TWI276517B - Port for a fan chamber - Google Patents

Description

1276517 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於風扇室之排氣口，更具體說，更特別有關於利 用風扇室之燃燒動力結合件驅動工具，其中，風扇室具有一個 排氣口 ’經由排氣口壓縮氣體從風扇室向室外低壓空間排出。 【先前技術】 燃氣設備是該技藝所熟知的。這種技術在燃燒動力結合件驅 /動工具中也取得了實際應用。在讓予Nikolich之美國重新發證 之專利第Νο·32,452號，以及美國專利第4,522，162,4,483 473 4,483,474, 4,403,722, 5，197,646 和 5,263,439 號中描述了這類 工具之一種樣式，也就是可用來將結合件驅入工作物件内的 impulse®品牌工具，以上之專利係在此併入本案參考。類似 的以燃燒為動力之鐵釘和u形釘驅動工具可以在vemon Hills， Illinois的mv_Paslode以品牌impulse⑧購買到，也可在^ 國 Bourg-Les-Valence 的 ITW_S.RI.T·以品牌PULSA⑧購買到。 圖1中給出一種已知之燃燒動力結合件驅動工具。工具1〇 具有大體為手搶形之工具外殼12，外殼内有一小型内燃機引 擎内燃機引擎以也被稱為燃料電池之壓縮燃料氣體罐（於 圖未不）為動力。以蓄電池為動力之電子配電單元(於圖未示） 產生點火用的火花，燃燒室18内之風扇16既提供燃燒室18 内的有效峨，_梅助魏置之雜作㈣各棚助過程。 這些輔助過程包括：將燃料引入燃燒室18中；混合燃燒室 ^，的燃料m和空氣；清除或吹掃燃燒副產品。除這些辅助過 風扇還用於冷卻工具及提高燃燒能量輸出。内燃機引擎 包括往復運動之活塞20，活塞20有一個配置在單缸體24 1276517 中-之細長剛性驅動板22。 =26沿缸體24作轴向往復運動，並當工件接觸件烈在 於圖未示）終端處緊壓於卫作物件奶時，_經由連 二燒室丨8。這個壓緊動作還將啟讎_量閥（於 圖未示），將一定量之燃料引入關閉之燃燒室18中。 ^動扳機_ 32時，將產生峰雜_、機引擎14燃燒室 n、Γ次用量燃氣之火花，於是，活塞20和驅動板22向下 擊並技擊已就位的結合件（於圖未示），並將結合件驅入工 =物件30中。隨後，活塞2〇因缸體24内之_差而返回至 ，原始或“準備”位置。、结合件以昆倉方式饋至端頭Μ内， 結合件在該處適當配置定向，以接受驅動板22之撞擊。 —燃料/空氣氣體渴合物點燃時，燃燒室18中之燃燒通過燃燒 至18内之排氣口 36傳輸點燃的氣體，這導致了活塞/驅動板 組合件2〇/22之加速，如果此時端頭内有結合件，則還將 結合件穿人工作物件30内。燃燒室18中之燃燒壓力是一個需 要重要考慮的因素，因為這個壓力會影響活塞2〇驅動結合件 的ΐ量。ί他重要因素有通過排氣口 36送出點燃氣體以驅動 活基以及完成引擎兩次燃燒過程間之辅助過程所需的時間。 在燃燒期間，大量燃氣必須在短時間内從燃燒室18輸送至 缸體24。風扇16藉由其旋轉可加速此過程。風扇16之效率 在很大程度上受到燃燒室18和缸體24設計和連接方式的影 響。風扇16還有若干其他功能。風扇16混合空氣和燃料，吹 除廢氣，冷卻工具10，還能提高燃燒能量輸出。 現在參見圖2和4,圖中說明了燃燒室18内風扇16旋轉的 作用·。風扇16旋轉時，燃燒室18内會生成沿方向人之漩渦。 旋渦的速度在旋轉中心處為零，而在最靠近燃燒室18之外壁 38處為最大。通常將燃燒室18做成圓筒形，以使漩渦沿圓形 方向的效率達到最大。旋渦從旋轉中心到外壁38的速度分佈 1276517 變化一般可認為是線性增加的，在圖2中可看得最清楚，它是 燃燒室18圓筒壁38圓形截面半徑之函數。 漩渦流動係經由位於連接外壁38之盤形頂板40上的排氣口 36而向燃燒室18外面傳輸。板40上至少有一個口。為使大 量氣體快速通過排氣口 36，排氣口 36應盡可能大，並設置在 遠離板40中心且靠近旋渦速度最大之外壁38處。板4°〇的中 心部分常常是實心的，它可作為安裝閥和限流器組合件42的 合適位置’這在圖3中看得最清楚。 排氣口 36之形狀和閥/限流器42決定了氣體通過排氣口 36 之所產生截面氣流的分佈。本發明人發現，當排氣口 ％是圓 形時，所得到之截面氣流是橢圓形，並且不一致橫穿 氣口 36, _ 4中可看得最清楚。這種不—^ 排氣口 36之氣流變得不穩定，因而可能熄滅穿過排氣口之已 點燃氣體的火焰。雖然這種熄火是不希望發生的，但是，即使 氣體接觸活塞20時已經不再燃燒，它仍能傳輸燃燒室18中的 點燃氣體的足夠壓力，以充分加速驅動板22。然^，避免火 焰熄滅可獲得較高的能量燃燒。 ' 在這種類型之燃燒室中採用圓形排氣口有若干明顯的缺 點。圓形排氣口無法利用風扇16所產生氣流之自然·速产分 佈。如前所述，氣流的速度分佈隨遠離旋轉中心而線'性增I。 1而，按定義，圓形排氣口總有一半面積是隨遠離旋轉中心而 ，減的。因此，圓形排氣口 36離旋轉中心最遠的線性面積趨 近於零，而該處的氣流速度分佈卻為最大。因此，圓形排氣口 36不可能使通過它的氣流有最大的能量，這也是不^望^的 結果β 為從燃燒中取得更多能量，人們在類似的工具社播由 多燃燒室系統。在共同審理、共同讓與之美國專利申於 理人鵠號No 13696)中描述了一種這類較佳系統，利申 1276517 請案在此併入本案參考。當多個燃燒室共用一個風扇，則風 之效率也受到多燃燒室之設計和連接方式的影響。 在這種多燃燒室構造中，通過排氣口之氣流的最大輸出係藉 由形成一限制通道供氣體從一個燃燒室至另一個燃燒室而^ 到。這種限制通道由閥，限流器，排氣口，和遮板的組合形 連接一個燃燒室之排氣口通常包括一個針閥，針閥一般是保 在關閉狀態m從第三燃燒室返回至第—燃燒㈣壓力倒 流。限流器實際限制了流動氣體打開閥之程度。 ，然而’在具有圓形排氣口之這類工具中採用一限制較強之通 道以取得更多_燒動力，這樣可能於輯初期對卫具將 從一個燃燒室正常傳輸至下一個燃燒室之能力有負面 響。此外，在只有一個風扇之多容積燃燒室中利用遮板，排g 口:闕，和閥限流器來連接各室時，能提供穩定性能之操作環 境系統會明賴窄。這闕高的不敎可紐也會增高燃 體之火焰通過限舰道從—個錢至另L滅的可能^生。 多燃燒室結構中的火祕滅可以是—個嚴制題。當一 之ί體不能點燃下—室中之氣體時，第—室内的燃燒 ίίϊί丨t 下—室中之氣體大量吸收。換言之，火焰 •ΙΓ厭11達'舌基之氣體壓力將低於進入室接觸活塞之空氣流 线乡時，火祕絲紅购雜賴力損失 氣，，過關通道_穩定性還可能縮 間通逼的限制和複雜程度提高而不期望地提冑。因此， 布！有一種可克服上述諸問題的改良結構。 【發明内容】 1276517 =之各種問題可由用於風扇室之本發明排氣口 5包含可燃氣體之整體室結構為特點。室内的風ί 流^至内乳歉仙，並形成可使氣體更快通過排氣口的二 少風翁提供—瓣氣口，該顯室由至 ^面大體連_細卿狀容麟成，触直 f壁和相對水平出口壁。在該容積中設置有—風扇，風扇 =上述#水平壁中至少一個壁所界定之平面平行的平面 轉。排氣口係被構成具有置於出口壁中心和出口壁外邊 的一個内側、位於内側和出口壁外邊緣之間的一個外二 =側和出Π壁中心之間的内邊緣，和連接外侧之相應端至内^ 的二割線側。内侧可以是一條直線或相對於出口壁中心的一條 凸形，、。經由設計，排氣口被構造成可利用旋轉風扇所形成白勺 自然氣流，因而可更有效地推動容積外的氣體。 在另一實施例中，本發明之排氣口實際上可用作為多室氣體 燃燒動力k備之一個容積間的連通口。這種設備包括至少二個 至和一個可導致设備内燃氣打旋的風扇。二個室中的第一室界 疋第一容積，第二室界定第二容積。二個容積之間的連通口被 構造和設置以使燃燒氣流從第一容積進入第二容積。連通口的 形狀與橫向于連通口所觀察到之渦旋燃氣的速度分佈及燃燒 氣流相符合。 本發明之排氣口能更符合經由旋轉風扇通過排氣口之氣體 和其他物料的自然速度分佈。因為更適應於這種速度分佈，本 發明可以在更短的時間内使更多的氣體和物料通過排氣口，從 而用在燃燒設備中時能有更高能量燃燒。 【實施方式】 現在參見圖5和6，風扇室總體表示為50，它包括設置在盤 !276517 上的排氣口 52。盤54形成室50之一大體水平壁，並與大 j垂直f壁56之形狀相符，以在一端處密封壁56。盤54和 inf較佳是剛性金屬體，但也可用技藝中熟知之其他堅固， 般，和阻燃材料所製造。盤54和壁56較佳分別形成為扁平 I和圓筒，但熟知該技藝者知道，也可以在不脫離本發明的情 $可採用許多其他形狀，以在壓力下將室内氣體之旋渦 排軋口傳輸至外部容積。 =内的風扇58在大體平行於盤54之一個平面内旋轉，並形 成沿方向B的氣體渦旋。可燃燃料被饋送至室5〇中，較佳送 至風扇58上游，室50之低壓區内。用於燃燒動力結合件驅動 工具之MAPP氣體是一種合適之燃料，但也可使用該技藝常 用之任何一種已知可燃燃料。燃料在室50中與空氣混合^形 成可燃氣體。旋轉的風扇58則快速，均勻混合室5〇内的煥料 與空氣。 與室50成可操作關係的點火源（於圖未示）較佳是設置在 風扇58之上游，並且產生火花以點燃室5〇内可燃燃料/空氣 作匕&物，所形成的火焰從點火源朝風扇下游向盤μ傳播，盤 54較佳設置在職的下游。燃料產生的壓力使火焰成為高= 量之火焰喷射經由排氣口 52從室50中推出。在給定時間内能 通，排氣口 52的燃燒氣體越多，所產生的火焰喷射的能量就 越高。本發明人發現，排氣口 52之形狀可明顯影響在給定時 間内通過排氣口的氣體量。 可 燃燒之後，希望能迅速清除/吹掃室5〇中的燃燒副產品。旋 轉風扇58也有利於更快地清掃室5〇。本發明人還發現，排氣 口 52之形狀也影響到可被吹掃或用其方法通過排氣口 52從^ 50排出的不可燃氣體量。在這方面，本發明具有僅用作點燃 可燃氣體之排氣口以外的其他用途。 現在參見圖5，如前面所討論的，本發明人已發現，可利用 10 1276517 風扇58所產生之漩渦自然速度分佈的排氣口 52形狀是非常有 用的。一種較佳的形狀係針對旋渦流速度分佈提供一較恒定之 戴面面積。排氣口 52之較佳形狀是以大體矩形或正方形狀為 基礎。因為最靠近外垂直室壁56處流過之物料比靠近旋轉中 心60處流過的多，所以，在氣流速度分佈下更一致之截面面 積，於室50内形成壓力時允許更多的物料能更穩定且更多地 通過排氣口。 根據本發明之具體實施例，排氣口 52是由一内側62和一相 對外侧64在盤54中形成的一開口。内側62離旋轉中心6〇較 近，外側64離垂直壁56較近。在一個較佳實施例中，圖6中 看得最清楚，外側64設置在外垂直壁56之最内尺寸66處， 以在最大速度分佈下收集最大量的流動物料。内、外側62， 2可形成為一些大體的直線，但較佳是形成與漩渦方向相符 白^弧形、1在這方面，弧線的彎曲應相對於旋轉中心60為凸形 的。在這個實施例中，内侧62的長度接近於外側64的長度。 姐，個i目對的告懷侧68，70將内，外側62，64的相應末端連 68 ’ 7〇較佳形成沿_ 54之交叉割線的直 ί盤中’割線邰，7〇大體上相互平行並平行於 兩側。、直 亚以近似相同之距離相隔在直徑D的相對 工最」二：二面向室5°的侧面可看成是 之直和D定蓋Π 佈置的。對於此一範例，圓盤54 此，速度分佈的強“ 直，在x方向）。因 零開始線性增大，並且是…4 f離轉巾錢_增大而從 氣口 52應處於中心60和;；垂^=的，施因此，整個排 52的任何部分都不應跨過或與中==。。換言之’排氣口 11 1276517

本發明之較佳實施例實現了多項優於該技藝中已知之圓形 排氣口的優點。因為排氣口 52之戴面面積更相稱於由風扇58 所形成的自然流，通過排氣口的氣流因擾動更小而變得更穩 定，從而氣流通過排氣口 52的穩定範圍就更寬，因此，火焰 熄滅的可能性也就更明顯地降低。這樣就有更多的氣體更快地 通過排氣口 52，這依序增加了最大燃燒能量的輸出。不論排 氣口 52是應用在如圖1中所示的單燃燒室系統中，還是應用 於多容積系統中，本發明的這些優點都可實現。當本發明之排 氣口與沿連續垂直壁56設置的進氣口（於圖未示）和/或再迴 圈口（於圖未示）一起使用時，以上優點也仍可實現。 —現在參照圖6，如前所述，多容積燃燒系統，和某些單燃燒 至系統’在採用燃燒氣體被推進之排氣口同時，還可採用閥， 閥限流器，和遮板。根據本發明之一較佳實施例，採用了位於 排氣口 52上方的閥72和閥限流器74。閥72較佳是該技藝中 已知的針閥，它是常閉的，以防止壓力流從外部容積返回至室 =内。雖然針閥是優選的，但本發明人還預期，根據本發明 的此具體實施例，也可採用該技藝中不會脫離本發明已知的其 =閥。限流器74可用該技藝中已知的任何堅固的阻燃材料製

述，橫跨排氣u 52之氣流的速度分佈，沿χ方向 =方向離中心60距離的增大而增大。本發明人還發現，; n旋渦造成通過排氣口 52的物料分佈，沿ζ方向將隨者 為閥72距^增大而增大。、已知這種關係，則針閥最適宜< : ，因為，由於鉸接或斜坡作用，它可設置成， 52之外側64時打開得更多，這在圖6中^^^排乳 面：=限流器74最好設置得使所得到的γ-ζ軸; 致由^扇產生通過排氣口之氣體自然速度分佈_, 致因此，閥72和限流器74最好是扁平的，並沿獲=; 12 1276517 圖未不）設置，該徑向線沿Z方向從中心60至外壁56遞增。 ，72之樞軸/鉸鏈76最好設置在盤54靠近中心60的區域中， 向下，樞軸轉動，使限流器74 (或打開的閥72)的傾斜部 刀矛排氣口 52之間的間隙在靠近外壁56處較大和靠近中心 60處車父小。限流器74面向排氣口 52之内表面78因而較佳符 合大體斜坡形狀。

"這，較佳閥/限流器構造，最好符合氣流旋動通過排氣口 52 從;排^口 52之“閥關閉”位置到閥72完全接觸限流器74之 闕完全打開”位置範圍中的戴面速度分佈。閥72在這二個 =f之間的每個中間位置還可增加朝外壁56之Z方向的空氣 k量。將排氣口 52設置在遠離中心6〇處的另一優點是盤54 中圍繞中心60的區域可保持為實心的，因而可安裝限流器74 和闊72的鉸鏈/樞軸76。閥72和限流器74較佳用螺釘裝配在 盤54上，但也可利用該技藝已知的其他安裝構件。

=種簡化的閥和限流器結構還使限流器74可保護排氣口 52 不文周f環境的影響，因此，如所希望的，可不需要附加的遮 板。如刖所述，這種遮板用於形成氣流之限制通道，以增加燃 燒月b量輸出。在此較佳具體實施例中，閥％和限流器％可以 提供通常是與使用附加遮板才能實現的充分限制通道，而且同 時仍能改善從風扇室至外部容積的氣體傳輸。因此，本發明可 以避免不得不面對的，在高能量限制通道與現有排氣口和闊結 構之傳送適當氣體和火焰二者間的很多權衡和折衷。 此車父佳實施例在三維空間亦具有比圖5中所示的二維分佈 所此實現之速度分佈具有衫的好處。此外，賴本閥構造是 以應用於單燃燒室之排氣口來描述的，但熟悉該技藝者將了解 本發明之排氣口和閥結構亦可與多容積系 應用於不要求燃燒氣體通過排氣口傳輪的系統中。 13 1276517 現在參見圖7 ’圖中的風扇室總體表示為80，它具有風扇室 · 50的很多特徵，為方便起見，這些特徵將用相同的>標號表 室80以依照另一較佳實施例的排氣口 82為特色。J 不。 · 除割線側68和70的形狀外，排氣口 82類似於排氣口 52。 於此較佳實施例中，割線側68和70不再彼此平行，或不再 行於直徑D，而是沿盤84之半徑R而設置。藉由沿盤科的二 個半徑R設置割線側68，70，割線側68，70將自"動等距相& 於直控D的兩侧。於此實施例中，排氣口 82在最靠近，戋田 好在，垂直室壁56處的開口寬度最大，而在漸近旋轉中二= 時’開口寬度逐漸變窄。排氣口 82之結構類似於一楔形餡 · /之一部分，而且使排氣口 82有利於最符合由風扇58打旋 成通過排氣口之自然氣流。 本發明人已發現，限制通道中未使用閥或閥流器時，或者♦ 使用之閥以某一固定距離跨越排氣口 82開口開啟時（沿 向平行於排氣口 82和盤84)，這個實施例是特別有利二。通 過排氣口 82之空氣流速度分佈可僅由在χ_γ平面之排氣口的 ，狀來近似。該技藝者將了解，在不脫離本發明的情況:f，排 氣口和閥形狀之不同組合也可以接近通過和橫過排氣口 82三 維空氣流的速度分佈。 _ 雖然最好能有本實施财沿二辨徑R形_^__ 邰，70，但本發明人也預期到，二個相對側中的一侧也可以平 ^於直徑D，或甚至平行於沿半徑R形成之另一相對側。然 ’較佳形狀是，割線側68與割線側7〇的距離至少應該在兩 d線側68，70與外侧64相遇處與内侧62相遇處是遠隔的。 ，線侧68在外側64處比在内側62處離割線侧7〇更遠時甚至 疋更好的。 * ，此，前面討論之各實施例的排氣口越符合於風扇室中由風 羽疋轉形成的自然漩渦’就越能在更短的時間内有更多氣體通 14 1276517 22。气輪出的最大能量。這種改良的 結構^=搞排_之穩定_更寬，喊結果是大大降 低了當氣體疋可”的並已經點鱗過早發生媳火的危險。本發 明還可使肖更鮮關和限概道設計來纽減σ，如前面 戶斤討論的，這需要較少的部件。

熟悉3亥技藝者還可看到’可應用於諸如本發明燃燒設備之排 氣口’亦可以有效地應用在其他利用風扇將氣體從一個容積快 速傳輸至另一容積的其他設備、驅動活塞的設備，或一般以燃 燒裝置為動力的設備中。本發明燃燒機構之特定具體實施例 雖然已圖示並文中被描述，但熟悉該技藝者應了解，在不脫 離本發明更廣泛方面及後附申請專利範圍的前提下，仍可對其 作出許多變更和修改。 15 1276517 【圏式簡單說明】 圖1係為採用風扇室之傳統工具的一簡略圖； 圖2係說明傳統風扇室内之氣體漩渦速度分佈； 屬^ 3係為一個板的斜視圖，該板用於利用傳統排氣口之風 圖4係為傳統排氣口之斜視放大圖，說明橫穿排氣口之截 面氣流； 圖5係為本發明之一實施例的頂視圖； 圖6係為圖5所示之本發明實施例，沿線6-6及大體所示 方向的一垂直簡略剖面圖； 圖7疋本發明另一實施例的一頂視圖。 【主要元件符號說明】 10燃燒動力結合件驅動工具 12工具外殼 14内燃機引擎 16風扇 18燃燒室 20活塞 22驅動板 24單飯體 26閥套 28工件接觸件 30工作物件 32扳機開關 34端頭 36排氣口 38外壁 40盤形頂板 42閥和限流器組合件 50(風扇）室 52排氣口 54盤 1276517 56室壁 58風扇 60旋轉中心 62内側， 64外侧 66最内尺寸 68，70割線側 72閥 74閥限流器 76樞軸/欽鍵 78内表面 80風扇室 82排氣口 84盤

Claims (1)

1276517 十、申請專利範圍： 1、一種用於風扇至之排氣口，該風扇室界定由至少一大體連續 垂直壁所形成的一容積，該垂直壁連接一水平底壁和一相對水 平出口壁，且在該容積内有一風扇，該風扇在與該等水平壁中 至少一壁之一平面平行的一平面中旋轉，該排氣口包括·· 一内側，位於該出口壁之一中心和該出口壁之一外邊緣之間； 一外側，其位於該内側和該出口壁之該外邊緣之間，該内邊 緣位於該外側和該中心之間；及 二相對割線側’連接該外側之相應端至該内侧； ，其中’該内側形成相對於該出口壁之該中心的一直線和一凸 其中該水平 其中該等相 ’其中該等相 ’其中該内相 ’其中該内令 2、 依曱清專利範圍第1項之用於風扇室之排氣口 出口壁是一盤，該盤是一大體圓形形狀。 3、 依申請專利範圍第2項之用於風扇室之排氣口 對割線側是沿該大體圓形形狀之半徑形成的。 4、 依申請專利範圍第2項之用於風扇室之排氣口 對割線側是平行於該圓之直徑。 5、 巧申請專利範圍* 2項之用於風扇室之排氣口 和§玄外側與一圓的孤相符。 6、 依申請專利範圍第2項之用於風扇室之排氣口 平行於該外侧。 7、 依申請專利範圍第丨項之用於風扇室之排氣口， 口大體形成為一矩形。 ，、中该摘 8 專利範圍第1項之用於風扇室之排氣口，其中％ 側之間的-距離逐漸增大以適應於由該旋轉^ —軋體打旋通過該排氣口的一相對速度分佈。得几屬知 種風扇室，其包括： 一大體水平底壁； 9