带有真空保温层和分段板式换热器的燃气炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种带有真空保温层和分段板式换热器的燃气炉，主要有三个特征：特征一是多分段的板式换热器，板式换热器2一端进口流入常温空气，另一端进口连接高温尾气，两股气体在换热器板内完成逆流换热；特征二是真空保温层，预热后的空气通过空气进气管3进入燃烧室，燃烧放出的热量在真空保温层下进行绝热保温，同时通过控制调节阀的开合度，控制真空腔的真空度，达到不同的绝热效果；特征三是气体分布器应用于燃气炉中，使得高温烟气被均匀分布。该新型燃气炉采用常温空气与高温尾气板式换热技术和保温系统，充分利用燃气释放的热量；燃烧室内燃气与预热后的空气充分燃烧，释放大量热量；炉面下方的分布器将烟气均匀分布加热，保证炉面受热均匀。
【专利说明】带有真空保温层和分段板式换热器的燃气炉
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种带有真空保温层和分段板式换热器的新型燃气炉。具体过程 是，燃气炉的燃烧室炉体采用抽真空进行绝热保温，其真空度可调，从而控制所需炉面的温 度；该燃气炉的换热器采用分段板式换热器结构，针对不同加热情况采用不同的段数，这样 降低了昂贵的耐高温材料的使用量。
【背景技术】
[0002] 现有的民用燃气炉的炉体未设保温装置或者直接在炉壁中加入保温棉进行保温， 这样燃烧后的高温气体与外界常温空气之间的传热系数很大，浪费了大量的热量。同时，常 见的板式换热器中的换热板采用一种材料制备，因此需要按照最高温度选用材料，本发明 利用常温空气与高温烟气进行逆流换热时，各阶段的换热温度逐渐上升，对换热板耐温要 求逐渐升高的特点，采用分段式板式换热器进行换热，有效节约了换热板材料的成本。
[0003] 申请号201220197408. 9设计了一种液化气节能燃气炉，通过炉头设有吸热网，提 高热能利用率，并设有保温储水箱，将热量聚集于水中。申请号201320158354. X设计了一 种燃气式煎饼炉，利用外层炉体、中层炉体、外层炉体分别加热炉面，达到不同的加热面积 效果。
[0004] 申请号201310215484. 7设计了一种燃气炉系统，通过对高温尾气的热量回收，提 高了燃气的利用率，但是其中使用的是管式换热器，换热面积不够大；没有设计烟气收集装 置，不能有效地保存热量。以上专利从热回收以及加热面的均匀性进行了分析与改进，在一 定程度上达到了节能的效果，其中也有涉及热集成的工艺系统，但是该系统存在热回收不 够完全，燃烧不够完全，加热面积受热不均匀的缺点。
【发明内容】
[0005] 本实用新型提出一种新型燃气炉，该燃气炉带有真空保温层和分段板式换热器的 特征结构。本实用新型提出了真空保温应用于炉体的技术，提高了保温材料的保温性能；利 用分段的板式换热器对空气进行预热，节约了换热器成本，并达到有效换热的目的；同时提 出了将气体分布器应用在燃气炉中，使热量均勻分布。
[0006] 本实用新型的技术方案如下：
[0007] -种带有真空保温层和分段板式换热器的燃气炉；包括换热系统、燃烧系统和热 量分布系统，节能炉的工艺简图如图1所示。换热系统包括板式换热器（2)和烟气收集室 (9)，燃烧系统包括主燃烧室（6)，空气、燃气管路和电打火装置（5)，燃气炉的燃烧室外层 设置真空保温层（7);热量分布系统由分布器（8)构成，分布器设置在炉面下方。
[0008] 所述真空保温层7由真空腔12和保温板13组成，如图7所示。真空腔12包括内 壁、外壁和调节阀，调节阀14连接抽真空泵15 ;保温板13放置在真空腔内。
[0009] 所述多段结构板式换热器优选为三段，如图6,第一段空气为400°C以下；第二段 空气温度为400-700°C ;第三段空气温度700-1200°C ;用耐高温材料，每段厚度为0. 5-6mm 厚度；每段材料选用与温度对应板材。
[0010] 所述的为多种形式：如燃烧室为立式燃烧室（如图2)，空气由底部进入；燃烧室为 卧式燃烧室（如图3)，空气由侧面进入；或两个平行的板式换热器分布在燃烧室两侧（如 图4和图5)等。
[0011] 所述的烟气收集室9为十字交叉式通道，孔道形状不定，可以是圆孔、三角形、方 形等，如图9所示，横向孔道16通入新燃烧的高温烟气，纵向孔道17通入较低温烟气。
[0012] 本实用新型的带有真空保温层和分段板式换热器的燃气炉燃烧方法，常温空气由 风机输送至板式换热器中，与高温烟气完成逆流换热，预热后的空气进入燃烧室，在真空腔 的保温作用下，进行充分燃烧放热，燃烧后的高温烟气再进入烟气收集室，通过气体分布器 加热炉面，然后返回至烟气收集室，再流入板式换热器中进行换热，最后换热后的烟气排 出。
[0013] 本实用新型的优点有：
[0014] 1.采用抽真空保温装置，防止热量的散失；
[0015] 2.分段换热，选用不同材料作为换热板，节约了换热器的成本；
[0016] 3.将气体分布器应用于燃烧炉中，炉面热量有效地均勻分布；
[0017] 4.高温尾气的热量得以利用，对空气进行预热，提高燃料利用率；
[0018] 5.利用余热对燃气炉进行保温，节约了燃气的消耗量；
[0019] 6.大幅减少燃气的用量，不仅降低了成本而且符合国家节能减排政策的要求；
[0020] 7.烟气收集室内温度较高，对高温气体起到了保温作用，防止热量流失。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1 :节能炉工艺简图。
[0022] 图2 :立式燃烧室节能炉装置简图。
[0023] 图3 :卧室燃烧室节能炉装置简图。
[0024] 图4 :双换热器节能炉装置简图。
[0025] 图5 :双换热器节能炉装置部分剖视图。
[0026] 图6 :板式换热器的结构示意图。
[0027] 图7 :真空保温层7的结构示意图。
[0028] 图8 :气体分布器的示意图。
[0029] 图9 :烟气收集室的示意图。
[0030] 其中：1 一风机，2-板式换热器，3-空气进气管，4一燃气进气管，5-点火装置， 6-主燃烧室，7-真空保温层，8-分布器，9一烟气收集室，10-烟气进气管，11 一炉面， 12一真空腔，13-保温板，14一调节阀，15-抽真空栗，16-横向孔道，17-纵向孔道，a一空 气，b-烟气，c一燃气，d一第一段换热板，e-第二段换热板，f一第二段换热板。
【具体实施方式】
[0031] 结合附图对本实用新型专利进一步说明：
[0032] 燃气炉的燃烧室采用真空隔热装置进行保温，真空保温层7由真空腔12和保温板 13组成，如图7。真空保温层设有调节阀，通过调节真空腔内的真空度控制保温效果，从而 控制所需要的炉面温度。气体流经燃烧室的大体过程为：预热后的空气经空气进气管3进 入主燃烧室6,与燃气在电打火装置5作用下点燃，用真空泵将炉腔内的空气抽出，通过调 节阀门，调整腔内的真空度。
[0033] 真空腔12包括内壁、外壁和调节阀，内壁选用耐高温材料，可选用耐高温金属材 料或者非金属材料，例如310s不锈钢板、镍基合金或者无机陶瓷材料等，外壁起到支撑作 用，对耐温要求不高，可选用普通不锈钢板、铸铁、钢板材料等，调节阀连接抽真空泵，通过 调节阀门的开合度，控制真空腔内的真空度。不同真空度的条件下，腔体的导热系数不同， 真空度越大，导热系数越小，隔热效果越好，相同的条件下，炉面温度越高，这样进一步实现 了对炉面温度的控制。
[0034] 真空腔内的保温板13应选择导热系数小的材料，可选用石棉板、XPS保温板、水泥 保温板等，普通的隔热装置直接采用保温板并没有真空装置，而本发明中将保温板放置在 真空腔内，由于真空腔内空气很少，其传热系数很低，有效降低了高温烟气与外界环境的传 热效果，再加上真空腔内的保温板，进一步提高了保温绝热效果，提高了保温材料的保温性 能。
[0035] 分段板式换热器2 -端进口流入常温空气，另一端进口连接高温尾气，两股气体 在换热器板内完成逆流换热。板式换热器可分为几段，如图6,根据不同的例如板式换热器 分为三段，其中第一段将空气由15_30°C升至300-400°C，可选用0. 5-5mm厚度的不锈钢304 板、铝板、钢板等作为换热板；第二段空气继续升温至600-70(TC，选择耐温情况较好的材 料，比如0. 5-6mm厚度的309s不锈钢板、lCr5Mo不锈钢、18-8铬镍钢等，第三段空气则继续 升温至1100-1200°C，选用价格昂贵的耐高温材料，可选用0. 5-6mm厚度的310s不锈钢板、 25-20不锈钢板、316不锈钢板等，这些材料的选择合适即可，不局限于以上材料。
[0036] 该新型燃气炉具有两大特点，分别是热保温和热交换，其中热保温是燃烧室的壁 面采用抽真空保温装置，热交换在分段板式换热器内进行。板式换热器的换热面积大，适合 气体之间换热，因此该燃气炉换热系统采用的是板式换热器。
[0037] 新型燃气炉的主要工作过程大致为：如图1，常温空气a由风机1输送至板式换热 器2中，与高温烟气b完成逆流换热，预热后的空气进入燃烧室6,在真空腔的保温作用下， 进行充分燃烧放热，燃烧后的高温烟气再进入烟气收集室9,再通过气体分布器8,加热炉 面，之后返回至烟气收集室9,再流入板式换热器2中进行换热，最后换热后的烟气排出。
[0038] 根据燃烧室的摆放方式以及板式换热器个数不同，可列举出三种燃气炉装置。装 置1中燃烧室为立式燃烧室，构造如图2所示，空气由底部进入，装置2中燃烧室则为卧式 燃烧室，如图3,空气由左侧进入，这两个装置都只有一个板式换热器，而装置3有两个并列 的板式换热器分布在燃烧室两侧，如图4和图5所示，换热面积加倍。
[0039] 其中，烟气收集室9为十字交叉式通道，横向孔道通入新燃烧的高温烟气，纵向孔 道通入较低温烟气，低温烟气相对于空气温度还是很高的，因此起到保温的作用。
[0040] 分布器8主要作用是再分布燃烧后的烟气，高温烟气加热，使炉面受热均匀，采用 普通气体分布器即可。可选用铸铁、不锈钢等材料制作，高温烟气通过一个管道后分别从小 孔内扩散出来，直接加热炉面，如图8。
[0041] 下面结合不同燃气炉的实例对本发明进行说明，但不会因此限制该节能燃气炉的 应用领域。
[0042] 实施例1 :
[0043] 装置1构造如图2所示，风机1连接空气进气管3,分为两个管道分支，连接板式 换热器2的下端，板式换热器2的另一端连接一个空气管道，换热后的空气管道连接主燃烧 室6的下端，主燃烧室6下端同时连接燃气进气管4,主燃烧室6中间安装打火装置5,主燃 烧室6上端管道出口连接烟气收集室9,烟气收集室9的上端为分布器8,固定在炉面11下 端，烟气收集室9两侧分别连接两个烟气管道，这两个烟气管道连接板式换热器2的上端， 另一端连接一个烟气管道，该烟气管道末端为出口。
[0044] 该装置中的换热器选用两段的板式换热器，第一段为0. 5_厚的不锈钢304板，第 二段的板为〇. 5mm的309s不锈钢板，两段加热后，空气预热至700°C。
[0045] 此装置用于路边小吃摊位的常用装置--煎饼炉，燃料为灌装燃气炉。市场调查 显示，一个摊位的燃烧炉的平均工作时间为9小时/天，传统的煤气炉装置的燃气消耗量为 l〇kg/天；使用节能燃气炉装置后，燃气消耗量小于8kg/天，节能效果高于20%。
[0046] 实施例2 :
[0047] 装置2构造如图3所示，风机1连接空气进气管3,这条空气管道连接板式换热器 2的下端，板式换热器2的另一端连接一个空气管道，换热后的空气管道连接主燃烧室6的 左端，主燃烧室6的左端同时连接燃气进气管4,主燃烧室6中间安装打火装置5,主燃烧室 6右端管道出口连接烟气收集室9,烟气收集室9的上端为分布器8,固定在炉面11下端，烟 气收集室9下端连接烟气管道，这个烟气管道连接板式换热器2的上端，另一端连接一个烟 气管道，该烟气管道末端为出口。
[0048] 烟气收集室的主要作用是将加热后返回的烟气收集在一个密闭空间内，该空间的 热量足够高，相对炉内其它部位，自然烟气收集室的温度较高，这样对新燃烧后的高温气体 起到了保温作用。
[0049] 装置中的换热器选用三段的板式换热器，第一段选用0. 5mm的不锈钢304板，第二 段选用0. 5mm的309s不锈钢板，第三段为0. 5mm的310s不锈钢板，经三段换热后，空气被 加热到1200°C，保证了炉面的温度足够高。
[0050] 此装置用于餐饮行业的常见炊具--烧烤炉，燃料为市面常见的灌装液化气。市 场调查显示，饭店的一个工作时段在5小时内，传统的烧烤炉天然气消耗量平均为50m 3 ;改 用上述节能炉之后，可使加热温度控制在80度均匀加热，同时燃气的消耗量接近35m3,节能 率不到30%。
[0051] 实施例3:
[0052] 装置3构造如图4和5所示，风机1连接空气进气管3,分为两个管道分支，分别连 接两个板式换热器2的上端，这两个板式换热器2的下端各自连接一个空气管道，换热后的 空气管道合并，连接主燃烧室6的下端，主燃烧室6下端同时连接燃气进气管4,主燃烧室6 中间安装打火装置5,主燃烧室6上端管道出口连接烟气收集室9,烟气收集室9的上端为 分布器8,固定在炉面11下端，烟气收集室9两侧分别连接两个烟气管道，这两个烟气管道 连接板式换热器2的上端，另一端各自连接一个烟气管道，这两个烟气管道末端即为出口。
[0053] 装置的换热器选用一段的板式换热器即可，常温空气经换热器后变为400°C气体， 选用0. 5mm的不锈钢304板作为中间的板材。
[0054] 此装置用于餐饮行业的火锅加热炉，燃料为灌装液化气。市场调查显示，火锅店的 平均工作时间为9小时/天，常用的火锅装置的燃气消耗量为120m3/月，若使用本发明节 能炉，燃气消耗量小于l〇〇m3/月，节能效率接近20 %。
[0055] 以上所实施的实例，目的在于更好地说明本发明的节能效果明显。当然，根据具体 的应用、尺寸、材质的不同，本发明的响应参数（尺寸、材质、加工细节、安装方法等）可以做 出相应的变化，相关技术人员在其基础上做的替代或变换，在本发明保护之内。
【权利要求】
1. 一种带有真空保温层和分段板式换热器的燃气炉；包括换热系统、燃烧系统和热量 分布系统；其特征是换热系统包括板式换热器（2)和烟气收集室（9)，燃烧系统包括主燃烧 室（6)，空气、燃气管路和电打火装置（5)，燃气炉的燃烧室外层设置真空保温层（7);热量 分布系统由分布器（8)构成，分布器设置在炉面下方。
2. 如权利要求1所述的燃气炉，其特征是真空保温层（7)由真空腔（12)和保温板（13) 组成；真空腔（12)包括内壁、外壁和调节阀（14);调节阀连接抽真空泵（15);真空腔内的 保温板（13)放置在真空腔内。
3. 如权利要求1所述的燃气炉，其特征是多段结构板式换热器分为三段，第一段空气 为400°C以下；第二段空气温度为400-700°C ;第三段空气温度700°C以上到1200°C ;用耐 高温材料，每段厚度为0. 5-6_厚度；每段材料选用与温度对应板材。
4. 如权利要求1所述的燃气炉，其特征是燃烧室为立式燃烧室，空气由底部进入。
5. 如权利要求1所述的燃气炉，其特征是燃烧室为卧式燃烧室，空气由侧面进入。
6. 如权利要求1所述的燃气炉，其特征是有两个并列的板式换热器分布在燃烧室两 侧。
7. 如权利要求1所述的燃气炉，其特征是烟气收集室（9)为十字交叉式通道，横向孔道 通入新燃烧的高温烟气，纵向孔道通入较低温烟气。
【文档编号】F24C15/00GK203893245SQ201420279472
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】刘春江, 赵俏, 张婷, 阮仁君, 袁希钢 申请人:天津大学