TW201437563A - 節能燃氣系統 - Google Patents

Abstract

本發明係為一種節能燃氣系統，其係透過預混模式之預混模組與擴混模式之擴混模組兩種混氣機制模式同時並存，設計螺旋或渦旋式預混模組完成燃料分子和氧化分子混合反應產生適燃料，經由整流罩導引流入擴混模組達成二度渦旋混氣，再由著燃板上的火焰孔做燃燒化學反應，著燃板之蓄溫提高著燃板溫度上升，使後續進入著燃板之適燃料升溫擴張，進一步細化可燃分子而產生「最大空燃比」，以及裂解空氣中的微量水分子做為補助燃料和助燃劑，達到高效率節能的目的。

Description

節能燃氣系統

本創作係關於一種燃氣系統，尤指一種預混模式與擴混模式並存之節能燃氣系統。

一般而言，燃燒就是以火焰呈現出來的燃氣和助燃氣在混合產生的放熱化學反應。例如，瓦斯爐、熱水器等諸如利用燃氣來燃燒產生熱能對物質進行加熱的裝置系統(以下統稱燃氣系統)。依燃氣系統而言，在產生燃燒反應時均須消耗燃氣與助燃氣(例如：氧氣)，若燃氣未能與助燃氣混合充足，則在進行燃燒反應時，無法完全燃燒，相對而言，則會增加燃氣的消耗，才能產生所需的熱能。

而一般通用的燃氣系統，大都先將燃氣與助燃物先進行混合，再進行燃燒的化學反應之方式即為目前所慣用的預混方式。換言之，預混方式代表著燃料分子和氧化物分子必須在燃燒反應之前預先混合，而混合的結果將會影響燃氣燃燒的效率。現行的預混方法係將燃氣從噴頭以直射方式噴入混氣管，一併將周圍的空氣帶入混氣管進行混和，最後送至著燃場(燃燒端)。然而，此種方式無法讓燃氣與助燃物有足夠的反應空間或時間來進行混合，故無法將燃氣完全運用(燃燒)，造成資源的浪費。

鑑於上述問題，本發明係提供一節能燃氣系統，透過預混模式與擴混模式同時並存，使燃氣與空氣(助燃氣)的混合不僅更為完全，且利用著燃板之蓄溫，進一步提高燃燒反應之高溫，將後續進入之適燃料升溫擴張，進一步細化可燃分子而產生最大空燃比，而後產生煙囪效應並 將空氣中微量水分子裂解為補助燃料與助燃劑，達到最佳的節能效率。

為達上述目的，本發明之節能燃氣系統主要包括一預混模組、一擴混模組與一整流罩；其中，該預混模組包含一管體、至少一第一助燃氣入口與一燃氣注入單元，該管體中設有一預混空間，該第一助燃氣入口係用以供助燃氣進入該管體，該燃氣注入單元係設置於該管體之一端，並位於該預混空間之一側，用以提供燃氣注入該預混空間，並使燃氣於該預混空間內以螺旋或渦旋路徑前進；該擴混模組係位於該預混空間相對該燃氣注入單元之另一側，包含一上座體與一著燃板，該上座體中設有一擴混空間，該著燃板係設置於該上座體中，位於該擴混空間上方，並開設有複數個火焰孔；該整流罩結合於該上座體，並位於該預混空間與該擴混空間之間，中央開設有一整流孔，用以供該預混空間內混合的燃氣與助燃氣流入該擴混空間。

藉由本發明，利用燃氣注入單元形成螺旋或渦旋的混氣機制，於設計之預混空間與空氣(助燃氣)完成混合產生適燃料，並由著燃板上的火焰做燃燒化學反應，藉由燃燒反應持續升溫，使後續進入之適燃料升溫擴張，可燃分子細化而產生最大空燃比，並利用高溫著燃板驅動空氣中水分子裂解為補助燃料與助燃劑，達到最高強度的節能效率。

較佳者，該燃氣注入單元係設置於該管體一端靠近管壁位置，並設有一呈斜角注入燃氣之燃氣注入口，用以使注入該預混空間之燃氣以螺旋路徑前進，又，該第一助燃氣入口係設置於該管體側壁，並位於該燃氣注入口下方位置。

較佳者，該燃氣注入口與水平夾角可為45度至85度。

較佳者，該預混模組於該管體之一端設有一盤體，該燃氣注入單元係設置於該盤體中央，且該盤體於該燃氣注入單元周圍進一步設有至少一第一助燃氣入口。

較佳者，該燃氣注入單元設有一導引槽，該導引槽概呈半圓形體，其底部連接有一弧形通道，用以提供燃氣流入該導引槽，並於該導引槽頂部設有一燃氣注入口，用以使注入該預混空間之燃氣以渦漩路徑前進。

較佳者，該管體可為文字(氏)管，並於靠近該擴混空間之一端設有一集束部，用以約束適燃料從預混空間流至擴混空間的流向。

較佳者，該燃氣注入口係進一步連接設置一流量控制機構，用以控制燃氣注入的流量和燃氣注入幅度。

較佳者，可進一步包括一外殼體，該預混模組係結合於該外殼體之一底座，並位於該外殼體中，且該底座開設有至少一第二助燃氣入口，該擴混模組上座體係結合於該外殼體相對該底座之另一側；透過該外殼體，可有效避免燃燒之火焰發生回火。

較佳者，該整流罩凹設有一凹向該擴混空間之弧狀凹緣，藉以使預混空間產生之適燃料與外殼體中之空氣可更順暢的流入擴混空間。

較佳者，該著燃板可進一步由陶瓷材料組成，使燃燒反應可更快速的達到預定的高溫。

較佳者，該流量控制機構包含有一可相對該燃氣注入口作動之針體，以及一直接或間接連結該針體之導桿，藉由利用導桿帶動針體作動，使用者可輕鬆地透過調整導桿來控制該燃氣注入口燃氣注入的開關或大小。

較佳者，該流量控制機構進一步包含一連桿，該連桿設有一固定點，使該連桿依該固定點為軸心轉動，且該連桿之兩端係分別連接該導桿與一指撥件；藉此，透過適當的配置，使用者僅需撥動指撥件，即可完整地調節燃氣注入的開關或火力大小。

較佳者，該導桿可於連接該連桿之位置設有一長孔或該連桿可於連接該導桿之位置設有一長孔，藉以達到最佳的連動效果。

較佳者，本發明節能燃氣系統進一步設有一預熱管路連結至該燃氣注入單元，用以於燃氣進入該弧形通道前提升燃氣之溫度，且可配合使用其他型態之燃料，利用預熱管路先行升溫，加速分子細化並轉化為氣態流入弧形通道，有效減少後續燃氣升溫所需的時間，使燃氣的燃燒更為完全，提升整體之之效能。

較佳者，該預熱管路係可設置於該擴混空間中，利用擴混空間中蓄存的高溫來達到預熱的功效，有效地節省預熱所需的能源。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

1‧‧‧節能燃氣系統

10‧‧‧外殼體

11‧‧‧底座

111‧‧‧第二助燃氣入口

12‧‧‧側殼體

20‧‧‧預混模組

21‧‧‧管體

211‧‧‧預混空間

212‧‧‧第一助燃氣入口

22‧‧‧燃氣注入單元

223‧‧‧燃氣注入口

30‧‧‧擴混模組

31‧‧‧上座體

311‧‧‧擴混空間

312‧‧‧上蓋

313‧‧‧下蓋

32‧‧‧著燃板

321‧‧‧火焰孔

40‧‧‧整流罩

41‧‧‧整流孔

42‧‧‧弧狀凹緣

50‧‧‧預混模組

51‧‧‧管體

511‧‧‧預混空間

512‧‧‧集束部

52‧‧‧燃氣注入單元

521‧‧‧導引槽

522‧‧‧弧形通道

523‧‧‧燃氣注入口

53‧‧‧盤體

54‧‧‧流量控制機構

541‧‧‧針體

542‧‧‧抵頂件

543‧‧‧導桿

544‧‧‧連桿

545‧‧‧長孔

546‧‧‧指撥件

531‧‧‧第一助燃氣入口

60‧‧‧導引管路

61‧‧‧預熱管路

70‧‧‧操控面板

A‧‧‧螺旋路徑

B‧‧‧渦旋路徑

C‧‧‧空氣流動路徑

D‧‧‧燃氣流動路徑

P‧‧‧固定點

第1圖係為本發明第一實施例之立體示意圖；第2圖係為本發明第一實施例之元件分解示意圖：第3圖係為本發明第一實施例之剖面結構示意圖；第4圖係為本發明第一實施例預混模組氣體混合路徑側面示意圖；第5圖係為本發明第一實施例預混模組氣體混合路徑俯面示意圖；第6圖係為本發明第一實施例擴混模組氣體混合路徑示意圖；第7圖係為本發明第二實施例之剖面結構示意圖；第8圖係為本發明第二實施例預混模組剖面結構示意圖；第9圖係為本發明第二實施例燃氣注入單元與盤體俯面示意圖；第10圖係為本發明第二實施例燃氣注入單元與盤體剖面結構放大示意圖；第11圖係為本發明第二實施例預混模組氣體混合路徑側面示意圖；第12圖係為本發明第二實施例導引槽與弧形通道中燃氣形成渦漩之流動路徑示意圖；第13圖係為本發明第二實施例氣體流動示意圖；第14圖係為本發明第二實施例進一步改良之立體示意圖；第15圖係為本發明第二實施例進一步改良之剖面示意圖；第16圖與第17圖係為導桿帶動針閥作動之示意圖；第18圖係為導桿與連桿作動關係示意圖。

請參閱第1圖至第3圖所示本發明第一實施例之示意圖，本發明之節能燃氣系統1，其包括一外殼體10、一預混模組20、一擴混模組30與一整流罩40。其中，外殼體10包含一底座11與一側殼體12，底座11係結合於側殼體12下方，並設有至少一第二助燃氣入口111，用以使外部空氣(助燃氣)流入外殼體10中。

預混模組20係設置於底座11上，包含有一管體21與一燃氣注入單元22，燃氣注入單元22係設置於管體21之一端，與管體21一併設置於底座11上，管體21於燃氣注入單元22上方設有一預混空間211，燃氣注入單元22設有一燃氣注入口223，用以提供燃氣注入預混空間211，管體21的側壁於相對於燃氣注入口223下方位置設有至少一第一助燃氣入口212，用以供空氣(助燃氣)進入管體21，使燃氣注入口223注入燃氣時，可一併帶動空氣以螺旋路徑A(如第4圖與第5圖所示)在預混空間211中前進，於所設計的預混空間211中混合形成適燃料。

擴混模組30係結合於側殼體上方，並位於預混空間211相對燃氣注入單元22的另一側，其包含有一上座體31與一著燃板32，上座體31至少包含一上蓋312與一下蓋313，並於其中形成一擴混空間311，著燃板32係設置於上座體31中，並位於擴混空間311上方，其上開設有複數個蜂巢狀火焰孔321，用以供二次混氣後的適燃料排出進行燃燒反應。

整流罩40係結合於上座體31下端，並位於預混空間211與擴混空間311之間，其中央開設有一整流孔41，並由周圍向中央逐漸凹向擴混空間形成一弧狀凹緣42，用以供預混空間211內混合後的適燃料(燃氣與助燃氣)與外殼體10中的空氣(助燃氣)可順暢流入擴混空間311中做第二次渦旋式混氣。

藉由第一實施例所述之節能燃氣系統1，有效結合預混模式與擴混模式的機制，利用預混模組20於設計之預混空間211內完成燃料分子和氧化分子混合反應產生適燃料，再透過整流罩40導入擴混空間311中，利用擴混模組30達到二次混氣後的適燃料排出進行燃燒反應，以及透過著燃板的蓄溫有效地提高燃燒反應之溫度，將後續進入之適燃料升溫擴張，進一步細化可燃分子而產生最大空燃比，而後產生煙囪效應並將空氣中水 分子裂解為補助燃料與助燃劑，達到最佳的節能效率。

又，如第4圖至第6圖所示，本實施例之燃氣注入單元22，係設置於管體21中靠近管壁之位置，且其所開設之燃氣注入口223係呈斜角，以斜射的方式將燃氣注入預混空間211中，以達到使燃氣呈螺旋路徑A前進的目的；根據本實施例之概念，可依使用之環境調整螺旋路徑A之旋轉方向，譬如因南北半球自然氣旋規率的差異性而調整為順時針或逆時針之螺旋路徑，以及調整燃氣注入口223之注入角度，經本發明人多次測試，燃氣注入口223與水平的夾角為45度至85度為較佳，藉此可使預混模組20之預混模式達最佳效率。

當燃氣自燃氣注入口223注入預混空間211時(如第4、5圖所示)，透過燃氣注入時的流動所產生的氣流，帶動位於後方(即為位於燃氣注入口223下方)所開設之第一助燃氣入口111所流入之空氣(如圖式中空氣流動路徑C所示的路徑)一併以螺旋路徑A前進，於預混空間211中進行混合反應，以完成氧飽和形成適燃料；又如第6圖所示，為預混空間211混合後的適燃料經由整流罩40流入擴混空間311時，可透過整流罩40的弧狀凹緣42，一併將外殼體10中的空氣帶入擴混空間311(如圖式中空氣流動路徑C所示的路徑)，並透過著燃板32上的火焰孔321流出進行燃燒反應，當燃燒反應進行時，透過著燃板32蓄溫效應達到高溫，使後續流入擴混空間311的適燃料擴張升溫，將可燃分子細化而產生最大空燃比，並利用高溫著燃板32驅動空氣中水分子裂解為補助燃料與助燃劑，藉此來達到最高強度的節能效率。

請參閱第7圖至第10圖所示之第二實施例，其與第一實施例所述預混模式與擴混模式的原理相同，在第二實施例中，外殼體10、擴混模組30與整流罩40之結構與功效均與第一實施例相同，在此不再贅述，合纖敘明；而第二實施例所採用之預混模組50，主要係包含一管體51、一燃氣注入單元52與一盤體53；其中，管體51係為文字(氏)管，於其中設有一預混空間，且於靠近該擴混空間之一端設有一集束部512；盤體53係設置於管體51的下端，且與管體51一併結合與底座11上；燃氣注入單元52係設置於盤體53上方，並位於盤體53的中央位置，盤體53於燃氣注 入單元52周圍處，開設有複數個第一助燃氣入口531，燃氣注入單元52包含有一導引槽521與一弧形通道522，導引槽521係為概呈半圓形體的空間，頂部開設有一燃氣注入口523，弧形通道522一端係連接導引槽521底部的一側，另一端則為燃氣進料口，透過導引槽521與弧形通道522之設計(請配合第12圖所示)，使燃氣可順著弧形通道522與導引槽521的弧度產生渦旋，使從燃氣注入口523注入預混空間511的燃氣係以渦旋路徑B前進。

在此實施例中，亦可依使用之環境調整渦旋路徑B之旋轉方向，透過改變弧形通道522所設置的位置，可使調整燃氣注入口523注入預混空間511的渦旋路徑B呈順時間或逆時針渦旋，達到配合南北半球自然氣旋規率最佳使用狀態。

再請配合參閱第11圖至第13圖，如同第一實施例之原理，第二實施例之預混模組20由燃氣注入口523將燃氣注入管體51的預混空間511中，使燃氣帶動從第一助燃氣入口531流入的空氣(如第11圖所示的空氣流動路徑C)，一併進入管體51(文字管上段)的預混空間511，進行混合反應完成氧飽和，產生可燃燒的適燃料，在此實施例中，如第11圖與第13圖所示，當渦旋路徑B向上行進時，渦旋的徑面亦隨文字管51的側壁擴張，使燃氣有效地在預混空間511行進中與空氣進行混合反應產生適燃料，再透過管體51上方的集束部512控制適燃料流出的角度，流入擴混空間311。

又，燃氣注入口523可進一步連接設置有一流量控制機構54，利用流量控制機構54可控制燃氣注入的流量或是燃氣注入的幅度，藉以達到混氣效果之目的。其中，圖中所示係為其中一種流量控制機構54，於實務上有數種可用於調節氣體輸出的閥門，故不以此為限，於此合先敘明。於圖式所示的流量控制機構54係利用一針體作為閥門，如第8圖與第10圖所示，當針體完全插入燃氣注入口523後，將使得燃氣無法通過，達到關閉之目的，而在針體逐漸進入或遠離燃氣注入口523時，其將改變燃氣得以經過燃氣注入口523的量，因而具有控制流量之功能。另，如坊間使用的球閥或是電子閥等，皆可運用於此，藉以調整控制進入的燃氣。

再者，根據本發明第二實施例之結構，可做進一步的改良， 如第14圖與第15圖所示，燃氣注入單元52進一步連接有一導引管路60，用以提供燃氣流入燃氣注入單元52之弧形通道522；而導引管路60中可設有一段提供燃氣升溫的預熱管路61，用以使燃氣進入燃氣注入單元52前可先行升溫，提昇後續混氣過程與燃燒過程之效能；此外，流量控制機構54包含有一針體541，並可經由一導桿542的帶動來控制流量的開關或大小，以提升使用的便利性。

於第14圖及第15圖中，導引管路60係連接至燃氣注入單元52，並以單一方向從外部將燃氣導引至燃氣注入單元52之弧形通道522中，在導引管路60導引燃氣的過程中，設置有一段由導熱材質(如銅管)構成的預熱管路61，透過預熱的方式，可使其他型態(如液態)燃料之分子加速細化並轉化為氣體型態，以及提高燃氣的溫度，待燃氣後續進入預混空間511及擴混空間311後，能更快速更完整的完成混合及燃燒，達到最佳的節能功效；而在本實施例所教示的預熱方式，其係將預熱管路61設置於擴混空間311中，利用擴混空間311蓄存的高溫來對後續即將進入燃氣注入單元52的燃氣或燃料提供預熱升溫，因此無須於外部設置有加熱裝置來進行預熱，有效節省成本並提升整體之效能。

再請一併參閱第14圖至第18圖，流量控制機構54至少包含有一針體541、一抵頂件542及一導桿543；其中，流量控制機構54於實務上有數種控制與作動的方式，圖中所示係為其中一種，故不以此為限，於此合先敘明。如第16圖與第17圖所示，針體541係可相對燃氣注入口523作動，抵頂件542具有螺紋並抵頂於針體542下方，導桿543固接於該抵頂件542，並可以抵頂件542為軸心轉動；藉此，當導桿543帶動抵頂件542轉動時，透過抵頂件542螺紋的結構可帶動針體541一併上下作動，進而達到調節燃氣注入口523中燃氣注入的開關或大小。又，流量控制機構54可進一步包含有一透過固定點P固定之連桿544，使連桿544可以固定點P為軸心轉動(如第18圖所示)，而連桿544之一端係可經由一長孔545與導桿543相連接，並於另一端連結至一設置於外部操控面板70之指撥件546，透過導桿543與連桿544間適度比例的配置，使用者僅須小幅度的撥動外部操控面板70上的指撥件546，即可輕鬆地控制燃氣注入的開關或大 小，有效地提升使用上的便利性。

綜上所述，透過本發明實施例所揭露之原理與結構，明顯可了解本發明為並存了預混模式與擴混模式兩種機制的燃氣系統，利用預混模組20、50於預混空間211、511中混合產生適燃料，再利用擴混模組30做二次混氣後，並使混合後的適燃料排出進行燃燒反應，藉由著燃板蓄溫，有效提高溫度將後續進入之適燃料升溫擴張，進一步細化可燃分子而產生最大空燃比，而後產生煙囪效應並將空氣中水分子裂解為補助燃料與助燃劑，達到最佳節能功效，確已具有產業上之利用性、新穎性及進步性。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

11‧‧‧底座

111‧‧‧第二助燃氣入口

12‧‧‧側殼體

20‧‧‧預混模組

21‧‧‧管體

211‧‧‧預混空間

212‧‧‧第一助燃氣入口

22‧‧‧燃氣注入單元

223‧‧‧燃氣注入口

30‧‧‧擴混模組

31‧‧‧上座體

311‧‧‧擴混空間

312‧‧‧上蓋

313‧‧‧下蓋

32‧‧‧著燃板

321‧‧‧火焰孔

40‧‧‧整流罩

41‧‧‧整流孔

42‧‧‧弧狀凹緣

Claims (15)

1. 一種節能燃氣系統，其係包括：一預混模組，包含：一管體，其中設有一預混空間；至少一第一助燃氣入口，用以供助燃氣進入該管體；一燃氣注入單元，設置於該管體之一端，並位於該預混空間之一側，用以提供燃氣注入該預混空間，並使燃氣於該預混空間內以螺旋或渦漩路徑前進；一擴混模組，位於該預混空間相對該燃氣注入單元之另一側，並包含：一上座體，其中設有一擴混空間；一著燃板，設置於該上座體中，位於該擴混空間上方，並開設有複數個火焰孔。
2. 如請求項1所述之節能燃氣系統，其中該燃氣注入單元係設置於該管體一端靠近管壁位置，並設有一呈斜角注入燃氣之燃氣注入口，用以使注入該預混空間之燃氣以螺旋路徑前進，又，該第一助燃氣入口係設置於該管體側壁，並位於該燃氣注入口下方位置。
3. 如請求項2所述之節能燃氣系統，其中該燃氣注入口與水平夾角可為45度至85度。
4. 如請求項1所述之節能燃氣系統，其中該預混模組於該管體之一端設有一盤體，該燃氣注入單元與該至少一第一助燃氣入口係設置於該盤體，且該至少一第一助燃氣入口係位於該燃氣注入口周圍之位置。
5. 如請求項4所述之節能燃氣系統，其中該燃氣注入單元設有一導引槽，其底部連接有一弧形通道，用以提供燃氣流入該導引 槽，並於該導引槽頂部設有一燃氣注入口，用以使注入該預混空間之燃氣以渦漩路徑前進。
6. 如請求項5所述之節能燃氣系統，其中該管體可為文字(氏)管，並於靠近該擴混空間之一端設有一集束部。
7. 如請求項5所述之節能燃氣系統，其中該燃氣注入口係進一步連接設置有一流量控制機構。
8. 如請求項1或2或5所述之節能燃氣系統，可進一步包括一外殼體，該預混模組係結合於該外殼體之一底座，並位於該外殼體中，且該底座開設有至少一第二助燃氣入口，該上座體係結合於該外殼體相對該底座之另一側。
9. 如請求項1或2或5所述之節能燃氣系統，其中該預混空間與該擴混空間之間可進一步設有一整流罩，且該整流罩設有凹向該擴混空間之弧狀凹緣，並設有一整流孔，用以供該預混空間內混合的燃氣與助燃氣流入該擴混空間。
10. 如請求項1或2或5所述之節能燃氣系統，其中該著燃板可進一步由陶瓷材料組成。
11. 如請求項7所述之節能燃氣系統，其中該流量控制機構包含有一可相對該燃氣注入口作動之針體，以及一直接或間接連結該針體之導桿，藉由該導桿帶動該針閥作動以調節該燃氣注入口燃氣注入的開關或大小。
12. 如請求項11所述之節能燃氣系統，其中該流量控制機構進一步包含一連桿，該連桿設有一固定點，使該連桿依該固定點為軸心轉動，且該連桿之兩端係分別連接該導桿與一指撥件。
13. 如請求項12所述之節能燃氣系統，其中該導桿可於連接該連桿之位置設有一長孔或該連桿可於連接該導桿之位置設有一長孔。
14. 如請求項5所述之節能燃氣系統，進一步設有一預熱管路連結至該燃氣注入單元，用以於燃氣進入該弧形通道前提升燃氣之溫度。。
15. 如請求項14所述之節能燃氣系統，其中該預熱管路係可設置於該擴混空間中。