TWI445906B - 燃燒裝置 - Google Patents

Description

燃燒裝置 發明領域

本發明係有關於一種燃燒裝置。

發明背景

現今一般使用如再生型燃燒器等，回收燃燒排氣中的熱來加熱供給至燃燒裝置之燃燒用空氣，藉以提高熱效率的燃燒裝置。在燃燒用空氣之溫度高的燃燒裝置中，一般而言，NOx濃度易變高。因此，一般採用延遲燃燒用空氣與燃料之混合而使其緩慢地燃燒，藉以抑制NOx之產生的方法。緩慢燃燒時，當然火焰的長度會變長。然而，在爐的寬度較窄時，火焰將抵達對向的爐壁而有燃燒不完全的情形，故無法充分地使燃燒延遲。

在專利文獻1中，記載有一種燃燒裝置，其係將燃燒用空氣沿切線方向吹入圓錐狀的空間，藉以形成旋回氣流，使該氣流所乘載的火焰旋回，藉以拉長火焰長度，且在爐內使火焰往徑方向擴展者。

在專利文獻1中，將複數的板材組合，形成圓錐狀的燃燒空間與用於將燃燒用空氣吹入的流路。如再生型燃燒器等，當燃燒用空氣變得極度高溫時，對形成燃燒空間及流路的板材需要求高耐熱性。然而，該種可耐高溫的材料非常昂貴，就使用在工業爐而言無法獲得經濟上的合理性。

習知技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利第3904644號公報

發明概要

有鑑於前述問題點，本發明的課題係在於提供一種燃燒裝置，其係可使用高溫的燃燒用空氣，且能旋回而形成在徑方向上擴展之火焰者。

為了解決前述課題，利用本發明之燃燒裝置係形成為具備下述者：圓筒部，係劃定圓筒形之圓筒空間者；擴徑部，係劃定從前述圓筒空間朝爐內擴徑之擴徑空間者；與噴嘴流路，該噴嘴流路係具備：第1側面，係由接於前述圓筒空間之平面所構成者；第2側面，由與前述第1側面相對向之平面所構成者；與第3側面，係以在與前述第1側面之間形成角的方式從前述第2側面彎曲而延伸，且由接於前述圓筒空間的平面所構成者。

利用此結構，在沿第1側面朝圓筒空間從切線方向吹入燃燒用空氣而形成旋狀的旋回氣流之噴嘴流路，設置以接於圓筒空間的方式開放之第3側面，藉以減低在將燃燒氣體從圓筒空間排出至噴嘴流路時的流路阻礙，而能確保充足的流量。又，由於第3側面係自第2側面彎曲而延伸之故，在噴嘴流路側面與圓筒部內壁之間所形成的角將變大，故能使燃燒裝置內壁整體具有充足的厚度。因此，以耐熱性 優異的材料來形成燃燒裝置，不僅可使用高溫的燃燒用空氣來燃燒，還能排出高溫的燃燒氣體。又，燃燒室具有擴徑部，因此可容易地將旋回氣流在徑方向上擴大，及在爐內進一步將旋回氣流在徑方向上擴大。

又，在本發明的燃燒裝置中，前述第3側面係以自前述第2側面起僅彎曲90°以下之角度而延伸為佳。

利用此結構，由於不會在燃燒室內形成以銳角方式突出的角，故可提高強度。

又，在本發明之燃燒裝置中，前述第3側面係以在與前述第1側面之間形成之前述圓筒空間側的角度在90°以下為佳。

利用此結構，從噴嘴流路將燃燒氣體排出時，沿第3側面之氣流對第1側面而言，係往朝第2側面的方向入射及反射，故排氣阻礙會變小。

又，在本發明之燃燒裝置中，前述擴徑部亦可以階梯狀方式擴徑。

利用此結構，在擴徑空間中，往爐內流的燃燒用空氣、混合氣體或燃燒氣體係在擴徑部的各階差從壁面剝離，而產生阻礙其流動的漩渦。因此，在圓筒空間所形成之螺旋狀的流動即使在擴徑空間中亦維持旋回。

又，在本發明之燃燒裝置中，在前述圓筒部的內壁上，亦可設有連續或斷續之螺旋狀的溝或突起。

利用此結構，旋狀的溝或突起將引導燃燒用空氣，促進旋回氣流的形成。

又，在本發明之燃燒裝置中，前述溝或突起亦可為越 接近前述擴徑部寬度越寬。

利用此結構，可防止在旋回氣流產生偏倚，火焰只在部分的周方向伸長的情形。

又，在本發明的燃燒裝置中，前述溝或突起係亦可以斷續的方式設置，在周方向上鄰接之前述溝或突起，在軸方向上亦可以彼此錯開的方式配置。

利用此結構，因可藉由在溝的內部或突起之間所形成之旋回氣流的上游與下游來進行燃燒用空氣的置換，故火焰的擴散效果高。

又，在本發明之燃燒裝置中，前述噴嘴流路亦可連通至收容有蓄熱體的蓄熱室。

利用此結構，可使用高溫的燃燒用空氣來進行熱效率高的燃燒。

圖式簡單說明

第1圖係本發明之第1實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第2圖係第1圖之燃燒裝置的軸直角截面圖。

第3圖係第1圖之燃燒裝置之不同方向的軸方向截面圖。

第4圖係本發明之第2實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第5圖係第4圖燃燒裝置的軸直角截面圖。

第6圖係本發明之第3實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第7圖係本發明之第4實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第8圖係本發明之第5實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第9圖係第8圖之燃燒裝置的軸直角截面圖。

用以實施發明之形態

以下，關於本發明的實施形態，參照圖示來說明。從第1圖至第3圖係表示本發明之第1實施形態的燃燒裝置。

本實施形態之燃燒裝置係在劃定爐內空間1之爐壁2上安裝燃燒器本體3。燃燒器本體3係於其內部構成確定圓筒形的圓筒空間4之圓筒部5。在爐壁2上係形成有劃定擴徑空間6之擴徑部7，該擴徑空間6係自圓筒空間4往爐內空間1擴徑者。該圓筒空間4與擴徑空間6係構成具有本實施形態之燃燒裝置的特徵性形狀之燃燒室。本實施形態之擴徑空間6係越往爐內空間1側，擴徑率越大。

又，燃燒器本體3係具有開口於圓筒空間4上部之噴嘴流路8。噴嘴流路8係具備：第1側面8a，其係由接於圓筒空間4之圓筒面的平面所構成者；第2側面8b，其係與第1側面8a相對向且由以與第1側面8a平行的方式延伸之平面所構成；與第3側面8c，其係自第2側面8b起彎曲90°之角度而延伸，且由接於圓筒空間4之平面所構成。又，噴嘴流路8之頂面係以連續圓筒空間4之頂面8d的方式延伸，噴嘴流路8之底面8e係與頂面平行。亦即，噴嘴流路8之頂面及底面係 形成為與圓筒空間4之中心軸成直角之平面。

噴嘴流路8係利用第1側面8a與第2側面8b來劃定，且由助跑部9與開口部10所構成；該助跑部9，係截面呈固定縫隙狀者；該開口部10係由第1側面8a與第3側面8c所劃定者，且該第1側面8a與第3側面8c係彼此以90°以下角度交叉之圓筒空間4的2個接面。

噴嘴流路8的另一端係連通至收容有蓄熱體之蓄熱室11。詳細而言，噴嘴流路8之另一端係連接至過渡流路13，該過渡流路13係截面形狀由與噴嘴流路8一致之矩形形狀，過渡成與連通至蓄熱室11之連接流路12一致之圓形形狀。

又在噴嘴流路8的開口部10中，在靠近第1側面8a之頂面8d的位置，有用於供給燃料氣體之噴嘴14在此開口。氣體噴嘴14亦供給1次燃燒用空氣，且內藏於點火裝置中。

在本實施形態中，在蓄熱室11中經加熱後供給之燃燒用空氣係由噴嘴流路8沿著圓筒部5的內壁，沿切線方向吹入，在圓筒空間4內形成以螺旋狀方式旋回的氣流。由氣體噴嘴14所供給的燃料燃燒所形成的火焰係乘著該旋回氣流，以螺旋狀方式延伸。

火焰(旋回氣流)抵達擴徑部7後，將配合其形狀，逐漸擴大旋回氣流的旋回半徑。接著，抵達爐內空間1之旋回氣流係在徑方向外側，形成沿爐壁2的內面擴展至全周的渦狀流。藉此，可見的火焰係呈擴展為傘狀者，即便延遲燃料的燃燒而緩慢燃燒，可見的燃燒火焰之長度也會變短。因此，本實施形態之燃燒裝置亦可適用於相對向的爐壁距離 相近之寬度狹窄的爐。

又，如此利用燃燒氣體而形成漩渦後，漩渦的中心部係呈負壓。因此，從渦狀流脫離的燃燒氣體係被吸引至漩渦的中心，而被捲入火焰之中。藉此，使燃燒氣體中之未燃燃料氣體完全燃燒，故可降低燃燒溫度而可達成低NOx化。

在本發明中，噴嘴流路8係具有助跑部9，該助跑部9係用於整流供給至圓筒空間4之燃燒用空氣者。因此，噴嘴流路8係可以沿著圓筒部5之內部流動的方式，將燃燒用空氣吹入。

又，噴嘴流路8係具備朝向圓筒空間4大大地張開之開口部10。因此，在蓄熱室11透過用於熱回收之圓筒空間4將爐內空間1之燃燒器體排氣時，燃燒氣體可從圓筒空間4上部之寬廣範圍流入至噴嘴流路8。亦即，開口部10係降低在將爐內空間1之燃燒氣體排氣時的流路阻礙，而提高排氣效率。

如此，就用於提高排氣效率而言，沿第3側面8c之氣流相對於第1側面8a，係宜設為從圓筒空間4側朝向過渡流路13側入射及反射的角度。亦即，係以不形成下述狀態為佳：如在第2圖中以兩點鏈線所表示之第3側面8c’那樣，與第1側面8a之間以較90°更大的角度形成於圓筒空間4側。

又，本發明之燃燒裝置由於第3側面8c係從第2側面8b起以90°之角度延伸之故，不具有如在第2圖中在以兩點鏈線所表示之第2側面8b與第3側面8c'間所形成的角那樣，突出至內部空間的細微結構體，因此可將內面整體以如可鑄耐火材料等機械強度差之高耐熱性材料來覆蓋。因此，本 發明之燃燒裝置係可設計成：即便使用在蓄熱室11中加熱至高溫的燃燒用空氣也不會造成損傷。

從第4圖到第5圖，表示本發明之第2實施形態的燃燒裝置。再者，在此後之實施形態的說明中，會將與先前已說明之實施形態相同的結構要素標上相同符號，省略重複說明。

在本實施形態中，在形成圓筒空間4之圓筒部5的內壁上形成有螺旋狀的溝15。又，本實施形態之擴徑空間6係以階梯狀的方式擴徑。換言之，擴徑部7之內壁面係由徑以階梯式變大之複數圓筒所構成。

螺旋狀的溝15係以自噴嘴流路8吹入之燃燒用空氣沿溝15旋回的方式來引導。藉此，可確實地形成旋回氣流。又，若將溝15的間距設得較小，就可以使圓筒空間4內之燃燒用空氣的旋回的回數增多。藉此，可伸長在圓筒空間4內火焰之實質上的長度，延遲延燒而能達成低NOx化。

階梯狀的擴徑部7對在周方向旋回之氣流而言雖然是沿著流動方向的平坦壁面，但對朝向爐內空間1的氣流而言，卻是凹凸的壁面。因此，每當朝向爐內空間1的氣流通過各階差時，將從壁面剝離，而產生阻礙其流動的漩渦。藉此，阻礙在圓筒空間4所形成的旋回氣流在擴徑部7改為朝向軸方向，而維持燃燒用空氣及燃燒氣體的旋回。藉此，將在爐內空間1所形成的傘狀火焰形成為大開的形狀。

又，在本實施形態中，噴嘴流路8的第2側面8b係往相對於第1側面8a稍微傾斜的方向延伸。亦即，第1側面8a與第2側面8b係彼此相對向而形成縫隙狀的流路，但所形成之 流路的寬度亦可為非固定。例如，第2側面8b亦可往使朝向圓筒空間4之流路的寬度變窄的方向延伸。

又，如本實施形態所示，噴嘴流路8的第3側面8c亦可從第2側面8b僅彎曲較90°更小的角度而延伸。藉此，可進一步減低在將爐內空間1的燃燒氣體排氣時的流路阻礙，而能提高排氣效率，又，將第2側面8b與第3側面8c所形成的角形成為鈍角，可容易地獲得高強度。

在第6圖中，表示本發明之第3實施形態的燃燒裝置。在本實施形態中，在圓筒部5的內壁上，隨著越接近擴徑空間6，形成有軸方向的寬度以固定比例變大之螺旋狀的溝15。

如此，藉由溝15寬度的擴大，旋回氣流的流速在周方向上變得均一。特別是，宜形成為在圓筒部5的下部，溝15彼此互相接近，而在圓筒空間4的下端約橫跨全周存在有溝15的形式。若這麼做，可防止旋回氣流偏斜而使火焰只朝單方向伸長的情形，還可由全周略均等地噴射火焰。

又，本實施形態的擴徑部7係具有角經切角為圓狀之階梯狀的內壁面。即便為該種形狀，亦可實現維持氣流旋回的機能。

在第7圖中，係表示本發明之第4實施形態的燃燒裝置。在本實施形態中，在圓筒部5的內壁上形成有螺旋狀的突起16。

該突起16亦與第2實施形態的溝15相同，會引導從噴嘴流路8所吹入之燃燒用空氣以螺旋狀方式旋回。

又，如本實施形態所示，擴徑部7係亦可形成圓錐狀的擴徑空間6。

在第8及9圖中，表示本發明之第5實施形態的燃燒裝置。在本實施形態中，在圓筒部5的內壁形成有約每半周斷續設置的螺旋狀的突起16。進一步，在本實施形態中，在周方向上相互鄰接的突起16係以在圓筒空間4之軸方向上彼此錯開的方式，配置成僅以二分之一螺距在軸方向上錯開。

在本實施形態中，在軸方向上由鄰接的2個突起16之間所引導之燃燒用空氣(以及燃料及燃燒氣體)的團塊係由在周方向上位於下游側之下一個突起16分割成2部分。如此，藉由將旋回氣流之鄰接之上游燃燒用空氣與下游的燃燒用空氣部分地相互對調，可提高火焰的擴散效果。

1‧‧‧爐內空間

2‧‧‧爐壁

3‧‧‧燃燒器本體

4‧‧‧圓筒空間

5‧‧‧圓筒部

6‧‧‧擴徑空間

7‧‧‧擴徑部

8‧‧‧噴嘴流路

8a‧‧‧第1側面

8b‧‧‧第2側面

8c‧‧‧第3側面

8d‧‧‧頂面

8e‧‧‧底面

9‧‧‧助跑部

10‧‧‧開口部

11‧‧‧蓄熱室

12‧‧‧連接流路

13‧‧‧過渡流路

14‧‧‧氣體噴嘴

15‧‧‧溝

16‧‧‧突起

第1圖係本發明之第1實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第2圖係第1圖之燃燒裝置的軸直角截面圖。

第3圖係第1圖之燃燒裝置之不同方向的軸方向截面圖。

第4圖係本發明之第2實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第5圖係第4圖燃燒裝置的軸直角截面圖。

第6圖係本發明之第3實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第7圖係本發明之第4實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第8圖係本發明之第5實施形態的燃燒裝置之軸方向截面圖。

第9圖係第8圖之燃燒裝置的軸直角截面圖。

3‧‧‧燃燒器本體

4‧‧‧圓筒空間

5‧‧‧圓筒部

8‧‧‧噴嘴流路

8a‧‧‧第1側面

8b‧‧‧第2側面

8c‧‧‧第3側面助跑

8c’‧‧‧第3側面

8e‧‧‧底面

9‧‧‧助跑部

10‧‧‧開口部

12‧‧‧連接流路

13‧‧‧轉變流路

14‧‧‧氣體噴嘴

Claims (7)

1. 一種燃燒裝置，其特徵在於具有：圓筒部，劃定圓筒形之圓筒空間；擴徑部，劃定從前述圓筒空間朝爐內擴徑之擴徑空間；與噴嘴流路，於前述圓筒空間之上部開口，連通於收容了蓄熱體之蓄熱室，將燃燒用空氣吹入前述圓筒空間，前述噴嘴流路，具備第1、第2及第3側面，其中，前述第1側面由前述圓筒空間側之端部接於前述圓筒空間之平面所構成，前述第2側面由與前述第1側面相對向之平面所構成，前述第3側面由從前述第2側面之前述圓筒空間側之端部朝遠離前述第1側面的方向彎曲延伸，並接於前述圓筒空間之平面所構成。
2. 如申請專利範圍第1項之燃燒裝置，其中前述第3側面是自前述第2側面起僅彎曲90°以下之角度而延伸。
3. 如申請專利範圍第1項之燃燒裝置，其中前述第3側面在其與前述第1側面之間所形成之前述圓筒空間側的角度為90°以下。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之燃燒裝置，其中前述擴徑部是以階梯狀的方式擴徑。
5. 如申請專利範圍第1項之燃燒裝置，其中在前述圓筒部的內壁上設有連續或斷續之螺旋狀的溝或突起。
6. 如申請專利範圍第5項之燃燒裝置，其中前述溝或突起越靠近前述擴徑部其寬度越寬。
7. 如申請專利範圍第5或6項之燃燒裝置，其中前述溝或突起是以斷續的方式設置，而在周方向上鄰接之前述溝或突起是以在軸方向上彼此錯開的方式配置。