CN2842210Y - 一种高效换热的全预混燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能实现高效换热并具有冷凝效果的全预混燃烧系统，由热交换器、圆柱形外壳体、燃烧器、全预混装置、上部封盖、下部封盖等组成。热交换器置于壳体内侧，并穿过外壳下端和上端分别引出进出水接口，燃烧器置于热交换器中部，全预混装置与燃烧器连接，为燃烧器提供全预混的空燃气，下部封盖上设有排烟管接口和冷凝水接桶接口用于联接排烟管和冷凝水接桶。本实用新型为家用燃气热水器和两用锅炉提供了一套能实现全预混燃烧方式并具有冷凝效果的燃烧换热系统。该燃烧换热系统运用到家用燃气热水器和两用锅炉中使其具有燃烧更完全、燃烧产生的CO、NOx等有害气体含量低、整机热效率显著提高等特点，既有效节约能源，又降低环境污染。

Description

一种高效换热的全预混燃烧系统

技术领域

本实用新型属于家电的燃气热水器和燃气两用锅炉领域，特别是涉及一种用于燃气热水器和燃气两用锅炉上能实现高效换热和全预混燃烧的系统。

技术背景

现有的家用燃气热水器和燃气两用锅炉的燃烧器一般普遍采用部分预混燃烧方式设计，这种部分预混燃烧方式与全预混燃烧方式比较存在一些不足：首先燃气在燃烧前只混合部分空气，燃烧时需二次空气补充，燃烧不完全；其次，它的过剩空气系数较大(一般为1.3-1.8)，燃烧火焰温度较低；另外，由于燃气的化学不完全燃烧，产生的CO，NOx等有害气体含量较高，不符合环保需求。在结构上，现有的热交换器普遍采用在直铜管上镶套换热片的方式吸收烟气热量，由于该种热交换器换热效率较低，只能吸收烟气中的部分显热而无法吸收烟气中的潜热，因此整机热效率一般低于85％(按燃气低热值计算)。从节能和环保两方面均存在一定的不足。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有家用燃气热水器和燃气两用锅炉整机热效率偏低以及因不完全燃烧而产生的CO、NOx等有害气体含量较高的不足，提供一种能实现高效换热和全预混燃烧并具有冷凝效果的系统，大幅度提高整机热效率，并显著降低烟气中CO、NOx等有害气体含量。

本实用新型高效换热的全预混燃烧系统的技术方案是：一种高效换热的全预混燃烧系统，包括壳体、置于壳体内的燃烧装置和点火装置，其特征在于：所述燃烧装置包括空气、燃气的全预混装置以及与该全预混装置相连通的燃烧器；所述燃烧器与壳体之间设有筒形热交换器，所述热交换器的上端和下端分别设有进水口和出水口。

所述热交换器由单管盘旋成螺旋状的圆柱形，所述单管上设有翅片。这种热交换器，在更有效吸收烟气显热的同时也吸收烟气中部分潜热，因而具有较高的换热效率并具有冷凝效果，同时具有较高耐腐蚀性能。

所述圆柱热交换器的上下两端与壳体之间设有隔热件，上下部隔热件采用陶瓷纤维材料压制而成，具有很好的隔热和环保效果。

所述空气、燃气的全预混装置包括燃气供给部分和设有空气入口的空气导入部分，燃气供给部分内的燃气喷嘴通过燃气通路与燃气入口相连通，燃气喷嘴、空气入口与由空气引射燃气的空气、燃气混合机构相连通。

所述空气、燃气混合机构包括混合腔、设置在混合腔内的风轮以及设置在混合腔外与风轮轴连接的电机；所述混合腔固定在燃气供给部分上，混合腔上设有空气与燃气的混合气出口。电机带动置于混合腔中的风轮以一定转速旋转产生高能量气流，在燃气供给部分中的燃气入口处由高能量的空气引射一定量的燃气进入混合腔完全预混后送入燃烧器中燃烧。

所述电机为直流无刷电机。由于采用空气引射燃气的全新方式，使得空气和燃气混合更加均匀充分，同时燃气量的大小随电机(既风轮)转速的变化而线性变化，可以很方便地通过控制电机转速来调节燃具热负荷大小。

作为本实用新型的进一步改进，所述燃烧器包括导气套、燃烧器外圈和燃烧器内圈，燃烧器外圈上设有若干火孔，燃烧器内圈设有若干分气孔，燃烧器外圈、燃烧器内圈与导气套的一端同轴固定连接有联接法兰，所述燃烧器外圈的另一端固定连接有封盖，所述联接法兰与空气、燃气的全预混装置的混合气出口相连接。燃气与空气完全预混和后由混合气出口经导气套进入燃烧器内，再经燃烧器内圈四周均匀分布的一定数量和大小的分气孔到达燃烧器外圈的燃烧器火孔上，点燃后稳定燃烧。这种新型燃烧器具有燃烧完全，化学不完全燃烧产生的CO，NOx等有害气体含量低，过剩空气少(α小于1.05)而燃烧火焰温度高等特点。

作为本实用新型的更进一步改进，所述壳体为筒状，上下两端分别设有上部封盖和下部封盖，所述上部封盖、下部封盖与隔热件之间设有密封件。所述上部封盖和下部封盖之间设有将上部封盖、下部封盖和壳体连接成一体的拉紧部件，所述拉紧部件设止两个或两个以上，通常可设置三个。

所述下部封盖上连接有冷凝水出口和排烟管接口。壳体采用板材卷接固定而成圆柱形，通常可采用铝合金，板材，使其具有重量轻和耐腐蚀性能。

本实用新型的有益效果在于，将空气、燃气全预混装置、适于全预混燃烧方式的燃烧器与高效的热交换器结合，并且通过隔热和密封，大幅度提高整机热效率，其热交换器在更有效吸收烟气显热的同时也吸收烟气中部分潜热，因而具有较高的换热效率并具有冷凝效果，同时具有较高耐腐蚀性能。并且通过空气、燃气全预混，显著降低烟气中CO，NOx等有害气体含量。

附图说明

图1为本实用高效换热的全预混燃烧系统的主视图；

图2为图1中拆除空气、燃气全预混装置后的剖视图；

图3为图1中空气、燃气全预混装置的结构图；

图4为图2中燃烧器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型高效换热的全预混燃烧系统作进一步说明。如附图1、2所示，包括壳体9、置于壳体9内的燃烧器5以及与燃烧器5连接的空气、燃气全预混装置7、感焰装置4和点火装置2，空气、燃气的全预混装置7与燃烧器5构成燃烧装置3。燃烧器5与壳体9同轴设置，它们之间设有筒形热交换器8，热交换器8的上端和下端分别引出进水口15和出水口16。在壳体9内还设有上部密封件1、上部封盖14、拉紧部件6、上部隔热件13、下部隔热件10、下部密封件11、下部封盖12。其中热交换器8置于圆柱形外壳体9内侧，并穿过其下端和上端分别引出进水口15和出水口16，燃烧器5置于热交换器8中部，上部密封件11和上部隔热件13由上部封盖14压在热交换器8上部起到密封和隔热作用，下部密封件11和下部隔热件10由下部封12压在高效热交换器8下部起到密封和隔热作用，上部封盖14和下部封盖12问由三组拉紧部件6紧固。上述技术方案中，热交换器8采用单金属铝合金带翅片管盘旋成圆柱螺旋状，在更有效吸收烟气显热的同时也吸收烟气中部分潜热，因而具有较高的换热效率并具有冷凝效果，同时具有较高耐腐蚀性能；圆柱形外壳体9采用铝合金板材卷焊而成，具有重量轻和耐腐蚀性能；上部隔热件13和下部隔热件10采用陶瓷纤维材料压制而成，具有很好的隔热和环保效果。

如附图1、3所示，本实用新型的空气、燃气全预混装置包括电机71、风轮72、混和腔73、设有空气入口的空气导入部分74、混合气出口76以及设有燃气入口5、电磁阀、燃气稳压装置、燃气量调节装置、电磁阀燃气喷嘴10的燃气供给部分79。风轮72安装在混合腔73内，电机71的输出轴与风轮72同轴连接或通过传动连接，混合腔73固定连接在燃气供给部分79上，混合腔3的下部设有空气与燃气的混合气出口76。

主控制器(图中未示出)根据进水温度、水流量以及用户设定的出水温度这三组数据自动计算出热负荷大小并给电机71输入一定的电压值(在一定热负荷下有相应的电压值)，电机71在给定的电压值下以一定的转速旋转，带动混合腔73中的风轮72以相同或某一比例的转速旋转产生一定量的高能量空气流，该高能量空气流通过燃气喷嘴70引射一定量的燃气进入混合腔73完全混合后经混和气出口76送入燃烧器5中燃烧。引射的燃气量的大小随电机71(既风轮72)转速的变化而线性变化，可以很方便地通过控制电机71转速来调节燃具热负荷大小。

如附图4所示，本实用新型的燃烧器由燃烧器外圈52、燃烧器内圈53、导气套54、封盖51以及联接法兰55等组成。燃烧器外圈52、燃烧器内圈53由板料圈成圆柱状对焊而成，它们和导气套54同轴焊接在联接法兰55上，同时封盖51与燃烧器外圈52压配后焊接。燃烧器外圈52沿圆周方向在一定长度上设置一定数量圆形和腰形火孔56，燃烧器内圈53沿圆周方向在一定长度上设置一定数量分气孔57。燃气与空气经全预混装置7完全混和后，由混和气出口76经导气套54进入燃烧器内圈53内，再经设置在燃烧器内圈53上的分气孔57到达燃烧器外圈52，由安装于上部封盖14上并与燃烧器5保持适当的点火和感焰距离的点火装置2和和感焰装置4点燃后，在设置于燃烧器外圈52上的火孔56中形成稳定燃烧火焰。燃烧器内圈53的主要作用是使气流的速度场均匀，以保证在最低热负荷下各点的气流速度都大于火焰传播速度，有效防止回火现象的产生。燃烧器外圈52上设置的多数量小直径火孔56使燃烧器具有低火孔热强度，有效防止离焰现象的产生。同时由于单个火孔直径小于临界孔径，有效防止回火现象的产生。

完全混和后的燃气与空气进入燃烧器5内，被点火装置2点燃后燃烧，感焰装置4感应到火焰后维持正常燃烧。燃气燃烧产生的高温火焰与烟气通过热辐射和热传导将热量传给带翅片82的高效换热器8，再由它传给从中流过的水流，使水升温。由于混合气是以一定压力压入燃烧器8，燃烧室属于正压腔，因此燃烧产生的高温烟气只能在燃烧室内沿着换热管翅片82向下流动而进入下部封盖12，再通过下部封盖12上的排烟管接口18进入排烟管排出。由于热交换器8采用单金属铝合金带翅片管盘旋成圆柱螺旋状，极大增加有效换热面积，因此在更有效吸收烟气显热的同时也吸收烟气中部分潜热，从而具有较高的换热效率并具有冷凝效果。燃烧换热过程中产生的冷凝水流入下部封盖12，并由冷凝水出口17排出。

Claims (10)

1.一种高效换热的全预混燃烧系统，包括壳体(9)、置于壳体(9)内的燃烧装置(3)和点火装置(2)，其特征在于：所述燃烧装置(3)包括空气、燃气的全预混装置(7)以及与该全预混装置(7)相连通的燃烧器(5)；所述燃烧器(5)与壳体(9)之间设有筒形热交换器(8)，所述热交换器(8)的上端和下端分别设有进水口(15)和出水口(16)。

2.根据权利要求1所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述热交换器(8)由单管(81)盘旋成螺旋状的圆柱形，所述单管(81)上设有翅片(82)。

3.根据权利要求2所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述热交换器(8)的上下两端与壳体(9)之间设有隔热件(10、13)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述空气、燃气的全预混装置(7)包括燃气供给部分(79)和设有空气入口(74)的空气导入部分，燃气供给部分(79)内的燃气喷嘴(70)通过燃气通路与燃气入口(75)相连通，燃气喷嘴(70)、空气入口(74)与由空气引射燃气的空气、燃气混合机构(77)相连通。

5.根据权利要求4所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述空气、燃气混合机构(77)包括混合腔(73)、设置在混合腔(73)内的风轮(72)以及设置在混合腔(73)外驱动风轮(72)转动的电机(71)；所述混合腔(73)固定在燃气供给部分(79)上，混合腔(73)上设有空气与燃气的混合气出口(76)。

6.根据权利要求5所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述电机(71)为直流无刷电机。

7.根据权利要求6所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述燃烧器(5)包括导气套(54)、燃烧器外圈(52)和燃烧器内圈(53)，燃烧器外圈(52)上设有若干火孔(56)，燃烧器内圈(53)设有若干分气孔(57)，燃烧器外圈(52)、燃烧器内圈(53)与导气套(54)的一端同轴固定连接有联接法兰(55)，所述燃烧器外圈(52)的另一端固定连接有封盖(51)，所述联接法兰(55)与空气、燃气的全预混装置(7)的混合气出口(76)相连接。

8.根据权利要求7所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述壳体(9)为筒状，其上下两端分别设有上部封盖(14)和下部封盖(12)，所述上部封盖(14)、下部封盖(12)与隔热件(10、13)之间设有密封件(1、11)。

9.根据权利要求8所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述上部封盖(14)和下部封盖(12)之间设有将上部封盖(14)、下部封盖(12)和壳体(9)连接成一体的拉紧部件(6)，所述拉紧部件(6)设有两个或两个以上。

10.根据权利要求9所述的高效换热的全预混燃烧系统，其特征在于：所述下部封盖(12)上连接有冷凝水出口(17)和排烟管接口(18)。

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