專利名稱：一種內(nèi)燃式熱水壺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種家用節(jié)能型燃氣熱水壺，具體地說，涉及一種具有內(nèi)部燃燒室的內(nèi)燃式熱水壺。
背景技術(shù)：
眾所周知，市場上銷售的普通水壺的燃燒加熱方式大都是開放式的，燃燒的火焰位于壺體下方的底部，然而部分火焰沒有與水壺壁面充分接觸就直接被排放到周圍的空氣中去了，直接導致30%-40%的熱能量通過周圍的空氣白白的耗散；此外，在開放式的燃燒加熱方式中，火焰與整個水壺的接觸面局限在壺底的圓形平面上，傳熱面積較小，不利于熱能量的交換，不利于節(jié)能。中國專利CN 201468988 U中公開了一種內(nèi)燃式燒水壺。該內(nèi)燃式燒水壺主要結(jié)構(gòu)為喇叭形內(nèi)燃腔與壺體，所提出的內(nèi)燃腔的設計結(jié)構(gòu)，是一種有效地利用能源的方法。但該設計結(jié)構(gòu)沒有提出經(jīng)優(yōu)化的燃燒室構(gòu)型，也沒有采用其它強化傳熱的方法，未能將燃氣的能量充分利用達到較好的熱能量交換，達到較好的節(jié)能效果。在專利ZL 200520076^2. X中描述了一種家用節(jié)能熱水壺，其主要結(jié)構(gòu)為錐體膽，錐體膽內(nèi)設置有與內(nèi)腔相連的盤曲的熱水循環(huán)管道。這種設計模式使用了水管強化傳熱，其設計意圖是增大傳熱面積，提高熱效率；但是該設計沒有注意到使用水管加熱對水質(zhì)的要求很高，直接加熱未經(jīng)軟化的普通水很容易結(jié)垢，以致堵塞水管，致使水管傳熱效能下降而浪費能源，不利于長期使用，也不利于環(huán)保。上述所提及的現(xiàn)有技術(shù)以及改進的技術(shù)方案均未能科學合理地優(yōu)化傳熱過程，致使其熱效率較低或者使用性差，既浪費了能源又不利于環(huán)境的保護。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有內(nèi)部燃燒室的內(nèi)燃式熱水壺。該內(nèi)燃式熱水壺是針對現(xiàn)有技術(shù)熱效率較低、使用性能差的不足；在結(jié)構(gòu)設計上運用傳熱學原理、 流體力學的知識，通過合理地優(yōu)化傳熱過程，增大火焰與熱水壺壺壁的接觸面積，減小換熱熱阻，減少熱能量損耗，既提高了熱效率，又達到節(jié)能環(huán)保的效果。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該內(nèi)燃式熱水壺包括內(nèi)部燃燒室、環(huán)形水腔、曲壁、肋片、注水口、排氣口及壺把、壺嘴、壺蓋。本發(fā)明內(nèi)燃式熱水壺由外壁包圍成的環(huán)形水腔和由內(nèi)壁包圍成的內(nèi)部燃燒室兩部分組成，環(huán)形水腔包圍著內(nèi)部燃燒室；內(nèi)壁上設置有扁楔形狀的肋片，肋片在內(nèi)壁上呈螺旋上升式波紋型曲面；燃燒室的排氣口位于壺體中間稍前部位，形成上下貫通的整體，注水口位于壺體上后部，環(huán)形水腔連通注水口和壺嘴，形成封閉的環(huán)形腔體；熱水壺的上部，燃燒室曲壁與水腔外壁在排氣口處接合；熱水壺的下部，燃燒室曲壁與水腔外壁在壺底處接合；壺嘴和壺把焊接在壺體外壁上，且與注水口、排氣口在同一平面上。所述的內(nèi)部燃燒室為橢圓扁口圓錐形，內(nèi)呈上下貫通的整體，避免火焰上方正對排氣口，主流煙氣首先沖擊燃燒室內(nèi)側(cè)壁面，再逐漸上升到排氣口，增加高溫煙氣的停留時間，以利充分換熱。所述的肋片為扁楔形狀，肋片在內(nèi)壁上呈螺旋上升式波紋型曲壁，肋片高度范圍為0.5cm 1.5cm，肋片高度與肋基厚度之比不小于5 1。相鄰兩排肋片的距離為肋片高度的2 3倍，每排肋片包括多段，煙氣可流過每段之間的間隔，防止煙氣在肋片根部的流通停滯，削弱對流傳熱強度。曲壁和肋片經(jīng)沖壓為一體成型，消除了接觸熱阻。肋片在曲壁靠近燃燒室一側(cè)，曲壁水腔一側(cè)的壁面相對簡單，避免了除垢的困難，增加使用壽命。肋片采用螺旋上升式布局，可以有效地引導熱氣流，防止氣流堵塞，強化對流。本發(fā)明將水壺的底面設置成向上凹的曲面，并在曲面的頂端安裝柱形的通氣孔道，形成了一個內(nèi)部燃燒室，其作用可阻斷了火焰與外部空氣的直接接觸；又增加了火焰與壺壁的接觸面積，使火焰與壁面充分換熱，將燃氣的能量充分利用；將受熱面由一個水平面設置成為具有一定坡度的斜面，已加熱的水與未加熱的水形成更強烈的自然對流，從而增強了換熱。熱水壺換熱過程熱阻計算公式為ER= Ι/hlA+ δ /λ A+l/h2A其中，熱阻公式第一項是燃氣側(cè)對流換熱熱阻，為10_3級，第二項是壺壁導熱熱阻，為10_5級，第三項是水側(cè)對流換熱熱阻，為10_4級。由以上分析可知燃氣側(cè)為優(yōu)化傳熱的重點。本發(fā)明的傳熱過程主要通過兩種方式強化燃氣側(cè)的對流傳熱一是曲壁結(jié)構(gòu)。將內(nèi)部燃燒室壁設置成波紋型，可以將對流換熱面積增大約40 %， 減小熱阻。二是加裝肋片。即在基礎(chǔ)表面上增加肋片，是在一定的材料消耗下極大限度地增加傳熱面積的有效方法；采用加裝肋片后，加大了傳熱的表面積；由于肋片的擾流作用，阻礙了熱邊界層的自由發(fā)展，增大對流換熱系數(shù)，亦可減小熱阻。本發(fā)明采用了扁口圓錐形的內(nèi)部燃燒室，在阻斷火焰與空氣的直接接觸的同時， 還具有增加高溫煙氣的停留時間的作用；曲壁和肋片顯著增大了傳熱面積，肋片的存在還限制了熱邊界層的自由發(fā)展，增強了燃氣側(cè)的對流換熱強度。傳熱過程中，燃氣側(cè)對流換熱熱阻為控制熱阻，由于重點強化了燃氣側(cè)的對流換熱，使得整個傳熱過程的熱阻大為降低， 傳熱過程得到優(yōu)化。最終使得該內(nèi)燃式節(jié)能熱水壺的熱效率得到較大提高，節(jié)約燃料。本發(fā)明采用了科學有效的強化傳熱方法。主要通過以下三種方式達到強化傳熱過程的目的(1)將水壺內(nèi)壁做成波浪型曲面，使其增大換熱面積；( 在波浪型曲面上增加肋片，并選擇扁楔形狀結(jié)構(gòu)的肋片，增強燃氣側(cè)的對流換熱；(3)采用螺旋上升式的肋片布局，引導燃氣流動，限制熱邊界層的發(fā)展，從而起到強化對流換熱的作用。本發(fā)明熱水壺是一種具有較高熱效率的內(nèi)燃式節(jié)能熱水壺。該內(nèi)燃式熱水壺針對現(xiàn)有技術(shù)熱效率較低、實用性差的不足；在結(jié)構(gòu)設計上運用傳熱學原理、流體力學的知識， 通過合理地優(yōu)化傳熱過程，顯著增大火焰與熱水壺壺壁的接觸面積，減小換熱熱阻，減少熱能量損耗，既提高了熱效率，又達到節(jié)能環(huán)保的效果。
下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種內(nèi)燃式熱水壺作進一步詳細說明。圖1為本發(fā)明內(nèi)燃式熱水壺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中A處曲壁與肋片的結(jié)構(gòu)放大圖。圖3為本發(fā)明的扁楔形肋片示意圖。圖4為本發(fā)明的肋片在燃燒室內(nèi)壁的布局情況示意圖。圖中1.壺把 2.環(huán)形水腔 3.內(nèi)部燃燒室 4.肋片5.壺嘴 6.曲壁 7.排氣口 8.壺蓋 9.注水口
具體實施例方式本實施例是一種內(nèi)燃式熱水壺。該內(nèi)燃式熱水壺主要包括內(nèi)部燃燒室3、環(huán)形水腔 2、曲壁6、肋片4、注水口 9、排氣口 7及壺把1、壺嘴5、壺蓋8。如附圖1所示，內(nèi)燃式熱水壺包括由外壁包圍成的環(huán)形水腔和由內(nèi)壁包圍成的內(nèi)部燃燒室兩部分組成，環(huán)形水腔包圍著內(nèi)部燃燒室；內(nèi)壁上設置有扁楔形狀的肋片，肋片在內(nèi)壁上呈螺旋上升式波紋型曲面；燃燒室的排氣口位于壺體中間稍前部位，形成上下貫通的整體，注水口位于壺體上后部，環(huán)形水腔連通注水口和壺嘴，形成封閉的環(huán)形腔體。熱水壺的上部，燃燒室曲壁與水腔外壁在排氣口處接合；熱水壺的下部，燃燒室曲壁與水腔外壁在壺底處接合；壺嘴和壺把焊接在壺體外壁上，且與注水口、排氣口在同一平面上。壺體材料為鋁，外壁打磨，曲壁沖壓后不作處理。圍成燃燒室的曲壁與圍成水腔的外壁分別加工，之后再按照前述的方式連接。所述的內(nèi)部燃燒室為橢圓偏口圓錐形，內(nèi)呈上下貫通的整體，避免火焰上方正對排氣口，主流煙氣首先沖擊燃燒室內(nèi)側(cè)壁面，再逐漸上升到排氣口，增加高溫煙氣的停留時間，以利充分換熱。本發(fā)明將水壺的底面設置成向上凹的曲面，并在曲面的頂端安裝柱形的通氣孔道，形成了一個內(nèi)部燃燒室，其作用可阻斷火焰與外部空氣的直接接觸；又增加了火焰與壺壁的接觸面積，使火焰與壁面充分換熱，將燃氣的能量充分利用；將受熱面由一個水平面設置成為具有一定坡度的斜面，已加熱的水與未加熱的水形成更強烈的自然對流，從而增強了換熱。參見圖2、圖3、圖4，肋片為扁楔形狀，肋片在內(nèi)壁上呈螺旋上升式波紋型曲壁， 肋片高度為0.5cm 1.5cm，肋片高度與肋基厚度之比不小于5 1。相鄰兩排肋片的距離為肋片高度的2 3倍，每排肋片包括若干段，煙氣可流過每段之間的間隔，防止煙氣在肋片根部的流通停滯，削弱對流傳熱強度。曲壁和肋片經(jīng)沖壓為一體成型，消除了接觸熱阻。 肋片在曲壁靠近燃燒室一側(cè)，曲壁水腔一側(cè)的壁面相對簡單，避免了除垢的困難，增加使用壽命。肋片采用螺旋上升式布局，可以有效地引導氣流，防止氣流堵塞，強化對流。從肋片效果、加工、節(jié)省材料、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固等方面考慮，選用扁楔形狀肋片效果最佳。 該肋片的優(yōu)點是相對表面積大、易于加工；同時為了取得較高的肋效率，將尺寸定為肋基厚 1. 2mm，肋高10mm。壺體沖壓成型，外壁打磨，內(nèi)壁沖壓后不作處理。使用時，壺體置于燃氣灶上，燃氣在燃燒室中燃燒，空氣從壺底進入燃燒室，火焰被封閉在內(nèi)部燃燒室中，高溫的煙氣上升首先沖擊燃燒室的側(cè)壁面，經(jīng)過曲壁和肋片，與曲壁及肋片表面充分接觸并換熱，之后到達排氣口排出。火焰及高溫煙氣首先與曲壁及肋片表面發(fā)生對流換熱，再通過內(nèi)壁將熱量傳給待加熱的水。下面將普通水壺與該內(nèi)燃式熱水壺進行比較。為了使兩者性能對比直觀明了，將普通水壺與內(nèi)燃式熱水壺設計為相同的外形尺寸普通水壺底面直徑20cm，高15cm ；內(nèi)燃式熱水壺底面直徑20cm，高15cm，內(nèi)燃燒室底面直徑18cm，高15cm?；鹧鏈囟葹?00°C，煙氣溫度180°C，水的平均溫度為50°C。普通水壺的當量受熱面積為3Hcm2，而內(nèi)燃式熱水壺當量受熱面積為MOcm2JI 加了 72% ；普通水壺的熱效率約為45%，而內(nèi)燃式節(jié)能熱水壺的熱效率可達到77%，增加了 32% ；節(jié)約燃料41. 5%。對于體積同為3. 14L的水，用普通水壺加熱，溫度由20°C加熱到100°C需要消耗標準天然氣約0. 0665立方米，而使用內(nèi)燃式熱水壺僅需要0. 0389立方米。通過兩者性能對比可知，內(nèi)燃式熱水壺具有較高的熱效率，有效減少燃料消耗，節(jié)能效果非常顯著。如下表。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃式熱水壺，包括由外壁包圍成的環(huán)形水腔和由內(nèi)壁包圍成的內(nèi)部燃燒室及曲壁、肋片、注水口、排氣口、壺把、壺嘴、壺蓋構(gòu)成，其特征在于所述的環(huán)形水腔包圍著內(nèi)部燃燒室，燃燒室的排氣口位于壺體中間稍前部位，注水口位于壺體上后部，環(huán)形水腔連通注水口和壺嘴，形成封閉的環(huán)形腔體；內(nèi)壁上設置有扁楔形狀的肋片，肋片在內(nèi)壁上呈螺旋上升式波紋形曲面；壺嘴和壺把焊接在壺體外壁上，且與注水口、排氣口在同一平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃式熱水壺，其特征在于所述的內(nèi)部燃燒室為橢圓扁口圓錐形，內(nèi)成上下貫通的整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃式熱水壺，其特征在于所述的肋片為扁楔形狀，每排肋片包括多段；曲壁和肋片經(jīng)沖壓為一體成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)燃式熱水壺，其特征在于所述的肋片高為0.5cm 1.5cm，肋片高度與肋基厚度之比不小于5 1，相鄰兩排肋片的距離為肋片高度的2 3 倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃式熱水壺。它包括由外壁包圍成的環(huán)形水腔和由內(nèi)壁包圍成的內(nèi)部燃燒室及曲壁、肋片、注水口、排氣口等；在結(jié)構(gòu)設計上運用傳熱學原理、流體力學的知識，通過合理地優(yōu)化傳熱過程，顯著增大火焰與熱水壺壺壁的接觸面積，減小換熱熱阻，減少熱能量損耗。所采用的扁口圓錐形內(nèi)部燃燒室，在阻斷火焰與空氣的直接接觸的同時，還具有增加高溫煙氣的停留時間的作用；曲壁和肋片顯著增大了傳熱面積，增強了燃氣側(cè)的對流換熱強度。既提高了熱效率，又達到節(jié)能環(huán)保的效果。
文檔編號A47J27/026GK102293587SQ201110214280
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者馮青, 徐迪夢, 李小進, 梁添, 汪洋, 秦亞杰 申請人:西北工業(yè)大學