TWI649517B - Burner structure - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種燃燒機結構，其包含一管件、一內殼與一外殼。管件具有一第一氣體通道。內殼環設於管件，並內殼與管件之間具有一第一氣體通道。外殼環設於內殼，並外殼與內殼之間具有一第二氣體通道。利用低溫之第一氣體於第一氣體通道之通道口周圍形成一氣流層。使高溫之第二氣體不能直接混合於第一氣體通道排出之混合氣料。第二氣體與混合氣料需向外排出一段距離後，才能開始混合。如此能降低燃料的氧化速率，以降低燃料的使用。並且避免高溫燃燒的過程太靠近於燃燒機結構，而造成燃燒機結構的損毀。

Description

燃燒機結構

本發明係有關於一種燃燒機結構，尤指降低燃燒氧化速率之燃燒機結構。

蓄熱燃燒技術是利用陶瓷材料作為熱交換介質，將燃燒後的高溫煙器熱能回收並用來愈熱燃燒所需的空氣。藉由陶瓷材料的高蓄熱能力特性，可將燃燒空氣預熱至攝氏800度以上。因此使火焰的穩定區域擴大，有助於火焰的穩定性提升此外，蓄熱式燃燒技術採用交替式的燃燒方式，此交替式的燃燒方式，不但可促進加熱爐內熱流場的均勻化，更可大幅提高加熱爐內的平均熱通量，而獲致高效率的熱傳目的。因此蓄熱燃燒技術具有燃燒熱效率提升，節省燃料耗用及設備體積小型化的特性。

目前習知燃燒裝置係採用金屬燃燒機，助燃空氣透過與燃料混合後點火燃燒，由於助燃空氣溫度低，燃燒後之廢氣含氧率低，燃燒機無過熱或高溫氧化問題。導入蓄熱燃燒系統後，由於助燃空氣溫度高加上含氧量高，容易產生劇烈的超高溫(2000K以上)燃燒。且燃燒機大多於一腔室或一噴嘴口進行燃燒作用，但長期使用下來，由於燃燒作用於內部或靠近燃燒機本體，而高溫對於燃燒機本身機構具有一定的影響，可能導致燃燒機的損毀或是燃燒作用效果不彰，而會導致燃燒機的使用壽命下降。

再者，燃燒機為了使燃料能夠與助燃空氣更容易的混合在一起，常常使助燃空氣以不規則的方式流動，如此加入燃料時能夠更平均得參雜於助燃空氣中，但會間接影響到混合後的燃料與助燃空氣於進行點火燃燒時，由於氣流的不規則流動，會導致燃燒位置會有所差異與不穩定。

另外，蓄熱式燃燒機大多需要燃燒機本體的溫度上升到一定的溫高後，才可啟用蓄熱式燃燒，無法直接利用低溫助燃空氣。

本發明之一目的，在於提供一種燃燒機結構，其可使燃燒機排出的氣流穩定，而使燃燒情況也處於穩定狀態。

本發明之一目的，在於提供一種燃燒機結構，其可控制燃燒機之點火燃燒位置遠離於燃燒機本體，以避免燃燒高溫溫度影響燃燒機。

本發明之一目的，在於提供一種燃燒機結構，其降低燃料的氧化速率，並且節省燃料。

本發明有關於一燃燒機結構，其包含一管件、一第一燃料管件、一層流引導件、一點火件、一內殼與一外殼。其中該管件包含：一殼體、一第一氣體通道。第一氣體通道設置於該殼體之內部，第一燃料管件穿設於該第一氣體通道，層流引導件具有複數個氣流通道，該層流引導件套設於該管件，並位於該第一燃料管件之一出料口的一側。旋風盤具有複數個貫穿孔，並該旋風盤設置於該第一氣體通道內；層流引導件具有複數個氣流通道，且層流引導件對應於該燃料管之一出料口；點火件設置於該層流引導件之一側，且該側位於該第一氣體通道之外側。內殼環設於管件之外側，並內殼與管件之間具有一第二氣體通道。外殼環設於內殼之外側，並外殼與內殼之間具有一第三氣體通道。

本發明提供一實施例，其揭示該管件另包含一旋風盤，其具有複數個貫穿孔，該旋風盤設置於該第一氣體通道；其中，該第一燃料管件穿設該旋風盤。

本發明提供一實施例，其揭示該旋風盤的每一該貫穿孔相對於該第一氣體通道路徑方向呈40度到50度之夾角。

本發明提供一實施例，其揭露如申請專利範圍第2項所述之燃燒機結構，其中該層流引導件、該殼體以及該旋風盤圍設成一氣料混合部。

本發明提供一實施例，其揭露每一該氣流通道之內徑長度小於每 一該氣流通道之通道長度。

本發明提供一實施例，其揭露該層流引導件設置於該第一氣體通道內，並該層流引導件之一端與該第一氣體通道之一通道口平齊。

本發明提供一實施例，其揭露該內殼與該外殼的材質為預鑄耐火材或陶瓷材料。

本發明提供一實施例，其揭露該管件另包含複數第二燃料管件，該複數第二燃料管件穿設於該第一氣體通道，並環設於該第一燃料管件，其中，該層流引導件套設該第一燃料管件與該複數第二燃料管件，並位於該複數第二燃料管件之複數出料口的一側

本發明提供一實施例，其揭露其中該第一燃料管件具有複數出料口，該複數出料口是開設於第一燃料管件的周緣，且該複數出料口位於該第一氣體通道之外側。

本發明提供一實施例，其揭露其中該第一燃料管件排出一第一燃料，該複數第二燃料管件分別排出一第二燃料，該第一燃料之排出方向不同於該第二燃料之排出方向。

本發明提供一實施例，其揭露其中該層流引導件更連通該第一燃料管件，該層流引導件對應於該第一氣體通道之開口方向不同於該層流引導件對應於該第一燃料管件之開口方向。

本發明提供一實施例，其揭露其中該層流引導件更設有一凸件，其位於該層流引導件之外側，該凸件之一側設置一出料口，該出料口連通該第一燃料管件。

本發明提供一實施例，其揭露其中該管件位於該殼體之內部以該殼體與該層流引導件圍設一氣料混合部。

本發明提供一實施例，其揭露該層流引導件更連通該第一燃料管件，該層流引導件對應於該第一氣體通道之開口方向不同於該層流引導件對應於該第一燃料管件之開口方向。

本發明提供一實施例，其揭露第一氣體通道第一氣體通道本發明 提供一實施例，其揭露該第二氣體通道排出一第一氣體，該第三氣體通道排出一第二氣體，該第一氣體之溫度低於該第二氣體之溫度。

1‧‧‧燃燒機結構

10‧‧‧管件

102‧‧‧殼體

102a‧‧‧內側壁

110‧‧‧第一氣體通道

111‧‧‧通道口

120‧‧‧旋風盤

121‧‧‧貫穿孔

130‧‧‧第一燃料管件

131‧‧‧出料口

131a‧‧‧出料口

132‧‧‧第二燃料管件

140‧‧‧層流引道件

140s‧‧‧外側面

141‧‧‧氣流通道

1411‧‧‧擋板

1412‧‧‧封閉件

1413‧‧‧貫穿通道

150‧‧‧點火件

16‧‧‧氣體導管

20‧‧‧內殼

22‧‧‧內殼

210‧‧‧第二氣體通道

212‧‧‧第二氣體入口

30‧‧‧外殼

32‧‧‧外殼

310‧‧‧第三氣體通道

312‧‧‧第三氣體入口

A0‧‧‧氣料混合氣體

A1‧‧‧第一氣體

A2‧‧‧第二氣體

f1‧‧‧第一燃料

f2‧‧‧第二燃料

M1‧‧‧氣料混合部

M2‧‧‧氣料混合部

第一圖：其為本發明之燃燒機結構之示意圖；第二圖：其為本發明之燃燒機結構之剖視圖；第三圖：其為本發明之燃燒機結構之引導氣流過程之剖面示意圖；第四A圖：其為本發明之燃燒機之層流引導件之氣流通道結構示意圖；第四B圖：其為本發明之燃燒機之層流引導件之另一氣流通道結構示意圖；第五圖：其為本發明之燃燒機結構之示意圖；第六A圖：其為本發明之燃燒機之另一引導氣流過程之剖面示意圖；第六B圖：其為第六A圖之燃燒機之引導氣流過程及尾氣燃燒之剖面示意圖；第七A圖：其為本發明之燃燒機之引導氣流過程之剖面示意圖；以及第七B圖：其為第七A圖之燃燒機之引導氣流過程及尾氣燃燒之剖面示意圖。

為使對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第一圖與第二圖，其為本發明之燃燒機結構之示意圖與剖視圖。如圖所示，本實施例提供一種燃燒機結構1，其能用於引進冷風(低溫空氣)或熱風(高溫空氣)作為助燃空氣，並將助燃空氣與燃料混合後，再進行點火燃燒。該燃燒機結構1包含一管件10、一第一燃料管件130、一層流引導件140、一點火件150、一內殼20與一外殼30。管件10具有一殼體102與一第一氣體通道110。內殼20環設於管件10外側，並內殼20與管件10之間具有一第二氣體通道210。外殼30環設於內殼20外側，並外殼30與內殼20之間具有一第三氣體通道310。其中內殼20的材質為陶瓷。

於本實施例中，燃燒機結構1透過第二氣體通道210排出之氣體而形成氣體薄壁，由氣體薄壁避免由第三氣體通道310排出之氣體直接混合於第一氣體通道110排出之氣料混合氣體，當距離燃燒機結構1一段距離後，第二氣體通道210之氣體氣流才會變弱，使第三氣體通道310之氣體能混合氣料混合氣體。如此能使混合後之氣體的燃燒位置較遠離於燃燒機結構1，以提高燃燒機結構1之使用壽命。

一旋風盤120具有複數個貫穿孔121，並設置於第一氣體通道110內。每一該貫穿孔121之貫穿方向相對於第一氣體通道110之通道路徑方向呈40度到50度之夾角。第一燃料管件130穿設旋風盤120，使第一燃料管件130之一出料口131設置於該旋風盤120之一側。層流引導件140具有複數個氣流通道141。每一該氣流通道141之通道內徑長度小於每一該氣流通道141之通道長度。層流引導件140套設於管件10，於本實施例中，層流引導件140是設置於第一氣體通道110內，並位於該第一燃料管件130之一出料口131的一側，而對應於第一燃料管件130之出料口131。該層流引導件140、該殼體102以及該旋風盤120圍設成一氣料混合部M1。該點火件150設置於該層流引導件140的一側。其中該層流引導件140之一端與第一氣體通道110之一通道口111平齊，如此氣料混合氣體之點火位置能夠靠外側，以避免燃燒位置太過靠近於燃燒機結構1，使燃燒的高溫影響到燃燒機結構1。

請參閱第三圖，其為本發明之燃燒機之引導氣流過程之剖面示意圖。如圖所示，本實施例之燃燒機結構1於進行燃燒過程中，燃燒機結構1之管件10的內部溫度低於650度，則無法啟用蓄熱裝置進行蓄熱燃燒。故，先通入低溫空氣(即低溫助燃空氣)進入第一氣體通道110內，並且通過旋風盤120之該些個貫穿孔121，由於該些個貫穿孔121為傾斜通道，低溫空氣通過後呈現旋渦氣流。第一燃料管件130之出料口131同時進行輸出燃料。燃料因低溫空氣氣流的流動方式，使燃料能夠在氣料混合部更快摻雜於低溫空氣，而混合形成一氣料混合氣體A0。

再者，氣料混合氣體A0(即燃料與低溫空氣之混合)通過層流引導 件140之該些個氣流通道141。該些氣流通道141的通道截面積小(即內徑長度短)，且該些氣流通道141的通道路徑長。氣料混合氣體A0之氣流於進入該些個氣流通道141受到擠壓。使氣料混合氣體A0能順著該些個氣流通道141之通道路徑排出(即第一氣體通道110之通道口111排出)後，氣料混合氣體A0呈現穩定氣流狀態。此時，點火件150進行點火，促使氣料混合氣體A0進行燃燒。

進一步來說，第一氣體通道110之通道口111排出氣料混合氣體A0。第二氣體通道210排出一第一氣體A1，而第一氣體A1為自燃燒機結構1之外部引進的一般室溫空氣。第三氣體通道310排出一第二氣體A2，而第二氣體A2為引進空氣經燃燒機結構內部之蓄熱裝置之高溫空氣，而高溫空氣大約為攝氏800度的高溫空氣(即高溫助燃空氣)。第一氣體A1(即一般室溫空氣)之溫度低於第二氣體A2(即經蓄熱裝置之高溫空氣)之溫度。

於本實施例中，第二氣體通道210排出之第一氣體A1於第一氣體通道110之通道口111周圍形成氣流薄壁。第三氣體通道310排出之第二氣體A2。因第二氣體A2受到第一氣體A1形成氣流薄壁影響，而無法直接混合於氣料混合氣體A0。當第一氣體A1相距於第二氣體通道210一段距離後，其所排出之第一氣體A1之氣流較弱，使第三氣體通道310之第二氣體A2能混合於氣料混合氣體A0，進而透過第二氣體A2之高溫影響，使氣料混合空氣產生高溫燃燒。如此可控制第二氣體A2混合於氣料混合氣體A0之燃燒位置，此燃燒位置遠離於燃燒機結構1，以避免高溫造成燃燒機結構1之損害。

另外，當燃燒機結構1之管件10內部溫度高於650度，則啟用蓄熱裝置進行蓄熱燃燒。而後續燃燒機結構1之使用方式相同於前述實施例所述，故，於此不在贅述。

本實施例係針對於習知技術之缺點進行改良，習知技術中，有關於蓄熱式燃燒機無法在爐內為低溫狀態下進行使用，而無法利用冷風進行蓄熱燃燒。且習知燃燒機使用一段長時間後，由於燃燒位置距離燃燒機過近，而會影響到燃燒機的作用。故，本實施例提供一種燃燒機，其包含一管件10、一內殼20與一外殼30。

第二氣體通道210排出之第一氣體A1而形成氣體薄壁，由氣體薄壁避免由第三氣體通道310排出之第二氣體A2直接混合於第一氣體通道10排出之氣料混合氣體A0。使第二氣體A2須距離燃燒機結構1一段距離後，第二氣體A2才能混合於氣料混合氣體A0。如此其燃燒位置遠離於燃燒機結構1，而避免高溫導致燃燒機結構1損壞。再者，因為燃料先混合冷空氣形成氣料混合氣體A0。再於後續燃燒製程，混入第二氣體A2(即高溫助燃空氣)，如此能夠降低燃料的氧化速率，並且節省燃料。另外，氣料混合氣體A0透過該層流引導件140之該些個氣流通道141改變氣流行徑路線，而使氣流呈現穩定狀態，故，燃燒情況也處於穩定狀態。

請一併參閱第四A圖與第四B圖，其為燃燒機之層流引導件之兩種氣流通道結構示意圖。如圖所示，本實施例中，燃燒機結構1更包含複數個擋板1411，該些個擋板1411交錯設置於該管件10之第一氣體通道110內，而形成該些個氣流通道141。除此之外，燃燒機結構1也可包含一封閉件1412，該封閉件1412具有複數個貫穿通道1413，而形成該些個氣流通道141。如此本實施例具有多變化該些個氣流通道141，其功效在於使氣流能夠平穩的向第一氣體通道110之通道口111排出。

請參閱第五圖，其為本發明第二實施例之燃燒機結構之剖視圖。如圖所示，本實施例提供一種燃燒機結構1，其能用於引進冷風(低溫空氣)與燃料混合後，再經點火件150點燃大火fire 1(如第六B圖所示)，或引進熱風(高溫空氣)混合冷風(低溫空氣)與燃料之混合氣體後，再經熱風點燃擴散焰火fire 2(如第七B圖所示)。該燃燒機結構1包含一管件10、一第一燃料管件130、一層流引導件140、一點火件150、一內殼22與一外殼32。管件10設有一殼體102，殼體102內穿設一第一氣體通道110，本實施例中，更進一步利用一氣體導管16導入第一氣體A1至第一氣體通道110(如第六A圖所示)。

本實施例之第一氣體通道110中穿設該第一燃料管件130，且更穿設複數第二燃料管件132，並由層流引導件140套設第一燃料管件130與該些第二燃料管件132，第一燃料管件130與該些第二燃料管件132分別用於輸出第一燃料f1與第二燃料f2，於本實施例中，第一燃料管件130具有複數出料口131a，該些出 料口是開設於第一燃料管件130的周緣，因此第一燃料f1更可向側面噴發(如第六A圖所示)，而朝向管件10之殼體102的內側壁102a。內殼22環設於管件10外側，並內殼22與管件10之間具有一第二氣體通道210，以輸出第一氣體A1。外殼32環設於內殼22外側，外殼32與內殼22之間具有一第三氣體通道310，以輸出第二氣體A2。其中本實施例之內殼22與外殼32之材質可採用預鑄耐火材或陶瓷材料，其中第一燃料f1與第二燃料f2可為相同燃點或不同燃點之燃料。

請一併參閱第六A圖與第六B圖，於本實施例的一實施方式中，燃燒機結構1處於大火模式，管件10自氣體導管16導入第一氣體A1，因而經管件10之第一氣體通道110輸出第一氣體A1並通過層流引導件140，以及第一燃料管件112輸出第一燃料f1，第一燃料管件130的複數出料口是開設於第一燃料管件130的周緣，使得第一燃料f1呈徑向射出，因此讓第一燃料f1較容易與第一氣體通道110輸出之第一氣體A1混合而形成混合氣體，混合氣體經點火件150點燃，以讓燃燒機結構1輸出大火fire 1。如此能使混合氣體的燃燒位置較為集中，以提高燃燒機結構1之使用效率。此外，本實施例中，殼體102之末端(即第一氣體通道之通道口111)的內側壁102a較層流引導件140之一外側面140s凸出，因而以殼體102之末端的內側壁102a與層流引導件140之一外側面140s形成一氣料混合部M2，其如第六A圖所示，第一燃料f1與第一氣體通道110輸出之第一氣體A1在氣料混合部M2進行混合，再經點火件150點燃，因而提供大火fire 1。

請一併參閱第七A圖與第七B圖，於本實施例的另一實施方式中，燃燒機結構1處於擴散焰模式，因而管件10之第二燃料管件132輸出第二燃料f2，以及第二氣體通道210輸出第一氣體A1，第三氣體通道310輸出第二氣體A2，其中第二氣體A2之溫度大於第一氣體A1之溫度，也就是說第二氣體A2屬於熱風，而第一氣體A1屬於冷風，燃燒機結構1透過第二氣體通道210排出之第一氣體A1而形成氣體薄壁，由氣體薄壁避免第三氣體通道310排出之第二氣體A2直接混合於第二燃料管件132輸出的第二燃料f2，當距離燃燒機結構1一段距離後，自第二氣體通道210排出之第一氣體A1氣流才會變弱，使第二氣體通道210輸出之第一氣體A1、第二氣體A2能混合第二燃料f2。

且，第二燃料管件132、第二氣體通道210與第三氣體通道310皆為直接射出氣體，且第二氣體通道210所排出之第一氣體A1會形成風廉，因而避免第二氣體A2一離開第三氣體通道310即與第二燃料f2接觸，所以第一氣體A1、第二氣體A2與第二燃料f2較遠離燃燒機結構1，而形成擴散焰火fire2，如此能使混合後之氣體的燃燒位置較為擴散，以提高燃燒機結構1在擴散燃料狀態下之使用效率，而且，第一氣體A1、第二氣體A2與第二燃料f2較遠離燃燒機結構1，可避免高溫造成燃燒機結構1之損害。此外，管件10更可停止輸出第一氣體A1。其中第一氣體A1由第一氣體入口212進入第二氣體通道210，第二氣體A2由第二氣體入口312進入第三氣體通道310。

由以上可知，第一燃料f1與第二燃料f2之噴發方向不同，第一燃料f1呈徑向射出，第二燃料f2為直線射出，因此第一燃料f1與第二燃料f2預拌助燃空氣的位置不一樣，而形成不同方式燃料火焰。

綜上所述，本發明提供一種燃燒機結構，能夠利用於低溫助燃空氣或高溫助燃空氣與燃料混合後，進行點火燃燒。若燃料先混合低溫助燃空氣，再於後續燃燒製程上，再混入高溫助燃空氣，如此能夠降低燃料的氧化速率，並且節省燃料。再者，燃燒機結構透過層流引導件控制氣體流動的方式，氣體能夠以規則方式流出，使氣流呈現穩定狀態，使排出該通道口之氣流穩定，故，燃燒情況也處於穩定狀態。另外，第一氣體通道排出之第一氣體而形成氣體薄壁，由氣體薄壁避免由第二氣體通道排出之第二氣體直接混合於第一氣體通道排出之氣料混合氣體。使第二氣體須距離燃燒機結構一段距離後，第一氣體通道排出的第一氣體之氣流較弱。第二氣體才能混合於氣料混合氣體。如此其燃燒位置遠離於燃燒機結構，而避免高溫導致燃燒機結構損壞。

Claims (13)

1. 一種燃燒機結構，其包含：一管件，該管件包含：一殼體；以及一第一氣體通道，設置於該殼體之內部；一第一燃料管件，其穿設於該第一氣體通道；一層流引導件，其具有複數個氣流通道，該層流引導件套設於該管件，並位於該第一燃料管件之一出料口的一側；一點火件，設置於該層流引導件之一側，且該側是位於該第一氣體通道之外側；一內殼，其環設於該管件外側，該內殼與該管件之間具有一第二氣體通道，其中該第二氣體通道排出一第一氣體於該第一氣體通道之一通道口周圍形成氣流薄壁；以及一外殼，其環設於該內殼外側，該外殼與該內殼之間具有一第三氣體通道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒機結構，另包含：一旋風盤，其具有複數個貫穿孔，該旋風盤設置於該第一氣體通道；其中，該第一燃料管件穿設該旋風盤。
3. 如申請專利範圍第2項所述之燃燒機結構，其中該旋風盤的每一該貫穿孔相對於該第一氣體通道路徑方向呈40度到50度之夾角。
4. 如申請專利範圍第2項所述之燃燒機結構，其中該層流引導件、該殼體以及該旋風盤圍設成一氣料混合部。
5. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒機結構，其中，該層流引導件的每一該氣流通道之內徑小於每一該氣流通道之通道長度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒機結構，其中，該層流引導件設置於該第一氣體通道內，該層流引導件之一端與該第一氣體通道之該通道口平齊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒機結構，其中，該內殼與該外殼的材質為預鑄耐火材或陶瓷材料。
8. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒機結構，該管件另包含：複數第二燃料管件，該複數第二燃料管件穿設於該第一氣體通道，並環設於該第一燃料管件，其中，該層流引導件套設該第一燃料管件與該複數第二燃料管件，並位於該複數第二燃料管件之複數出料口的一側。
9. 如申請專利範圍第8項所述之燃燒機結構，其中該第一燃料管件具有複數出料口，該複數出料口是開設於第一燃料管件的周緣，且該複數出料口位於該第一氣體通道之外側。
10. 如申請專利範圍第8或9項所述之燃燒機結構，其中該第一燃料管件排出一第一燃料，該複數第二燃料管件分別排出一第二燃料，該第一燃料之排出方向不同於該第二燃料之排出方向。
11. 如申請專利範圍第8或9項所述之燃燒機結構，其中，該層流引導件的一外側面與該殼體末端的內側壁圍設成一氣料混合部。
12. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒機結構，其中該層流引導件更連通該第一燃料管件，該層流引導件對應於該第一氣體通道之開口方向不同於該層流引導件對應於該第一燃料管件之開口方向。
13. 如申請專利範圍第1項所述之燃燒機結構，其中該第二氣體通道排出該第一氣體，該第三氣體通道排出一第二氣體，該第一氣體之溫度低於該第二氣體之溫度。