专利名称：脉动燃烧式热水、蒸汽微型锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型为脉动燃烧式热水、蒸气微型锅炉，属于热水及产生蒸气的锅炉领域。
目前使用的气体燃料或液体燃料的热水、蒸气锅炉都属于稳态燃烧型，不论是鼓风式还是引射式的都属于敞开式燃烧方式。为了达到较高燃烧效率和热效率，需要较大容积的炉膛和面积很大的换热器；需要精细安排混合、雾化(对液体燃料)、燃烧过程；需要较大的余气系数。这些锅炉均需要用烟囱，利用浮力把烟气排出，因而很大一部分热能随烟气排放到大气中浪费掉，以使其热效率只有60－70％。为提高热效率，一些采用新技术的锅炉采用引风机并装设节能换热器降低排烟温度，把热效率提高到80％，但又增加了二次能源电能的大量消耗。(事实上，国内目前基本上没有成熟的燃气热水锅炉，只是把燃煤茶浴炉的炉排换成气体燃料烧嘴)。
由于燃烧效率低，现有锅炉烟气中CO(一氧化碳)含量均在几百ppm数量级，而且伴有可观的烟尘产生，特别是液体燃料的锅炉更为严重。在稳态燃烧的大容积炉膛里，烟气在锅炉膛高温区停留时间长，因而NOx(氧化氮)污染物生成率较高。
从构造上说，现有锅炉炉膛容积大，需大面积换热器，燃烧和换热是分在两个部件分别完成，因而锅炉体积大，重量大，耗用大量的原材料及制作成本。
本实用新型的目的在于针对目前基于稳态燃烧的气体燃料和液体燃料的热水锅炉的缺点，把先进的脉动燃烧技术应用于热水及蒸气锅炉，取代现用的常规稳态燃烧方式，制造燃烧效率和热效率高的热水、蒸气锅炉，大幅度地节约能源，减少城市空气污染，保护大气环境；缩小锅炉体积，节省原材料消耗并节省使用空间。
本实用新型为一种脉动燃烧式热水、蒸气微型锅炉，包括有一个方形箱体(28)，在方形箱体(28)的面板上装有电脑自动控制装置(30)，在方形箱体(28)内装有锅炉本体(27)、空气进口阀室(16)、吹扫风机室(17)、进气消声器(1)、及排气消声器(10)。
在锅炉本体(27)内装有脉动燃烧器(6)，该脉动燃烧器(6)是由圆柱形燃烧室(7)，连接四根盘旋状尾管(8)(该尾管也可以是一根、二根或多根)，尾管(8)的另一端连接一个圆柱形排气去耦器(9)所构成。在燃烧室(7)上开有喷咀(25)、喷孔(26)，该喷咀(25)、喷孔(26)通过管路通过锅炉本体分别连接燃料单向阀(13)和空气单向阀(3)。该脉动燃烧器(6)与锅炉本体(27)之间的空间内形成水套(12)，该水套(12)用来装水用，当水套(12)内装满水后，整个脉动燃烧器(6)则浸没于水中，在水套(12)底部的锅炉本体(27)上设有进水口(20)，该进水口(20)通过管路与水泵(21)连接或与水位控制机构连接或与流量控制阀连接(水位控制机构和流量控制阀图中未示)。
当该进水口(20)与水泵(21)连接时，本实用新型则可做为采暖用的热水锅炉。当进水口(20)与水位控制机构连接时，本实用新型可做为饮用水锅炉。当进水口(20)与流量控制阀连接，并在箱体(28)外加配蒸汽包时，本实用新型可做为蒸气锅炉。无论是连接水泵或连接水位控制机构或连接流量控制阀都是用于向锅炉本体(27)中的水套(12)注水。水套(12)顶端的锅炉本体(27)上设有出水口(19)，加热后的水由此口流出，出水口(19)上装有测温感头(5)，用于测量水的温度。脉动燃烧器(6)中的排气去耦器(9)通过锅炉本体(27)与排气消声器(10)的一端相连，排气消声器(10)的另一端连接排气管(11)，排气管(11)通过箱体(28)上的管孔(35)伸向室外，室外的进风管(23)通过箱体(28)上的管孔(32)连接进气消声器(1)的一端，进气消声器(1)的另一端连接吹扫风机室(17)，吹扫风机室(17)内装有吹扫风机(2)，吹扫风机室(17)连接空气进口阀室(16)，空气进口阀室(16)内装有空气单向阀(3)，该空气单向阀(3)通过锅炉本体(27)连接脉动燃烧器(6)的燃烧室(7)，同时还连接检测单向阀(18)，检测单向阀(18)连接压力开关(22)。在箱体(28)上开有供进水管穿过的管孔(31)、出水管穿过的管孔(33)，进风管穿过的管孔(32)、燃料管穿过的管孔(34)和排气管穿过的管孔(35)。燃料入口(24)经电磁阀(15)连接燃料去耦器(14)的一端，燃料去耦器(14)的另一端经燃料单向阀(13)通过锅炉本体(27)连接脉动燃烧器(6)的燃烧室(7)，该燃烧室(7)的顶端装有通过锅炉本体(27)的火花塞(4)，该火花塞(4)用来将输入到燃烧室(7)中的燃料(燃气或燃液)打火点燃。
本实用新型的工作过程是空气经进气消声器(1)进入风机室(17)，而后经过吹扫风机(2)进入空气进口阀室(16)，再经由空气单向阀(3)与空气喷孔(26)进入燃烧室(7)。燃料经过由自动控制装置控制的电磁阀(15)、燃料去耦器(14)、燃料单向阀(13)和燃料喷咀(25)进入燃烧室(7)与空气射流互击混合，形成可燃混合物，由装在燃烧室(7)顶端中央的高压电子点火器驱动的火花塞(4)自动点火，点燃混合物进行燃烧放热，火花塞(4)点火后自行关闭。为判断点火是否正常，由装在空气单向阀(3)之后的检测单向阀(18)检测脉动燃烧器(6)内压力脉动信号，脉动燃烧器(6)内气体工作压力不同于稳态燃烧器，它是呈正弦脉动变化，由检测单向阀(18)引出这一独特的压力信号，并加以检波后推动压力开关(22)闭合，通知电脑自动控制装置(30)点火正常。在运行过程中万一发生熄火现象，燃烧室内脉动压力立即消失，此时压力开关(22)立刻断开，通知电脑自动控制装置(30)熄火发生，自动控制装置(30)立即切断电磁阀(15)，切断燃料供应。这一方法不仅可探明点火时火焰是否正常建立，同时又可判明脉动压力是否已正常建立，又是安全迅速的熄火保护措施。
当点火正常燃料在燃烧室内燃烧时，由燃料去耦器(14)切断燃烧室(7)内压力与燃料管路之间的声学耦合，以保证燃料流量的稳定性。燃烧后的烟气经尾管(8)及排气去耦器(9)排出。在空气单向阀(3)之前和排气去耦器(9)之后分别装有进气消声器(1)及排气消声器(10)，以抑制燃烧噪声外溢。
本实用新型在用做采暖锅炉时，在水套(12)下部的进(回)水口(20)之外接上供循环水用的热水管道水泵(21)，工质水在水套(12)内流经燃烧器(5)的外壁，获得热量，从水套(12)的顶部的出水口(19)流出送入加热房间的暖气片，其回水经水泵(21)抽回又送入水套(12)中。在出水口(19)［或进(回)水口(20)］装有测温感头(5)，将水温信号送入电脑自动控制装置(30)，控制采暖温度。由于整个脉动燃烧器(6)全部浸没在水套(12)的水中，因此整个脉动燃烧器(6)的壁面本身又构成了换热器的换热面，该换热面用于将水加热，该脉动燃烧器(6)集燃烧器和换热器为一体，通过脉动燃烧的优秀传热性能，使绝大部分热量传给了水，当燃烧过程中产生的烟气通过排气去耦器(9)排出时，温度已降到100℃以下，使本实用新型具有95％左右的总热效率。
本实用新型具有如下优点1.具有突出的节能性能。在不同功率工况下工作，其总热效率达到90－95％，与一般常用的燃气热水锅炉的60－70％效率相比，可节省燃料15－32％。
2.具有自排功能。可自行排出燃烧产物，不用使用烟囱排烟，同时它可以自行吸入燃烧用的空气，不需鼓风，省去鼓风设备及运营的电能消耗。
3.对空气的污染小。现场测试表明，本实用新型烟气中CO、NOx的含量均小于50ppm，远低于现行稳态燃烧锅炉，并且没有烟尘。
4.体积小结构简单。50－75KW的热水锅炉只有600×700×1500mm，节省材料，节约使用空间。
5.自动化程度高。电脑自动控制装置代替了用人工值班，降低了人员工时费用。
本实用新型具有如下附图
图1.系本实用新型结构示意图。
图2.系本实用新型燃烧室断面示意图。
图3.系本实用新型外形图。
图中标号如下1.进气消声器 2.吹扫风机 3.空气单向阀4.火花塞 5.测温感头 6.脉动燃烧器7.燃烧室 8.尾管 9.排气去耦器10.排气消声器 11.排气管 12.水套13.燃料单向阀 14.燃料去耦器 15.电磁阀16.空气进口阀室 17.吹扫风机室 18.检测单向阀19.出水口 20.进(回)水口 21.水泵
22.压力开关 23.进风管 24.燃料入口25.喷咀 26.喷孔 27.锅炉本体28.箱体 30.控制装置31、32、33、34、35.管孔本实用新型的实施例如附图所示，该装置具有一个方形箱体(28)，在方形箱体(28)中装有锅炉本体(27)，空气进口阀室(16)、吹扫风机室(17)、进气消声器(1)、排气消声器(10)。在箱体(28)的面板上装有电脑自动控制装置(30)。箱体(28)竖直座在地平面上，安装时用工程塑料管将排气管(11)与进风管(23)分别接到室外，同时把燃料入口(24)接到燃料(燃气或燃液)供应管路，并将进(回)水口(20)、出水口(19)分别接通于供暖循环管路中。
脉动燃烧器(6)整个安装固定在锅炉本体(27)之内的水套(12)中。锅炉本体(27)外面包覆有隔声隔热材料，进一步减小热损失并抑制噪声外溢。
脉动燃烧器(6)是由圆柱形燃烧室(7)、盘旋状尾管(8)和圆柱形排气去耦器(9)构成。在燃烧室(7)和排气去耦器(9)外壁上各焊有定位块以确定其在水套(12)中的位置。
被加热的水由水套(12)底部的进(回)水口(20)进入，在水泵(21)驱动下快速流过燃烧器外壁带走燃烧产生的热量，经由水套(12)顶部的出水口(19)流出，送入采暖循环管路。这一设计使脉动燃烧器(6)的燃烧室(7)、尾管(8)和排气去耦器(9)的全部外表面与被加热的水接触，使脉动燃烧器(6)的表面本身成为高传热率的换热器的表面。由于燃烧器内的气流脉动产生的优秀的传热性能，提高了传热速率，因而提高了壁面的温度，也就提高了整个热流从燃烧产物向水传递的效率在最初启动本实用新型时，首先由控制装置先打开吹扫风机(2)，对燃烧器内部进行吹扫，并提供点火所需的空气；然后打开燃料电磁阀(15)，煤气射流通过其喷咀(25)进入燃烧室(7)，与空气射流互击混合成为可燃混合气被火花塞(4)点燃。随之燃烧室(7)内的压力升高，自动关闭了空气单向阀(3)和燃料单向阀(13)，燃烧产物不可能通过这两个阀倒流，只能流过尾管(8)向后膨胀排气，经过排气去耦器(9)、排气消生器(10)及排气管(11)排到室外。由于排气的惯性作用和声波传播与反射，在燃烧室(7)内造成局部真空(负压状态)，因此，又自动开启空气和燃料的单向阀(3)和(13)，把新鲜空气和燃料吸入燃烧室(7)，又被自动点燃，而不再需要火花塞(4)打火，也不需要吹扫风机(2)供空气。按电脑程序在点火成功后火花塞自动熄灭，吹扫风机自动停止工作。脉动的燃烧过程、自我循环不止。热燃烧产物在膨胀排气过程中流经燃烧室(7)、尾管(8)和排气去耦器(9)的内壁面，高效地把热量传给包围它们的介质水，使水升温，当水温到达设定值时，测温感头(5)发出信号，由电脑自动控制装置关断燃料电磁阀(15)，脉动燃烧器(6)停止工作；当水温低于设定值时，脉动燃烧器(6)再次启动为水加温。
本实用新型可做多种修改扩展。把水套(12)加大，去掉水泵(21)，换成水位控制机构，该锅炉便成为容积式热水及饮用开水锅炉；用流量控制阀控制进水流量，在箱体之外加配蒸气包，即可作成蒸气发生器锅炉以用做消毒、吹扫、蒸煮用；把燃烧系统中的燃料喷口改换成液体燃料喷咀，在系统中加上油箱、油泵及稳压装置，该实施例便改为液体燃料工作的热水、蒸气锅炉。
权利要求1.一种脉动燃烧式热水、蒸气微型锅炉，其特征在于该装置包括有一个方形箱体(28)，在箱体(28)的面板上装有电脑自动控制装置(30)，在箱体上开有管孔(31)、(32)、(33)、(34)、(35)，在方形箱体(28)内装有锅炉本体(27)、空气进口阀室(16)、吹扫风机室(17)、进气消声器(1)、排气消声器(10)。
2.根据权利要求1所述的脉动燃烧式热水、蒸气微型锅炉，其特征在于在锅炉本体(27)内装有脉动燃烧器(6)，该脉动燃烧器(6)是由圆柱形燃烧室(7)、连接盘旋状尾管(8)的一端，尾管(8)的另一端连接一个圆柱形排气去耦器(9)所构成，在燃烧室(7)上开有喷咀(25)和喷孔(26)，喷咀(25)通过锅炉本体(27)连接燃料单向阀(13)、燃料单向阀(13)连接燃料去耦器(14)、燃料去耦器(14)经电磁阀(15)连接燃料入口(24)，喷孔(26)通过锅炉本体(27)与空气进口阀室(16)内的空气单向阀(3)相连，该脉动燃烧器(6)与锅炉本体(27)之间的空间内形成水套(12)，在水套(12)底部的锅炉本体(27)上设有进水口(20)，进水口(20)通过管路与水泵(21)连接，在水套(12)顶部的锅炉本体(27)上设有出水口(19)，出水口(19)上装有测温感头(5)，脉动燃烧器(6)中的排气去耦器(9)通过锅炉本体(27)与排气消声器(10)的一端相连接，排气消声器(10)的另一端连接排气管(11)，排气管(11)通过箱体(28)上的管孔(35)伸向室外，室外的进风管(23)通过箱体(28)上的管孔(32)连接进气消声器(1)的一端，进气消声器(1)的另一端连接吹扫风机室(17)，吹扫风机室(17)内的吹扫风机(2)的出口连接空气进口阀室(16)，在燃烧室(7)顶端装有点火火花塞(4)。
3.根据权利要求1或2所述的脉动燃烧式热水、蒸气微型锅炉，其特征在于锅炉本体(27)上的进水口(20)可以通过管路连接水位控制机构。
4.根据权利要求1或2所述的脉动燃烧式热水、蒸气微型锅炉，其特征在于锅炉本体(27)上的进水口(20)可以通过管路连接流量控制阀。
5.根据权利要求1或2所述的脉动燃烧式热水、蒸气微型锅炉，其特征在于空气进口阀室(16)内装有空气单向阀(3)，该单向阀(3)连接脉动燃烧器(6)的燃烧室(7)，该空气单向阀(3)同时还连接检测单向阀(18)，检测单向阀(18)连接压力开关(22)。
专利摘要一种脉动燃烧式热水、蒸汽微型锅炉，其具有一箱体，在箱体上装有控制装置和开有管孔，箱体内装有锅炉本体，空气进口阀室、吹扫风机室、进气消声器和排气消声器，在锅炉本体内装有脉动燃烧器、脉动燃烧器由燃烧室、连接尾管一端、尾管另一端连接排气去耦器组成，脉动燃烧器与锅炉本体之间的空间构成水套，整个脉动燃烧器浸没在水套的水中，利于向水传热，该锅炉工作时空气和燃烧进入燃烧室混合，由火花塞打火点燃燃料，燃烧后的烟气经尾管排出室外。
文档编号F24H1/22GK2186375SQ9420561
公开日1994年12月28日 申请日期1994年3月30日 优先权日1994年3月30日
发明者程显辰, 刘玉鹏 申请人:北京航空航天大学, 淄博市煤气公司