CN108139074A - 具有高调节比的燃气锅炉 - Google Patents

Abstract

一种燃气锅炉，其包括至少一个燃烧器(1)和用于将流体供给至所述燃烧器(1)的供给装置(4)，所述供给装置(4)连接至风机(5)，设置有用以将燃气供给至所述风机(5)的燃气导管(7)。燃烧器至少包括第一主火焰扩散器元件(25)和第二辅助火焰扩散器元件(26)，供给装置为连接至主扩散器元件(25)和风机(5)的供给器导管(4)，包括空气或空气和燃气的混合物的所述流体被输送到所述供给器导管(4)中，连接至辅助扩散器元件(26)的管状本体(17)通向所述导管(4)，运载燃气的管道(10)直接通向所述管状本体(17)。

Description

具有高调节比的燃气锅炉

本发明涉及根据主权利要求的前序部分所述的燃气锅炉。

具体地，本发明涉及设置有燃烧器的锅炉，其中，燃烧器以可变且较高的调节比进行操作(显然根据其各个部件的设置和尺寸进行操作)，所述锅炉适于对用于卫生用途的流体(例如，水)进行加热以及/或者用于对房间进行加热。

已知的是，包括提及到的类型的具有可变调节比的燃烧器的燃气锅炉包括预混合流体供给类型的燃烧器(即，通过以可调整或可调节比例的方式存在的空气和燃气的混合物进行操作的燃烧器)；这种燃烧器目前与根据两种不同的主模式——即，气动模式和电子模式——进行操作的部件一起实施。这两种模式都可以对输送至燃烧器的预混合流体的空气与燃气之比进行优化，以便保持均匀且符合现行法规或标准(特别是涉及污染气体的排放的法规或标准)的燃烧。

然而，已知的锅炉的这些实施方式都难以对供给至燃烧器的空气/燃气混合物的流量进行调节、特别是难以将流量调节成与由燃烧器产生的低热功率对应的最小流量值一致。

通常，具有火焰调节燃烧器的已知锅炉包括具有扩散器元件的一个或更多个燃烧器(例如具有平面形状或筒形形状的燃烧器)，其中，在扩散器元件上产生火焰。燃烧器位于燃烧室中，并且预混合(空气/燃气)流体经由连接至风机的供给导管被供给至所述燃烧器。风机以与风机自身的每分钟转数有关的压力产生空气流量。在供给导管(其中存在由于风机而移动的空气)中还存在来自燃气管道的燃气，所述燃气管道经由(燃气)控制阀连接至供给器导管。

因此，在现有技术中，已知锅炉用于对卫生用水进行加热以及/或者用于对房间进行加热；所述已知锅炉具有多个燃烧器，其中，所述多个燃烧器中的每个燃烧器均由连接(或没有连接)至风机的对应的供给导管进行供给。

在这样的解决方案中，包括基于气动导管——即，基于使用气动气体控制阀——的解决方案和基于“电子”概念的解决方案(其中，这些阀由致动器驱动，所述致动器由基于下述算法进行操作的控制单元来控制：所述算法考虑到例如将在燃烧器上检测到的火焰信号与预先设定的参考信号进行比较)，上述困难仍然存在。

特别地，在经由气动阀进行供给的燃烧器中，火焰调节的缺点导致难以具有最小空气压力来使燃气阀进行正确的操作，并且导致风机的每分钟转数减少以例如允许适合于保证空气和燃气的正确且期望的混合的稳定操作。这些缺点可以通过使用特定部件(例如，双文丘里混合器(double Venturi mixer)或能够以每分钟较低转数进行操作的风机)来克服。

在燃气阀被电子控制的这些锅炉中(但也适用于气动控制阀)，调节操作方面的缺点涉及风机在低速下的不稳定运行并且涉及只要风机在所述低速下运行就难以实现正确的空气/燃气混合(就污染物的排放而言)。另外，(仅针对电子控制阀)还存在下述可能性：用于控制燃气阀的火焰信号变得不稳定，并且难以检测何时火焰接近燃烧器的表面到使燃烧器的表面通过辐射发出热(所谓的“辐射式燃烧器”阶段)；在这种情况下，只要经由以电离电流进行操作的传感器获得这种信号，将不再将所检测到的火焰信号与参考信号进行比较(与燃烧器的不同操作图相关联)，并且所述信号不允许评估混合的类型(无论是燃气含量高还是燃气含量低)，因此，燃气阀不再能够被正确地控制。

文献JP-2006-258304描述了一种用于炉灶的燃气燃烧器，其包括产生火焰的多个同轴区域(或燃烧区域)。燃烧器的加热功率通过激活所述同轴燃烧区域中的一个或更多个同轴燃烧区域来改变。

此现有技术文件描述了设置的连接至风机的主要导管，并且燃气经由连接至压力平衡阀的侧通道被注入到风机与燃烧器之间，其中，压力平衡阀连接至燃气供给导管。

所述主要导管经由彼此同轴的管道连接至中心燃烧区域和与中心燃烧区域同轴的侧燃烧区域；燃气可以经由其上安装对应的阀的侧通道而被供给至这些同轴管道。

此现有技术文献并没有描述应用于锅炉领域的燃气燃烧器的发明，锅炉的燃气燃烧器的加热功率远高于可由炉灶的燃气燃烧器产生的热功率。此外，在现有技术中，所有燃烧区域都与一个本体相关联。

在已知的解决方案中，可以通过关闭主阀来停止向彼此同轴的管道以及中央管道供给燃气，并且因此可以通过打开侧导管(所述侧导管连接至主燃气供给导管并且还连接至主阀)的阀来向一个或更多个管道或者向主管道供给燃气。

如已经所述的，这种已知的解决方案既没有描述以可变且较高的调节比进行操作的这类用于锅炉的燃气燃烧器也没有描述具有彼此隔开的火焰扩散器元件的用于锅炉的燃烧器，所述彼此隔开的火焰扩散器元件可以经由自主气体被自主地激活，所述自主气体的供给可以通过布置在对所述扩散器元件进行供给的一个空气/燃气混合物供给导管内的阀构件而进行。

文献WO2006/019279描述了一种预混合燃气燃烧器，其包括接收来自风机的空气和来自至少一个对应的燃气导管的燃气的燃烧器本体。所述燃烧器本体包括加宽部分，该加宽部分的上燃烧表面上布置有多个火焰扩散器单元，所述火焰扩散器单元具有用于火焰的多个孔。燃烧器的最大输出量由安装在燃烧器上的火焰扩散器单元的数目确定。

燃烧器本体在向前方向和向后方向两者以及侧向方向上均逐渐变宽，从而在竖向方向上形成空气流路径，并且该燃烧器本体不具有朝向燃烧表面的弯折部。

在燃烧器本体内设置有用以使燃气和燃烧空气均匀混合的精馏板；还设置有用以使已与空气预先混合的燃气均匀地扩散的分隔器。精馏板设置有多个孔。

在已知的解决方案中，燃烧器所产生的功率由火焰扩散器单元的数目确定，分隔器的数目是所述单元的数目的函数。

在使用中，由对应的管道提供的燃气在燃烧器本体内朝向所有火焰扩散器单元扩散并且还穿过精馏板。

因此，现有技术文件没有描述用于改变燃烧器所产生的功率的任何其他方式，而是描述了与设置特定数目的火焰扩散器单元或者设置所述单元中的一个单元的孔的关闭部有关的方式。另外，根据此现有技术的燃烧器是具有下述火焰扩散器单元的燃烧器：所述火焰扩散器单元被永久地供给有空气/燃气混合物，而没有阻止所述混合物朝向设置有火焰扩散器单元的完全燃烧表面流动的任何可能性(或需要)。

最后，所考虑的文献在空气/燃气混合供给导管中没有设置任何可移动的阀构件，因为燃烧器本体的所有部分都会被并且应该总是会被空气和燃气流击中以使得可以在所设置的扩散器单元上产生火焰，所以阀构件不是必须的也不是适用的。

将不需要设置阻挡或引导燃气和空气在燃烧器本体内运动的阀构件，这是因为在现有技术中描述了所有火焰扩散器单元都能够适于呈现火焰，原因在于所有火焰扩散器单元的火焰孔的数目是根据燃烧器将产生的发热量先验地选定的。

本发明的目的在于提供一种用于对卫生用水进行加热以及/或者用于对房间进行加热且具有较高调节比的预混合锅炉，即，用于对卫生用水进行加热以及/或者用于对房间进行加热且具有较高调节比的预混合锅炉，或者具有以连续或离散的可变且较高的调节比进行操作的燃烧器的燃气锅炉，所述锅炉克服了已知解决方案的缺点和不足。

另一目的在于提供一种提及到的类型的预混合锅炉，其具有以较高调节比为特征且同时保持一个风机和一个燃气安全阀的燃烧器。

另一目的在于提供一种提及到的类型的锅炉，其使得燃烧器上的与非常小的流量对应的火焰保持稳定。

此外，另一目的在于提供一种提及到的类型的锅炉，其中，已知的预混合锅炉固有的于燃烧室中产生的热声问题被显著地降低。

另一目的在于提供一种锅炉，其中，燃烧器点火变得更简单，以防止燃烧室中的爆炸现象。

这些目的和对于本领域技术人员而言明显的其他目的通过根据所附权利要求的锅炉来实现。

为了更好地理解本发明，附图仅用于说明而非限制性的目的，在附图中：

图1示出了根据本发明的包括燃烧器的锅炉的底部示意图，其中，所述锅炉的部件连接至示意性示出的燃烧器自身；

图2示出了根据图1中的线2-2的视图；

图3示出了图1的锅炉的与燃烧器相关联的部分的分解图；

图4示出了根据图3中的线4-4的横截面图；以及

图5示出了根据本发明的锅炉的与燃烧器相关联的部分的变型的纵向截面图。

参照所提到的图1至图4，具有以可变调节比为特征的燃烧器的锅炉包括与支承元件2(“燃烧器门”)相关联的燃烧器1，适于将流体供给至燃烧器的(主要)供给导管4以已知的方式(例如，通过螺钉或者通过焊接机械地)紧固至支承元件2。所述流体可以是空气或空气与燃气的混合物。导管4可以包括由盖4B关闭的中空本体4A。

为此，供给导管与风机5的出口5A相关联，风机5的入口5B在此处被视为非限制性的实施方式中连接至混合器6。然而，所述混合器也可以布置在上面提及到的出口5A的下游。气动或电子控制类型的主燃气阀8连接至燃气导管7，燃气导管7上还布置有安全阀9。

在附图中所示出的出于说明而非限制性目的提供的实施方式中，燃气导管7包括布置在阀8之前(如参照管道7中的燃气流的方向)的排出管或管道10并且管道10上设置有阀11。所述管道10终止于端部14(在端部14处设置有以任何已知的方式紧固的喷嘴15)。管道10(或次要供给管)的所述端部14位于管状本体17的第一开口或端部16处，管状本体17的第二端部或开口18紧固至燃烧器1的支承元件2的开口19。不言而喻，如本领域技术人员所熟知的，也可以有其他解决方案，如本文中稍后描述的。同样，(主要)供给导管4具有端部22，端部22是敞开的并且与所述支承元件2的所述开口23对应地设置。

燃烧器1包括两个物理地隔开的火焰扩散器元件25和26，第一元件25为主要扩散器元件并且第二元件26为辅助或次要扩散器元件。远离彼此布置并且以任何已知的方式紧固——例如，通过焊接等紧固——至元件2的所述扩散器元件25和26可以被同时激活(即，具有沿着其对应的狭缝表面25A和26A扩散的火焰)或者(如图中所示的)仅次要扩散器元件26可以被激活。然而，如稍后所描述的，允许仅主要扩散器元件26或者仅次要扩散器元件25进行操作或者允许主扩散器元件26和次要扩散器元件26两者都进行操作的解决方案也是可能的。

由于扩散器25和26具有产生火焰的不同表面25A、26A，因此扩散器25和26适于产生不同的加热功率。

就附图中所描绘的实施方式而言，上述操作通过布置在供给导管4内的且布置在管状本体17与主要扩散器元件25之间的活门阀(clapet valve)30而成为可能。这种阀或开/闭构件或阻挡构件不仅适于完全关闭其被布置所处的导管的横截面(因此完全阻止空气/燃气混合物朝向主要扩散器元件25流动)，而且其还适于阻挡朝向所述主要扩散器元件25输送的流。

构件或阀30可以借助于重力或者借助于由来自风机5的流体所施加的压力来移动，或者其可以是由对应的致动器(未示出)进行控制的从动阀。

在从动阀的情况下，所述致动器受锅炉的控制单元(未示出)的控制，该控制单元还控制风机5以及燃气阀8、9和11的操作。

在本发明的变型中，管状本体17在导管4中设置在主要扩散器元件的下游(如参照空气/燃气混合物的流动方向或仅来自风机5的空气的流动方向)，并且活门阀30设置在该导管的第一开口16与所述主要扩散器元件之间。在这种情况下，继续假定管道10通向管状本体17内，则可以在主要扩散器元件25或次要扩散器元件26上激发火焰或者在这两者上都激发火焰。如果仅在元件25上激发火焰，则活门阀30处于将位于该元件下游的导管4关闭的位置：来自风机5的空气/燃气混合物因此处于仅进入元件25并且仅在其表面25A上产生火焰的位置。

在阀或开/闭构件30打开的情况下，由风机5注入到导管4中的空气/燃气混合物可以到达扩散器元件25和26两者，并且以此方式可以在其表面25A和26A两者上都产生火焰。在这种解决方案中，阀门11应被关闭。

在燃气阀8关闭且燃气阀11打开以保持开/闭构件30打开的情况下，可以仅在辅助扩散器元件26上激发火焰，辅助扩散器元件26接收来自管道10的燃气和(仅)来自导管4的空气。所述空气也进入主要扩散器元件25，但是在其上不产生火焰(因为没有燃气)。

所有这些都可以使扩散器25和26产生不同的发热量。

如果在管状本体17内布置另外的阀或开/闭构件(未在图中示出)，则也可以通过图1至图4中所描绘的解决方案获得与上述情形类似的情形。在这种情况下，打开构件30、关闭阀11、打开阀8并且关闭布置在本体17中的开/闭构件使得可以将存在于导管4中的空气/燃气混合物仅供给至主要扩散器元件25并且仅在其上产生火焰。

根据另一变型，该变型不属于本发明的根据所附权利要求的范围的一部分，在图1至图4中所示的实施方式和具有安装在主要扩散器元件25下游(在所述导管中，如参照来自风机5的空气或空气/燃气流的方向)的管状本体17的实施方式两者中，还可以在导管4中不设置开/闭构件30。在这种情况下，如果空气/燃气混合物被从风机5注入到导管4中，则扩散器元件25和26两者都可以“被激活”(即，在其上可以产生火焰)。如果仅空气被注入到此导管中(即，阀8关闭)且同时仅阀11被打开，则仅辅助导管可以被启用。

因此，本发明导致基本通用的燃烧器构型且同时允许根据需要具有很大的可调节性。

由于本发明，对于包括下述两个(或更多个)火焰扩散器元件25和26的燃烧器1可以获得最佳的调节比：所述两个(或更多个)火焰扩散器元件25和26适合于产生不同的发热量并且彼此隔开并且仅通过一个单个供给导管4被供给，在供给导管4中，在扩散器元件25、26两者都进行操作时，空气/燃气混合物可以流动，或者在阀8关闭、阀11打开并且风机5被以任何方式激活时，仅空气可以流动。在这种情况下并且参照附图，这导致仅在扩散器元件26上存在火焰。根据此处所描述的变型，也可以仅激活主要扩散器元件25、仅激活辅助元件26或者激活主要扩散器元件25和辅助元件26两者。

假设使用配备有如图1至图4中所示出的燃烧器1和混合器6的气动调节锅炉。在这种情况下，燃烧器1以额定流量进行操作，阀或开/闭构件30以及阀8打开而阀11可以关闭。这导致将空气/燃气混合物供给至扩散器元件25和26两者并且这两者都产生火焰。显然，这些元件被适当地工程设计成获得期望的调节。

如果(明显已激活的)风机5的每分钟转数根据来自锅炉的热需求被降低，则由燃烧器1和与其相关联的阀形成的系统将相应地作出响应并且上述阀构型保持不变。当风机5的每分钟转数达到预设值时，阀11打开(假设阀11先前并未打开，在这种情况下，阀11保持处于此操作位置)并且阀8关闭以不停止燃烧器1中的火焰，但仅扩散器元件26(其接收来自导管4和管状本体17的空气以及来自管道10的燃气)具有火焰。这防止了不期望的污染物的大量排放。

在所述每分钟转数下，以如通过对辅助(或次要)扩散器元件26进行工程设计和通过管道10供给的燃气所确定的最佳燃烧达到最小期望燃气流量。进入元件26的空气具有下述流量：该流量通过风机5并且通过适当的定位或者通过开/闭构件30被完全关闭而产生。如果此阀30被部分地关闭，则由于阀8关闭而空气仅到达主要扩散器元件25。

由于本发明，通过达到期望调节的燃烧器1实现了最佳燃烧，燃烧器1通过使用已存在于常见锅炉中的部件、但添加了辅助或次要扩散器元件26、管道10、本体17以及如果存在开/闭构件30的话至少一个开/闭构件30来达到期望调节，其中，辅助或次要扩散器元件26的产生火焰的表面26A比主要扩散器元件25的表面25A小。

值得指出的是，对主要或主扩散器元件25的点火也可以在使用次要扩散器元件26的过程中以向元件25供给最小量的空气/燃气混合物的方式(通过在关闭阀11之前打开阀8)来进行(或者对次要扩散器元件26的点火可以在使用主扩散器元件25的过程中以向元件26供给最小量的空气/燃气混合物来进行)，而不会在燃烧器1所在的锅炉的燃烧室中产生任何爆炸现象。

如果经由从主扩散器元件25或次要扩散器元件26拾取的并且在燃烧器的整个操作范围内始终存在的火焰信号来电控制燃气阀8和燃气阀11中的每一者，则获得类似的操作。这伴随着由锅炉的设置在锅炉中的(例如连接至火焰或烟雾信号检测器的)控制单元对阀8和11进行的适当的驱动，这导致所述阀根据所需的燃烧器调节而适当地关闭和/或打开(主要扩散器元件25和/或次要扩散器元件被激活)。

显然，锅炉可以配备有适于使所述控制单元能够对其正确操作进行监测的其他传感器和/或检测器，例如如现有技术中已知的CO、O₂和温度传感器等。

在本发明的简化的实施方式中，没有设置管道10并且仅次要扩散器元件26的激活仅通过将开/闭构件30关闭并且使来自风机5的空气/燃气混合物(风机5将所述空气和燃气预先混合)的流量最小化来实现。在这种情况下，在“电子控制”解决方案中，扩散器元件26上的火焰例如经由足以对燃烧进行识别和控制的已知的火焰信号检测器来控制。尽管这种解决方案是可行的，但是其存在许多与使用风机相关的缺点以及其中产生的可能的不稳定性。

在图5中，与已经描述的部件对应的部件由相同的附图标记表示，燃烧器1被示出为具有平面形结构，并且其中，仍被较好地隔开且能够被识别的两个火焰扩散器元件25和26由所述平面形的燃烧器的相邻区域限定。平面形燃烧器可以是单件式的，并且所述扩散器元件从燃烧器上产生的火焰的观点来看是被良好地限定的所述单件式本体的一部分；替代性地，这种平面形燃烧器可以由限定所述元件25和26的两个相邻且相继的本体限定。

还在图5的情况下，类似于已经描述的那样，可以使空气/燃气混合物仅被供给至辅助扩散器元件26或者被供给至两个扩散器。

因此，具有彼此不同(以任何方式彼此隔开)的两个扩散器元件的平面形燃烧器的用途与针对图1至图4中所示的燃烧器所描述的用途类似并且将不会再进行描述。

已经描述了本发明的多个实施方式。然而，根据前面的描述，也可能具有其他实施方式(如包括与管道10和其上布置阀8的导管相关联的安全阀的实施方式)，因此，其比如落入本发明的由所附权利要求限定的范围内。

Claims (11)

1.一种用于对卫生用流体进行加热以及/或者用于对房间进行加热的预混合燃气锅炉，所述锅炉包括以可变调节比进行操作的至少一个燃烧器(1)和用于将流体供给至所述燃烧器(1)的供给器装置(4)，所述供给器装置(4)连接至风机(5)，所述锅炉设置有用于将燃气供给至所述风机(5)的燃气导管(7)，在所述燃气导管(7)上设置有开/闭阀构件(8)和混合器(6)，所述燃烧器(1)包括第一主火焰扩散器元件(25)和至少一个第二辅助火焰扩散器元件(26)，其特征在于，所述火焰扩散器元件是彼此隔开的元件，并且所述火焰扩散器元件适于产生不同的发热量，所述主要扩散器元件(25)的产生火焰的表面(25A)的表面积比所述次要扩散器元件(26)的对应的表面积(26A)大，所述供给器装置为一个连接至所述主扩散器元件(25)和所述风机(5)的供给器导管(4)，所述供给器导管(4)为动力导管(4)，包括空气或空气和燃气的混合物的所述流体被输送至所述动力导管(4)，连接至所述辅助扩散器元件(26)的管状本体(17)通向所述导管(4)，运载燃气的管道(10)直接通向所述管状本体(17)以将燃气直接供给至所述管状本体(17)，在所述供给器导管(4)内设置有开/闭构件(30)并且所述开/闭构件(30)布置在所述管状本体(17)与所述主火焰扩散器元件(25)之间，所述开/闭构件(30)适于允许仅在所述扩散器元件(25、26)中的任一者上产生火焰或者在所述扩散器元件两者上产生火焰，以便改变由所述燃烧器(1)产生的发热量，所述主扩散器元件(25)和所述辅助扩散器元件(26)能够彼此独立地或彼此共同地被激活。

2.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述管状本体(17)在所述供给器导管(4)中于空气或空气/燃气混合物在所述导管(4)中流动的方向上布置在所述主火焰扩散器元件(25)的上游或下游。

3.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，在所述管状本体(17)内设置有适于中断所述辅助火焰扩散器元件(26)与所述供给器导管(4)的连接的另外的开/闭构件。

4.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述燃气管道(10)连接至所述燃气导管(7)，所述燃气导管(7)连接至所述风机(5)，所述燃气管道(10)于所述燃气在所述燃气导管内流动的方向上布置在所述阀构件(8)的上游，并且所述燃气管道(10)包括位于所述燃气导管(7)与所述管状本体(17)之间的阀构件(11)，在所述燃气导管(7)中设置有至少一个安全阀(9)，所述主扩散器元件(25)和所述辅助扩散器元件(26)能够彼此独立地被激活。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器替代性地通过气动或电子式调节的燃气阀(8)和安全阀(9)来被供给，其中，所述燃气阀(8)将燃气输送至所述风机(5)。

6.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉包括用于对指示在所述锅炉中存在火焰或烟雾的火焰或烟雾信号进行检测的检测器装置。

7.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述开/闭构件(30)为从动于致动器的类型。

8.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述开/闭构件(30)为受到重力和存在于所述供给器导管(4)中的所述流体的压力而自然移动的类型。

9.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉包括控制单元，所述控制单元适于根据由信号检测器装置检测到的火焰或烟雾信号来对每个阀构件(8、11)和所述风机(5)进行控制。

10.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉包括两个或更多个燃烧器，每个燃烧器均包括主火焰扩散器元件(25)和至少一个辅助火焰扩散器元件(26)。

11.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述燃烧器的每个火焰扩散器元件(25、26)为以可变调节比进行操作的类型，从而使得所述燃烧器(1)能够始终具有可变调节比、甚至在所述主扩散器元件没有火焰的情况下也具有可变调节比。