專利名稱：天然氣容積式熱(沸)水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是使用天然氣的容積式熱(沸)水器，它是供熱設(shè)備，屬供熱及傳熱技術(shù)領(lǐng)域。
在現(xiàn)有技術(shù)中，目前燃用氣體燃料的容積式(又稱儲(chǔ)熱式)熱水器比較陳舊，普遍采用大氣式管式燃燒器，品種單一，式樣老化，鑄鐵制造，耗工耗鐵量多，使用效果亦不太理想，而多數(shù)沿用火管或水管類燃煤鍋爐的結(jié)構(gòu)，爐體笨重，外觀粗糙，一般采用間隙進(jìn)水、出水，人工點(diǎn)火，功能單一，只能生產(chǎn)熱水或只能生產(chǎn)開(kāi)水。為改進(jìn)傳熱有的加裝了內(nèi)插物(如螺旋板、扭帶等)，使排煙溫度有所降低。但是普遍存在耗能多、熱效率低，據(jù)調(diào)查一般的使用情況，其熱效率在70％左右，有的還達(dá)不到60％。
參考資料1.燃?xì)馊紵c應(yīng)用同濟(jì)大學(xué)等四院校編1984，建工出版；2.高效節(jié)能自動(dòng)燃?xì)忾_(kāi)水爐北京市公用事業(yè)科研所 朱楚林 胡國(guó)深、煤氣與熱力雜志1989.2。
3.Imvestigation of Turbulators for FireTube Boiles G.H Junkhan，A.E Bergles Transaction of the ASME 354／vol 107 MAy1985。
本實(shí)用新型的目的，由于近年來(lái)隨著燃?xì)饣娜找姘l(fā)展，生活水平不斷提高和改善。上述老的容積式熱水器已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，為了滿足一些招待所、旅游飯店、學(xué)校、機(jī)關(guān)、幼兒院、醫(yī)院病房等飲用開(kāi)水和供給洗滌沐浴用熱水，并為20～200米2的小型溫室、公寓住戶及家庭供熱采暖，特開(kāi)發(fā)了一種使用天然氣的熱(沸)水器。
本實(shí)用新型的內(nèi)容天然氣容積式熱(沸)水器由大氣式園盤(pán)燃燒器①、內(nèi)螺紋管②和Z型帶內(nèi)插物③組合成復(fù)合強(qiáng)化傳熱煙管、內(nèi)水筒④、開(kāi)水桶⑤、保溫層⑥、外護(hù)殼⑦、匯煙罩防風(fēng)帽、浮球水箱及出水管道⑩和進(jìn)水管道⑾構(gòu)成天然氣熱(沸)水器，并配有連續(xù)自動(dòng)翻開(kāi)水和使用截止閥調(diào)節(jié)自來(lái)水流量供應(yīng)熱水的組合管道系統(tǒng)，采用高熱阻的保溫層和保護(hù)外殼，制作成八棱柱或其他外型，并可制成系列產(chǎn)品。本熱(沸)水器的總體設(shè)計(jì)(如


圖1)由以下四個(gè)主要部份構(gòu)成一、燃燒裝置采用了大氣式園盤(pán)燃燒器，外形與一般文丘里管引射式燃燒器不一樣。但其工作原理基本相同，仍屬引射式大氣燃燒器。它由噴咀及上下園盤(pán)組成。工作時(shí)，一定工作壓力的天然氣通過(guò)噴咀加速，形成一股高速的紊動(dòng)射流。穿過(guò)周圍靜止的空氣時(shí)，由于存在很大的速度梯度，卷吸周圍的空氣。另一方面燃?xì)馍淞髯矒舻綀@盤(pán)燃燒器上盤(pán)的下凹形球面上，轉(zhuǎn)折90度，徑向流向四周，變成薄盤(pán)形氣流。在上、下園盤(pán)間隙中，燃?xì)馀c吸入的空氣經(jīng)充分混合、減速、擴(kuò)壓，在園盤(pán)周邊上以一定的徑向速度，從火孔噴出，與二次空氣邊擴(kuò)散混合、邊燃燒，形成一園環(huán)形的蘭色火焰。如附圖2所示。
在這種園盤(pán)燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有所創(chuàng)新，如1.取消一次風(fēng)的調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu)，固定一次空氣系數(shù)a1，控制噴咀與園盤(pán)的距離S及園盤(pán)結(jié)構(gòu)尺寸——下園盤(pán)入口直徑d、上盤(pán)下凹高度T、上下園盤(pán)間隙b，實(shí)現(xiàn)射流卷吸作用，獲得固定的卷吸量，從而可以省掉調(diào)風(fēng)裝置，不用調(diào)風(fēng)，也就不存在因調(diào)風(fēng)操作失調(diào)，而造成的偏離最佳燃燒工況的現(xiàn)象，此外，由于大氣式燃燒器具有的自動(dòng)調(diào)節(jié)特性，可以采取優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定a1與結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，可保持優(yōu)良的燃燒工況。
2.利用撞擊式吸風(fēng)結(jié)構(gòu)和上下園盤(pán)間隙通道代替引射器混合管，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。由噴咀出來(lái)的射流，卷吸了設(shè)定的一次空氣量之后，撞擊到園盤(pán)靶上，由于氣流的貼附作用，使氣流沿球面折轉(zhuǎn)90度，徑向流入園盤(pán)通道，在流動(dòng)中流速減小、靜壓上升，燃?xì)馀c空氣充分混合。勿須專門(mén)設(shè)置混合擴(kuò)壓管。
以上兩點(diǎn)大大簡(jiǎn)化了燃燒器的結(jié)構(gòu)和制造工藝，使體積縮小、結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧、耗金屬少、安裝維修方便，但對(duì)制造和安裝的精度提出了較高的要求，又因氣流發(fā)生撞擊、轉(zhuǎn)向，其能量損失增加，使引射能力受到一定的影響。
3、采取三種措施以防脫火。因天氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊停饦O限范圍窄。故防止脫火特別重要。在園盤(pán)燃燒器上采取三種措施，使其具有良好的燃燒穩(wěn)定性，這三項(xiàng)措施是①采用大直徑的橢園火孔和小的火孔間距，保持較低的氣流速度，同時(shí)，在制作上保證上、下園盤(pán)火孔處近似線接觸，增強(qiáng)了火焰間的相互作用；②上園盤(pán)園周邊上的突緣，產(chǎn)生局部回流氣流，發(fā)揮火蓋的穩(wěn)焰作用；③下園盤(pán)園周邊上的突緣。又阻止冷空氣對(duì)火焰根部的沖刷冷卻，這一點(diǎn)對(duì)由從燃燒器下面進(jìn)風(fēng)的容積式熱水器的燃燒室特別有效。
此外，在熱水器中使用園盤(pán)燃燒器時(shí)，還需配置自動(dòng)點(diǎn)火、熄火保護(hù)以及調(diào)節(jié)閥等組件。因它們都是常規(guī)的元件，故勿須贅述，圖上也未繪出。
二、本體結(jié)構(gòu)1、立式煙管。利用自然通風(fēng)的作用，引入空氣、排出煙氣。這種通風(fēng)方式，具有不用風(fēng)機(jī)、不耗電能、投資省、運(yùn)行費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)，很適合小容量容積式熱水器。又因園柱形水容器的容量大、周邊小，故在焊接加工時(shí)，能省工省料。因此，對(duì)本體受熱面結(jié)構(gòu)采用自然通風(fēng)立式煙管內(nèi)水筒組合。
園柱型內(nèi)水筒，由厚度為3毫米的薄鋼板卷制、焊接而成，其內(nèi)放置豎直的煙管11根。本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將內(nèi)水桶上的中段直徑適當(dāng)減小，以減少容水量，實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)，盡快生產(chǎn)出開(kāi)水。內(nèi)水桶的下段直徑，配合燃燒器組成燃燒室的要求，并接受輻射換熱。再下部是支承架，承載熱水器本體，保持一定高度形成燃燒室?？諝庥伤谋诎宓撞窟M(jìn)入燃燒室。
2.高溫?zé)煔饬鬟^(guò)立式煙管內(nèi)，將熱能傳給水，組成對(duì)流受熱面。選取較高煙氣流速，增加放熱系數(shù)，可減少受熱面，但氣體流動(dòng)的阻力增大，要求機(jī)械通風(fēng)。對(duì)于自然通風(fēng)的容積式熱(沸)水器不宜采用。故本設(shè)計(jì)采用較低煙氣速度。同時(shí)采用復(fù)合強(qiáng)化傳熱措施，保持較大的傳熱系數(shù)。具體辦法是采用內(nèi)螺紋管作煙管(如圖5所示)，實(shí)踐證明它比光管的傳熱效果好，同時(shí)在內(nèi)螺紋管內(nèi)插入Z型帶，組成復(fù)合強(qiáng)化方式，可使對(duì)流放熱系數(shù)增大到2倍以上。Z型帶如圖4所示。其構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工制造均較內(nèi)插麻花鐵、螺旋片、三維波形板等簡(jiǎn)易，且紊流擾動(dòng)強(qiáng)烈，一般可使傳熱系數(shù)增大135～175％，最大可達(dá)175～285％。
本設(shè)計(jì)采用了螺紋管與Z型帶內(nèi)插物兩種擾流手段達(dá)到復(fù)合強(qiáng)化，而且聯(lián)合增強(qiáng)擾流，兩者的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)一致，節(jié)距不同。經(jīng)復(fù)合強(qiáng)化傳熱后，使排煙溫度降低到125℃左右。實(shí)現(xiàn)熱效率大于30％的好效果。復(fù)合擾流勢(shì)必增大流動(dòng)阻力，但在立式煙管內(nèi)流阻加大，可抑制自然通風(fēng)抽力，減少空氣的引入量，對(duì)降低煙氣里的過(guò)量空氣系數(shù)有利，固有的缺點(diǎn)在本設(shè)計(jì)中變成調(diào)節(jié)空氣量減小排煙過(guò)量空氣的有利因素，亦是本設(shè)計(jì)新穎之點(diǎn)。另外，傳熱學(xué)研究指出，管徑小傳熱系數(shù)有所提高，同時(shí)，減小管徑可以降低每平方米對(duì)流受熱面的金屬耗量，但同樣的煙氣流速下，而小管徑又會(huì)使流動(dòng)阻力增加，綜上述本設(shè)計(jì)采用φ51×3～φ63×3毫米以下的無(wú)縫鋼管。
3.開(kāi)水桶。由厚度為2～3毫米的薄鋼板焊接到內(nèi)水筒的外壁上，可制作成園筒外型，也可以呈八角棱柱形。容納一定量開(kāi)水，其容量決定于高度，頂端設(shè)有溢流放氣孔，下前方裝有放水考克和水位指示。
4.內(nèi)水筒的下部有進(jìn)水口，頂部設(shè)置放氣孔和出水口，頂部還設(shè)有匯集煙氣的排煙罩和防風(fēng)帽。
三、給水系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)包括沸水系統(tǒng)和熱水系統(tǒng)兩部分組合，如附圖3所示。
1.沸水系統(tǒng)。由重力式自動(dòng)翻水原理組成管道系統(tǒng)連續(xù)供應(yīng)開(kāi)水。裝有浮球閥的水箱底部引出的連接管，將水導(dǎo)入熱水器本體下部，形成水的連通器。高溫?zé)煔鈱⑺訜岬椒序v溫度，由于左右兩側(cè)水的密度不同，出現(xiàn)重力差，發(fā)生水的流動(dòng)，保持水箱中的水具有一定的高度，就能連續(xù)自動(dòng)翻出開(kāi)水。實(shí)際上選用的管徑、走向、連接方式不同，可按流體力學(xué)原則確定兩側(cè)的水位高度，本設(shè)計(jì)選用φ20～25毫米的自來(lái)水管和最少的轉(zhuǎn)彎，使兩側(cè)的水位高度一致。隨季節(jié)性進(jìn)水溫度變化，用浮球加重法調(diào)節(jié)水位，保證翻出開(kāi)水。
2.當(dāng)用戶需要熱水作熱源供應(yīng)采暖、溫室或洗淋時(shí)，則用熱水供應(yīng)管道系統(tǒng)。此時(shí)應(yīng)先關(guān)閉自動(dòng)翻水系統(tǒng)的閥門(mén)，調(diào)節(jié)一般截止閥(130)控制進(jìn)水量，由閥門(mén)(140)輸出熱水。天然氣燃燒放熱不變，熱水器本體傳過(guò)的熱量也幾乎不變，因此如進(jìn)水量大，則出水的溫度低，反之，則可得到較高溫度的熱水。
四、保溫及外形設(shè)計(jì)。原有的容積式熱水器多為園柱體外形，筒體外表面和一些接管外露，外觀雜亂，不加保溫，使熱損失增加、耗能增加。本設(shè)計(jì)在熱水器本體結(jié)構(gòu)組合的外表面上，用高熱阻值的保溫材料作涂抹保溫層，保持外表面溫度小于45℃，還在保溫層外用薄鋼板制作護(hù)殼，保護(hù)內(nèi)部，制成八角棱柱外殼，具有立體感、富有裝飾性，美觀大方。增加保溫層和護(hù)殼，可以延長(zhǎng)開(kāi)水保溫時(shí)間，方便飲用。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)或積極效果一、技術(shù)性能和功能1.額定輸入熱量14KW(1.2萬(wàn)大卡／小時(shí)，重慶天然氣1.42標(biāo)米3／小時(shí))2.額定燃?xì)鈮毫?00Pa(200mmH2O)
3.熱效率30～82％以上4.沸水容量601(60公斤)5.容水量551(55公斤)6.燒開(kāi)水時(shí)間35～45分鐘7.產(chǎn)水率(按20℃進(jìn)水)100℃的沸水120公斤／小時(shí)70℃的熱水200公斤／小時(shí)45℃的熱水390公斤／小時(shí)8.可供150～200米2房屋采暖；供應(yīng)100人飲用開(kāi)水供應(yīng)2～3人洗浴9.自動(dòng)點(diǎn)火、熄火保護(hù)10.排煙溫度Tpy＜140℃排煙中COa＝1＜0.10％11.自然引風(fēng)，不消耗電能12.使用熱(沸)水器的噪音小于60分貝13.八棱柱體外形高×寬×深＝1640×500×500mm3二、上述數(shù)據(jù)為生產(chǎn)量100公斤／小時(shí)的性能指標(biāo)，本熱(沸)水器是系列產(chǎn)品，其系列為50、100、200、300、500公斤／小時(shí)，方便用戶選用。
附圖及圖面說(shuō)明
附
圖1為天然氣熱(沸)水器總裝圖，其中序號(hào)1園盤(pán)燃燒器、2內(nèi)螺紋管、3Z型帶內(nèi)插物、4內(nèi)水筒、5開(kāi)水桶、6保溫層、7外護(hù)殼、8匯煙罩防風(fēng)帽、9浮球水箱、10出水管道、11進(jìn)水管道。
附圖2為大氣式園盤(pán)燃燒器結(jié)構(gòu)圖，其中序號(hào)12噴咀、13托板、14下園盤(pán)、16上園盤(pán)、15火孔。
附圖3為給水管道系統(tǒng)圖，圖中閥門(mén)150、130、120、140，均為截止閥，閥門(mén)100為浮球閥，160排污閥，170與180為放氣閥，190為放水考克。工作時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)150、110、170、180、120，經(jīng)浮球水箱100送進(jìn)自來(lái)水，由120翻出開(kāi)水，存入開(kāi)水筒，由190放出供用，如需供應(yīng)熱水，則打開(kāi)閥門(mén)150、130送入自來(lái)水、打開(kāi)140送出熱水，其余閥門(mén)關(guān)閉，并調(diào)節(jié)130控制流量，可得到不同溫度的熱水。
附圖4為Z形帶，圖中P節(jié)距、W帶寬(＝H／2)、H帶高(＝管內(nèi)徑)、δ帶厚、γ25度(帶折角)。
附圖5為內(nèi)螺紋管，圖中P螺距、D外徑、δ壁厚、T槽深、B槽寬。
附圖6為天然氣熱(沸)水器外形圖。
實(shí)現(xiàn)方式采用焊接、壓制、及一般的機(jī)加工，即能完成各個(gè)部件的加工制作，再由鉗工在工廠內(nèi)組裝即成，一般技術(shù)工人能夠?qū)崿F(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)方式采用焊接、壓制、及一般的機(jī)加工，即能完成各個(gè)部件的加工制作，再由鉗工在工廠內(nèi)組裝即成，一般技術(shù)工人能夠?qū)崿F(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種天然氣容積式熱(沸)水器，其特性是由大氣式圓盤(pán)燃燒器1、內(nèi)螺紋管2和Z型帶內(nèi)插物3組成復(fù)合強(qiáng)化傳熱煙管、內(nèi)水筒4、開(kāi)水桶5、保溫層6、外護(hù)殼7、匯煙罩防風(fēng)帽、浮球水箱及出水管道10和進(jìn)水管道11構(gòu)成天然氣容積式熱(沸)水器，并配有連續(xù)自動(dòng)翻開(kāi)水和使用截止閥調(diào)節(jié)自來(lái)水流量供應(yīng)熱水的組合管道系統(tǒng)，采用高熱阻的保溫層和保護(hù)外殼，制作成八棱柱或其它外形。
2.如權(quán)利要求1所述的熱(沸)水器，其特征是大氣式圓盤(pán)燃燒器由噴咀12、托板13、下圓盤(pán)14、上圓盤(pán)16及火孔15構(gòu)成，用托板連成一體，圓盤(pán)用鍍鋅鐵板壓制、鉚接。
3.如權(quán)利要求1所述的熱(沸)水器，其特征是復(fù)合強(qiáng)化傳熱煙管用φ51×3～φ63×3的單或雙頭螺紋管11根，并在每根管內(nèi)插入Z型帶，其Z形帶的寬度為管子內(nèi)徑的二分之一，厚度為1～1.5毫米，用鋼板折成，螺紋管與Z型帶旋流的方向相同、節(jié)距不同。
4.如權(quán)利要求1所述的熱(沸)水器，其特征是煙道、內(nèi)水筒、開(kāi)水桶其壁可用鋼板材、不銹鋼板材或鋁材制作。
5.如權(quán)利要求1所述的熱(沸)水器，其特征是組合管道系統(tǒng)由浮球水箱、連接管道和閥門(mén)及內(nèi)水筒組成。
專利摘要本實(shí)用新型的名稱為天然氣容積式熱(沸)水器，屬供熱及傳熱技術(shù)領(lǐng)域，鑒于目前燃用氣體燃料的容積式(又稱儲(chǔ)熱式)熱水器比較陳舊，本實(shí)用新型的主要技術(shù)特征是設(shè)置了大氣式圓盤(pán)燃燒器，保持穩(wěn)定地?zé)o污染的燃燒，用立式螺紋管作排煙管，在管內(nèi)插入Z型帶，組成內(nèi)水筒實(shí)現(xiàn)復(fù)合強(qiáng)化傳熱，熱效率較高，能直流式供應(yīng)40～90℃的熱水及100℃開(kāi)水，并可制成系列產(chǎn)品，適用于賓館、機(jī)關(guān)、餐廳等單位，用熱水洗滌或熱源供采暖，或飲用開(kāi)水。
文檔編號(hào)F24H1/22GK2057733SQ8921310
公開(kāi)日1990年5月30日 申請(qǐng)日期1989年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月25日
發(fā)明者李紹雄, 馬孝聰, 馬新, 張道明, 喻強(qiáng), 王昌貴 申請(qǐng)人:重慶建筑工程學(xué)院