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制造方法及图纸

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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(JP2007-162993A)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JP2007-162993A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。
技术实现思路
然而，在氢气被用作在JP2007-162993A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。本专利技术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，本专利技术人已经发现，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，本专利技术人已经发现，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。本专利技术是基于上述发现的。本专利技术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。根据本专利技术的第一方面，第一流动通道形成在第一圆筒管中，氢气流过该第一流动通道。第二流动通道形成在第一圆筒管和第二圆筒管之间，用于氢气的一次燃烧的第一助燃气体通过该第二流动通道朝向第二圆筒管的顶端流动。第一圆筒管和第二圆筒管被同心地设置。因此，从第一流动通道释放的氢气基本沿相同的方向流动以便包围从第二流动通道释放的第一助燃气体。因此，氢气和第一助燃气体不主动地相互混合。在上述状态中，即使当在氢气与第一助燃气体部分地相互混合的区域中通过点火装置点燃氢气与第一助燃气体相互混合的混合气体时，由于氢气和第一助燃气体，仍然发生缓慢的一次燃烧，而与燃烧负荷无关。此外，第三流动通道形成在第二圆筒管和第三圆筒管之间，用于氢气的二次燃烧的第二助燃气体流过该第三流动通道。第二圆筒管和第三圆筒管被同心地设置。因此，第二助燃气体也不主动地与未被第一助燃气体燃烧的氢气混合。因此，由于未燃烧的氢气和第二助燃气体，发生缓慢的二次燃烧。在根据本专利技术的第一方面的氢气燃烧器结构中，第三圆筒管的顶端可以位于第二圆筒管的顶端的在气体流动方向上的上游。在根据本专利技术的第一方面的氢气燃烧器结构中，第一圆筒管可以包括在第一圆筒管的顶端附近的管壁中的通孔，所述通孔允许第一圆筒管的管壁的内侧和外侧相互连通。点火装置可以被设置在通孔的在气体流动方向上的下游。本专利技术的第二方面涉及一种氢气燃烧器装置，该氢气燃烧器装置包括：所述氢气燃烧器结构；和控制装置，所述控制装置被构造成控制要被供应到氢气燃烧器结构的氢气和至少第一助燃气体的流量。第一助燃气体和第二助燃气体是相同的助燃气体。控制装置被构造成控制第一助燃气体的流量，使得第一助燃气体的流量低于使氢气完全燃烧的流量并且低于第二助燃气体的流量。如上所述，利用本专利技术的氢气燃烧器结构和氢气燃烧器装置，因为在上述的在氢气和第一助燃气体之间的一次燃烧之后未在该一次燃烧中燃烧的氢气能够通过围绕该氢气流动的第二助燃气体经受上述二次燃烧，所以氢气能够缓慢地燃烧。因此，即使在氢气被用作燃料气体的情形中，通过利用缓慢燃烧抑制火焰的温度升高，仍然能够减少在燃烧之后的排气中的NOx的产生。附图说明下面将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：图1是包括根据第一实施例的氢气燃烧器结构的氢气燃烧器装置的示意性截面视图；图2是在图1中示意的氢气燃烧器结构的顶端附近的截面视图；图3是沿着在图2中示意的线III-III截取的在箭头方向上的截面视图；图4是根据第二实施例的氢气燃烧器结构的示意性截面视图；图5是沿着在图4中示意的线V-V截取的在箭头方向上的截面视图；图6是根据第三实施例的氢气燃烧器结构的示意性截面视图；图7是示意在根据示例1、比较示例1和参考示例1的燃烧负荷率和NOx的浓度之间的关系的视图；并且图8是示意在第二圆筒管和第三圆筒管的顶端之间的距离与NOx的浓度之间的关系的视图。具体实施方式在下文中，将参考图1到图5描述包括氢气燃烧器结构的氢气燃烧器装置和该氢气燃烧器结构的两个实施例。第一实施例1.氢气燃烧器装置100图1是包括根据第一实施例的氢气燃烧器结构1的氢气燃烧器装置100的示意性截面视图。图2是在图1中示意的氢气燃烧器结构1的顶端附近的截面视图。图3是沿着在图2中示意的线III-III截取的在箭头方向上的截面视图。如在图1中所示意地，根据第一实施例的氢气燃烧器装置100是以氢气G1作为燃料的氢气燃烧器装置，并且至少包括氢气燃烧器结构1和控制装置2，控制装置2控制氢气G1和至少将在下面描述的第一助燃气体G2的流量。如在图1到3中所示意地，该氢气燃烧器结构1包括在氢气燃烧器结构1的顶端侧上从内侧同心地(相同的中心轴线C)设置的第一圆筒管10、第二圆筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢气燃烧器结构，其特征在于包括：第一圆筒管，所述第一圆筒管的顶端是敞开的，所述第一圆筒管的内部被构造成使得氢气朝向所述第一圆筒管的顶端流动；第二圆筒管，所述第二圆筒管被与所述第一圆筒管同心地设置在所述第一圆筒管的外侧，在所述第一圆筒管和所述第二圆筒管之间的空间被构造成使得用于所述氢气的一次燃烧的含有氧气的第一助燃气体朝向所述第二圆筒管的顶端流动；第三圆筒管，所述第三圆筒管被与所述第一圆筒管及所述第二圆筒管同心地设置在所述第二圆筒管的外侧，在所述第二圆筒管和所述第三圆筒管之间的空间被构造成使得用于所述氢气的二次燃烧的含有氧气的第二助燃气体朝向所述第三圆筒管的顶端流动；和点火装置，所述点火装置被设置在所述第二圆筒管的内部，所述点火装置被构造成点燃通过将所述氢气和所述第一助燃气体相互混合而获得的混合气体，其中，在气体流动方向上，所述第一圆筒管的顶端位于所述第二圆筒管及第三圆筒管的顶端的上游，其中所述氢气和所述第一助燃气体及所述第二助燃气体沿所述气体流动方向流动。

【技术特征摘要】
2016.12.07 JP 2016-2378951.一种氢气燃烧器结构，其特征在于包括：第一圆筒管，所述第一圆筒管的顶端是敞开的，所述第一圆筒管的内部被构造成使得氢气朝向所述第一圆筒管的顶端流动；第二圆筒管，所述第二圆筒管被与所述第一圆筒管同心地设置在所述第一圆筒管的外侧，在所述第一圆筒管和所述第二圆筒管之间的空间被构造成使得用于所述氢气的一次燃烧的含有氧气的第一助燃气体朝向所述第二圆筒管的顶端流动；第三圆筒管，所述第三圆筒管被与所述第一圆筒管及所述第二圆筒管同心地设置在所述第二圆筒管的外侧，在所述第二圆筒管和所述第三圆筒管之间的空间被构造成使得用于所述氢气的二次燃烧的含有氧气的第二助燃气体朝向所述第三圆筒管的顶端流动；和点火装置，所述点火装置被设置在所述第二圆筒管的内部，所述点火装置被构造成点燃通过将所述氢气和所述第一助燃气体相互混合而获得的混合气体，其中，在气体流动方向上，所述第一圆筒管的顶端...

【专利技术属性】
技术研发人员：平田耕一，佐久间大祐，三村健志朗，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP