多种固体燃料燃烧器的制作方法

本发明涉及一种燃烧装置，其采用使固体燃料的二次燃烧产生热直接返回到燃料而对燃料进行热分解的方式来提高燃烧效率，从而能够使包括木柴、碎木屑颗粒、农业副产物等在内的生物质及其他各种固体燃料燃烧，而与固体燃料种类无关。

背景技术：

就我们周边所常见的燃料的形态而言，除了化石燃料即石油气体之外几乎都是固体形态。为此，准备先考察并分析固体燃料的燃烧之后再反映到新的多种固体燃料燃烧器中。

图1是分析了足够的空气供给条件下的木柴的燃烧即篝火的图。A区域是从木柴中经热分解而喷出的木材气体与空气相遇而进行一次燃烧的区域。就该一次燃烧的热而言，一部分返回到木材而用作对木材进行热分解的能量源从而成为使燃烧持续的重要因素，而另一部分向四面八方辐射。B区域是扩大(expansion)燃烧区间，未燃烧的木材气体与空气在B区域进一步起氧化反应而产生热和光并提高燃烧气体的温度，在该区域产生的热能大部分以辐射和对流的方式向空间辐射，且仅有小部分返回到木材而用于进行热分解。C区域是燃烧火焰的末端部分，C区域成为篝火火焰温度最高的区域。此处产生的能量几乎返回不了木材。

实际上在炉子等燃烧器中，为了以既有的燃料来进行高效率、长时间的燃烧而在有效地利用在上述三个阶段产生的能量。

通过具体例子进行观察，在图2中，用耐火蓄热材料13或耐火绝热材料以单独或组合方式围筑进行一次燃烧的木柴周边，以蓄积并反射一次燃烧时产生的热而使热返回到木材燃料，从而帮助木材燃料进行热分解，因此，以少量的一次供给空气11来稳定地保持木材的燃烧反应而无需空气的过度供给。并且，利用B、C区域的燃烧热并通过适当的热交换器15将空气预热并供给，以谋求燃烧的有效性和稳定性。另一方面，根据韩国授权专利10-1471636，该专利探索出了如下方法：在使作为固体燃料的一种形态的颗粒燃烧之后，使高温燃烧气体的一部分接着返回到供给空气中而使供给空气的温度提高并降低氧气浓度，从而保持燃烧的稳定性，且大为减少NOx(氮氧化物)的产生量。上述两种方法具有共通之处，即均为将在B、C区域产生的热传递至用于进行燃烧反应的供给空气中而使能量返回的方法。韩国公开实用新型20-2013-0004708公开了一种将热通过传导和辐射直接传递给固体燃料而提高燃烧效率的方法，该方法非为将在B、C区域产生的热传递给供给空气的方法，从所述公开实用新型中可知，其为多用于作业场所等空间的取暖用袖珍暖炉构造，其中，在一次燃烧及二次燃烧之后，燃烧气体接着直接返回到木柴进料管周围而起着直接加热进料空气以及加热木柴进料管的作用。从图3中可知，在木柴进料管的下部侧即D区域进行一次燃烧，若其燃烧火焰上升并进行二次扩大燃烧而对E区域的木柴进料管部位进行加热，则对通过管道供给的供给空气进行加热并对与管道接触的木柴以热传导或辐射的方式供给能量，从而对于须抑制燃烧反应的区域的木柴促进热分解，因此存在作为热分解区域不适合的问题。其二次燃烧热只有集中于D区域才能以一定的木柴长时间稳定地进行燃烧，但传递至E区域而缩短木柴的燃烧持续时间，因此对于燃烧反应的均匀性起着妨碍作用。

即、尚未探索出有效地促进一次燃烧区域燃料的热分解但不是向燃烧器一次性地供给全部燃料而进行燃烧的图2方式的方法，该方法在通过木柴供给管或其他燃料供给方法而在一定区域集中燃烧燃料的方式的燃烧器中，通过燃烧气体路径转换使二次燃烧产生热返回并以传导和辐射的方式有效地促进一次燃烧区域燃料的热分解。

技术实现要素：

技术问题

本发明是为了解决上述的问题而研究出的，本发明提供一种燃烧条件稳定的燃烧器，其将二次燃烧产生热通过转换燃烧气体路径而返回到一次燃烧区域的燃料并以直接传导和辐射的方式供给，从而稳定地进行燃料的热分解。

并且，本发明的目的在于，使通过燃料的热分解的气化燃烧总是保持一定，从而能够用一个燃烧器进行燃烧，而与燃料的含水率、燃料的种类、加工成何种形态尺寸无关。

另外，本发明的目的在于，基本上保持通过燃料热分解的气化燃烧，以能够将所需供给空气保持在适当的水平，从而防止产生过多的NOx，并且防止产生不完全燃烧所导致的黑烟。

解决问题方案

根据本发明的多种固体燃料燃烧器其特征在于，构成为包括：燃料供给装置，其利用木柴进料管或其他燃料供给器；一次燃烧室，其与上述燃料供给装置配合，且在一个侧面或下侧具备燃烧气体出口，其余的面由耐火材料的壁所阻断而进行一次燃烧；二次燃烧室，其由耐火材质壁构成，且构成为在上述一次燃烧室的燃烧气体出口侧形成空间而引导一次燃烧气体进行二次扩大燃烧，并转换进行扩大燃烧之后的二次燃烧气体的行进方向而引导路径，使得二次燃烧气体与一次燃烧室的下侧外壁或侧面外壁的至少一个外壁接触而行进，从而二次燃烧热以传导和辐射的方式集中传递至一次燃烧室燃烧区域燃料；以及空气供给体系，其在包括一次燃烧室、二次燃烧室的整个燃烧路径中具备至少一个以上或多个空气供给装置。

另外，根据本发明的多种固体燃料燃烧器其特征在于，上述木柴进料管为剖面呈圆形或椭圆形或多边形的柱形，其位于一次燃烧室上部，在一次燃烧室上部进一步设置起冷却木柴供给管的作用的空气预热供给装置以提高效率。

另外，根据本发明的多种固体燃料燃烧器其特征在于，上述一次燃烧室壁基本上由热传导性耐火原材料构成，若热输出大的大型燃烧器使用热传导性降低的材质则提高效率。

另外，根据本发明的多种固体燃料燃烧器其特征在于，上述二次燃烧室壁基本上由耐火绝热性原材料构成，而热输出大的大型燃烧器适用热传导性原材料，从而能够提高效率和稳定性。

另外，根据本发明的多种固体燃料燃烧器其特征在于，上述空气供给体系将供给空气分配到多处即一次燃烧室内部、二次扩大燃烧室开端位置、二次燃烧室末端位置，通过一次、二次供给空气而调节输出，减少NOx的生成，并进行完全燃烧。

另外，根据本发明的多种固体燃料燃烧器其特征在于，基于上述一次、二次燃烧室的温度以及通过氧气传感器的排出气体分析对空气供给量进行电子控制而提高空气调节的精确度。

另外，根据本发明的多种固体燃料燃烧器其特征在于，在上述一次燃烧室配置燃烧网，且能够以适合于燃料特性的燃烧网来进行替换，从而能够进行多种燃料燃烧。

发明效果

根据本发明的固体燃料燃烧器具有如下优点：二次燃烧之后产生的热通过一次燃烧室壁并以传导和辐射的方式传递至进行一次燃烧的燃烧区域而促进燃料的热分解，从而生成足够的热分解气体而与燃料的种类、质量、形态无关地提供稳定的燃烧环境，并能够使空气供给最优化，因而减少NOx的产生量，并且具有还减少不完全燃烧所导致的黑烟产生的效果。与燃烧器的大小相比，能够产生高输出的热量。

附图说明

图1是图示了木柴篝火的燃烧区域的图。

图2是高效率烧柴炉的示意图。

图3是袖珍暖炉的示意图。

图4是具备木柴进料管且使燃烧热直接返回的燃烧装置的示意图。

图5是示出了一次燃烧室的另一种燃烧室壁的图。

图6是使燃烧热直接返回的燃烧装置的模式图。

图7是将燃烧室的热出口导向下方的燃烧装置的示意图。

图8是在一次燃烧室进一步设置了炉灰处理件的示意图。

图9是在燃烧装置进一步设置了颗粒及碎木屑燃烧网的示意图。

图10是进一步设置了颗粒及碎木屑自动供给装置的燃烧装置的示意图。

符号说明

A—一次燃烧区域，B—二次扩大燃烧区域，C—燃烧火焰的顶部，D—一次燃烧区间，E—二次扩大燃烧区间，10—二次扩大燃烧，11—一次供给空气，12—二次供给空气，13—耐火蓄热材料，14—木柴，15—热气延迟空气供给板，20—外部壳体，21—空气预热供给装置，22—三次空气供给装置，23—二次空气供给装置，24—二次燃烧室壁，25—炉灰处理件，26—一次燃烧室壁，27—一次燃烧室内部，28—二次扩大燃烧空间，29—木柴供给管，31—空气预热供给装置，33—二次空气供给装置，34—二次扩大燃烧室壁。

具体实施方式

以下，使用附图更具体地说明本发明的技术思想，附图只不过是为了更具体地说明本发明的技术思想而图示的一例而已，本领域技术人员能够以各种方式应用或利用本发明的技术思想。

就本发明的所定方向而言，将图面的上侧定义为上侧，并将图面的下侧定义为下侧。

就下述的所有附图而言，将以对于燃烧器的最简单方式即炉子的附图为主进行说明，当然，可以推断出能够进一步安装储水件并附着锅炉、热交换器而以暖风机等方式利用燃烧器。

观察图3的燃烧器的构成要素，用于供给燃料的木柴进料管29呈剖面由圆形或椭圆形或多边形构成的柱形，该木柴进料管29在其内部基本上装填木柴或碎木屑颗粒等多种燃料并起着向下方的一次燃烧区域27持续地供给燃料的作用。在燃烧室上部的木柴进料管具备外部空气预热供给装置21而预热燃烧室供给空气从而提高燃烧效率，并且吸收并冷却从燃烧室升腾的热气，从而防止非燃烧区域燃料的热分解，因此具有增加燃烧持续时间并提高燃烧稳定性的效果。并且，具备向二次扩大燃烧室供给空气的二次空气供给装置23和在进行二次扩大燃烧之后供给空气的三次空气供给装置22。

在形成于燃料供给管下端的一次燃烧空间27的一个侧面构成热气出口，并将除了热气出口之外的其他面26由耐火热传导性原材料构成，从而在一次燃烧气体进行二次扩大燃烧之后直接接触一次燃烧室壁外部而绕出去时，二次燃烧热通过一次燃烧室壁26并以传导和辐射的方式传递而利用于一次燃烧室内部燃料的热分解，因此持续地保持气化燃烧。此时，燃烧供给空气多元化为直接向一次燃烧室供给的一次空气、向二次扩大燃烧室28供给的二次空气以及进行二次燃烧之后且绕出一次燃烧室之后喷射的三次空气，而多元化的燃烧供给空气具有如下效果。

第一、一次空气在燃烧室初期处于冷却状态的情况下，直接供给至燃料而产生热，从而具有提升燃烧室温度的效果。此时，将二次、三次空气减少至最少的状态而提高燃烧室温度。若随着燃烧室的温度上升而减少一次空气的量并加大二次空气的量则燃烧的稳定性提高，若燃料的热分解由二次燃烧热所全面进行，则将一次空气减少至适当的水平并加大二次空气的量，从而减少燃烧所需的供给空气的绝对量，并且，加大燃烧火焰区域的大小而调节NOx的产生量。此时，一次空气须至少保持最少量，这是由于含在一般固体燃料中的含碳化合物只有在供给了热和氧气的情况下才以CO(一氧化碳)形态分离出来之故。就三次空气而言，对于仅凭一次、二次空气就未燃烧的部分进一步供给氧气以实现完全燃烧。

观察该燃烧构成，燃烧输出由一次空气和二次空气的量所调节，三次空气起着用于完全燃烧的辅助供给空气的作用。这样一来，一次空气直接喷射至燃料而发挥直接调节输出的作用，二次空气焚烧经过一次燃烧之后尚未燃烧的气体而产生二次燃烧热，并通过一次燃烧隔壁26而促进燃料的热分解(产生气体)，因此直接参与热输出。三次空气焚烧经过一次、二次燃烧之后尚未燃烧的气体并将产生的热量向后方放热部位排放，因此与燃烧输出调节无关。分为一次、二次、三次阶段的供给空气的多元化由于减少供给空气的绝对量并使燃烧热分散到宽大的区域，因此提供一种防止在狭窄的区域出现高温且能够大为减少因供给过量的空气(氧气)而产生的NOx的方法。此时，虽然在附图中并未图示，但由于调节各空气供给量的装置属于公知技术因而并未示出。就该二次、三次空气的供给而言，可以通过上方的空气预热装置21供给，还可以通过另外的管线供给。即使通过另外的管线供给也要在内部通过预热区间供给，因此保持燃烧稳定性。

这里，二次扩大燃烧室由于产生温度最高的热气并起着将热气路径转向相反方向的作用，因此须使用能够承受高温的耐火原材料，就该二次燃烧室隔壁24的原材料而言，须根据整个燃烧器的规模而适用热传导性不同的原材料。作为一例，在小型帐篷内设置的野营用燃烧器由于整体输出小且燃烧室也难以保持高温，因此，须以使绝热效果最大化的原材料来构成隔壁原材料，这样才能保持燃烧质量。在规模大的作业场所使用的燃烧器，为了防止在一次燃烧室形成超高温而以热传导性原材料来构成二次燃烧室隔壁24，并构成为温度通过放热而降低到一定程度的二次燃烧气体返回到一次燃烧隔壁，从而构成为能够减少因超高温而产生的NOx且也能够保护一次燃烧隔壁。

在二次扩大燃烧室下部构成用于进行炉灰处理的炉灰处理装置25，进而在该燃烧室外部以一个壳体20来围裹一次、二次燃烧室整体，从而能够制成直接放热的炉子构造，或者配置水箱而能够制成锅炉构造，或者配置空气热交换器而能够进一步成为暖风机等。

图5是中间空气层构造的一次燃烧室隔壁，就一次燃烧室隔壁而言，理应基本上由热传导性原材料构成，但对于热输出大的大型燃烧器来讲，由于传递至一次燃烧室的过度的二次燃烧热导致过度的热分解，因此，为了使燃烧稳定适合使用热传导性降低的中间空气层构造的一次燃烧壁。更进一步地、大型燃烧器能够应用包括耐火砖等的多种材质的一次燃烧壁。

图6是对于上面所说明的燃烧器将木柴进料管采用为圆形构造的情况下的模式图。根据该构造，二次燃烧气体绕着一次燃烧室的整个底面和两个侧面出去并朝向后方热气出口，就该热气的路径而言，若将两个侧面形成为极度狭窄则路径被引导到底部，若极度减少底面路径则路径沿两个侧面形成。进而，可以有将两个侧面中一个侧面构成为宽大并将另一个侧面构成为狭窄等多种应用。

虽然该模式图将圆形木柴进料管作为例示来进行了图示，但本领域技术人员能够清楚地推断出还能够类似地应用于包括四边形木柴进料管的其他多边形构造的木柴进料管，因此，省略了进一步的附图。

图7是将一次燃烧气体出口的位置朝下取向的图，燃烧气体路径具有在进行二次扩大燃烧之后主要通过两个侧面传递至一次燃烧室的特点。

图8是在一次燃烧室下部进一步配置了炉灰处理网的示意图，通过该处理网即可在燃烧炉灰产生量大的燃料时迅速处理炉灰而提高燃烧的稳定性。

图9是在一次燃烧室配置燃烧网而有效地燃烧颗粒或碎木屑等燃料的图，而燃烧网制成与燃料特性相符的类型，以便能够替换设置。

图10是替代木柴进料管而搭载了包括进料螺杆和燃料存储料斗的自动化燃料供给体系的燃烧器的形态。由此能够使燃烧器长时间工作而无需进行额外的操作。

进一步地、虽然未在附图中示出，但还能够在二次燃烧室出口侧进一步设置氧气传感器，以更精确地调节空气供给量。

另外，虽然未在附图中示出，但还能够在一次燃烧室、二次燃烧室、以及放热部位设置一个以上的温度传感器，并具备电子控制电路而调节空气量，从而将上述温度传感器和上述氧气传感器的信息综合在一起而在最适合的温度和氧气量条件下进行运转。

本发明的技术思想的范围并不由这种实施例所限定。本发明的保护范围应由权利要求书所解释，属于与其等同的范围内的所有技术思想应解释为均包括在本发明的权利范围。

工业上可利用性

上面描述的固体燃料燃烧器基本上可以从市场上广泛使用的柴火炉子、颗粒炉子等空气加热装置扩展到柴火锅炉、颗粒锅炉等热水加热装置，并能够利用于通过各种农业副产物的燃烧的炉子、锅炉等，且作为用于家用无污染小型发电机的燃烧器，通过技术利用将有多种应用。