CN1991250A - 浓淡燃烧的燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种浓淡燃烧的燃烧器，利用浓火排与淡火排，将浓淡焰孔以交错排列形成浓淡燃烧，而构成两两相邻焰孔浓淡燃烧的燃烧状态，有效将浓淡燃烧的燃烧器体积小型化，而可应用于家用瓦斯炉或瓦斯热水器，进而降低污染气体排放与稳定燃烧。

Description

浓淡燃烧的燃烧器

技术领域

本发明是有关于一种燃烧器，应用于小型化燃烧系统，比如为家用瓦斯炉、热水器等，特别是一种应用于小型化燃烧系统的浓淡燃烧的燃烧器。

背景技术

浓淡燃烧的设计，能有效降低一氧化氮(NO)与一氧化碳(CO)的排放比例，可称为最符合环保的燃烧方式，学术研究常采用的浓淡燃烧器为美国伊利诺大学(University ofIllinois)Shu等人所采用的Wolfhard-Parker slot burner浓淡燃烧器，主要燃烧模式为部份预混火焰(partiallypremixed flame)燃烧为主，此部份预混火焰具有二个预混火焰燃烧区域(premixed reaction zone)，一为淡燃料(fuel-lean)燃烧区域，另一为浓燃料(fuel-rich)燃烧区域，可形成另一非预混(non-premixed)燃烧(或称扩散火焰，diffusion flame)区域。此三区域在三歧点(triple point)会合，称为三歧火焰(triple flame)，其中非预混火焰燃烧区域是由来自于浓燃料流动区域过剩的燃料，与浓燃料及淡燃料燃烧区域的氧气混合在当量浓度(stoichiometric mixing)的比例下进行扩散火焰燃烧，三歧火焰在燃烧理论中，例如火焰稳定性(stabilization)(换句话说，即增加稳定燃烧范围)、避免跳脱火焰(liftoff flame)、增加紊流混合(turbulentmixture)、与热释放(heat release)等现象扮演相当重要角色，由于热释放会影响燃气的流动扩散机制(flowdilatation)和浮力效应(buoyancy effect)，且三歧火焰具有对燃烧器区域内部若发生局部熄灭(local extinction)可使其重新点火(reignition)的特点。若仅考虑甲烷的浓淡燃烧，在浓燃料燃烧区域会产生CO和H2，淡燃烧区域是主要消耗甲烷的地方，后端扩散燃烧区域主要是将中间产物如CO和H2氧化形成CO2和H2O的地方。

然而，上述浓淡燃烧的燃烧器在空间上需要有浓燃料混合管与淡燃料混合管，其浓淡燃烧状态是利用多个蜂巢式小焰孔，形成浓燃料混合状态或淡燃料混合状态，因此其燃料供应的管线安排空间或燃料空气比例的控制机构，不易应用在小型民生用燃烧器，如瓦斯炉、热水器等。目前商业化的家用瓦斯热水器的设计，请参阅“图10”所示，是为最常见的设计，利用强制送风的方式将混合气(空气+燃气)由混合气入口71进入；另外，请参阅“图11”，是为浓淡燃烧的态样，混合气分为淡火排混合气与浓火排混合气，分别由淡火排混合气入口72与浓火排混合气入口73进气，而由顶面排出燃烧，而设计是为淡火排为条状排列，而淡火排的间隙则供浓火排混合气排出，来形成所谓的浓淡燃烧，但是实务上并无法如理想状态般，常态维持在浓淡燃烧状态，故实用性不高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种浓淡燃烧的燃烧器，是可有效小型化而应用于小型民生用燃烧器，如瓦斯炉、热水器等，符合环保的要求。

根据本发明所揭露的一种浓淡燃烧的燃烧器，应用于家用瓦斯炉、热水器，其特征在于，该浓淡燃烧器是包含有：

一浓火排，包含复数个焰孔；及

一淡火排，包含复数个焰孔，且进气量大于该浓火排的进气量，该淡火排的焰孔与该浓火排的焰孔呈数组式相互交错排列，而构成两两相邻的该焰孔浓淡燃烧的燃烧状态。

其中该浓火排是由复数支相互平行的混合气进气管所组成，且每一该进气管均设有复数个焰孔。

其中该浓火排还包含有一浓火排瓦斯管，连通于该些进气管，并用以供给燃器。

其中该淡火排是由复数支相互平行的混合气进气管所组成，且每一该进气管均设有复数个焰孔。

其中该淡火排还包含有一浓火排瓦斯管，连通于该些进气管，并用以供给燃器。

其中该浓火排是位于该淡火排的下方。

其中还包含有一送风机，以提高该燃烧器的空气进气量。

本发明浓淡燃烧的燃烧器，是包含有淡火排以及浓火排，浓火排是由复数支相互平行的混合气进气管所组成，且每一进气管均设有复数个焰孔，淡火排也是由复数支相互平行的混合气进气管所组成，且每一进气管均设有复数个焰孔，同时进气量(即燃烧空气)大于浓火排的进气量；而淡火排的焰孔与浓火排的焰孔呈数组式相互交错排列(如棋盘盘面排列)，而构成两两相邻的该焰孔形成浓淡燃烧的燃烧状态，如此，应用在小型民生用燃烧器，如瓦斯炉、热水器等，有效降低一氧化氮(NO)与一氧化碳(CO)的排放比例，使一般家用瓦斯炉、热水器更能符合环保的需求。

附图说明

为进一步说明本发明的详细内容及技术，以下配合附图说明如后，其中：

图1是为本发明浓淡燃烧的燃烧器示意图。

图2是为本发明浓淡燃烧的燃烧器的浓火排示意图。

图3是为本发明浓淡燃烧的燃烧器的淡火排示意图。

图4是为本发明浓淡燃烧的燃烧器浓火排、淡火排的配置示意图。

图5A是为本发明浓淡燃烧器的隔板示意图。

图5B是为本发明浓淡燃烧的燃烧器的家用瓦斯炉示意图。

图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F是为本发明浓淡燃烧的燃烧器的浓火排、淡火排细部示意图。

图7是为本发明浓淡燃烧的燃烧器的家用瓦斯炉另一实施态样示意图。

图8是为本发明浓淡燃烧的燃烧器的家用瓦斯炉结合送风机的示意图。

图9是为本发明浓淡燃烧的燃烧器的热水器示意图。

图10是为已知瓦斯热水器的示意图。

图11是为已知瓦斯热水器的第二实施态样示意图。

具体实施方式

根据本发明所揭露的浓淡燃烧的燃烧器，请参阅“图1”，主要是将浓火焰的焰孔11与淡火焰的焰孔12以数组式相互交错排列，而构成两两相邻的该焰孔形成浓淡燃烧的燃烧状态，而达到整体浓淡燃烧的燃烧器小型化的目的，进而能应用于小型民生用燃烧器，如瓦斯炉、热水器等。

为达成每个独立焰孔达成浓淡燃烧目的，如“图2”所示，首先请参阅家用瓦斯炉的实施态样，浓火排20设计为较小截面的侧向上方进气信道，并配合瓦斯管入口在渐缩信道附近卷入较少的一次空气量构成较浓的瓦斯量，其包含有复数支相互平行的混合气进气管21所组成，且每一进气管21均设有复数个焰孔211；而淡火排30设计如“图3”所示，为较大截面的侧向下方进气信道，在渐缩信道附近卷入较多的一次空气量构成较淡的瓦斯量，同样的，由复数支相互平行的混合气进气管31所组成，且每一进气管31均设有复数个焰孔311。由于浓火排20设计为上方进气道，与淡火排30下方进气信道错开设计，因此如“图5”所示，可构成交错排列数组形式的浓淡燃烧焰孔。

其中浓火排20的浓燃料混合状态可由较大截面积的信道，或设计混合管前端渐缩管及瓦斯管末端喷嘴，可形成文氏管效应卷入较多的空气量达成浓燃烧所需燃料与空气的混合量，此燃烧状态为部份预混火焰(partial premixed flame)；或搭配常用的渐缩管前缘入口一次空气挡板，以调整一次空气量达成控制空气燃料比例。

淡火排30的淡燃料混合状态可由截面积较小的信道，或设计混合管前端渐缩管及瓦斯管末端喷嘴，可形成文氏管效应卷入较小的空气量达成浓燃烧所需燃料与空气的混合量；或搭配常用的渐缩管前缘入口一次空气挡板，以调整一次空气量达成控制空气燃料比例；或利用瓦斯管直接衔接浓火排渐缩入口，则在浓火排混合管内完全以瓦斯燃料所充满，则燃料在浓火排喷嘴外直接与外界空气混合才进行燃烧，此燃烧状态则为扩散火焰(diffusion flame)。

如“图4”所示，由于浓火排20(或淡火排30)设计的浓火排瓦斯管22(或淡火排瓦斯管32)入口皆设计于同一侧，而相对另一侧则可设计固定支架，且如“图5B”所示，浓火排20与淡火排30交错排列的方式可简化瓦斯炉管线内部管线排列，易于安排配置于瓦斯炉内部的足够一次空气进入的空间；并且所有的焰孔211、311位置皆避开燃烧器顶部蜂巢式焰孔出口隔板40(见图5A)，其是为具有复数个交叉网状的隔板40，该隔板40具有固定浓淡火排相互的位置与增进各焰孔11、12进行浓淡燃烧的状态。设计各浓淡火排的焰孔11、12皆为于网状隔板40的网状中央位置。

请参阅“图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F”，浓火排20与淡火排30利用不同大小的渐缩口212、312，且浓火排20的混合气信道较淡火排30设计为窄，由于浓火排20的燃料即瓦斯量较淡火排30为小，或浓火排20混合气量(一次空气量较少)较淡火排30混合气(一次空气量较多)为小，因此浓火排20的截面积较淡火排30为小；并且由于需考虑瓦斯炉底部二次空气卷入的空间，因此浓火排20与淡火排30的宽度设计相同，但浓火排20的厚度较淡火排30为小，以争取二次空气卷入的空间与提供较多的信道给二次空气通过；即是浓火排20与淡火排30尽量减少阻挡二次空气卷入的区域。

并且由于浓火排20与淡火排30呈交错排列，配合浓火排20较小的混合气信道设计在浓火排20上部部分，而淡火排30较大的混合气信道则设计在淡火排30的下部部分，因此可有效错开浓火排20与淡火排30的混合气信道。另一方面，除了上述实施态样外，焰孔211、311分布的位置也可随家用瓦斯炉的态样而有所变化，请参阅“图7”，换句话说，本发明提出利用数组式交错排列浓、淡焰孔的设计，达到浓淡燃烧器小型化而可应用于家用燃烧器，而其焰孔分布不不局限。

请参阅“图8”，由于上述实施态样属于自然进气型式的浓火排20与淡火排30，在利用文氏效应卷入一次空气时，其一次空气量由理论与实务上是无法达成当量浓度(equivalence ratio)的燃烧空气量，因此不论是浓火排20或是淡火排30，在自然进气的情况下，其瓦斯与空气的混合管内，空气量是不足够形成燃烧况态，即浓燃料燃烧的情况，因此在自然进气的情况下仅能控制或达成浓火排20的空气量小于淡火排30的空气量，不论是浓火排20或是淡火排30的空燃比(空气与燃料比)的空气均不足，皆需要补足外界环境的二次空气，才能进行燃烧，故配合增设有送风机50补足不足的一次空气量，以强制送风形式才可将淡火排30的燃气空气量达到当量浓度燃烧的条件，甚至可控制达到淡燃料燃烧的情况。

如“图8”所示，送风机50除可提供浓火排20与淡火排30的一次空气外，还可提供与填满燃烧器其它区域的二次空气量，但由于浓火排20与淡火排30为交错型式，因此送风机50以侧向进气的方式可直接提供浓火排20与淡火排30混合管的空气，无其它阻隔的工件。

另一方面，应用于家用热水器，请参阅“图9”，由于一般热水器燃烧器空间配置为矩形，与瓦斯炉圆形不同，因此除了将整体燃烧区域设计为矩形，燃烧器底部浓火排20与淡火排30交错排列，构成各个浓燃烧焰孔211与淡然烧焰孔311两两相邻，并于燃烧器上部焰孔如蜂巢式排列的出口隔板40位置处，达成两两相邻出口即建立浓淡燃烧的燃烧状态。其中浓火排20与淡火排30的配置、细部结构，其达成浓淡燃烧的浓火排20或淡火排30与卷入一次空气的具体手段与上述热水器相同，故不再重复累述，其中，碍于热水器的配置，如增设有送风机，则以底部送风为佳。

虽然本发明以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。

Claims (7)

1、一种浓淡燃烧的燃烧器，应用于家用瓦斯炉、热水器，其特征在于，该浓淡燃烧器是包含有：

一浓火排，包含复数个焰孔；及

一淡火排，包含复数个焰孔，且进气量大于该浓火排的进气量，该淡火排的焰孔与该浓火排的焰孔呈数组式相互交错排列，而构成两两相邻的该焰孔浓淡燃烧的燃烧状态。

2、如权利要求1项所述的浓淡燃烧的燃烧器，其特征在于，其中该浓火排是由复数支相互平行的混合气进气管所组成，且每一该进气管均设有复数个焰孔。

3、如权利要求2项所述的浓淡燃烧的燃烧器，其特征在于，其中该浓火排还包含有一浓火排瓦斯管，连通于该些进气管，并用以供给燃器。

4、如权利要求1项所述的浓淡燃烧的燃烧器，其特征在于，其中该淡火排是由复数支相互平行的混合气进气管所组成，且每一该进气管均设有复数个焰孔。

5、如权利要求4项所述的浓淡燃烧的燃烧器，其特征在于，其中该淡火排还包含有一浓火排瓦斯管，连通于该些进气管，并用以供给燃器。

6、如权利要求1项所述的浓淡燃烧的燃烧器，其特征在于，其中该浓火排是位于该淡火排的下方。

7、如权利要求1项所述的浓淡燃烧的燃烧器，其特征在于，其中还包含有一送风机，以提高该燃烧器的空气进气量。

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