专利名称：流水式无焰燃气热水器的制作方法
技术领域：
本发明属于利用气体燃料(天然气、城市煤气、液化气、沼气)直接在多孔燃气远红外辐射陶瓷材质和金属丝网罩上无焰燃烧，产生以远红外辐射为主要热能形式，将连续流过换热器的水不断加热到所需温度的热水器。
目前国内外拥有的流水式燃气热水器的共同特点是采用多火口有焰燃烧器和板管-翅片联固式换热器，利用燃焰垂直向上直接加热换热器翅片和板管。这种结构的缺点是1、燃焰直接同温度低的翅片和板管接触，致使部分燃气不能燃烧或燃烧不全，造成热能损失和一氧化碳生成增多;2、燃焰温度一般在300～900℃之间，这时对流和辐射传热同时起作用，部分对流形式的热量从翅片间的排气道流失，部分辐射形式的热量向四周散失;3、由于结构和材料等原因造成换热器、燃烧器、壳体等自身散失热量较多;4、换热器板管受热不均，内壁易生水垢，除垢非常困难，造成热交换减弱，热效率下降，使用寿命缩短;5、结构复杂，零部件多，成本较高;6、噪音较大，抗风性能差，一氧化碳生成较多。
目前国内外采用燃气远红外加热技术的燃烧器中，以多孔陶瓷板加金属丝网罩的平板形无焰燃烧器最多，具有热效率高，结构简单，取材方便，成本低，适用范围广，噪音小，抗风性能好，一氧化碳生成极微等优点。随着国内外在低温催化燃烧技术方面的进展和高辐射强度陶瓷材料的开发，该类燃烧性能将更加优良。由于该类燃烧器均采用平板形结构的多孔陶瓷芯体，其制造上又采用半烧结烧成，加之板上有大量蜂窝样穿通性小孔，故机械强度差，需要严格控制单块板尺寸，因此该类燃烧器尚有多孔陶瓷板易破损，单体燃烧器燃烧辐射面面积有限，体积大，辐射加热方向单一，辐射加热范围窄，部分辐射热能从壳体散失等不足，虽然国外已将平板形无焰燃烧器用于流水式燃气热水器，但由于上述不足和换热器结构不相适应等原因，限制了其功能的发挥。
本发明的目的是通过创新燃烧器和换热器整体结构和功能，利用并充分发挥多孔燃气远红外射陶瓷无焰燃烧技术的优点，克服其缺点，从而消除或改善现有流水式燃气热水器的不足。
本发明流水式无焰燃气热水器由管形无焰燃烧器、环套形换热器、水流和燃气调控系统三部分组成，说明如下(一)管形无焰燃烧器由金属丝网罩[1]、多孔陶瓷管[2]、混气管[3]、反流罩[4]、固定罩[5]、绝热密封垫[6][7]、固定螺丝[8][9]、喷嘴[10]、风门[11]组成，见附
图1、2，其燃烧辐射功能是这样实现的燃气从喷嘴[10]喷入混气管[3]时，由于负压作用同时将空气从风门[11]的通气孔抽吸进去，在管腔内充分混合后进入多孔陶瓷管[2]管腔内，经过反流罩[4]均匀调整反流到四周最后从管壁上的小孔[2-1]流出并在管壁外侧表面上无焰燃烧，直接加热管壁，到达一定温度时辐射出远红外线，未完全燃烧的燃气在金属丝网罩[1]和多孔陶瓷管[2]管壁之间进行二次燃烧使燃烧完全，同时提高了管壁表面温度并使表面温度均匀一致，而且增加了辐射表面积。由于多孔陶瓷管[2]为管形结构，使多孔陶瓷机械强度、抗热震性均较平板结构明显提高，在缩小体积的同时扩大了燃烧辐射面积，增加了辐射范围，减少了辐射热能的散失。
(二)环套形换热器由内套[12]、外套[13]、进水管[14]、出水管[15]、耐热密封环[16][17]、密封盖[18][19]、隔热套[20]组成，见附图1、2，其换热功能是这样实现的为了适应管形无焰燃烧器结构和功能，内套[12]呈环套形套在由多孔陶瓷管[2]外侧面和金属丝网罩[1]组成的燃烧辐射面外面，这种极似绝对黑体的结构能充分吸收和交换辐射热能，同时也能吸收对流形式的热能，而且内套[12]内侧面上采用了纵行肋片[12-2]等增加热交换面积和增大热阻而有助于加强对流换热和辐射换热作用的结构，由内套[12]吸收的热能很快传导给从进水管[14]流入由内套[12]外侧面和外套[13]内侧面围成的环形空间的水，将水不断加热到所需温度并从出水管[15]流出。外套[13]同时也是热水器外壳，可以用塑料制成，具有易制造、重量轻、成本低、易于装饰、保温节能等优点，由于内套[12]与外套[13]之间借助密封盖[18][19]、耐热密封环[16][17]组成气密、抗压，耐热和易于开闭的连接形式，故可以很方便的取下外套[13]清除内套[12]外侧面上的水垢。
(三)水流和燃气调控系统可选用目前国内外采用的相应结构和器件，见图5所示。
下面结合实施例和附图详细说明本发明内容和最佳实施方案图1为实施例纵剖面图;
图2为图1A-A面横剖面图;
图3为多孔陶瓷管[2]管壁横剖面例举图;
图4、为内套[12]横剖面例举图;
图5为水流及燃气系统调控示意图;
本实施例使用天然气，气压为200～250mm水柱，热负荷≥9000千卡/小时，耗气量≤0.8～1m3/小时，出热水量(△t≥25℃)≥5升/分，由管形无焰燃烧器、环套形换热器、水流和燃气调控系统三部分组成(一)管形无焰燃烧器由金属丝网罩[1]、多孔陶瓷管[2]、混气管[3]、反流罩[4]、固定罩[5]、绝热密封垫[6][7]、固定螺丝[8][9]、喷嘴[10]、风门[11]组成，其特征是a、多孔陶瓷管[2]为管形结构，由燃气远红外辐射陶瓷材料制成，其管腔内置有混气管[3]直管[3-1]的一部分，其管壁外侧面上有金属丝网罩[1]环绕为燃烧辐射面，该管最好整体一次成型，也可分体粘合成型，其管壁横剖面可为园环形(图3a)、等多边环形(图3b，该图仅显示了等六边环形，实际包含等三边或以上均可)、椭园环形(图3c)等，管壁上有大量蜂窝样穿通性小孔，本实施例采用园管形多孔陶瓷管[2]，管长140mm，管外径100mm，壁厚10mm，小孔孔径0.8mm，孔间距0.8mm;
b、金属丝网罩[1]可为螺旋管形或平面网形结构，由铁铬铝或其它合金丝制成，先将合金丝绕制成螺旋管状，再将它按螺旋排列紧密环绕在多孔陶瓷管[2]外侧面上，本实施例采用合金丝直径为0.8mm，螺旋节径6mm，螺旋节距3mm，如能采用具有催化燃烧作用的材料制成更好;
c、混气管[3]由直管[3-1]、绝热套[3-2]组成，直管[3-1]位于多孔陶瓷管[2]管腔内部分外面包绕有由绝热耐火材料制成的绝热套[3-2]，以减少热能损失，直管[3-1]同固定罩[5]之间的连接是气密且可活动的，以便于调整直管[3-1]位于多孔陶瓷管[2]管腔内的长度，本实施例直管[3-1]长度为120～140mm，管内径35～40mm;
d、反流罩[4]，由金属材料冲压成型，其顶部中有一锥尖向内的分流园锥[4-1]，起反流、分流、均匀分布作用，其上有供固定螺丝[8][9]通过的小孔，内壁可抛光或/和镀膜处理，以增强反辐射作用，减少热量损失;
e、固定罩[5]，由金属材料冲压成型，其上有供固定螺丝[8][9]通过的小孔和中心部供直管[3-1]通过的大孔，起固定和密封作用;
f、绝热密封垫[6][7]，由绝热耐火材料制成，位于多孔陶瓷管[2]两端与反流罩[4]和固定罩[5]之间，起绝热密封作用，本实施例中其厚度为10mm，矿棉。
g、固定螺丝[8][9]，为实心杆状或空心管状。由金属材料制成，起固定和密封连接作用，本实施例采用直径为3mm钢质材料制成。
h、风门[11]和喷嘴[10]，按具体需要选取，本实施例如图1所示，喷嘴[10]孔径1.5mm～2mm。
(二)环套形换热器由内套[12]，外套[13]，进水管[14]、出水管[15]。耐热密封环[16][17]、密封盖[18][19]、隔热套[20]组成，其特征是a、内套[12]呈环套形套在多孔陶瓷管[2]外侧面和金属丝网罩[1]组成的燃烧辐射面外面，由纯铜或纯铝或不锈钢制成，其上有一观察窗[12-1]由透明耐火材料制成，其内侧面上有大量纵行排列的肋片[12-2]，为直片状或弧形片状并与内侧面垂直或倾斜成一定角度，内套[12]壁也可为纵向排列的波浪形，波谷或/波峰上可有纵行肋片[12-2]，其上可连接有进水管[14]或/和出水管[15]，其横剖面结构见图4a、图4b、图4c、图4d所示，起吸热换热作用，本实施例采用直片状肋片，肋片[12-2]厚1mm，宽1.5mm，长22～24mm，肋片间距3～4mm，纯铜压铸或焊接制成。
b、外套[13]呈环套状套在内套[12]外面，由塑料或金属等材料制成，其上可置有进水管[14]和出水管[15]，如系非透明材料制成应有观察窗[13-1]与观察窗[12-1]对应，两端有供密封连接的凹槽或螺纹等结构，本实施例由塑料制成，进水管[14]和出水管[15]整体注塑成型在外套上，如图1所示;
c、耐热密封环[16][17]由耐热合成橡胶或天然橡胶制成，与由塑料或金属材料制成的密封盖[18][19]在内套[12]和外套[13]二端形成气密、耐热、抗压和易于开闭的连接，本实施例耐热密封环[16][17]由合成耐热橡胶制成，密封盖[18][19]由耐热热凝塑料制成，采用粘接和螺纹坚固加压等形式密封由内套[12]外侧表面和外套[13]内侧表面围成的环形贮水加热腔，如图1所示;
d、隔热套[20]，呈环套形位于内套[12]上端肋片[12-2]内缘内侧，起防止辐射热能散失和增加对流换热的作用，如图1所示;
(三)水流和燃气调控系统，如图5所示，本实施例长明小火置于管形无焰燃烧器金属丝网罩[1]下端，见图1所示，调控装置同管形无焰燃烧器和环形换热器分置，悬挂固定装置按需设置。
以下为本发明整体特征a、肋片[12-2]与金属丝网罩[1]之间互不接触，肋片[12-2]总面积为内套[12]内侧面面积的10～15倍;
b、内套上端超出绝热密封垫[6]上缘60～100mm，下端超出绝热密封垫[7]下缘30～50mm;
c、管形无焰燃烧器燃烧时空气过剩系数为1～1.5，一氧化碳排出量≤10ppm，噪音≤40分贝;
d、环套形换热器上下两进出气口在保持气流畅通的同时，尽量减少辐射热能散失，而且利用烟筒效应，从下端吸进空气供二次燃烧使用;
本实施例在充分燃烧时一氧化碳排出量≤10PPm，噪音≤40分贝，热效率≥90%。
本发明同现有流水式燃气热水器相比所具有的显著优点是1、热效率高≥90%，节能显著;
2、热负荷大，可满足各种需要;
3、结构简单，零部件少，取材方便，易于工业化生产，成本低;
4、体积小，重量轻，易于运输和贮存，节省中间费用;
5、噪音小，抗风性能好，一氧化碳排出量少，安全卫生;
6、易除水垢，易维修，使用寿命长;
7、外形多样，易于造型和美学装饰;
8、应用范围广，可按各种不同需要组成系列产品;
9、管形无焰燃烧器还可用于工业加热和民用炉具。
权利要求
1.一种由管形无焰燃烧器，环套形换热器，水流和燃气调控系统组成的流水式无焰燃气热水器，其特征是管形无焰燃烧器的多孔陶瓷燃烧芯体为管形结构，管壁外侧面上有金属丝网罩环绕为燃烧辐射面，该面由金属内套和同时也是热水器外壳的塑料外套组成的环套形换热器包绕。
2.按权利要求1所规定的流水式无焰燃气热水器，其中管形无焰燃烧器由金属丝网罩[1]、多孔陶瓷管[2]、混气管[3]、反流罩[4]、固定罩[5]、绝热密封垫[6][7]、固定螺丝[8][9]、喷嘴[10]、风门[11]组成，其特征是a多孔陶瓷管[2]为管形结构，由燃气远红外辐射陶瓷材料制成，其管腔内置有混气管[3]，管壁外侧面上有金属丝网罩[1]环绕为燃烧辐射面，管壁横剖面为圆环形或等边环形，壁上有大量蜂窝样穿通性小孔[2-1];b金属丝网罩[1]为螺旋管形网罩或平面网形网罩，由金属合金丝制成;c混气管[3]由直管[3-1]、绝热套[3-2]组成，直管[3-1]一部分位于多孔陶瓷管[2]管腔内，其外有绝热套[3-2]包绕;d反流罩[4]顶部有一锥尖向内的分流圆锥[4-1];e多孔陶瓷管[2]两端借助绝热密封垫[6][7]和固定螺丝[8][9]与反流罩[4]、固定罩[5]之间形成气密绝热连接。
3.按权利要求1所规定的流水式无焰燃气热水器，其中环套形换热器由内套[12]、外套[13]、进水管[14]、出水管[15]、耐热密封环[16][17]、密封盖[18][19]、隔热套[20]组成，其特征是a内套[12]呈环套形套在金属丝网罩[1]外面，由纯铜或纯铝制成，其上有观察窗[12-1]并可连接进水管[14]或/和出水管[15]，其内侧面上有大量纵行排列的肋片[12-2]，为直片状或弧形片状并与内侧面垂直或倾斜成一定角度，，内套[12]壁也可为纵向排列的波浪形，波谷或/和波峰上可有纵行肋片[12-2];b外套[13]呈环套形套在内套[12]外面，由塑料或金属等材料制成，其上可置有进水管[14]或/和出水管[15]，如系非透明材料制成应有观察窗[13-1]与观察窗[12-1]对应;c内套[12]和外套[13]之间围成的环形空间为贮水加热腔，该腔两端由内套[12]、外套[13]借助密封盖[18][19]、耐热密封环[16][17]形成气密、耐热、抗压和易于反复开闭的连接。
4.按权利要求1、2、3所规定的流水式无焰燃气热水器，其特征是肋片[12-2]与金属丝网罩[1]之间互不接触，肋片[12-2]总面积为内套[12]内侧面面积的3～5倍，为多孔陶瓷管[2]外侧面面积的10～15倍。
5.按权利要求1、2、3所规定的流水式无焰燃气热水器，其特征是内套[12]上端超出绝热密封垫[5]上缘60～100mm，下端超出绝热密封垫[6]下缘30～50mm;
6.按权利要求1、2、3所规定的流水式无焰燃气热水器，其特征是环套形换热器上下两进出气口在保侍气流畅通的同时，尽量减少辐射热能散失，而且利用烟筒效应，从下端吸进空气供二次燃烧使用。
全文摘要
一种由管形无焰燃烧器，环套形换热器，流水及燃气调控系统组成的流水式无焰燃气热水器，其特征是管形无焰燃器的多孔陶瓷芯体为管形结构，管壁外侧表面有金属丝网罩环绕为燃烧辐射面，该面被金属内套和同时也是热水器外壳的塑料外套组成的环套形换热器包绕，其优点是热效率高、热负荷大、结构简单、体积小、重量轻、噪音小、防风性能好、一氧化碳生成极微、易除水垢、易于造型和表面美学装饰、取材方便、成本低、节能显著。
文档编号F24H1/26GK1058641SQ9010586
公开日1992年2月12日 申请日期1990年7月30日 优先权日1990年7月30日
发明者朱华 申请人:朱华