CN109595804B - 一种带有回旋烟道管的热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有回旋烟道管的热水器，包括箱体，所述箱体的内部安装有水箱，所述水箱的内部焊接有热交换器，所述热交换器的底部设有燃烧室，所述燃烧室的内部安装有燃烧器，热交换器的内壁沿其长度的至少一部分具有烟气旋卷部，并被配置为减少与热交换器外表面相邻的水的层流，从而在热交换器中的燃烧气体与水箱中的水之间提供更多的传热，提高加热效率，烟气从热交换器下部流入到管体的内部，通过管体上部进气口均匀流进各个旋汇气流管束内，总体流速应保持在5m/s‑8m/s。当烟气进口流速较低，通过第一级叶轮、第二级叶轮的旋转得到更高流速烟气，烟气内部的CO等，进而能够循环到燃烧室的内部进行二次燃烧，节能环保，提高燃料利用率。

Description

一种带有回旋烟道管的热水器

技术领域

本发明涉及热水器技术领域，具体为一种带有回旋烟道管的热水器。

背景技术

对于工业、商业和家用热水器，可燃燃料经常用作热源。例如，天然气一直是燃料的首选。热水器的一个简单安排是把一个燃烧器放在装满水的水箱下面。允许燃烧的热气体在水箱周围流动，这样里面的水就会从燃烧的气体中吸收热量。随着热水器的发展，在储水箱的中心放置了一个开口，这样燃烧的气体就可以通过水箱的外部和中心，为从燃烧的气体中吸收热量提供更多的表面积。穿过罐体中心的通道或孔被称为烟道管。最终，热水器被放置在封闭的区域内；例如，家用热水器可以放在家里的地下室里。这就需要控制燃烧气体的排放，即通过排气通风系统。对通风排气系统的需要鼓励使用烟道管，并阻止废气在储水箱周围流动。因此，现代热水器实际上已经消除了水箱外部经过燃烧的气体。相反，现代热水器通常通过一个中央烟道管直接燃烧废气。消除储水箱外的排气，可以减少水箱中的水从燃烧的废气中吸收热量的表面积。此外，放置在热水器水箱直接高于燃烧气体的烟道管允许热燃烧的气体更快地流过水箱，而不传递热量，仍然需要一种简单的烟道管设计，以帮助将燃烧的废气的热量输送到储水箱中的水，为此，提出一种带有回旋烟道管的热水器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有回旋烟道管的热水器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有回旋烟道管的热水器，包括箱体，所述箱体的内部安装有水箱，所述水箱的内部焊接有热交换器，所述热交换器的底部设有燃烧室，所述燃烧室的内部安装有燃烧器，所述箱体的顶部表面两侧分别安装有热水出口管和冷水进口管，所述热水出口管和冷水进口管的底端均贯穿于所述箱体和水箱的顶部与浸水管的顶部连通，所述箱体的顶部表面中段安装有集烟器，所述热交换器的顶部通过下游端部与所述集烟器的底部进气口连通，所述箱体的一侧底部连接有燃气输送管道，所述燃气输送管道的出气口贯穿于所述箱体的一侧壁与文丘里管的进气口连通，所述文丘里管的出气口贯穿于所述水箱的一端壁与所述燃烧室内部的燃烧器进气口连通；

所述热交换器的内部中段焊接有固定板，所述固定板上开设有若干组通孔，若干组所述通孔的内部配合安装有旋汇气流管束，所述旋汇气流管束包括管体、进气口、第一级叶轮、第二级叶轮、烟道管，所述管体的内部贯穿有烟道管，所述烟道管的外部从上到下依次转动连接有第一级叶轮和第二级叶轮，所述进气口开设于所述管体的顶端四周，所述旋汇气流管束的下方设有上游端部，所述热交换器的内壁底端四周均设有烟气旋卷部。

优选的：所述箱体的正面上下两端通过螺栓螺纹连接有箱盖，且箱盖的正面开设有可视玻璃窗。

优选的：所述集烟器包括百叶板和引风机，所述集烟器的内部转动连接有引风机，所述集烟器的侧壁四周纵向安装有百叶板，所述百叶板的数量至少为十组，且百叶板为等距圆周分布。

优选的：所述燃气输送管道的一端与所述箱体的侧壁之间交接处套接有密封垫圈。

优选的：所述冷水进口管底部的浸水管长度大于所述热水出口管底部的浸水管长度。

优选的：所述水箱的外部均包裹有真空保温板。

优选的：所述下游端部的横切面直径小于所述上游端部的横切面直径。

优选的：所述燃烧室为圆锥形燃烧室。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、热交换器的内壁沿其长度的至少一部分具有烟气旋卷部，并被配置为减少与热交换器外表面相邻的水的层流，从而在热交换器中的燃烧气体与水箱中的水之间提供更多的传热，提高加热效率；

2、通过第一级叶轮、第二级叶轮套接于烟道管的外部，烟气从热交换器下部流入到管体的内部，通过管体上部进气口均匀流进各个旋汇气流管束内，总体流速应保持在5m/s-8m/s。当烟气进口流速较低，通过第一级叶轮、第二级叶轮的旋转得到更高流速烟气，烟气内部的CO等，进而能够循环到燃烧室的内部进行二次燃烧，节能环保，提高燃料利用率；

3、一种带有回旋烟道管的热水器结构简单、紧凑、占据面积小、造价低、维护方便、换热效率高，立式安装，使用方便。采用多管管束并联使用，效率大大提高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构透视图；

图3为本发明燃烧室的立体图；

图4为本发明燃烧室的结构剖视图；

图5为本发明热交换器的结构示意图；

图6为本发明热交换器的侧面剖视图；

图7为本发明旋汇气流管束的结构示意图；

图8为本发明旋汇气流管束的截面图。

图中：1、箱体；2、集烟器；201、百叶板；202、引风机；3、热水出口管；4、冷水进口管；5、箱盖；6、燃气输送管道；7、密封垫圈；8、浸水管；9、水箱；10、文丘里管；11、燃烧室；12、热交换器；13、下游端部；14、燃烧器；15、上游端部；16、固定板；17、通孔；18、旋汇气流管束；181、管体；182、进气口；183、第一级叶轮；184、第二级叶轮；185、烟道管；19、烟气旋卷部。

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做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。

实施例：

本发明提供了如图1-8所示的一种带有回旋烟道管的热水器，包括箱体1，所述箱体1的内部安装有水箱9，所述水箱9的内部焊接有热交换器12，所述热交换器12的底部设有燃烧室11，所述燃烧室11的内部安装有燃烧器14，所述箱体1的顶部表面两侧分别安装有热水出口管3和冷水进口管4，所述热水出口管3和冷水进口管4的底端均贯穿于所述箱体1和水箱9的顶部与浸水管8的顶部连通，所述箱体1的顶部表面中段安装有集烟器2，所述热交换器12的顶部通过下游端部13与所述集烟器2的底部进气口连通，所述箱体1的一侧底部连接有燃气输送管道6，所述燃气输送管道6的出气口贯穿于所述箱体1的一侧壁与文丘里管10的进气口连通，所述文丘里管10的出气口贯穿于所述水箱9的一端壁与所述燃烧室11内部的燃烧器14进气口连通；

所述热交换器12的内部中段焊接有固定板16，所述固定板16上开设有若干组通孔17，若干组所述通孔17的内部配合安装有旋汇气流管束18，所述旋汇气流管束18包括管体181、进气口182、第一级叶轮183、第二级叶轮184、烟道管185，所述管体181的内部贯穿有烟道管185，所述烟道管185的外部从上到下依次转动连接有第一级叶轮183和第二级叶轮184，所述进气口182开设于所述管体181的顶端四周，所述旋汇气流管束18的下方设有上游端部15，所述热交换器12的内壁底端四周均设有烟气旋卷部19；

具体实施中，进一步的，热交换器12具有热交换器12的上游和下游端之间延伸的管壁。管壁提供热交换器12内部所含燃烧气体与水箱9内部所含水之间的屏障或界面。从燃烧气体到水的热量通过热交换器12的管壁进行。在热交换器12的壁上设置了减少与管壁外表面相邻的水的层流流动的装置，从而在热交换器12内的燃烧气体与水箱9中的水之间提供更多的传热。根据本发明的示例性实施例，层流装置包括设置在管壁上的烟气旋卷部19；

具体实施中，进一步的，沿管壁的长度设置烟气旋卷部19，烟气旋卷部19可选地沿热交换器12从上游端到热交换器12下游端的长度放置。此外，可以选择地配置这些烟气旋卷部19以促进管壁外表面附近的水中的湍流。烟气旋卷部19可以沿热交换器12的壁均匀间隔或以其他方式配置；

具体实施中，进一步的，管壁具有内表面向热交换器12所含的废气，外表面17面向水箱9中的水。管壁的内表面具有烟气旋卷部19，在流经热交换器12的废气中产生涡流或湍流。换句话说，当燃烧器14处于活动状态时，当热燃烧气体向上通过热交换器12时，与热交换器12内表面相邻的燃烧气体将因烟气旋卷部19而减少层流。这种层流的减少增加了从燃烧气体到管壁的热量传递，当燃烧器14处于活动状态时，在靠近热交换器12的外表面的水箱9内的热水向上流过水箱9时，热交换器12的外表面附近的水将因烟气旋卷部19而减少层流。这种层流的减少增加了从管壁到水的热量传递；

具体实施中，进一步的，可以被描述为具有一种不同直径的热交换器12，该热交换器12的直径可以解释所述烟气旋卷部19的高度的差异。或者，这些烟气旋卷部19本身可以描述为形成一系列沿管壁长度平行运动的正弦尖峰和凹槽。最后，这些烟气旋卷部19可以描述为在重复循环中横向定向并沿管壁长度实质上延伸的一系列起伏。

现在参照本发明的热水器的机理，人们已经认识到，当两种材料之间存在温差时，热能在两种材料(例如流体和固体)之间传递。热传递到流体中会在流体中产生运动。这种运动是由于流体中的温度变化造成的，与流体在离界面一定距离时相比，流体在材料界面附近的流体浮力存在差异。这就是所谓的“自然对流”，它是材料之间温差的强大函数。由于靠近界面的流体的温度高于与界面一定距离的流体，这种距离上的温差在流体中形成了层或边界。不同的层以不同的速度流动。这种流动可以是层流的，也可以是过渡的，也可以是湍流的。层流通常以相对较低的速度出现在光滑表面上光滑的层流边界层中。当边界层由于较高的速度或不规则的表面而脱落或破裂时，就会形成湍流。过渡流是层流和紊流之间的过渡。通常情况下，当热水器水箱9中的水被热交换器12加热时，水沿着热交换器12的外表面缓慢地向上流动。这种逐渐向上的流动在层流中形成了一层水。这一层水对传热有绝缘作用。层流发生在任何流体介质中，因此在热交换器12内表面的废气中也可以发现层流的绝缘作用。

根据本发明的示例性实施例，减少和/或将排气管壁附近的水和/或废气的层流以涡流或其他湍流效应的形式转换为紊流，从而大大降低水和/或废气层流的绝缘效果。本发明的热水器通过减少层流，促进燃烧废气通过管壁进入水箱水中的传热。在操作中，当根据本发明的一个实施例从水箱中提取热水时，取水触发燃烧器进入其“ON”位置。当热水器处于“开启”状态时，气体就会燃烧，通过热交换器12产生向上流动的热燃烧气体。热交换器12的旋涡在燃烧气体和水中产生涡流或其他湍流；

根据本发明的一个方面，增加水的吸收增加了燃烧器的燃料消耗，该燃烧器以更大的速度通过烟道排出燃烧气体。提高烟气沿烟道内表面的速度，会产生较大的紊流或更剧烈的涡流，这是由于烟气沿烟道内的长度旋转而产生的。本发明的废气的燃烧发生在热交换器12的上游端部15处或附近。因此，上游端部15处的废气温度高于下游端部13处的废气温度；

在烟气旋卷部19高度，周期性或大小的任何数量的变化，破坏了废气和水在储水池的层流。因此，减小沿热交换器12长度烟气旋卷部19的大小，当用于从气体中传递热量时，这些气体在通过热交换器12时逐渐变得更冷。因此，湍流燃烧的废气更有效地传递热量通过管壁和进入水的水箱。当热量通过管壁并进入水箱的水时，管壁外表面与水箱内水接触的卷曲作用于破坏层流，并传递涡流扩散流或湍流水流。再一次，通过减少水的层流流动和降低层流的绝缘效果，可以将更多的热量从管壁输送到水箱中的水。进一步预计，沿烟道壁形成的一个或多个烟气旋卷部19通过提供更多的表面积从燃烧气体中提取热量来提高热水器的回收效率。此外，热交换器12内表面积的增加预计将提供更多从烟道气体中蒸发凝结水的表面。根据用户的要求，设置了温控器、温度和压力阀、自动开关等常规装置，以调节热水器的安全和自动运行。这些设备在图纸中没有详细说明，也没有在这里进一步描述，因为这些设备对本领域的技术人员都很熟悉。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且外接的主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

较佳地，所述箱体1的正面上下两端通过螺栓螺纹连接有箱盖5，且箱盖5的正面开设有可视玻璃窗。

通过采用上述技术方案，设置箱盖5便于更换和拆装箱体1的内部设备，同时，具有一定的保护效果。

较佳地，所述集烟器2包括百叶板201和引风机202，所述集烟器2的内部转动连接有引风机202，所述集烟器2的侧壁四周纵向安装有百叶板201，所述百叶板201的数量至少为十组，且百叶板201为等距圆周分布。

较佳地，所述燃气输送管道6的一端与所述箱体1的侧壁之间交接处套接有密封垫圈7。

通过采用上述技术方案，燃气输送管道6的一端与所述箱体1的侧壁之间交接处套接有密封垫圈7，避免外界粉尘进入到箱体1的内部，提高箱体1的内部洁净度。

较佳地，所述冷水进口管4底部的浸水管8长度大于所述热水出口管3底部的浸水管8长度。

通过采用上述技术方案，冷水进口管4底部的浸水管8长度大于所述热水出口管3底部的浸水管8长度，便于将冷水直接输送到水箱9的底部，不影响水箱9顶部的水温，同时，由于热交换器12的底部温度最高，便于加热。

较佳地，所述水箱9的外部均包裹有真空保温板。

通过采用上述技术方案，设置真空保温板，提高水箱9的保温效果。

较佳地，所述下游端部13的横切面直径小于所述上游端部15的横切面直径。

通过采用上述技术方案，降低烟气的排放速度和压力，有利于对水箱9内部水的加热。

较佳地，所述燃烧室11为圆锥形燃烧室。

通过采用上述技术方案，将燃烧室11设置为圆锥形燃烧室，提高对热交换器12的供热效率。

工作原理：使用时，箱体1具有水箱9，水箱9设有热水出口管3、冷水进口管4和浸水管8。水箱9与燃烧室11相邻。燃烧室11装有燃烧器14，燃烧燃料，如从燃气输送管道6接收的气体或油；燃烧器14的燃料燃烧产物通过热交换器12向上输送，热交换器12基本上垂直延伸到水箱9的内部，并与水箱9中所含的水保持热交换关系。因此，热交换器12通过或以其他方式被水箱9包围，燃料燃烧产物通过进气口182进入到管体181的内部，通过第一级叶轮183、第二级叶轮184套接于烟道管185的外部，烟气从热交换器12下部流入到管体181的内部，通过管体181上部进气口182均匀流进各个旋汇气流管束18内，总体流速应保持在5m/s-8m/s。烟气进口流速较低，通过第一级叶轮183、第二级叶轮184的旋转得到更高流速烟气，烟气内部的CO等，进而能够循环到燃烧室11的内部进行二次燃烧，节能环保，提高燃料利用率，热交换器12具有上游端部15，其接受或接收来自燃烧室11的燃烧气体，以及下游端部13，下游端部13定位于将废气从箱体1排放到大气或集烟器2中。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种带有回旋烟道管的热水器，包括箱体(1)，其特征在于：所述箱体(1)的内部安装有水箱(9)，所述水箱(9)的内部焊接有热交换器(12)，所述热交换器(12)的底部设有燃烧室(11)，所述燃烧室(11)的内部安装有燃烧器(14)，所述箱体(1)的顶部表面两侧分别安装有热水出口管(3)和冷水进口管(4)，所述热水出口管(3)和冷水进口管(4)的底端均贯穿于所述箱体(1)和水箱(9)的顶部与浸水管(8)的顶部连通，所述箱体(1)的顶部表面中段安装有集烟器(2)，所述热交换器(12)的顶部通过下游端部(13)与所述集烟器(2)的底部进气口连通，所述箱体(1)的一侧底部连接有燃气输送管道(6)，所述燃气输送管道(6)的出气口贯穿于所述箱体(1)的一侧壁与文丘里管(10)的进气口连通，所述文丘里管(10)的出气口贯穿于所述水箱(9)的一端壁与所述燃烧室(11)内部的燃烧器(14)进气口连通；

所述热交换器(12)的内部中段焊接有固定板(16)，所述固定板(16)上开设有若干组通孔(17)，若干组所述通孔(17)的内部配合安装有旋汇气流管束(18)，所述旋汇气流管束(18)包括管体(181)、进气口(182)、第一级叶轮(183)、第二级叶轮(184)、烟道管(185)，所述管体(181)的内部贯穿有烟道管(185)，所述烟道管(185)的外部从上到下依次转动连接有第一级叶轮(183)和第二级叶轮(184)，所述进气口(182)开设于所述管体(181)的顶端四周，所述旋汇气流管束(18)的下方设有上游端部(15)，所述热交换器(12)的内壁底端四周均设有烟气旋卷部(19)。

2.根据权利要求1所述的一种带有回旋烟道管的热水器，其特征在于：所述箱体(1)的正面上下两端通过螺栓螺纹连接有箱盖(5)，且箱盖(5)的正面开设有可视玻璃窗。

3.根据权利要求1所述的一种带有回旋烟道管的热水器，其特征在于：所述集烟器(2)包括百叶板(201)和引风机(202)，所述集烟器(2)的内部转动连接有引风机(202)，所述集烟器(2)的侧壁四周纵向安装有百叶板(201)，所述百叶板(201)的数量至少为十组，且百叶板(201)为等距圆周分布。

4.根据权利要求1所述的一种带有回旋烟道管的热水器，其特征在于：所述燃气输送管道(6)的一端与所述箱体(1)的侧壁之间交接处套接有密封垫圈(7)。

5.根据权利要求1所述的一种带有回旋烟道管的热水器，其特征在于：所述冷水进口管(4)底部的浸水管(8)长度大于所述热水出口管(3)底部的浸水管(8)长度。

6.根据权利要求1所述的一种带有回旋烟道管的热水器，其特征在于：所述水箱(9)的外部均包裹有真空保温板。

7.根据权利要求1所述的一种带有回旋烟道管的热水器，其特征在于：所述下游端部(13)的横切面直径小于所述上游端部(15)的横切面直径。

8.根据权利要求1所述的一种带有回旋烟道管的热水器，其特征在于：所述燃烧室(11)为圆锥形燃烧室。

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