並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器的製作方法

2023-09-23 08:32:55

專利名稱：並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及使用開然氣、液化氣、人工煤氣等為燃料的快速燃氣熱水器，其原理同樣適用於貯水式燃氣熱水器，燃氣開(熱)水鍋爐及其它水、氣聯用的民用和工業用裝置或產品。
快速燃氣熱水器是利用可燃氣體和空氣混合形成混合氣點火燃燒、用火焰加熱冷水產出熱水，實現熱交換過程的產品。
可燃氣體燃燒也是一個化學過程，混合氣中的空氣(氧氣)含量是決定燃燒後火焰溫度——也相應決定熱交換效率和耗能大小的關鍵及影響有毒廢氣一氧化碳排放量的關鍵。
現有國內外技術快速燃氣熱水器技術特點是(一)水資源未充分利用高壓水流僅在熱水器中作為人們生活消費的自然資源，即只起到被加熱後供洗澡的作用。(二)燃燒過程中供氧不充分現有技術是利用熱水器燃氣系統內因燃氣燃燒形成火焰而熱空氣上升，導致系統內形成負壓而「自然吸入」空氣補充的原理供給氧氣，因空氣(氧氣)流速低、總流量少、供氧不充分(可從火焰內外的顏色明顯看出)，因此，火焰溫度低，能耗大。(三)因供氧不充分，導致形成大量有毒廢氣一氧化碳(CO)等汙染環境，即使用「強排」將廢氣排出室外，也僅是汙染的轉移，並非治理。綜上所述，現有技術的主要弊端是能耗大，汙染大。既浪費了國家自然資源，也導致用戶的使用成本高，還汙染了環境。
鑑於此，本實用新型的目的在於針對上述現有技術弊端，根據流體力學和空氣動力學原理，充分利用在燃氣熱水器中流動的水資源，將水資源既作為熱水器消費者「生活消費的自然資源」，又作為以大幅度節能和環保為目的將水作為「動力能源」充分綜合利用。在綜合利用「水動力能源」的本實用新型中，「水動力超強增氧器」串聯在熱水器的水管上，以流通的高壓水流為原動力推動本實用新型的關鍵件——為增加微型水輪機轉速而特殊設計的微型水輪機高速旋轉，並帶動與微型水輪機同軸的空氣增壓器同步高速旋轉，產出流速大、空氣(氧氣)總供給量大的高壓空氣(氧氣)注入高壓空氣噴管，在經其噴孔處包裹著燃氣同時並行噴射入燃燒器內混合後，極大地提高了空氣(氧氣)與燃氣的混合比後燃燒，供氧充分的混合氣燃燒後既顯著提高了火焰溫度達到大幅度節能目的，又能使大量一氧化碳(CO)轉變為二氧化碳(CO2)達到環保治理效果。本實用新型的終極目標是既為國家節省大量自然資源，又為消費者節省每一分錢，並為淨化人們生活環境服務。大量試驗已證明，上述目標在技術上是可行的。
本實用新型是在現有技術快速燃氣熱水器的基礎上增加設置「水動力超強增氧器」。水動力超強增氧器由微型水輪機和空氣增壓器兩部分組成，具體由水輪、蝸殼、軸、軸承、空氣增壓器等構成。
上述水輪機由水輪(1)和蝸殼(6)構成。
上述水輪(1)上的葉片(4)不少於3片。
上述增壓器(12)與水輪(1)固定在同一軸(5)上。
上述一臺並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器中，水輪機不少於一個。
上述增壓器(12)由葉片(23)組成，增壓器(12)數量不少於一個，每個增壓器(12)上的葉片(23)數不少於2片。
本實用新型的優點在於(一)能充分綜合利用流經熱水器的水資源，既將高壓水流作為消耗品，又將其作為解決燃氣熱水器核心技術——大量超強壓增氧助燃提高火焰溫度，以實現大幅度節能的原動力(能源)，無需利用其它能源。這已為前人在煤、柴爐前放置風箱、風扇、鼓風機增氧燃燒的特殊效果所證實，更為近代廣泛使用的水力發電中水的能量利用所證實。專利申請人也已多次試驗證實其可行性。(二)大量增氧使燃燒過程中產生的有毒廢氣一氧化碳(CO)轉變為二氧化碳(CO2)能治理(而非轉移)空氣汙染。(三)易於製造、新增成本低，投資效益高，同時達到的節能環保效果非常明顯，企業經濟效益和社會效益極高。(四)對水壓要求不高。申請人利用屋頂水箱輸水，其水壓也能確保特殊設計的微型水輪機帶動水動力超強增氧器高速旋轉，達到由市鎮水網輸水的同樣效果，對由熱水器輸出的熱水流量和壓力無影響。(五)能廣泛適用於各燃氣熱水器生產企業用此燃氣核心技術創新改造現有技術各型各規格產品，供產品更新換代用，也可廣泛利用本實用新型原理於貯水式燃氣熱水器，開(熱)水鍋爐以及其它民用和工業用的同時使用水、燃氣的各種裝置或設備上。
(附


圖1)是本實用新型關鍵件「水動力超強增氧器」結構原理示意圖。
(附圖2)是(附
圖1)的側視圖。
(附圖3)是本實用新型結構原理示意圖。
(附圖4)是(附圖3)的燃氣、高壓空氣供給系統側視圖(A-A剖面圖)。
(附圖5)是水動力超強增氧器雙通道高壓空氣供氣原理示意圖。
(附圖6)是水動力渦輪超強增氧器結構原理示意圖。
由於本實用新型是在現有技術快速燃氣熱水器的基礎上增加特殊設計的微型「水動力超強增氧器」實現其核心技術創新的，故在此以「水動力超強增氧器」中的水輪機(附
圖1、附圖2)為重點，參見(附圖3)至(附圖6)，說明本實用新型結構原理。水輪(1)由金屬園筒(2)將兩塊同樣尺寸的金屬園板(3)中心部位聯結為一體，兩塊園板(3)之間的外園周部份固定安裝有若干塊葉片(4)構成，水輪(1)用螺母固定在軸(5)上。蝸殼(6)由蝸盒(7)和蝸蓋(8)構成，其間有水封膠圈，二者用螺杆聯結成一體。兩個軸承(11)外圈分別固定在蝸盒(7)和蝸蓋(8)各側的園筒內，軸承(11)內圈均固定在同一軸(5)上。蝸盒(7)和蝸蓋(8)密封聯結後套在水輪(1)外，蝸殼(6)和水輪(1)二者間留有一定間隙。蝸殼上部安裝有進水管(9)、下部安裝有出水管(10)，進水管(9)和出水管(10)端部有水封接頭。軸(5)的另一端固定有空氣增壓器(12)，使水輪(1)和增壓器(12)能同軸旋轉。增壓器(12)由葉片(23)組成。如附圖(3)、附圖(4)，增壓器(12)前端正對錐形高壓空氣輸氣管(13)入口，高壓空氣輸氣管(13)的另一端有氣密性接頭與高壓空氣噴管(14)聯結，高壓空氣噴管(14)上部有一排與每個燃燒器(15)下部進氣口相對的噴孔(16)，且噴孔(16)與燃燒器(15)下部進氣孔同在一條縱軸線上。高壓空氣噴管(14)內固定有一根燃氣噴管(17)，其上部有一排燃氣噴孔(18)，燃氣噴孔(18)和高壓空氣噴孔(16)及燃燒器(15)的下部進氣孔均在同一條縱軸線上。(20)是熱水出口，(21)是燃氣進口，(22)是冷水進口。
鑑於家用快速燃氣熱水器的規格(容量，以「升」計)從數升到10多升，因而，熱水器中單位時間內使用的燃氣量也應相應增加，為使燃氣能充分燃燒，需要更多的相應的氧氣(高壓空氣)供給，為此，本實用新型中相應設計使用2級水動力超強增氧器共同供氧方案(附圖5)。此時，兩個水輪機串聯在水管上，即第一級水輪機出水管(10)與第二級水輪機進水管(9)連接，而兩個空氣增壓器(12)則是向同一根高壓空氣噴管(14)並聯供給高壓空氣。一般家用快速燃氣熱水器使用一級微型水動力超強增氧器即可。貯水式燃氣熱水器、小型公用或工業用燃氣開(熱)水鍋爐等，由於其供水管的直徑較大，輸水量大，水壓力相應增大，只需根據使用要求合理設計水輪機，選用一級或二級水動力超強增氧器增加高壓空氣量即可。(附圖6)是用水輪機作動力帶動微型水力渦輪超強增氧器向燃氣使用量大的燃氣加熱器具、裝置、設備提供大量高壓空氣(氧氣)的技術方案，適用於現有器具、裝置、設備內空間受限制的情況。此方案中，(24)是靜子，固定不動，(25)是轉子，轉子(25)在水輪機高速旋轉運動的推動下同步高速旋轉時起到壓縮空氣的作用，其空氣壓縮比需根據使用要求設計結構參數具體決定。
以下通過本實用新型的工作過程進一步說明本實用新型的技術方案，參見附圖(3)。由於自動電子打火裝置、水氣聯動閥、全自動控制器等系市售通用產品，也為了從圖面上易於清晰了解本實用新型的技術實質，故(附圖3)中未繪出有關自動裝置及點火用的長明火供氣系統等。(附圖3)是在申請人已被國家知識產權局授權的ZL99231725.8和ZL99232586.2「渦扇機構」原理的基礎上，為更進一步提高燃氣熱水器的熱效率同時實現高效節能和環保目的而發明創新的。使用本實用新型時只需在現有技術熱水器空間內增裝水動力超強增氧器和相應高壓輸氣管(13)。當轉動燃氣閥(21)開啟閥門，燃氣進入熱水器後，少量燃氣直接進入電子點火裝置點燃長明火，隨之轉動冷水閥(22)使冷水流入熱水器，因其水的壓力作用於氣閥(21)，使氣閥(21)的燃氣流量隨進水流量相應增減；燃氣由氣閥(21)出口端經輸氣管(19)進入燃氣噴管(17)從燃氣噴口(18)噴出後穿過高壓空氣噴孔(16)噴射入燃燒器(15)內，由其上部的噴孔噴出後被長明火點燃形成火焰。在上述燃氣流通形成火焰的同時，從水閥(22)流進的冷水進入水動力超強增氧器的進水口(9)後，以其水流的強大能量推動水輪葉片(4)作高速旋轉機械運動，水流隨後從蝸輪出水口(10)流出，進入熱水器上部換熱器的水管內逐步被火焰加熱升溫。水輪(1)作為原動機高速旋轉運動的同時也帶動同軸(5)的空氣增壓器(12)葉片(23)作高速旋轉運動從而起到超強鼓風增壓作用，燃氣系統內的負壓也加大了增壓器(12)葉片(23)轉速。由水力機械將水能在上述過程中轉變為增壓器(12)的高速旋轉機械運動，極大的增加了高壓空氣(氧氣)的流速和單位時間總流量。應該特別說明的是，上述強壓鼓風增氧是以水動力機械為動力鼓風增氧為主，並輔有現有技術熱水器「負壓自動吸風」的作用；不言而喻，在此已明顯地表現出水動力機械強壓增氧效果明顯高於現有技術單純「負壓自動吸風」自然供氧。
從理論上和大量試驗中均表明，本實用新型由於使用水動力機械實現強制鼓風高壓增氧，熱水器火焰硬直，火焰結構的內外部全部為蘭色，火焰內部無亮帶，上部無紅火，明顯表現出比現有技術「自然吸入」空氣(氧氣)的火焰溫度增高，達到了大幅度節能和環保效果。
本實用新型在不同容量、品牌的燃氣熱水器中使用時，需根據其不同使用要求相應設計水輪、水輪葉片、增壓器及其葉片等有關參數；其結構原理在其它同時利用水和燃氣的貯水式熱氣熱水器、公用開(熱)水鍋爐及工業用加熱裝置中也可採用。
權利要求1.一種並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器，其燃氣系統由氣閥(21)、輸氣管(19)、燃氣噴管(17)順序連接；燃燒器(15)與高壓空氣噴孔(16)、燃氣噴孔(18)位於同一縱軸線上；燃氣系統連有自動點火裝置；其供水系統由進水管(22)、水輪機(6)、與水管連為一體的換熱器順序密封連接；在水輪機(6)軸上固定安裝的增壓器(12)與高壓空氣輸氣管(13)位於同一水平軸線上，並在高壓空氣輸氣管(13)進口外就近相對安置；其特徵在於有水輪機(6)和增壓器(12)。
2.根據權利要求1所述的並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器，其特徵在於水輪機由水輪(1)和蝸殼(6)組成。
3.根據權利要求2所述的並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器，其特徵在於固定於水輪(1)上的水輪葉片(4)不少於3片。
4.根據權利要求1所述的並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器，其特徵在於空氣增壓器(12)與水輪(1)固定在同一軸(5)上。
5.根據權利要求1所述的並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器，其特徵在於一臺水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器中水輪機不少於1個。
6.根據權利要求1所述的並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器，其特徵在於增壓器(12)由葉片構成，數量不少於一個，每個增壓器(12)上的葉片(23)數不少於2片。
專利摘要本實用新型涉及並噴式水動力超強增氧高效節能環保型快速燃氣熱水器。它與現有技術熱水器僅空氣和燃氣供給系統結構原理完全不同,它利用熱水器中水流動能推動水輪機葉片高速旋轉帶動超強增氧器高速旋轉、產出高壓空氣與燃氣在燃燒器內混合後噴出燃燒。其技術特點是用「機械鼓風增氧助燃」代替現有技術靠負壓「自然吸風燃燒」,克服了燃氣燃燒不完全,能耗大,一氧化碳排放多的弊端,實現了大幅度節能和治理廢氣的目的。
文檔編號F24H1/16GK2516871SQ0124732
公開日2002年10月16日 申請日期2001年8月17日 優先權日2001年8月17日
發明者黃一學 申請人:黃一學