專利名稱：一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒氣體燃料的燃燒設(shè)備，特別涉及一種燃?xì)鉄崴鳌?br> 背景技術(shù)：
目前市場上銷售的燃?xì)鉄崴骶脷怏w燃料燃燒產(chǎn)生的熱能與水管進(jìn)行對流換熱，從而將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)樗臒犰?。對流換熱越大，則效率就越高，即同樣的熱能可將熱水溫度升得更高。為此，幾乎所有的熱水器都在水管外壁焊上了翅片，以加強(qiáng)對流換熱。然而，正是這一翅片，使現(xiàn)有熱水器體積較大。這是由于翅片不能與高溫燃燒氣體直接接觸，否則易燒坯，只能使翅片遠(yuǎn)離火焰的高溫區(qū)，這就增大了熱水器的體積。正如前面所提到的那樣，為了獲得較高的換熱率，就必須保持高的燃?xì)馑俣龋虼?，?dāng)高溫燃燒產(chǎn)物的部份熱能被水管吸收(變成熱水)后，這時燃燒產(chǎn)物的溫度(或煙溫)尚較高，為了使這部份燃燒產(chǎn)物的溫度(或煙溫)降下來達(dá)到排放要求(一般約為150℃～200℃)，就必須摻混大量的空氣才行。為此，現(xiàn)有的熱水器都是將部分空氣沿著熱水器內(nèi)壁面流動，這樣既可防止器壁的溫度過高，又可用來與較高溫度的燃燒產(chǎn)物(煙氣)混合，使之達(dá)到排煙溫度的要求。這樣，從表面上看，排煙溫度符合要求，NOX的排放量又較低，似乎滿足了要求。但是，用這種方式來降低排煙溫度，其效率極低，NOX排放量也較高。這是因為雖然排煙溫度降到了要求，但其中O2含量將大大增加。根據(jù)排煙中的氧含量可容易地算得這時的空氣過量系數(shù)。盡管用了大的空氣過量系數(shù)可降低NOX，但在計算NOX排放量時，必須將它折算到6％的O2濃度，這樣NOX在煙氣中的含量又增加了。據(jù)本發(fā)明人對一臺實(shí)驗室用的家庭熱水器的測定結(jié)果，其過量空氣系數(shù)為1.7，NOX為183ppm(6％O2濃度)，其效率為≤80％，低于國家規(guī)定的熱水器效率應(yīng)大于80％的標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，將以往以對流為主的傳熱方式轉(zhuǎn)化成以導(dǎo)熱、輻射為主的傳熱方式，從而可有效減小熱水器的體積，提高熱效率和降低NOX的排放。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，包括燃燒室及熱水器外殼，所述燃燒室?nèi)設(shè)有加熱水管，該燃燒室下部設(shè)有燃燒器、一次風(fēng)入口和燃?xì)馊肟?，其特征在于在燃燒器預(yù)混火焰上部布置有多孔陶瓷板，該陶瓷板上敷有多孔陶瓷材料，所述的加熱水管直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器。
本發(fā)明所述的多孔陶瓷換熱器可采用上下兩級，并在下一級多孔陶瓷換熱器中的加熱水管上部的燃燒室壁面上設(shè)有二次風(fēng)入口。
本發(fā)明的技術(shù)特征還在于在所述的燃燒室壁面的外側(cè)設(shè)有螺旋式的冷水預(yù)熱管，該預(yù)熱管的出口與加熱水管的進(jìn)口相連通。
在上述方案的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高燃燒器的熱效率，在所述燃燒室與熱水器外殼之間設(shè)有隔熱板；并在所述的燃燒室壁面的內(nèi)側(cè)涂有耐熱材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果現(xiàn)有的燃?xì)鉄崴?，其燃燒溫度高達(dá)1500℃～1600℃，因此其NOX排放量較高，一般達(dá)200ppm。本發(fā)明采用的多孔陶瓷換熱器將以往以對流為主的傳熱方式轉(zhuǎn)化為多孔陶瓷的輻射、導(dǎo)熱為主的換熱方式，即實(shí)現(xiàn)了“鍋中有爐，爐中有鍋”的變革，不僅大大提高了燃燒器的傳熱效率，而且體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。在這種換熱方式下，氣流速度不是越快越好，而是要較慢，這樣可以使未燃?xì)怏w在多孔陶瓷中充分燃燒，將氣體的熱能充分地傳給多孔陶瓷，使多孔陶瓷的溫度提高。而將水管埋在高溫多孔陶瓷中，其等效輻射傳熱(輻射+氣體對流+多孔陶瓷導(dǎo)熱)比傳統(tǒng)熱水器的對流換熱大得多，強(qiáng)化了傳熱，因此它是真正的高效、低污染的熱水器。同時由于在燃燒和換熱段增加了二次風(fēng)，使其空氣過量系數(shù)等于或略高于1，這樣既提高了熱效率，又實(shí)現(xiàn)了低NOX排放的目的。本發(fā)明還可用于燃?xì)忮仩t。


圖1為本發(fā)明提供的采用上下兩級多孔陶瓷換然器的燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的帶有冷水預(yù)熱管的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明提供的在燃燒室與熱水器外殼之間設(shè)有保溫材料的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-燃燒室；2-熱水器外殼；3-燃燒室壁面；4-燃燒器；5-次風(fēng)進(jìn)口；6-燃?xì)膺M(jìn)口；7-預(yù)混火焰；8-多孔陶瓷板；9-多孔陶瓷材料；10-加熱水管；11-二次風(fēng)入口；12-冷水進(jìn)水管；13-熱水出水管；14-保溫材料；15-冷水預(yù)熱管；16-預(yù)熱管進(jìn)口；17-預(yù)熱管出口；18-隔熱板；19-耐熱材料。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過程及實(shí)施方式。
圖1為本發(fā)明提供的采用兩級多孔陶瓷換熱器的燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。包括燃燒室1和熱水器外殼2，在燃燒室1下部設(shè)有燃燒器4、一次風(fēng)入口5和燃?xì)膺M(jìn)口6，在燃燒器上部即預(yù)混火焰7的上面布置有多孔陶瓷板8，該陶瓷板上設(shè)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％。加熱水管10直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器；加熱水管10可采用螺旋管或直管。多孔陶瓷換熱器可采用一級，為進(jìn)一步提高熱水器的熱效率，可采用上下兩級布置。采用兩級換熱器時，可在第一級陶瓷換熱器加熱水管上部的燃燒室壁面上設(shè)置二次風(fēng)口11。為了提高熱水器的熱效率，在燃燒室壁面3與外殼2之間設(shè)有泡沫棉或石棉等保溫材料14，同時還可在所述的燃燒室壁面的內(nèi)側(cè)涂有耐熱材料，例如采用耐火水泥。
本發(fā)明的另一種實(shí)施例是在燃燒室壁面的外側(cè)設(shè)有螺旋式的冷水預(yù)熱管，該方案是使進(jìn)入多孔陶瓷換熱器的冷水由預(yù)熱管進(jìn)口16進(jìn)入，經(jīng)纏繞在燃燒室壁面外側(cè)的冷水預(yù)熱管15預(yù)熱后，再由預(yù)熱管出口17流出，然后經(jīng)冷水進(jìn)水管12分別進(jìn)入陶瓷換熱器的加熱水管內(nèi)。
該技術(shù)方案還可在熱水器外殼與燃燒室壁面之間設(shè)置隔熱板18。該隔熱板可采用不銹鋼板或其他金屬板。
熱水器運(yùn)行時，天然氣由燃?xì)馊肟?進(jìn)入，空氣由一次風(fēng)入口5進(jìn)入燃燒器4，點(diǎn)火后形成預(yù)混火焰7。由于其過量空氣系數(shù)＜1，所以其燃燒溫度不高，一般在1200℃～1400℃，因此Nox排放量很低。煙氣經(jīng)與第一級陶瓷換熱器中的加熱水管換熱后，溫度下降，這時可通過設(shè)置在燃燒室壁面上的二次風(fēng)口11補(bǔ)入二次風(fēng)繼續(xù)燃燒，未完全燃燼的燃料可在進(jìn)入第二級多孔陶瓷換熱器中繼續(xù)燃燼。燃燒后的煙氣由煙鹵口排出，其煙溫約在150℃～200℃左右。冷水通過冷水進(jìn)水管12分別進(jìn)入上下兩級的陶瓷換熱器內(nèi)的加熱水管內(nèi)，加熱后的熱水分別通過熱水出水管13流出。
實(shí)施例按本發(fā)明的技術(shù)方案設(shè)計了一臺試驗用的多孔陶瓷熱水器，其給定與測定的參數(shù)如下水流量Q水＝100kg/h，天然氣流量Q天然氣＝0.43～0.54m3/h天然氣熱值H天然氣＝33440(KJ/m3)，過量空氣系數(shù)α＝1.1～1.5排煙溫度t煙＝150～200℃，水的進(jìn)口溫度t進(jìn)口＝25℃水的出口溫度t出口＝45～56℃，水的比熱Cp水＝4.18KJ/kg·K圖1測量結(jié)果

由此可見，多孔陶瓷熱水器具有高的熱效率及很低的NOX排放量，這對用戶十分有利，它可節(jié)省所用天然氣，從而節(jié)省開支。熱水器幾乎每家都有，其每年的NOX排放量相當(dāng)可觀。若每臺熱水器其NOX排放都只有40～50ppm，則每年NOX至少降低100倍，這對清潔環(huán)境意義十分重大。
權(quán)利要求
1.一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，包括燃燒?1)及熱水器外殼(2)，所述燃燒室內(nèi)設(shè)有加熱水管(10)，該燃燒室下部設(shè)有燃燒器(4)、一次風(fēng)入口(5)和燃?xì)馊肟?6)，其特征在于在燃燒器預(yù)混火焰(7)的上部布置有多孔陶瓷板(8)，該陶瓷板上敷有多孔陶瓷材料(9)，所述的加熱水管(10)直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器。
2.按照權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，其特征在于所述的多孔陶瓷換熱器采用上下兩級，在第一級多孔陶瓷換熱器中的加熱水管上部的燃燒室壁面(3)上設(shè)有二次風(fēng)入口(11)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，其特征在于在所述燃燒室的壁面外?cè)設(shè)有螺旋式的冷水預(yù)熱管(15)，該預(yù)熱管的出口(17)與加熱水管的進(jìn)口(12)相連通。
4.按照權(quán)利要求3所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，其特征在于在所述燃燒?1)與熱水器外殼(2)之間設(shè)有隔熱板(18)。
5.按照權(quán)利要求4所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，其特征在于在所述的燃燒室壁面的?nèi)側(cè)涂有耐熱材料(19)。
6.按照權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，其特征在于在所述燃燒?1)與熱水器外殼(2)之間設(shè)有保溫材料(14)。
7.按照權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鳎涮卣髟谟谒龅募訜崴懿捎弥惫芑蚵菪堋?br> 全文摘要
一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?，涉及一種燃燒氣體燃料的燃燒設(shè)備。本發(fā)明的主要技術(shù)特征是將加熱水管直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器，且采用上下兩級布置，同時在第一級多孔陶瓷換熱器中的加熱水管上部的燃燒室壁面上設(shè)有二次風(fēng)入口。該熱水器將以往以對流為主的傳熱方式轉(zhuǎn)化為多孔陶瓷的輻射、導(dǎo)熱為主的換熱方式，即實(shí)現(xiàn)了“鍋中有爐，爐中有鍋”的變革，不僅大大提高了燃燒器的傳熱效率，而且體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。比傳統(tǒng)熱水器的對流換熱大得多，其空氣過量系數(shù)等于或略高于1，既提高了熱效率，又實(shí)現(xiàn)了低NO
文檔編號F24H9/18GK1570505SQ20041003419
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者傅維鑣 申請人:傅維鑣