气体燃烧器和加热器具的制作方法

1.本发明涉及一种气体燃烧器、该气体燃烧器的用途，以及包括该气体燃烧器的加热器具。


背景技术：

2.已知的气体燃烧器燃烧化石气体，诸如甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)和丙烷(c3h8)，或化石气体与惰性气体的混合物。一些已知的气体燃烧器是预混燃烧器，其中，在空气-气体混合物被点燃之前，化石气体与空气混合。预混燃烧器的优点在于，可以设定空气-气体混合物中的空气和气体质量比和/或体积比。结果，与非预混燃烧器相比，预混燃烧器能够更有效地提供热量。
3.然后，气体燃烧器产生的热量例如用于加热建筑物。为此，燃烧器可以布置在加热器具中，该加热器具还包括热交换器。热交换器包括填充有流体(例如水)的通道。气体燃烧器产生的热量加热热交换器中的水。然后，这些水循环通过建筑物，以加热建筑物或其部分。
4.一种已知的气体燃烧器在2009年3月18日公布的ep2037175a2中有所描述。已知的气体燃烧器具有管状主体，该管状主体上设置有多个小贯通开口、狭缝和孔。贯通开口沿管状主体的整个侧表面形成。
5.空气-气体混合物经由管状主体头部的入口开口进入气体燃烧器，并且经由贯通开口离开气体燃烧器。在气体离开贯通开口之后，气体燃烧。
6.被点燃的气体产生存在于管状主体外表面上的火焰。火焰在该管状主体的整个外表面上延伸，因此，管状主体的整个外表面形成预混燃烧器的燃烧器甲板。
7.当燃烧器工作时，燃烧器甲板的温度显著升高。重要的是，燃烧器甲板在管状主体的内侧不会变得太热。否则，存在燃烧器内的空气和气体混合物点燃的风险。这可能会引起不期望的情况。
8.燃烧化石气体的缺点在于，气体中的碳分子会与氧分子结合形成二氧化碳co2。二氧化碳是一种温室气体，会加剧气候变化。
9.防止产生二氧化碳的一种方法是使用氢气(h2)代替化石气体。氢气中不包含碳分子，所以在燃烧时不会产生二氧化碳。
10.简单地向已知的气体燃烧器提供氢气不会成功。不成功的原因之一在于火焰速度的差异。火焰速度是燃烧反应中火焰锋的膨胀速率。氢气的火焰速度在20至350cm/s之间，而甲烷的火焰速度在5至40cm/s之间。这些火焰速度取决于空气/气体质量比或体积比，也称称为空燃比afr。afr是空气质量ma和燃料质量mf之间的比率。完全燃烧的理想(理论)空燃比称为化学计量空燃比afr
ideal
。燃烧器的燃烧通常以其它比率进行，即所谓的afr
actual
。实际空燃比(afr
actual
)和理想或化学计量空燃比(afr
ideal
)之间的比率称为当量空燃比或λ。
11.12.λ也称空气过量因子。
13.λ为1表示用于化学计量燃烧的空气和气体混合物。λ小于1表示富混合物，而λ大于1表示贫混合物。对于气体燃烧器中的有效燃烧，λ的适当值为约1.1至1.5。λ值小于1.1会导致气体浪费，因为不是所有气体都被适当地燃烧。在这种低λ值的情况下，在燃烧过程中，一些气体分子附近没有足够的氧分子用于反应。λ值大于1.5会导致低效加热，因为大部分热量被大量供应至气体燃烧器的空气吸收。对于λ值为约1.1至1.5的情况，氢气的火焰速度比甲烷的火焰速度快约5至10倍。当在已知的气体燃烧器中使用氢气时，高火焰速度使得氢气的火焰穿过开口移动回到气体燃烧器中。这种效应被称为逆燃(flash-back)。逆燃可能导致爆炸，引发过热或过压，导致气体燃烧器或加热器具中的其它部件损坏。
14.通过向气体燃烧器提供通过开口的足够大的空气-氢气混合物流，氢气的燃烧可以稳定在气体燃烧器的燃烧器甲板上。然而，氢气的另一个特性是燃烧温度比甲烷的燃烧温度高约300℃。结果，燃烧器甲板对于通常用于气体燃烧器的材料来说变得太热。而且，当燃烧器甲板达到约585℃的温度时，气体燃烧器内的氢气可能自燃，从而导致气体燃烧器受损或甚至爆炸。因此，在气体燃烧器中使用氢气还没有广泛普及。
15.当向已知的气体燃烧器提供氢气时，出现了另一个问题。气体燃烧器需要在若干功率水平下操作。这被称为调制。当存在高热需求时，气体燃烧器应当能够以全功率工作。当仅存在低热需求时，气体燃烧器还应当能够在较低功率水平下工作，例如在最大功率水平的50％或25％或20％或10％的水平下工作。改变通过已知的气体燃烧器的空气-氢气混合物的流量将导致以下3种情况之一：i)流量过小，因此发生逆燃，ii)流量过大，因为火焰被推离燃烧器甲板过远，因此产生的火焰不稳定，或者iii)燃烧器甲板上形成稳定火焰，但温度如上所述变得过高。


技术实现要素：

16.本发明的目的在于提供一种适合使用氢气作为燃烧气体的预混气体燃烧器。
17.该目的通过一种气体燃烧器实现，该气体燃烧器包括：
18.形成燃烧器甲板的表面，燃烧器甲板包括燃烧器甲板部分和分离表面，
19.其中，燃烧器甲板部分具有孔，
20.其中，分离表面被布置为将燃烧器甲板部分彼此分离，
21.其中，燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成，
22.其中，燃烧器甲板部分适于限定反应区，反应区在燃烧器甲板部分上方延伸，
23.其中，孔适于提供在反应区中待燃烧的气体，
24.其中，燃烧器甲板部分相对于彼此布置，以防止反应区在分离表面上方延伸。
25.根据本发明的气体燃烧器包括形成燃烧器甲板的表面。燃烧器甲板具有带孔的燃烧器甲板部分。该表面例如是管状主体的外表面。燃烧器甲板部分是该表面的一部分。管状主体例如具有用于接纳气体的入口开口。气体是预混燃料，特别是空气和氢气的混合物，或含有空气和氢气的混合物。气体燃烧器优选被布置为燃烧氢气。
26.表面包括多个燃烧器甲板部分，并且每个燃烧器甲板部分包括至少两个孔。可选地，燃烧器甲板部分包括多于两个孔，例如，以诸如三角形、正方形、星形、五边形或圆形排列来布置的多个孔。可选地，所有燃烧器甲板部分均具有相同数量的孔。替代地，不是所有
的燃烧器甲板部分均具有相同数量的孔。可选地，具有多个孔的所有燃烧器甲板部分均具有相同的图案，孔布置在该图案中。
27.燃烧器甲板还具有分离表面，分离表面被布置为将燃烧器甲板部分彼此分离。分离表面位于相邻的燃烧器甲板部分之间，因此，分离表面不是燃烧器甲板部分。该分离表面布置在两个相邻的燃烧器甲板部分之间，以将这两个相邻的燃烧器甲板部分彼此分离。可选地，分离表面包括多个子部分，多个子部分共同形成分离表面。子部分例如相对于燃烧器甲板部分以交替方式布置在气体燃烧器的表面上方。可选地，表面子部分例如相对于燃烧器甲板部分以交替方式沿气体燃烧器表面的圆周方向和/或纵向方向布置在气体燃烧器的表面上方。在一个实施例中，气体燃烧器的表面形成邻近燃烧器甲板的盲表面。盲表面是气体燃烧器的表面的一部分，上面没有任何提供气体的孔。盲表面将例如燃烧器甲板连接至气体燃烧器的端部。在该示例中，气体燃烧器的端部设置有用于将气体燃烧器安装在加热器具中的安装装置。因为盲表面没有布置在相邻的燃烧器甲板部分之间，所以盲表面不同于分离表面。相反，燃烧器甲板位于燃烧器甲板与气体燃烧器的端部之间。
28.燃烧器甲板部分适于限定反应区，反应区在燃烧器甲板部分上方延伸。然而，当在已知的气体燃烧器中燃烧化石气体时，火焰变得可见，当燃烧氢气时，不会看到火焰。除非在气体中添加着色剂，否则氢气燃烧产生的火焰是人眼不可见的。因此，不再提及火焰，而是参照反应区进行说明。反应区是大部分氢气(例如95％)在其中转化为水的空间。
29.孔适于提供在反应区中待燃烧的气体(即氢气或空气和氢气的混合物)。该气体以包含空气和氢气的气体混合物的形式被供应至反应区，空气和氢气在气体燃烧器的上游混合。气体被供应至气体燃烧器中的入口开口，例如布置在表面包含燃烧器甲板部分的管状主体的入口开口。然后，气体流经燃烧器甲板部分中的孔，到达反应区。燃烧器甲板部分相对于彼此布置，以防止反应区在分离表面上方延伸。
30.燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成。通过使燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成，与燃烧器甲板大于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成的情况相比，含有氢气的气体以更快的速度离开气体燃烧器。气体的高速度与气体的高火焰速度相匹配。在燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成的情况下，实验已经表明，即使是在调制气体燃烧器时，即改变气体燃烧器的功率水平时，也可以实现氢气的稳定燃烧。即使是在调制的同时保持相同λ的情况下，也能实现稳定的燃烧。优选小于4.5％，更优选小于4.0％，甚至更优选小于3.5％的燃烧器甲板表面积由孔的组合表面积形成。例如，燃烧器甲板2.6％的表面积由孔的组合表面积形成。
31.通过防止反应区在分离表面上方延伸，反应区彼此分离。
32.根据本发明的气体燃烧器利用了两种效应。首先，通过分离表面将燃烧器甲板彼此分离，与已知的气体燃烧器相比，燃烧器甲板部分在更小部分的表面上方延伸。由于燃烧器甲板部分在更小部分的表面上方延伸，含氢气的气体流集中在该更小部分上。结果，每个燃烧器甲板部分具有相对较大的气体流。气体流高速离开燃烧器甲板部分中的孔。由于气体燃烧器在气体离开孔时将热量传递给气体，因此，大流量对气体燃烧器具有冷却效应。因此，在燃烧之前，气体吸收了气体燃烧器的一些热量。第一效应是气体流提供了气体燃烧器的冷却。
33.第二效应是，由于分离表面布置在燃烧器甲板部分之间，所以燃烧器甲板不具有
在整个燃烧器甲板上延伸的单个燃烧器甲板部分。分离表面将燃烧器甲板部分彼此分离，结果使得燃烧器甲板部分的温度降低。第一效应和第二效应的组合效应是：彼此分离的燃烧器甲板部分处的大气体流使得气体燃烧器的温度保持低于585℃，进而防止气体燃烧器内的氢气自燃。这提供了一种用于燃烧商品中的氢气的安全气体燃烧器。
34.为已知的气体燃烧器提供所谓的点火组是已知的。点火组包括燃烧器甲板中的孔排列，该排列不同于燃烧器甲板其余部分中的孔排列。点火组仅形成燃烧器甲板的一小部分，通常小于燃烧器甲板表面积的5％或3％。点火组具有比燃烧器甲板部分更高的每单位面积孔百分比。由于每单位面积孔百分比更高，所以点火组每单位面积接收的气体量更大，从而允许气体燃烧器通过在点火组处点燃气体而开始燃烧过程。在点火组处开始燃烧过程之后，燃烧过程传播至燃烧器甲板部分。因为点火组仅形成燃烧器甲板的一小部分，所以点火组对气体燃烧器的总体温度几乎没有影响。因此，点火组不形成燃烧器甲板部分或分离表面的一部分。
35.在一个实施例中，气体燃烧器具有第一燃烧器甲板部分、第二燃烧器甲板部分和第三燃烧器甲板部分。第一燃烧器甲板部分通过分离表面在第一方向上与第二燃烧器甲板部分分离。第一燃烧器甲板部分通过分离表面在第二方向上与第三燃烧器甲板部分分离。第一燃烧器甲板部分邻近第二燃烧器甲板部分和第三燃烧器甲板部分。第一方向和第二方向彼此不同，例如成30
°
或45
°
的角度或彼此垂直。例如，第一方向是表面的圆周方向，第二方向是表面的纵向方向。
36.在该实施例中，第一燃烧器甲板部分通过多个侧面上的分离表面与其它燃烧器甲板部分分离。第一燃烧器甲板部分不仅通过分离表面沿单一方向上的线与其它燃烧器甲板部分分离，而且通过分离表面沿另一方向上的线与其它燃烧器甲板部分分离。这实现了气体燃烧器的更佳冷却。第一燃烧器甲板部分和第二燃烧器甲板部分可以沿第一方向相对于彼此对准。替代地，除了在第一方向上分离之外，第一燃烧器甲板部分和第二燃烧器甲板部分还可以在第二方向上相对于彼此偏移。类似地，第一燃烧器甲板部分和第三燃烧器甲板部分可以沿第二方向相对于彼此对准。替代地，除了在第二方向上分离之外，第一燃烧器甲板部分和第二燃烧器甲板部分还可以在第一方向上相对于彼此偏移。
37.在一个实施例中，第一燃烧器甲板部分与第二燃烧器甲板部分在第一方向上通过分离表面隔开第一距离。第一燃烧器甲板部分与第三燃烧器甲板部分在第二方向上通过分离表面隔开第二距离。第一距离和第二距离的和为至少15mm。
38.发明人的实验表明，如果第一距离和第二距离的和为至少15mm，则气体燃烧器能够稳健地对抗逆燃。即使是λ的值在1.1至1.35的范围内变化时，也不会发生逆燃。当第一燃烧器甲板部分与另一燃烧器甲板部分之间的距离足够远时，气体燃烧器能够稳健对抗λ范围内的逆燃。第一距离被定义为沿燃烧器甲板表面的距离。第一距离是第一燃烧器甲板部分中的第一孔和第二燃烧器甲板中的第二孔之间的距离。第一孔是第一燃烧器甲板部分的最靠近第二燃烧器甲板部分的孔。第二孔是第二燃烧器甲板部分的最靠近第一燃烧器甲板部分的孔。因此，该距离是两个相邻燃烧器甲板部分的孔之间的最短距离。该距离从第一孔的中心到第二孔的中心测量。第二距离被定义为沿燃烧器甲板表面的距离。第二距离是第一燃烧器甲板部分中的第三孔和第二燃烧器甲板中的第四孔之间的距离。第一燃烧器甲板中的第三孔与第一燃烧器甲板中的第一孔可以是同一孔。表述“第一孔”、“第二孔”、“第三
孔”和“第四孔”仅指示特定燃烧器甲板部分中的孔，以解释如何确定第一距离和第二距离。第三孔是第一燃烧器甲板部分的最靠近第三燃烧器甲板部分的孔。第四孔是第三燃烧器甲板部分的最靠近第一燃烧器甲板部分的孔。因此，第二距离是两个相邻燃烧器甲板中的孔之间的最短距离。第二距离从第三孔的中心到第四孔的中心测量。第一距离和第二距离的值的和为15mm或更大。在一个实施例中，第一距离和第二距离是相等的。
39.在一个实施例中，两个相邻燃烧器甲板部分通过分离表面彼此隔开至少7.5mm的距离，例如至少10mm或15mm或20mm。
40.通过提供至少7.5mm的距离，对于范围为1.1至1.35的λ，气体燃烧器变得能够稳健地对抗逆燃。该距离被定义为沿具有燃烧器甲板部分的表面的距离。该距离是相邻燃烧器甲板部分中一个燃烧器甲板部分的第一孔与相邻燃烧器甲板部分中另一个燃烧器甲板部分的第二孔之间的距离，其中，与相邻燃烧器甲板部分中一个燃烧器甲板部分的任何其它孔和相邻燃烧器甲板部分中另一个燃烧器甲板部分的任何其它孔相比，第一孔和第二孔彼此更靠近。因此，该距离是两个相邻燃烧器甲板中的孔之间的最短距离。该距离从第一孔的中心到第二孔的中心测量。孔的中心是孔形状的重心。
41.在一个实施例中，燃烧器甲板部分的孔具有突出边缘。突出边缘垂直于表面。例如，如果气体燃烧器由金属片制成，则燃烧器甲板部分中的孔例如通过在金属片上打孔，或通过在金属片上激光开孔而制成。为了形成孔的突出边缘，将孔的边缘弯曲至金属片的平面之外。可选地，在气体燃烧器操作使用期间，沿气体流动方向弯曲孔的边缘。因此，孔的边缘比燃烧器甲板部分的其余部分更靠近反应区。突出边缘可以有助于提高气体流经孔进入反应区的稳定性。替代地，在气体燃烧器操作使用期间，沿与气体流动方向相反的方向弯曲孔的边缘。在该替代方案中，与燃烧器甲板部分的其余部分相比，孔的边缘更加远离反应区。
42.在一个实施例中，每个燃烧器甲板部分包括多个孔。每个燃烧器甲板部分中具有多个孔有助于为每个燃烧器甲板部分形成稳定的反应区。反应区在多个孔上方延伸。因为气体经由多个孔被提供至单个反应区，所以反应区变得更稳定。其中一个孔的气体供应偏差不会导致反应区不稳定，因为经由其它孔的气体供应会保持反应区稳定。
43.在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，其中，多个孔中的至少一个孔具有与多个孔中的其它孔不同的尺寸。
44.实验已经表明，通过使用具有不同尺寸的孔的燃烧器甲板，可以获得稳定的反应区。从生产的观点来看，与仅提供中等尺寸的孔相比，可以更容易地提供具有例如几个大孔和一些小孔的燃烧器甲板。即使是仅提供中等尺寸的孔时，生产过程也可以采取若干单独的步骤来防止气体燃烧器材料不期望的变形。通过设置不同尺寸的孔，可以优化生产过程。孔的尺寸，例如直径或长度或宽度，可以在0.4至1.0mm的范围内。孔的横截面可以小于0.78mm2。孔可以是圆的，或者可以具有任何其它适当形状，诸如矩形、三角形或椭圆形。矩形和三角形可以具有圆角。单个燃烧器甲板部分可以包括不同形状的孔，例如由多个圆孔包围的矩形孔。可选地，单个燃烧器甲板部分中的一些或所有孔具有突出边缘。例如，燃烧器甲板部分中心的大孔具有突出边缘，而该大孔周围的小孔不具有突出边缘。
45.在一个实施例中，燃烧器甲板部分中的至少一个孔具有0.8mm的直径。已经证实直径为0.8mm的圆孔是有用的直径。这种直径的孔允许气流在普通操作参数下形成稳定的反
应区。燃烧器甲板部分的所有孔都可以是圆孔，并且直径为0.8mm。所有燃烧器甲板部分的所有孔都可以具有0.8mm的直径。可选地，所有直径为0.8mm的孔都设置有突出边缘。在燃烧器甲板部分中的孔具有非圆形状(例如矩形或椭圆形)的实施例中，孔的宽度或长度为0.8mm。
46.在一个实施例中，燃烧器甲板部分布置为图案，其中，图案是对称的。燃烧器甲板部分的对称图案最佳地利用气体燃烧器的表面。燃烧器甲板之间的温差被最小化。可选地，燃烧器甲板部分的对称图案中的所有孔都设置有突出边缘。
47.在一个实施例中，气体燃烧器具有圆柱形状，并且图案沿圆柱形状的纵向轴线旋转对称。
48.圆柱形气体燃烧器在商业上是流行的，因为这种形状的小圆柱形气体燃烧器可以提供大量的热。通过以旋转对称的方式沿圆柱形状的轴线应用燃烧器甲板部分的图案，最佳地利用了气体燃烧器的表面。气体燃烧器的表面可以是圆柱形状的外表面。通过孔提供的气体从圆柱形状内部流至圆柱形状外部。可选地，燃烧器甲板部分的孔的边缘上设置有突出边缘。在一个实施例中，突出边缘向外延伸，即远离圆柱形状的纵向轴线延伸。
49.在一个实施例中，燃烧器甲板部分布置在圆柱形状的弯曲表面上。可选地，燃烧器甲板部分沿圆柱形状的圆周布置，并且由分离表面分离。
50.在一个实施例中，表面为扁平状或碗状。因此，气体燃烧器是用于燃烧氢气的扁平状气体燃烧器或碗状气体燃烧器。替代地，气体燃烧器是沿纵向方向延伸的线形气体燃烧器。线形气体燃烧器的一个示例是雪茄形气体燃烧器，这种气体燃烧器具有雪茄的形状，沿纵向方向切成两半。在一个实施例中，线形气体燃烧器的横截面沿纵向方向是恒定的。替代地，线形气体燃烧器沿纵向方向的横截面沿纵向方向在中心处大于边缘处。根据气体燃烧器的不同形状，燃烧器甲板可以位于气体燃烧器的外表面或内表面上。
51.在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，其中，至少一个燃烧器甲板部分包括至少五个孔，例如七个孔或九个孔或十二个孔或十六个孔。
52.实验已经表明，在气体燃烧器的正常操作条件下，每燃烧器甲板部分具有至少五个孔的气体燃烧器能够在气体燃烧器的可接受温度下形成稳定的反应区。
53.在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，其中，多个燃烧器甲板中的至少一个燃烧器甲板包括布置为x形排列的五个孔。在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，其中，多个燃烧器甲板中的至少一个燃烧器甲板包括布置为矩形排列的九个孔或十六个孔。在一个实施例中，燃烧器甲板部分的孔具有突出边缘。
54.在一个实施例中，气体燃烧器由金属或陶瓷或金属和陶瓷的组合物制成。因为与已知的气体燃烧器相比，这种气体燃烧器在操作使用期间的温度更低，所以适合用于根据本发明的气体燃烧器的材料更多。也可以使用不太耐高温的材料。
55.在一个实施例中，气体燃烧器包括金属片。金属片包括形成燃烧器甲板的表面。燃烧器甲板的至少一个孔的尺寸等于或大于金属片的厚度。
56.根据该实施例，孔具有诸如长度、宽度或直径或对角线的尺寸。至少一个孔的尺寸等于或大于金属片的厚度。在已知的燃烧器设计中，孔的尺寸等于或大于设置有孔的材料的厚度容易引起逆燃。与浅孔相比，孔的大尺寸使得在气体流动存在偏差的情况下，反应区移动通过孔的阻力非常有限，从而导致逆燃。在孔由厚度远大于孔尺寸的材料制成的情况
下，孔不容易导致逆燃。此外，由于金属具有良好导热性且金属片较薄，金属片通常在其整个厚度上处于高温。当气体处于气体燃烧器内部时，整个厚度上的这种高温会造成气体自燃的风险。尤其是气体包括氢气时，自燃的几率非常高，因为氢气比例如甲烷更容易自燃，并且会在更低的温度下自燃。然而，发明人已经发现，通过提供本发明的气体燃烧器，即使是在调制气体燃烧器时，通过燃烧器甲板部分中的孔的气体流也足够稳定。由于气体流稳定，逆燃的风险降低，或甚至完全不存在。另外，通过在燃烧器甲板上设置燃烧器甲板部分和分离表面，燃烧器甲板保持在可接受的低温。
57.结果，金属片可用于形成燃烧器甲板。金属片是相对便宜的材料，其允许将燃烧器甲板容易地形成为期望形状。例如，金属片的厚度在0.3mm至1.0mm的范围内，例如为0.4或0.5或0.6或0.7mm。金属片中的孔的长度或宽度或直径在例如0.4至1.0mm范围内。在一个示例中，孔的直径等于或大于金属片的厚度。在另一示例中，孔的宽度或长度等于或大于金属片的厚度。在一个示例中，孔具有矩形形状，该矩形形状具有长度和宽度，并且优选具有圆边缘。金属片的厚度小于长度且大于宽度。
58.在一个实施例中，燃烧器甲板小于5.0％且大于1.0％的表面积由孔的组合表面积形成。如果燃烧器甲板1.0％以上的表面积由孔形成，则存在足够的表面，氢气可以流经该表面以形成稳定的反应区。通过将由孔的组合表面积形成的燃烧器甲板的表面积设置在1.0％至5.0％的范围内，反应区是稳定的，并且几乎没有氢气的燃烧意外停止的风险。
59.在一个实施例中，该表面形成与燃烧器甲板相邻的盲表面。燃烧器甲板部分包括第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分均布置为邻近盲表面。第一边缘燃烧器甲板部分的孔排列和第二边缘燃烧器甲板部分的孔排列彼此不同。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分分别具有多个孔。例如，第一边缘燃烧器甲板部分的孔数量与第二边缘燃烧器甲板部分不同。例如，第一边缘燃烧器甲板部分具有九个孔，而第二边缘燃烧器甲板部分具有十六个孔。可选地，第一边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积等于第二边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积。例如，第二边缘燃烧器甲板部分具有十六个孔，其中，每个孔的直径为0.80mm。因此，第二边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积为16*0.25*π*(0.80)2＝8mm2。在该示例中，第一边缘燃烧器甲板部分具有九个孔，其中，每个孔的直径为1.06mm，因此，第一边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积同样是9*0.25*π*(1.06)2＝8mm2。
60.在操作期间，燃烧器甲板具有不同于盲表面的另一温度，因为气体的燃烧发生在燃烧器甲板上方，而盲表面上不发生燃烧。燃烧器甲板和盲表面之间的温差导致盲表面与燃烧器甲板部分之间的边界处或附近的表面温度具有较大梯度。大梯度温度导致该边界附近的表面中的高热应力。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分位于该边界附近。通过将第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分的孔布置为彼此不同，可以减小表面中的热应力。
61.在一个实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔以不同于大部分燃烧器甲板部分的孔的方式布置。大部分燃烧器甲板部分包括不与盲表面相邻的燃烧器甲板部分。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分布置为邻近盲表面，因为盲表面与第一边缘燃烧器甲板部分之间，或者盲表面与第二边缘燃烧器甲板部分之间，没有其它燃烧器甲板部分。例如，第一边缘燃烧器甲板部分具有与大部分燃烧器甲板部分数量不同的孔。在一个
示例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔布置为图案，该图案的取向不同于大部分燃烧器甲板部分的孔的图案的取向。在另一示例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔的图案不同于大部分燃烧器甲板部分的孔的图案。
62.在一个实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第一矩形排列。第二边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第二矩形排列。第一矩形排列和第二矩形排列彼此不同。例如，第一矩形排列和第二矩形排列在孔的数量或孔在表面上的布局或孔的形状方面彼此不同。第一矩形排列和第二矩形排列相对于彼此成角度。该角度例如在15
°
至60
°
的范围内，例如在30
°
至45
°
的范围内。
63.在一个实施例中，形成燃烧器甲板的表面包括具有双曲率的表面部分。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分中的至少一个布置在该具有双曲率的表面部分上。例如，双曲率沿两个方向以相同半径弯曲。
64.尽管双曲率可能有益于提高气体燃烧器的效率，与平坦表面或具有单曲率的表面相比，双曲率也可能导致额外的热应力。发明人已经发现，通过将第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分布置为彼此不同，当其中至少一个边缘燃烧器甲板部分位于双曲率上时，可以减小热应力。
65.在制造气体燃烧器时，通常首先在金属板上开孔。然后，使金属板变形以形成气体燃烧器的期望形状。期望形状包括双曲率。当形成双曲率表面时，双曲率处的孔可能不期望地变形。例如，孔被拉伸或挤压。通过将第一边缘燃烧器甲板部分的孔布置为不同于第二边缘燃烧器甲板部分的孔，可以使双曲率表面制造期间孔的变形最小化。
66.在一个实施例中，如上所述的气体燃烧器用于燃烧包括至少70％氢气的气体。例如，气体包括至少75％或80％的氢气。除了氢气之外，气体还包括例如天然气。天然气可以是几种不同烃的组合，诸如ch4和c2h6。
67.实验已经表明，具有70％或更多氢气和30％或更少其它气体的可燃气体的表现与氢气含量100％的气体相似。氢气含量小于20％的可燃气体的表现与氢气含量100％的气体不同。例如，在燃烧温度和通过气体燃烧器的压降方面，氢气含量小于20％的氢气和甲烷的气体混合物的表现与甲烷相似。在火焰速度、燃烧温度和压降方面，氢气含量为至少70％的氢气和甲烷的气体混合物的表现与氢气相似。氢气含量为20％-50％的氢气和甲烷的混合物的表现不同于甲烷也不同于氢气。与燃烧没有任何氢气的甲烷相比，当燃烧氢气与甲烷的混合物时，将氢气与甲烷混合已经减少了二氧化碳的量。例如，与甲烷相比，70％氢气和30％甲烷的混合物减少了约42％的二氧化碳。与甲烷相比，80％氢气和20％甲烷的混合物减少了约55％的二氧化碳。此外，100％的氢气难以获得，因为氢气中可能会残留一些污染物。出于安全原因，由于氢气没有气味，因此在氢气泄漏的情况下，可以将气味剂与氢气混合以示警。具有90％或95％或99％或99.9％或甚至更高百分比氢气的可燃气体是商业上可获得的。
68.在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，包括形成燃烧器甲板的表面，燃烧器甲板包括燃烧器甲板部分和分离表面，其中，燃烧器甲板部分具有孔，其中，分离表面被布置为将燃烧器甲板部分彼此分离，其中，燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成，其中，燃烧器甲板部分适于限定反应区，反应区在燃烧器甲板部分上方延伸，其中，孔适于提供在反应区中待燃烧的气体，其中，燃烧器甲板部分相对于彼此布置，以防止反应区在
分离表面上方延伸，并且其中，两个相邻燃烧器甲板部分通过分离表面彼此隔开至少7.5mm的距离，例如至少10mm或15mm或20mm。可选地，在垂直于表面的方向上，燃烧器甲板部分的孔具有突出边缘。
69.在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，包括形成燃烧器甲板的表面，燃烧器甲板包括燃烧器甲板部分和分离表面，其中，燃烧器甲板部分具有孔，其中，分离表面被布置为将燃烧器甲板部分彼此分离，其中，燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成，其中，燃烧器甲板部分适于限定反应区，反应区在燃烧器甲板部分上方延伸，其中，孔适于提供在反应区中待燃烧的气体，其中，燃烧器甲板部分相对于彼此布置，以防止反应区在分离表面上方延伸，并且其中，两个相邻燃烧器甲板部分通过分离表面彼此隔开至少7.5mm的距离，例如至少10mm或15mm或20mm。多个燃烧器甲板部分布置为图案。图案是对称的。气体燃烧器具有圆柱形状。图案沿圆柱形状的纵向轴线旋转对称。可选地，燃烧器甲板部分布置在圆柱形状的弯曲表面上。作为另一选择，燃烧器甲板部分沿圆柱形状的圆周由分离表面分离。
70.在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，包括形成燃烧器甲板的表面，燃烧器甲板包括燃烧器甲板部分和分离表面，其中，燃烧器甲板部分具有孔，其中，分离表面被布置为将燃烧器甲板部分彼此分离，其中，燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成，其中，燃烧器甲板部分适于限定反应区，反应区在燃烧器甲板部分上方延伸，其中，孔适于提供在反应区中待燃烧的气体，其中，燃烧器甲板部分相对于彼此布置，以防止反应区在分离表面上方延伸。多个燃烧器甲板部分中的至少一个燃烧器甲板部分包括至少三个孔，例如五个孔或七个孔或九个孔或十二个孔或十六个孔。
71.在一个实施例中，提供了一种气体燃烧器，包括形成燃烧器甲板的表面，燃烧器甲板包括燃烧器甲板部分和分离表面，其中，燃烧器甲板部分具有孔，其中，分离表面被布置为将燃烧器甲板部分彼此分离，其中，燃烧器甲板小于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成，其中，燃烧器甲板部分适于限定反应区，反应区在燃烧器甲板部分上方延伸，其中，孔适于提供在反应区中待燃烧的气体，其中，燃烧器甲板部分相对于彼此布置，以防止反应区在分离表面上方延伸。两个相邻燃烧器甲板部分通过分离表面彼此隔开至少7.5mm的距离，例如至少10mm或15mm或20mm。多个燃烧器甲板部分中的至少一个燃烧器甲板部分包括至少三个孔，例如五个孔或七个孔或九个孔或十二个孔或十六个孔。
72.在本发明的另一方面，提供了一种加热器具，包括：根据本发明的气体燃烧器，气体入口和空气入口。气体入口适于经由孔向燃烧器甲板部分提供气体。空气入口适于经由孔向燃烧器甲板部分提供空气。
73.加热器具经由气体入口接收含氢气的气体，经由空气入口接收空气，并生成空气-气体混合物。然后，将空气-气体混合物输送至燃烧器甲板部分的孔。与仅经由孔提供气体，空气从气体燃烧器外部(即不经由孔)引入相比，燃烧空气-气体混合物提供了更有效的热交换。加热器具可以是利用气体燃烧器的任何类型的加热器具。例如，加热器具是加热水的加热锅炉。水可以用于中央加热系统中以加热建筑物。在另一示例中，加热器具是气体加热器，其中，气体燃烧器用于加热气体，诸如空气。
74.在一个实施例中，加热器具包括热交换器。热交换器包括填充有流体(例如水)的通道。气体燃烧器产生的热量加热热交换器中的水。然后，水循环以向期望位置或对象提供
热量。
75.在一个实施例中，加热器具包括控制单元，控制单元被布置为控制气体入口和/或空气入口，以在气体和空气的混合物处于燃烧器甲板部分处之前控制该混合物。通过控制气体入口和/或空气入口，控制单元可以设定λ以匹配期望的功率水平。对于低功率电平，控制单元可以应用相对高的λ。尽管低功率水平仅需要少量气体，但流出孔的质量流的总量应当足够高，以匹配气体的火焰速度。
76.本发明还涉及一种气体燃烧器，包括形成燃烧器甲板的表面。燃烧器甲板包括燃烧器甲板部分和分离表面。燃烧器甲板部分具有孔。分离表面被布置为将燃烧器甲板部分彼此分离。燃烧器甲板部分适于限定反应区，反应区在燃烧器甲板部分上方延伸。孔适于提供在反应区中待燃烧的气体。燃烧器甲板部分相对于彼此布置，以防止反应区在分离表面上方延伸。该表面形成与燃烧器甲板相邻的盲表面。气体燃烧器被布置为燃烧化石气体，诸如甲烷、丙烷或丁烷。
77.在一个实施例中，燃烧器甲板部分小于15％，例如小于12.0％或例如小于10.0％的表面积由孔的组合表面积形成。燃烧器甲板部分大于5.0％的表面积由孔的组合表面积形成。燃烧器甲板小于7.0％，例如小于5.0％或例如小于4.0％的表面积由孔的组合表面积形成。燃烧器甲板大于1.0％的表面积由孔的组合表面积形成。在现有技术中，用于燃烧化石气体的气体燃烧器具有大得多(诸如大于燃烧器甲板的10％)的孔的组合表面积。这允许化石气体和空气的混合物流经燃烧器甲板中的孔而不产生大压降。当在已知的气体燃烧器中燃烧化石气体时，产生氮氧化物(no
x
)和一氧化碳(co)。缓慢冷却且在适当的λ下燃烧产生大量no
x
和少量co，而快速冷却操作现有技术的气体燃烧器则产生少量no
x
和大量co。发明人已经发现，通过使燃烧器甲板部分中的孔的组合表面积小于15％，但大于5％，并且燃烧器甲板中的孔的组合表面积小于7.0％，优选小于6％，甚至更优选小于5.0％，但大于1％，与现有技术的气体燃烧器相比，产生的no
x
少得多，同时产生的co的量保持在可接受的水平。
78.no
x
的产生对环境有重要影响，因此，减少no
x
对环境有积极影响。通过将co保持在可接受的水平，气体燃烧器能够安全地使用。通过提供更大功率的风扇，克服了由孔的小组合表面积导致的压降。风扇被配置为形成穿过气体燃烧器的空气-气体混合物流。
79.在一个实施例中，燃烧器甲板部分在第一方向上与相邻的燃烧器甲板部分隔开第一距离，并且在第二方向上与另一相邻的燃烧器甲板部分隔开第二距离。第一方向和第二方向彼此垂直，并且限定平行于燃烧器甲板表面的平面。第一距离和第二距离分别为至少为3mm。第一距离和第二距离的和大于6mm且小于16mm，优选大于7mm且小于15mm。因此，优选6≤x3 z2≤16mm，或甚至更优选7≤x3 z2≤15mm，其中，x3和z2如图3、5、6、7和8所示。
80.通过将燃烧器甲板部分设置为彼此隔开上述距离，减少了no
x
的产生，同时co保持在可接受的水平。
81.在一个实施例中，布置有多组燃烧器甲板部分。例如，各组燃烧器甲板部分的孔的尺寸、形状、数量互不相同。例如，提供的多组燃烧器甲板部分与pct申请wo11069839中公开的那些类似，该pct申请通过引用并入于此。一组燃烧器甲板部分可以包括狭槽，另一组燃烧器甲板部分包括圆形孔。每组中的燃烧器甲板部分具有小于7.0％、例如小于6.0％或例如小于5.0％的由燃烧器甲板部分中的孔的组合表面积形成的燃烧器甲板部分的表面积。
82.在一个实施例中，燃烧器甲板部分包括第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分均布置为邻近盲表面。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分分别具有多个孔。第一边缘燃烧器甲板部分的孔排列和第二边缘燃烧器甲板部分的孔排列彼此不同。例如，第一边缘燃烧器甲板部分的孔数量与第二边缘燃烧器甲板部分不同。例如，第一边缘燃烧器甲板部分具有九个孔，而第二边缘燃烧器甲板部分具有十六个孔。在一个示例中，第一边缘燃烧器甲板部分具有与大部分燃烧器甲板部分数量不同的孔。在该实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分布置为邻近盲表面，因为盲表面与第一边缘燃烧器甲板部分之间，或者盲表面与第二边缘燃烧器甲板部分之间，没有其它燃烧器甲板部分。可选地，第一边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积等于第二边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积。例如，第二边缘燃烧器甲板部分具有十六个孔，其中，每个孔的直径为0.80mm。因此，第二边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积为16*0.25*π*(0.80)2＝8mm2。在该示例中，第一边缘燃烧器甲板部分具有九个孔，其中，每个孔的直径为1.06mm，因此，第一边缘燃烧器甲板部分的孔的组合表面积同样是9*0.25*π*(1.06)2＝8mm2。
83.在操作期间，燃烧器甲板具有不同于盲表面的另一温度，因为气体的燃烧发生在燃烧器甲板上方，而盲表面上不发生燃烧。燃烧器甲板和盲表面之间的温差导致盲表面与燃烧器甲板部分之间的边界处或附近的表面中的温度具有较大梯度。大梯度温度导致高热应力。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分位于该边界附近。通过将第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分的孔布置为彼此不同，可以减小表面中的热应力。
84.在一个实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第一矩形排列。第二边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第二矩形排列。第一矩形排列和第二矩形排列彼此不同。例如，第一矩形排列和第二矩形排列在孔的数量或孔在表面上的布局或孔的形状方面彼此不同。第一矩形排列和第二矩形排列例如相对于彼此成角度。该角度例如在15
°
至60
°
或30
°
至45
°
的范围内。
85.在一个实施例中，第一矩形排列和第二矩形排列的孔密度相同。第一矩形排列的长度和宽度分别在与第二矩形排列的长度和宽度不同的方向上。例如，第一矩形排列的长度与第二矩形排列的长度成15
°
至60
°
或30
°
至45
°
范围内的角度。
86.在一个实施例中，形成燃烧器甲板的表面包括具有双曲率的表面部分。第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分中的至少一个布置在该具有双曲率的表面部分上。例如，双曲率沿两个方向以相同半径弯曲。替代地，双曲率沿两个方向以不同半径弯曲。
87.尽管双曲率可能有益于提高气体燃烧器的效率，与平坦表面或具有单曲率的表面相比，双曲率也可能导致额外的热应力。发明人已经发现，通过将第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分布置为彼此不同，当其中至少一个边缘燃烧器甲板部分位于双曲率上时，可以减小热应力。
88.在一个实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分通过分离表面彼此隔开至少3mm，或至少7.5mm、10mm或15mm的距离。例如，第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分通过分离表面与其它燃烧器甲板部分隔开至少3mm的距离，例
如至少7.5mm或10mm或15mm。
89.在一个实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔和/或第二边缘燃烧器甲板部分的孔具有沿垂直于表面的方向突出的突出边缘。
90.在一个实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第一三角形排列，并且其中，第二边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第二三角形排列，其中，第一三角形排列的基部与第二三角形排列的基部成角度。例如，该角度在15
°
至60
°
或30
°
至45
°
的范围内。
91.在一个实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第一排列，并且其中，第二边缘燃烧器甲板部分的孔布置为第二排列。第一排列和第二排列彼此成角度。例如，该角度在15
°
至60
°
或30
°
至45
°
的范围内。孔可以包括具有纵向方向的一个或多个狭槽。第一排列中的纵向方向与第二排列中的纵向方向成角度。
92.在一个实施例中，提供了一种加热器具，包括如上所述的气体燃烧器。加热器具包括气体入口，气体入口适于经由孔向第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分提供气体。加热器具包括例如空气入口，空气入口适于经由孔向第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分提供空气。在一个示例中，加热器具包括控制单元，控制单元适于控制气体入口和/或空气入口，以在气体和空气的混合物处于第一边缘燃烧器甲板部分和第二边缘燃烧器甲板部分之前处控制该混合物。
附图说明
93.下面将参考附图更详细地描述本发明，其中，将以非限制性方式示出本发明的示例性实施例。附图示出
94.图1：根据本发明的气体燃烧器。
95.图2：根据本发明的气体燃烧器的横截面。
96.图3：根据本发明一个实施例的燃烧器甲板的细节。
97.图4：根据本发明另一实施例的燃烧器甲板的细节。
98.图5：根据本发明又一实施例的燃烧器甲板的细节。
99.图6：根据本发明又一实施例的燃烧器甲板的细节。
100.图7：根据本发明又一实施例的燃烧器甲板的细节。
101.图8：根据本发明另一实施例的燃烧器甲板的细节。
102.图9：根据本发明的加热器具。
103.图10：根据本发明一个实施例的燃烧器甲板中的孔的细节。
104.图11：根据本发明另一实施例的燃烧器甲板的细节。
105.图12：根据本发明一个实施例的燃烧器甲板的细节，该燃烧器甲板的表面具有双曲面。
106.为了解释本发明，使用了坐标系。坐标系具有彼此垂直的纵轴z和轴x。
具体实施方式
107.图1示意性地描绘了根据本发明的气体燃烧器100。气体燃烧器100为圆柱形。圆柱的外表面形成表面102。燃烧器甲板104形成在表面102上。燃烧器甲板104包括燃烧器甲板部分106和分离表面108。燃烧器甲板部分106形成反应区在其上方延伸的表面积。含有氢气
的气体在反应区内燃烧。当燃烧氢气时，看不到火焰。在气体燃烧器100被配置为燃烧化石气体的情况下，在气体燃烧器100操作期间将能够看到火焰。图2描绘了图1的气体燃烧器100沿线a-a的横截面。图2示出当含氢气的气体燃烧时，燃烧器甲板部分106上形成不可见的反应区200。在气体燃烧器100操作使用期间，由反应区200覆盖的表面形成燃烧器甲板部分106。反应区200是大部分氢气(例如95％)在其中转化为水的空间。在气体燃烧器100操作使用期间，相邻燃烧器甲板部分106之间的分离表面108不被反应区域200覆盖。
108.图1的气体燃烧器100的燃烧器甲板具有多个燃烧器甲板部分106。燃烧器甲板部分106用黑色矩形示意性地表示。下面描述的实施例示出了燃烧器甲板部分106可能的不同排列。
109.表面102的一部分位于相邻的燃烧器甲板部分106之间。表面102的该部分被称为分离表面108。分离表面108被布置为将燃烧器甲板部分106彼此分离。在气体燃烧器100操作使用期间，反应区200覆盖燃烧器甲板部分106，但不覆盖分离表面108。燃烧器甲板部分106相对于彼此布置，以防止反应区200在分离表面108上方延伸。
110.在该实施例中，气体燃烧器100设置有用于安装气体燃烧器100的凸缘110。在凸缘110和燃烧器甲板104之间，沿表面102存在一定距离。表面102的该部分是盲表面(blind surface)114。盲表面114足够大，以确保燃烧器甲板104在使用气体燃烧器100的加热器具中到达足够远的位置。盲表面114还有助于防止过多热量传递至凸缘110。凸缘110上热量过多可能会导致气体燃烧器100与加热器具的连接处产生热应力，或者可能会有导致操作加热器具的操作者受伤或加热器具的热绝缘过热的风险。盲表面114上没有用于供应气体的孔。反应区200不覆盖盲表面114。而且，盲表面114不位于相邻的燃烧器甲板部分106之间。如图1所示，盲表面114的一侧是燃烧器甲板部分106，另一侧是凸缘110。因此，盲表面114不形成燃烧器甲板104的一部分。在一个实施例中，第二盲表面116设置在气体燃烧器100的顶部112附近。表面102在顶部112附近形成第二盲表面116。通过将顶部112与燃烧器甲板104分离，第二盲表面116有助于防止顶部112过热。与盲表面114类似，第二盲表面116既不被反应区200覆盖，也不位于燃烧器甲板部分106之间。第二盲表面116不形成燃烧器甲板104的一部分。
111.如果气体燃烧器100的期望热输出在约10至40kw的范围内，则气体燃烧器100的圆柱形状具有90至120mm范围内的长度，例如104mm。该长度是沿纵向轴线的长度。圆柱形状可以具有50至90mm范围内的直径，例如70mm。盲表面114沿纵向z轴的长度可以在20至40mm的范围内，例如28mm。然而，对于仅需要低功率水平(例如小于1kw)的应用，气体燃烧器100可以具有约25mm的长度和20mm的直径。对于高功率水平，例如100kw及以上，气体燃烧器100的长度可以高达2000mm，直径可以高达500mm。因此，根据期望的功率水平和加热器具的可用空间，选择气体燃烧器100的适当尺寸。
112.图1示出如细节b所示的一组燃烧器甲板部分106。细节b将用于通过示出燃烧器甲板部分106的排列来解释本发明的若干实施例。这些实施例中的任何一个均可以应用于如图1所示的气体燃烧器100。替代地，这些实施例中的任何一个均可以应用于具有除圆柱形状以外的其它不同形状的气体燃烧器100。例如，气体燃烧器100是扁平气体燃烧器，或是碗状气体燃烧器或线形气体燃烧器或倒碗状气体燃烧器。在一个实施例中，气体燃烧器100的表面102具有如wo2004092647或ep3064831或wo2009059933中所公开的形状，这些文献通过
引用并入于此，其中，在表面102上形成根据本发明的燃烧器甲板104。
113.此外，圆柱形状的顶部112可以完全封闭，因此没有气体能够经由顶部112离开气体燃烧器100。在一个实施例中，顶部112设置有燃烧器甲板部分106，因此，气体可以离开顶部112，在顶部112上形成一个或多个反应区。通过在顶部112上设置燃烧器甲板部分106，气体不仅在圆柱形状的圆周处离开气体燃烧器100，还在圆柱形状的头部处离开。例如，根据本发明的燃烧器甲板104应用于具有如wo2009/077505中所示形状的气体燃烧器。
114.燃烧器甲板部分106可以沿气体燃烧器100的圆柱形状的圆周旋转对称地布置。燃烧器甲板部分106可以沿圆柱形状的纵向轴线(即z轴)对准。替代地，燃烧器甲板部分106可以沿纵向z轴相对于相邻的燃烧器甲板部分106偏移。燃烧器甲板部分106可以沿与纵向z轴成角度的轴线对准，例如成-45
°
、-30
°
、-20
°
、30
°
或45
°
角。
115.图2描绘了图1沿线a-a的部分横截面。该横截面示出可以由金属片材形成的表面102。x轴平行于表面102。在圆柱形气体燃烧器100中，金属片被弯曲和/或轧制以形成圆柱形状。表面102的相对侧上设置有氢气202的流，图中用箭头示意性地表示。氢气202经由穿透凸缘110的开口进入气体燃烧器100，流入气体燃烧器100的内部空间。经由该内部空间，氢气202通过穿透表面102的燃烧器甲板部分106的孔204传播。在氢气202离开孔204的位置，点燃氢气202并形成若干个反应区200。燃烧器甲板部分106是表面102的一部分，反应区200在该部分上延伸。在进入气体燃烧器100或离开燃烧器甲板部分106的孔204之前，氢气202可以与空气混合。
116.表面102由金属片形成。金属片具有厚度210。孔204延伸穿过金属片的整个厚度210。在一个实施例中，厚度210等于或小于孔204的尺寸。孔204的尺寸等于或大于厚度210。孔204的尺寸是表面102上孔204的尺寸，诸如直径或宽度或对角线或长度。
117.如从图2中可以看到的，反应区200彼此分离。因此，燃烧器甲板部分106也彼此分离。相邻的燃烧器甲板部分106之间设置有分离表面108。反应区200不在分离表面108上方延伸。图2示意性地示出反应区200不接触燃烧器甲板部分106。然而，根据操作参数，反应区200也可以接触燃烧器甲板部分106，或部分地位于表面102附近的孔204的端部处。
118.基于气体燃烧器100的尺寸和操作参数，可以计算反应区200的尺寸。反应区200延伸超过燃烧器甲板部分106的孔204，因此，燃烧器甲板部分106大于由孔204的边缘限定的表面积。对于典型的操作参数，燃烧器甲板部分106的边缘超出最靠近燃烧器甲板部分106的边缘的孔204的中心平均节距的一半。平均节距是燃烧器甲板部分106中相邻孔的中心之间的平均距离。
119.假设例如燃烧器甲板部分106中的所有孔以单个节距彼此隔开。图3中的燃烧器甲板部分106就是这样的一个示例。在该示例中，平均节距等于该单个节距。燃烧器甲板部分106从燃烧器甲板部分106的边缘处的孔204的中心延伸单个节距的一半。在一个示例中，燃烧器甲板部分中的孔以更复杂的布局布置，例如参见图5和图7。在这种复杂的布局中，平均节距不等于x方向上的节距和z方向上的节距。取决于孔204的布局，平均节距可以更大或更小。为了确定燃烧器甲板部分106的边缘，使用例如平面图论。使用平面图论，从燃烧器甲板部分106中的每个孔的中心到燃烧器甲板部分106中的其它孔204的中心画线，条件是除了孔204的中心处以外，没有任何线彼此交叉。在这种情况下，每个孔204经由线连接至相邻的孔204。然后，通过所有可能的绘制平面图中的最小值来确定所有线的平均距离。平均距离
表示平均节距。燃烧器甲板部分的边缘与最靠近燃烧器甲板部分106的边缘的孔204的中心之间的距离等于平均节距的一半。
120.由表面102上的孔204形成的表面积的总量被称为孔204的组合表面积。由燃烧器甲板104形成的表面积由燃烧器甲板部分106的组合表面积和分离表面108形成。燃烧器甲板部分106的组合表面积包括孔204的组合表面积。取决于反应区的尺寸，燃烧器甲板部分106的组合表面积可以包括表面102的延伸超过燃烧器甲板部分106的孔204的边缘的部分。燃烧器甲板104小于5.0％的表面积由孔204的组合表面积形成。
121.氢气202可以已经与空气混合，以形成期望的空气-气体混合物。空气-气体混合物可以形成为当在反应区200中燃烧时，产生期望热量。空气-气体混合物流经燃烧器甲板部分106的孔204，到达反应区200。
122.图3示出根据本发明的另一实施例。在该实施例中，细节b示出若干个燃烧器甲板部分106。每个燃烧器甲板部分106具有三个孔204。三个孔204被布置为三角形，即一个孔204偏离延伸穿过另外两个孔204的线。燃烧器甲板部分106用包围每组三个孔204的三角形示意性地表示。每个燃烧器甲板部分106通过分离表面108与其它燃烧器甲板部分106分离。
123.距离z1是沿气体燃烧器100的纵向z轴，燃烧器甲板部分中的两个孔204的中心之间的距离。z1可以在0.5至5mm的范围内，例如1或1.2或1.5或2.0mm。距离z2是两个相邻燃烧器甲板部分106中的两个相邻孔204的中心之间沿纵向z轴的距离。z2可以在5.0至25mm的范围内，例如6.2或7.5或10mm。孔之间的节距p1是从孔的中心测量的燃烧器甲板部分106中的两个孔之间的最短距离。节距可以在0.5至5mm的范围内，例如1.2或1.5mm或1.8mm。距离x1是沿圆柱形气体燃烧器100的圆周，燃烧器甲板部分106中的两个孔204的中心之间的距离。两个孔204中的一个位于燃烧器甲板部分106的中心。x1可以在0.5至2.5mm的范围内，例如1或1.2或1.5或2.0mm。距离x2是沿圆柱形气体燃烧器100的圆周，燃烧器甲板部分中的两个孔204的中心之间的距离。两个孔204中的一个位于燃烧器甲板部分106的中心。x2可以在0.5至2.5mm的范围内，例如1或1.2或1.5或2.0mm。x1和x2可以相同或不同。距离x3是沿圆柱形气体燃烧器100的圆周，沿x方向的两个相邻燃烧器甲板部分106中的两个相邻孔204的中心之间的距离。x3可以在7至25mm的范围内，例如7.7或10.3或11.3mm。在一个实施例中，z1为1.2mm，z2为6.2mm，x1为0.7mm，x2为0.7mm，并且x3为6.3mm，其中，孔204的直径为0.8mm。
124.图3示出左上燃烧器甲板部分106通过分离表面108沿x方向与右上燃烧器甲板部分106隔开第一距离。x方向是沿圆柱形气体燃烧器100的圆周的方向。第一距离可以等于x3减去孔204的尺寸。在反应区200延伸超过燃烧器甲板部分106的孔204的情况下，第一距离可以小于x3减去孔204的尺寸。图3示出左上燃烧器甲板部分106通过分离表面108沿纵向z方向与左下燃烧器甲板部分106隔开第二距离。第二距离可等于z2减去孔204的尺寸。在反应区200延伸超过燃烧器甲板部分106的孔204的情况下，第二距离可以小于z2减去孔204的尺寸。
125.燃烧器甲板部分106沿纵向z轴的正方向从上孔106延伸节距p1值的一半。燃烧器甲板部分106从两个下孔106沿纵向z轴的负方向延伸节距p1的一半。燃烧器甲板部分106从右下孔106沿正圆周方向延伸节距p1值的一半。燃烧器甲板部分106从左下孔106沿负圆周方向延伸节距p1值的一半。
126.图4示出图3的实施例的变型。代替将燃烧器甲板部分106布置为沿纵向z轴对准，
燃烧器甲板部分106在x方向上(即沿圆柱形气体燃烧器100的圆周)偏移x4。偏移x4可以是x3的值的一半，例如3.15mm，或x3的值的四分之一，或x3的值的五分之一。类似地，代替将燃烧器甲板部分106布置为沿圆周方向(即x轴)对准，燃烧器甲板部分106可以被布置为在纵向z方向上偏移。左上燃烧器甲板部分106与中下燃烧器甲板部分106成角度α。角度α例如为30
°
或45
°
或60
°
。沿着纵向轴线，燃烧器甲板部分106相对于彼此以角度α对准。左上燃烧器甲板部分106中的孔与中下燃烧器甲板部分106中的孔之间的最小距离为距离d1。
127.图5示出另一实施例。细节b示出分别具有五个孔204的燃烧器甲板部分106。孔204被布置为x形排列，即四个孔204形成矩形的角，第五个孔位于矩形的中心。可选地，矩形是正方形。z1、z2、x1、x2、x3的值可以与图3的实施例相同。节距p1是燃烧器甲板部分106的两个上孔的中心之间的距离。在一个实施例中，z1为2mm，z2为7.5mm，x1为1mm，x2为1mm，并且x3为8.3mm，其中，孔的直径为0.8mm。
128.作为一个示例，确定图5的平均节距。燃烧器甲板部分106中有五个孔204。在形成矩形的四个孔204之间可以画出四条线。这些线中的两条具有长度p1，另外两条具有长度z1。此外，可以画出从燃烧器甲板部分106中心的孔204到形成矩形的四个孔204的四条对角线。
129.对角线的长度为√((0.5*p1)2 (0.5*z1)2)。
130.在p1为2mm且z1为2mm的情况下，平均节距变为：
131.(2*2mm 2*2mm 4*√2)/8＝1.71mm
132.燃烧器甲板部分106从形成矩形的孔204的中心延伸平均节距的一半，即0.85mm。在该示例中，1.71mm的平均节距小于2mm的节距p1和2mm的z1。
133.燃烧器甲板部分106沿纵向z轴的正方向延伸平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106从两个下孔204沿纵向z轴的负方向延伸平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106从两个右下孔204沿正圆周方向延伸平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106从两个左下孔204沿负圆周方向延伸平均节距值的一半。
134.图6示出又一实施例。图6的细节b示出分别具有七个孔204的燃烧器甲板部分106。孔204被布置为中心一个大孔，周围六个小孔204。大孔的直径可以是例如1.0mm，而周围的六个孔204的直径为例如0.8mm。z1、z2、x1、x2、x3的值可以与图3的实施例相同。节距p1是燃烧器甲板部分106中两个相邻孔之间的距离。在一个实施例中，z1为3mm，z2为10mm，x1为1.3mm，x2为1.3mm，并且x3为8.7mm。燃烧器甲板部分106基本上是圆形的，直径是节距p1的3倍。
135.图7示出又一实施例。图7的细节b示出分别具有九个孔204的燃烧器甲板部分106。孔204以3
×
3的形式布置，即布置为矩形排列。在该矩形排列中，限定三组三个孔204。每组的孔204沿纵向z轴对准。这三组布置在纵向z轴上的相同位置，但位于气体燃烧器100圆周上的不同位置。矩形排列可以正方形，即一组内的孔204之间的距离与相邻组内的孔之间的距离相同。z1、z2、x1、x2、x3的值可以与图3的实施例相同。节距p1是两个相邻孔之间的距离。在一个实施例中，z1为2.6mm，z2为10.5mm，x1为1.3mm，x2为1.3mm，x3为10.8mm，其中，孔204的直径为0.8mm。在另一实施例中，z1为2.2mm，z2为5.2mm，x1为1.1mm，x2为1.1mm，并且x3为5mm，其中，孔的直径为0.45mm。
136.平面图理论(planar graph theory)可以用于确定燃烧器甲板部分106的边缘。燃
烧器甲板部分106中的所有九个孔可以用16条线连接。6条线是x方向上的线，长度为p1。6条线是z方向上的线，长度为0.5*z1。存在4条对角线，长度为√((p1)2 (0.5*z1)2)。对于p1＝1.3且z1＝2.2，平均节距变为：
137.(6*1.3 6*1.1 4*1.70)/16＝1.33mm
138.1.33mm的平均节距稍大于节距p1，并且大于z1的一半。
139.燃烧器甲板部分106沿纵向z轴的正方向延伸平均节距一半的值，该值略大于与上孔204的节距p1值的一半。燃烧器甲板部分106从下孔204沿纵向z轴的负方向延伸平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106从右侧的孔204沿正圆周方向延伸平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106沿负圆周方向延伸平均节距值的一半。
140.在一个实施例中，燃烧器甲板部分106具有13个孔。燃烧器甲板部分106的中心有四个孔，并且中心的四个孔周围有九个孔。
141.图8示出另一实施例。图8的细节b示出分别具有十六个孔204的燃烧器甲板部分106。孔204以4
×
4的形式布置，即布置为矩形排列。在该矩形排列中，限定四组四个孔204。每组的孔204沿纵向z轴对准。这四组排列在纵向z轴上的相同位置，但位于气体燃烧器100圆周上的不同位置。矩形排列可以正方形，即一组内的孔204之间的距离与相邻组内的孔之间的距离相同。z1、z2、x1、x2、x3的值可以与图3的实施例相同。节距p1是两个相邻孔之间的距离。在一个实施例中，z1为3mm，z2为5.2mm，x1为1.5mm，x2为1.5mm，并且x3为6mm，其中，孔的直径为0.4mm。燃烧器甲板部分106沿纵向z轴的正方向延伸这种排列的孔204的平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106从下孔204沿纵向z轴的负方向延伸平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106从右侧的孔204沿正圆周方向延伸平均节距值的一半。燃烧器甲板部分106沿负圆周方向延伸平均节距值的一半。
142.在该实施例中，气体燃烧器100包括图3至图8的实施例中公开的燃烧器甲板部分106的组合。例如，气体燃烧器100包括根据图3的若干燃烧器甲板部分106，并且另外包括根据图5的若干燃烧器甲板部分106。在一个实施例中，每个燃烧器甲板部分106相对于相邻燃烧器甲板部分106在x方向和z方向上偏移。该偏移例如在1至10mm的范围内。
143.当在气体燃烧器100制造期间使用冲头在金属片材中开孔时，有利的是燃烧器甲板部分106的所有孔之间，以及所有燃烧器甲板部分的所有孔之间，具有相同的节距p1。这样，单个冲头就能够形成所有的孔。然而，节距p1在燃烧器甲板部分106内或燃烧器甲板部分106之间变化也是可能的。例如，当应用激光切割在金属片中开孔时，激光切割设备可以被编程为提供具有变化节距p1的孔。节距p1变化可以有助于降低在操作使用中由气体燃烧器100产生的噪声。
144.图9示出根据本发明的加热器具。加热器具包括气体燃烧器100。设置供应管线以将空气和氢气供应至气体燃烧器100。进入气体燃烧器100的氢气量由气体入口902上的阀910设定。进入气体燃烧器100的空气量由空气入口904处的风扇908的转速确定。控制单元906控制气体入口902上的阀910和空气入口904处的风扇908。例如，控制单元906向致动器提供控制信号，致动器适于打开和关闭气体入口902上的阀910。控制单元906适于控制风扇908的转速，以控制供应至气体燃烧器100的空气量。控制单元906适于响应于输入信号，提供控制信号。输入信号可以表示气体燃烧器100的期望功率水平，或气体燃烧器100的期望温度或期望状态。
145.图10示出孔204的实施例，其可以应用于上述任何燃烧器甲板部分106。孔204具有在表面102的主表面上方延伸的突出边缘1000。突出边缘1000沿垂直于表面102的方向突出。突出边缘1000可以有助于改善氢气202离开孔204的流，因为氢气202可以流过孔204而不受可能存在于孔的边界处的任何尖锐边缘的干扰。在图10中，突出边缘1000沿反应区200的方向突出。替代地，突出边缘1000沿相反方向(即远离反应区200)突出。
146.上述实施例描述了实现为被配置为燃烧氢气的气体燃烧器的气体燃烧器100。除了以下方面，这些实施例与气体燃烧器100被配置为燃烧化石气体的情况类似。燃烧器甲板部分106小于15.0％，例如小于12.0％或例如小于10.0％的表面积由孔204的组合表面积形成。燃烧器甲板部分106大于5.0％的表面积由孔204的组合表面积形成。燃烧器甲板104小于7.0％，例如小于5.0％或例如小于3.0％的表面积由孔204的组合表面积形成。燃烧器甲板104大于1.0％的表面积由孔204的组合表面积形成。
147.图11示出根据本发明的细节b的又一实施例。在该实施例中，气体燃烧器100包括形成燃烧器甲板104的表面102。燃烧器甲板104包括燃烧器甲板部分106和分离表面108。燃烧器甲板部分106具有孔204。分离表面108被布置为将燃烧器甲板部分106彼此分离。燃烧器甲板部分106适于限定反应区200，反应区200在燃烧器甲板部分106上方延伸。孔204适于提供在反应区200中待燃烧的气体202。燃烧器甲板部分106相对于彼此布置，以防止反应区200在分离表面108上方延伸。表面102形成与燃烧器甲板104相邻的盲表面114。燃烧器甲板部分106包括第一边缘燃烧器甲板部分1106a和第二边缘燃烧器甲板部分1106b。第一边缘燃烧器甲板部分1106a和第二边缘燃烧器甲板部分1106b均布置为邻近盲表面114。第一边缘燃烧器甲板部分1106a的孔204排列和第二边缘燃烧器甲板部分1106b的孔204排列彼此不同。第一边缘燃烧器甲板部分1106a的孔数量与第二边缘燃烧器甲板部分1106b不同。第一边缘燃烧器甲板部分1106a具有九个孔，而第二边缘燃烧器甲板部分1106b具有十六个孔。如图所示，第一边缘燃烧器甲板部分1106a的孔204数量与大多数燃烧器甲板部分106和1106b不同。大部分燃烧器甲板部分106和1106b具有十六个孔204。第一边缘燃烧器甲板部分1106a和第二边缘燃烧器甲板部分1106b布置为邻近盲表面，因为盲表面114与第一边缘燃烧器甲板部分1106a之间，或者盲表面114与第二边缘燃烧器甲板部分1106b之间，没有其它燃烧器甲板部分106。第一边缘燃烧器甲板部分1106a和第二边缘燃烧器甲板部分1106b比其它燃烧器甲板部分106更靠近盲表面114。可选地，第一边缘燃烧器甲板部分1106a的孔204的组合表面积等于第二边缘燃烧器甲板部分1106b的孔204的组合表面积。因此，第一边缘燃烧器甲板部分1106a的九个孔204的组合表面积等于或基本等于第二边缘燃烧器甲板部分1106b的十六个孔的组合表面积。
148.在图11的实施例中，第一边缘燃烧器甲板部分1106a的孔204布置为第一矩形排列。第二边缘燃烧器甲板部分1106b的孔204布置为第二矩形排列。第一矩形排列和第二矩形排列彼此不同。第一矩形排列和第二矩形排列在孔204的数量和孔204在表面102上的布局方面彼此不同。第一矩形排列和第二矩形排列相对于彼此成角度β。角度β为45
°
。如图所示，第二边缘燃烧器甲板部分1106b的第二矩形排列的长度平行于x方向。第一边缘燃烧器甲板部分1106a的第一矩形排列的长度与x方向成角度β。
149.在第一矩形排列中，第一边缘燃烧器甲板部分1106a的孔204彼此隔开节距p2。第一矩形排列中的孔204被布置为以节距p2彼此隔开的三行，以及以节距p2彼此隔开的三列。
在一个示例中，行与行之间的间隔方式不同于列与列之间的间隔方式。在第二矩形排列中，第二边缘燃烧器甲板部分1106b的孔204彼此隔开节距p1。第二矩形排列中的孔204被布置为以节距p1彼此隔开的三行，以及以节距p1彼此隔开的三列。在一个示例中，行与行之间的间隔方式不同于列与列之间的间隔方式。
150.燃烧器甲板部分106的孔204根据与第二边缘燃烧器甲板部分1106b的孔204相同的第二矩形排列来布置。
151.在图11的实施例中，燃烧器甲板104被布置为用于气体燃烧器100以燃烧氢气。在燃烧氢气的情况下，孔204的组合表面形成燃烧器甲板104小于5.0％的表面积以防止逆燃。在另一实施例中，图11的燃烧器甲板104用于气体燃烧器以燃烧化石气体，诸如甲烷或丙烷。
152.图12公开了根据本发明一个实施例的具有双曲面的燃烧器甲板104的细节。代替前述实施例中的圆柱形气体燃烧器，表面102在此形成具有弯曲表面的线形气体燃烧器。线形气体燃烧器沿x方向延伸。线形气体燃烧器在yz平面内具有类似于圆角金字塔形状的横截面。替代地，线形气体燃烧器在yz平面中具有半圆形或三角形或抛物线形横截面。在一个示例中，沿纵向方向，线形气体燃烧器的横截面在纵向方向端部附近的尺寸小于中心处的尺寸。表面102具有燃烧器甲板104和盲表面114。盲表面114形成围绕燃烧器甲板104的凸缘。凸缘被布置为将气体燃烧器100安装在加热器具中。燃烧器甲板104伸出由盲表面114限定的平面。燃烧器甲板104具有例如沿y方向的横截面，该横截面的形状为圆弓形、三角形、圆边三角形、抛物线或双曲线形。燃烧器甲板104的纵向方向是沿x方向的方向。
153.表面102形成燃烧器甲板104，并且包括具有双曲率的表面部分1200。
154.在操作使用中，气体从表面102的凹入侧流经燃烧器甲板部分106的孔204，到达表面102的凸出侧。反应区200形成于表面102的凸出侧。图12描绘了表面102凹入侧的视图。
155.第一边缘燃烧器甲板部分1106a和第二边缘燃烧器甲板部分1106b布置在具有双曲率的表面部分1200上。表面部分1200在yz平面中具有半径为r1的曲率、在xz平面中具有半径为r2的曲率，并且在yz平面中具有半径为r3的另一曲率。在该示例中，半径r1等于半径r3，半径r2不同于半径r1和r3。在另一示例中，所有半径r1、r2和r3互不相同。在又一示例中，所有半径r1、r2和r3都是相同的。
156.表面部分1200形成部分燃烧器甲板104，并且形成部分盲表面114。替代地，表面部分1200不形成部分盲表面114，而是仅形成部分或全部燃烧器甲板104。
157.第一边缘燃烧器甲板部分1106a在表面部分1200上以半径r1和r2弯曲。第二边缘燃烧器甲板部分1106b在表面部分1200上以半径r2和r3弯曲。
158.针对待燃烧的气体设计燃烧器甲板部分106的孔204的尺寸。例如，在燃烧氢气的情况下，孔204的组合表面形成燃烧器甲板104小于5.0％的表面积以防止逆燃。在气体燃烧器被配置为用于燃烧化石气体的实施例中，孔204的组合表面小于燃烧器甲板表面的7.0％。并且一个部分的孔204的组合表面在该燃烧器甲板部分表面的5％至15％之间。
159.图12示出第一边缘燃烧器甲板部分1106a与第二边缘燃烧器甲板部分1106b成45
°
角。由于气体燃烧器的对称设计，表面102上布置有三个附加边缘燃烧器部分1206a。正如第一边缘燃烧器甲板部分1106a那样，三个附加边缘燃烧器部1206a被布置为与其它燃烧器甲板部分106成45
°
角。
160.根据需要，本文档描述了本发明的详细实施例。然而，必须理解的是，所公开的实施例仅用作示例，并且本发明还可以以其它形式实现。因此，这里公开的特定结构方面不应被认为是对本发明的限制，而仅仅是作为权利要求的基础和使本发明能够由本领域普通技术人员实施的基础。
161.此外，说明书中使用的各种术语不应被解释为限制性的，而是作为本发明的综合说明。
162.除非另有说明，本文所用的词语“一”是指一个或多于一个。短语“多个”是指两个或多于两个。词语“包括”和“具有”构成开放式语言，不排除存在更多元件。
163.权利要求中的附图标记不应被解释为对本发明的限制。特定实施例不需要实现所描述的所有目的。
164.在不同的从属权利要求中规定某些技术措施的事实仍然允许可以有利地应用这些技术措施的组合的可能性。