一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室

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一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室
申请号	CN202010626053.X	申请日	2020-07-01	公开(公告)号	CN111780402A	公开(公告)日	2020-10-16
申请人	宁波晶成机械制造有限公司;			发明人	张晶;
摘要	本发明公开了一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，包括燃烧室主体、换热结构、热辐射利用结构；燃烧室主体包括内壳体和外壳体，内壳体内部设有燃烧室腔体，换热结构包括以燃烧室腔体中轴线为中心呈螺旋回形结构分布的换热板，换热板的内部设有空气流通腔道，且换热板的表面上设有若干个空气喷口，换热翅片、导流孔以及火口；热辐射利用结构包括位于环形通道内的多个定位卡座、传热介质管和多个热辐射反射罩。本发明的燃烧室能够使燃气和空气充分接触，具有燃气燃烧充分、热能利用率高且安全环保的优点。
权利要求	1.一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，包括燃烧室主体(1)、换热结构(2)、热辐射利用结构(3)；所述燃烧室主体(1)包括内壳体(11)和外壳体(12)，所述内壳体(11)和外壳体(12)通过上封盖(13)和下封盖(14)相连，在内壳体(11)和外壳体(12)之间构成封闭环形通道(15)，内壳体(11)内部设有燃烧室腔体(16)，内壳体(11)顶部设有燃气进口(17)和空气进口(18)，内壳体(11)底部设有排烟口(19)；所述换热结构(2)包括以所述燃烧室腔体(16)中轴线为中心呈螺旋回形结构分布的换热板(20)，设置在所述换热板(20)上的若干个换热翅片(21)，以及开设在所述换热板(20)上用于气体流通的多个导流孔(22)，以及用于点燃燃气的多个火口(23)；所述热辐射利用结构(3)包括位于所述环形通道(15)内的多个定位卡座(31)、传热介质管(32)和多个热辐射反射罩(33)，多个所述定位卡座(31)的底部均紧密贴合在所述内壳体(11)外壁上，定位卡座(31)的开口端用于将所述传热介质管(32)呈螺旋状固定在内壳体(11)外壁上，所述传热介质管(32)的上端贯穿所述上封盖(13)用于连接传热介质出口(34)，传热介质管(32)的下端贯穿所述下封盖(14)用于连接传热介质入口(35)，多个所述热辐射反射罩(33)紧密贴合在所述外壳体(12)的内壁上，热辐射反射罩(33)上喷涂有高热辐射系数镀层，用于将内壳体(11)向外辐射的热量吸收并反射至传热介质管(32)进行热量二次利用。 2.如权利要求1所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，所述换热板(20)的外圈层紧密贴合在所述内壳体(11)内壁上，并以内壳体(11)的中轴线为中心逐层向内收卷，形成多圈层的螺旋回形结构，相连两个圈层之间间隔一定距离以形成气体混合通道(27)，所述换热翅片(21)垂直固定在换热板(20)的每个圈层的表面上，且每一层气体混合通道(27)内的换热翅片(21)均成交叉状。 3.如权利要求1所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，所述换热板(20)的内部设有空气流通腔道(24)，且换热板(20)的表面上设有与所述空气流通腔道(24)连通的空气喷口(25)，换热板(20)的内圈层上端与所述空气进口(18)相连，用于引入空气到所述空气流通腔道(24)(210)，再从所述空气喷口(25)均匀喷洒到所述燃烧室腔体(16)内与燃气混合。 4.如权利要求3所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，所述空气喷口(25)上设有用于引导空气喷射方向且带有与所述换热板(20)呈一定夹角的导流片(26)。 5.如权利要求1所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，所述定位卡座(31)的底板(311)焊接在所述内壳体(11)外壁，所述底板(311)的两侧通过侧板(312)连接有与所述传热介质管(32)外形相适配的半圆形弧形板(313)，所述底板(311)、侧板(312)以及半圆形弧形板(313)均采用导热材质一体制成。 6.如权利要求5所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，由所述底板(311)、侧板(312)以及半圆形弧形板(313)围城的密闭空腔内填充有保温蓄热填料(314)。 7.如权利要求6所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，所述保温蓄热填料(314)包括采用高分子固-固相变材料。 8.如权利要求1所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，所述热辐射反射罩(33)是有多个弧形罩体(331)焊接而成，所述弧形罩体(331)的开口朝向对应的所述传热介质管(32)。 9.如权利要求1所述的一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，其特征在于，所述镀层的制备方法包括以下步骤： S1：按重量组份计，取20-30份体积百分比为25％的纳米四氧化三铁分散液和70-80份体积百分比为25％的纳米三氧化二铝分散液混合，加入8-10份水性粘合剂，搅拌均匀的到浆料； S2：将所述浆料均匀涂抹在热辐射反射罩(33)表层，热辐射反射罩(33)的基体材质为氮化硅，然后放入真空炉内升高温度至1850-1950℃烧结1-2h，冷却后，得到镀层。
说明书全文	一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室技术领域 [0001] 本发明属于热交换器技术领域，具体涉及一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室。背景技术 [0002] 热水器燃烧室是将燃气化学能转化为具有实用价值的热能，燃烧室的结构设计被普遍认为在很大程度上直接影响了热交换器的热交换效率，因此燃烧室的结构设计也越来越重要。 [0003] 目前的热水器用燃烧室通常采用四个金属板组装在一起，形成一个四面封闭的燃烧腔室，并在燃烧腔室的外壳上燃烧水管，领用壳体吸收热量后再将热量传递到水管内的水，由此完成热交换。 [0004] 或者例如公开号为CN203215979U的中国实用新型专利公开了一种热交换燃烧室，包括换热水箱以及固装在换热水箱上的水管接头，换热水箱呈回字形，中间为中空结构，所述的换热水箱包括外壳体及内壳体，所述的外壳体与所述的内壳体在边缘部分相连接，中间彼此分离形成供水流动的空腔。 [0005] 但是上述两种燃烧室存在以下弊端，燃烧室内部结构设计不合理，使得燃气燃烧不充分，热量会直接散热到空气中，热能损失的，大大降低了热交换器的热交换效率，并且增加了能耗和燃气供应量。发明内容 [0006] 针对以上存在的技术问题，本发明提供一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室。 [0007] 本发明的技术方案为：一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，包括燃烧室主体、换热结构、热辐射利用结构； [0008] 燃烧室主体包括内壳体和外壳体，内壳体和外壳体通过上封盖和下封盖相连，在内壳体和外壳体之间构成封闭环形通道，内壳体内部设有燃烧室腔体，内壳体顶部设有燃气进口和空气进口，内壳体底部设有排烟口； [0009] 换热结构包括以燃烧室腔体中轴线为中心呈螺旋回形结构分布的换热板，设置在换热板上的若干个换热翅片，以及开设在换热板上用于气体流通的多个导流孔，以及用于点燃燃气的多个火口； [0010] 热辐射利用结构包括位于环形通道内的多个定位卡座、传热介质管和多个热辐射反射罩，多个定位卡座的底部均紧密贴合在内壳体外壁上，定位卡座的开口端用于将传热介质管呈螺旋状固定在内壳体外壁上，传热介质管的上端贯穿上封盖用于连接传热介质出口，传热介质管的下端贯穿下封盖用于连接传热介质入口，多个热辐射反射罩紧密贴合在外壳体的内壁上，热辐射反射罩上喷涂有高热辐射系数镀层，用于将内壳体向外辐射的热量吸收并反射至传热介质管进行热量二次利用。 [0011] 进一步地，换热板的外圈层紧密贴合在内壳体内壁上，并以内壳体的中轴线为中心逐层向内收卷，形成多圈层的螺旋回形结构，相连两个圈层之间间隔一定距离以形成气体混合通道，换热翅片垂直固定在换热板的每个圈层的表面上，且每一层气体混合通道内的换热翅片均成交叉状。通过螺旋回形结构形成的气体混合通道能够使得燃气和空气混合更加充分，同时也增加了换热板的比表面积，提高换热效率。 [0012] 进一步地，换热板的内部设有空气流通腔道，且换热板的表面上设有与空气流通腔道连通的空气喷口，换热板的内圈层上端与空气进口相连，用于引入空气到空气流通腔道，再从空气喷口均匀喷洒到燃烧室腔体内与燃气混合。利用换热板作为输送空气的通道，可以借助内部螺旋分布的空气流通腔道以及开设在换热板表面的空气喷口将空气输送到燃烧室腔体内的各个部分，同时开设在换热板上的导流孔能够便于燃气充分扩散与空气结合，弥补了燃烧室腔体内燃气和空气分布不均导致燃气燃烧不充分，不仅损耗热能还会产生有毒有害气体。 [0013] 更进一步地，空气喷口上设有用于引导空气喷射方向且带有与换热板呈一定夹角的导流片。通过引导空气喷射方向能够使得在喷射气流时对燃烧室腔体内的混合气体形成扰动，使得空气和燃气燃烧更加充分，进而提高换热效率。 [0014] 更进一步地，导流片与换热板的夹角为30-60度，或120-150度。不同的角度可以使得喷射的气流扰动强度更大，气体混合更加充分。 [0015] 进一步地，定位卡座的底板焊接在内壳体外壁，底板的两侧通过侧板连接有与传热介质管外形相适配的半圆形弧形板，底板、侧板以及半圆形弧形板均采用导热材质一体制成。通过定位卡座不仅可以将传热介质管固定在内壳体外壁，并且半圆形弧形板与传热介质管的弧度温和，可增加导热的接触面积。 [0016] 更进一步地，由底板、侧板以及半圆形弧形板围城的密闭空腔内填充有保温蓄热填料。通过保温蓄热填料能够对内壳体传递的热量进行存储，并可持续的对传热介质管导热，提高换热效率。 [0017] 更进一步地，保温蓄热填料包括采用高分子固-固相变材料。例如用聚氨酯固-固相变材料。 [0018] 更进一步地，热辐射反射罩是有多个弧形罩体焊接而成，弧形罩体的开口朝向对应的传热介质管。用于将内壳体散发到外部的热量反射聚积到传热介质管，实现热量的利用率，进而提高换热效率。 [0019] 更进一步地，镀层的制备方法包括以下步骤： [0020] S1：按重量组份计，取20-30份体积百分比为25％的纳米四氧化三铁分散液和70-80份体积百分比为25％的纳米三氧化二铝分散液混合，加入8-10份水性粘合剂，搅拌均匀的到浆料； [0021] S2：将浆料均匀涂抹在热辐射反射罩表层，热辐射反射罩的基体材质为氮化硅，然后放入真空炉内升高温度至1850-1950℃烧结1-2h，冷却后，得到镀层。利用四氧化三铁和三氧化二铝经烧结后在热辐射反射罩表体形成镀膜具有密度高、与基体结合牢固、热辐射性能高等优点。 [0022] 本发明的有益效果为：本发明利用换热板作为输送空气的通道，并借助其螺旋分布的空气流通腔道以及开设在换热板表面的空气喷口将空气输送到燃烧室腔体内的各个部分，同时开设在换热板上的导流孔能够便于燃气充分扩散与空气结合，用于对燃气和空气进一步充分混合，可使燃气燃烧更加充分，不仅可以节省热能还能避免产生有毒有害气体。此外，还在内壳体外部增加了外壳体作为保温层，降低热量与外部空气的热交换率，并且，还在外壳体内壁设置了正对着固定在内壳体外壁上的热辐射反射罩，借助热辐射反射罩内表面的高辐射系数镀层将内壳体向外辐射的热量聚集后反射至传热介质管，提高热能利用率。总之，本发明的燃烧室具有燃气燃烧充分、热能利用率高且安全环保的优点。附图说明 [0023] 图1是本发明的整体结构纵剖示意图； [0024] 图2是本发明图1中A-A向剖视图； [0025] 图3是本发明换热板局部平面示意图； [0026] 图4是本发明图3中A-A向剖视图； [0027] 图5是本发明图3中B-B向剖视图； [0028] 图6是本发明图3中A处放大示意图； [0029] 图7是本发明图4中A处放大示意图； [0030] 图8是本发明图1中A处放大示意图； [0031] 图9是本发明定位卡座的结构示意图。 [0032] 其中，1-燃烧室主体、11-内壳体、12-外壳体、13-上封盖、14-下封盖、15-环形通道、16-燃烧室腔体、17-燃气进口、18-空气进口、19-排烟口、2-换热结构、20-换热板、21-换热翅片、22-导流孔、23-火口、24-空气流通腔道、25-空气喷口、26-导流片、27-气体混合通道、3-热辐射利用结构、31-定位卡座、311-底板、312-侧板、313-半圆形弧形板、314-保温蓄热填料、32-传热介质管、33-热辐射反射罩、331-弧形罩体、34-传热介质出口、35-传热介质入口。具体实施方式 [0033] 一种基于高热辐射系数镀层的热水器燃烧室，如图1和图2所示，包括燃烧室主体1、换热结构2、热辐射利用结构3； [0034] 燃烧室主体1包括内壳体11和外壳体12，内壳体11和外壳体12通过上封盖13和下封盖14相连，在内壳体11和外壳体12之间构成封闭环形通道15，内壳体11内部设有燃烧室腔体16，内壳体11顶部设有燃气进口17和空气进口18，内壳体11底部设有排烟口19； [0035] 换热结构2包括以燃烧室腔体16中轴线为中心呈螺旋回形结构分布的换热板20，如图2所示，换热板20的外圈层紧密贴合在内壳体11内壁上，并以内壳体11的中轴线为中心逐层向内收卷，形成多圈层的螺旋回形结构，相连两个圈层之间间隔一定距离以形成气体混合通道27，换热翅片21垂直固定在换热板20的每个圈层的表面上，且每一层气体混合通道27内的换热翅片21均成交叉状。通过螺旋回形结构形成的气体混合通道27能够使得燃气和空气混合更加充分，同时也增加了换热板20的比表面积，提高换热效率。如图3所示，换热板20上还设有若干个换热翅片21，以及开设在换热板20上用于气体流通的多个导流孔22，以及用于点燃燃气的多个火口23； [0036] 如图4和如图5所示，换热板20的内部设有空气流通腔道24，且换热板20的表面上设有与空气流通腔道24连通的空气喷口25，换热板20的内圈层上端与空气进口18相连，用于引入空气到空气流通腔道24210，再从空气喷口25均匀喷洒到燃烧室腔体16内与燃气混合。利用换热板20作为输送空气的通道，可以借助内部螺旋分布的空气流通腔道24以及开设在换热板20表面的空气喷口25将空气输送到燃烧室腔体16内的各个部分，同时开设在换热板20上的导流孔22能够便于燃气充分扩散与空气结合，弥补了燃烧室腔体16内燃气和空气分布不均导致燃气燃烧不充分，不仅损耗热能还会产生有毒有害气体。 [0037] 如图6和图7所示，空气喷口25上设有用于引导空气喷射方向且带有与换热板20呈30-60度，或120-150度的导流片26。通过引导空气喷射方向能够使得在喷射气流时对燃烧室腔体16内的混合气体形成扰动，使得空气和燃气燃烧更加充分，进而提高换热效率。不同的角度可以使得喷射的气流扰动强度更大，气体混合更加充分。 [0038] 如图1和图8所示，热辐射利用结构3包括位于环形通道15内的多个定位卡座31、传热介质管32和多个热辐射反射罩33，多个定位卡座31的底部均紧密贴合在内壳体11外壁上，如图9所示，定位卡座31的底板311焊接在内壳体11外壁，底板311的两侧通过侧板312连接有与传热介质管32外形相适配的半圆形弧形板313，底板311、侧板312以及半圆形弧形板313均采用导热材质一体制成。通过定位卡座31不仅可以将传热介质管32固定在内壳体11外壁，并且半圆形弧形板313与传热介质管32的弧度温和，可增加导热的接触面积。通过定位卡座31的半圆形弧形板313开口端将传热介质管32呈螺旋状固定在内壳体11外壁上。由底板311、侧板312以及半圆形弧形板313围城的密闭空腔内填充有保温蓄热填料314。通过保温蓄热填料314能够对内壳体11传递的热量进行存储，并可持续的对传热介质管32导热，提高换热效率。保温蓄热填料314包括采用高分子固-固相变材料。例如用聚氨酯固-固相变材料。 [0039] 如图1所示，传热介质管32的上端贯穿上封盖13用于连接传热介质出口34，传热介质管32的下端贯穿下封盖14用于连接传热介质入口35，多个热辐射反射罩33紧密贴合在外壳体12的内壁上，热辐射反射罩33上喷涂有高热辐射系数镀层，用于将内壳体11向外辐射的热量吸收并反射至传热介质管32进行热量二次利用。热辐射反射罩33是有多个弧形罩体331焊接而成，弧形罩体331的开口朝向对应的传热介质管32。用于将内壳体11散发到外部的热量反射聚积到传热介质管32，实现热量的利用率，进而提高换热效率。 [0040] 镀层的制备方法包括以下步骤： [0041] S1：按重量组份计，取20-30份体积百分比为25％的纳米四氧化三铁分散液和70-80份体积百分比为25％的纳米三氧化二铝分散液混合，加入8-10份水性粘合剂羟甲基纤维素，搅拌均匀的到浆料； [0042] S2：将浆料均匀涂抹在热辐射反射罩33表层，热辐射反射罩33的基体材质为氮化硅，然后放入真空炉内升高温度至1850-1950℃烧结1-2h，冷却后，得到镀层。利用四氧化三铁和三氧化二铝经烧结后在热辐射反射罩33表体形成镀膜具有密度高、与基体结合牢固、热辐射性能高等优点。 [0043] 本发明的工作原理为：将燃气从燃气进口17通入到由换热板20分隔的燃烧室腔体16内，燃气经开设在换热板20的多个导流孔22扩散充满整个燃烧室腔体16，同时将空气从空气进口18通入到换热板20的空气流通腔道24内，空气经由开设在换热板20的多个空气喷口25均匀喷射在燃烧室腔体16内，并与燃气在气体混合通道27内充分混合，再由分布在换热板20上的火口23点燃，使得燃气和空气的混合气体充分燃烧释放热量，热量经由较差布设在换热板20上的换热翅片21增大换热面积。气体燃烧的热量经过内壳体11传导到通过定位卡座31螺旋缠绕在内壳体11外壁的传热介质管32，从传热介质入口35通入水作为传热介质，并将水从传热介质出口34导出，由此完成与热辐射交换。同时为了减少热量损耗，增加过了外壳体12作为保温层，同时在外壳体12的内壁增设了热辐射反射罩33，该热辐射反射罩33正对传热介质管32且内表层上设有高辐射系数镀层，能够将内壳体11向外辐射的热量聚集后反射至传热介质管32，提高热能利用率。 [0044] 目前市面上常规热水器燃烧室的换热效率一般在70％-85％之间，利用本发明的热水器燃烧室，热交换效率一般在92％-96％之间，高于常规热水器燃烧室。