CN209944735U - 低氮氧化物排放的燃气热水设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低氮氧化物排放的燃气热水设备，其包括外壳和收容在外壳内的燃烧器及位于燃烧器上方的热交换器，燃烧器和热交换器之间形成有燃烧室。燃烧器包括沿纵长方向并排布置的若干火排片，每一火排片沿垂直于纵长方向的横宽方向延伸。燃烧室的侧壁向下延伸至少罩覆于燃烧器顶部的四周，且燃烧室的侧壁与燃烧器在横宽方向上具有间隔宽度。通过在燃烧室侧壁和燃烧器之间设置具有间隔宽度的空隙，可增加二次空气的风量，从而确保充分燃烧，保证高效率的整机燃烧换热效果。

Description

低氮氧化物排放的燃气热水设备

技术领域

本实用新型属于家用燃气设备领域，具体涉及一种具有低氮氧化物排放的燃气热水设备。

背景技术

燃气热水设备，如燃气热水器或燃气锅炉中通常设置有的燃烧器和热交换器。燃烧器在燃烧过程中会产生废气，并会被排放到大气中。废气通常包含有对人体和大气有影响的成分，如一氧化碳(CO)或氮氧化物(NOx)等。随着生活水平以及对环境保护意识的提高，人们越来越重视家用燃气具中有害气体的排放。其中一氧化碳的排放早已为人们所关注，并且大量燃气具的生产厂家也采取相应的措施来降低一氧化碳的排放，然而，对于氮氧化物的排放却尚未引起足够的重视。

经研究分析表明，氮氧化物的毒性要大于一氧化碳，并且长期的排放会对大气引发两方面的污染：酸雨和光化学烟雾(Photochemical Smog)。在我国已经制定的民用燃气具的氮氧化物排放标注中，最高级即国标五级要求氮氧化物浓度上限为70毫克/千瓦小时(mg/kW·h)。目前用来降低民用燃气具的氮氧化物排放方式主要有，浓淡燃烧燃烧器、采用火焰冷却体的燃烧器、或采用金属纤维表面燃烧的燃烧器等。

采用低氮氧化物排放的燃烧器，并不必然会导致氮氧化物排放的大幅降低，并且，有时还会产生副作用，如氮氧化物排放降低的同时整机的燃烧换热效率也降低了。所以，需要对整个燃烧系统进行重新设计来确保氮氧化物大幅降低的同时仍能得到高效率的整机燃烧换热效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃气热水设备，其能大幅降低氮氧化物的排放，同时保证高效率的整机燃烧换热效果。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供一种低氮氧化物排放的燃气热水设备，其包括外壳和收容在外壳内的燃烧器及位于燃烧器上方的热交换器，燃烧器和热交换器之间形成有燃烧室。燃烧器包括沿纵长方向并排布置的若干火排片，每一火排片沿垂直于纵长方向的横宽方向延伸。燃烧室的侧壁向下延伸至少罩覆于燃烧器顶部的四周，且燃烧室的侧壁与燃烧器在横宽方向上具有间隔宽度。

作为本实用新型的进一步改进，间隔宽度为，在横宽方向上燃烧室的侧壁与邻近火排片的端壁之间的距离。

作为本实用新型的进一步改进，间隔宽度的尺寸处于10～20mm的区间范围内。

作为本实用新型的进一步改进，燃烧室的高度的尺寸处于90～140mm的区间范围内。

作为本实用新型的进一步改进，燃烧室的高度的尺寸处于90～120mm的区间范围内。

作为本实用新型的进一步改进，热交换器包括若干翅片；燃烧室的高度为，在竖直方向上若干翅片底部与燃烧器顶部之间的距离。

作为本实用新型的进一步改进，燃烧器还包括穿过若干火排片的水管。

作为本实用新型的进一步改进，每一火排片设有供水管穿过的一对通孔，该对通孔靠近火排片的顶部、并临近横宽方向上的两端设置。

作为本实用新型的进一步改进，每一火排片内设置有气流通道，且气流通道在靠近燃烧器的顶部处设置有出气口。

作为本实用新型的进一步改进，气流通道包括沿火排片的竖直方向由下至上依次分布的进气段、气体混合段、以及出气段，上述出气口即形成在出气段的顶部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过在燃烧室侧壁和燃烧器之间设置具有间隔宽度的空隙，可增加二次空气的风量，从而确保充分燃烧，保证高效率的整机燃烧换热效果。另外，为确保达到稳焰效果，该间隔宽度的尺寸宜设置处于10～20mm的区间范围内。此外，将燃烧室的高度尺寸设置于90～140mm的区间范围内，优选地，处于90～120mm的区间范围内，可进一步提高整机换热效率、避免不必要的热量损失。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的有关本实用新型的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本实用新型的燃气热水设备在一具体实施方式中侧视的剖视示意图，其中部分面板及部件被移除以清楚显示燃烧系统内部的结构；

图2是图1所示的燃气热水设备的燃烧器和热交换器组装后的立体剖视示意图；

图3是本实用新型的燃气热水设备在点火过程中，各点火燃烧相关部件的启动顺序示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

燃气热水设备是以可燃气体为燃料，如天燃气、城市煤气、液化气、沼气等，通过燃烧可燃气体来提供热量以满足用户的生活需求，例如，提供生活热水的燃气热水器、或可同时提供生活热水和供暖需求的燃气锅炉等。接下来以燃气热水器为例对本实用新型的燃气热水设备进行说明。

如图1所示，燃气热水器100包括外壳40，收容在外壳中用于燃烧燃气和空气混合物的燃烧器10、与燃烧器10关联设置的点火装置20、热交换器50、形成在燃烧器和热交换器之间的燃烧室40、以及排烟装置等。在燃烧器10的下部设有燃气供给系统，其包括用于控制燃气通断及供应量的气阀70以及与气阀连通的燃气分配装置71。燃气分配装置71上设有若干喷嘴72，对应于燃烧器的若干火排片11(稍后详述)的进气口。

配合参照图2所示，燃烧器10包括沿纵长方向并排布置的若干火排片11。每一火排片11沿垂直于纵长方向的横宽方向延伸，其内设置有气流通道。本实施方式中，每一火排片11内设置有两个气流通道111、112，以图面右侧的气流通道111为例，每个气流通道111包括沿火排片的竖直方向由下至上依次分布的进气段、气体混合段、以及出气段。其中，气流通道的出气段大致呈V形，气流通道的进气段大致呈倒V形。通过这种设置，使气流通道111构成一个文丘里管，经过气阀70、燃气分配装置71的喷嘴71的燃气和一次空气一起从气流通道的进气段的进气口进入，而后在气体混合段充分混合，随后混合后的燃气与空气的混合物经出气段喷射而出。出气段的顶部形成有出气口1111。火排片11的顶部设有金属的燃烧层113，燃烧层上设置有若干燃烧火孔。气流通道111的出气口1111临近该燃烧层设置。两个气流通道111、112的出气口与燃烧层113之间形成共同的出气区域，经该出气区域的燃气与空气混合物可被点燃并燃烧。在本实施方式中，每一火排片11在靠近其顶部、且临近横宽方向上的两端还设置有一对通孔115，以供一水管12穿过。水管12在靠近燃烧器横宽方向的一端依次穿过各火排片11，并折回后在另一端依次穿过各火排片，从而，在水管12内流动的水有助于冷却燃烧火焰，进而降低氮氧化物的排放，以减少对环境的污染。

点火装置20安装在燃烧器10的壳体上，其包括点火电极21和火焰检测电极22，均位于燃烧器的上方并靠近火排片的燃烧层113，通过电子脉冲点火点燃燃气与空气的混合物。在横宽方向上，点火电极21的末端在燃烧器顶部的投影到邻近的火排片端壁114的距离d1与相应的出气口1111中心到上述火排片端壁114的距离d2之间的比值处于0.5～0.8的区间范围内。这样设置的目的是，使点火电极21的末端偏离气流通道的出气口1111的中心区域。由于气流通道出气口1111中心处的燃气浓度最高，所以在此处点火极易产生爆燃，从而通过这种设置，使点火位置偏离燃气浓度最高的区域以避免产生爆燃，同时不会距离出气口1111的中心太远，以确保成功点火。点火后，火焰检测电极22通过离子火焰检测判断是否点火成功。

本实施方式中，热交换器50可采用翅片管式热交换器，即热交换器包括有多个翅片51，一吸热水管60(配合参照图2所示)迂回地穿过这些翅片，其两头分别与进水管路和出水管路连通。热交换器50外部的壳体31进一步向下延伸以在热交换器50和燃烧器10之间形成燃烧室30。燃气-空气混合物在燃烧室30内燃烧，产生的热量被热交换器50的翅片51所吸收，并进一步传递给流经吸热水管60中的水，加热后的水通过出水管路传递给生活用水的水管，从而为用户提供饮用、洗浴等生活热水。

本实施方式中，热交换器50和燃烧室30的壳体一体形成，在其他实施方式中，热交换器50和燃烧室30的壳体也可分别设置。热交换器50的壳体31向下延伸，形成燃烧室30的侧壁，并进一步向下延伸至少罩覆于燃烧器10顶部的四周，且燃烧室的侧壁31与燃烧器10在横宽方向上具有间隔宽度w。本实施方式中，该间隔宽度为，在横宽方向上燃烧室的侧壁31与邻近火排片的端壁114之间的距离。由于燃烧器的各火排片之间结合紧密、几乎没有间隙，所以从火排片的气流通道111、112底部进入的燃气和一次空气混合后在燃烧器顶部燃烧，无法从火排片之间的间隙获得二次空气，从而也无法充分燃烧，因此，即使采用了火焰冷却的燃烧器，也无法大幅降低氮氧化物的排放。所以，通过在燃烧室侧壁和燃烧器之间设置空隙，可增加二次空气的风量，从而确保充分燃烧。另外，为确保达到稳焰效果，该间隔宽度w的尺寸宜设置处于10～20mm的区间范围内，本实施方式中，w的尺寸为13mm。为提高换热效率、避免不必要的热量损失，燃烧室的空间不宜过大，相应地，燃烧室的高度h，即本实施方式中在竖直方向上若干翅片51的底部与燃烧器10顶部之间的距离不宜设置过大，h的尺寸宜处于90～140mm的区间范围内，优选地，处于90～120mm的区间范围内，本实施方式中，h的尺寸为100mm。

如图1所示，燃气热水设备100还包括一控制器80，该控制器和设备内的主要电控器件电性连接以用于控制设备的工作，如控制燃烧器的点火单元21的点火、气阀70的开启和关闭以及开度等。控制器80还与一流量传感器(未图示)电性连接，该流量传感器适于安装在进水管路上以用于监测水流动情况。控制器80可以是由若干电子元件按照一定布线方式连接而成的逻辑控制电路；也可以是存储有程序指令的微控制器(MCU)；或者是具有专有用途的集成芯片，如现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)等。

请参照图3，当有水流通过进水管路时，控制器80通过流量传感器检测到水流信号，同时，控制器触发点火电极21点火，然后，在特定时间间隔T之后，控制器80向气阀发送控制信号以打开气阀，从而供应燃气给燃烧器10。如果采用的燃气是液化气等密度高于空气的可燃性气体，则通过这种控制，在点火电极21点火后、气阀开启前的时间间隔T之内，可将燃烧器火排片内积聚的燃气完全燃烧消耗完毕，而后在气阀打开后，新供应的燃气可补充供继续燃烧。该时间间隔T取决于燃烧器的尺寸及火排片数量等，其可处于1～10秒的区间范围内，优选地，可处于2～4秒的区间范围内，在本实施方式中为3秒。此外，该等燃烧控制方式同样可应用于采用比空气密度小的燃气的燃烧器，因为，在燃烧中途熄火再启动时，燃烧器的火排片内有可能积聚有一定数量的未消耗完的燃气，此外，从熄火到再启动的这段时间内，所积聚的燃气还来不及自然地消散，所以通过这种方式可有效地消耗残留的燃气，避免其与新补充的燃气叠加而引起爆燃现象的发生。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种低氮氧化物排放的燃气热水设备，其包括外壳(40)和收容在外壳内的燃烧器(10)及位于燃烧器上方的热交换器(50)，燃烧器和热交换器之间形成有燃烧室(30)；所述燃烧器包括沿纵长方向并排布置的若干火排片(11)，每一火排片沿垂直于纵长方向的横宽方向延伸；其特征在于：所述燃烧室的侧壁(31)向下延伸至少罩覆于燃烧器顶部的四周，且所述燃烧室的侧壁与燃烧器在横宽方向上具有间隔宽度(w)。

2.根据权利要求1所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：所述间隔宽度为，在横宽方向上燃烧室的侧壁(31)与邻近火排片的端壁(114)之间的距离。

3.根据权利要求1或2所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：所述间隔宽度(w)的尺寸处于10～20mm的区间范围内。

4.根据权利要求1所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：所述燃烧室的高度(h)的尺寸处于90～140mm的区间范围内。

5.根据权利要求1所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：所述燃烧室的高度(h)的尺寸处于90～120mm的区间范围内。

6.根据权利要求4或5所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：所述热交换器包括若干翅片(51)；所述燃烧室的高度(h)为，在竖直方向上所述若干翅片底部与所述燃烧器顶部之间的距离。

7.根据权利要求1所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：所述燃烧器还包括穿过所述若干火排片的水管(12)。

8.根据权利要求7所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：每一火排片设有供所述水管穿过的一对通孔(115)，所述一对通孔靠近火排片的顶部、并临近横宽方向上的两端设置。

9.根据权利要求1所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：每一火排片内设置有气流通道，且所述气流通道在靠近燃烧器的顶部处设置有出气口。

10.根据权利要求9所述的低氮氧化物排放的燃气热水设备，其特征在于：所述气流通道包括沿火排片的竖直方向由下至上依次分布的进气段、气体混合段、以及出气段，所述出气口即形成在出气段的顶部。

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