CN109323460B - 燃气热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃气热水器,包括燃烧室、集烟罩、风机、燃气进气管路以及串接在燃气进气管路上的进气阀,风机的出风口、燃气进气管路的出气口与燃烧室连通;燃气热水器还包括:催化燃烧器,设置在燃烧室内;温度传感器,用于检测催化燃烧器的温度;电热元件,用于加热风机泵送的空气;以及控制器,与进气阀、温度传感器、风机及电热元件均电连接,且控制器用于在燃气热水器启动时,控制风机及电热元件工作,并在催化燃烧器的温度达到催化起燃温度以上时控制进气阀开启。本发明燃气热水器在对催化燃烧器加热时不需要进行有焰燃烧,避免了有焰燃烧本身存在的缺点,即能源利用率低和有害物质的生成,从而充分提高能源利用率和减少有害物质的排放。

Description

燃气热水器
技术领域
本发明涉及燃气热水器技术领域,特别是涉及一种具有催化燃烧器的燃气热水器。
背景技术
目前,燃气热水器业内主要采用的燃烧方式为有焰燃烧,即燃料与氧气或空气进行的快速放热和发光、并以火焰的形式出现的氧化反应。这种燃烧方式不仅燃烧不完全、热效率低、能源利用率不高,而且燃烧过程中生成的污染物较多。催化燃烧是燃料在催化剂的作用下,在一定的温度条件下进行的燃烧反应。与有焰燃烧相比,催化燃烧温度较低、燃烧比较安全,是一种相对高效、清洁的燃烧方式。因此,用相对高效、清洁的催化燃烧代替传统的有焰燃烧,能有效提高能源利用率和减少有害物质的排放。
在现有技术中,催化燃烧主要是通过使燃气和空气在一定温度条件下、在含有催化剂的催化燃烧器或催化燃烧模块上进行氧化反应来实现的。实现催化燃烧的前提在于必须先对催化剂进行预加热,而目前催化剂的预加热方式主要是通过燃烧器的有焰燃烧来实现,这种方式不可避免地会出现有焰燃烧本身存在的缺点,即能源利用率低和有害物质的生成,因此无法充分实现提高能源利用率和减少有害物质的排放。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种燃气热水器,旨在解决现有技术中燃气热水器能源利用率低且易生成有害物质的技术问题。
为实现上述目的,本发明提出的燃气热水器包括燃烧室、集烟罩、风机、燃气进气管路以及串接在所述燃气进气管路上的进气阀,所述风机的出风口、所述燃气进气管路的出气口与所述燃烧室连通;所述燃气热水器还包括:
催化燃烧器,设置在所述燃烧室内;
温度传感器,用于检测所述催化燃烧器的温度;
电热元件,用于加热所述风机泵送的空气;以及
控制器,与所述进气阀、所述温度传感器、所述风机及所述电热元件均电连接,且所述控制器用于在所述燃气热水器启动时,控制所述风机及所述电热元件工作,并在所述催化燃烧器的温度达到催化起燃温度以上时控制所述进气阀开启;
所述燃气热水器还包括燃气混合器,所述燃气混合器包括混合室和与所述混合室连通的进气支管及出气支管,所述进气支管的进气口与所述燃气进气管路的出气口及所述风机的出风口连通,所述出气支管的出气口与所述燃烧室连通;
所述催化燃烧器具有空气与燃气通过的催化通道,所述催化通道表面涂覆有用以使燃气催化燃烧的催化剂,所述催化燃烧器由耐热陶瓷或耐热金属材料制成,且所述催化通道的入口与所述出气支管的出气口密封连接。
优选地,所述燃气混合器的所述混合室及出气支管设置在所述燃烧室内。
优选地,所述燃气混合器的出气支管的出气口朝向所述催化燃烧器。
优选地,所述催化燃烧器为长条状并位于所述混合室的上方,所述催化燃烧器的长度方向与所述燃烧室的宽度方向一致,所述出气支管为多个且均至所述混合室向上延伸形成,多个所述出气支管沿所述催化燃烧器的长度方向间隔设置。
优选地,所述电热元件设置在所述燃气混合器的出气支管的出气口与所述催化燃烧器之间。
优选地,所述电热元件为PTC发热元件。
优选地,所述控制器还用于在所述催化燃烧器的温度达到催化起燃温度以上时控制所述电热元件停止工作。
优选地,所述控制器还用于根据所述燃烧室的燃气进气量调整所述风机的转速,以控制进入所述燃烧室的空气量。
优选地,所述燃气进气管路上的进气阀为比例阀。
本发明燃气热水器通过在燃烧室内设置电热元件用以加热风机泵送的空气,加热后的空气将热量传导至催化燃烧器上以对催化燃烧器进行加热,当催化燃烧器的温度达到预设的催化起燃温度以上时,控制器控制串接在燃气进气管路上的进气阀开启,从而使得燃气进入燃烧室并在流经催化燃烧器的表面时进行无焰的催化燃烧。由此,燃气在较低温度下即可在催化剂表面进行燃烧,因为催化剂的催化作用,使得燃气接近完全燃烧,几乎没有CO排放;由于催化燃烧后的烟气温度比有焰燃烧的温度低,可实现氮氧化物的低排放。
本发明燃气热水器在对催化燃烧器加热时不需要进行有焰燃烧,避免了有焰燃烧本身存在的缺点,即能源利用率低和有害物质的生成,从而充分提高能源利用率和减少有害物质的排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明燃气热水器的结构示意图;
图2为本发明燃气热水器一个实施例的工作流程图。
附图标号说明:
标号 名称 标号 名称 标号 名称
1 燃气热水器 22 电热元件 141 比例阀
11 燃烧室 15 温度传感器 16 换热器
21 燃气混合器 24 催化燃烧器 17 集烟罩
211 混合室 12 控制器 18 进水管
212 进气支管 13 风机 19 热水出水管
213 出气支管 14 燃气进气管路
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明,若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……),则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
另外,若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种燃气热水器1。
在本发明中,如图1所示,在一实施例中,该燃气热水器1包括燃烧室11、集烟罩17、风机13、燃气进气管路14以及串接在燃气进气管路14上的进气阀141,风机13的出风口、燃气进气管路14的出气口与燃烧室11连通;该燃气热水器1还包括:
催化燃烧器24,设置在燃烧室11内;
温度传感器15,用于检测催化燃烧器24的温度;
电热元件22,用于加热风机13泵送的空气;以及
控制器12,与进气阀141、温度传感器15、风机13及电热元件22均电连接,且控制器12用于在燃气热水器1启动时,控制风机13及电热元件22工作,并在催化燃烧器24的温度达到催化起燃温度以上时控制进气阀141开启。
在本实施例中,燃气热水器包括用于向燃气热水器1中引入进水的进水管18、吸收燃气燃烧释放的热量以对进入燃气热水器1中的水进行加热的换热器16,用于收集换热后的烟气并排放到外部的集烟罩17以及用于向外部提供热水的热水出水管19。风机13用于为燃烧室11泵送燃烧用的空气,一般地,风机13安装在燃烧室的下方以便向上泵送空气。相似地,燃气进气管路14设置在燃烧室11下方,用于为燃烧室11供应燃气。进气阀141可以是气动控制阀或电动控制阀,优选为电磁阀,用于导通或阻断燃气进气管路14。电热元件22可以是圆形、三角形或长条状等任意形状,在实际应用中优选为长条状,设置在燃烧室11内。温度传感器15设置在燃烧室11内,可将检测到的催化燃烧器24的温度发送至控制器12。控制器12可接收信号并发出控制指令或直接驱动执行部件如控制阀等动作。
催化燃烧器24包括催化剂载体以及设置在催化剂载体上的催化剂,其中,催化剂载体可由耐热的陶瓷材料或耐热的金属材料制成,催化剂可以为钯、铂、稀土金属或过渡金属氧化物催化剂等,也可以为它们中的任意两种或两种以上的混合物,催化剂通常具有固定的催化起燃温度,即当催化燃烧器24本身的温度达到催化起燃温度后,流经其的燃气将会在催化剂作用下与空气中的氧气进行无焰燃烧以释放热量。
参照图1与图2,燃气热水器的工作过程包括步骤A-步骤E。
步骤A:燃气热水器1开启。
步骤B:控制器12控制风机13与电热元件22工作,电热元件22加热风机13泵送的空气。
步骤C:加热后的空气对催化燃烧器24进行加热,使催化燃烧器24温度升高。
步骤D:温度传感器15检测催化燃烧器24的温度。
步骤E:当温度达到催化起燃温度以上后,控制器12控制进气阀141开启,使燃气进入燃烧室11并在流经催化燃烧器24时进行催化燃烧。
由此,燃气在较低温度下即可在催化剂表面进行无焰燃烧,因为催化作用,使得燃气接近完全燃烧,几乎没有CO排放;由于催化燃烧后的烟气温度比有焰燃烧的温度低,可实现氮氧化物的低排放。进一步地,本发明燃气热水器在对催化燃烧器24加热时不需要进行有焰燃烧,避免了有焰燃烧本身存在的缺点,即能源利用率低和有害物质的生成,从而充分提高能源利用率和减少有害物质的排放。
进一步地,燃气热水器1还包括燃气混合器21,燃气混合器21包括混合室211和与混合室211连通的进气支管212及出气支管213,进气支管212的进气口与燃气进气管路14的出气口及风机13的出风口连通,出气支管213的出气口与燃烧室11连通。
在本实施例中,混合室211为燃气混合器21内部的腔室,用于混合燃气与空气,进气支管212用于为混合室211输送燃气与空气,出气支管213用于将燃气与空气输送至燃烧室11。
当催化燃烧器24处于加热阶段时,控制器12控制风机13与电热元件22工作,风机13泵送的空气通过燃气混合器21的进气支管212进入混合室211,再通过出气支管213进入燃烧室11,燃烧室11内的电热元件22对空气加热,加热后的空气再对燃烧室11内的催化燃烧器24进行加热使催化燃烧器24的温度升高;当催化燃烧器24的温度达到催化起燃温度以上后,控制器12控制串接在燃气进气管路14上的进气阀141开启,燃气进气管路14供应的燃气通过燃气混合器21的进气支管212进入混合室211,燃气与空气在混合室211进行混合后形成混合气,混合气通过出气支管213进入燃烧室11,在流经燃烧室11内的催化燃烧器24时进行催化燃烧。由此,混合气能够进行更充分更快速的燃烧,从而提高了能源利用率与减少有害物质的排放。
在实际应用中,由本领域技术人员可意识到的,燃气混合器21由结构不易变形且耐高温抗氧化性能高的材料制成,使燃气混合器21能在高温环境下保持良好稳定的工作性能,进气支管212可设置为内表面螺旋结构,以使气体形成紊流,从而使气体的混合更均匀。
进一步地,燃气混合器21的混合室211及出气支管213设置在燃烧室11内。当燃烧室11内在进行催化燃烧时,部分热量可通过燃气混合器21的壳体传导至混合室211内的混合气,使气体加热,加热后的混合气通过出气支管213进入燃烧室11,在流经燃烧室11内的催化燃烧器24时进行催化燃烧,加热后的混合气能够进行更充分更快速的燃烧,由此充分利用了燃烧室11内催化燃烧器24燃烧产生的热量,进一步地提高了能源利用率。
进一步地,燃气混合器21的出气支管213的出气口朝向催化燃烧器24。无论燃气混合器21与催化燃烧的相对位置关系如何,燃气混合器21的出气支管213始终朝向催化燃烧器24,由此,燃气混合器21的混合室211中的混合气通过出气支管213进入燃烧室11后,能在相对更短的时间内流经催化燃烧器24进行催化燃烧,从而使催化燃烧器24进行持续、稳定的催化燃烧。
进一步地,催化燃烧器24为长条状并位于混合室211的上方,催化燃烧器24的长度方向与燃烧室11的宽度方向一致,出气支管213为多个且均自混合室211向上延伸形成,多个出气支管213沿催化燃烧器24的长度方向间隔设置。
在本实施例中,出气支管213的数量可为4个,燃气混合器21的混合室211中的气体通过这4个沿催化燃烧器24的长度方向间隔设置的出气支管213进入燃烧室11,在流经催化燃烧器24时能提高与催化燃烧器24的接触面积,从而提高了在催化燃烧器24上进行燃烧时的反应效率。
进一步地,电热元件22设置在燃气混合器21的出气支管213的出气口与催化燃烧器24之间。电热元件22可以是长条状,长度方向与燃烧室11的宽度方向一致且长度与催化燃烧器24的长度相仿;燃气混合器21中的空气通过出气支管213进入燃烧室11后,先流经电热元件22,电热元件22对空气进行加热,加热后的空气继续流经催化燃烧器24,对催化燃烧器24进行加热,由此,进入燃烧室11的空气能在相对短时间内进行充分地加热,并且在加热后短时间内流经催化燃烧器24对催化燃烧器24进行加热,减少了热量的损失,提高了催化燃烧器24的加热速度。
进一步地,电热元件22为PTC发热元件。PTC发热元件除了有热阻小、换热效率高、使用寿命长、电压使用范围宽以及功率和外观设计方便的优点外,它的突出特点在于安全性能,即若得不到充分散热,其功率会自动急剧下降,不会产生如电热管类加热器的表面“发红”现象,从而不致引起火灾等安全隐患。
进一步地,所述催化燃烧器24具有空气与燃气通过的催化通道,所述催化通道表面涂覆有用以使燃气催化燃烧的催化剂,所述催化燃烧器由耐热陶瓷或耐热金属材料制成,且所述催化通道的入口与所述出气支管213的出气口密封连接。
在本实施例中,烃类燃气如CH4流经达到催化起燃温度以上的催化燃烧器24,燃气会与催化通道表面的催化剂发生催化燃烧反应并释放热量。可以理解的是,催化通道的入口与出气支管213的出气口密封连接可以避免燃气未经催化燃烧就逸出而发生有焰燃烧。优选地,为了保证催化燃烧的效果,出气支管213的数量可以设置多个,催化通道的数量与出气支管的数量一一对应设置,这样可以保证燃气可以得到均匀的分配,每一催化通道内的燃气都能充分地与涂覆有催化剂表面接触,进而使得催化燃烧可以充分地进行。
进一步地,控制器12还用于在催化燃烧器24的温度达到催化起燃温度以上时控制电热元件22停止工作。温度传感器15检测催化燃烧器24的温度,当温度达到催化起燃温度以上后,控制器12控制进气阀141开启,使燃气进入燃烧室11并在流经催化燃烧器24时进行催化燃烧,同时控制器12还控制电热元件22停止工作,由此在保证催化燃烧器24进行正常燃烧的情况下,有效节约电能。
进一步地,控制器12还用于根据燃烧室11的燃气进气量调整风机13的转速,以控制进入燃烧室11的空气量。控制器12根据燃烧室11的燃气进气量调整风机13的转速,以控制进入燃烧室11的空气里,从而调节进入燃烧室11的空气与燃气的比例,以使燃气进行无焰燃烧时释放的热量可满足用水需求。
进一步地,燃气进气管路14上的进气阀141为比例阀。控制器12通过控制比例阀不仅可控制燃气的导通或阻断,还可调节进入燃烧室11的燃气的进气量,再根据燃烧室11的燃气进气量调整风机13的转速,以控制进入燃烧室11的空气量,从而调节进入燃烧室11的空气与燃气的比例,以使燃气进行无焰燃烧时释放的热量可满足用水需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种燃气热水器,包括燃烧室、集烟罩、风机、燃气进气管路以及串接在所述燃气进气管路上的进气阀,所述风机的出风口、所述燃气进气管路的出气口与所述燃烧室连通;其特征在于,所述燃气热水器还包括:
催化燃烧器,设置在所述燃烧室内;
温度传感器,用于检测所述催化燃烧器的温度;
电热元件,用于加热所述风机泵送的空气;以及
控制器,与所述进气阀、所述温度传感器、所述风机及所述电热元件均电连接,且所述控制器用于在所述燃气热水器启动时,控制所述风机及所述电热元件工作,并在所述催化燃烧器的温度达到催化起燃温度以上时控制所述进气阀开启;
所述燃气热水器还包括燃气混合器,所述燃气混合器包括混合室和与所述混合室连通的进气支管及出气支管,所述进气支管的进气口与所述燃气进气管路的出气口及所述风机的出风口连通,所述出气支管的出气口与所述燃烧室连通;
所述催化燃烧器具有空气与燃气通过的催化通道,所述催化通道表面涂覆有用以使燃气催化燃烧的催化剂,所述催化燃烧器由耐热陶瓷或耐热金属材料制成,且所述催化通道的入口与所述出气支管的出气口密封连接。
2.如权利要求1所述的燃气热水器,其特征在于,所述燃气混合器的所述混合室及出气支管设置在所述燃烧室内。
3.如权利要求2所述的燃气热水器,其特征在于,所述燃气混合器的出气支管的出气口朝向所述催化燃烧器。
4.如权利要求3所述的燃气热水器,其特征在于,所述催化燃烧器为长条状并位于所述混合室的上方,所述催化燃烧器的长度方向与所述燃烧室的宽度方向一致,所述出气支管为多个且均至所述混合室向上延伸形成,多个所述出气支管沿所述催化燃烧器的长度方向间隔设置。
5.如权利要求4所述的燃气热水器,其特征在于,所述电热元件设置在所述燃气混合器的出气支管的出气口与所述催化燃烧器之间。
6.如权利要求5所述的燃气热水器,其特征在于,所述电热元件为PTC发热元件。
7.如权利要求1-6任一项所述的燃气热水器,其特征在于,所述控制器还用于在所述催化燃烧器的温度达到催化起燃温度以上时控制所述电热元件停止工作。
8.如权利要求7所述的燃气热水器,其特征在于,所述控制器还用于根据所述燃烧室的燃气进气量调整所述风机的转速,以控制进入所述燃烧室的空气量。
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