[发明专利]氢气燃烧器结构及包括氢气燃烧器结构的氢气燃烧器装置

说明书

本发明涉及氢气燃烧器结构及包括氢气燃烧器结构的氢气燃烧器装置。氢气燃烧器结构包括第一圆筒管、第二圆筒管、第三圆筒管、和点火装置。第一圆筒管的内部被构造成使得氢气流动。在第一圆筒管和第二圆筒管之间的空间被构造成使得含有氧气的第一助燃气体流动。在第二圆筒管和第三圆筒管之间的空间被构造成使得含有氧气的第二助燃气体流动。点火装置被构造成点燃混合气体。在气体流动方向上，第一圆筒管的顶端位于第二和第三圆筒管的顶端的上游，其中氢气与第一助燃气体及第二助燃气体沿所述气体流动方向流动。

技术领域

本发明涉及一种使用氢气作为燃料气体的氢气燃烧器结构以及一种包括该氢气燃烧器结构的氢气燃烧器装置。

背景技术

在相关技术中，已经提出了使用氢气作为燃料气体的气体燃烧器装置(燃烧喷嘴装置)。在这些气体燃烧器装置中，通过利用点火装置点燃混合气体来产生火焰，该混合气体是通过使氢气与氧气相互混合而获得的。

例如，在日本未审定专利申请公报第2007-162993号(JP 2007-162993 A)中提出了以下描述的气体燃烧器装置的结构。关于该气体燃烧器装置的结构，内管和外管被同心地设置，含氧气体流动通道形成在内管中，并且燃料气体流动通道形成在内管和外管之间。此外，内管的顶端被盖体堵住，并且沿径向方向向燃料气体流动通道喷射含氧气体的多个喷射孔在内管的周向方向和纵向方向上形成。此外，点燃通过将含氧气体和燃料气体相互混合而获得的混合气体的点火装置在通孔的上游被设置在内管的外壁表面上。

关于与JP 2007-162993 A有关的气体燃烧器装置的结构，因为内管的顶端被盖体堵住，所以从形成在内管中的喷射孔沿径向方向喷射的含氧气体与燃料气体混合。因为点火装置被设置在通孔的上游，所以通过由点火装置执行的点火，混合气体的燃烧以逐步地方式从上游侧朝向下游侧发生。因此，不存在任何局部温度升高，并且NOx的产生能够受到抑制。

发明内容

然而，在氢气被用作在JP 2007-162993 A中示意的气体燃烧器装置的结构的燃料气体的情形中，氢气的燃烧速度高于碳氢化合物气体(诸如民用燃气)的燃烧速度。因此，氢气的燃烧在氢气扩散之前一次性进行。因此，燃烧的氢气的火焰部分的温度趋向于高于民用燃气的火焰部分的温度，通过在空气中的N₂的氧化反应产生NOx，并且易于在燃烧之后的排气中含有相对大量的NOx。

本发明提供一种氢气燃烧器结构和一种包括该氢气燃烧器结构的氢气燃烧器装置，即使在氢气被用作燃料气体的情形中，该氢气燃烧器结构和氢气燃烧器装置仍然能够通过执行缓慢燃烧而抑制火焰的温度升高，以减小在燃烧之后的排气中的NOx的浓度。

作为敏锐的研究的结果，本发明人已经发现，当含有氧气的助燃气体在与作为燃料气体的氢气的释放方向相同的方向上围绕氢气释放时，氢气和助燃气体不主动地相互混合。因此地，本发明人已经发现，例如，即使当使用带有比碳氢化合物气体(诸如民用燃气)的燃烧速度高的燃烧速度的氢气时，仍然能够通过抑制一次性燃烧的进行而实现扩散燃烧。

本发明是基于上述发现的。本发明的第一方面涉及一种氢气燃烧器结构，该氢气燃烧器结构包括：第一圆筒管，所述第一圆筒管的顶端是敞开的；第二圆筒管，所述第二圆筒管被与第一圆筒管同心地设置在第一圆筒管的外侧；第三圆筒管，所述第三圆筒管被与第一圆筒管及第二圆筒管同心地设置在第二圆筒管的外侧；和点火装置，所述点火装置被设置在第二圆筒管的内部。第一圆筒管的内部被构造成使得氢气朝向第一圆筒管的顶端流动。在第一圆筒管和第二圆筒管之间的空间被构造成使得用于氢气的一次燃烧的含有氧气的第一助燃气体朝向第二圆筒管的顶端流动。在第二圆筒管和第三圆筒管之间的空间被构造成使得用于氢气的二次燃烧的含有氧气的第二助燃气体朝向第三圆筒管的顶端流动。点火装置被构造成点燃通过将氢气和第一助燃气体相互混合而获得的混合气体。在气体流动方向上，第一圆筒管的顶端位于第二和第三圆筒管的顶端的上游，其中氢气与第一助燃气体及第二助燃气体沿气体流动方向流动。