CN101566386B - 多孔介质燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明多孔介质燃气热水器，涉及用绕成螺旋形的管子分开水和加热介质的连续流动的加热器，其构成特征是：在防回火通道和水冷套筒的凹槽内填充小孔隙多孔介质材料，在燃烧室内填充大孔隙多孔介质材料，该多孔介质材料是金属纤维或泡沫陶瓷，换热管直接与燃烧室内高温多孔介质进行辐射及导热形式的换热，且高温烟气在其***的密集的换热管和多孔介质之间的螺旋通道中实现强烈换热，使烟气急冷而使水蒸汽直接在管壁凝结，达到强化燃烧室内的传热，使燃烧放热量迅速而高效地传递给水，使烟气中的水蒸汽凝结而回收水的凝结热，从而实现极限吸收燃烧放热的目的。该热水器的结构简单而热效率可达到96％以上，达到家用燃气快速热水器能效等级I级标准。

Description

多孔介质燃气热水器

技术领域

本发明的技术方案涉及用绕成螺旋形的管子分开水和加热介质的连续流动的加热器，具体地说是多孔介质燃气热水器。 

背景技术

随着能源与环境危机的加剧，世界各国对能源效率和环境污染物排放都提出了更高的要求。节能减排更是我国“十一五”提出的一个重要任务。目前执行的燃气热水器热效率标准要求最低为84％。为了提高燃气热水器的效率，现有技术几乎都采用增大换热器面积的方法，即通过采用翅片管的形式，或者通过增加烟气冷凝换热面的方式使排烟温度低于100℃，以便回收烟气中水蒸气的潜热。采用传统的燃烧方式，翅片管需要远离火焰而避免烧坏，这使得燃烧器体积较大。外加冷凝器的燃气热水器体积大且结构复杂。 

CN1570505公开了一种多孔陶瓷燃气热水器，它虽然采用了多孔介质燃烧技术和多孔陶瓷换热技术强化燃烧和换热，但其换热管的布置仍按照一般燃气热水器换热管稀疏布置，没有把烟气中的水蒸汽凝结，排烟温度依然较高，故燃烧室内换热强度尚不足，该热水器热效率不够高，仅为85％～90％，与能效等级为I级的热水器尚有差距。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种多孔介质燃气热水器，在燃烧室内填充多孔介质，换热管直接与燃烧室内高温多孔介质进行辐射及导热形式的换热，且高温烟气在其***的密集的换热管和多孔介质之间的螺旋通道中实现强烈换热，使烟气急冷而使水蒸汽直接在管壁凝结，从而克服了现有燃气热水器体积大且结构复杂，及燃烧室内燃烧强度和换热强度不足的缺点。 

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：多孔介质燃气热水器，由风烟***、水***、点火器、防回火结构、凝水排放结构、保温材料和外套筒构成，其中，风烟***由燃气喷嘴、引射器、预混室、防回火通道、由螺旋换热管和中间冷却管围成的燃烧室、引风机和烟气排出管道构成，水***由冷水引入管、水冷套筒、中间冷却管、耐高温软管、螺旋换热管、热水引出管构成，防回火结构由设置有凹槽的水冷套筒和防回火通道构成，凝水排放结构由凝水收集盘和凝水引出管构成，外套筒底端设有烟道插口，在其对应燃烧室的上部开有透气孔，其下部开有螺纹孔；上述组成部件是这样连接的：燃气喷嘴安装在引射器的入口，引射器连接在预混室上，水冷套筒与预混室焊接或螺栓压紧连接，设有凹槽的水冷套筒中间留有上下相通的防回火通道，在防回火通道内填充 有小孔隙多孔介质材料，在水冷套筒的凹槽内填充有小孔隙多孔介质材料，然后***螺旋换热管，水冷套筒的出水口与中间冷却管连接，螺旋换热管和中间冷却管围成的空间即构成燃烧室，在燃烧室内填充有大孔隙多孔介质材料，在小孔隙多孔介质材料和大孔隙多孔介质材料之间留有空隙，并在此设置点火器电极，冷水引入管和中间冷却管连接在水冷套筒上，中间冷却管和双螺旋换热管之间由耐高温软管连接，螺旋换热管由其底部的支撑环卡牢在外套筒上，支撑环与外套筒由螺钉通过螺纹孔连接，螺旋换热管的上部1/3处留出有小缝隙，而在下部紧密安置，在螺旋换热管外装有外套筒，在螺旋换热管和外套筒之间填充保温材料，但并不是全部填满，在上部1/3的高度留空，对应的外套筒上开有透气孔，外套筒底端由螺钉通过螺纹孔连接烟道插口，引风机直接安置在烟道插口上，引风机出口连接烟气排出管道，在螺旋换热管靠热水器底部位置的管间隙处装置一个螺旋形的凝水收集盘，在凝水收集盘的最低处连接一根凝水引出管，螺旋换热管还与热水引出管连接，除特别指明的以外，上述提及的部件之间的连接，均为通用的连接方法，是公知的。 

上述多孔介质燃气热水器中，螺旋换热管围成的筒体内的宽度为40～250mm，长度为50～400mm，高度为150～300mm；防回火通道的直径尺寸为10～20mm，布置为1～6排，防回火通道的中心间距为20～40mm；热水器主体的宽度为100～300mm，长度为100～460mm，高度为200～500mm。 

上述多孔介质燃气热水器中，螺旋换热管为单管、双管或三管盘绕形。 

上述多孔介质燃气热水器中，燃气喷嘴为单进口、双进口或3～6进口形式。 

上述多孔介质燃气热水器中，预混室、水冷套筒、螺旋换热管和外套筒的截面为长圆形、圆形、方形或椭圆形。 

上述多孔介质燃气热水器中，外套筒上在其对应燃烧室的上部开有的透气孔是3～7排、每排4～16条1～2mm宽的缝隙或是3～7排、每排5～40个1～2mm直径的小孔。 

上述多孔介质燃气热水器中，在小孔隙多孔介质材料和大孔隙多孔介质材料之间留出的空隙的大小为4～6mm。 

上述多孔介质燃气热水器中，水冷套筒中间留有上下相通的防回火通道为1～42个。 

上述多孔介质燃气热水器中，螺旋换热管的上部1/3处留出的小缝隙的宽度为0.2～0.5mm。 

上述多孔介质燃气热水器中，在防回火通道和水冷套筒的凹槽内填充的小孔隙多孔介质材料是孔隙密度为40～65PPI的小孔隙多孔介质材料，在燃烧室内填充的大孔隙多孔介质材料是孔隙密度为10～30PPI的每层厚度为5～25mm的总厚度为150～300mm的多孔介质材料，所用多孔介质材料是金属纤维材料或泡沫陶瓷材料，其孔隙率达到80％以上，耐受高温达1000℃以上。 

上述多孔介质燃气热水器中，所用耐高温软管是指能耐受200℃以上的高温软管， 有玻璃纤维软管、铝复合高温软管及其他材质的耐高温软管，均可以通过市售得到；所用保温材料是能耐受200℃以上的阻燃保温材料，有硅酸铝纤维棉、玻璃棉、岩棉及其他材质的阻燃保温材料，均可以通过市售得到；在本实施例的附图1中以给出的点火器电极的位置即实际安装中的点火器。 

本发明的有益效果是：本发明采用多孔介质燃烧方式，以减小燃烧空间并加强燃烧强度和换热强度。本发明的特征之一是在燃烧室内强化燃烧室内的传热，使燃烧放热量迅速而高效地传递给水，使烟气中的水蒸汽凝结而回收水的凝结热，从而实现极限吸收燃烧放热的目的。其方法就是在燃烧室内填充多孔介质，换热管直接与燃烧室内高温多孔介质进行辐射及导热形式的换热，且高温烟气在其***的密集的换热管和多孔介质之间的螺旋通道中实现强烈换热，使烟气急冷而使水蒸汽直接在管壁凝结。其次，在本发明多孔介质燃气热水器中填充的由金属纤维制成的多孔介质材料，其导热性能和机械强度较好，有利于热量的回传。该热水器结构加强了烟气与水的换热，使燃烧室排烟温度大大降低，并能收集烟气中水蒸汽的潜热，提高热效率，在一个简单的结构中实现了增强燃烧和回收水蒸汽潜热的目标。该热水器的结构简单而热效率可达到96％以上，达到家用燃气快速热水器能效等级I级标准。 

与已有的CN1570505多孔陶瓷燃气热水器相比，本发明的多孔介质燃气热水器解决了以下几个问题：第一，点火相对困难的问题。在已有的多孔介质中点火时，电火花四周壁面吸热很强，为此，本发明在点火位置布置多孔介质时留出4～6mm的空隙，以减少壁面对电火花的冷却作用；第二，容易发生回火的问题。由于多孔介质存在于燃烧空间，固体导热和辐射作用使大量热量向上游传递，容易导致回火。为此，本发明采用在水冷套筒中间留有若干个上下相通的防回火通道，在防回火通道内填充小孔隙的多孔介质材料，并且采用减小上游孔隙和在通道外壁用水冷却的办法，有效地避免回火的发生；第三，燃烧超温的问题。多孔介质固体导热和辐射作用对预混气体的预热，使得燃烧温度较传统燃烧温度高，为了避免燃烧室内的燃烧温度过高而产生的对多孔介质的烧蚀和NO生成的问题，本发明采用了加强冷却和分散燃烧的办法。即在多孔介质中心布置了冷却管，在燃烧室外布置密集螺旋换热管，燃烧所需空气一部分由燃烧室***的缝隙逐渐进入燃烧室而使燃烧过程分散，在燃烧室近1/3的区域内逐渐完成燃烧，这些措施使燃烧室温度控制在合适的范围内；第四，通风阻力大的问题。由于多孔介质填充在整个气流通道，通风阻力大，一般的风机很难满足要求，本发明采用引风机与引射器组合的方式进行通风排烟。另外，螺旋管设置为双管盘绕形或三管盘绕形，减小了水流阻力。 

总之，与CN1570505多孔陶瓷燃气热水器的结构相比，本发明的多孔介质燃气热水器结构不仅克服了前者上述的缺点，而且更加突出的特点是在燃烧室***布置的换热管是紧密的，这样在燃烧室的外壁上，也就是在换热管的壁面上，烟气中的水蒸汽大量凝结，从而可以回收水蒸汽的凝结热，使得热水器热效率能够达到96％以上。 

本发明的多孔介质燃气热水器结构保证燃烧稳定、燃烧室温度分布均匀，既减少了NO_x的产生也保证了CO等不完全燃烧产物的生成，节能和环保都达到了很高的要求。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1为本发明多孔介质燃气热水器的轴向剖面示意图。 

图2为本发明多孔介质燃气热水器图1所述实施例在位置A-A处的径向剖面示意图。 

图3为本发明多孔介质燃气热水器的水冷套筒的轴向剖面示意图。 

图4为本发明多孔介质燃气热水器的外套筒的轴向剖面示意图。 

图中，1.燃气喷嘴，2.引射器，3.预混室，4.水冷套筒，5.小孔隙多孔介质材料，6.螺旋换热管，7.保温材料，8.中间冷却管，9.支撑环，10.外套筒，11.耐高温软管，12.凝水收集盘，13.引风机，14.凝水引出管，15.大孔隙多孔介质材料，16.点火器电极，17.冷水引入管，18.防回火通道，19.热水引出管，20.烟道管插口，21.烟气排出管道，a.水冷套筒上设置的凹槽，b.外套筒上开的透气孔，c.螺纹孔。 

具体实施方式

附图显示，本发明多孔介质燃气热水器由风烟***、水***、点火器、防回火结构、凝水排放结构、保温材料和外套筒构成，其中，风烟***由燃气喷嘴1、引射器2、预混室3、防回火通道18、由螺旋换热管6和中间冷却管8围成的燃烧室、引风机13和烟气排出管道21构成，水***由冷水引入管17、水冷套筒4、中间冷却管8、耐高温软管11、螺旋换热管6、热水引出管19构成，防回火结构由设置有凹槽a的水冷套筒4和防回火通道18构成，凝水排放结构由凝水收集盘12和凝水引出管14构成；外套筒10底端设有烟道插口20，外套筒上在其对应燃烧室的上部开有透气孔b，其下部开有螺纹孔c。 

在图1所示的实施例中，双进口燃气喷嘴1安装在引射器2的入口，引射器2连接在预混室3上，水冷套筒4与预混室3焊接或螺栓压紧连接，设有凹槽a的水冷套筒4中间留有上下相通的防回火通道18，在防回火通道18内填充有小孔隙多孔介质材料5，在水冷套筒4的凹槽内填充有小孔隙多孔介质材料5，然后***双螺旋换热管6，水冷套筒4的出水口与中间冷却管8连接，双螺旋换热管6和中间冷却管8围成的空间即构成燃烧室，在燃烧室内填充有大孔隙多孔介质材料15，在小孔隙多孔介质材料5和大孔隙多孔介质材料15之间留有空隙，并在此设置点火器电极16，冷水引入管17和中间冷却管8连接在水冷套筒4上，中间冷却管8和双螺旋换热管6之间由耐高温软管11连接，双螺旋换热管6由其底部的支撑环9卡牢在外套筒10上，支撑环9与外套筒10由螺钉通过螺纹孔c连接，双螺旋换热管6的上部1/3处留出有小缝隙，而在下部紧密安置， 

在双螺旋换热管6外装有外套筒10，在双螺旋换热管6和外套筒10之间填充保温材料7，但并不是全部填满，在上部1/3的高度留空，对应的外套筒10上开有透气孔b，外套筒10底端由螺钉通过螺纹孔c连接烟道插口20，引风机13直接安置在烟道插口20上，引风机13出口连接烟气排出管道21，在双螺旋换热管6靠热水器底部位置的管间隙处装置一个螺旋形的凝水收集盘12，在凝水收集盘12的最低处连接一根凝水引出管14。 

图1显示本实用新型多孔介质燃气热水器主体的高度为200～500mm。 

图1显示本实用新型多孔介质燃气热水器采用倒置式，其工作时介质的流动是这样的：即烟气由上而下流动；螺旋换热管内的水则由下而上，与烟气呈逆流流动；对应的外套筒10上开出的透气孔，使空气能从这些小孔渗入到燃烧室中；燃烧所需空气分为主空气和辅助空气两部分，主空气由燃气喷嘴1和引射器2的入口空隙进入，辅助空气由双螺旋换热管6间留出的缝隙进入，空气依靠引风机13和引射器2产生的负压抽吸到燃烧室中，燃气和空气在引射器2及预混室3内进行充分混合；水的流动行程为：冷水引入管17→水冷套筒4→中间冷却管8→耐高温软管11→双螺旋换热管6→热水引出管19；在凝水收集盘12的最低处连接一根凝水引出管14，把冷凝水排出。 

图2显示在图1所述实施例的中间冷却管8布置在热水器的中部，布置成2排的12个防回火通道18均匀分布在水冷套筒4中，双螺旋换热管6的出口与热水引出管19相连接，点火器电极16布置在热水引出管19旁边。 

图2显示本实用新型多孔介质燃气热水器主体的宽度为100～300mm，长度为100～460mm。 

图3显示在图1所述实施例的水冷套筒4上设有凹槽(a)，水冷套筒4中间留有上下相通的防回火通道18。 

图4显示在图1所述实施例的外套筒10的前面上方开有7排、每排3条缝隙b，左右侧面上方各开有7排、每排1条缝隙b，前面下方开有6个连接支撑环9及烟道插口20的螺纹孔c。实际上，外套筒10的后面上方也开有7排、每排3条的缝隙，后面下方也开有6个连接支撑环9及烟道插口20的螺纹孔c。 

实施例1 

本实施例的结构和形状见图1～4。 

本实施例的多孔介质燃气热水器中，螺旋换热管6围成的筒体内的宽度为150mm，长度为225mm，高度为225mm；防回火通道18的直径尺寸为15mm，布置为2排，防回火通道18的中心间距为30mm；热水器主体的宽度为150mm，长度为280mm，高度为350mm，螺旋换热管6为双管盘绕形，燃气喷嘴1为双进口形式，预混室3、水冷套筒4、螺旋换热管6和外套筒10的截面为长圆形，外套筒10上在其对应燃烧室的上部开有的透气孔是7排、每排共8条1mm宽的缝隙，在小孔隙多孔介质材料5和大孔隙多孔介质材料15之间留出的空隙的大小为5mm，水冷套筒4中间留有的上下相通的防回火通道18为12 个，螺旋换热管6的上部1/3处留出的小缝隙的宽度为0.3mm，在防回火通道18和水冷套筒4的凹槽内填充孔的小孔隙多孔介质材料5是孔隙密度为55PPI的小孔隙多孔介质材料，在燃烧室内填充的大孔隙多孔介质材料15是孔隙密度为20PPI的每层厚度为15mm的总厚度为170mm的多孔介质材料。所用多孔介质材料均是金属纤维材料，其孔隙率达到80％以上，耐受高温达1000℃以上。 

实施例2 

除下述部分之外，其他均与实施例1相同。 

本实施例的多孔介质燃气热水器中，螺旋换热管6围成的筒体内的宽度为40mm，长度为50mm，高度为150mm；防回火通道18的直径尺寸为10mm，布置为1排，防回火通道18的中心间距为20mm；热水器主体的宽度为100mm，长度为100mm，高度为200mm，螺旋换热管6为单管盘绕形，燃气喷嘴1为单进口形式，预混室3、水冷套筒4、螺旋换热管6和外套筒10的截面为圆形，外套筒10上在其对应燃烧室的上部开有的透气孔是3排、每排4条1mm宽的缝隙，在小孔隙多孔介质材料5和大孔隙多孔介质材料15之间留出的空隙的大小为4mm，水冷套筒4中间留有的上下相通的防回火通道18为1个，螺旋换热管6的上部1/3处留出的小缝隙的宽度为0.2mm，在防回火通道18和水冷套筒4的凹槽内填充孔的小孔隙多孔介质材料5是孔隙密度为40PPI的小孔隙多孔介质材料，在燃烧室内填充的大孔隙多孔介质材料15是孔隙密度为10PPI的每层厚度为5mm的总厚度为150mm的多孔介质材料。所用多孔介质材料均是金属纤维材料，其孔隙率达到80％以上，耐受高温达1000℃以上。 

实施例3 

除下述部分之外，其他均与实施例1相同。 

本实施例的多孔介质燃气热水器中，螺旋换热管6围成的筒体内的宽度为250mm，长度为400mm，高度为300mm；防回火通道18的直径尺寸为20mm，布置为6排，防回火通道18的中心间距为40mm；热水器主体的宽度为300mm，长度为460mm，高度为500mm，螺旋换热管6为三管盘绕形，燃气喷嘴1为6进口形式，预混室3、水冷套筒4、螺旋换热管6和外套筒10的截面为椭圆形，外套筒10上在其对应燃烧室的上部开有的透气孔是5排、每排16条2mm宽的缝隙，在小孔隙多孔介质材料5和大孔隙多孔介质材料15之间留出的空隙的大小为6mm，水冷套筒4中间留有的上下相通的防回火通道18为42个，螺旋换热管6的上部1/3处留出的小缝隙的宽度为0.5mm，在防回火通道18和水冷套筒4的凹槽内填充孔的小孔隙多孔介质材料5是孔隙密度为65PPI的小孔隙多孔介质材料，在燃烧室内填充的大孔隙多孔介质材料15是孔隙密度为30PPI的每层厚度为25mm的总厚度为200mm的多孔介质材料。所用多孔介质材料均是泡沫陶瓷材料，其孔隙率达到80％以上，耐受高温达1000℃以上。 

实施例4 

除下述部分之外，其他均与实施例1相同。 

上述多孔介质燃气热水器中，燃气喷嘴1为3进口形式，预混室3、水冷套筒4、螺旋换热管6和外套筒4的截面为方形，外套筒4上在其对应燃烧室的上部开有的透气孔是4排每排20个1mm直径的小孔。 

实施例5 

除下述部分之外，其他均与实施例2相同。 

上述多孔介质燃气热水器中，外套筒4上在其对应燃烧室的上部开有的透气孔是3排、每排5个1mm直径的小孔。 

实施例6 

除下述部分之外，其他均与实施例3相同。 

上述多孔介质燃气热水器中，外套筒4上在其对应燃烧室的上部开有的透气孔是7排、每排40个2mm直径的小孔。 

Claims (3)

1.多孔介质燃气热水器，其特征在于：由风烟***、水***、点火器、防回火结构、凝水排放结构、保温材料和外套筒构成，其中，风烟***由燃气喷嘴、引射器、预混室、防回火通道、由螺旋换热管和中间冷却管围成的燃烧室、引风机和烟气排出管道构成，水***由冷水引入管、水冷套筒、中间冷却管、耐高温软管、螺旋换热管、热水引出管构成，防回火结构由设置有凹槽的水冷套筒和防回火通道构成，凝水排放结构由凝水收集盘和凝水引出管构成，外套筒底端设有烟道插口，在其对应燃烧室的上部开有透气孔，其下部开有螺纹孔；上述组成部件是这样连接的：燃气喷嘴安装在引射器的入口，引射器连接在预混室上，水冷套筒与预混室焊接或螺栓压紧连接，设有凹槽的水冷套筒中间留有上下相通的防回火通道，在防回火通道内填充有小孔隙多孔介质材料，在水冷套筒的凹槽内填充有小孔隙多孔介质材料，然后***螺旋换热管，水冷套筒的出水口与中间冷却管连接，螺旋换热管和中间冷却管围成的空间即构成燃烧室，在燃烧室内填充有大孔隙多孔介质材料，在小孔隙多孔介质材料和大孔隙多孔介质材料之间留有空隙，并在此设置点火器电极，冷水引入管和中间冷却管连接在水冷套筒上，中间冷却管和双螺旋换热管之间由耐高温软管连接，螺旋换热管由其底部的支撑环卡牢在外套筒上，支撑环与外套筒由螺钉通过螺纹孔连接，螺旋换热管的上部1/3处留出有小缝隙，而在下部紧密安置，在螺旋换热管外装有外套筒，在螺旋换热管和外套筒之间填充保温材料，但并不是全部填满，在上部1/3的高度留空，对应的外套筒上开有透气孔，外套筒底端由螺钉通过螺纹孔连接烟道插口，引风机直接安置在烟道插口上，引风机出口连接烟气排出管道，在螺旋换热管靠热水器底部位置的管间隙处装置一个螺旋形的凝水收集盘，在凝水收集盘的最低处连接一根凝水引出管，螺旋换热管还与热水引出管连接。

2.根据权利要求1所述的多孔介质燃气热水器，其特征在于：螺旋换热管围成的筒体内的宽度为40～250mm，长度为50～400mm，高度为150～300mm；防回火通道的直径尺寸为10～20mm，布置为1～6排，防回火通道的中心间距为20～40mm；热水器主体的宽度为100～300mm，长度为100～460mm，高度为200～500mm。

3.根据权利要求1所述的多孔介质燃气热水器，其特征在于：螺旋换热管为单管、双管或三管盘绕形。

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