CN1570505A - 一种多孔陶瓷燃气热水器 - Google Patents

Abstract

一种多孔陶瓷燃气热水器，涉及一种燃烧气体燃料的燃烧设备。本发明的主要技术特征是将加热水管直接埋入多孔陶瓷材料中构成多孔陶瓷换热器，且采用上下两级布置，同时在第一级多孔陶瓷换热器中的加热水管上部的燃烧室壁面上设有二次风入口。该热水器将以往以对流为主的传热方式转化为多孔陶瓷的辐射、导热为主的换热方式，即实现了“锅中有炉，炉中有锅”的变革，不仅大大提高了燃烧器的传热效率，而且体积小，结构紧凑。比传统热水器的对流换热大得多，其空气过量系数等于或略高于1，既提高了热效率，又实现了低NO_x排放的目的，因此它是真正的高效、低污染的热水器。

Description

一种多孔陶瓷燃气热水器

技术领域

本发明涉及一种燃烧气体燃料的燃烧设备，特别涉及一种燃气热水器。

背景技术

目前市场上销售的燃气热水器均用气体燃料燃烧产生的热能与水管进行对流换热，从而将燃气的热能转变为水的热焓。对流换热越大，则效率就越高，即同样的热能可将热水温度升得更高。为此，几乎所有的热水器都在水管外壁焊上了翅片，以加强对流换热。然而，正是这一翅片，使现有热水器体积较大。这是由于翅片不能与高温燃烧气体直接接触，否则易烧坯，只能使翅片远离火焰的高温区，这就增大了热水器的体积。正如前面所提到的那样，为了获得较高的换热率，就必须保持高的燃气速度，因此，当高温燃烧产物的部份热能被水管吸收(变成热水)后，这时燃烧产物的温度(或烟温)尚较高，为了使这部份燃烧产物的温度(或烟温)降下来达到排放要求(一般约为150℃～200℃)，就必须掺混大量的空气才行。为此，现有的热水器都是将部分空气沿着热水器内壁面流动，这样既可防止器壁的温度过高，又可用来与较高温度的燃烧产物(烟气)混合，使之达到排烟温度的要求。这样，从表面上看，排烟温度符合要求，NO_X的排放量又较低，似乎满足了要求。但是，用这种方式来降低排烟温度，其效率极低，NO_X排放量也较高。这是因为虽然排烟温度降到了要求，但其中O₂含量将大大增加。根据排烟中的氧含量可容易地算得这时的空气过量系数。尽管用了大的空气过量系数可降低NO_X，但在计算NO_X排放量时，必须将它折算到6％的O₂浓度，这样NO_X在烟气中的含量又增加了。据本发明人对一台实验室用的家庭热水器的测定结果，其过量空气系数为1.7，NO_X为183ppm(6％O₂浓度)，其效率为≤80％，低于国家规定的热水器效率应大于80％的标准。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔陶瓷燃气热水器，将以往以对流为主的传热方式转化成以导热、辐射为主的传热方式，从而可有效减小热水器的体积，提高热效率和降低NO_X的排放。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种多孔陶瓷燃气热水器，包括燃烧室及热水器外壳，所述燃烧室内设有加热水管，该燃烧室下部设有燃烧器、一次风入口和燃气入口，其特征在于：在燃烧器预混火焰上部布置有多孔陶瓷板，该陶瓷板上敷有多孔陶瓷材料，所述的加热水管直接埋入多孔陶瓷材料中构成多孔陶瓷换热器。

本发明所述的多孔陶瓷换热器可采用上下两级，并在下一级多孔陶瓷换热器中的加热水管上部的燃烧室壁面上设有二次风入口。

本发明的技术特征还在于：在所述的燃烧室壁面的外侧设有螺旋式的冷水预热管，该预热管的出口与加热水管的进口相连通。

在上述方案的基础上，为了进一步提高燃烧器的热效率，在所述燃烧室与热水器外壳之间设有隔热板；并在所述的燃烧室壁面的内侧涂有耐热材料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：现有的燃气热水器，其燃烧温度高达1500℃～1600℃，因此其NO_X排放量较高，一般达200ppm。本发明采用的多孔陶瓷换热器将以往以对流为主的传热方式转化为多孔陶瓷的辐射、导热为主的换热方式，即实现了“锅中有炉，炉中有锅”的变革，不仅大大提高了燃烧器的传热效率，而且体积小，结构紧凑。在这种换热方式下，气流速度不是越快越好，而是要较慢，这样可以使未燃气体在多孔陶瓷中充分燃烧，将气体的热能充分地传给多孔陶瓷，使多孔陶瓷的温度提高。而将水管埋在高温多孔陶瓷中，其等效辐射传热(辐射+气体对流+多孔陶瓷导热)比传统热水器的对流换热大得多，强化了传热，因此它是真正的高效、低污染的热水器。同时由于在燃烧和换热段增加了二次风，使其空气过量系数等于或略高于1，这样既提高了热效率，又实现了低NO_X排放的目的。本发明还可用于燃气锅炉。

附图说明

图1为本发明提供的采用上下两级多孔陶瓷换然器的燃气热水器实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的带有冷水预热管的多孔陶瓷燃气热水器实施例的结构示意图。

图3为本发明提供的在燃烧室与热水器外壳之间设有保温材料的多孔陶瓷燃气热水器实施例的结构示意图。

图中：1-燃烧室；2-热水器外壳；3-燃烧室壁面；4-燃烧器；5-次风进口；6-燃气进口；7-预混火焰；8-多孔陶瓷板；9-多孔陶瓷材料；10-加热水管；11-二次风入口；12-冷水进水管；13-热水出水管；14-保温材料；15-冷水预热管；16-预热管进口；17-预热管出口；18-隔热板；19-耐热材料。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本发明的具体结构、工作原理、工作过程及实施方式。

图1为本发明提供的采用两级多孔陶瓷换热器的燃气热水器实施例的结构示意图。包括燃烧室1和热水器外壳2，在燃烧室1下部设有燃烧器4、一次风入口5和燃气进口6，在燃烧器上部即预混火焰7的上面布置有多孔陶瓷板8，该陶瓷板上设有多孔陶瓷材料9，多孔陶瓷材料可采用泡沫多孔陶瓷，其孔隙率＞60％。加热水管10直接埋入多孔陶瓷材料中构成多孔陶瓷换热器；加热水管10可采用螺旋管或直管。多孔陶瓷换热器可采用一级，为进一步提高热水器的热效率，可采用上下两级布置。采用两级换热器时，可在第一级陶瓷换热器加热水管上部的燃烧室壁面上设置二次风口11。为了提高热水器的热效率，在燃烧室壁面3与外壳2之间设有泡沫棉或石棉等保温材料14，同时还可在所述的燃烧室壁面的内侧涂有耐热材料，例如采用耐火水泥。

本发明的另一种实施例是在燃烧室壁面的外侧设有螺旋式的冷水预热管，该方案是使进入多孔陶瓷换热器的冷水由预热管进口16进入，经缠绕在燃烧室壁面外侧的冷水预热管15预热后，再由预热管出口17流出，然后经冷水进水管12分别进入陶瓷换热器的加热水管内。

该技术方案还可在热水器外壳与燃烧室壁面之间设置隔热板18。该隔热板可采用不锈钢板或其他金属板。

热水器运行时，天然气由燃气入口6进入，空气由一次风入口5进入燃烧器4，点火后形成预混火焰7。由于其过量空气系数＜1，所以其燃烧温度不高，一般在1200℃～1400℃，因此Nox排放量很低。烟气经与第一级陶瓷换热器中的加热水管换热后，温度下降，这时可通过设置在燃烧室壁面上的二次风口11补入二次风继续燃烧，未完全燃烬的燃料可在进入第二级多孔陶瓷换热器中继续燃烬。燃烧后的烟气由烟卤口排出，其烟温约在150℃～200℃左右。冷水通过冷水进水管12分别进入上下两级的陶瓷换热器内的加热水管内，加热后的热水分别通过热水出水管13流出。

实施例：

按本发明的技术方案设计了一台试验用的多孔陶瓷热水器，其给定与测定的参数如下：

水流量：Q_水＝100kg/h，天然气流量：Q_天然气＝0.43～0.54m³/h

天然气热值：H_天然气＝33440(KJ/m³)，过量空气系数：α＝1.1～1.5

排烟温度：t_烟＝150～200℃，水的进口温度：t_进口＝25℃

水的出口温度：t_出口＝45～56℃，水的比热：C_p水＝4.18KJ/kg·K

图1测量结果：

	效率(％)	NOX(ppm)
			国家要求	≥80	＜200
多孔陶瓷热水器	85～90	50
			家用热水器	≤80％	183

由此可见，多孔陶瓷热水器具有高的热效率及很低的NO_X排放量，这对用户十分有利，它可节省所用天然气，从而节省开支。热水器几乎每家都有，其每年的NO_X排放量相当可观。若每台热水器其NO_X排放都只有40～50ppm，则每年NO_X至少降低100倍，这对清洁环境意义十分重大。

Claims (7)

1.一种多孔陶瓷燃气热水器，包括燃烧室(1)及热水器外壳(2)，所述燃烧室内设有加热水管(10)，该燃烧室下部设有燃烧器(4)、一次风入口(5)和燃气入口(6)，其特征在于：在燃烧器预混火焰(7)的上部布置有多孔陶瓷板(8)，该陶瓷板上敷有多孔陶瓷材料(9)，所述的加热水管(10)直接埋入多孔陶瓷材料中构成多孔陶瓷换热器。

2.按照权利要求1所述的多孔陶瓷燃气热水器，其特征在于：所述的多孔陶瓷换热器采用上下两级，在第一级多孔陶瓷换热器中的加热水管上部的燃烧室壁面(3)上设有二次风入口(11)。

3.按照权利要求1或2所述的多孔陶瓷燃气热水器，其特征在于：在所述燃烧室的壁面外侧设有螺旋式的冷水预热管(15)，该预热管的出口(17)与加热水管的进口(12)相连通。

4.按照权利要求3所述的多孔陶瓷燃气热水器，其特征在于：在所述燃烧室(1)与热水器外壳(2)之间设有隔热板(18)。

5.按照权利要求4所述的多孔陶瓷燃气热水器，其特征在于：在所述的燃烧室壁面的内侧涂有耐热材料(19)。

6.按照权利要求1所述的多孔陶瓷燃气热水器，其特征在于：在所述燃烧室(1)与热水器外壳(2)之间设有保温材料(14)。

7.按照权利要求1所述的多孔陶瓷燃气热水器，其特征在于：所述的加热水管采用直管或螺旋管。

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