TWI818201B - 多層型火焰燃燒器 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種多層型火焰燃燒器，包括一環形座體，在一高度方向延伸，該環形座體有一環形內面，該環形內面在該高度方向上由高至低呈漸縮形態，且該環形座體有複數燃料噴孔槽道，上述燃料噴孔槽道分別有一噴口連通該環形內面，上述噴口在該高度方向上由高至低排列，該環形座體上方有一置入口(置放受熱體，如鍋具)，該置入口對應該環形內面。創新處之一藉由該環形內面呈漸縮形態使火焰位於環形座體內，以避免火焰向外擴張或在空氣中空燒(未直接加熱鍋具)而造成浪費。創新處之二透過控制單元調整燃料比例，以低燃料比例的貧燃料預混合氣、高燃料比例的富燃料預混合氣依順序交錯噴出，每一高燃料比例的富燃料預混合氣之上下兩端則分別是低燃料比例的貧燃料預混合氣，可形成富燃料預混火焰(rich premixed flame；RPF)-擴散火焰(diffusion flame；DF)-貧燃料預混火焰(lean premixed flame；LPF)的RPF-DF-LPF多重火焰結構，此外，並可透過控制單元調整燃料比例全部以貧燃料預混合氣噴出，形成穩定的多重貧燃料預混火焰(LPFs)。
Description
本發明係關於一種火焰燃燒器，特別是指環形座體的環形內面在高度方向上由高至低呈漸縮形態，且環形座體有複數燃料噴孔槽道，燃料噴孔槽道分別有一噴口連通環形內面，且上述噴口在該高度方向上由高至低排列，使燃燒器燃燒時形成多層式的火焰。
瓦斯爐常見於一般家庭廚房中，主要係能提供適當的火焰用來進行食材的烹煮，習知的瓦斯爐上皆設置有燃燒器，該燃燒器通常使用二至三圈火焰環控制出火的大小，但受限於該火焰環大多皆為平面同心排列，使燃燒的火焰容易向外擴張，無法將火焰高溫面控制在受熱體的表面，使絕大部分的熱源皆是向外擴張，而未對受熱體的底面加熱造成能源浪費，一般熱效率約在40%至50%，而其餘的50%至60%未完全燃燒或在空氣中空燒而造成浪費。
而中華民國發明專利公告第M416048號「多層式燃燒器」，係揭露包括有內環座、外環座、內環齒蓋、外環齒蓋及混合管結構，內環齒蓋及外環齒蓋分別蓋置於內環座及外環座上，內環齒蓋及外環齒蓋各環設有一層或兩層的焰孔，使其形成多層式焰孔設計。藉由燃燒器外徑縮小使火焰不易流失到受熱體的底部外，而提高火焰與受熱體的底部接觸面積加大，但是部分的火焰會向外擴散使火焰位於受熱體外，上述多層式燃燒器無法將火焰聚集於受熱體的底面，而這些未對受熱體加熱的火焰會在空氣中空燒造成能源的浪費，因此對熱效率提升有限。
有鑑於目前所使用的多層型火焰燃燒器具有上述之缺點。
本發明提出一種多層型火焰燃燒器，包括：一環形座體，在一高度方向延伸，該環形座體有一環形內面，該環形內面在該高度方向上由高至低呈漸縮形態，且該環形座體有複數燃料噴孔槽道，上述燃料噴孔槽道分別有一噴口連通該環形內面，上述噴口在該高度方向上由高至低排列，該環形座體有一置入口，該置入口對應該環形內面。
進一步，該環形內面在該高度方向上由高至低呈漸縮的階梯狀排列，而形成有沿該高度方向延伸的複數燃料供應面，以及對應該置入口的複數支撐面。
進一步，上述燃料噴孔槽道在該環形座體上呈放射狀排列，且上述燃料噴孔槽道沿著該環形座體的一徑向上延伸。
進一步，上述燃料噴孔槽道在該環形座體上呈放射狀排列，且上述燃料噴孔槽道傾斜於該環形座體的一徑向。
進一步，上述燃料噴孔槽道在該高度方向上朝同一方向傾斜於該徑向。
進一步，上述燃料噴孔槽道在該高度方向上朝不同方向交錯式的傾斜於該徑向。
進一步，有一燃料供應件及一控制單元，該控制單元連接該燃料供應件，該燃料供應件連接上述燃料噴孔槽道，透過該控制單元調整該噴口輸出一燃料，使上述燃料噴孔槽道的燃料比例由該環形座體的底部至該環形座體的置入口以一低燃料比例的貧燃料預混氣、一高燃料比例的富燃料預混氣依序交錯噴出。
進一步，該燃料燃燒產生的一火焰，上述火焰有一頂端部，該火焰的頂端部不高於該置入口。
進一步，有一受熱體自該置入口放置在該環形座體中並受該環形內面支撐，該受熱體底部的火焰以該頂接觸該受熱體底部。
進一步，透過該控制單元調整燃料比例全部以該低燃料比例的貧燃料預混氣噴出。
上述技術特徵具有下列之優點：
1.本發明透過環形座體的環形內面在高度方向上由高至低呈漸縮形態，環形座體內有複數燃料噴孔槽道，使環形內面有複數噴口，透過由高至低呈漸縮形態以控制火焰高度，藉由環形座體由高至低呈漸縮形態使火焰位於環形座體內，以避免火焰向外擴張在空氣中空燒而造成浪費。
2.本發明燃料噴孔槽道呈放射狀排列設置於環形座體上，而燃料噴孔槽道分別有三種樣態：(1)燃料噴孔槽道沿著環形座體的徑向上延伸(2)燃料噴孔槽道在高度方向上朝同一方向傾斜於徑向(3)燃料噴孔槽道在高度方向上朝不同方向交錯式的傾斜於徑向，依據不同環境或使用方式可選擇上述三種任一樣態的燃料噴孔槽道提高穩焰、熱效率及對流效果。
3.本發明火焰位於座體內，且火焰的頂端部不高於置入口，使放置在支撐面的受熱體可以完全接觸火焰的頂端部，而提升熱效率。
4.本發明透過控制單元調整燃料供應面的燃料比例以低燃料比例的貧燃料預混合氣、高燃料比例的富燃料預混合氣依順序交錯噴出，每一高燃料比例的富燃料預混合氣之上下兩端則分別是低燃料比例的貧燃料預混合氣，可形成富燃料預混火焰(rich premixed flame；RPF)-擴散火焰(diffusion flame；DF)-貧燃料預混火焰(lean premixed flame；LPF)的RPF-DF-LPF多層火焰結構。高燃料比例的富燃料預混合氣，因燃料較多而空氣較少，形成的內層富燃料預混火焰(RPF)，其燃料無法完全燃燒，此未燃燒完的剩餘燃料可再與低燃料比例的貧燃料預混合氣中過多的空氣形成擴散火焰(DF)，進行二次燃燒，使得未燃燒完的剩
餘燃料可以完全燃燒。且藉由高燃料比例的富燃料預混氣體中過剩之燃料與低燃料比例的貧燃料預混氣體中過剩之空氣燃燒反應，不但可生成燃燒強度較強的雙層火焰(RPF-DF)，並可支撐即使是低於貧燃料可燃極限(lean flammability limit)的燃料/空氣預混合氣體仍可生成貧燃料預混火焰(LPF)而穩定存在於流場中。不同於傳統習用之RPF-DF雙層火焰，穩焰的RPF-DF-LPF多層火焰，可達成燃燒更完全，加熱效率更高，污染更低的目的。此外，本發明亦可透過控制單元調整燃料比例全部以貧燃料預混合氣噴出，藉由多層階梯狀噴流流場提升流體混合效應，使貧燃料預混火焰(LPF)能夠穩焰於流場中，不致於發生浮火(lift-off)或吹熄(blow-off)等火焰不穩定現象，且因使用貧燃料預混火焰將可促進完全燃燒，提升熱效率，降低CO排放。RPF-DF-LPF多層火焰結構及全貧燃料預混合氣此兩種創新多重(層)火焰有別於傳統雙重火焰結構。
1:環形座體
11:第一開口
12:第二開口
13:環形內面
131:燃料供應面
132:支撐面
14:外壁
2:燃料噴孔槽道
2A:燃料噴孔槽道
2B:燃料噴孔槽道
21:第一燃料噴孔槽道部
21A:第一燃料噴孔槽道部
21B:第一燃料噴孔槽道部
22:第二燃料噴孔槽道部
22A:第二燃料噴孔槽道部
22B:第二燃料噴孔槽道部
221:噴口
221A:噴口
221B:噴口
23:入油管
23A:入油管
23B:入油管
3:控制單元
31:第一燃料管
32:第二燃料管
4:燃料供應件
5:火焰
51:頂端部
6:受熱體
[第一圖]係本發明第一實施例之多層型火焰燃燒器立體圖。
[第二圖]係本發明第一實施例之多層型火焰燃燒器之燃料供應面的剖視圖。
[第三圖]係本發明第一實施例之多層型火焰燃燒器之支撐面的剖視圖。
[第四圖]係本發明第一實施例之多層型火焰燃燒器的火焰的頂端部加熱於受熱體的示意圖。
[第五圖]係本發明第二實施例之多層型火焰燃燒器立體圖。
[第六圖]係本發明第二實施例之多層型火焰燃燒器之燃料供應面的剖視圖。
[第七圖]係本發明第三實施例之多層型火焰燃燒器立體圖。
[第八圖]係本發明第三實施例之多層型火焰燃燒器之燃料供應面的剖視圖。
[第九圖]係本發明第三實施例之多層型火焰燃燒器之另一燃料供應面的剖視圖。
綜合上述技術特徵，本發明多層型火焰燃燒器的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
本發明第一實施例請參閱第一圖至第三圖所示，一種多層型火焰燃燒器包括一環形座體1、複數燃料噴孔槽道2、一控制單元3及一燃料供應件4。該環形座體1在一高度方向延伸，該環形座體1有一第一開口11、一第二開口12、一環形內面13及一外壁14，該第一開口11及一第二開口12彼此相對，該第一開口11為置入口，該環形內面13在該高度方向上延伸有五個燃料供應面131，以及在一水平方向上延伸有五個支撐面132，該等燃料供應面131及該等支撐面132在該環形座體1上由該第一開口11往該第二開口12呈由高至低的漸縮狀階梯排列。
每一燃料噴孔槽道2包括有環形的一第一燃料噴孔槽道部21、複數第二燃料噴孔槽道部22及一入油管23。該第一燃料噴孔槽道部21設置在環形座體1內。在該環形座體1的一徑向上垂直延伸有該等第二燃料噴孔槽道部22，該等第二燃料噴孔槽道部22呈放射狀排列，並貫穿於每一燃料供應面131各自形成一噴口221，該噴口221呈圓形。該入油管23一端穿設於該外壁14，該入油管23另一端連通該環形座體1內的第一燃料噴孔槽道部21，使該第一燃料噴孔槽道部21、該等第二燃料噴孔槽道部22及該入油管23為連通。該控制單元3連接該燃料供應件4，該控制單元3設置有一第一燃料管31及一第二燃料管32，該第一燃料管31與該第二燃料管32交錯的連接該等入油管23。
請參閱第一圖及第四圖所示，藉由該控制單元3調整該燃料供應件4輸出一燃料的濃度，該燃料可為液化石油氣或天然氣，該第一燃料管31輸出的該燃料為一低燃料比例的貧燃料預混氣，該第二燃料管32輸出的該燃料為一高燃料比例的富燃料預混氣，使該等燃料供應面131形成的噴口221輸出的燃料比例由該第二開口12至該第一開口11在該高度方向上以該低燃料比例的貧燃料預混氣、該高燃料比例的富燃料預混氣的依順序交錯噴出，或者全以低燃料比例的
貧燃料預混氣，藉由多層階梯狀噴流流場增強流體混合，使貧燃料預混火焰能穩焰，不致於發生浮火或吹熄等火焰不穩定現象。例如，甲烷/空氣預混氣的可燃極限為5%-15%，完全燃燒為9.5%。低於9.5%的甲烷/空氣預混氣就是貧燃料預混合氣。透過每一層燃料供應面131的噴口221輸出該燃料，該燃料燃燒產生一火焰5，藉由多層的燃料供應面131而產生多層型的該火焰5，該等火焰5有一頂端部51，該等火焰5位於該環形座體1的環形內面13內，要說明的是，可以將一受熱體6放置在任一支撐面132，而該等火焰5的頂端部51可透過該控制單元3控制輸出的燃料的壓力強度，以調整該等火焰5選擇式的齊平於任一支撐面132。本實施例將該受熱體6放置於最鄰近該第一開口11的支撐面132時，上述火焰5的頂端部51直接接觸該受熱體6，藉由上述火焰5位於該環形座體1的環形內面13內，使該環形內面13內的熱能不會散失且聚熱於該環形座體1內。透過上述火焰5位於的環形內面13內可以提高熱效率，而不會像一般傳統燃燒器的上述火焰5向外擴張，無法將上述火焰5的頂端部51控制於受熱體6，讓大部分的火焰5向外擴散而浪費該燃料，使熱效率只能達到約40%至50%。
要說明的是，本發明透過上述燃料供應面131讓該低燃料比例的貧燃料預混氣及該高燃料比例的富燃料預混氣依序交錯噴出，每一高燃料比例的富燃料預混氣上下兩端則分別是該等低燃料比例的貧燃料預混氣，可形成富燃料預混火焰(rich premixed flame；RPF)-擴散火焰(diffusion flame；DF)-貧燃料預混火焰(lean premixed flame；LPF)的RPF-DF-LPF多層火焰結構。高燃料比例的富燃料預混氣，因燃料較多而空氣較少，形成的內層富燃料預混火焰(RPF)，其燃料無法完全燃燒，此未燃燒完的剩餘燃料可再與該低燃料比例的貧燃料預混氣中過多的空氣形成擴散火焰(DF)，進行二次燃燒，使得未燃燒完的剩餘燃料可以完全燃燒。且藉由該高燃料比例的富燃料預混氣體中過剩之燃料與該低燃料比例的貧燃料預混氣體中過剩之空氣燃燒反應，不但可生成燃燒強度較強的雙層
火焰(RPF-DF)，並可支撐即使是低於貧燃料可燃極限(lean flammability limit)的燃料/空氣預混合氣體仍可生成貧燃料預混火焰(LPF)而穩定存在於流場中。不同於傳統習用之RPF-DF雙層火焰，本發明產生之穩焰RPF-DF-LPF多層火焰，可達成燃燒更完全，加熱效率更高，污染更低的目的。透過上述火焰5的頂端部51直接接觸該受熱體6而不會向外擴張，以及該低燃料比例的貧燃料預混合氣及該高燃料比例的富燃料預混氣依序交錯噴出，藉由該低燃料比例的貧燃料預混合氣過多的空氣使該高燃料比例的富燃料預混氣過多的燃料可形成二次燃燒，使本發明的多層型火焰燃燒器的熱效率可以提升。此外，本發明亦可透過控制單元3調整燃料比例全部以貧燃料預混合氣噴出，形成穩定的多重貧燃料預混火焰(LPFs)。藉由多層階梯狀噴流流場特性，提升流體混合效應，使貧燃料預混火焰(LPF)能夠穩焰於流場中，不致於發生浮火(lift-off)或吹熄(blow-off)等火焰不穩定現象，且因使用貧燃料預混火焰將可促進完全燃燒，提升熱效率，降低CO排放。
本發明第二實施例請參閱第五圖及第六圖所示，本實施例的多層型火焰燃燒器的每一燃料噴孔槽道2A包括有環形的一第一燃料噴孔槽道部21A、複數第二燃料噴孔槽道部22A及一入油管23A，該第一燃料噴孔槽道部21A設置在環形座體1內，該第一燃料噴孔槽道部21A朝該環形座體1的一徑向上延伸有該等第二燃料噴孔槽道部22A，該等第二燃料噴孔槽道部22A呈放射狀排列且傾斜於該環形座體1的該燃料供應面131，並貫穿於上述燃料供應面131A形成一噴口221A，該入油管23A一端穿設於該外壁14，該入油管23A另一端連通該環形座體1內的第一燃料噴孔槽道部21A，使該第一燃料噴孔槽道部21A、該等第二燃料噴孔槽道部22A及該入油管23A為連通，且該等第二燃料噴孔槽道部22A在一高度方向上朝同一方向傾斜於該燃料供應面131。該控制單元3連接該燃料供應件4，該控制單元3設置有一第一燃料管31及一第二燃料管32，該第一燃料管31與該第二燃料管32交錯的連接該入油管23A，該第一燃料管31輸出的該燃料為一低
燃料比例的貧燃料預混合氣，該第二燃料管32輸出的該燃料為一高燃料比例的富燃料預混氣，使該等燃料供應面131形成的噴口221輸出的燃料比例由該第二開口12至該第一開口11在該高度方向上以該低燃料比例的貧燃料預混合氣、該高燃料比例的富燃料預混氣依順序交錯噴出，或可透過控制單元3調整燃料比例全部以該低燃料比例的貧燃料預混合氣噴出，形成穩定的多重貧燃料預混火焰(LPFs)。而作動方法與上述第一實施例相同在此不多加贅述。要說明的是，本實施例與第一實施例不同於藉由該等第二燃料噴孔槽道部22A傾斜於該環形座體1的該燃料供應面131，使該燃料在該環形座體1內形成旋轉渦流，藉由渦流特性有助於該環形座體1的氣體流通和混合，進而提升燃燒該燃料的效率且達到節能的效果。
本發明第三實施例請參閱第七圖至第九圖所示，本實施例的多層型火焰燃燒器的燃料噴孔槽道2B包括有環形的一第一燃料噴孔槽道部21B、複數第二燃料噴孔槽道部22B及一入油管23B，該第一燃料噴孔槽道部21B設置在環形座體1內，該第一燃料噴孔槽道部21B朝該環形座體1的一徑向上延伸有該等第二燃料噴孔槽道部22B，該等第二燃料噴孔槽道部22B呈放射狀排列且傾斜於該環形座體1的該燃料供應面131，並貫穿於上述燃料供應面131B形成一噴口221B，該入油管23B一端穿設於該外壁14，該入油管23B另一端連通該環形座體1內的第一燃料噴孔槽道部21B，使該第一燃料噴孔槽道部21B、該等第二燃料噴孔槽道部22B及該入油管23B為連通，且該等第二燃料噴孔槽道部22B在一高度方向上朝不同方向交錯式的傾斜於該燃料供應面131。該控制單元3連接該燃料供應件4，該控制單元3設置有一第一燃料管31及一第二燃料管32，該第一燃料管31與該第二燃料管32交錯的連接該入油管23B，該第一燃料管31輸出的該燃料為一低燃料比例的貧燃料預混合氣，該第二燃料管32輸出的該燃料為一高燃料比例的富燃料預混氣，使上述燃料供應面131的噴口221輸出的燃料比例由該第二開口12
至該第一開口11在該高度方向上以該低燃料比例的貧燃料預混合氣、該高燃料比例的富燃料預混氣依順序交錯噴出，亦可透過控制單元3調整燃料比例全部以低燃料比例的貧燃料預混合氣噴出，形成穩定的多重貧燃料預混火焰(LPFs)。而作動方法與上述第一實施相同在此不多加贅述。要說明的是，本實施例與第一實施例不同於藉由該等第二燃料噴孔槽道部22B在該高度方向上朝不同方向交錯式的傾斜於該燃料供應面131(如第八圖及第九圖所示)，使該燃料在該環形座體1內形成旋轉渦流，藉由旋轉渦流特性有助於該環形座體1的氣體流通、混合和穩焰，進而提升燃燒該燃料的效率且達到節能的效果。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
1:環形座體
11:第一開口
12:第二開口
13:環形內面
131:燃料供應面
132:支撐面
14:外壁
221:噴口
23:入油管
3:控制單元
31:第一燃料管
32:第二燃料管
4:燃料供應件
Claims (7)
- 一種多層型火焰燃燒器，包括：一環形座體，在一高度方向延伸，該環形座體有一環形內面，該環形內面在該高度方向上由高至低呈漸縮的階梯狀排列，且該環形座體有複數燃料噴孔槽道，上述燃料噴孔槽道分別有一噴口連通該環形內面，上述噴口在該高度方向上由高至低排列，該環形座體有一置入口，該置入口對應該環形內面，該環形內面形成有沿該高度方向延伸的至少三個以上的燃料供應面，以及對應該置入口的至少三個以上的支撐面，貫穿於每一該燃料供應面各自形成該等噴口；一燃料供應件及一控制單元，該控制單元連接該燃料供應件，該燃料供應件連接該燃料噴孔槽道，透過該控制單元調整該等噴口輸出一燃料，使該燃料噴孔槽道的燃料比例由該環形座體的底部至該環形座體的置入口以一低燃料比例的貧燃料預混氣、一高燃料比例的富燃料預混氣依序交錯噴出，每一該高燃料比例的富燃料預混氣之上下兩端則分別是該等低燃料比例的貧燃料預混氣，藉以形成富燃料預混火焰-擴散火焰-貧燃料預混火焰的多層火焰結構，其係利用該高燃料比例的富燃料預混氣，因該燃料較多而空氣較少，形成該富燃料預混火焰，該燃料無法完全燃燒，未燃燒完剩餘的該燃料可再與該低燃料比例的貧燃料預混氣中過多的該空氣形成該擴散火焰，進行二次燃燒，使得未燃燒完剩餘的該燃料可以完全燃燒。
- 如請求項1所述之多層型火焰燃燒器，進一步，上述燃料噴孔槽道在該環形座體上呈放射狀排列，且上述燃料噴孔槽道沿著該環形座體的一徑向上延伸。
- 如請求項1所述之多層型火焰燃燒器，進一步，上述燃料噴孔槽道在該環形座體上呈放射狀排列，且上述燃料噴孔槽道傾斜於該環形座體的一徑向。
- 如請求項3所述之多層型火焰燃燒器，進一步，上述燃料噴孔槽道在該高度方向上朝同一方向傾斜於該徑向。
- 如請求項3所述之多層型火焰燃燒器，進一步，上述燃料噴孔槽道在該高度方向上朝不同方向交錯式的傾斜於該徑向。
- 如請求項1所述之多層型火焰燃燒器，進一步，該燃料燃燒產生的一火焰，上述火焰有一頂端部，該火焰的頂端部不高於該置入口。
- 如請求項6所述之多層型火焰燃燒器，進一步，有一受熱體自該置入口放置在該環形座體中並受該環形內面支撐，該受熱體底部的火焰以該頂端部接觸該受熱體底部。
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Citations (9)
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