專利背景
截止2006年10月,燃氣熱水器是家庭廣泛使用的一種熱水器,它具有體積小、加熱速度快,即開即熱的優點,隨著環境惡化和能源問題的嚴峻,節能和環保成為世界性的主題,也成為燃燒技術的發展趨向。對於燃氣熱水器來講,提高燃燒熱效率、降低廢氣排放是一項長期不斷改進的目標。
截止2006年10月,封閉式燃氣熱水器結構如圖1所示,主要包括:進水閥1、進水流量感應器2、燃氣閥3、脈衝點火器(圖中未示)、燃氣通道4、多列火排燃燒器5、熱交換器6、風機7及集煙罩8等部件構成。自來水管的水經進水閥1、進水流量感應器2進入熱交換器6的水管與燃燒產生的高溫煙氣進行熱交換;燃氣(天然氣、人工煤氣、液化石油氣)由燃氣閥3經燃氣通道由噴嘴噴射進入各列火排燃燒器5的引射器,噴射入燃燒器引射器的燃氣引吸一次空氣,並與一次空氣混合形成可燃性預混氣由燃燒器的火孔排出,經點火器點燃,研究表明一次空氣係數一般取0.5-0.7,也就是說一次空氣的量是燃氣完全燃燒所需空氣量的十分之五到十分之七,這一燃燒過程將產生大量一氧化碳,因此需要同時用風機7向燃燒器鼓風,空氣由各列火排燃燒器之間的條形縫隙向上進入燃燒室成為使一氧化碳進行燃燒的二次空氣。
燃氣熱水器正常燃燒時,火焰應是清澈、透明,呈明顯的藍色,煙氣中CO含量必須低於標準限定值,不能回火、離焰;使用基準氣時不能有黃焰。藍色火焰燃燒時,燃燒充分、徹底、熱效率高、煙氣中有害氣體含量低。燃氣閥、噴嘴、燃燒器、熱交換器、強排風機等幾個關鍵零部件的結構與藍色火焰有密切關係,是燃氣熱水器正常燃燒時火焰清澈、透明,火焰呈明顯的藍色的保證。
然而,對於熱水器的使用者來說,需要熱水器能提供不同溫度的熱水,且在不同用水量的條件下熱水溫度不變。截止2006年10月,燃氣熱水器的解決方法是電腦板根據設定溫度及進水流量感應器所感測到的進水量控制燃氣的大小來達到控制水溫。然而燃氣大小的改變將會使一次空氣係數及二次空氣的比例改變,很難保證處於最佳燃燒的藍火苗狀態。
發明內容
專利目的
《藍火苗分段供風燃氣熱水器》所要解決的技術問題是,截止2006年10月,針對技術的上述不足,而提供一種能提供不同水溫,且在不同用水量的條件下水溫不變的藍火苗分段供風燃氣熱水器。
技術方案
實現《藍火苗分段供風燃氣熱水器》的技術方案如下:
一種藍火苗分段供風燃氣熱水器,包括:進水閥、進水流量感應器、燃氣閥、脈衝點火器、多列火排燃燒器、熱交換器及風機,其中:設有一n路分配器,所述的燃氣閥通過n-1個電磁閥分別連線所述的n路分配器的n-1個通道,n路分配器中的一路直接連線所述的燃氣閥,每路分配器設有多個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是n速風機。
一種藍火苗分段供風燃氣熱水器,包括:進水閥、進水流量感應器、燃氣閥、脈衝點火器、多列火排燃燒器、熱交換器及風機,其中:設有一兩通道的3路分配器,所述的燃氣閥通過2個電磁閥連線所述的3路分配器的兩個通道,3路分配器中的一路設有4個燃氣噴嘴,3路分配器中的另一路設有7個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是3速風機。
一種藍火苗分段供風燃氣熱水器,包括:進水閥、進水流量感應器、燃氣閥、脈衝點火器、多列火排燃燒器、熱交換器及風機,其中:設有一3通道7路分配器,所述的燃氣閥通過3個電磁閥分別連線所述的7路分配器的3個通道,7路分配器中的一路設有4個燃氣噴嘴,7路分配器中的另一路設有6個燃氣噴嘴,7路分配器中的再另一路設有8個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是7速風機。
除上述必要技術特徵外,在具體實施過程中,還可補充如下技術內容:
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,所述的燃氣閥是穩壓燃氣閥。
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,所述的噴嘴的收縮角α在15°~30°之間。
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,所述的噴嘴的收縮角α為25°±5°。
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,所述多列火排燃燒器是有多個並行排列火排燃燒器所構成,每一個火排燃燒器呈扁平盒狀,其頂部設有一排火孔,一側面下部設有引射孔,所述引射孔通過一ㄥ形的引流管連通所述頂部排火孔。
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,所述燃燒器進口一次空氣係數在0.65~0.7之間。
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,燃燒器的火孔為方形火孔,其長寬尺寸為(3~6)毫米×(0.4~0.6)毫米,優選為4.5毫米×0.52毫米。
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,燃燒器的ㄥ形的引流管轉角處的轉角半徑R為13~17毫米之間,較佳的為15~16毫米之間,優選15.6毫米;ㄥ形的引流管的迴轉角度為18~23°,優選21°。
所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其中,熱交換器的翅片的最低端到燃燒器燃燒口的距離為100毫米~200毫米,較佳的為140毫米~170毫米,優選160毫米,翅片的厚度為0.2毫米~0.4毫米,優選0.3毫米,材質選用無氧銅、釺焊在熱交換管上,翅片與翅片間的距離為2毫米~4.5毫米,優選3毫米。
改善效果
《藍火苗分段供風燃氣熱水器》將進氣通道分成多段控制,結合多檔變速風機分別對應燃燒器的小火、中火、大火,使燃燒時的過量空氣係數α始終維持在1.5範圍內,使燃燒器始終以最佳的狀態燃燒。
通過對燃氣熱水器的分段式分配器、噴嘴、燃燒器、熱交換器、強排風機和燃氣閥的創新設計,使燃氣進氣量和風機鼓入的空氣量達到最佳比例,使燃氣燃燒充分、徹底、燃燒火焰呈明顯的藍色,同時排氣順暢,煙氣中的有害物質在規定的範圍內,熱交換充分,熱效率高。
通過試驗測試,《藍火苗分段供風燃氣熱水器》的熱水器,燃燒火焰清澈、透明、呈明顯的藍色,煙氣中CO的含量在300PPm以下,遠遠低於國標規定的600PPm(強排機)以下;同時熱交換充分,熱效率高於88%,高於國標規定的80%的標準,比同類機型高出2%~5%,是真正意義上的藍色火焰燃燒。
附圖說明
圖1是截止2006年10月,封閉式強排風燃氣熱水器的結構示意圖。
圖2是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》分段供風燃氣熱水器的結構示意圖。
圖3是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》燃氣熱水器的燃氣穩壓閥的結構示意圖。
圖4a是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》燃氣熱水器的分配器的一種實施例(三段兩通道分配器)的具體結構圖。
圖4b是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》燃氣熱水器的分配器的一種實施例(三段兩通道分配器)的示意圖。
圖4c是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》燃氣熱水器的分配器的另一種實施例(七段三通道分配器)的示意圖。
圖4d是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》燃氣熱水器的分配器的又一種實施例(n段n通道分配器)的示意圖。
圖5是圖4分配器的側剖視圖。
圖6是噴嘴的剖視圖,顯示收縮角的角度。
圖7是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》燃燒器的剖視圖。
圖8是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》燃燒器的俯視圖。
圖9是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》多速風機的一種實施例圖。
技術領域
《藍火苗分段供風燃氣熱水器》涉及一種燃氣熱水器,特別是一種燃氣能充分燃燒的藍火苗燃氣熱水器。
權利要求
1、一種藍火苗分段供風燃氣熱水器,包括:進水閥、進水流量感應器、燃氣閥、脈衝點火器、多列火排燃燒器、熱交換器及風機,其特徵在於:設有一n通道n路分配器,所述的燃氣閥通過n1個電磁閥分別連線所述的n路分配器的n-1個通道,n路分配器中的一路直接連線所述的燃氣閥,每路分配器設有多個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是n速風機。
2、一種藍火苗分段供風燃氣熱水器,包括:進水閥、進水流量感應器、燃氣閥、脈衝點火器、多列火排燃燒器、熱交換器及風機,其特徵在於:設有一兩通道的3路分配器,所述的燃氣閥通過2個電磁閥連線所述的3路分配器的兩個通道,3路分配器中的一路設有4個燃氣噴嘴,3路分配器中的另一路設有7個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是3速風機。
3、一種藍火苗分段供風燃氣熱水器,包括:進水閥、進水流量感應器、燃氣閥、脈衝點火器、多列火排燃燒器、熱交換器及風機,其特徵在於:設有一3通道7路分配器,所述的燃氣閥通過3個電磁閥分別連線所述的7路分配器的3個通道,7路分配器中的一路設有4個燃氣噴嘴,7路分配器中的另一路設有6個燃氣噴嘴,7路分配器中的再另一路設有8個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是7速風機。
4、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述的燃氣閥是穩壓燃氣閥。
5、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述的噴嘴的收縮角α在15°~30°之間。
6、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述的噴嘴的收縮角α為25°±5°。
7、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述多列火排燃燒器是有多個並行排列火排燃燒器所構成,每一個火排燃燒器呈扁平盒狀,其頂部設有一排火孔,一側面下部設有引射孔,所述引射孔通過一ㄥ形的引流管連通所述頂部排火孔。
8、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述燃燒器進口一次空氣係數在0.65~0.7之間。
9、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:燃燒器的火孔為方形火孔,其長寬尺寸為(3~6)毫米×(0.4~0.6)毫米。
10、根據權利要求9所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述的燃燒器的火孔長寬尺寸為4.5毫米×0.2毫米。
11、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:燃燒器的ㄥ形的引流管轉角處的轉角半徑R為13~17毫米之間;ㄥ形的引流管的迴轉角度為18~23°。
12、根據權利要求11所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述的燃燒器的ㄥ形的引流管轉角處的轉角半徑R為15~16毫米;ㄥ形的引流管的迴轉角度為21°。
13、根據權利要求12所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:所述的燃燒器的ㄥ形的引流管轉角處的轉角半徑R為15.6毫米。
14、根據權利要求1、或2、或3所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:熱交換器的翅片的最低端到燃燒器燃燒口的距離為100毫米~200毫米,翅片的厚度為0.2毫米~0.4毫米,材質選用無氧銅、釺焊在熱交換管上,翅片與翅片間的距離為2毫米~4.5毫米。
15、根據權利要求14所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:熱交換器的翅片的最低端到燃燒器燃燒口的距離為140毫米~170毫米,翅片的厚度為0.3毫米,翅片與翅片間的距離為3毫米。
16、根據權利要求15所述的藍火苗分段供風燃氣熱水器,其特徵在於:熱交換器的翅片的最低端到燃燒器燃燒口的距離為160毫米。
實施方式
截止2006年10月,《藍火苗分段供風燃氣熱水器》為克服燃氣熱水器根據設定溫度及進水流量感應器所感測到的進水量控制燃氣的大小來達到控制水溫,存在一次空氣係數及二次空氣的比例改變,而不能保證處於最佳燃燒的藍火苗,而提出一種分段供風燃燒的燃氣熱水器。使燃氣進氣量和風機鼓入的空氣量達到最佳比例,使燃氣燃燒充分、徹底、燃燒火焰呈明顯的藍色,同時排氣順暢,煙氣中的有害物質在規定的範圍內,熱交換充分,熱效率高。
實施例一
《藍火苗分段供風燃氣熱水器》所提供的藍火苗分段供風燃氣熱水器其結構如圖2所示,其主要包括:進水閥1、進水流量感應器2、燃氣閥3、脈衝點火器、多列火排燃燒器5、熱交換器6及風機,與截止2006年10月,燃氣熱水器的區別在於:在截止2006年10月有的燃氣熱水器的燃氣通道位置設定一3路分配器9,所述的燃氣閥通過2個電磁閥連線所述的3路分配器9,所述的3路分配器是由2路燃氣通道組成,3路分配器9中的2路燃氣通道分別通過電磁閥連線所述的燃氣閥,分配器的每一路設有多個燃氣噴嘴91(如圖4a、圖4b、圖5所示),每一個燃氣噴嘴91正對一火排燃燒器5的引射孔52(參見圖7);任一電磁閥導通構成相應的一段或二段燃燒器通氣燃燒,2個電磁閥均導通則構成全段(或稱第三段)通氣燃燒;所述風機是3速風機10。
圖4a所示是3路分配器的具體結構,圖5是其側剖視圖,圖4b是示意圖。所述3路分配器9為一封閉的扁平盒體,下部側面設有2進氣孔92,二進氣孔分別通過燃氣電磁閥連線燃氣閥3,上部側面設有多個出氣噴嘴91,一隔板93將盒體分隔成兩個燃氣通道94、95,每一個燃氣通道具有一個進氣孔92和部分噴嘴91,在圖示具體實施例中,燃氣通道94具有4個噴嘴91,燃氣通道95具有7個噴嘴91。當燃氣通道94通氣時,則有4列火排燃燒器5燃燒,將其稱為一段燃燒;當燃氣通道95通氣時,則有7列火排燃燒器5燃燒,將其稱為二段燃燒;若燃氣通道94、95均通氣時,則全部11列火排燃燒器5燃燒,將其稱為三段燃燒。由於三段燃燒所需二次空氣的量不同,因此該發明所用風機是三速風機,所述三速風機是根據三段燃燒所需二次空氣量而設定三種不同轉速。使燃燒時的過量空氣係數始終維持在1.5範圍內,使燃燒器始終以最佳的狀態燃燒。
該實施例中,所述的燃氣閥是穩壓燃氣閥,起穩定燃氣壓力的作用。
燃氣熱水器正常燃燒時,過量空氣係數在最佳數值時燃燒最充分、徹底,熱效率最高,因此,最佳燃燒時空氣量和燃氣量的比值基本保持不變。而空氣量由一次空氣和二次空氣兩部分組成,在熱水器的組成零部件固定的情況下,一次空氣吸入量取決於噴嘴出口處的燃氣流速,二次空氣由風機轉速決定,在風機排氣量基本保持不變的情況下,要求燃氣量也必須保持不變。但由於燃氣的供氣壓力經常受外界因素的影響而經常變動,因此,無穩壓閥的熱水器經常會因氣壓的變化,供氣量發生變化,使燃燒時過量空氣係數發生變化,因此使燃燒不充分,燃燒時產生黃焰或離焰現象,煙氣中有害氣體含量明顯增加。為解決這一問題,該發明所用燃氣閥為燃氣穩壓閥,其結構如圖3所示,是在閥體31上設有具有進氣孔32和出氣孔33的閥腔,於出氣孔33上設有一閥塞34,閥塞34通過一連桿35連線一柔性皮膜36,於柔性皮膜的外側設有可調壓力的彈簧37,通過調節螺母38調節彈簧37的壓力即可調節排出穩壓閥的燃氣壓力,並保持壓力穩定。其工作過程是:在燃氣壓力不變的條件下,柔性皮膜在燃氣壓力和彈簧壓力的共同作用下保持於一定位置,此時閥塞與出氣口之間保持一定大小的開啟間隙。若供氣壓力降低,彈簧壓力大於供氣壓力,柔性皮膜向上移動,則在彈簧壓力作用下,閥塞與出氣口之間的間隙加大,輸出氣壓提高;反之,若供氣壓力提高,閥塞與出氣口之間的間隙減小,輸出氣壓降低;因此能保持燃氣輸出壓力穩定,起穩壓作用。
圖6示出,《藍火苗分段供風燃氣熱水器》所用噴嘴結構,燃氣噴嘴的設計直接決定了燃燒器的耗氣量,從而決定了燃燒器的熱負荷,而噴嘴通道的角度決定了燃氣流量的能量損失及噴嘴前壓力的變化。試驗表明,噴嘴的收縮角α在15°~30°時,噴嘴的流量係數最大,即燃氣流過噴嘴時,阻力最小、能量損失最小。該發明所用噴嘴收縮角α在25°±5°,保證了燃氣流量損失在最小的範圍內。但由於加工的難度,截止2006年10月噴嘴收縮角α在60°左右,增加了噴嘴能,量損失。
圖7圖8是《藍火苗分段供風燃氣熱水器》藍火苗分段供風燃氣熱水器所用多列火排燃燒器中的一列火排燃燒器的結構圖,而多列火排燃燒器是由多個並行排列火排燃燒器所構成,每一個火排燃燒器呈扁平盒狀,其頂部設有一排火孔51,一側面下部設有引射孔52,所述引射孔通過ㄥ形的引流管53連通所述頂部排火孔51。
所述燃燒器進口一次空氣係數在0.65~0.7之間。
燃燒器的火孔為方形火孔,其長寬尺寸為(3~6)毫米×(0.4~0.6)毫米,優選為4.5毫米×0.52毫米。
燃燒器的ㄥ形的引流管轉角處的轉角半徑R為13~17毫米之間,較佳的為15~16毫米之間,優選15.6毫米;ㄥ形的引流管的迴轉角度為18~23°,優選21°。
熱交換器進行熱量交換,要求熱量交換徹底、迅速,同時要求熱交換器排煙順暢、不堵塞、不產生接觸黃焰、不積碳。該發明所用熱交換器的翅片的最低端到燃燒器燃燒口的距離為100毫米~200毫米,較佳的為140毫米~170毫米,優選160毫米,翅片的厚度為0.2毫米~0.4毫米,優選0.3毫米,材質選用無氧銅、釺焊在熱交換管上,翅片與翅片間的距離為2毫米~4.5毫米,優選3毫米。該發明的藍火苗分段供風燃氣熱水器,翅片厚度越薄,熱交換效率越高,但很薄的熱交換翅片容易被腐蝕而使熱效率降低,因此最佳選用0.3毫米的翅片。同時無氧銅翅片熱交換性好,釺焊耐腐蝕性強。該發明所用熱交換器既保證了熱交換的效率,又保證了煙氣通暢,不被堵塞。
通過多次試驗驗證,該發明的燃燒器不回火、離焰、黃焰、煙氣中CO含量在300PPm以下,燃燒火焰清澈、透明,呈明顯的藍色火焰燃燒。
在燃氣熱水器上,正確的組織供風是為了用儘可能少的風量滿足燃氣在燃燒室內完全燃燒,使煙氣中的不完全燃燒產物CO體積分數降到很低的水平。試驗表明,在強排式熱水器上供風過大會引起火焰離焰,煙氣中CO含量明顯上升,熱效率下降。
截止2006年10月,市場上強排式燃氣熱水器的風機均為單速,風速不可調。當燃氣的進氣量增多或減少時,由於風速不變,所以,過量空氣係數發生變化,煙氣中CO含量升高,燃燒不充分,熱效率下降。
實施例二
《藍火苗分段供風燃氣熱水器》藍火苗分段供風燃氣熱水器的另一種實施例,該實施例與實施例一基本相同,同樣包括:進水閥1、進水流量感應器2、燃氣閥3、脈衝點火器、多列火排燃燒器5、熱交換器6及風機10,其區別在於分配器不同:該實施例所用分配器是3通道7路分配器,其結構如圖4c所示,所述的燃氣閥通過3個電磁閥分別連線所述的7路分配器的3個通道,7路分配器中的一路設有4個燃氣噴嘴,7路分配器中的另一路設有6個燃氣噴嘴,7路分配器中的再另一路設有8個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是7速風機。
所述7路分配器對應的火排燃燒器的數量如下:一段第一路電磁閥導通4個燃氣噴嘴4列火排燃燒器燃燒;二段第二路電磁閥導通6個燃氣噴嘴6列火排燃燒器燃燒;三段第三路電磁閥導通8個燃氣噴嘴8列火排燃燒器燃燒;四段第一、二路電磁閥導通10個燃氣噴嘴10列火排燃燒器燃燒;五段第一、三路電磁閥導通12個燃氣噴嘴12列火排燃燒器燃燒;六段第二、三路電磁閥導通14個燃氣噴嘴14列火排燃燒器燃燒;七段第一、二、三路電磁閥導通18個燃氣噴嘴18列火排燃燒器燃燒。
與實施例一相比,該實施例具有更多的分段,各段之間的火排燃燒器的數量相差較少,可得到更多不同溫度的熱水。
實施例三
該實施例與實施例一、二基本相同,同樣包括:進水閥1、進水流量感應器2、燃氣閥3、脈衝點火器、多列火排燃燒器5、熱交換器6及風機10,其區別在於分配器不同:該實施例所用分配器是n通道n路分配器,其結構如圖4d所示,所述的燃氣閥通過n-1個電磁閥分別連線所述的n路分配器的n-1個通道,n路分配器中的一路直接連線所述的燃氣閥,每路分配器設有多個燃氣噴嘴,每一個燃氣噴嘴正對一火排燃燒器的引射孔;所述風機是n速風機。該實施例更為通用,可提供更多不同溫度的熱水。
榮譽表彰
2017年12月11日,《藍火苗分段供風燃氣熱水器》獲得第十九屆中國專利獎優秀獎。