CN101173821B - 蓝火苗分段供风燃气热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热水器，特别是一种蓝火苗分段供风燃气热水器，包括：进水阀、进水流量感应器、燃气阀、脉冲点火器、多列火排燃烧器、热交换器及风机，其特征在于：设有一n通道n路分配器，所述的燃气阀通过n-1个电磁阀分别连接所述的n路分配器的n-1个通道，n路分配器中的一路直接连接所述的燃气阀，每路分配器设有多个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是n速风机。将进气通道分成多段控制，结合多档变速风机分别对应燃烧器的小火、中火、大火，使燃烧时的过量空气系数α始终维持在1.5范围内，使燃烧器以最佳的状态燃烧，烟气中CO的含量在300PPm以下，热效率高于88％。

Description

蓝火苗分段供风燃气热水器

技术领域

本发明涉及一种燃气热水器，特别是一种燃气能充分燃烧的蓝火苗燃气热水器。

背景技术

燃气热水器是当前家庭广泛使用的一种热水器，它具有体积小、加热速度快，即开即热的优点，随着环境恶化和能源问题的严峻，节能和环保成为世界性的主题，也成为燃烧技术的发展趋向。对于燃气热水器来讲，提高燃烧热效率、降低废气排放是一项长期不断改进的目标。

现有封闭式燃气热水器结构如图1所示，主要包括：进水阀1、进水流量感应器2、燃气阀3、脉冲点火器(图中未示)、燃气通道4、多列火排燃烧器5、热交换器6、风机7及集烟罩8等部件构成。自来水管的水经进水阀1、进水流量感应器2进入热交换器6的水管与燃烧产生的高温烟气进行热交换；燃气(天然气、人工煤气、液化石油气)由燃气阀3经燃气通道由喷嘴喷射进入各列火排燃烧器5的引射器，喷射入燃烧器引射器的燃气引吸一次空气，并与一次空气混合形成可燃性预混气由燃烧器的火孔排出，经点火器点燃，研究表明一次空气系数一般取0.5-0.7，也就是说一次空气的量是燃气完全燃烧所需空气量的十分之五到十分之七，这一燃烧过程将产生大量一氧化碳，因此需要同时用风机7向燃烧器鼓风，空气由各列火排燃烧器之间的条形缝隙向上进入燃烧室成为使一氧化碳进行燃烧的二次空气。

燃气热水器正常燃烧时，火焰应是清澈、透明，呈明显的蓝色，烟气中CO含量必须低于标准限定值，不能回火、离焰；使用基准气时不能有黄焰。蓝色火焰燃烧时，燃烧充分、彻底、热效率高、烟气中有害气体含量低。燃气阀、喷嘴、燃烧器、热交换器、强排风机等几个关键零部件的结构与蓝色火焰有密切关系，是燃气热水器正常燃烧时火焰清澈、透明，火焰呈明显的蓝色的保证。

然而，对于热水器的使用者来说，需要热水器能提供不同温度的热水，且在不同用水量的条件下热水温度不变。现有燃气热水器的解决方法是电脑板根据设定温度及进水流量感应器所感测到的进水量控制燃气的大小来达到控制水温。然而燃气大小的改变将会使一次空气系数及二次空气的比例改变，很难保证处于最佳燃烧的蓝火苗状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，而提供一种能提供不同水温，且在不同用水量的条件下水温不变的蓝火苗分段供风燃气热水器。

实现本发明的蓝火苗分段供风燃气热水器的技术方案如下：

一种蓝火苗分段供风燃气热水器，包括：进水阀、进水流量感应器、燃气阀、脉冲点火器、多列火排燃烧器、热交换器及风机，其中：设有一n路分配器，所述的燃气阀通过n-1个电磁阀分别连接所述的n路分配器的n-1个通道，n路分配器中的一路直接连接所述的燃气阀，每路分配器设有多个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是n速风机。

一种蓝火苗分段供风燃气热水器，包括：进水阀、进水流量感应器、燃气阀、脉冲点火器、多列火排燃烧器、热交换器及风机，其中：设有一两通道的3路分配器，所述的燃气阀通过2个电磁阀连接所述的3路分配器的两个通道，3路分配器中的一路设有4个燃气喷嘴，3路分配器中的另一路设有7个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是3速风机。

一种蓝火苗分段供风燃气热水器，包括：进水阀、进水流量感应器、燃气阀、脉冲点火器、多列火排燃烧器、热交换器及风机，其中：设有一3通道7路分配器，所述的燃气阀通过3个电磁阀分别连接所述的7路分配器的3个通道，7路分配器中的一路设有4个燃气喷嘴，7路分配器中的另一路设有6个燃气喷嘴，7路分配器中的再另一路设有8个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是7速风机。

除上述必要技术特征外，在具体实施过程中，还可补充如下技术内容：

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，所述的燃气阀是稳压燃气阀。

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，所述的喷嘴的收缩角α在15°～30°之间。

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，所述的喷嘴的收缩角α为25°±5°。

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，所述多列火排燃烧器是有多个并行排列火排燃烧器所构成，每一个火排燃烧器呈扁平盒状，其顶部设有一排火孔，一侧面下部设有引射孔，所述引射孔通过一ㄥ形的引流管连通所述顶部排火孔。

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，所述燃烧器进口一次空气系数在0.65～0.7之间。

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，燃烧器的火孔为方形火孔，其长宽尺寸为(3～6)mm×(0.4～0.6)mm，优选为4.5mm×0.52mm。

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，燃烧器的ㄥ形的引流管转角处的转角半径R为13～17mm之间，较佳的为15～16mm之间，优选15.6mm；ㄥ形的引流管的回转角度为18～23°，优选21°。

所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其中，热交换器的翅片的最低端到燃烧器燃烧口的距离为100mm～200mm，较佳的为140mm～170mm，优选160mm，翅片的厚度为0.2mm～0.4mm，优选0.3mm，材质选用无氧铜、钎焊在热交换管上，翅片与翅片间的距离为2mm～4.5mm，优选3mm。

本发明的优点在于：

本发明将进气通道分成多段控制，结合多档变速风机分别对应燃烧器的小火、中火、大火，..，使燃烧时的过量空气系数α始终维持在1.5范围内，使燃烧器始终以最佳的状态燃烧。

通过对燃气热水器的分段式分配器、喷嘴、燃烧器、热交换器、强排风机和燃气阀的创新设计，使燃气进气量和风机鼓入的空气量达到最佳比例，使燃气燃烧充分、彻底、燃烧火焰呈明显的蓝色，同时排气顺畅，烟气中的有害物质在规定的范围内，热交换充分，热效率高。

通过试验测试，本发明的热水器，燃烧火焰清澈、透明、呈明显的蓝色，烟气中CO的含量在300PPm以下，远远低于国标规定的600PPm(强排机)以下；同时热交换充分，热效率高于88％，高于国标规定的80％的标准，比同类机型高出2％～5％，是真正意义上的蓝色火焰燃烧。

为对本发明的结构特征及其功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1是现有封闭式强排风燃气热水器的结构示意图。

图2是本发明分段供风燃气热水器的结构示意图。

图3是本发明燃气热水器的燃气稳压阀的结构示意图。

图4a是本发明燃气热水器的分配器的一种实施例(三段两通道分配器)的具体结构图。

图4b是本发明燃气热水器的分配器的一种实施例(三段两通道分配器)的示意图。

图4c是本发明燃气热水器的分配器的另一种实施例(七段三通道分配器)的示意图。

图4d是本发明燃气热水器的分配器的又一种实施例(n段n通道分配器)的示意图。

图5是图4分配器的侧剖视图。

图6是喷嘴的剖视图，显示收缩角的角度。

图7是本发明燃烧器的剖视图。

图8是本发明燃烧器的俯视图。

图9是本发明多速风机的一种实施例图。

具体实施方式

本发明为克服现有燃气热水器根据设定温度及进水流量感应器所感测到的进水量控制燃气的大小来达到控制水温，存在一次空气系数及二次空气的比例改变，而不能保证处于最佳燃烧的蓝火苗，而提出一种分段供风燃烧的燃气热水器。使燃气进气量和风机鼓入的空气量达到最佳比例，使燃气燃烧充分、彻底、燃烧火焰呈明显的蓝色，同时排气顺畅，烟气中的有害物质在规定的范围内，热交换充分，热效率高。

实施例一

本发明所提供的蓝火苗分段供风燃气热水器其结构如图2所示，其主要包括：进水阀1、进水流量感应器2、燃气阀3、脉冲点火器、多列火排燃烧器5、热交换器6及风机，与现有燃气热水器的区别在于：在现有燃气热水器的燃气通道位置设置一3路分配器9，所述的燃气阀通过2个电磁阀连接所述的3路分配器9，所述的3路分配器是由2路燃气通道组成，3路分配器9中的2路燃气通道分别通过电磁阀连接所述的燃气阀，分配器的每一路设有多个燃气喷嘴91(如图4a、图4b、图5所示)，每一个燃气喷嘴91正对一火排燃烧器5的引射孔52(参见图7)；任一电磁阀导通构成相应的一段或二段燃烧器通气燃烧，2个电磁阀均导通则构成全段(或称第三段)通气燃烧；所述风机是3速风机10。

图4a所示是3路分配器的具体结构，图5是其侧剖视图，图4b是示意图。所述3路分配器9为一封闭的扁平盒体，下部侧面设有2进气孔92，二进气孔分别通过燃气电磁阀连接燃气阀3，上部侧面设有多个出气喷嘴91，一隔板93将盒体分隔成两个燃气通道94、95，每一个燃气通道具有一个进气孔92和部分喷嘴91，在图示具体实施例中，燃气通道94具有4个喷嘴91，燃气通道95具有7个喷嘴91。当燃气通道94通气时，则有4列火排燃烧器5燃烧，将其称为一段燃烧；当燃气通道95通气时，则有7列火排燃烧器5燃烧，将其称为二段燃烧；若燃气通道94、95均通气时，则全部11列火排燃烧器5燃烧，将其称为三段燃烧。由于三段燃烧所需二次空气的量不同，因此本发明所用风机是三速风机，所述三速风机是根据三段燃烧所需二次空气量而设定三种不同转速。使燃烧时的过量空气系数始终维持在1.5范围内，使燃烧器始终以最佳的状态燃烧。

本实施例中，所述的燃气阀是稳压燃气阀，起稳定燃气压力的作用。

燃气热水器正常燃烧时，过量空气系数在最佳数值时燃烧最充分、彻底，热效率最高，因此，最佳燃烧时空气量和燃气量的比值基本保持不变。而空气量由一次空气和二次空气两部分组成，在热水器的组成零部件固定的情况下，一次空气吸入量取决于喷嘴出口处的燃气流速，二次空气由风机转速决定，在风机排气量基本保持不变的情况下，要求燃气量也必须保持不变。但由于燃气的供气压力经常受外界因素的影响而经常变动，因此，无稳压阀的热水器经常会因气压的变化，供气量发生变化，使燃烧时过量空气系数发生变化，因此使燃烧不充分，燃烧时产生黄焰或离焰现象，烟气中有害气体含量明显增加。为解决这一问题，本发明所用燃气阀为燃气稳压阀，其结构如图3所示，是在阀体31上设有具有进气孔32和出气孔33的阀腔，于出气孔33上设有一阀塞34，阀塞34通过一连杆35连接一柔性皮膜36，于柔性皮膜的外侧设有可调压力的弹簧37，通过调节螺母38调节弹簧37的压力即可调节排出稳压阀的燃气压力，并保持压力稳定。其工作过程是：在燃气压力不变的条件下，柔性皮膜在燃气压力和弹簧压力的共同作用下保持于一定位置，此时阀塞与出气口之间保持一定大小的开启间隙。若供气压力降低，弹簧压力大于供气压力，柔性皮膜向上移动，则在弹簧压力作用下，阀塞与出气口之间的间隙加大，输出气压提高；反之，若供气压力提高，阀塞与出气口之间的间隙减小，输出气压降低；因此能保持燃气输出压力稳定，起稳压作用。

图6示出，本发明所用喷嘴结构，燃气喷嘴的设计直接决定了燃烧器的耗气量，从而决定了燃烧器的热负荷，而喷嘴通道的角度决定了燃气流量的能量损失及喷嘴前压力的变化。试验表明，喷嘴的收缩角α在15°～30°时，喷嘴的流量系数最大，即燃气流过喷嘴时，阻力最小、能量损失最小。本发明所用喷嘴收缩角α在25°±5°，保证了燃气流量损失在最小的范围内。但由于加工的难度，现有喷嘴收缩角α在60°左右，增加了喷嘴能量损失。

图7图8是本发明蓝火苗分段供风燃气热水器所用多列火排燃烧器中的一列火排燃烧器的结构图，而多列火排燃烧器是由多个并行排列火排燃烧器所构成，每一个火排燃烧器呈扁平盒状，其顶部设有一排火孔51，一侧面下部设有引射孔52，所述引射孔通过ㄥ形的引流管53连通所述顶部排火孔51。

所述燃烧器进口一次空气系数在0.65～0.7之间。

燃烧器的火孔为方形火孔，其长宽尺寸为(3～6)mm×(0.4～0.6)mm，优选为4.5mm×0.52mm。

燃烧器的ㄥ形的引流管转角处的转角半径R为13～17mm之间，较佳的为15～16mm之间，优选15.6mm；ㄥ形的引流管的回转角度为18～23°，优选21°。

热交换器进行热量交换，要求热量交换彻底、迅速，同时要求热交换器排烟顺畅、不堵塞、不产生接触黄焰、不积碳。本发明所用热交换器的翅片的最低端到燃烧器燃烧口的距离为100mm～200mm，较佳的为140mm～170mm，优选160mm，翅片的厚度为0.2mm～0.4mm，优选0.3mm，材质选用无氧铜、钎焊在热交换管上，翅片与翅片间的距离为2mm～4.5mm，优选3mm。本发明的蓝火苗分段供风燃气热水器，翅片厚度越薄，热交换效率越高，但很薄的热交换翅片容易被腐蚀而使热效率降低，因此最佳选用0.3mm的翅片。同时无氧铜翅片热交换性好，钎焊耐腐蚀性强。本发明所用热交换器既保证了热交换的效率，又保证了烟气通畅，不被堵塞。

通过多次试验验证，本发明的燃烧器不回火、离焰、黄焰、烟气中CO含量在300PPm以下，燃烧火焰清澈、透明，呈明显的蓝色火焰燃烧。

在燃气热水器上，正确的组织供风是为了用尽可能少的风量满足燃气在燃烧室内完全燃烧，使烟气中的不完全燃烧产物CO体积分数降到很低的水平。试验表明，在强排式热水器上供风过大会引起火焰离焰，烟气中CO含量明显上升，热效率下降。

目前市场上强排式燃气热水器的风机均为单速，风速不可调。当燃气的进气量增多或减少时，由于风速不变，所以，过量空气系数发生变化，烟气中CO含量升高，燃烧不充分，热效率下降。

实施例二

是本发明蓝火苗分段供风燃气热水器的另一种实施例，本实施例与实施例一基本相同，同样包括：进水阀1、进水流量感应器2、燃气阀3、脉冲点火器、多列火排燃烧器5、热交换器6及风机10，其区别在于分配器不同：本实施例所用分配器是3通道7路分配器，其结构如图4c所示，所述的燃气阀通过3个电磁阀分别连接所述的7路分配器的3个通道，7路分配器中的一路设有4个燃气喷嘴，7路分配器中的另一路设有6个燃气喷嘴，7路分配器中的再另一路设有8个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是7速风机。

所述7路分配器对应的火排燃烧器的数量如下：

一段  第一路电磁阀导通    4个燃气喷嘴    4列火排燃烧器燃烧；

二段  第二路电磁阀导通    6个燃气喷嘴    6列火排燃烧器燃烧；

三段  第三路电磁阀导通    8个燃气喷嘴    8列火排燃烧器燃烧；

四段  第一、二路电磁阀导通  10个燃气喷嘴    10列火排燃烧器燃烧；

五段  第一、三路电磁阀导通  12个燃气喷嘴    12列火排燃烧器燃烧；

六段  第二、三路电磁阀导通    14个燃气喷嘴    14列火排燃烧器燃烧；

七段  第一、二、三路电磁阀导通    18个燃气喷嘴    18列火排燃烧器燃烧。

与实施例一相比，本实施例具有更多的分段，各段之间的火排燃烧器的数量相差较少，可得到更多不同温度的热水。

实施例三

本实施例与实施例一、二基本相同，同样包括：进水阀1、进水流量感应器2、燃气阀3、脉冲点火器、多列火排燃烧器5、热交换器6及风机10，其区别在于分配器不同：本实施例所用分配器是n通道n路分配器，其结构如图4d所示，所述的燃气阀通过n-1个电磁阀分别连接所述的n路分配器的n-1个通道，n路分配器中的一路直接连接所述的燃气阀，每路分配器设有多个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是n速风机。

本实施例更为通用，可提供更多不同温度的热水。

Claims (16)

1.一种蓝火苗分段供风燃气热水器，包括：进水阀、进水流量感应器、燃气阀、脉冲点火器、多列火排燃烧器、热交换器及风机，其特征在于：设有一n通道n路分配器，所述的燃气阀通过n 1个电磁阀分别连接所述的n路分配器的n-1个通道，n路分配器中的一路直接连接所述的燃气阀，每路分配器设有多个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是n速风机。

2.一种蓝火苗分段供风燃气热水器，包括：进水阀、进水流量感应器、燃气阀、脉冲点火器、多列火排燃烧器、热交换器及风机，其特征在于：设有一两通道的3路分配器，所述的燃气阀通过2个电磁阀连接所述的3路分配器的两个通道，3路分配器中的一路设有4个燃气喷嘴，3路分配器中的另一路设有7个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是3速风机。

3.一种蓝火苗分段供风燃气热水器，包括：进水阀、进水流量感应器、燃气阀、脉冲点火器、多列火排燃烧器、热交换器及风机，其特征在于：设有一3通道7路分配器，所述的燃气阀通过3个电磁阀分别连接所述的7路分配器的3个通道，7路分配器中的一路设有4个燃气喷嘴，7路分配器中的另一路设有6个燃气喷嘴，7路分配器中的再另一路设有8个燃气喷嘴，每一个燃气喷嘴正对一火排燃烧器的引射孔；所述风机是7速风机。

4.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述的燃气阀是稳压燃气阀。

5.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述的喷嘴的收缩角α在15°～30°之间。

6.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述的喷嘴的收缩角α为25°±5°。

7.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述多列火排燃烧器是有多个并行排列火排燃烧器所构成，每一个火排燃烧器呈扁平盒状，其顶部设有一排火孔，一侧面下部设有引射孔，所述引射孔通过一ㄥ形的引流管连通所述顶部排火孔。

8.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述燃烧器进口一次空气系数在0.65～0.7之间。

9.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：燃烧器的火孔为方形火孔，其长宽尺寸为(3～6)mm×(0.4～0.6)mm。

10.根据权利要求9所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述的燃烧器的火孔长宽尺寸为4.5mm×0.2mm。

11.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：燃烧器的ㄥ形的引流管转角处的转角半径R为13～17mm之间；ㄥ形的引流管的回转角度为18～23°。

12.根据权利要求11所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述的燃烧器的ㄥ形的引流管转角处的转角半径R为15～16mm；ㄥ形的引流管的回转角度为21°。

13.根据权利要求12所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：所述的燃烧器的ㄥ形的引流管转角处的转角半径R为15.6mm。

14.根据权利要求1、或2、或3所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：热交换器的翅片的最低端到燃烧器燃烧口的距离为100mm～200mm，翅片的厚度为0.2mm～0.4mm，材质选用无氧铜、钎焊在热交换管上，翅片与翅片间的距离为2mm～4.5mm。

15.根据权利要求14所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：热交换器的翅片的最低端到燃烧器燃烧口的距离为140mm～170mm，翅片的厚度为0.3mm，翅片与翅片间的距离为3mm。

16.根据权利要求15所述的蓝火苗分段供风燃气热水器，其特征在于：热交换器的翅片的最低端到燃烧器燃烧口的距离为160mm。

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