TWI662184B - 微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其包括：一第一本體，具有一燃氣進氣區；一先導型燃氣管，係設置於該第一本體上端，用以使一燃氣進入該燃氣進氣區；一主燃氣管，係設置於該第一本體側面，用以使該燃氣進入該燃氣進氣區；一第二本體，具有一空氣與該燃氣之一混合區；以及一單方向漸擴式進氣管，係設置於該第二本體側面，用以使該空氣進入該混合區；其中該單方向漸擴式進氣管之中心線與該第二本體之中心線未相交，以使該空氣產生漩渦流場，而與該燃氣充分混合。

Description

微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴

本發明係有關於一種微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，更詳而言之，尤指一種針對微渦輪空氣流道單方向流動特性的微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴。

傳統微渦輪使用之燃氣噴嘴設計為週向性空氣進氣混合的燃氣噴嘴，雖然其利用導氣片讓進入噴嘴之空氣產生漩渦流場，以利其與燃料氣體混合後點火燃燒，其混合的好壞決定火焰的長短，可是一般微渦輪使用之燃氣噴嘴放入燃燒桶的流道中，其在流道的氣流方向為單方向性，即沿著微渦輪軸向進入燃氣噴嘴中，因此其進氣口(四個開孔不易控制流量)及導氣片(漩渦流場效果)大幅度縮小，亦就是說，燃氣噴嘴空氣進口為單方向性之空氣流道，因此空氣進入燃氣噴嘴僅由一邊進入，無發發揮周向進氣的性能。

先前國外微渦輪用之燃氣噴嘴採用先導型與主燃氣噴嘴混合設計之構型。雖然減少微渦輪燃氣噴嘴數量，但對於有方向進空氣之燃氣噴嘴其與燃氣混合效果差，同時其空氣漩渦流場的效果不強，其燃氣為怕被空氣吹出燃氣管 中，因此其僅能採用多孔直噴管設計。而且其燃氣噴嘴之設計受限於火焰之長度須配合燃燒襯筒之尺寸，以避免燃燒襯筒燒壞，因此其燃燒室的外徑無法縮小。即渦輪引擎外徑受限無法縮小。

另外，最重要的空氣開口的大小為固定無法調節進氣量，因此如用不同燃料，如甲烷、丙烷、沼氣(60%甲烷)及木氣(CO及H₂)則須重新設計空氣進口大小，方能達到較佳的燃燒效率。

緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構及缺失予以研究改良，提供一種微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，以期達到更佳實用價值性之目的者。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明主要之目的在於提供一種微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，利用單方向漸擴式進氣管，使進入噴嘴的空氣能依據進氣流道方向進入噴嘴，進入噴嘴之空氣利用旋風切割機的效應(Cyclone Effect)，及燃氣進氣採用逆向的主燃氣漩渦器使燃氣及空氣能迅速在噴嘴內進行混合，達到預混的效果。

本發明再一目的係提供一種微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，利用在單方向漸擴式進氣管的空氣進氣口處設計空氣流量控制閥，以利精準控制進入空氣的流 量，以便針對各種微渦輪使用之燃料所需的空燃比控制空氣流量。由於本發明之燃氣噴嘴採用燃氣與空氣預混的設計，因此可縮短在燃燒桶內火焰長度，同時可以縮小微渦輪燃燒桶的體積。

為達上述目的，本發明係提供一種微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其包括：一第一本體，具有一燃氣進氣區；一先導型燃氣管，係設置於該第一本體上端，用以使一燃氣進入該燃氣進氣區；一主燃氣管，係設置於該第一本體側面，用以使該燃氣進入該燃氣進氣區；一第二本體，具有一空氣與該燃氣之一混合區；以及一單方向漸擴式進氣管，係設置於該第二本體側面，用以使該空氣進入該混合區；其中該單方向漸擴式進氣管之中心線與該第二本體之中心線未相交，以使該空氣產生漩渦流場，而與該燃氣充分混合。

較佳地，於該單方向漸擴式進氣管的一空氣進氣口可設置一空氣進氣流量控制閥，以控制該空氣進入該混合區之流量。

較佳地，於該混合區的一燃氣進氣口可設置一主燃氣漩渦器，以控制該燃氣之漩渦方向與該空氣之漩渦方向相反。

較佳地，可藉由該空氣進氣流量控制閥調整該空氣進氣口的面積，以控制該燃料與該空氣混合的一空燃比。

較佳地，該燃料可包括甲烷、丙烷、沼氣或木氣。

較佳地，該單方向漸擴式進氣管之側板可以10度至30度之角度由一空氣出氣口向該空氣進氣口漸擴，該空氣進氣口之面積可為主燃氣管之燃氣進口面積的12倍。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1‧‧‧第一本體

2‧‧‧第二本體

3‧‧‧單方向漸擴式進氣管

11‧‧‧燃氣進氣區

12‧‧‧先導型燃氣管

13‧‧‧主燃氣管

21‧‧‧混合區

22、35‧‧‧中心線

23‧‧‧主燃氣漩渦器

24‧‧‧燃氣

31‧‧‧側板

32‧‧‧空氣出氣口

33‧‧‧空氣進氣口

34‧‧‧空氣進氣流量控制閥

36‧‧‧空氣

第1圖係為本發明微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴剖面圖。

第2圖係為本發明燃氣之漩渦方向與空氣之漩渦方向示意圖。

第3圖係為本發明主燃氣漩渦器示意圖。

第4圖係為本發明微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴立體圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本 發明之其他優點與功效。

請參閱第1圖至第4圖，第1圖係為本發明微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴剖面圖，第2圖係為本發明燃氣之漩渦方向與空氣之漩渦方向示意圖，第3圖係為本發明主燃氣漩渦器示意圖，第4圖係為本發明微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴立體圖。如圖所示，本發明提供一種微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其包括：第一本體1、先導型燃氣管12、主燃氣管13、第二本體2、單方向漸擴式進氣管3。第一本體1可具有燃氣進氣區11之中空圓柱體。先導型燃氣管12設置於第一本體1上端，用以使燃氣24進入燃氣進氣區11。主燃氣管13設置於第一本體1側面，用以使燃氣24進入燃氣進氣區11。第二本體2可具有空氣36與燃氣24之混合區21的中空圓柱體。另外，單方向漸擴式進氣管3可設置於第二本體2側面，用以使空氣36進入混合區21。其中，如第2圖所示，單方向漸擴式進氣管3之中心線35與第二本體2之中心線22未相交，以使進入的空氣36產生如第2圖的逆時針漩渦流場，而與燃氣24充分混合，亦就是說，利用與流道同向偏一邊之單方向漸擴式進氣管3讓進入燃氣噴嘴之空氣36利用旋風切割機的效應(Cyclone Effect)產生漩渦流場，以與燃氣24充分混合。

在本實施方式中，於單方向漸擴式進氣管3的空氣進氣口33設置空氣進氣流量控制閥34，以控制空氣36進入 混合區21之流量，更詳言之，藉由空氣進氣流量控制閥34調整空氣進氣口33的面積，無須重新設計空氣進氣口33大小，即能控制不同燃料24(甲烷、丙烷、沼氣(60%甲烷)或木氣(CO及H₂)、各種生質燃料)與空氣36混合的空燃比，例如：甲烷與空氣混合的空燃比為9.52，丙烷與空氣混合的空燃比為23.8，沼氣與空氣混合的空燃比為5.71，木氣與空氣混合的空燃比為0.89。

在本實施方式中，如第2圖及第3圖所示，於混合區21的燃氣進氣口設置主燃氣漩渦器23，以控制燃氣24之漩渦方向與空氣36之漩渦方向相反，因此燃氣24進氣採用逆向的主燃氣漩渦器23使燃氣24及空氣36能迅速在混合區21內進行混合，達到預混的效果。

在本實施方式中，單方向漸擴式進氣管3之側板31以10度至30度之角度由空氣出氣口32向空氣進氣口33漸擴，空氣進氣口33之面積須為主燃氣管13之燃氣進口面積的12倍，而本實施方式採用漸擴式的方式，因此可以使空氣進氣口33的面積加大，可以控制更多種不同燃料24與空氣36混合的空燃比，使用上更加便利。

綜上所述，本發明利用與流道同向偏一邊之單方向漸擴式進氣管3讓進入燃氣噴嘴混合區21之空氣36利用旋風切割機的效應(Cyclone Effect)產生漩渦流場，以與燃氣24充分混合。另外，本發明針對微渦輪空氣流道單方向流動特 性採用單方向漸擴式進氣管3，使進入燃氣噴嘴混合區21的空氣36能依據進氣流道方向進入燃氣噴嘴。再者，燃氣進氣採用逆向的主燃氣漩渦器23使燃氣24及空氣36產生不同旋轉方向的漩渦，而能迅速在噴嘴內進行混合，達到預混的效果。此效應可縮短燃氣噴嘴火焰的長度，當燃氣噴嘴火焰縮短燃燒室的體積亦可縮小。此外，於單方向漸擴式進氣管3的空氣進氣口33處設計空氣進氣流量控制閥34，以利精準控制進入空氣36的流量，以便針對各種微渦輪使用之燃料所需的空燃比控制空氣流量。由於燃氣噴嘴採用燃氣與空氣預混的設計，因此可縮短在燃燒桶內火焰長度，同時可以縮小微渦輪燃燒桶的體積。

由於國家正在大力推動綠色能源，微渦輪發電系統使用的領域極廣，除了利用傳統的天然氣及液態瓦斯燃燒發電外，其更可利用沼氣及生質燃料(如木氣)進行燃燒發電，然這些氣體由於其化學成分及熱值與天然氣不同，因此需調整其空燃比才能發揮其最佳的燃燒效率，同時利用在燃氣噴嘴內進行空氣與燃氣預混以提高燃燒效率高縮短火焰長度，以減少燃燒桶與微渦輪的體積。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍， 應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (5)

1. 一種微渦輸多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其包括：一第一本體，具有一燃氣進氣區；一先導型燃氣管，係設置於該第一本體上端，用以使一燃氣進入該燃氣進氣區；一主燃氣管，係設置於該第一本體側面，用以使該燃氣進入該燃氣進氣區；一第二本體，具有一空氣與該燃氣之一混合區；以及一單方向漸擴式進氣管，係設置於該第二本體側面，用以使該空氣進入該混合區；其中該單方向漸擴式進氣管之中心線與該第二本體之中心線未相交，以使該空氣產生漩渦流場，而與該燃氣充分混合，其中於該混合區的一燃氣進氣口設置一主燃氣漩渦器，以控制該燃氣之漩渦方向與該空氣之漩渦方向相反。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其中於該單方向漸擴式進氣管的一空氣進氣口設置一空氣進氣流量控制閥，以控制該空氣進入該混合區之流量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其中藉由該空氣進氣流量控制閥調整該空氣進氣口的面積，以控制該燃料與該空氣混合的一空燃比。
4. 如申請專利範圍第3項所述之微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其中該燃料包括甲烷、丙烷、沼氣或木氣。
5. 如申請專利範圍第3項所述之微渦輪多種燃氣使用之高效預混燃氣噴嘴，其中該單方向漸擴式進氣管之側板以10度至30度之角度由一空氣出氣口向該空氣進氣口漸擴，該空氣進氣口之面積須為該主燃氣管之燃氣進口面積的12倍。