[发明专利]一种容积式燃气热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气热水器，尤其是一种融合容积式燃气热水 器和快速燃气热水器优点的燃气热水器，属于热水器技术领域。

背景技术

据申请人了解，目前市场占有率较大的燃气热水器按热水使用 方式可分为容积式燃气热水器和快速式燃气热水器。

快速式燃气热水器是一种即开即用的热水加热设备，源于日本， 在国内已有数十年的发展，市场普及型产品的燃烧系统为密闭式部分 预混燃烧方式，输入功率可达32kw。典型结构如图1所示(图中first 是一次风通道，second是二次风通道，changer是换热器，burner 是燃烧器，fan是风机，CI是冷水进口，AI是燃气入口，HO是热水 出口)，其燃烧系统置于换热器下部，火焰自下往上燃烧，一般使用 多个口琴式火排组成燃烧器，日本专利特开平2008-25985，平 3-64314，平1-144616，中国专利200720051450，200620011924， 93240258，97240226等均对这种结构及其燃烧器做了研究。与此类 似的一种加热设备是来自欧洲的燃气壁挂两用锅炉，用于家庭热水供 应和采暖，其燃烧系统类似快速式燃气热水器，但有部分高能效产品 已采用全预混燃烧系统。

密闭式部分预混燃烧系统所述的“密闭”，是指自空气入口至烟 气出口为一单连通通道，燃烧系统有且仅有一个空气入口。与之对应 的一种传统燃烧方式是非密闭燃烧系统。非密闭系统将燃烧器置于大 气中，一般没有风机或风机置于系统末端，利用冷热空气的密度差或 风机的抽吸产生压头，在燃烧室内形成微负压，将燃烧所需的空气自 然吸入燃烧室。密闭燃烧系统一般处于湍流燃烧状态，燃烧强度大， 非密闭燃烧系统则处于层流燃烧状态。所以，在同等燃烧室体积和工 作环境下，非密闭燃烧系统的输出功率小于密闭燃烧系统。

部分预混燃烧通常是指，系统将风机提供的助燃空气分为两部 分，一部分直接进入燃烧器，称为一次风；另外一部分自燃烧器外部 的通道进入燃烧室，称为二次风。一次风和进入燃烧器的燃气均匀混 合，称为预混气体。当预混气体内空气不足以支持燃料的完全燃烧时， 预混气体中的一部分燃料首先在燃烧器出口处燃烧，形成内焰，剩余 未燃燃料依靠扩散过程与二次风混合燃烧，形成外焰。如果提供的二 次风仍不足以支持燃气在燃烧室内完全燃尽，则会导致CO等污染物 排放量高。通常的产品设计中，为控制此类部分预混燃烧系统的CO 等污染物排放水平，必须提供远大于理论所需的空气量，即过量空气 系数需远大于1，通常设计的过量空气系数高达1.8到2.5(即比理 论需要的空气量多提供80％到150％)。然而，过量的空气提高了对风 机的要求，使系统燃烧噪音增大，换热效率降低。

与部分预混燃烧系统对应的是全预混燃烧系统，它被普遍认为是 一种比较先进的燃烧方式。全预混燃烧系统将燃气和助燃空气在燃烧 器前完全混合，一般将过量空气系数控制在1.2-1.5。混合气从燃烧 器喷出后迅速燃尽，燃烧速度快，污染物排放水平低。然而这种燃烧 之前就将燃气-助燃空气完全混合的方式，具有很大的安全风险。一 般而言，在预混气体中燃料与空气的配比越接近化学当量比，发生回 火的可能性也越大，回火不仅破坏正常燃烧，还会烧坏设备，甚至引 起爆炸，给设备和人身安全带来威胁。另外，一种典型的预混方式是 在风机前端设置燃气引入装置，使燃气和空气在风机内混合，这种混 合方式对风机要求很高，风机若不能很好密封或不能有效屏蔽静电， 则混合气的轻微泄漏或微小火源都会引起燃烧，最终导致爆炸，而满 足密封和防静电要求的风机往往成本很高。因此，保证系统安全性和 降低成本成为全预混燃烧系统面临的重大课题。

容积式燃气热水器源于美国。通常，该种热水器容积在200L以 上，以满足浴缸等大水量需求，更符合人们日益提高的用水需求， 但其庞大的体积不适于居住面积较小的用户安装，中国人的居住条 件限制了其在国内的发展。因此，如何在减小水箱体积的情况下增 加有效热水供应量称为亟待解决的课题。