燃烧器组件和具有其的燃气热水器的制作方法

本发明涉及热水器设备技术领域，更具体地，涉及一种燃烧器组件和具有其的燃气热水器。

背景技术：

目前，热水器已成为日常生活中常见的家用电器。在相关技术中，热水器的燃烧方式为有焰燃烧，燃气和空气在燃烧装置中不预先混合，分别其送进燃烧室中，边混合边燃烧，燃烧产生的火焰较长，有鲜明的轮廓，由于活化能较高，燃烧速度慢，燃烧不完全，导致燃烧的热效率下降，有焰燃烧火焰的气体辐射量较小，以对流换热为主要传热方式，能源利用率低。此外，有焰燃烧方式下，由于燃烧的不同部位与空气接触的差异，导致燃烧的完全程度和温度也不同，在高温区，温度较高，空气中的氧气和氮气反应生成氮氧化物等污染物，在低温区，燃烧不完全，会产生一氧化碳、碳氢化合物和焦油等有害物质。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种燃烧器组件，所述燃烧器组件的一氧化碳和氮氧化物排放量低、具有高效、节能、环保等特点。

本发明还提出一种具有所述燃烧器组件的燃气热水器。

相关技术中的有焰燃烧处在较低热功率工况时，燃烧室内的火焰温度较低，如果增大空气系数，既可以使火焰温度进一步降低，几乎无氮氧化物产生，又可以使氧气浓度增大燃料的燃烧更加彻底，进而一氧化碳的排放量很小，但是有焰燃烧处在高热功率时，增加空气系数已不足以产生上述有益效果。相关技术中的无焰燃烧方式虽然在一定程度上可改善高热功率工况下一氧化碳和氮氧化物的排放量，燃烧过程仍无法实现氮氧化物的零排放。

根据本发明第一方面实施例的燃烧器组件包括：集烟罩；气体混合通道，所述气体混合通道包括第一气体进口和第二气体进口，所述第一气体进口和所述第二气体进口中的一个用于通入燃气且另一个用于通入助燃气体，所述第一进气进口的出气方向和所述第二气体进口的出气方向相交或相对，所述气体混合通道的出口与所述集烟罩连通；分配网，所述分配网设在所述气体混合通道内并位于所述第一气体进口和所述第二气体进口的下游；催化燃烧装置，所述催化燃烧装置设在所述集烟罩内，且所述催化燃烧装置与所述气体混合通道的出口相对；加热装置，所述加热装置用于对所述催化燃烧装置预热。

根据本发明实施例的燃烧器组件，通过加热装置对催化燃烧装置进行预热，使得催化燃烧装置达到起燃温度后，由有焰燃烧向催化燃烧(无焰燃烧)过渡，进而满足燃烧器组件在不同的功率工况下燃烧充分，一氧化碳和氮氧化物的排放量少，具有清洁、高效、环保等特点。

根据本发明一个实施例，所述气体混合通道包括：第一进气管，所述第一进气管的一端形成为所述气体混合通道的第一气体进口且另一端形成为所述气体混合通道的出口，第一气体可以通过第一气体进口进入气体混合通道内，且通过出口排出。

根据本发明一个进一步的示例，所述第一进气管中位于所述集烟罩外的部分的侧壁上形成有所述第二气体进口。

根据本发明一个可选地的示例，所述气体混合通道还包括第二进气管，所述第二进气管伸入所述第一进气管内并邻近所述第一进气管的入口，所述第二进气管中伸入所述第一进气管的部分的侧壁上形成有一个或间隔布置的多个所述第二气体进口。

进一步地，所述第二进气管上的所述第二气体进口朝向所述第一进气管的入口。

根据本发明一个可选实施例，所述加热装置包括：有焰燃烧器，所述有焰燃烧器的至少一部分设在所述气体混合通道内，且所述有焰燃烧器邻近所述气体混合通道的出口用于对所述催化燃烧装置加热；点火器，所述点火器邻近所述有焰燃烧器用于对所述有焰燃烧器点火，这样，方便加热装置对催化燃烧装置进行预热。

根据本发明另一个可选实施例，所述催化燃烧装置包括：罩体，所述罩体设在所述集烟罩内并相对于所述气体混合通道的出口成倒扣的形状，且所述罩体的至少一部分与所述集烟罩内的底面间隔开；催化器，所述催化器设在所述罩体内，并与所述气体混合通道的出口相对，由气流混合通道出来的气体流经催化器，罩体可以使气体聚集进而保证催化燃烧更加充分。

可选地，所述催化器包括：基体；催化剂，所述催化器粘接在所述基体上，所述催化器的载体为改性氧化铝，所述催化器的活性组分为铂和帊中的至少一种，所述催化剂的助剂为氧化铝和氧化铁中的至少一种。

进一步地，所述基体为金属网板、蜂窝陶瓷或碳化硅泡沫陶瓷。

可选地，所述气体混合通道的出口伸入所述罩体内，所述催化器的至少一部分与所述气体混合通道的出口相对或所述催化器位于所述气体混合通道的出口或出口的延伸的内侧。

根据本发明第二方面实施例的燃气热水器包括：燃烧器组件，所述燃烧器组件为根据上述实施例中所述的燃烧器组件；换热管，所述换热管盘绕在所述燃烧器组件的集烟罩上。

根据本发明实施例的燃气热水器，通过利用根据本发明第一方面实施例所述的燃烧器组件，具有一氧化碳和氮氧化物排放量少、清洁、高效、环保等优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的燃烧器的示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的燃烧器的示意图；

图3是根据本发明实施例的燃气热水器的示意图。

附图标记：

100：燃烧器组件；

10：集烟罩；

20：气体混合通道；20a：气体混合通道的出口；

21：第一进气管；21a：第一气体进口；

22：第二进气管；22a：第二气体进口；

30：分配网；

40：催化燃烧装置；

41：罩体；

42：催化器；421：基体；422：催化剂；

50：加热装置；51：有焰燃烧器；52：点火器；

200：换热管。

300：风机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面描述根据本发明第一方面实施例的燃烧器组件100。

如图1所示，根据本发明实施例的燃烧器组件100包括集烟罩10、气体混合通道20、分配网30、催化燃烧装置40和加热装置50。

气体混合通道20上具有第一气体进口21a和第二气体进口22a，第一气体进口21a可用于通入燃气，第二气体进口22a可用于通入助燃气体，或者第一气体进口21a用于通入助燃气体，第二气体进口22a用于通入燃气，第一气体进口21a的出气方向与第二气体的出气方向相交或者相对，气体混合通道的出口20a与集烟罩10相连通，气体混合通道20内的气体可以通过出口排入集烟罩10内。

分配网30位于气体混合通道20内，且分配网30设置在第一气体进口21a与第二气体进口22a的下游，催化燃烧装置40位于集烟罩10内，且与气体混合通道的出口20a正好相对，分配网30可以将燃气和助燃气体进行均匀分配，充分混合后的气体流动到催化燃烧装置40处，再通过加热装置50对催化燃烧装置40进行预热，温度进一步升高达到预定温度时，催化燃烧装置40可以实现充分燃烧，燃烧过程中一氧化碳和氮氧化物的排放量极少，与传统的燃烧方式相比，不仅提高了对燃料的利用率，且有害物质排放量少。

由此，燃气和助燃气体分别通过第一气体进口21a和第二气体进口22a进入气体混合通道20内，且燃气与助燃气体部分混合，然后经过分配网30对燃气和助燃气体进行均匀混合，充分混合后的气体通过出口到达催化燃烧装置40处，在催化燃烧装置40预热到预定温度后可以进行无焰燃烧，混合气体直接流经催化燃烧装置40发生无焰燃烧，从而在不同的功率工况下实现洁净燃烧。

采用此种催化燃烧的方式，可燃物在催化燃烧装置40的作用下燃烧，与相关技术中的燃烧方式相比，催化燃烧的温度较低，可以有效地抑制氮氧化物的产生，同时催化燃烧比较完全，降低烟气中一氧化碳的含量。

根据本发明实施例的燃烧器组件100，通过采用催化燃烧的方式，在高功率时切换为无焰燃烧，实现在燃烧过程的各个阶段都能充分燃烧，一氧化碳和氮氧化物的排放量少，具有清洁、高效、环保等特点。

根据本发明的一个实施例，气体混合通道20包括第一进气管21，在第一进气管21的一端具有第一气体进口21a，另一端具有气体混合通道的出口20a。通过第一进气管21形成气流通道。

另外，本申请中的第二气体进口22a可以设置成多种不同的形式，只需要将第一气体进口21a的出气方向与第二气体进口22a的出气方向设置成相交或相对即可。

其中，第一气体进口21a的出气方向与第二气体进口22a的出气方向相对或相交，是指，通过第一气体进口21a进入的气流可以与第二气体进口22a进入的气流可以形成相冲混合的形式，例如相对的两股气流的对冲，或相交的两股气流的倾斜对称，从而实现进入到气体混合通道20内的气体可以对冲混合，提高燃气和助燃气体的混合效率和均匀程度。

下面描述本发明实施例的一些实现“第一气体进口21a的出气方向与第二气体进口22a的出气方向设置成相交或相对”的结构。

其中，如图2所示，第二气体进口22a可以设置于集烟罩10外部的第一进气管21的侧壁上，且位于邻近第一气体进口21a的位置设置。由于第二气体进口22a设置与第一进气管21的侧壁上，因此，第二气体进口22a进入的气体必然会与第一进气管21内通过的气流进行冲击混合。

当然，也可以对第二气体进口22a的方向进行合理设置，将第二气体进口22a的方向设置成垂直于第一进气管21或者与第一进气管21呈预定交的夹角。

如图1所示，本发明还提供了另一种方便燃气与助燃气体混合的结构。具体而言，气体混合通道20还包括第二进气管22，第二进气管22靠近第一进气管21的入口设置，第二进气管22伸入第一进气管21的内部，且在第二进气管22伸入第一进气管21内的部分的侧壁上具有第二气体进口22a，第二气体进口22a的数量可以进行合理的选择，例如，第二进气管22伸入第一进气管21内的部分的侧壁上具有一个第二气体进口22a，或者第二进气管22伸入第一进气管21内的部分的侧壁上具有间隔地排布有多个第二气体进口22a，第二进气管22上的第二气体进口22a朝向第一进气管21的入口，这样，例如，助燃气体可以通过第一进气管21的第一气体入口进入，燃气通过第二进气管22上的第二气体进口22a进入第一进气管21，此时利用助燃气体与燃气的流动进行初步混合。

其中，第二气体进口22a朝向第一进气管21的入口包括但不限于：第二气体进口22a与第一进气管21的进气方向相反或呈预定角度的夹角。

根据本发明的又一个实施例，加热装置50主要由有焰燃烧器51和点火器52组成，有焰燃烧器51的至少一部分位于气体混合通道20内，且有焰燃烧器51靠近气体混合通道的出口20a设置，点火器52靠近有焰燃烧器51布置，可以对有焰燃烧器51进行点火，使得有焰燃烧器51进行有焰燃烧，以实现对催化燃烧装置40进行加热。

也就是说，通过有焰燃烧的方式实现对催化燃烧的预热。

具体而言，首先在低功率下有焰燃烧加热催化燃烧装置40，短时间内使催化燃烧装置40达到起燃温度，然后停止有焰燃烧，例如可以通过短暂切断燃气或直接提高燃料/空气混合气体流速使有焰燃烧脱火。

当然，本发明对催化燃烧装置40预热的方法有很多种，例如还可以通过加热管对催化燃烧装置40进行预热等。

根据本发明的再一个实施例，如图1所示，催化燃烧装置40主要包括罩体41和催化器42，罩体41位于集烟罩10内，罩体41相对于气体混合通道的出口20a呈倒扣状分布，且罩体41的端部(图1中的下端)与集烟罩10的内底面间隔开设置。催化器42同样位于集烟罩10罩体41内，催化器42与气体混合通道的出口20a相对，这样初步混合后的气体通过气体混合通道的出口20a流经催化器42，位于催化器42上方的罩体41可以使得气体聚集充分燃烧，燃烧后的气体由罩体41的端部流出，。

本领域技术人员可以理解的是，集烟罩10上设置了出烟口，如图1所示，本发明中的出烟口设置与集烟罩10的上方，燃烧完成后烟气将从出烟口排出。

进一步地，催化器42主要由基体421和催化剂422组成，优选地，基体421采用金属网板、蜂窝陶瓷或碳化硅泡沫陶瓷制作而成。在基体421上粘接有催化剂422，将催化剂422与粘接剂制成浆液后涂覆在基体421上。

其中，优选地，催化剂422的载体采用改性氧化铝，催化剂422的活性组分采用铂和帊中的至少一种，催化剂422的助剂采用氧化铝和氧化铁中的至少一种，催化剂422通过采用上述材质，在达到预定起燃温度后有利于发生催化燃烧。

可选地，气体混合通道的出口20a伸入罩体41内，催化器42的至少一部分与气体混合通道的出口20a相对，或者催化器42恰好位于气体混合通道的出口20a处，或者催化器42位于气体混合通道的出口20a延伸的内侧，这样有利于由气体混合通道的出口20a流出的气体流经催化器42发生催化燃烧，且保证燃烧的充分性。

为了实现本身无烟排放的目的，本申请的优选方案中对燃气和助燃气体的比例进行了一些研究，例如，通入燃气中的甲烷与通入助燃气体中的氧气的比值在1/2到1/3的范围内；优选地，通入燃气中的甲烷与通入助燃气体中的氧气的比值在1/2.18到1/2.24的范围内。

一般通过第一气体进口21a或第二气体进口22a通入的助燃气体为空气，因此，本发明中通入燃气中的甲烷与通入助燃气体(空气)的比值在1/8到1/12的范围内，优选地在1/10.3到1/10.6的范围内。

本发明中的突出优点为燃烧过程中氮氧化物和一氧化碳的排放量少。

具体地，实验测试数据如下表所示，如在20-50L/min甲烷流速范围内，调节直流风机300的输入电压，控制烟气中氧气含量在6.3％左右，即可实现氮氧化物的零排放和一氧化碳的低排放。

除上表所示数据外，还可以得出如下实验现象：

1.氮氧化物可在更宽的氧含量范围内实现零排放，如4.7％-7.8％；

2.一氧化碳的排放值与燃料/空气的预混情况呈明显正相关，进一步改善气体预混情况，一氧化碳的排放量不断减小；

3.可通过直流电源的电压和电流的乘积即输出功率，进而判断风机300的出风量。

下面结合图1-3具体描述根据本发明一个具体实施例的燃烧器组件100。

如图1所示，燃烧器组件100包括集烟罩10、气体混合通道20、分配网30、催化燃烧装置40、加热装置50和控制器。

气体混合通道20包括第一进气管21和第二进气管22，第一进气管21的一端为第一气体进口21a，另一端为气体混合通道的出口20a，第二进气管22沿着第一进气管21的径向由第一进气管21的侧壁插入第一进气管21内，且第二进气管22邻近第一进气管21的入口设置，在伸入第一进气管21内的部分第二进气管22的下侧壁上具有多个间隔排布的第二气体的入口22a。

分配网30和加热装置50位于气流混合通道20内，分配网30位于第二进气管22的上方，加热装置50位于分配网30的上方，加热装置50包括有焰燃烧器51和点火器52，催化燃烧装置40可以位于气流混合通道的出口20a外且与气流混合通道20的出口相对(如图1所示)，也可以位于气流混合通道的出口20a延伸部分的内侧(如图2所示)，也可以位于气流混合通道的出口20a处(如图3所示)。

催化燃烧装置40包括罩体41和催化器42，其中，罩体41形成为倒扣的盖体，罩设在催化器42上，催化器42主要由基体421和催化剂422组成，将催化剂422与粘接剂制成浆液后涂覆在基体421上，基体421采用碳化硅泡沫陶瓷，耐温1500℃、强度高，可以进行明火燃烧。

控制器根据设定的温度，提供信号给风机300和燃气阀体(未示出)，通过第一进气管21提供空气(如图1中第一气体进口21a处虚线箭头所示)，第二进气管22提供燃气(如图1中第二气体进口22a处实线箭头所示)，燃气和空气混合后经过分配网30进一步混合均匀，而后进入有焰燃烧器51(如图1中气流混合通道20内的双虚线箭头所示)，控制器同时提供信号给点火器52，有焰燃烧器51进行燃烧，且预热催化燃烧装置40，当催化燃烧装置40的催化器42的温度达到起燃温度后，控制器可以控制风机300和燃气阀体，调节气流，使得有焰燃烧熄灭，只进行催化燃烧，气流经过催化燃烧装置40的罩体41，改变方向后，使得气流往两边流动(如图1中集烟罩10内双实线箭头所示)，催化器42充分发挥功效。

催化燃烧属于自持式反应，只要当温度达到700℃以上，且有燃气/空气供给，催化燃烧就能持续进行，燃烧噪音低于48dB，同时安全性更高，氧适应浓度范围大，燃烧缓和。

下面描述根据本发明第二方面实施例的燃气热水器。

根据本发明实施例的燃气热水器主要由所述燃烧器组件100和换热管200组成，换热管200弯曲盘绕在燃烧器组件100的集烟罩10上，通过换热管200的一端进冷水，经过与燃烧器组件100的集烟罩10发生热量交换变成热水，最后通过另一端流出，以方便用户使用。

根据本发明实施例的燃气热水器，通过利用本发明实施例的燃烧器组件100，具有高效、节能、环保、使用安全等优点。

下面结合图3具体描述根据本发明一个具体实施例的燃气热水器。

如图3所示，本发明实施例的燃气热水器包括风机300、所述燃烧器组件100和换热管200。

冷水由换热管200的一端进入换热管200内，风机300为燃烧器组件100提供空气，经由第一进气管21进入燃烧器组件100内，燃气经由第二进气管22进入燃烧器组件100内，燃烧后的气流通过催化燃烧装置40的罩体41向两侧流动，由集烟罩10的下端向上端流动，与集烟罩10外侧所盘绕的换热管200进行热量交换，加热换热管200内的水，通过换热管200的另一端流出，以供用户使用，同时烟气经过集烟罩10的上端排至大气中。

根据本发明实施例的燃气热水器，通过利用本发明实施例的燃烧器组件100，具有高效、节能、环保、使用安全等优点。

根据本发明实施例的燃烧器组件100和具有其的燃气热水器的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。