TWI673457B - 蓄熱式燃燒器及其焰速調變器 - Google Patents

Abstract

本發明旨在揭露一種蓄熱式燃燒器及其焰速調變器，其經由一焰速調變器與蓄熱式燃燒器可拆卸式結合，達改變火焰之燃燒速度、形狀長短與焰火強度，以符合燃燒爐/工件之加工需求。另外，亦可選擇分配焰火分布範圍，以及導引部分未燃燒完全之天然氣燃燒，以符合節能減排之規章。

Description

蓄熱式燃燒器及其焰速調變器

本發明係有關於一種焰速調變器，其尤指一種運用於蓄熱式燃燒器之調變器。

請參閱第一圖，其為習知蓄熱式燃燒器之作動示意圖。如圖所示，傳統蓄熱式燃燒器9與一燃燒爐(未圖示)連接，經由蓄熱式燃燒器9之一燃燒部90與燃燒爐連通，而可對置放於燃燒爐內之至少一工件(未圖示)進行加熱作業。習知蓄熱式燃燒器9欲進行燃燒時，係由一進排氣口(未圖示)輸送一預熱空氣8進入燃燒部90之一燃燒室900中，再於燃燒室900之任意側注入一燃料氣源7(如天然氣)與預熱空氣8混合，最後搭配一點火裝置92於燃燒室900點燃混合之氣體形成一火焰F，並且於燃燒室900之一火焰出口902噴出，而於燃燒爐中進行燃燒。

一般火焰F之燃燒速度、形狀長短，以及焰火強度取決於火焰出口902之結構而呈現相對應之焰火型態。經查，傳統蓄熱式燃燒器9之火焰出口902為一固定大小之結構，因此火焰F自火焰出口902噴出於燃燒爐之焰火型態亦為固定不變(即上揭燃燒速度、形狀長短、焰火強度已為一固定參數而無變化)；然而，燃燒爐為了因應使用者之操作需求，有著尺寸大小之區分，工件亦具有加工溫度之考量而有對應溫度需求。因此，習知燃燒部90之火焰出口902結構，無法適配於各樣式之燃燒爐與工件，而存在著待改進缺失。亦即由於燃燒室900之火焰出口902為一固定構件而成形於燃燒部90，若要配合各種燃燒爐、加工工件之作業需求，勢必需要大動作地對蓄熱式燃燒器9進行結構改變，以解決單一燃燒部90結構僅能對應單一尺寸之燃燒爐或/及工件，進而產生加工、時間成本增加，需要製造各種不同結構之火焰出口902以順應需求，俾有不符合經濟效益、置換便利性等問題。

再者，復參閱第一圖，傳統蓄熱式燃燒器9之燃燒室900任意側注入燃料氣源7與預熱空氣8混合過程，仍然會有部分燃料氣源7未能有效與預熱空氣8結合，具有燃燒不完全之問題，將導致燃燒效率低下。此外，傳統蓄熱式燃燒器9之火焰F隸屬於一直火集中型態，該類型由於焰火集中，在燃燒過程中氮氧化物(NOx)之排放量會大幅上升。為了符合世界各國環保機關所訂定之排放廢氣規範，則需要對習知直火型態之火焰F，以及部分未燃燒完全之天然氣(燃料氣源7)進行導引、改善，以期於加熱效率、節能減排以及部分天然氣之運用進行妥善處理，而取得一較佳之平衡點。

職是之故，遂有針對上述習知蓄熱式燃燒器之結構進行改善之必要性。

本發明之一目的提供一種蓄熱式燃燒器及其焰速調變器，其可調整蓄熱式燃燒器之燃燒火焰的燃燒速度、形狀長短與焰火強度，以符合各式燃燒爐、工件之工作環境需求，更提升工件之加工效率。

本發明之一目的提供一種蓄熱式燃燒器及其焰速調變器，其毋須對既有蓄熱式燃燒器進行大動作構改，即可達調變焰速之功效，兼具置換之便利性，以克服原本機具之加工、時間成本。

本發明之一目的提供一種蓄熱式燃燒器及其焰速調變器，其有效對未燃燒完全之天然氣進行導引燃燒，分配焰火燃燒強度於燃燒效率以及氮氧化物排放之間取得一較佳平衡點，以符合廢氣排放之規範。

為了達成上述所指稱之各目的與功效，本發明揭露一種用於燃燒器之焰速調變器，其包含:一管徑部，其一端環設一底座，另一端設置一出焰口，該底座可拆卸地設置於一燃燒器之壁面而環設於該燃燒器之一火焰出口周緣，且該出焰口之孔徑小於該火焰出口之孔徑。

另外，本發明揭露一種蓄熱式燃燒器，其包含:一蓄熱部，包含一蓄熱室；一燃燒部，可拆卸地設置於該蓄熱部之一側，並且包含一燃燒室，該燃燒室之一端連通該蓄熱室，另一端連通一加熱室，該燃燒室包含一火焰出口，相對該加熱室而設置於該燃燒室之一壁面；以及如申請專利範圍第1至第6項之任一焰速調變器，該焰速調變器凸伸於該加熱室。

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，僅佐以實施例及配合圖式，說明如後:

下文中，將藉由圖式說明本發明之各種實施例，以詳細描述本發明；然而，本發明之概念可能以許多不同型式來體現，並且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。

請參閱第二圖以及第三圖，其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第一實施例的組合側視圖，以及分解側視圖。如圖所示，本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器1包含一蓄熱部10、一燃燒部12以及一焰速調變器14。蓄熱部10包含一蓄熱室100。燃燒部12可拆卸地設置於蓄熱部10之一側，並且包含一燃燒室120，燃燒室120之一端連通蓄熱室100，另一端連通一加熱室160，燃燒室120包含一火焰出口1200，相對加熱室160而設置於燃燒室120之一壁面1202。焰速調變器14包含一底座140、一管徑部142以及一出焰口144，底座140可拆卸地設置於壁面1202而環設於火焰出口1200之周緣，管徑部142貫穿底座140，使底座140環設於管徑部142一端之周緣，管徑部142自底座140軸向延伸穿設火焰出口1200，而凸伸於加熱室160，出焰口144設置於管徑部142之一末端1420(或稱另一端)而位於加熱室160，並且孔徑小於火焰出口1200之孔徑。

本發明之蓄熱式燃燒器，其燃燒部12可組裝、拆卸於蓄熱部10，燃燒部12更包含一連接件122，設置於燃燒部12之一側，燃燒部12經連接件122可拆卸地卡接、扣接或螺接於蓄熱部10。例如連接件122可以如第三圖所示為一法蘭(或稱法蘭盤，Flange)，而透過複數個螺絲(未圖示)鎖固於蓄熱部10之一側。抑或連接件122可以為一凸塊(未圖示)，而蓄熱部10之一側匹配凸塊設置一凹槽(未圖示)，以卡接或扣接方式組合、拆卸燃燒部12與蓄熱部10。故，只要燃燒部12之連接件122與蓄熱部10適配之連接方式皆可為之，並不以此為限。另外，本發明之燃燒部12可組卸之目的，茲為了因應燃燒爐16、加工工件(未圖示)或/及使用者之操作需求，而可更換焰速調變器14於燃燒室120，焰速調變器14之更換方式將於下列段落進行詳細說明。

復參閱第二、三圖，接續說明本發明之焰速調變器14之組裝方式，焰速調變器14之底座140可與燃燒部12之連接件122為相同結構，而為一法蘭(如第三圖所示)或一凸塊(如第五、六圖之符號140所示)，以可拆卸之方式與燃燒室120之壁面1202螺接、卡接或扣接固定；其中，只要壁面1202與底座140為匹配之對應結構皆可連接，而連接方式、連接構件之種類族繁不及備載，茲不再贅述說明。首先，燃燒部12與蓄熱部10拆卸分離時，焰速調變器14可自燃燒室120進入，由管徑部142先行穿設火焰出口1200，爾後將底座140固定於壁面1202，使底座140固定於燃燒室120，而管徑部142與出焰口144則顯露於燃燒爐16之加熱室160。反之，當欲更換其他款式之焰速調變器14，同樣先將燃燒部12與蓄熱部10拆卸分離，解除底座140與壁面1202之間的連接關係，即可將原有之焰速調變器14自燃燒室120取出，再重複上述組裝方式安裝其他款式之焰速調變器14。

由於焰速調變器14為運用於燃燒用途之構件，因此需為耐高溫之材質(至少可耐高溫達攝氏1200度以上)方可承受燃燒作業，諸如陶瓷、高氧化鋁、堇青石、莫來石、碳化矽、碳化硼、氮化矽或氮化硼等。此外，焰速調變器14之出焰口144可以為圓形、橢圓形或者是其他形狀之幾何形，可依據使用者之操作所需，於出廠時預先設計為若干態樣。

請參閱第四圖，其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第一實施例的作動示意圖。如圖所示，接續說明本發明蓄熱式燃燒器及其焰速調變器1之作動方式，按先前技術圖、文所載，受限於傳統蓄熱式燃燒器9之火焰出口902為一固定大小之結構，因此火焰F自火焰出口902噴射於燃燒爐內之焰火型態亦為固定不變。本發明之蓄熱式燃燒器如同先前技術所揭，於燃燒室120接收混合氣體(未圖示)進行燃燒後，茲產生一第一火焰F1，第一火焰F1之燃燒速度、形狀長短、焰火強度同於習知技藝之火焰F。換言之，若本發明之蓄熱式燃燒器未安裝焰速調變器14，而於火焰出口1200噴射之火焰，即為第一火焰F1(或者是習知技術之火焰F)。

由於本發明之蓄熱式燃燒器已組裝焰速調變器14(如第二、四圖所示)，當第一火焰F1行經管徑部142進入加熱室160後，形體、速度、火力已根據管徑部142、出焰口144之結構形狀發生變化，而於出焰口144形成一第二火焰F2，第二火焰F2之焰火強度、燃燒速度以及形狀長度已經明顯大於第一火焰F1。詳言之，出焰口144之孔徑小於火焰出口1200之孔徑，兩者之間的截面積不同情況下，相同能量的第一火焰F1透過火焰出口1200或出焰口144噴射，當可明顯判斷出焰口144之第二火焰F2，其燃燒速度會產生加速變化。另外，孔徑(截面積)大小亦影響著火焰之形態，孔徑小者火焰燃燒速度較為快速，形狀亦隨之變長；孔徑大者火焰燃燒速度較為緩慢，形狀亦隨之變短。故，第一火焰F1經過焰速調變器14調整後，所產生之第二火焰F2相較於第一火焰F1具有較長之焰火型態。其中，第二火焰F2之生成有助於大型燃燒爐16之熱流場均勻分布，茲因第二火焰F2之焰火長度可於大型燃燒爐16接觸較廣泛之面積。並且，相較於傳統火焰F(或者是第一火焰F1)，亦具有較快之燃燒速度於加熱室160中加速燃燒，而可提升設置於加熱室160之工件(未圖示)加工效率。於此，本發明之焰速調變器14可依據燃燒爐16之尺寸結構、工件之加工環境需求，以及使用者之操作所需，而更換不同出焰口144之焰速調變器14於燃燒室120中，藉此改善習知技術所待改進之缺失。

請參閱第五圖，其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第二實施例的作動示意圖。如圖所示，本發明蓄熱式燃燒器及其焰速調變器1之第二實施例與第一實施例之差異，在於焰速調變器14更包含複數個孔洞146，設於管徑部142之末端1420而環設於出焰口144之周緣，該些孔洞146之孔徑小於出焰口144之孔徑，並且導引混合氣體未燃燒完全之一第一天然氣G1於加熱室160燃燒。當一天然氣G自燃燒部12之任意端輸入燃燒室120，以混合預熱空氣(如第一圖所示之符號8)形成混合氣體進行燃燒；其中，大部分天然氣G可以有效進行混合，而剩餘部分天然氣(第一天然氣G1)則無法。因此，本發明之第二實施例中，將混合氣體燃燒所形成之第一火焰F1(如第四圖所示)，同第一實施例，藉由焰速調變器14之出焰口144形成第二火焰F2，俾使第二火焰F2保持著同第一實施例所具有之功效。而第一天然氣G1之分布範圍鄰近於天然氣G之輸入端(如第五圖所示，即第一天然氣G1大部分位於燃燒室120之上、下方處)，故透過部份第一火焰F1以及第一天然氣G1行經孔洞146，於加熱室160形成一第三火焰F3，第三火焰F3包含第一天然氣G1一併於加熱室160進行燃燒。

本發明之第二實施例進行說明時，係以大部分天然氣G有效混合預熱空氣位於燃燒室120之中間位置，而燃燒混合氣體形成第一火焰F1，以將大部分第一火焰F1自焰速調變器14進入，而於出焰口144噴射第二火焰F2；少許部分之第一火焰F1同位於燃燒室120之上、下方的第一天然氣G1亦自焰速調變器14進入，而於孔洞146噴射第三火焰F3。本發明藉由焰速調變器14之出焰口144以及孔洞146之結構設計，俾使於出焰口144噴射之第二火焰F2能夠改善習知技藝火焰F所造成之缺失，同時兼具第一實施例之第二火焰F2的功效，以維持/提升工件之加工效率。此外，由於出焰口144與孔洞146之間的孔徑差異，第二火焰F2得以保持接收燃燒完全之混合氣體而具有較佳之燃燒效率。又，孔洞146具有導引第一天然氣G1同第三火焰F3一併燃燒，以避免第一天然氣G1自出焰口144混合第二火焰F2影響燃燒效能。再者，經由出焰口144、孔洞146分散部分第一火焰F1，以自出焰口144、孔洞146形成第二火焰F2、第三火焰F3，乃為了改善傳統直火型火焰，其集中火力燃燒方式容易產生氮氧化物，藉此改善自焰速調變器14噴射之火焰的整體平均溫度，更於加熱效率以及節能減排之間取得一平衡點。

請參閱第六圖，其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第三實施例的作動示意圖。如圖所示，本發明蓄熱式燃燒器及其焰速調變器1之第三實施例與第二實施例之差異，在於焰速調變器14更包含複數個溝槽146’，開設於管徑部142之末端1420而環設於出焰口144之周緣，該些溝槽146’之槽寬尺寸小於出焰口144之孔徑，並且導引混合氣體未燃燒完全之一第二天然氣G2於加熱室160燃燒。當一天然氣G自燃燒部12之任意端輸入燃燒室120，以混合預熱空氣(如第一圖所示之符號8)形成混合氣體進行燃燒；其中，大部分天然氣G可以有效進行混合，而剩餘部分天然氣(第二天然氣G2)則無法。因此，本發明之第三實施例中，將混合氣體燃燒所形成之第一火焰F1(如第四圖所示)，同第一實施例藉由焰速調變器14之出焰口144形成第二火焰F2，俾使第二火焰F2保持著同第一實施例所具有之功效。而第二天然氣G2之分布範圍鄰近於天然氣G之輸入端(如第六圖所示，即第二天然氣G2大部分位於燃燒室120之上、下方處)，故透過部份第一火焰F1以及第二天然氣G2行經溝槽146’，於加熱室160形成一第四火焰F4，第四火焰F4包含第二天然氣G2一併於加熱室160進行燃燒。本發明之第三實施例中，其溝槽146’與第二實施例之孔洞146具有相同功效，兩元件之間的差異在於設於末端1420之尺寸、比例多寡，茲不再贅述說明。

請參閱第七圖與第八圖，其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第四實施例的焰速調變器示意圖。如圖所示，本發明蓄熱式燃燒器及其焰速調變器1之第四實施例與第二實施例、第三實施例之差異，在於焰速調變器14更包含複數個穿孔148，環設於管徑部142之一側壁1422，並且與管徑部142之縱軸夾一角度θ，而該角度θ小於90度角。

接續前段，復參閱第六圖，並且請一併參閱第八圖以及第九圖，其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第四實施例的作動示意圖一、二。在此說明本發明第四實施例之作動方式，首先如第八圖所示，焰速調變器14同第三實施例於出焰口144形成第二火焰F2，溝槽146’形成第四火焰F4，加熱室160將因為第二火焰F2、第四火焰F4燃燒產生一高溫煙氣A(或高溫廢氣)，該高溫煙氣A再根據第二火焰F2、第四火焰F4之燃燒流速，於加熱室160之空間產生壓力差，而透過白努利原理(Bernoulli's principle)產生迴流區(以第八圖所示，為順時針方向旋轉)。

接續如第九圖所示，此時該些穿孔148(如第八圖)相對於加熱室160之第二火焰F2、第四火焰F4而言屬於一負壓區/低壓區，當高溫廢氣A行經穿孔148將被吸入至管徑部142，與經過溝槽146’之部份第二天然氣G2結合形成一混合氣體G’，最後混合氣體G’於溝槽146’燃燒形成第五火焰F5(即自第四火焰F4轉變為第五火焰F5)；其中，混合氣體G’之含氧量低於一般大氣之含氧量，為低於21%含氧量之一貧氧氣體。而穿孔148與管徑部142之縱軸夾一角度θ之目的，是針對高溫廢氣A之流動方向而設計，以利於高溫廢氣A進入管徑部142混合第二天然氣G2形成混合氣體G’。於此，本發明第四實施例藉由穿孔148有效利用高溫煙氣A混合燃燒，藉此減少氮氧化物之生成，更有效利用第二天然氣G2提升第四火焰F4之燃燒效率形成第五火焰F5。

以上述該些實施例進行比較，第一實施例之出焰口144，其噴射之第二火焰F2的燃燒效能為100%。第二實施例之出焰口144，其噴射之第二火焰F2的燃燒效能為90%，孔洞146噴射之第三火焰F3的燃燒效能為10%。第三實施例之出焰口144，其噴射之第二火焰F2的燃燒效能為70%，溝槽146’噴射之第四火焰F4的燃燒效能為30%。第四實施例之出焰口144，其噴射之第二火焰F2的燃燒效能為60%，溝槽146’噴射之第五火焰F5的燃燒效能為40%。

綜觀上揭該些實施例所揭露之技術特徵，當可利用本發明焰速調變器之出焰口、孔洞、溝槽以及穿孔之間的比例分配，而改變燃燒方式，藉此改良傳統火焰出口所噴射之固定火焰態樣，以及於加熱效率與節能減排之間取得平衡等優點。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧蓄熱式燃燒器及其焰速調變器

10‧‧‧蓄熱部

100‧‧‧蓄熱室

12‧‧‧燃燒部

120‧‧‧燃燒室

1200‧‧‧火焰出口

1202‧‧‧壁面

122‧‧‧連接件

14‧‧‧焰速調變器

140‧‧‧底座

142‧‧‧管徑部

1420‧‧‧末端

1422‧‧‧側壁

144‧‧‧出焰口

146‧‧‧孔洞

146’‧‧‧溝槽

148‧‧‧穿孔

16‧‧‧燃燒爐

160‧‧‧加熱室

F1‧‧‧第一火焰

F2‧‧‧第二火焰

F3‧‧‧第二火焰

F4‧‧‧第四火焰

F5‧‧‧第五火焰

G‧‧‧天然氣

G1‧‧‧第一天然氣

G2‧‧‧第二天然氣

G’‧‧‧混合氣體

θ‧‧‧角度

A‧‧‧高溫煙氣

7‧‧‧燃料氣源(習知技藝)

8‧‧‧預熱空氣(習知技藝)

9‧‧‧蓄熱式燃燒器(習知技藝)

90‧‧‧燃燒部(習知技藝)

900‧‧‧燃燒室(習知技藝)

902‧‧‧火焰出口(習知技藝)

92‧‧‧點火裝置(習知技藝)

F‧‧‧火焰(習知技藝)

第一圖:其為習知蓄熱式燃燒器之作動示意圖； 第二圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第一實施例的組合側視圖； 第三圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第一實施例的分解側視圖； 第四圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第一實施例的作動示意圖； 第五圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第二實施例的作動示意圖； 第六圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第三實施例的作動示意圖； 第七圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第四實施例的焰速調變器示意圖； 第八圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第四實施例的作動示意圖一；以及 第九圖:其為本發明之蓄熱式燃燒器及其焰速調變器之第四實施例的作動示意圖二。

Claims (12)

1. 一種用於燃燒器之焰速調變器，其包含: 一管徑部，其一端環設一底座，另一端設置一出焰口，該底座可拆卸地設置於一燃燒器之一壁面而環設於該燃燒器之一火焰出口周緣，且該出焰口之孔徑小於該火焰出口之孔徑。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃燒器之焰速調變器，更包含複數個孔洞，設於該管徑部之該另一端而環設於該出焰口之周緣，該些孔洞之孔徑小於該出焰口之孔徑。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃燒器之焰速調變器，更包含複數個溝槽，設於該管徑部之該另一端而環設於該出焰口之周緣，該些溝槽之槽寬尺寸小於該出焰口之孔徑。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃燒器之焰速調變器，更包含複數個穿孔，環設於該管徑部之一側壁，並且與該管徑部之縱軸夾一角度，該角度小於90度角。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃燒器之焰速調變器，其中該底座為一法蘭，可拆卸地螺接於該壁面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於燃燒器之焰速調變器，其中該焰速調變器為陶瓷、高氧化鋁、堇青石、莫來石、碳化矽、碳化硼、氮化矽或氮化硼之耐高溫材質所製。
7. 一種蓄熱式燃燒器，其包含: 一蓄熱部，包含一蓄熱室； 一燃燒部，可拆卸地設置於該蓄熱部之一側，並且包含一燃燒室，該燃燒室之一端連通該蓄熱室，另一端連通一加熱室，該燃燒室包含一火焰出口，相對該加熱室而設置於該燃燒室之一壁面；以及 如申請專利範圍第1至第6項之任一焰速調變器，該焰速調變器凸伸於該加熱室。
8. 如申請專利範圍第7項所述之蓄熱式燃燒器，其中一混合氣體於該燃燒室燃燒形成一第一火焰，該第一火焰經該管徑部進入該加熱室，於該出焰口形成一第二火焰，該第二火焰之焰火強度、形體長度以及燃燒速度大於該第一火焰。
9. 如申請專利範圍第8項所述之蓄熱式燃燒器，其中，該些孔洞導引該混合氣體未燃燒完全之一第一天然氣流向該加熱室，該第一火焰行經該些孔洞形成一第三火焰。
10. 如申請專利範圍第8項所述之蓄熱式燃燒器，其中，該些溝槽導引該混合氣體未燃燒完全之一第二天然氣流向該加熱室，該第一火焰行經該些溝槽形成一第四火焰。
11. 如申請專利範圍第8項所述之蓄熱式燃燒器，其中，該加熱室之一高溫煙氣行經該些穿孔被吸入至該管徑部與該混合氣體未燃燒完全之天然氣混合形成一貧氧氣體，該些孔洞或溝槽導引該貧氧氣體流向該加熱室，該第一火焰行經該些孔洞或溝槽形成一第五火焰。
12. 如申請專利範圍第7項所述之蓄熱式燃燒器，其中該燃燒部更包含一連接件，設置於該燃燒部之一側，該燃燒部經該連接件可拆卸地卡接、扣接或螺接於該蓄熱部。