CN104976763A - 空气预混加热器 - Google Patents

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Abstract

一种燃气加热器，包括：气体供应管线、空气供应管线、联接到气体供应管线的阀和联接到阀的控制器。控制器构造成控制阀以控制气体-空气混合物。燃气加热器还包括：构造成接收气体-空气混合物并燃烧该气体-空气混合物的燃烧器，和联接到燃烧器的热交换器。热交换器构造成执行热交换过程并输出热空气。燃气加热器还包括布置在热交换器下游的助燃风机，助燃风机构造成将废气吸送或抽送过热交换器。

Description

空气预混加热器
本申请是2011年11月17日提交的优先权日为2010年11月18日的发明专利申请201110461848.0的分案申请。
相关申请
本申请按照35U.S.C.§119要求基于申请号为61/414,997、申请日为2010年11月18日的美国临时专利申请的优先权，由此该美国临时专利申请所公开的内容通过引用的方式并入本文。
背景技术
传统的燃气空气预混加热器(premix gas fired air heaters)通常使用助燃风机将气体/空气混合物推送(push)过热交换器。这是通过在热交换器的上游布置助燃风机来实现的，所述助燃风机将气体/空气混合物向燃烧室推送。使用这样的传统预混加热器的一个缺点是燃烧室和热交换器经常被助燃风机过度加压。
附图说明
图1是与一个示例性实施例一致的预混加热器的示意图；
图2是图1预混加热器的简化原理框图；
图3A和3B是与一个示例性实施例一致的一个示例性预混加热器的立体图；
图4是可用于图1预混加热器的一个示例性热交换器的立体图；
图5是可用于图1预混加热器的另一个示例性热交换器的立体图；和
图6是可用于图1预混加热器的又一个示例性热交换器的立体图。
具体实施方式
下面的详细描述参照附图。在不同附图中的相同的附图标记可以标识相同的或相似的元件。此外，下面的详细描述并不限制本发明。
本文描述的实施例提供了一种空气预混加热器(premix air heater)，这种空气预混加热器包括用于将空气吸送(pull)或抽送(draw)过热交换器的下游风机。由于风机的上述位置，热交换器实际上处于负压力之下，这有助于防止废气(flue gases)被引入室内空间。例如，燃烧室或热交换器中的小泄露不会导致废气被排出到室内空间中。风机还可以是不影响提供给燃烧室的气体-空气混合物的可变速风机，其使得所述空气预混加热器在全负荷下获得高效率。
图1是根据一个示例性实施例的预混加热器单元100的示意图。参照图1，加热器单元100可以包括气体进气供应线(gas intake supply)110、阀120、控制器122、空气进气供应线(air intake supply)130、燃烧器140、热交换器150和风机160。图1中图示的示例性构造是为简明起见而提供的。应该理解的是，加热器单元100可以包括比图1中图示的更多或更少的组件。
气体进气供应线110可以包括将气体供应给加热器单元100的气体管线或连接到气体管线的连接器(connection)。阀120可以是与控制器122协同操作以向加热器单元100提供恒定量或恒定比的气体对空气的控制阀。例如，控制器122可以包括气动控制器或电动控制器，所述气动控制器或电动控制器打开/关闭阀120使之到达一个位置，该位置确保以所需水平提供供应给燃烧器140的气体/空气比，如下面更详细描述的那样。
空气进气供应线130可以包括空气可以被接收于其中的空气进入区域，如图1中箭头所图示。例如，空气可以经由布置在加热器单元100外侧的空气入口连接器而被接收。在一个示例性实施例中，进气供应线130可以包括控制加热器单元100中的空气流的节流器132，本文也称作文丘里管132。例如，节流器132可以形成变窄部或文丘里管，以减小空气进气供应线130中开口的尺寸。这样的节流器132可以减小节流器下游侧的空气的压力。
如图1中图示的，在气体流过阀120后，来自气体进气供应线110的气体在区域136处与空气混合。然后，气体/空气混合物可以在燃烧器140的进口(图1中图示为区域138)处被提供给燃烧器140。在一个示例性实施例中，控制器122可以确保提供给燃烧器140的气体对空气(气体/空气)的比值是恒定的。也就是说，不管风机160的速度如何，气体/空气比维持在恒定的水平。这样可以帮助加热器单元100在全负荷或调节水平下达到并维持热效率。
燃烧器140可以包括用于提供燃烧的燃烧器/燃烧单元，以燃烧进来的气体/空气混合物。热交换器150可以联接到燃烧器140并且可以操作以执行与燃烧器140的输出物热传递并输出用于加热室内空间的热空气。
风机160可以是用于将气体/空气混合物“吸送”或抽送过热交换器150的可变速风机。例如，风机160可以实质上对热交换器150产生负压力。该负压力用于将来自区域138的气体/空气混合物吸送过燃烧器140和热交换器150。风机160相对于流到燃烧器140和热交换器150的气体/空气混合物流的下游布置还防止废气进入室内空间。也就是说，所有气体将被吸送过热交换器150并且不会直接排出到室内空间中。因此，加热器单元100可以提供小的没有危险排放物进入室内空间的风险，从而实现了最大的安全性。
外壳(图1未示出)可以用于容纳加热器单元100的组件。例如，所述外壳可以是金属的或者是某些其它材料(例如复合材料)的。
图2图示了根据一个示例性实施例的图1的加热器单元100的简化原理图。参照图2，加热器单元100可以包括气体/空气控制器210、文丘里管132、燃烧器140、热交换器150和可变速风机160。气体/空气控制器210可以包括图1的阀120和控制器122。在一个示例性实施例中，气体/空气控制器210可以包括设置零压力调节器的气动控制装置，所述零压力调节器与布置在空气进气供应线130中的文丘里管(例如文丘里管132)上的燃烧空气的压降相应地或成固定关系地从气体进气供应线110中释放一定量的气体。例如，气体/空气控制器210可以测量空气供应管线130中由文丘里管132(图1)引起的空气压降。然后，气体/空气控制器210可以控制阀120，以提供与测得的由文丘里管/节流器132引起的空气压降相应的气体压力。这样，气体/空气控制器210可以向燃烧器140提供恒定的气体/空气混合物，这不受风机160速度的影响。
如图2中图示的，气体/空气控制器210可以联接到文丘里管132。在一个示例性实施例中，文丘里管132可以直接安装到或联接到燃烧器140。燃烧器140可以包括用于使经由文丘里管132提供的气体/空气混合物燃烧的燃烧器壳体。热交换器150可以接收来自燃烧器140的输出物并执行热交换过程，以向室内空间提供热空气。在一个示例性实施例中，燃烧器140和热交换器150可以容纳在不包括辅助空气入口的密封壳体/外壳内。也就是说，经由文丘里管132接收并由燃烧器140在燃烧过程中使用的空气与气体预先混合。
如上面所描述的，风机160(本文也称作助燃风机160)可以是布置在热交换器150下游的可变速风机。如上面所描述的，助燃风机160相对于热交换器150的下游布置在燃烧器140和热交换器150上有效地产生了负压力。因此，废气被“抽吸”过热交换器150。因此，如果在燃烧器140中发生泄漏，额外的空气可以被抽吸进热交换器150中。无论如何，废气都不会逸出热交换器150并且不会进入室内空间。这样，风机160减少了有害排放物进入室内空间的可能性。
图2中图示的示例性构造是为简明起见而提供的。应该理解的是，加热器单元100可以包括比图2中图示的更多或更少的装置。
图3A图示了与一个示例性实施例一致的加热器单元100的三维视图。参照图3A，加热器单元100可以包括外壳300，外壳300容纳上面针对图1和2所讨论的构件。例如，外壳300可以容纳燃烧器140、热交换器150和助燃风机160。如图3A中图示的，外壳300还可以容纳燃烧器壳体310、管320、收集盒330和主空气风机340。外壳300的侧面在图3A中未示出。然而，如上面所讨论的，外壳300可以形成围绕图3A中图示的组件的完整外壳。
参照图3A，燃烧器140可以经由例如气体/空气供应入口接收气体/空气。诸如文丘里管132(图1)的文丘里管(未图示)也可以联接到气体/空气供应入口。燃烧器140可以包含在燃烧器壳体310中，燃烧器壳体可以是由例如不锈钢制成的完全密封的壳体。如上面所描述的，燃烧器壳体310可以不包括辅助或附加的空气入口。也就是说，在燃烧过程中使用的所有空气由经由气体/空气供应入口提供的气体/空气混合物来提供。
在图3A图示的实施例中，管320可以联接(例如焊接)到燃烧器壳体310并且可以由例如不锈钢制成。转向盒(turning box)(未示出)可以联接到管320，以在低负荷下收集冷凝物。管320还可以将废气引导到热交换器150。还可以使用冷凝物排放管将来自转向盒的冷凝物引导到收集盒(collector box)330。
热交换器150可以包括任意数量的不同类型的热交换器。例如在一个实施例中，热交换器150可以包括壳管式热交换器。在其它实施例中，热交换器150可以包括板式热交换器。在另外的其它实施例中，热交换器150可以包括壳管式热交换器和板式热交换器的组合。在图3A图示的实施例中，假定所述热交换器150包括多个板式热交换器。板式热交换器可以与转向盒分别地制造，或者制成单U形形状。在任意实例中，热交换器150可以构造/设计成使得甚至在加热器单元100处于满负荷时也总能实现冷凝。也就是说，加热器单元100不是必须将附加的/辅助的供应空气引入到燃烧器140来实现冷凝。这有助于确保加热器单元100不管助燃风机160的速度如何都会具有很好的效率，并且那样的高效率可以在加热器单元100的所有调节水平下维持。
收集盒330可以联接到热交换器150，并且可以包括用于排放来自加热器单元100的所有冷凝物的单个冷凝物排放管。收集盒330还可以联接到助燃风机160和用于向室内空间提供热空气的供应管道(未示出)。例如，如图3中图示的，速度受控的风机160可以邻近收集盒330安装。助燃风机160(本文也称作排烟风机160)可以包括用于排放来自加热器单元100的废气的出口连接器352。
图3A中图示的空气入口连接器354可以将助燃空气提供给燃烧器140，以帮助点燃或燃烧经由图1中图示的区域138提供给燃烧器140的气体/空气混合物。也就是说，空气入口连接器354可以向燃烧器140提供纯净的燃烧空气。
主空气风机340可以用于将热空气提供给室内空间。在一些实施例中，主空气风机340可以不是必需的。例如，如果加热器单元100被结合到空气调节单元中，主空气风机340可以不是必需的。
图3B图示了图3A的加热器单元的另一个视图。在图3B中，主空气风机340不是安装到外壳300。此外，外壳300的顶部为简明起见未示出。如上面所描述的，助燃风机160可以邻近收集盒330(未示出)安装。
在一个示例性实施例中，加热器单元100可以用作室内空间(诸如工厂、汽车修理厂、货栈、建筑物等等)的加热器。加热器单元100还可以用作导管加热器或与空气调节单元结合使用。例如，加热器单元100可以容易地整合到各种不同的空气调节单元中。在每个实例中，加热器单元100可以在减小有害排放物进入室内空间的危险的情况下提供有效的加热。
如上面针对图1和2所讨论的，加热器单元100可以包括各种不同类型的热交换器。例如，图4图示了一个示例性实施例中的加热器单元100的一部分。参照图4，加热器单元100包括燃烧器壳体310、多个管320和多个板410。在该实施例中，热交换器150是包括多个板410的板式热交换器。每个板410具有较大的表面积并包括多个陷窝(dimples)412。陷窝412帮助维持板410之间的空间以增强热传递。
图5图示了另一个示例性实施例中的加热器单元100的一部分。参照图5，加热器单元100包括燃烧器壳体310、多个管320和多个板510。在该实施例中，热交换器150是管式热交换器和包括多个板510的板式热交换器的组合。每个板510包括管元件512和板元件514。每个板元件514具有较大的表面积和多个孔以提供用于热传递的流体流道。
图6图示了又一个示例性实施例中的加热器单元100的一部分。参照图6，加热器单元100包括燃烧器壳体310、多个管320和多个板610。在该实施例中，热交换器150是包括多个板610的板式热交换器。每个板610具有较大的表面积并且包括多个凹口或凹槽612，凹口或凹槽612可以增加板610的表面积以增强热传递。
与本文所描述的实施例一致，加热器单元100可以操作以向室内空间提供热空气，同时显著地减少或消除了有害排放物进入室内空间的机会。加热器单元100也可以是尺寸较紧凑的并且可以与空气调节单元结合使用、用作导管加热器/加热炉或者与其它系统/装置结合使用。
上述示例性实施例的描述提供了图示和说明，但不是用于穷举或将本文描述的实施例限制成所公开的具体形式。根据上述教导可以进行各种修改和变化，或者各种修改和变化可以从实施例的实施来获得。
例如，上面描述的实施例涉及可以与各种类型的热交换器和/或燃烧器一起使用的加热器单元100。应该理解的是，加热器单元100可以与其它类型的燃烧器和/或热交换器一起使用。
虽然在上面已经对本发明进行了详细的描述，但是对于相关领域的技术人员来说将明了的是，在不脱离本发明的精神的情况下可以对本发明进行修改。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种形式、设计或布置的变化。因此，上述描述被认为是示例性的而不是限制性的，并且本发明的真实范围是随后的权利要求中所限定的范围。
除非明确说明，本申请的描述中使用的构件、作用或说明不应该认为是必需的或必不可少的。另外，本文使用的的冠词“一”是指包括一个或多个物件。此外，除非另外明确说明，短语“基于”是指“基于、至少部分基于”。

Claims (20)

1.一种燃气加热器，包括：
气体供应管线；
空气供应管线；
文丘里管，所述文丘利管位于所述空气供应管线内；
阀，所述阀联接到所述气体供应管线；
联接到所述阀的控制器，所述控制器构造成控制所述阀以控制气体-空气混合物，所述控制器包括压力调节器，所述压力调节器构造成：
测量所述空气供应管线中通过所述文丘里管的的压降，并且
根据测得的压降控制所述阀，以释放一定量的气体；
燃烧器，所述燃烧器构造成接收所述气体-空气混合物并燃烧所述气体-空气混合物；
联接到所述燃烧器的热交换器，所述热交换器构造成执行热交换过程并输出热空气；以及
布置在所述热交换器下游第二区域内的第一风机，所述风机构造成将废气吸送过所述热交换器，并且提供负压力以将所述气体-空气混合物吸送过所述燃烧器、所述阀和所述文丘利管。
2.如权利要求1所述的燃气加热器，还包括：
联接到所述热交换器和所述第一风机的收集盒。
3.如权利要求1所述的燃气加热器，还包括：联接到所述收集盒的冷凝物排放管，所述冷凝物排放管构造成用于排放来自所述燃气加热器的冷凝物。
4.如权利要求1所述的燃气加热器，其特征在于，所述第一风机包括不影响提供给所述燃烧器的气体-空气比的可变速风机。
5.如权利要求1所述的燃气加热器，其特征在于，所述压力调节器构造成在控制所述阀时提供与测得的压降相应的或成固定关系的气体压力。
6.如权利要求1所述的燃气加热器，其特征在于，所述控制器构造成：
向所述燃烧器提供恒定的气体对空气的混合物。
7.如权利要求1所述的燃气加热器，还包括：第二风机。
8.如权利要求1所述的燃气加热器，还包括用于容纳所述燃烧器、所述热交换器、所述第一风机和第二风机的外壳，其中所述外壳不包括为提供到所述燃烧器的所述气体-空气混合物提供附加空气的辅助空气入口，且其中所述第二风机构造成向建筑物的内部空间供给热空气。
9.一种系统，包括：
燃气加热器，所述燃气加热器包括：
气体供应管线，
空气供应管线，
文丘里管，所述文丘利管位于所述空气供应管线内；
阀，所述阀联接到所述气体供应管线，
联接到所述阀的控制器，所述控制器构造成控制所述阀以控制气体-空气混合物，所述控制器包括压力调节器，所述压力调节器构造成：
测量所述空气供应管线中通过所述文丘里管的的压降，并且
根据测得的压降控制所述阀，以释放一定量的气体，
燃烧器，所述燃烧器构造成接收所述气体-空气混合物并燃烧所述气体-空气混合物，
联接到所述燃烧器的热交换器，所述热交换器构造成输出热空气；
相对于提供到所述燃烧器的所述气体-空气混合物的流动方向，位于所述燃烧器和所述热交换器下游的第一区域；以及
相对于提供到所述燃烧器的所述气体-空气混合物的流动方向，布置在邻近所述热交换器且在所述热交换器下游的第二区域内的风机，所述风机构造成将废气吸送过所述热交换器并且将所述气体-空气混合物吸送过所述燃烧器、所述阀和文丘里管。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述燃气加热器还包括：
用于容纳所述燃烧器和所述热交换器的外壳，其中所述外壳不包括用于向所述燃烧器供应空气的辅助空气入口。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述燃气加热器还包括：
联接到所述热交换器和所述风机的收集盒，以及
联接到所述收集盒的冷凝物排放管，所述冷凝物排放管构造成用于排放来自所述系统的冷凝物。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述风机包括不影响提供给所述燃烧器的气体-空气比的可变速风机。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于所述压力调节器包括零压力调节器。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述燃气加热器还包括：
联接到所述燃烧器的第二文丘里管。
15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成：
向所述燃烧器提供恒定的气体对空气的混合物。
16.如权利要求9所述的系统，还包括：
联接到所述燃气加热器的空气调节单元。
17.如权利要求9所述的系统，其中所述热交换器包括板式热交换器或管板组合式热交换器。
18.如权利要求9所述的系统，其中所述热交换器包括管板组合式热交换器。
19.如权利要求10所述的系统，还包括：
第二风机，所述第二风机构造成向所述建筑物的内部空间供给热空气，其中所述外壳容纳所述风机和所述第二风机。
20.如权利要求8所述的系统，还包括用于容纳所述燃烧器、所述热交换器、所述第一风机和第二风机的外壳，其中所述外壳不包括为提供到所述燃烧器的所述气体-空气混合物提供附加空气的辅助空气入口，且其中所述第二风机构造成向建筑物的内部空间供给热空气。
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