例如呈框架19和底壁20形式的侧壁，框架19和底壁20中的一者形成有用于将可燃气体和燃烧空气(的混合物13)引入燃烧器2内的一个或更多个入口通道12。
[0061]-大致平坦的燃烧膜14’，该燃烧膜14’例如为平的或弯曲的或凸的，并且该燃烧膜14’具有：周缘边缘21，该周缘边缘21连接至支撑壳体/框架18、特别地连接至侧壁19以与入口通道12流动连通；以及穿孔，该穿孔用于使气体和空气的混合物13从燃烧器2内部行进至燃烧膜14’的发生燃烧的外侧部17(燃烧区域8)。
[0062]
根据实施方式，与常规燃烧膜的现有解决方案类似的，在燃烧器2中，被穿孔的分配器壁44位于燃烧膜14、14’的上游(参照可燃气体13的流动方向)并且与燃烧膜14、14’间隔开，以将可燃气体13以预期的方式朝向燃烧膜14、14’分配(图4)。
[0063]
燃烧膜14、14’的详细描述
[0064]
燃烧膜14形成多层面板22，该多层面板22根据燃烧膜14的形状而是弯曲的或平的，该多层面板22具有：内侧部23，可燃气体13被传送至该内侧部23；以及外侧部17，在可燃气体13穿过多层面板22时，在该外侧部上发生可燃气体13的燃烧，所述多层面板22包括：
[0065]-气体可渗透的扩散器层24，该扩散器层24由除金属片材以外的材料制成，所述扩
散器层24形成面向外侧部17的燃烧表面25，在该燃烧表面25上，火焰出现在燃烧区域8中；
[0066]-以金属片材32制成的支撑层26，该支撑层26相对于扩散器层24布置在内侧部23上，该支撑层26与燃烧表面25相反并连接至扩散器层24，所述金属片材32在燃烧区域8处与扩散器层24直接接触，并且所述金属片材32具有穿孔27，穿孔27在燃烧区域8处形成通道开口28的图案；
[0067]-局部偏离层29，该局部偏离层29与支撑层26邻接，其中，在燃烧区域8处，从支撑层26横向向外弯曲并且通过对支撑层26的所述金属片材32的边缘42进行切割或对边缘进行撕裂而限定的多个转向器翼状部30形成有相对于与多层面板22的延伸平面41正交的方向40倾斜的引导表面31。
[0068]
根据实施方式，扩散器层24包括以下各者或由以下各者构成：
[0069]
金属纤维织物，或
[0070]
金属纤维网，或
[0071]
烧结金属纤维面板，或
[0072]
烧结陶瓷纤维面板，或
[0073]
陶瓷与碳化硅的复合多孔材料，或
[0074]
海绵似的、坚实的、耐热的开孔材料。
[0075]
在本说明书的上下文中，织物意味着具有交织的线或纤维的纺织结构、例如是在织机上通过将经线与纬线按照确定的顺序和标准进行交织而编织(编织织物)或制造的纺织结构。更具体地，纺织结构旨在具有在空间中大致二维的延伸部(平坦的或弯曲的)，并且纺织结构相对于该二维的延伸部具有非常缩小的厚度。
[0076]
根据实施方式(图13、图16、图18、图24c、图24e)，局部偏离层29形成(或置于)在支撑层26与扩散器层24之间。因此，转向器翼状部30将扩散器层24与支撑层26间隔开，并且产生局部偏离的部分气体流并且该部分气体流延伸到支撑层26与扩散器层24之间的间隙中。
[0077]
根据另外的实施方式(图12、图17、图19、图24b、图24f)，局部偏离层29相对于支撑层26形成在内侧部23上，并且因此，支撑层26置于局部偏离层29与扩散器层24之间。因此，转向器翼状部30未将扩散器层24与支撑层26间隔开，并且局部偏离的部分气体流已经在支撑层26的上游生成，并且该部分气体流倾斜地渗透及延伸到扩散器层24中。这允许位于支撑层26上的扩散器层24以几乎连续的方式支撑在金属片材32上，并且因此使两个层24、26的形状完美互补。
[0078]
根据另外的实施方式(图14、图20、图21、图22、图23、图24a、图24d)，多层面板22形成有另外的附加偏离层29’，附加偏离层29’同样与支撑层26相邻但位于与局部偏离层29相反的侧部上，在该附加偏离层29’中，在燃烧区域8处从支撑层26横向向外突出的多个附加转向器翼状部30’(的图案)形成有相对于与多层面板22的延伸平面41正交的方向40倾斜的可燃气体流的引导表面31’，其中所述附加转向器翼状部30’是通过对支撑层26的所述金属片材32的边缘42进行另外的切割(或撕裂)而形成的。
[0079]
通过局部偏离层29与另外的附加偏离层29’的组合，在可燃气体行进通过燃烧膜14期间，可燃气体13的部分流沿着该燃烧膜14的平面本身形成、或者至少倾斜地形成，可燃气体13的部分流部分地在支撑层26的上游生成及转向以及部分地在支撑层26的下游生成或转向，这对气体的均匀分布、燃烧膜的局部冷却、整个燃烧区域上的局部流速和局部气体
流速的分布产生积极的影响，并且因此，对燃烧膜和气体燃烧器的热声性能产生积极的影响。
[0080]
在于金属片材32的两个相反的侧部上具有两个分开的且不同的流动偏离层的情况下，更容易获得例如不同方向上的流动偏离，从而能够在一个侧部上通过压力或冲压机器执行切割和变形步骤以及在相反的侧部上通过压力或冲压机器执行第二切割和变形步骤。
[0081]
此外，在于金属片材32的两个相反的侧部上具有两个分开的且不同的流动偏离层的情况下，更容易对被转向的部分流的局部方向进行设计和控制。
[0082]
根据实施方式，转向器翼状部30和/或附加转向器翼状部30’可以具有从支撑层26的金属片材32的平面向外倾斜地弯曲的大致矩形(图11)或三角形和半圆形的形状。
[0083]
根据另外的实施方式，转向器翼状部30和/或附加转向器翼状部30’可以具有袋状件的形状(图15至图19)，该袋状件从支撑层26的金属片材32突出并且具有主引导壁33和两个相反的侧引导壁34，该侧引导壁34相对于主引导壁33以及相对于支撑层26的片材平面是弯曲的。
[0084]
根据另外的实施方式，转向器翼状部30和/或附加转向器翼状部30’可以包括第一组翼状部35和第二组翼状部36，其中，第一组翼状部35中的所有的转向器翼状部30和/或转向器翼状部30’确定可燃气体13的第一部分流动方向37，以及，第二组翼状部36中的所有的转向器翼状部30和/或附加转向器翼状部30’确定可燃气体13的第二部分流动方向38，该第二部分流动方向38与第一部分流动方向37不同。
[0085]
根据实施方式(图12、图15、图24c)，可燃气体13的第一部分流动方向37和第二部分流动方向38是大致相反且面向彼此的、或者由参考平面39的两个相反的侧部朝向所述参考平面39引导，该参考平面39例如为燃烧器2的中心平面或者燃烧膜14的对称平面。
[0086]
根据另外的实施方式(图13、图21、图24f)，可燃气体13的第一部分流动方向37和第二部分流动方向38被引导为大致远离彼此、或从参考平面39的两个相反侧部被引导远离所述参考平面39，该参考平面39例如为燃烧器2的中心平面或者燃烧膜14的对称平面。
[0087]
根据另外的实施方式(图15、图24a、图24b、图24d、图24e、图24f)，成组的多个转向器翼状部30和/或成组的多个所述附加转向器翼状部30’形成有大致平行的引导表面31和/或附加引导表面31’，并且确定了大致平行的部分流动方向。
[0088]
根据另外的实施方式(图14、图22、图23、图24d、图24e)，多个转向器翼状部30和多个附加转向器翼状部30’形成有大致平行的引导表面31和补充引导表面31’，并且确定了大致平行的部分流动方向。
[0089]
根据另外的实施方式(图15)，所述通道开口28包括下述通道开口：该通道开口形成在金属片材32的平面中并且与转向器翼状部30间隔开，以及，在设置有附加转向器翼状部30’的情况下，该通道开口与该附加转向器翼状部30’间隔开。
[0090]
根据实施方式(图15)，与转向器翼状部30间隔开——以及在包括有附加转向器翼状部30’的情况下与附加转向器翼状部30’间隔开——的通道开口28以规则的图案布置，其中所述平面通道开口28中的一者或更多者分别与所述转向器翼状部30中的一者或更多者交替，以及/或者，在设置有附加转向器翼状部30’的情况下，所述平面通道开口28中的一者或更多者与附加转向器翼状部30’中的一者或更多者交替。
[0091]
根据实施方式，通道开口28包括形成在转向器翼状部30处的通道开口28，以及，如果设置有附加转向器翼状部30’，该通道开口28包括形成在转向器翼状部30’处的通道开口28。
[0092]
根据另外的实施方式(图16、图17、图18、图19)，局部偏离层29和/或附加偏离层的厚度43、43’小于支撑层26的厚度44的5倍、优选地小于支撑层26的厚度44的3倍、有利地等于支撑层26的厚度44大约两倍，支撑层26的厚度44与金属片材32的厚度相对应，局部偏离层29和/或附加偏离层的厚度43、43’即转向器翼状部30在支撑层26外侧的延伸部，或者，在设置有附加转向器翼状部30’的情况下，局部偏离层29和/或附加偏离层的厚度43、43’即该附加转向器翼状部30’在支撑层26外侧的延伸部。
[0093]
术语“可燃气体13”表示：
[0094]-可燃气体，该可燃气体旨在用于与主燃烧空气一起燃烧，该主燃烧空气通过燃烧器2传送至燃烧区域8，但该主燃烧空气不一定与可燃气体一起传送，或者
[0095]-可燃气体，该可燃气体旨在用于与主燃烧空气一起燃烧，该主燃烧空气从燃烧器2的外部传送至燃烧区域8，或者
[0096]-给送到燃烧器2中的可燃气体与燃烧空气的完全预混合物或部分预混合物。
[0097]
术语“转向器翼状部”表示弯曲的金属片材的部分(相对于周围的金属片材而言)，并且具有相对于转向器翼状部周围的金属片材在横向上移动的至少一个自由切割或撕裂的边缘。
[0098]
术语“在燃烧区域处”不限于在燃烧膜的外侧部上发生燃烧的点，也表示燃烧区域在燃烧膜的层中的每一者(在多层面板的局部平面上)上的正交投影，包括相对于燃烧表面定位在内部的层并且因此所述层不直接与火焰接触。
[0099]
与非预混合的燃烧器相比，由于预混合的燃烧器对热声现象的敏感性、并且由于燃烧膜14、14’更明显地改善了预混合的燃烧器的热声性能的事实，在部分预混合或完全预混合的燃烧器2中使用燃烧膜14、14’是特别有利的。