1 问题的提出
家用水暖炉是在家用铸铁炉基础上发展起来比较先进的家用取暖炉具。它通过炉体和烟囱水套加热介质水,利用重力自然循环,将炉子的热量带出取暖,这对家庭取暖是一次成功的革命。它在卫生、方便、恒温等方面都有了明显的改善,近年来一直受到人们的青睐。随着社会物质文明的不断进步,人们的要求也越来越高,而水套式水暖炉存在的缺点也越来越明显。如炉子的升温速度慢、封火性能差、热效率较低等。人们为了克服这些缺陷,曾采取了很多改进措施,如:①在炉体内设置很多通风孔,增加二次燃烧,在燃料燃烧时通入充足的空气,以使燃料充分燃烧,提高热效率;②将炉体与烟囱连接起来的炉拐加长,或将烟囱加长、加粗以尽量增加受热面积;③通过分层反烧燃烧方式提高热效率;④有的还去掉了本来可以烧水、做饭的功能,而制成小锅炉的形式,在炉体上部直接设置烟囱等等。所有这些措施对水暖炉的性能并未有突破性的改善。为了改变这种情况,我们将热管技术应用在家用水暖炉上。
2 热管在家用水暖炉上的应用
根据热管导热能力较强的特点,我们把热管安装在水套内,使其一半在水套内,一半处于炉火燃烧区内。多根热管均匀地布置在炉体内周,并保留水烟囱。由于热管具有较高的导热系数,而且热管传热温差很小,即将加热端吸收的热量几乎全部导入冷却端。利用热管可使热流密度变换的特性,将伸入炉体的部分即加热端加长,而伸入水套部分即冷却端缩短(这可保证炉径至炉盘的距离不大于10cm,以便于上火烧水、做饭),使炉体内的热量能充分导入水套内;由于采用了热管导热,在炉体燃烧区内不必再设水套,从而燃烧时炉体内温度较高,使燃料的燃烧完全,并使原来主要依靠辐射传热的热交换形式,又增强了热传导,相对增加了受热面,提高了该炉的热效率。通过张家口市节能技术服务测试中心的测试,该炉的热效率比普通同类炉子高出10%以上。
3 主要特点
(1)测试60m2的水暖炉,该炉内设Φ26×250mm热管8根,将水暖炉接通自来水强行循环,当流量为167.4kg/h,进水温度为12℃,炉子点火后5min时出水温度为20℃,10min时出水温度为30℃,15min时出水温度为45℃,20min时出水温度为61℃左右。我们利用了水做热秘的工质,它的蒸发换热系数为11.3kW/m2℃。该炉设置的8根热管,在测试过程中,导热量为33312.6kJ/h,每根热管的导热量为4164kJ/h。
由于该炉采用了热管技术,导热速度快,热稳定性好,热效率高,所以单耗低,节约能源,是目前小型水暖炉值得推广的一项技术。
(2)该炉炉体没有水套,是通过热管将炉体内的热量导入水套的,不像全水套式炉体体内大量的热被炉体内壁所吸收,所以当炉体内温度较低时,还能维持较长时间不熄火,有较好的封火性能。
该炉在炉径内设置了二次燃烧圈,分别有两根管通至炉体底部。在燃烧时,通过两根进风管,将炉体下部的空气引入二次燃烧圈,通过小孔进入炉径中间与未燃烧完全的烟气成分进一步混合燃烧,从而使燃料燃烧完全。这不仅可使烟气中的可燃物大量减少,而且还提高了热效率。
(3)由于该炉采用了热管技术,在换热方式上有了突破,使得该炉在设计上能做到体积小,供暖面积大,不仅节约了制造原材料,而且用户使用方便,外型美观。
4 设计制造中应注意的问题
(1)该炉在设计时必须注意使炉体内的容水量尽量减少,特别是烟囱水套间隙应适当,在5～7mm之间为宜。如果太大将会使水套内的水分层流动,甚至在内部形成涡流而增加内部阻力,明显地影响换热速度。
(2)该炉的回水结构不可有死角,否则会出现受热不均,死角处的水不能及时参加整体循环,甚至出现局部过热,发生气化将明显地影响传热效果。
该炉在小型采暖炉中居领先地位,它已获得国家专利,专利号为96·2·04896·8,它的研制成功是家用水暖炉的重大进步,是目前水暖炉的更新换代产品。
