專利名稱：加熱液體的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱液體的裝置和方法，特別是涉及一種能極大地改進(jìn)從熱源到該液體熱傳遞的裝置和方法。
加熱液體的裝置在許多工業(yè)及建筑及和家庭中使用。一個(gè)眾所周知的裝置是家用熱水器。世界各地所用的裝置都是相似的。一般，流體燃料如油或天然氣在空氣中燃燒并且產(chǎn)生的熱是在盛水的水箱或管道的附近。燃燒氣體或油產(chǎn)生的熱通過熱輻射和對(duì)流加熱水箱和其中的水。一般，燃燒在下面進(jìn)行，但由于物理排列，輻射熱和對(duì)流熱并不限制只加熱水，從而出現(xiàn)熱的損失。
在現(xiàn)有技術(shù)中改善使用熱能基本部分的努力包括使熱可燃?xì)怏w直接通過導(dǎo)管、煙道，再使該裝置通過水從而使燃燒氣中的熱可傳遞到水中，然而由于這些裝置依賴于低密度的廢氣，其需要相當(dāng)?shù)臒崃渴箽怏w向上運(yùn)動(dòng)并通過煙道，從而可由廢氣產(chǎn)生的熱量有一種固有的限制。
除通常的熱水器外，許多工業(yè)設(shè)備利用生產(chǎn)產(chǎn)品中的加熱的液體?；瘜W(xué)工業(yè)對(duì)加熱液體有具大的需要。因此，需要有一種對(duì)加熱液體的有效熱裝置和方法。
盡管有這種強(qiáng)大的推動(dòng)，但以前的工藝卻沒能認(rèn)識(shí)并將一些特征加入到裝置和方法中從而大大改進(jìn)液體的加熱。下面是以前工藝所示一般狀態(tài)的某些參考和其所帶缺點(diǎn)的一種討論。
美國專利5.027.749(發(fā)明人R.Cialdi)披露了一種多級(jí)氣體燃燒熱水器，其包括一個(gè)低位儲(chǔ)槽和一高位回收槽，該回收槽包圍在中心煙道排放管周圍。在儲(chǔ)槽的上面和下面形成刮式燃燒室從而感應(yīng)熱燃燒氣體的熱傳遞。二級(jí)煙道貫穿回收槽以從燃燒氣中回收多余的熱，這個(gè)熱水器具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜且當(dāng)熱煙道氣排放的仍有熱損失的缺點(diǎn)。另外，由于加熱的空氣可能通過對(duì)流帶走熱能并且從水中輻射走一部分熱量，所以氣體實(shí)際燃燒的附近區(qū)域有相當(dāng)大的熱能損失。
該5，027，749專利聲稱已提高了效率，但卻沒披露測量數(shù)據(jù)或估計(jì)效率，以支持這種宣稱的提高。因此，沒有根據(jù)來評(píng)價(jià)提高的量，或即使有，縱觀較早的裝置，也沒有根據(jù)來推斷結(jié)構(gòu)中所增加復(fù)雜性質(zhì)是合理的。
美國專利4，938，204(發(fā)明人C.L.Adams)是另一熱水器，其由中浸沒式壓力燃燒室構(gòu)成。該燃燒是在大部分由水包圍的燃燒室中進(jìn)行，燃燒產(chǎn)物能經(jīng)過從燃燒室通過水伸出該裝置的煙道排出。某些熱傳遞是在氣體通過管道運(yùn)動(dòng)時(shí)從廢氣到水進(jìn)行的。根據(jù)ANS1標(biāo)準(zhǔn)221.10.3對(duì)燃料-水傳遞的熱效率與現(xiàn)有技術(shù)83%相比該專利至少為98%。
并不認(rèn)為這些數(shù)值是相對(duì)于回收由燃燒產(chǎn)生的熱能的效率的臨界情況。例如，一種簡單的現(xiàn)有技術(shù)熱水器具有相對(duì)于能量消耗遠(yuǎn)少于83%的效率。因此，這樣83%的數(shù)據(jù)可能給人以錯(cuò)誤印象但并不適合于評(píng)價(jià)滿足對(duì)液體高熱效率加熱爐的需要。
因此，存在一種對(duì)加熱液體的高熱效率運(yùn)行的持續(xù)需要。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題和缺點(diǎn)提供了熱效率大于典型的現(xiàn)有工藝二倍的裝置。
本發(fā)明通過有效地迫使多數(shù)輻熱傳遞給液體并將熱廢氣的熱相互作用提供給液體從而產(chǎn)生一個(gè)環(huán)境，使其效率優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)裝置和方法的熱效率并避免了廢熱損失。
該液體可以是包括水在內(nèi)的廣泛范圍的可以接受的液體。該液體最好與可燃?xì)怏w不反應(yīng)。熱源是如空氣或氧氣那樣的氣化流體以支持可燃流體如燃?xì)馓貏e是天然氣，人工煤氣或可燃液體如油等的燃燒。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可用現(xiàn)有工藝中已知的和所用的物質(zhì)。
在一較好實(shí)施方案中，本發(fā)明含有一個(gè)適合于裝液體至少到預(yù)定液面的容器，一個(gè)安裝在容器內(nèi)的燃燒室，從而使燃燒室外的大部分區(qū)域與液體接觸，可操作地將可燃流體提供給燃燒室的流體提供設(shè)備，可操作地將氧化流體提供給燃燒室從而使可燃流體燃燒的氧化流體提供設(shè)備，及與燃燒室相通的廢氣排放設(shè)備，該排放廢氣設(shè)備含有大量開口，它們與容器中的水進(jìn)行傳遞，從而燃燒室中的可燃流體的燃燒加熱了燃燒室壁并接著加熱液體，熱可燃?xì)怏w從燃燒室通過廢氣排放設(shè)備再通過開口流入到液體中，因此，在上述液體中可得到從燃燒室到液體的熱傳遞;在氣泡通過液體運(yùn)動(dòng)以便在流體上部收集該氣體時(shí)得到從熱可燃?xì)獾揭后w的熱傳遞。
接近容器頂部的出口設(shè)備可用于除去氣體從而降低可能出現(xiàn)的壓力增高。液體入口可用于加入液體而液體出口可用于除去熱液體。最好讓液體入口靠近容器較低部分而液體出口靠近容器頂部。有許多已知裝置通過控制熱量來調(diào)節(jié)液體溫度。有許多已知裝置用于調(diào)節(jié)液體液位和容器壓力從避免裝置中液位過高或過低或超壓。
在另一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及的是加熱一種液體，包括如下步驟燃燒在主要由液體圍繞的燃燒室中的流體;從燃燒室中通過開有許多與液體相通開口排放熱燃燒氣體，從而廢氣體的氣泡通過液體運(yùn)動(dòng)并收集在液體上部。
本發(fā)明其它的實(shí)施方案、特性和優(yōu)點(diǎn)通過閱讀說明書將是顯而易見的。
為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的性質(zhì)和目的，必須結(jié)合附圖
參考下面的詳細(xì)說明，其中附圖是根據(jù)本發(fā)明的液體的加熱裝置的部分橫截面視圖。
該圖表明了一個(gè)較好的實(shí)施方案。所示的這個(gè)較好實(shí)施方案具有液體加熱裝置形式，該圖局部地顯示出與外部支承部件一起的截面。
容器或槽19由一般金屬制成，用以裝液體，如水20。最好將絕緣材料18用在槽19的外表面從而降低來自水20的熱損失。添加的水20通過入口16提供而加熱的水20通過出口2排出。一般出口位于接近槽19的頂部從而可利用位于水20的頂部較熱的水。入口16位于低于出口2，從而使添加的水實(shí)際上不去過多地冷卻將要除去的水20。因此最好使入口16較接近熱源。為了排出水20而設(shè)置了排水口12。
可燃流體如天燃?xì)鈴馁A槽(圖中未畫出)中提供給泵10的入口8。泵10的入口9提供氧化流體如空氣。泵10將燃?xì)夂涂諝庖赃m當(dāng)維持燃燒的比例混合。燃?xì)夂涂諝獾幕旌衔锿ㄟ^出口11流到管15從而使該混合物傳送到燃燒室。管15具有燃燒裝置4，該裝置靠近電點(diǎn)火器5。電點(diǎn)火器5電連接到電力提供設(shè)備7上從而在被激化時(shí)點(diǎn)燃燃?xì)夂涂諝饣旌衔?。一旦火點(diǎn)著，燃?xì)夂涂諝獾娜紵龑⒕S持直到提供的可燃混合物終止。
燃燒室3由水20圍繞，從而使從燃燒混合物來的任何輻射熱從燃燒室3的墻壁熱傳遞到水20。燃燒室是由耐熱材料如金屬制造的，該材料可阻止熱損失。燃燒室3的外墻最好選擇耐腐蝕和耐其它由于水產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象的材料制造。該材料的選擇在本工藝一般設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)。
管6與燃燒室3內(nèi)部連通從而為燃燒氣體提供出口路徑。管6接到管路13中，管路13上開有許多孔14從而熱可燃?xì)怏w在壓力下離開燃燒室并沿管流到管路13中再通過其上孔14流到水20中形成氣泡17。由于氣泡相對(duì)于水20有較低的密度使氣泡17上升，緊密的接觸導(dǎo)致熱可燃?xì)怏w的氣泡17和水20之間良好的熱傳遞。
在一周期時(shí)間內(nèi)，氣泡17將到達(dá)水20的表面并在槽19的頂部收集。排氣設(shè)備1使得可燃?xì)怏w排出，從而槽19中的壓力不會(huì)比預(yù)計(jì)壓力增加得更大。
因此，由于圍繞在火焰周圍使在燃?xì)夂鸵后w之間的熱能傳遞是有效的并使可燃?xì)怏w中的熱直接傳遞給水20。
設(shè)計(jì)燃燒室3，管6，電點(diǎn)火器5和管道13的排列以防止水20從槽19到除孔14外的燃燒室3的內(nèi)部的泄漏。同樣地即使混合物不燃燒也要在燃燒室3中保持壓力以防止水20通過孔14的流動(dòng)。
進(jìn)行一項(xiàng)試驗(yàn)以便比較本發(fā)明的簡單裝置和用火焰加熱一燒杯水的裝置。兩裝置用相同熱源和相同加熱液體的體積因此從各個(gè)熱源產(chǎn)生的熱實(shí)際上是相同。對(duì)于本發(fā)明的裝置，7.2升水加熱用10分鐘溫度從20.4℃升為30.7℃，變化了10.3℃，該加熱速度為約7.42升℃/分鐘。
典型的現(xiàn)有技術(shù)裝置包括用明火加熱1.8升水的燒杯，經(jīng)7分鐘使得溫度從20.6℃升為34.7℃，溫度變化為14.1℃。這個(gè)加熱速率是約3.63升℃/分鐘。因此，該本發(fā)明的簡單裝置的效率是從燃?xì)獾剿臒醾鬟f效率的兩倍。
已經(jīng)描述了一種加熱液體的新的裝置和方法。并已證明本發(fā)明的技術(shù)可進(jìn)行廣泛的應(yīng)用并且對(duì)在此所述的具體實(shí)施方案的改進(jìn)都沒有脫離要發(fā)明的概念。因此可以認(rèn)為包含在此所述的裝置和方法所具的每一個(gè)和各個(gè)特征和新的結(jié)合僅由本權(quán)利要求的精神和范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種加熱液體裝置包括適合于將所述液體至少保持在予定液位的容器；設(shè)置在所述容器中的燃燒室，從而使所述燃燒室的大部分外部區(qū)域與所說液體接觸；可調(diào)節(jié)地提供可燃流體到所說燃燒室的流體供應(yīng)設(shè)備；可調(diào)節(jié)地提供氧化流體給所說燃燒室從而可將所說流體燃燒的氧化流體供應(yīng)設(shè)備；與所說燃燒室的連接并含有一系列與在所說燃燒器中的所說液相連通的開口的排氣設(shè)備；由此在所說燃燒室中的所說可燃流體的燃燒加熱了所說燃燒室的墻壁，接著加熱所說液體，熱的廢氣從所說燃燒室通過排氣設(shè)備通過開口流到所說液體中，因此選擇最佳的從燃燒室到所說液體的熱傳遞和在氣泡通過所說液體運(yùn)動(dòng)以便將其收集在所說液體上部時(shí)從熱廢氣到液體的熱傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱液體的裝置，其特征是所說的可燃流體選自油、天然氣和人工煤氣，所說的氧化流體是空氣或氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱液體的裝置，其特征是還包括包括在上述容器的外表面絕緣材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱液體的裝置，其特征是還包括在靠近容器頂部的并可調(diào)節(jié)地通過所述液體除去廢氣的出口設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱液體的裝置，其特征是還包括可調(diào)地將所說可燃流體和所說氧化流體以適當(dāng)比例混合以維持燃燒和將所說混合物輸送到燃燒室的泵送設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱液體的裝置，其特征是還包括可調(diào)節(jié)地在所說燃燒室中點(diǎn)燃所說可燃流體的電點(diǎn)火設(shè)備。
7.一種在容器中加熱液體的方法，包括如下步驟將可燃流體和氧化流混合從而在大部分由所說液體圍繞的燃燒室中產(chǎn)生可燃混合物;在所說燃燒室中燃燒所說混合物從而產(chǎn)生熱量和熱廢氣;從所說燃燒室通過大量孔到所說液體排出所說熱廢氣從而在所說液體中形成氣泡使熱從熱廢氣傳遞給所說液體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有效利用熱加熱液體的裝置和方法。在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中含有一適用于含有至少到預(yù)計(jì)液位的液體的容器，一設(shè)置于容器中的燃燒室，使燃燒室的大部分外表面與液體接觸，可調(diào)節(jié)地提供可燃流體到燃燒室的流體供應(yīng)設(shè)備，可調(diào)節(jié)地提供氧化流體到燃燒室從而使可燃流體燃燒的氧化流體供應(yīng)設(shè)備，以及與燃燒室相連通的開有容器中與水相通的大量開口的排氣設(shè)備。這種排列使可燃流體在燃燒室中燃燒從而加熱燃燒室的墻壁，接著加熱液體和熱燃燒氣體從燃燒室通過排氣設(shè)備通過開口進(jìn)入液體，選擇最佳的從燃燒室到液體的熱傳遞和在液體氣泡通過液體運(yùn)動(dòng)并收集于液體之上時(shí)從熱廢氣到液體的熱傳遞。
文檔編號(hào)F24H1/10GK1078793SQ93106419
公開日1993年11月24日 申請(qǐng)日期1993年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月4日
發(fā)明者李偉成 申請(qǐng)人:李偉成