CN109458635B - 一种农村灶台炉膛 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种农村灶台炉膛，包括本体和水箱，所述水箱设于所述本体的外壁，所述本体呈梯形圆柱体状，从上至下依次设有炉环罩、顶部基座、吸热层、炉排、灰斗和底座，所述吸热层与水箱连通，所述吸热层呈网状，所述网状吸热层的中部设有热流通道，燃烧火焰经所述热流通道至顶部基座，所述水箱设有进水口和出水口，所述进水口连通水源，所述出水口连通用水设备。本发明所述农村灶台炉膛既可以通过吸热层吸取高温燃烧气流的热量，又可以吸取炉膛壁面的温度，保证了水箱内的水温加热速度；还可通过预设的热流通道保证正常的炉具加热需求，吸热层可降低燃烧气流的燃烧温度，降低一氧化氮等不凝性气体的产生，从而降低排烟的污染性。
Description
技术领域
本发明涉及农村灶台领域，特别涉及一种农村灶台炉膛。
背景技术
当下大部分农村地区没有集中供暖措施，在寒冷的冬日，一般都采用燃煤或者燃烧秸秆树枝等方式进行冬季供暖，这些燃烧方式落后，取暖效果差，燃烧效率低，浪费资源，而且对环境污染较大。虽然国家近年来对部分地区推行了“煤改气”等政策补贴进行供暖，但供暖成本高，补贴也不能长期实施，甚至很多地区都出现了气荒等现象，短时间内还不能全方位覆盖，所以冬季供暖问题仍然非常严峻。
现有的农村灶台采用的炉膛较为单一，一般仅能用于加热炉具，且炉膛内一般为秸秆、树枝、木屑等各类未经加工处理的生物质燃料，普通灶台炉膛的设计较为简单，使得这些燃料燃烧不充分，造成排烟中的颗粒物以及氮硫氧化物等空气污染物增多，对燃料也造成极大的浪费。
冬季时，人们的生活用热水量较大，厨房碗具的清洁、洗菜、日常洗漱等均需要热水，这些热水多依靠电热水壶或热水器来提供，浪费较多的电能。近年来，有些研究利用农村灶台产生的热源来供给生活用水，但多为利用灶台的排烟余热，或者在炉膛的外壁缠绕设置水管，水管来吸收炉膛壁面的温度，这两种余热利用方式，换热效率均比较低，不能满足日常用水量，还会影响锅炉灶台的正常燃烧作用。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种农村灶台炉膛，既可以提高余热利用效率，还可以保证炉膛内部的高效燃烧。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种农村灶台炉膛，包括本体和水箱，所述水箱设于所述本体的外壁，所述本体呈梯形圆柱体状，从上至下依次设有炉环罩、顶部基座、吸热层、炉排、灰斗和底座，所述吸热层与水箱连通，所述吸热层呈网状，所述网状吸热层的中部设有热流通道，燃烧火焰经所述热流通道至顶部基座，所述水箱设有进水口和出水口，所述进水口连通水源，所述出水口连通用水设备。
优选地，所述吸热层由多根吸热水管交叉组成，所述热流通道为吸热水管环绕的中空通道，所述热流通道的面积大于所述吸热水管的面积。
优选地，所述吸热层为多层吸热水管，吸热层的高度为8-12cm，吸热水管为耐腐蚀金属管。
优选地，所述水箱为封闭绝热水箱，所述水箱的最低液面高度高于所述吸热层。
优选地，所述本体侧壁沿圆周方向对称设有N个进风口，N为大于等于4的正整数；所述进风口位于炉排与灰斗之间，每个进风口的出风方向与该进风口所在点沿炉膛的切线之间的夹角为α，α为[75°～85°]中的任意角度，且各进风口的出风方向的角度完全相同。
优选地，所述本体的底部一侧设有燃料添加口和出灰口，所述炉排位于燃料添加口和出灰口之间；每个进风口通过风道连接一总进风口，所述总进风口设于紧邻炉排下部的炉膛本体侧壁处。
优选地，所述燃料添加口和出灰口处均设有开闭器，所述总进风口内设有风机。优选地，所述灰斗与底座之间设有空腔，所述空腔与水箱连通。
优选地，所述水箱内设有水位计和温度传感器，水箱的外侧设有控制面板，所述控制面板与水位计和温度传感器电性连接，当水箱的最低液面低于吸热层时，控制面板控制水箱自动进水。
优选地，每个所述进风口内设有电动风阀，控制面板与所述电动风阀电性连接。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.将炉膛本体设置为梯形圆柱体状，水箱环绕本体***，本体内设置网状的吸热层，吸热层与水箱连通，且网状的吸热层中部形成热流通道，既可以通过吸热层吸取高温燃烧气流的热量，又可以吸取炉膛壁面的温度，保证了水箱内的水温加热速度；还可通过预设的热流通道保证正常的炉具加热需求，同时，吸热层可降低燃烧气流的燃烧温度，降低一氧化氮等不凝性气体的产生，从而降低排烟的污染性。
2.每个进风口的出风方向与该进风口所在点的切线之间的夹角设计为α，α为[75°～85°]中的任意角度，且各进风口的出风方向的角度完全相同，使得所有进风口的出风在炉膛的中心形成旋转气流，旋转气流可使得炉膛中心的无风区形成负压，导致部分高温烟气自上而下回流到火焰根部，改善火焰在炉膛内的充满情况，使得炉排上的燃料充分燃烧，同时旋转气流带动高温烟气形成卷吸效应，使得吸热层可充分吸收高温热量，还可保证足够的高温烟气通过热流通道至本体顶部，充分加热炉具。
附图说明
图1是农村灶台炉膛的结构示意图；
图2是吸热层的结构俯视图；
图3是进风口的出风方向示意图。
图中：100-本体，200-水箱，300-炉具；110-顶部基座，111-炉环罩，120-吸热层，121-吸热水管，122-热流通道；130-炉排，131-燃料添加口，140-灰斗，141-出灰口，150-底座，160-进风通道，161-总进风口，162-进风口，163-风机，170-振动式过滤网；210-进水口，220-出水口。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如图1所示，本实施例提供一种适用于农村灶台的炉膛，包括本体100和水箱200，水箱200设于本体100的外壁，优选地，水箱200包围本体100的大部分面积，留出燃料添加通道和出灰通道，供用户添加燃料和出灰即可。水箱200设有进水口210和出水口220，进水口210连通水源，出水口220连通用水设备，实现热水的制备、储存和使用。
本体100设计为梯形圆柱体状，横截面积由上至下逐渐增大，以使得底部的填料面积较大，顶部的燃烧火焰更加集中，增强火焰对炉膛侧壁的换热，同时燃烧气流充满炉膛内部，既可以保证充分的燃烧，还可增加炉膛壁面与水箱内水的换热。
本体100内从上至下依次设有炉环罩111、顶部基座110、吸热层120、炉排130、灰斗140和底座150，顶部基座110上放置炉具300，炉环罩111用于防风聚火。吸热层120与水箱200连通，用于更高效地吸收燃烧火焰的热量，同时，为了保证有足够的燃烧火焰加热炉具，吸热层120制作为网状结构，该网状结构吸热层的中部设有热流通道122，燃烧火焰可经过热流通道122至顶部基座110，从而加热炉具。
本申请所述炉膛在本体外设置水箱，在本体内设置吸热层，既可以吸收本体侧壁的热量，又可以吸收本体内的高温火焰热量，保证了热水的有效制备，同时，吸热层为带有热流通道的网状结构，仅吸收部分热量，并不影响炉膛的正常燃烧和炉具的加热。且吸热层布置在炉膛的顶部区域，可部分降低燃烧气流的燃烧温度，减少一氧化氮等不凝性气体的产生，从而降低排烟的污染性。
为提高炉膛对炉具的加热效果，炉环罩111可分为上下两部分，炉环罩的上部分为小倾斜角环状结构，放置于顶部基座110上，由一定厚度耐高温耐腐蚀的不锈钢材质构成，用来支撑炉具，下部分为圆柱状，与炉膛本体上部的壁面贴合，材质为耐高温不锈钢薄片，用来防风聚火。
如图2所示，网状的吸热层120由多根吸热水管121交叉组成，采用耐腐蚀金属管，并设有进水口和出水口，与水箱连通，吸热水管环绕的中空通道为热流通道，由于本体顶部的燃烧火焰温度较高，布置少量的吸热水管即可满足热水需求，因此，将吸热层的热流通道122的面积S1设置为大于吸热水管121的面积S2，优选地，S1/S2的值为3-5，使得炉具的加热效果和吸热层的吸热效果达到最佳。同时，吸热层可以为多层，每层之间通过管道相互连通，总高度为8-12cm，进一步提高吸热效果和燃烧加热效果。每层吸热水管可与水箱连通，也可与相邻层吸热水管连通。
为了保证吸热层内的水始终处于充满状态，水箱200的最低液面高度高于吸热层120，通过自动进水以保证该最低液面高度，且水箱200设置为封闭绝热水箱，避免热水的热量损失。
如图3所示，为进一步提高炉膛的燃烧效果，在炉膛本体100的侧壁沿圆周方向对称设置N个进风口162，如4-10个进风口(图示以4个为例)，该进风口162位于炉排130与灰斗140之间，优选地，设于炉排下方5cm-10cm左右，使得炉排130上的燃料燃烧更加充分。每个进风口通过风道160与总进风口161连接，总进风口161设置于紧邻炉排130下部的炉膛本体100侧壁处。
现有农村灶台所用的炉膛仅通过燃料添加口或出灰口进风，空气从燃料口或出灰口进入炉排底部，自下而上流动至炉膛顶部，进风为自然进风，较慢的气流速度以及进风方向不能加强燃烧，在燃烧旺盛时也容易出现氧量不够的情况，此种形式燃烧时炉膛内气流方向主要为自下向上自然上升，在燃烧过程中空气逐渐消耗并迅速升温变成烟气，但自下向上的气流流程使得空气在炉膛中停留时间较短，空气中的氧气并未完全利用就迅速升至顶部随烟道排出，更多的新鲜空气气流进入炉膛，消耗更多的热量再次升温排出烟道，周而复始的短循环使得热量损失严重，这些种原有的方式使得炉排上的燃料燃烧不充分，不利于炉膛壁面与水箱的换热，余热利用和燃烧效果欠佳。
因此，本申请中，每个进风口的出风方向与该进风口所在点的切线之间的夹角设计为α，α为[75°～85°]中的任意角度，且各进风口的出风方向的角度完全相同，如图3所示，四个进风口的几何轴线与炉膛中心的一个假想圆(图3所示中心实线小圆)相切，气流直接冲击炉排130上的燃料，形成卷吸效应，并在炉膛内形成旋转气流，在炉膛中心的无风区(图3虚线圆所示)形成负压，这样导致部分高温烟气自上而下回流到火焰根部，其余四周的大部分烟气在有限的炉膛空间内实现螺旋形旋转上升，不仅改善了火焰在炉膛内的充满情况，使得炉膛空间充斥着燃烧的物料，而且延长了物料与空气在炉膛内的停留时间，使物料燃烧更加充分，对燃尽更有利，另外，这使得整个炉膛温度场分布更加均匀，更利于火焰及烟气与边壁水箱的换热。同时，旋转气流流动至吸热层120时，既可以充分加热吸热水管，也可促进燃烧火焰集中从热流通道122流动至顶部，降低了吸热层120对燃烧火焰的阻挡引起的气流扰动。
为进一步保证送风效果，在炉膛本体100的底部一侧设有燃料添加口131和出灰口141，燃料添加口131设于炉排上方的炉膛侧壁处，设有开闭器(例如门)，当需要添加生物质燃料时，打开开闭器，将生物质燃料随着燃料添加通道送至炉排上表面，以供燃烧；添加完毕后，关闭开闭器，避免漏风。同时，出灰口处也设有开闭器，当灰渣集聚至一定量时，打开开闭器，采用清灰器将灰渣取出，取出完成后，关闭开闭器。在清灰口和燃料添加口处均设置开闭器，一方面是为了美观，另一方面为了防止空气由清灰口和燃料添加口处进入炉膛内，造成炉膛内气体的紊乱。
为进一步提高炉膛余热利用效果，在灰斗140的底部与底座150之间设有一空腔，该空腔与水箱200连通，由此，燃料燃烧后的灰渣热量也可以得到充分利用。
由于农村灶台多采用生物质燃料，其燃烧后形成的排烟颗粒物较大，因此，本申请所述炉膛的排烟口处设置振动式过滤网170，由圆锥形过滤网及微振器构成，圆锥形过滤网捕捉烟气中的含尘粒子，振动器通过震动滤网，震落滤网上的大颗粒粉尘，然后经平滑烟道重力作用返回至炉膛内继续燃烧，从而大大降低排烟的大颗粒粉尘，降低排烟对大气的污染。
为便于用户实时控制和了解水箱水温和液位，可在水箱的外壁设置一控制面板，水箱内设置水位计和温度传感器，控制面板与水位计和温度传感器电性连接，控制面板可显示水箱的水位和温度，同时，当水箱的水位低于吸热层时，控制面板控制水箱自动上水至指定液位，由此避免了用户反复操作带来的麻烦。同时，为便于用户调整炉膛内的风向，可在每个进风口内设置电动风阀，控制面板电性连接所述电动风阀，操作控制面板，微调电动风阀，使得多个进风口的出风方向始终保持统一，并能在炉膛的中心形成旋转气流和卷吸效应。为了提高空气流动的动力，还可在总进风口161内设置一风机163，加速空气的流动，进一步提高换热效果。
本申请所述炉膛既可以满足燃料的充分燃烧，还可以制备充足的生活用热水，结构紧凑，操作方便，节能减排，大大提高了农村灶台炉膛的余热利用和燃烧效果，市场推广潜力较大。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种农村灶台炉膛，其特征在于：
包括本体和水箱，所述水箱设于所述本体的外壁，
所述本体呈梯形圆柱体状，从上至下依次设有炉环罩、顶部基座、吸热层、炉排、灰斗和底座，所述吸热层与水箱连通，
所述吸热层呈网状，所述网状吸热层的中部设有热流通道，燃烧火焰经所述热流通道至顶部基座，
所述水箱设有进水口和出水口，所述进水口连通水源，所述出水口连通用水设备；
所述吸热层由多根吸热水管交叉组成，所述热流通道为吸热水管环绕的中空通道，所述热流通道的面积S1大于所述吸热水管的面积S2，S1/S2的值为3-5；
所述本体侧壁沿圆周方向对称设有N个进风口，N为大于等于4的正整数；所述进风口位于炉排与灰斗之间，
每个进风口的出风方向与该进风口所在点沿炉膛的切线之间的夹角为α，α为[75°～85°]中的任意角度，且各进风口的出风方向的角度完全相同；
N个进风口的几何轴线与炉膛中心的一个假想圆相切，气流直接冲击炉排上的燃料，形成卷吸效应，并在炉膛内形成旋转气流，在炉膛中心的无风区形成负压。
2.根据权利要求1所述的农村灶台炉膛，其特征在于：所述吸热层为多层吸热水管，吸热层的高度为8-12cm，吸热水管为耐腐蚀金属管。
3.根据权利要求1所述的农村灶台炉膛，其特征在于：所述水箱为封闭绝热水箱，所述水箱的最低液面高度高于所述吸热层。
4.根据权利要求1所述的农村灶台炉膛，其特征在于：所述本体的底部一侧设有燃料添加口和出灰口，所述炉排位于燃料添加口和出灰口之间；每个进风口通过风道连接一总进风口，所述总进风口设于紧邻炉排下部的炉膛本体侧壁处。
5.根据权利要求4所述的农村灶台炉膛，其特征在于：所述燃料添加口和出灰口处均设有开闭器，所述总进风口内设有风机。
6.根据权利要求1所述的农村灶台炉膛，其特征在于：所述灰斗与底座之间设有空腔，所述空腔与水箱连通。
7.根据权利要求1所述的农村灶台炉膛，其特征在于：所述水箱内设有水位计和温度传感器，水箱的外侧设有控制面板，所述控制面板与水位计和温度传感器电性连接，当水箱的最低液面低于吸热层时，控制面板控制水箱自动进水。
8.根据权利要求1所述的农村灶台炉膛，其特征在于：每个所述进风口内设有电动风阀，控制面板与所述电动风阀电性连接。
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