TWI573967B - Gas burner and gas fireplace - Google Patents

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Description

瓦斯燃燒裝置及瓦斯壁爐
本發明係與瓦斯燃燒設備有關;特別是指一種高效能裝飾性火焰的瓦斯燃燒裝置及瓦斯壁爐。
習用直排式(DIRECT-VENTED)瓦斯壁爐採用自然平衡進排氣方式,排氣口和進氣口以垂直或水平方向連接燃燒室,並連通至室外,屋內空氣與燃燒室完全隔離,因此直排(DIRECT-VENTED)瓦斯壁爐是目前最安全的壁爐。由於排氣口與進氣口皆連通至室外,為施工與安裝方便,排氣管與進氣管通常採用管中管的設計,通氣管路具有一外管進氣管包圍一較小徑同心內管排作為排氣管,外管同時連通爐體後側的進氣通道;進氣通道可連通至外部經由單一或多重進氣口將新鮮空氣導入燃燒室內。連接燃燒室的內管用以將燃燒後的高溫廢氣排出爐體(FIREBOX)外。燃燒器設置於爐體內之燃燒室,由於燃燒器燃燒時產生高溫,使燃燒室內氣體受熱膨脹產生浮力向上,藉煙囪效應(STACK EFFECT)流經排氣管排出燃燒室,同時在封閉的燃燒室內形成負壓,將外部的新鮮空氣吸入燃燒室,以提供連續燃燒所需之氧氣。其中,為了讓瓦斯壁爐呈現良好的火焰視覺效果並提供輻射熱,在爐體的前側設置有一透明玻璃遮罩,讓使用者可以透過玻璃遮罩觀賞與感受爐體內部的燃燒火焰的光與熱。除前玻璃側外,爐體間隔一定距離則設置壁爐外殼用以隔絕爐體對建築物產生高溫,使外殼能靠近建築物外牆,減少安裝所 需的空間。高溫爐體與壁爐外殼間區間可與室內空氣進行熱交換,爐體底側和壁爐外殼的空間則安裝控制閥與控制模組,有時也會安裝風扇加強對流以加速爐體與室內空氣間的熱交換,以提高熱效率並加速室內溫度提昇。上述之壁爐結構可參照美國專利4793322「DIRECTED-VENTED GAS FIREPLACE」。
然而,良好的直排瓦斯壁爐必須符合多項設計需求和規範。與燃燒較相關主要的需求和規範包括:(1)高效率:由於進排氣都設置於室外,熱使用效率必須提高以符合相關法規,若直式排瓦斯壁爐的排氣溫度及流量過高都會使壁爐效率降低。(2)接近完全燃燒:百分之百完全燃燒在現實上不可能達成,但越接近完全燃燒所產生一氧化碳有害物質與黑煙的排放量會越低。一般完全燃燒程度不是完全以產生一氧化碳的絕對值作為衡量,而是相對於燃燒規模做為衡量,二氧化碳量可代表燃燒規模。所以燃燒潔淨度通常以CO/CO2的相對比值作為衡量。通常若CO/CO2比值小於0.004代表燃燒相對較完全,此比值越少產生越少黑煙量。(3)火焰型態與顏色:由於壁爐視覺上必須模仿木材燃燒呈現大比例橘黃色火焰以符和裝飾火焰的美學需求,火焰呈現無色或藍色無法符合裝飾性火焰的視覺需求。(4)必須適應各種燃氣:由於民生壁爐必須應用在許多地區,同一款壁爐通常必須適用於天然氣(NG)和桶裝瓦斯(LP);水平與垂直式直排等實際使用狀況。而各地區的燃氣又有差異,因此壁爐設計必須達成上述需求外,還能適應各種成分的燃氣。(5)適應大範圍的燃燒規模:為增加應用範圍,同一壁爐設計必須能適應大範圍的燃燒規模,並符合上述需求。
然而上述需求往往會互相牴觸,例如為提高熱效率使排氣溫度與流量降低也同時容易造成進氣量不足,造 成燃燒不完全並產生過量的一氧化碳與黑煙。反之,過於完全燃燒時,又容易造成無色或藍色火焰,無法呈現符合裝飾性火焰視覺需求的橘黃色。而單同一款壁爐要同時適應各地區不同天然氣(NG)和桶裝瓦斯(LP)其燃料性質就有很大的差異。例如天然氣比桶裝瓦斯需要較少的供氧量,在同樣壁爐達成天然氣燃燒良好的情況,若使用桶裝瓦斯卻有可能會造成燃燒不完全。
為了同時解決上述這些的需求問題,有相當的困難度,通常非單一手段所能達成,這是由於在壁爐燃燒室中,燃燒時所產生的燃燒廢氣會在爐體內產生高熱氣流並且朝向爐體頂部的排氣口流動。由於排氣口截面積遠小於燃燒室頂部的截面積,因此僅能提供一小部分的高溫氣流順利通過,大部分上升的受熱氣體會受到爐體頂部的壁面阻擋而向下形成迴流(circulation),並滯留於爐體內累積熱量,再透過爐體外部的熱交換將熱量留在室內。在爐體累積的熱量的多寡可決定能源的使用效率。若高溫氣體太快排出爐體會使效率變低,反之若太慢排出會阻礙外部空氣的導入,不利於完全燃燒。
此外,當外部空氣從進氣口導入爐體內部時,若燃燒器供氣口離火焰較遠時,容易與燃燒廢氣所產生的高溫氣流的流動相互干擾,形成擾流,並與燃燒廢氣相混和。不僅會影響燃燒廢氣的順利排放,也會降低燃燒火焰周圍空氣的含氧濃度,無法有效控制供應燃燒器完全燃燒所需的供氧量。特別是在燃燒規模加大時,由於高溫會加強燃燒室內的對流,使進氣混合燃燒廢氣程度加劇,更容易造成不完全燃燒。
先前技術例如美國專利4793322「DIRECTED-VENTED GAS EIREPLACE」揭露一款高效率的 直通式瓦斯壁爐設計,藉由優化燃氣和空氣混和比達成低一氧化碳(CO)和氮化物(NOx)排放量,同時可降低排氣溫度與速度以提高熱效率。
美國專利5016609「DIRECT VENTED MULTI GLASS SIDE FIREPLACE」揭露一款增加兩側邊玻璃的高效率的直通式瓦斯壁爐設計,使用導流方式強化排進氣流量,但在同時爐體頂部加入加大表面積的熱交換結構以增加的熱效率。
美國專利5452708「UNIVERSAL HORIZONTAL-VERTICAL(H-V)DIRECT-VENTED GAS HEATING UNIT」揭露一款通用於水平和垂直通氣的高效率直通式瓦斯壁爐設計。為控制混氣比,設置通道與導流板使多重進氣口集中並靠近並位於燃燒管下方位置,以提高燃燒面的供氧濃度,爐體上方排氣口前設置擋板,以控制高溫廢氣排出的路徑。
美國專利5947113「DIRECT VENT GAS APPLIANCE WITH VERTICAL AND HORIZONTAL VENTING」揭露一款能水平和垂直通氣的高效率直通式瓦斯壁爐設計,設置通道與高溫爐體不直接相連,爐體上方排氣口前設置擋板,以控制高溫廢氣流動路徑。
美國專利6463926「DIRECT VENT FIREPLACE WITH BAFFLE,DIRECTIONAL EXHAUST AND VENT AIR COLUMN」揭露一款直通式瓦斯壁爐設計,在爐體內排氣口前增加檔流板提高受熱面積,並設置氣道將空氣導入爐體下方,由於減少爐體表面熱交換的阻礙可提高熱效率。
這些在燃燒室內加入各種形式的隔板及導流板或進氣通道設計雖然相異,但有幾項共通點,一方面是控制高溫廢氣的排氣路徑,使高溫廢氣的流動路徑加長或加大 燃燒室頂部高溫處的熱交換面積以增加熱交換效率,但又能平均的降低流速,使高溫廢氣不致在燃燒室內產生過度擾動與迴流而導致進氣混合燃燒廢氣的程度加劇。另一方面則是將燃燒室的進氣口的設置,拉近並分布在燃燒裝置約略下方的位置以提高燃燒裝置火焰附近流場的含氧量,促進完全燃燒。其中或減少進氣通道直接接觸高溫爐體的面積,使進氣溫度降低,增加進氣效率。
雖然現有技術和設計設置皆能達成一定的效益,但是對於火焰型態,較缺乏整合燃燒裝置,對燃燒室流場和進氣進行更精確的控制,因此在對應相關的需求和規範時,適用範圍較為受到限制。
然而,探討習用之長形的瓦斯燃燒裝置1結構如圖1與圖2所示者,其係為長形的管體10,管體10為直線或彎曲,管體10沿其長軸向開設有多數個出氣孔102,由管體10之一端供瓦斯注入,透過進行一次混氣。所注入經一次混氣的瓦斯由出氣孔102輸出。習用的瓦斯燃燒裝置1在燃燒瓦斯時,自該些出氣孔102產生的火焰由於缺乏對燃燒所需的二次空氣做有效控制,因此,火焰的高度無法有效的提高。若欲提高火焰的能見度與高度而,加大瓦斯的供應量也無法等比例或有效增加火焰能見度的規模。
這是由於出氣孔102為了提高火焰高度而加大瓦斯供應量後,流速和熱量的增加都會增加出氣孔102周圍流場亂流的產生。亂流是流體的一種流動狀態。當流速較小時,流體分層流動,分子運動方向與流動方向相同,流線互不混合,稱為層流;當流速增大到一定程度時,分子會產生垂直於與流動方向的運動,造成流場中有許多不規則的小漩渦,稱為亂流。亂流會強化於熱傳遞或者充分混合。
由於層流有利於產生能見度較高的橘黃色的 擴散火焰,而亂流會加強燃燒時可燃氣體與周圍空氣的混和。但是燃燒必須有一定的條件和反應速度,過度混入助燃空氣容易造成無色或藍色火焰,產生氮化物(NOx)或局部流速過高而不利於完全燃燒的狀況。這些狀況都會使火焰能見度降低和以不連續方式跳動,因此火焰能見度不會因加大瓦斯的供應量而等比例或有效地增加橘黃色的擴散火焰的能見度與可視規模。
應用於瓦斯壁爐時,在密閉的爐體中產生亂流會加強內部氣流的擾動與對流,特別是加大火焰規模時,由外界導入含氧濃度高的空氣容易受到亂流干擾,因此很難控制有利的燃燒條件。是以,習用的瓦斯燃燒裝置1之設計仍未臻完善,尚有待改進之處。
有鑑於此,本發明之目的用於提供一種瓦斯燃燒裝置及瓦斯壁爐,在不增加瓦斯供應量的情況下,可增加可視橘黃色火焰能見度與規模高度。
緣以達成上述目的,本發明所提供瓦斯燃燒裝置,包含一燃燒器與一導流裝置,其中,該燃燒器用以燃燒瓦斯,該燃燒器係呈長形且具有一瓦斯出口沿長軸向設置;該導流裝置與該燃燒器結合,該導流裝置包括一橫向設置的隔板與二相面對的擋板,該隔板具有一長形的開口,各該擋板係呈長形,各該擋板位於該開口處且各該擋板之一頂緣的位置高於該隔板的一上表面;該燃燒器位於該隔板下方且該瓦斯出口位於對應該二擋板之間的位置;該導流裝置另具有至少一第一入氣口,該第一入氣口位於該隔板下方且連通該二擋板之間的空間。
本發明另提供一種瓦斯壁爐,包含一爐體、一 透光遮罩、一導流裝置與一燃燒器,其中該爐體包括一進氣口、一排氣口以及一窗口,該窗口介於該進氣口與該排氣口之間;該透光遮罩覆蓋於該窗口上;該導流裝置設置於該爐體內,該導流裝置包括一隔板與二相面對的擋板,該隔板將該爐體內分隔出位於上方的一氣室與位於下方的一燃燒室,該氣室連通該進氣口,該燃燒室對應於該透光遮罩,並且連通該排氣口;該隔板具有一長形的開口連通該氣室與該燃燒室;各該擋板係呈長形,各該擋板位於該開口處且各該擋板之一頂緣的位置高於該隔板的一上表面;該導流裝置另具有至少一第一入氣口,該第一入氣口位於該隔板下方且連通該開口;該燃燒器用以燃燒瓦斯,該燃燒器係呈長形且具有一瓦斯出口沿長軸向設置;該燃燒器位於該隔板下方且該瓦斯出口位於對應該二擋板之間的位置。
本發明之效果在於,瓦斯燃燒裝置藉由該導流裝置可以將氣流由該二擋板之間往上導引,在不增加瓦斯供應量的情況下,增加可視橘黃色火焰能見度與火焰高度。該瓦斯燃燒裝置的隔板瓦斯壁爐的爐體內分隔出氣室與燃燒室,使隔板下新鮮空氣可未經高溫廢氣混和直接導向兩擋板間的燃燒範圍內,可將含氧濃度高的空氣集中並有效導引至燃燒範圍,可大幅提高燃燒效率。
〔習用〕
1‧‧‧瓦斯燃燒裝置
10‧‧‧管體
102‧‧‧出氣孔
〔本發明〕
2‧‧‧瓦斯燃燒裝置
20‧‧‧燃燒器
22‧‧‧外殼
222‧‧‧立板
224‧‧‧瓦斯出口
24‧‧‧管體
242‧‧‧出氣孔
26‧‧‧導流裝置
28‧‧‧隔板
282‧‧‧上表面
284‧‧‧下表面
286‧‧‧開口
30‧‧‧固定架
32‧‧‧固定板
322‧‧‧開口
324‧‧‧固定槽
34‧‧‧底座
342‧‧‧長孔
36‧‧‧第一分隔片
362‧‧‧第一切槽
364‧‧‧第一入氣口
38‧‧‧第二分隔片
382‧‧‧第二切槽
384‧‧‧第二入氣口
40‧‧‧擋板
402‧‧‧頂緣
42‧‧‧折板
422‧‧‧貫孔
100‧‧‧瓦斯壁爐
50‧‧‧爐體
501‧‧‧頂部
501a‧‧‧排氣口
502‧‧‧底部
502a‧‧‧進氣口
503‧‧‧背板
504‧‧‧側板
505‧‧‧內部空間
506‧‧‧氣室
507‧‧‧燃燒室
507a‧‧‧第一空間
507b‧‧‧第二空間
508‧‧‧進氣通道
509‧‧‧窗口
52‧‧‧透光遮罩
522‧‧‧本體
524‧‧‧外框
54‧‧‧排氣輔助裝置
542‧‧‧排氣通道
544‧‧‧出口
544a‧‧‧次出口
56‧‧‧第一導引板
562‧‧‧第一頂緣
58‧‧‧第二導引板
582‧‧‧第二頂緣
60‧‧‧分流板
62‧‧‧擾流板
D‧‧‧參考軸向
T‧‧‧氣體管路
T1‧‧‧外管
T2‧‧‧內管
X‧‧‧第一軸向
Y‧‧‧第二軸向
Z‧‧‧第三軸向
圖1係習用的瓦斯燃燒裝置立體圖。
圖2係習用的瓦斯燃燒裝置剖視圖。
圖3係本發明一較佳實施例之瓦斯燃燒裝置立體圖。
圖4係上述較佳實施例之瓦斯燃燒裝置分解立體圖。
圖5係上述較佳實施例之瓦斯燃燒裝置局部放大圖。
圖6係上述較佳實施例之瓦斯燃燒裝置剖視圖。
圖7係上述較佳實施例之瓦斯壁爐立體圖。
圖8係上述較佳實施例之瓦斯壁爐剖視圖。
圖9係圖8之局部放大圖。
圖10係上述較佳實施例之排氣輔助裝置立體圖。
圖11係一示意圖,揭示上述較佳實施例之瓦斯壁爐氣流流動。
圖12係一示意圖,揭示上述較佳實施例之瓦斯壁爐氣流流動。
為能更清楚地說明本發明,茲舉較佳實施例並配合圖式詳細說明如后,請參圖3至圖6所示,為本發明一較佳實施例之瓦斯燃燒裝置2,包含有一燃燒器20與一導流裝置26。
該燃燒器20係呈長形,包括一外殼22與一管體24,該外殼22具係由兩個長形的半殼對合而成,該二半殼個別具有一立板222,該二立板222彼此相隔一間距,於該二立板222的頂緣之間形成朝上的一瓦斯出口224,該瓦斯出口224係沿該外殼22的長軸向延伸。該管體24位於該外殼22中,且為該二半殼共同包覆。該管體24之一端係供瓦斯注入,且該管體24具有複數個出氣孔242,該些出氣孔242係沿該管體24的長軸向設置,該些出氣孔242係對應該瓦斯出口224。注入該管體24的瓦斯通過該些出氣孔242而自該瓦斯出口224往上竄出。
該導流裝置26包括一橫向設置的隔板28、一固定架30、複數個第一分隔片36、複數個第二分隔片38與二擋板40。該隔板28具有一上表面282、一下表面284及 貫穿該上、下表面282,284的開口286,該開口286係呈長形且其長軸向與該燃燒器20的長軸向平行。該固定架30設置於該隔板28的下表面284,包括一固定板32與一底座34,該固定板32具有一貫穿其上、下的開口322,該開口322的相對兩側的周緣部位個別具有多數個固定槽324,且每一側的固定槽324係沿著一參考軸向D間隔排列,其中,該參考軸向D係平行於該燃燒器20的長軸向。該底座34位於該固定板32下方且具有一長孔342,該長孔342係沿該參考軸向D延伸。該燃燒器20之立板222係由該底座34下方自該長孔342穿入該底座34中而與該底座34結合。
該些第一、第二分隔片36,38係位於該底座34中。該些第一分隔片36之一側緣係插入該開口322其中一側的該些固定槽324之中,使該些第一分隔片36沿該參考軸向D呈間隔設置而位於該燃燒器20的瓦斯出口224之一側。該些第二分隔片38之一側緣係係插入該開口322另一側的該些固定槽324之中而位於該瓦斯出口224相對於該些第一分隔片36之另一側。各該第一分隔片36具有一第一切槽362;各該第二分隔片38具有一第二切槽382。
該二擋板40係透明的材質所製成,本實施例為強化玻璃。該二擋板40係呈長形且其長軸向與該燃燒器20的長軸向平行,該二擋板40穿過該隔板28的開口286,一該擋板40直立地插設於該些第一切槽362中,另一該擋板40直立地插設於該些第二切槽382中,使該二擋板40相面對且該瓦斯出口224位於該二擋板40之間。各該擋板40具有一頂緣402,各該頂緣402的位置高於該隔板28的上表面。藉此,於該隔板28下方的相鄰兩個該第一分隔片36之間形成一第一入氣口364;相鄰兩個該第二分隔片38之間形成一第二入氣口384。該些第一入氣口364及該些第二 入氣口384係分別連通該二擋板40之間的空間。實務上,亦可設計將二個擋板連接於該隔板28之開口286周緣處。
此外,該瓦斯出口224的兩側更設置有二折板42,該二折板42係沿該參考軸向D設置且分別位於該瓦斯出口224與該二擋板40之間,各該折板42與各該擋板40之間的距離係由下往上逐漸減少。各該折板42具有複數個貫孔422,該些貫孔422係沿該參考軸向D設置,且該些貫孔422之位置低於該瓦斯出口224之位置。
請配合圖6,瓦斯在該燃燒器20的管體24內與空氣進行一次混氣,而後在該瓦斯出口224輸出開始燃燒。燃燒的過程中,在該二擋板40之間形成的半封閉空間中,火焰使空氣受熱而上升,並形成的煙囪效應,在該二擋板40頂緣處形成負壓。藉由此負壓,使空氣持續地由該隔板28下方的該些第一入氣口364及該些第二入氣口384引入至該瓦斯出口224附近,一部分的空氣由該些貫孔422引入至該二折板42之間與瓦斯混合,以供助燃。該些貫孔422之位置低於該瓦斯出口224之位置,可避免通過該些貫孔422的空氣將該瓦斯出口224的瓦斯下壓而影響火焰之高度。
另一部分的空氣在高於二折板42的位置與瓦斯混合,並向上以小角度導向各該擋板40。經導向的氣流由於康達效應使氣流吸附在各該擋板40表面,而非直接吹向火焰。導引氣流受熱後配合康達效應能使二次空氣流貼附在擋板40持續較長流距,進而能維持較穩定上升趨勢的流場。大幅延長火焰層流的範圍,減緩亂流的產生。
所謂康達效應是由於流體的黏滯性使流過的物體表面之間產生表面摩擦力,使流過物體表面附近的氣流流速減慢,只要氣流所流經的物體表面的曲率變化不是太 大,流速的減緩會導致導入空氣會被吸附在物體表面上流動。但是一旦流速沿流經物體表面之壓力梯度變為零或負時,流體不再被吸附在物體表面上流動時才會產生分離並伴隨產生渦流。
藉此,原本的火焰藉由氣幕的導引而獲得穩定和均勻的延展。在相同的燃燒規模下,在正面觀察時可大幅提高火焰在視覺上的能見度。從側邊觀察可觀察到火焰被氣幕壓縮成扁平狀。同時由於擋板40高度不須太高即有效果。
由於該些第一、第二入氣口364,384位於該隔板下方,因此,不會影響該隔板28上方的氣流之流動,使該隔板28上方的氣流可以穩定地向上流動。使用者透過透明的擋板40可清楚地看到火焰。又因為隔板28下新鮮空氣可未經高溫廢氣混和直接導向兩該二擋板40間的燃燒範圍內,可將含氧濃度高的空氣集中並有效導引至燃燒範圍,可大幅提高燃燒效率。
此外,由於瓦斯燃燒裝置2的該些第一分隔片36及該些第二分隔片38所形成多重轉彎通道的設置,可有效降低燃燒區域的進氣擾動,並控制進氣均勻性,有效防止回火,同時提高瓦斯燃燒裝置2的散熱能力,降低瓦斯燃燒裝置2溫度,以提高安全性。
本發明的瓦斯燃燒裝置2在不增加瓦斯供應量的情況下,相較於習用的瓦斯燃燒裝置1,可增加火焰的高度,亦達到節省瓦斯的效果。此外,由於氣流是呈現層流的狀態往上流動,因此,可以讓火焰的外形維持穩定,更可以將火焰產生的熱氣往上導引,減少累積於該瓦斯燃燒裝置2四周圍的熱量。在實務上,若對於火焰高度要求不高時,亦可不設置該二折板42,同樣可以達到使火焰高度高於習用的瓦斯燃燒裝置1所產生的火焰高度。
圖7至圖12所示為本實施例之瓦斯壁爐100,該瓦斯壁爐除了包含有前述瓦斯燃燒裝置2之外,更包含一爐體50、一透光遮罩52與一排氣輔助裝置54,其中,為了便於說明,爐體50在三維坐標系統下具有在水平方向上方向相異且相隔一夾角的第一軸向X和第二軸向Y,以及在垂直方向上的一第三軸向Z。在第三軸向Z上,爐體50具有相對的一頂部501和一底部502,並且在頂部501上設置有一排氣口501a,以及在底部502上或者是在爐體50靠近底部502的位置處設置有一進氣口502a,此進氣口502a的開口方向和排氣口501a的開口方向可以是相同或相異。在本實施例中,是以進氣口502a的開口方向為沿著第二軸向Y延伸的方向以及排氣口501a的開口方向為沿著第三軸向Z延伸的方向做為舉例說明,但並不以此為限。
此外,爐體50還包括一背板503以及相對的二側板504,分別設置在頂部501和底部502之間。二側板504分別沿著第一軸向X設置於背板503的相對二側,並且和背板503圍繞形成爐體50的一內部空間505。其中,在爐體50在背板503遠離內部空間505的一側(爐體50的後側)還設置有一進氣通道508,該進氣通道508之一端連通進氣口502a,另一端連通一氣體管路T的外管T1,而氣體管路T的內管T2係連通排氣口501a。並且在爐體50上對應於背板503的一側(爐體50的前側)設置有一窗口509,此窗口509介於進氣口502a與排氣口501a之間,並且連通於內部空間505。
該透光遮罩52設置於爐體50上設置有窗口509的一側,並且覆蓋於窗口509上。透光遮罩52包括本體522及外框524,外框524設置於本體522外緣,並且結合於爐體50上相鄰於窗口509的四周圍,使本體522恰好 封閉住窗口509或者是至少覆蓋於窗口509上靠近於底部502的一側,使用者可以透過本體522觀賞到爐體50內部燃燒的火焰。因此,本體522主要由耐高溫並且具有透光性質的材料所組成,例如玻璃和水晶等。此外,透光遮罩52也可以是在鏤空結構內鑲嵌有透光材料的一金屬板材,而並不侷限於完全由透光材料所組成。
該瓦斯燃燒裝置2設置於爐體50中接近底部502的位置,且該隔板28沿著第一軸向X及第二軸向Y連接於爐體50的內壁面上,而將該內部空間505分隔為位於該隔板28下方的一氣室506和位於該隔板28上方的一燃燒室507,該氣室506與該燃燒室507透過該隔板28的開口286而相連通。該氣室506連通該進氣口502a,該燃燒室507對應於該透光遮罩52的本體522,並且連通於該排氣口501a。由於瓦斯燃燒裝置2的擋板40具導流及維持較穩定上升趨勢的流場之效果,燃燒室507下半部的亂流程度可大幅減少,可使高溫往上較集中爐體50上方,提高爐體50溫差。若需要近一步提高熱效率,可在爐體50最高溫處安裝置熱交換片,更容易提高熱效率。
該排氣輔助裝置54設置於爐體50的燃燒室507內的壁面上,並且將燃燒室507分隔為一第一空間507a與一第二空間507b,其中第一空間507a介於排氣輔助裝置54與爐體50的排氣口501a之間,並且連通於排氣口501a,而第二空間507b介於排氣輔助裝置54與隔板28之間,對應於該透光遮罩52的本體522。排氣輔助裝置54具有一排氣通道542,此排氣通道542連通第一空間507a與第二空間507b,且排氣通道542的寬度自第二空間507b朝向第一空間507a的方向漸縮,並且在相對排氣口501a的一側具有一出口544。
本實施例中該排氣輔助裝置54包含有相互傾斜設置的第一導引板56和第二導引板58。第一導引板56和第二導引板58的一端分別連接於燃燒室507內的相對二壁面上,另一端分別朝向排氣口501a的方向相互傾斜,並且相隔一預定距離,而在第一導引板56和第二導引板58之間構成寬度從第二空間507b朝向第一空間507a漸縮的排氣通道542。其中,第一導引板56朝向排氣口501a傾斜的一端具有一第一頂緣562,第二導引板58朝向排氣口501a傾斜的一端具有一第二頂緣582,第一頂緣562與第二頂緣582相互平行,且第一頂緣562的水平位置高於第二頂緣582的水平位置。排氣通道542的出口544即形成於第一頂緣562和第二頂緣582之間,且出口544的長軸向沿爐體50的第一軸向X延伸,且延伸的長度等於或大於該燃燒器20的瓦斯出口224的長度。較佳地,出口544位於該瓦斯出口的正上方。
基於上述結構,由瓦斯燃燒後所產生的燃燒廢氣會在燃燒室507的第二空間507b內形成熱氣流,並且從第二空間507b朝向第一空間507a流動。當熱氣流接觸於排氣輔助裝置54的第一導引板56和第二導引板58時,會受到第一導引板56和第二導引板58的阻擋而改變流向,並且從排氣通道542的出口544流入第一空間507a內。在此過程中,由於排氣通道542的寬度是由第二空間507b朝向第一空間507a漸縮,使熱氣流的流速在排氣通道542的出口544附近增加而產生低壓吸力,進而讓第二空間507b內中的燃燒廢氣較容易被抽出至第一空間507a內。
當熱氣流通過排氣通道542的出口544後,由於流速趨緩而小於或趨近於氣體管路T內管T2的流體排放量,因此流入第一空間507a內的燃燒廢氣可以較容易地從 排氣口501a通過氣體管路T的內管T2而排至外部,如此,避免了燃燒廢氣在第一空間507a中滯留。並且,利用第一導引板56和第二導引板58的傾斜配置方式,以及排氣通道542的寬度從第二空間507b朝向第一空間507a漸縮的結構特性,也可以避免在第一空間507a內接觸於爐體50頂部的熱氣流向下回流至第二空間507b內,而有助於降低燃燒廢氣在爐體50內的累積量。
排氣輔助裝置54除了可以讓燃燒廢氣較為順利地進入第一空間507a內,而減少熱氣流在第二空間507b形成亂流的機會外,還可以避免第二空間507b內因為燃燒廢氣的滯留所造成溫度過高的問題發生。
請參照圖11與圖12,在熱氣流朝向排氣口501a流動的過程中,為了避免熱氣流在排氣通道542內過度的集中於某些位置流動,還可以在排氣輔助裝置54上選擇性的設置一個或多個分流板60,用以將排氣通道542的出口544分隔成多個次出口544a,讓熱氣流可以分散的從各個次出口544a流入第一空間507a內。在本實施例中,是以排氣輔助裝置54包括有四分流板60或至少二分流板60作為舉例說明,但並不以此為限。四分流板60直立地沿該排氣口501a的軸線方向結合於第一導引板56的第一頂緣562,並且分流板60的一端抵靠於第二導引板58的第二頂緣582上,其中二分流板60間隔排列,而將排氣通道542的出口544分隔成多個次出口544a。
實務上,分流板60可以垂直的或傾斜的連接於第一導引板56和第二導引板58之間,或者是相鄰的二分流板60可以朝向爐體50的排氣口501a的方向相互傾斜設置,讓二個相鄰的分流板60之間的距離從第二頂緣582朝向第一頂緣562的方向漸縮,讓熱氣流可以受到二個相鄰的 分流板60的導引而加速的從相應的次出口544a流入第一空間507a內,並且減少熱氣流在第二空間507b內產生亂流的機會。
進一步地,為了增進熱氣流的分散效果,還可以在二分流板60之間設置一擾流板62,讓使擾流板62對應於其中一次出口544a,較佳地,擾流板62設置在多個分流板60中靠近中間位置的二分流板60之間。擾流板62位於該排氣口501a下方且沿該排氣口501a的軸線方向結合於第二導引板58的第二頂緣582,並且平行於第二頂緣582,其中擾流板62的一端連接於第二頂緣582,另一端朝向第一導引板56的第一頂緣562的方向延伸,並且部分的遮蔽與其相應的次出口544a,讓相應的次出口544a的口徑縮減。
因此,當熱氣流流動至與擾流板62相應的次出口544a時,其流速會受到擾流板62的阻擋以及次出口544a的口徑縮減等影響而驟減,並且往擾流板62的相對二端的方向流動至其他的次出口544a內。如此,除了可以分散熱氣流流動以及減少亂流產生外,還可以避免燃燒廢氣在燃燒室507內累積熱量等功效,而有效的降低透光遮罩52的溫度。
本發明與先前技術最大的差異在於:(1)以導流設計精確控制燃燒的二次混氣方式,使燃燒瓦斯時,不受隔板上方高溫廢氣擾動而大幅降低進氣的含氧濃度,進而提高燃燒效率。(2)利用流體的康達效應,以有效增加層流火焰燃燒範圍,大幅減少火焰周圍亂流的產生,避免過度混氣而產生無色火焰與氮化物。而達到適用範圍廣且具高效能與低一氧化碳和氮化物(NOx)排放量的瓦斯燃燒裝置,同時在不增加瓦斯供應量的情況下,可增加可視橘黃色火焰能見度與規模高度。本發明之瓦斯燒燃燒裝置使用於瓦斯壁爐只是一 應用例而已,並非限定該瓦斯燃燒裝置的用途。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已,舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化,理應包含在本發明之專利範圍內。
2‧‧‧瓦斯燃燒裝置
20‧‧‧燃燒器
22‧‧‧外殼
24‧‧‧管體
26‧‧‧導流裝置
28‧‧‧隔板
284‧‧‧下表面
36‧‧‧第一分隔片
364‧‧‧第一入氣口
40‧‧‧擋板
402‧‧‧頂緣
D‧‧‧參考軸向

Claims (25)

  1. 一種瓦斯燃燒裝置,包含:一燃燒器,用以燃燒瓦斯,該燃燒器係呈長形且具有一瓦斯出口沿長軸向設置;以及一導流裝置,與該燃燒器結合,該導流裝置包括一橫向設置的隔板與二相面對的擋板,該隔板具有一長形的開口,各該擋板係呈長形,各該擋板位於該開口處且各該擋板之一頂緣的位置高於該隔板的一上表面;該燃燒器位於該隔板下方且該瓦斯出口位於對應該二擋板之間的位置;該導流裝置另具有至少一第一入氣口,該第一入氣口位於該隔板下方且連通該二擋板之間的空間。
  2. 如請求項1所述之瓦斯燃燒裝置,其中該導流裝置的第一入氣口的數量為複數個,該導流裝置包括多數個位於該隔板下方的第一分隔片,該些第一分隔片係沿一參考軸向間隔設置,該參考軸向係平行於該燃燒器的長軸向,且該些第一分隔片位於該瓦斯出口之一側,相鄰兩個該第一分隔片之間形成一個該第一入氣口。
  3. 如請求項2所述之瓦斯燃燒裝置,其中該導流裝置包括多數個位於該隔板下方的第二分隔片,該些第二分隔片係沿該參考軸向間隔設置且位於該瓦斯出口相對於該些第一分隔片之另一側,相鄰兩個該第二分隔片之間形成一第二入氣口。
  4. 如請求項3所述之瓦斯燃燒裝置,其中各該第一分隔片具有一第一切槽,各該第二分隔片具有一第二切槽;該二擋 板穿過該開口,且一該擋板插設於該些第一切槽中,另一該擋板插設於該些第二切槽中。
  5. 如請求項3所述之瓦斯燃燒裝置,其中該導流裝置包括二折板,各該折板係沿該參考軸向設置且位於該瓦斯出口與各該擋板之間,各該折板與各該擋板之間的距離係由下往上逐漸減少。
  6. 如請求項5所述之瓦斯燃燒裝置,其中各該折板具有複數個貫孔,該些貫孔係沿該參考軸向設置。
  7. 如請求項6所述之瓦斯燃燒裝置,其中該些貫孔之位置低於該瓦斯出口之位置。
  8. 如請求項3所述之瓦斯燃燒裝置,其中該導流裝置包括一固定架,該些固定架係設置於該隔板下方,該些第一分隔片及該些第二分隔片設置於該固定架上。
  9. 如請求項1所述之瓦斯燃燒裝置,其中該二擋板為透明材質所製成。
  10. 如請求項1所述之瓦斯燃燒裝置,其中該燃燒器包括一外殼與一管體,該外殼具有二立板,該二立板之間形成該瓦斯出口;該管體設置於該外殼中,且具有複數個供瓦斯通過的出氣孔,該些出氣孔係沿長軸向設置且對應該瓦斯出口。
  11. 一種瓦斯壁爐,包含:一爐體,包括一進氣口、一排氣口以及一窗口,該窗口介於該進氣口與該排氣口之間;一透光遮罩,覆蓋於該窗口上; 一導流裝置,設置於該爐體內,該導流裝置包括一隔板與二相面對的擋板,該隔板將該爐體內分隔出位於上方的一氣室與位於下方的一燃燒室,該氣室連通該進氣口,該燃燒室對應於該透光遮罩,並且連通該排氣口;該隔板具有一長形的開口連通該氣室與該燃燒室;各該擋板係呈長形,各該擋板位於該開口處且各該擋板之一頂緣的位置高於該隔板的一上表面;該導流裝置另具有至少一第一入氣口,該第一入氣口位於該隔板下方且連通該開口;以及一燃燒器,用以燃燒瓦斯,該燃燒器係呈長形且具有一瓦斯出口沿長軸向設置;該燃燒器位於該隔板下方且該瓦斯出口位於對應該二擋板之間的位置。
  12. 如請求項11所述之瓦斯壁爐,其中該導流裝置的第一入氣口的數量為複數個,該導流裝置包括多數個位於該隔板下方的第一分隔片,該些第一分隔片係沿一參考軸向間隔設置,該參考軸向係平行於該燃燒器的長軸向,且該些第一分隔片位於該瓦斯出口之一側,相鄰兩個該第一分隔片之間形成一個該第一入氣口。
  13. 如請求項12所述之瓦斯壁爐,其中該導流裝置包括多數個位於該隔板下方的第二分隔片,該些第二分隔片係沿該參考軸向間隔設置且位於該瓦斯出口相對於該些第一分隔片之另一側,相鄰兩個該第二分隔片之間形成一第二入氣口。
  14. 如請求項13所述之瓦斯壁爐,其中各該第一分隔片具有一第一切槽,各該第二分隔片具有一第二切槽;該二擋板 穿過該開口,且一該擋板插設於該些第一切槽中,另一該擋板插設於該些第二切槽中。
  15. 如請求項13所述之瓦斯壁爐,其中該導流裝置包括二折板,各該折板係沿該參考軸向設置且位於該瓦斯出口與各該擋板之間,各該折板與各該擋板之間的距離係由下往上逐漸減少。
  16. 如請求項15所述之瓦斯壁爐,其中各該折板具有複數個貫孔,該些貫孔係沿該參考軸向設置。
  17. 如請求項16所述之瓦斯燃燒裝置,其中該些貫孔之位置低於該瓦斯出口之位置。
  18. 如請求項13所述之瓦斯壁爐,其中該導流裝置包括一固定架,該些固定架係設置於該隔板下方,該些第一分隔片及該些第二分隔片設置於該固定架上。
  19. 如請求項11所述之瓦斯壁爐,其中該二擋板為透明材質所製成。
  20. 如請求項11所述之瓦斯壁爐,其中該燃燒器包括一外殼與一管體,該外殼具有二立板,該二立板之間形成該瓦斯出口;該管體設置於該外殼中,且具有複數個供瓦斯通過的出氣孔,該些出氣孔係沿長軸向設置且對應該瓦斯出口。
  21. 如請求項11所述之瓦斯壁爐,包括一排氣輔助裝置,設置於該燃燒室內,並且將該燃燒室分隔為一第一空間與一第二空間,其中該排氣輔助裝置具有連通該第一空間與該第 二空間的一排氣通道,且該排氣通道的寬度自該第二空間朝向該第一空間的方向漸縮。
  22. 如請求項21所述之瓦斯壁爐,其中該排氣輔助裝置包括一第一導引板與一第二導引板,該第一導引板和該第二導引板的一端分別連接於該燃燒室的相對二壁面,另一端分別朝向該排氣口的方向相互傾斜,並且相隔一預定距離,而在該第一導引板與該第二導引板之間構成該排氣通道。
  23. 如請求項22所述之瓦斯壁爐,其中該第一導引板朝向該排氣口傾斜的一端具有一第一頂緣,該第二導引板朝向該排氣口傾斜的一端具有一第二頂緣,該第一頂緣的水平位置高於該第二頂緣的水平位置,並且在該第一頂緣與該第二頂緣之間形成該排氣通道的一出口。
  24. 如請求項23所述之瓦斯壁爐,其中該排氣輔助裝置包括二分流板,該二分流板沿該排氣口的軸線方向結合於該第一頂緣上,並且抵靠於該第二頂緣,該二分流板間隔排列,將該出口分隔成多個次出口。
  25. 如請求項24所述之瓦斯壁爐,其中該排氣輔助裝置包括一擾流板,設置於該二分流板之間,該擾流板沿該排氣口的軸線方向結合於該第二頂緣上,並且局部遮蔽該二分流板之間的次出口。
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