CN104471321B - 具有并联热交换器的水加热装置 - Google Patents

Abstract

一种水加热装置包括：流体入口管道，其被构造成分成多个供应支管；和多个热交换器，其被构造成并联操作。每个热交换器包括：外壳；入口，其连接到所述流体入口管道的各自供应支管用于将入口液体流接收到所述外壳中；出口，其允许出口液体流离开所述外壳；和热交换元件，其位于所述外壳内并且被构造成加热从所述入口流动穿过所述外壳到达所述出口的液体流。所述水加热装置还包括燃烧器总成，其包括燃烧室外壳和位于所述燃烧室外壳内部的燃烧器。所述燃烧器总成耦接到所述多个热交换器用于将热量供应到所述液体流。

Description

具有并联热交换器的水加热装置

相关申请的交叉引用

本申请参考并要求于2013年5月13日提交的美国临时申请序列号61/646,346的优先权并受益于所述申请，其标题为“具有并联热交换器的水加热装置(WATER HEATINGAPPARATUS WITH PARALLEL HEAT EXCHANGERS)”，所述申请全文以引用方式并入本文中。

发明领域

本公开大体涉及一种水加热系统，且更具体来讲，涉及一种实现高热输出且占据较小面积并且在宽调制范围上操作的水加热系统。

发明背景

液体循环锅炉用于产生家用和工业目的的热量。液体循环锅炉通常经由散热器、护壁板加热器或通过地板来将水加热到预定温度且使水在整个建筑中循环来操作。水通常由天然气燃烧器加热。水在闭合系统中且通过泵在整个结构中循环。

液体循环锅炉通常包括压力容器，其具有与流动水接触的内部热交换器。在一种类型的水加热装置(已知为火管锅炉)中，热燃烧气体内部地流动通过热交换管和在管周围流动的被加热水，从而收集热量。在另一种类型的常规水加热装置中，水快速地流动到热交换管内且热源暴露在管的外部。

液体循环锅炉压力容器的水体积是建筑的热需求和热交换系统的输出容量的函数。液体循环锅炉中的操作水压可以高达80psi或甚至是160psi。因此，在大规模或工业液体循环锅炉中，压力容器可以相当大型，直径超过四英尺。

发明内容

根据本公开的一个方面，水加热装置包括流体入口管道和多个热交换器，所述流体入口管道被构造成分成多个供应支管。每个热交换器包括：外壳；入口，其连接到所述流体入口管道的各自供应支管用于将入口液体流接收到所述外壳中；出口，其允许出口液体流离开所述外壳；和热交换元件，其位于所述外壳内并且被构造成加热从所述入口流动穿过所述外壳到达所述出口的液体流。水加热装置还包括燃烧器总成。燃烧器总成包括燃烧室外壳和位于燃烧室外壳内部的燃烧器。所述燃烧器总成耦接到所述多个热交换器用于将热量供应到所述液体流。多个热交换器被构造成并联操作。

附图简述

参考下文描述的附图可更好地理解本文描述的特征。附图不一定按比例绘制，而是一般将重点放在说明本发明原理上。在附图中，各个图中相同数字用来指示相同部分。

图1描绘了根据本发明的一个实施方案的水加热装置的三维透视图；

图2描绘了根据本发明的气流板和阀门的示例性实施方案的俯视图；

图3描绘了图2的气流板和阀门的仰视图；

图4描绘了沿着图1的线A-A′截取的进水管道的截面图；

图5描绘了沿着图1的线B-B′截取的进水管道的截面图；

图6描绘了图1的燃烧器的平面图；

图7描绘了图1的燃烧器总成的放大图；

图8描绘了图1的水管布置的俯视平面图；且

图9描绘了图1的压力容器的组装焊接图。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的水加热装置10的示例性实施方案包括空气燃料输送系统12、燃烧器总成14、多个热交换器16a、16b和燃烧气体排放歧管18。水加热装置10还包括水入口端20或冷水回流连接，以及水出口端22或热水供应连接。被封围体24遮蔽的控制器26控制水加热装置10的操作。控制器26被构造成控制水加热装置10的温度调节、安全监控和诊断功能。

简单地说，接下来将描述水加热装置10的操作。下文将提供特定元件的细节。热交换器16a、16b提供第一流体(优选的是热气体) 与第二流体(优选的是水)之间的热传递。空气和燃料在空气燃料输送系统12中预先混合且由鼓风机28输送到燃烧器总成14。燃烧器总成14包括外污染物容器30、布置在外污染物容器内部的燃烧室外壳32和位于燃烧室外壳32内的燃烧器34。外污染物容器30可由碳钢形成，且燃烧室外壳32可由不锈钢形成。可燃混合物在燃烧器 34中由点火器36(未示出)点燃。网格38围绕燃烧器34以提供火焰前缘且有助于宽范围操作参数上的稳定燃烧。热燃烧排气收集在由燃烧室外壳32和网格38界定的区域40中，且经由膨胀接头42a、 42b被导引到热交换器16a、16b。膨胀接头42将燃烧室壳32耦接到热交换器16，且用来吸收因燃烧器总成14相对于热交换器16a、 16b的热膨胀和收缩引起的应力。在一个实例中，膨胀接头42界定到热交换器16的开口，其直径大约是12英寸。

在图示的实施方案中，热交换器16a、16b大致相同，且对热交换器的描述将用来描述两者。还应注意出于下文全面解释的原因，本发明的水加热装置10需要至少两个热交换器，但可取决于安装的特定需求而包括三个、四个或更多个热交换器。

热交换器16可由直立的圆柱形外壳44和两个管板构造成，上管板46在燃烧气体入口/水流出口处，且下管板48(被遮挡不可见)在燃烧气体出口/水流入口处。上管板46和下管板48在其外围处被焊接到外壳44的各自部分。热交换器16还包括至少一个(优选的是多个)热交换管50。在一个实例中，管板46、48是平圆盘，其具有安装有热交换管50的多个孔。热交换管50焊接在两个管板46、48之间。在一个实例中，下管板48含有沿着其外边缘的圆形图案的孔，入口水可流动通过所述孔。

在图示的实施方案中的热交换器16是已知为燃烧管单元的类型。即，热燃烧气体流动通过热交换管50的内部，而将被加热的水在热交换管50的外部周围呈热交换关系流动。这样，热气沿向下方向流动通过热交换 管50，且水向上流动使其温度增加而在水流方向上建立温度梯度。放出其大部分热能的燃烧气体被导引出每个热交换器16a、16b的底部到达中央增压室或燃烧排气歧管18。燃烧排气歧管18耦接到将气体导引到设备外部环境的排气管(未示出)。

因此，公开的构造容许水呈物理隔离形式但以热交换关系行进，热气穿过燃烧室和热交换管50。当水实际上逆流向上流到热气时，热量被传递到水，造成水流方向上的温度梯度。相反，当气体向下流动时，其在横穿热交换管50时冷却。

水和气体的实际逆流运动提供了优异的操作效率。当气体被冷却到低于其露点时，其冷凝，通过冷凝的能量释放给水流提供了额外热量。因此实现了在没有冷凝操作下是不可能的大于90％的效率水平。此外，冷凝操作时有利的，因为冷凝液滴或膜通过热交换管50的运动有助于清除积聚在管中的任何碳颗粒，从而维持最佳热传递。

水加热系统的宽范围调制还有利于其操作效率。由于水加热系统在宽范围上调制，所以在沿着热交换管50长度的不同位置开始发生冷凝。因此，发生的任何腐蚀分布在热交换管上而不是积聚在一个区域中。

在本发明的一个实施方案中，热交换管50是直管，44英寸长且由直径为5/8英寸的不锈钢管形成。每个热交换器16a、16b包括322 个这种管。热交换管50可包括在管外表面上的螺旋凹槽或类似物。凹槽提高了管50上流动的水的速度和湍流，其改善了从热气到水的热传递。螺旋凹槽还减小了因管热膨胀和收缩引起的应力。虽然管在每端(例如，在上管板46和下管板48处铜焊或焊接)受限，但螺旋几何形状允许显著膨胀和收缩而不会使铜焊接头过载。与直壁管比较，凹槽的螺旋角、深度和节距提供了极好的热交换特性。举例来说，本文公开的热交换管50提供了超过常规管4.5倍的热传递能力。

流出热交换器16上部的热水流进入由外污染物容器30与燃烧室外壳32之间的区域界定的水套52。在本发明的一个实施方案中，隔板54(图9)包括在水套52中以最佳化热交换器的操作。隔板54 焊接在正好在上管板46下面的膨胀接头42处，且其用作为最佳化热交换器中的水流分布的分流器。在图示的实施方案中，隔板54是具有中心开口的平坦圆盘。在另一实施方案(未示出)中，隔板可以是具有中心向下凹部且在其边缘具有开口的圆盘。在从燃烧器总成14 获得水套52中的额外热量之后，水经由水出口端22流出水加热装置 10。

空气燃料输送系统12包括空气过滤器56以从进气流移除空气传播的颗粒。空气过滤器56耦接到入口管道58，该入口管道58连接到鼓风机28。进气流在空气燃料阀总成60中与燃料混合。一组气体吸收装置62连接到空气燃料阀总成60以将气体燃料提供给阀。燃料可包括多种合适气体，例如压缩天然气(CNG)。CNG的化学成分可变化且本文预期许多合适的成本。在一个实施方案中，CNG包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、氮(N₂)和二氧化碳(CO₂)。

参考图1到图3，在一个实施方案中，空气燃料阀总成60是旋转阀，其具有固定气流板64和可旋转阀门66。安装到入口管道58 的阀外壳68包括由控制器26致动的可旋转轴(不可见)。阀门66的中心轴连接到轴70；因此阀门66旋转通过与轴70相同的角运动。在一个实例中，阀门由工程塑料(例如聚甲醛(即，DuPont公司出售的DelrinAF-100))形成。

气流板64通过安装孔72固定地附接到入口管道58。气流板64 包括区域开口74用于计量燃料流量。阀门66被定位使得其旋转造成区域开口74被阻挡，从而计量流量。在一个实例中，阀轴旋转提供了区域开口74的变化，其线性地响应于来自温度控制器26的控制信号。优选地，到达燃烧器总成14的空气和气体的流量呈大致恒定比，在燃烧器中产生具有5％过量氧的空气/燃料混合物。已经发现这个比例产生最好的混合物用于燃烧。在一个实施方案中，气流板64 由铝形成且外表面经过硬阳极化以提高耐磨性。

多个特征已经被并入空气燃料阀总成60的设计中以实现大调节比。在一个实例中，阀门66的一个面包括圆柱形突出部76用于与气流板64中的对应圆柱形凹部78配合。相对尺寸可在高精度下加工，从而维持两个部分之间的优异同心度。在另一实例中，气流板64包括从中心轴的一侧径向延伸的配合狭槽80。配合狭槽80对应于阀门66中的相似狭槽82。在一个实例中，狭槽80、82可与中心线偏移。配合销(未示出)可接合气流板64中的配合狭槽80和阀门66 中的对应狭槽82。发明人已经确定，不同于包括从中心轴径向延伸的一对相对配合狭槽的先前技术设计，单一径向狭槽显著减少了气流板64与阀门66之间的相对运动的可能性。这样，阀门66可在较高精确度下受到控制。

在另一实例中，气流板64可包括辅助端口84用于调节控制。虽然上述特征导致非常高的调节比，即高达20∶1，但水加热装置10 中可存在单元间的变化。调节比控制允许计量通过气流板64中的辅助端口84的少量燃料而不管阀门66位置，因此全部水加热单元的性能特性将大致相同。

现参考图1和图4，空气燃料阀总成60还在进气管道58中包括蝶形阀86以计量吸入鼓风机28中的空气量。蝶形阀86可连接到阀外壳68中的轴70允许分开但相对成比例的流量到达燃烧器总成14。蝶形阀86在其外圆周周围包括橡胶密封环88以防止可旋转阀挡板与入口管道58内壁之间的泄漏。

现参考图1和图5，由于水加热装置10的小型构造，所以入口管道58在空气燃料阀总成60与鼓风机28之间包括锐弯管90。弯管 90的几何形状易于弯曲管道内的流动，其造成燃料和空气的劣混合以及跨过鼓风机28入口的不均匀压力分布，这负面影响性能。因此，入口管道58在弯管90中包括弯曲的导流叶片92以提供更均匀的流动分布。然而，在添加导流叶片92的情况下，发明人观察到燃烧排气歧管18中一氧化碳(CO)含量的大量增加，表示了燃料和空气的劣混合。相信CO含量的上升归因于调配到壁的流量在通过孔膨胀之后的热动力现象，发明人在一组两个叶片92之间添加释放板94以便产生湍流。一氧化碳含量随后降低。在一个实施方案中，释放板94可位于外流直径的两个叶片92之间，且突出到介于3％与30％径向分布之间的流量径向分布中。在另一实施方案中，释放板94可位于两组或多组叶片92之间。

现参考图1和图6，更详细地示出燃烧器34。如上所述，燃烧器 34提供在燃烧室外壳32的内部以利于进入燃烧室的气体的燃烧。燃烧器34可包括多种合适构造。在一个实施方案中，燃烧器34包括圆柱形短火焰的低氮氧化物(NOx)网格燃烧器，如图1中所示。在具有圆柱形网格燃烧器的实施方案中，燃烧器34具有管状构造且由单片形成。在操作期间，火焰位于燃烧器34外部上。燃烧器34可具有沿着其侧壁界定多个孔96的内套筒35，如图6中描绘(示出为没有网格)。在这个实施方案中，可燃气体混合物可通过多个孔96或通过燃烧器的端部(即，图1的左侧)离开燃烧器34。一旦气体通过多个孔或燃烧器端部离开，气体就与燃烧器火焰相互作用并燃烧以产生燃烧产物。使用低氮氧化物(NOx)网格燃烧器的气体燃烧在距离燃烧器外部较短距离处完成。在一个实例中，燃烧器可使每小时6百万BTU的锅炉维持大约2000°F到2600°F(1093℃到1427℃)的温度。控制器26可控制燃烧器的温度和火焰尺寸。燃烧器可由多种合适材料形成，包括但不限于不锈钢、陶瓷和金属间材料。

起源于实现燃烧器34中孔96的图案的水加热装置10的另一个改良处可大大影响声音共振且因此影响操作时水加热装置10的分贝等级。在衰落燃烧器区段中的声音共振方面的先前技术尝试包括在入口中钻孔、在燃烧器中添加中心管或在燃烧器中心添加分隔器。虽然这些尝试可用于一些应用中，但其增加了复杂性和成本。

在本发明的一个实施方案中，孔96的图案包括圆柱形行的相等间隔孔。孔被成角度钻入以改善燃烧性能。每行中相等间隔孔96的图案可与前一行和后一行成角度地偏移(或成时钟状)。举例来说，参考图6，存在两种不同图案的圆柱形行，其中一行中的孔96a位于另一行的孔96b之间。孔96的图案可包括其中不存在孔的“不通行”98 或中断孔图案。不通 行98沿着燃烧器的轴向长度″L″定位以便中断声音共振的驱动力。距离L是燃烧器动态性能的函数，但可凭经验或凭实验确定。在一个实例中，不通行98位于燃烧器34长度的大致中间跨度或其半途下方。在对应于每小时6百万BTU的水加热器的图示实例中，不通行98位于燃烧器34长度下方的大约每11英寸处。

发明人的试验报告了在本发明的水加热装置10中并入中断孔图案或不通行98导致声音信号的明显降低。这种噪音消除的改进是极其期望的且是锅炉的大卖点。

氧传感器100(例如受让给本发明的受让人且全文以引用方式并入本文的美国专利申请序列号第13/409,935号中公开的氧传感器)可用来检测燃烧产物中的氧量。在一个实施方案中，如图1和图7中所示，氧传感器100安装到外污染物容器30且突出通过燃烧室外壳32 到达燃烧室内部的耐火衬垫104内的腔室102。实验测试数据表明当氧传感器100位于腔室102内时不检测表示实际燃烧产物的氧含量。这个错误数据对水加热装置10的有效操作特别有害，因为氧传感器 100读数用作为到控制器26的输入。据信错误读数的原因是氧传感器100位于不接收连续燃烧气体流量的“不通点”中。这个问题的一种解决方案是跨过耐火衬垫104将氧传感器100更深地定位在燃烧室中。然而，氧传感器100无法承受直接暴露于高温下。

在一个实施方案中，水加热装置10包括流量管106，其将燃烧气体吸入耐火衬垫104的腔室102中。流量管106包括定位成靠近氧传感器100尖端的第一端108和定位在电压低于燃烧室电压的位置中的相对第二端110。在一个实例中，流量管106的第二端110布置在燃烧排气歧管18中，其所处的压力低于腔室102所定位的燃烧室约6英寸水柱(IWC)。当较高压增压室中的气体寻找较低压增压室时，少量相对恒定的燃烧气体流流动通过流量管106。图7中用箭头图示进入管106的流动。如可参考图7所了解，进入流量管106第一端108中的燃烧气体流还造成氧传感器100尖端周围的稳定燃烧气体流，从而大大提高传感器读数的精度。另外，因为氧传感器100布置在耐火衬垫104的腔室102中，所以传感器保持较冷，这造就了更高的精度和耐久性。

虽然由外污染物容器30和燃烧室外壳32遮蔽，但燃烧器总成 14还包括围绕燃烧器入口侧上的耐火衬垫104的圆柱形燃烧器套筒。可由不锈钢形成的燃烧器套筒在将可磨损的耐火材料安装到燃烧器总成14或从其移除期间保护所述可磨损的耐火材料。

本发明的水加热装置10包括独特水管道布置而在大致等流量和压力下将水供应给多个热交换器，而无需使用复杂的阀、控制器或专用孔板。与串联操作的先前技术水加热系统相反，管道布置允许多个热交换器并联操作。现参考图1和图8，水管道布置包括位于封围体 24高度大致一半处的水入口端20。在图示的实施方案中，水入口端 20包括6英寸直径的管道。连接到水入口端20的第一管道区段112 在封围体24内水平延伸到热交换器的大致中心线，接着向下弯曲90 度到封围体24的基底。在这方面，第一管道区段112连接到第一90度弯管114，其接着连接到垂直定向的第二管道区段116。

两个较小直径的管道区段从第二管道区段116的基底对称延伸且形成到每个热交换器入口的纵向流道。在图示的实施方案中，用于连接到热交换器16a的第一供应支管118远离第二管道区段116横向延伸到封围体24的内壁，向下弯曲90度到封围体24的底部，接着在纵向上弯曲90度以部分延伸或行进到热交换器下方，其稍微被抬高。连接到第一供应支管118的第一T形管120垂直布置在热交换器16a、16b之间且连接到第一入口弯管122。第一入口弯管122 弯曲90度到水平定向，接着连接到热交换器16a的入口端124a。第一入口弯管122和入口端124a定向为与纵轴成大约40度，如图8和图9中所示。在图示的实施方案中，较小直径的管道区段的直径是4 英寸。

用于连接到热交换器16b的第二供应支管126与第一供应支管 118对称。即，第二供应支管126远离第二管道区段116(在与第一供应支管118相反的方向上)横向延伸到封围体24的相对内壁，向下弯曲90度到封围体24的底部，接着在纵向上弯曲90度以部分延伸或行进到热交换器下方.连接到第二供应支管126的第二T形管128 (与第一T形管120呈相对关系)垂直布置在热交换器16a、16b之间且连接到第二入口弯管130。第二入口弯管130弯曲90度到水平定向，接着连接到热交换器16b的入口端124b。第二入口弯管130 和入口端124b定向为与纵轴成大约40度，如图8和图9中所示，但应注意其与入口端124a对称。

公开的水管道布置的一个优点是其以完全被动的方式给每个热交换器并联提供等流量和压力。重要的是，等流量情况在水加热装置 10的整个操作期间都存在，而无需可变孔或限制。通过设计具有相等长度和相等弯度的支管来实现第一和第二供应支管118、126中的相等压降。另外，因为第一和第二供应支管118、126并入到封围体 24的基底中且部分在热交换器16a、16b下方，所以可获得更小型的形状因数。

并联操作多个热交换器提供的额外优点是针对每个个别热交换器使用冷凝操作，从而实现极高的效率水平(即，大于90％)。相反，串联操作先前技术的多个热交换器永远都极少同时实现冷凝操作。

如图9中所示，下管板48(和对应的上管板46)包括没有用于热交换管的孔的象限132。这个原因可参考图1进行了解，其中可见第一和第二供应支管118、126在热交换器16a、16b下方延伸。整个水加热装置10的重量(在公开的实施方案中约为4,900磅)穿过热交换器16a、16b的外周边、穿过支撑衬垫134且进入第一和第二供应支管118、126中。如果热交换管被铜焊或焊接到在开始用负载的象限132中的下管板48，那么热交换管将无疑发生变形或故障。因此，管板包括没有热交换管的象限或区域使得水供应支管可位于其下，从而进一步减小水加热装置的占据面积或形状因数且允许相等的水流被输送到每个热交换器。

本文描述组件的物理布局提供了水加热系统的小型外形因数。在本发明的一个实施方案中，液体循环锅炉系统每小时产生6百万BTU 热交换容量，而封围体24占据的外形因数的宽度小于36英寸、高度小于82英寸且深度约为87英寸。在一个实例中，外形因数是34英寸宽、79英寸高且深度是87英寸。因此，公开的水加热装置10将穿过标准尺寸的门户到达建筑的机械房间。

相反地，计算示出了包括单个热交换器的每小时6百万BTU的水加热系统直径必须四38英寸，其将不适于通过机械房间的标准门户。因此，大直径热交换器需要更大管板，其同样无法消散热量。单个热交换器应形成为椭圆形以维持较小宽度，计算示出了尚未成为良好的压力容器的平坦侧的厚度将必须超过1英寸，其增加了相当大的安装成本和重量。

虽然已经参考多个特定实施方案描述本发明，但应了解本发明的实际精神和范围应仅关于可由本说明书支持的权利要求来确定。另外，虽然在本文的许多情况中，其中系统和装置和方法被描述成具有一定数量的元件，但将了解这些系统、装置和方法可在少于所述一定数量的元件的情况下实行。另外，虽然已经描述许多特定实施方案，但将了解已经参考每个特定实施方案描述的特征和方面可与每个其余特定描述的实施方案连用。

Claims (31)

1.一种水加热装置，其包括：

水加热装置的水入口端(20)，所述水入口端与流体入口管道流体连接；

多个供应支管(118，126)，与所述流体入口管道流体连接；

并联操作的多个热交换器(16a，16b)，每个热交换器包括：外壳；热交换器入口(124a，124b)，每个热交换器入口连接到所述流体入口管道的不同的各自供应支管，用于将入口液体流接收到所述外壳中；外壳的热交换器出口侧，其允许出口液体流离开所述外壳；热交换元件，其位于所述外壳内并且被构造成通过交换来自燃气的热而加热从所述入口流动穿过所述外壳到达所述外壳的热交换器出口侧的液体流；

适于提供燃气的燃烧器总成(14)，其包括燃烧室外壳和位于所述燃烧室外壳内部的燃烧器；

由外污染物容器与所述燃烧室外壳之间的区域界定的水套(52)，所述水套并联地与所述热交换器出口侧中的每一个流体连接；以及

水套的热水出口；

其中所述水套容纳所述多个热交换器的每一个所排出的热水并进一步加热所容纳的热水。

2.根据权利要求1所述的水加热装置，其中所述热交换元件包括多个管，且来自所述燃烧器的燃烧排气被导引流过所述管。

3.根据权利要求2所述的水加热装置，其中螺旋凹槽形成在所述热交换管的外表面上以提高所述管上水流的速度和湍流。

4.根据权利要求1所述的水加热装置，其中所述热交换元件是多个管，且所述液体流被导引通过所述管。

5.根据权利要求1所述的水加热装置，其中所述水加热装置能够产生至高达每小时6百万BTU的热交换率，并且界定外形因数，其包括宽度、高度和深度；所述外形因数足以通过标准尺寸的门户到达机械房间。

6.根据权利要求5所述的水加热装置，其中所述宽度小于36英寸。

7.根据权利要求5所述的水加热装置，其中所述高度小于82英寸。

8.根据权利要求1所述的水加热装置，其包括两个热交换器。

9.根据权利要求1所述的水加热装置，其中，所述流体入口管道的所述多个供应支管是对称的以提供大致相等的流动特性。

10.根据权利要求9所述的水加热装置，其中所述多个供应支管被构造成提供大致相等的压降。

11.根据权利要求9所述的水加热装置，其中所述多个供应支管被构造成提供大致相等的流动速率。

12.根据权利要求9所述的水加热装置，其中所述流体入口管道的所述供应支管位于所述热交换器下方，且所述外壳内的所述热交换元件位于所述供应支管上方。

13.根据权利要求12所述的水加热装置，其中所述热交换元件包括固定到上管板和下管板的热交换管，所述下管板具有无热交换管的区域，其中所述供应支管位于无热交换管的区域下方。

14.根据权利要求1所述的水加热装置，其还包括空气燃料阀总成，其用于将预混合空气和燃料输送到所述燃烧器总成，所述空气燃料阀总成包括具有固定气流板和可旋转阀门的燃料旋转阀，所述气流板具有区域开口用于计量穿过其的燃料流量，所述阀门可操作来旋转并阻挡所述区域开口。

15.根据权利要求14所述的水加热装置，其中所述阀门旋转提供了所述区域开口的变化，其线性地响应于来自控制器的控制信号。

16.根据权利要求14所述的水加热装置，所述气流板界定辅助端口用于允许固定的燃料流量而不管所述阀门位置。

17.根据权利要求14所述的水加热装置，所述空气燃料阀总成还包括蝶形阀以计量入口空气，所述蝶形阀可操作来计量与所述燃料流量成比例的所述入口空气。

18.根据权利要求17所述的水加热装置，其中所述蝶形阀和所述燃料旋转阀的所述阀门通过公共轴耦接。

19.根据权利要求1所述的水加热装置，其中所述燃烧器包括具有内套筒的圆柱形网格燃烧器，所述内套筒界定孔图案，所述图案包括不通的行以中断声音共振的驱动力。

20.根据权利要求19所述的水加热装置，其中所述孔图案包括圆柱形行的相等间隔孔，每行与相邻行成角度地偏移。

21.根据权利要求19所述的水加热装置，其中所述孔被成角度钻入以改善燃烧性能。

22.根据权利要求1所述的水加热装置，其还包括布置在相邻于所述燃烧室外壳的腔室中的氧传感器和流动管，所述流动管包括第一端，其布置在所述腔室中，和相对的第二端，其布置在相比于所述燃烧室具有较低操作压力的位置中。

23.根据权利要求22所述的水加热装置，其中所述流动管的所述第二端布置在燃烧排气歧管中。

24.根据权利要求1所述的水加热装置，其中，所述流体入口管道分成多个供应支管，所述水入口端设置在供应支管的上方并且低于所述水加热装置的顶部，所述水入口端(20)经由第一管道区段(112)水平延伸并且连接到90度弯管(114)，连接到所述90度弯管的另一侧的第二管道区段(116)垂直延伸朝向水加热装置的封围体的基底，直径小于所述第二管道区段的两个管道区段从所述第二管道区段的基底对称延伸，以形成作为供应支管(118，126)的两个纵向流道，分别至各不同热交换器(16a，16b)。

25.根据权利要求1所述的水加热装置，其中，所述热交换器的重量基本完全由所述多个供应支管所支撑。

26.一种操作水加热装置的方法，其包括下列步骤：

将从水加热装置水入口端的流体入口管道分成多个供应支管，所述供应支管中的每一个相互对称；

提供具有多个热交换器的水加热装置，每个热交换器包括：外壳，以及热交换器入口，每个热交换器入口连接到所述流体入口管道的不同的各自供应支管，用于将入口冷水流接收到所述外壳中；所述水加热装置具有燃烧器总成(14)、水套(52)和水套的热水出口，燃烧器总成包括燃烧室外壳和位于所述燃烧室外壳内部的燃烧器，所述燃烧器总成耦接到所述多个热交换器用于将热供应到所述冷水流，水套由外污染物容器与所述燃烧室外壳之间的区域界定，所述水套并联地与所述热交换器出口侧中的每一个流体连接；

由所述燃烧器总成产生燃气，使得所述燃气进入每一个热交换器，以在所述多个热交换器的每一个的热水流出口处提供加热的水；以及将在所述多个热交换器的每一个的热水流出口处的热水容纳到所述水套中并进一步加热所述热水。

27.根据权利要求26所述的方法，其中燃烧排气流动通过将燃烧室外壳耦接到所述热交换器的一个或多个膨胀接头。

28.根据权利要求26所述的方法，其中提供具有多个热交换器的水加热装置的步骤包括将热交换管固定到上管板和下管板，并使所述燃烧排气流动通过所述热交换管。

29.根据权利要求26所述的方法，其还包括下列步骤：布置所述水加热装置的各组件以界定外形因数，其包括宽度、高度和深度；所述外形因数足以使所述水加热装置通过标准尺寸的门户到达机械房间，其中所述水加热装置能够产生至高达每小时6百万BTU的热交换率。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述外形因数的所述宽度小于36英寸且所述外形因数的所述高度小于82英寸。

31.根据权利要求26所述的方法，其中对称的供应支管提供大致相等的压降。