CN1269004A - 水加热装置 - Google Patents

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Abstract

一种水加热装置包括:(a)用于点燃一种空气和燃气的可燃混合物以加热水的燃烧装置(20);(b)热交换器装置(10),包括一燃烧室(14)和多根连接于燃烧室(14)底部的热交换管(16),所述热交换管(16)在燃烧室(14)下面延伸并通过水室(12),这样,高温燃气流经燃烧室(14),然后以与水物理隔绝并与之进行热交换的方式流经管子(16),以及水以与高温燃气逆流的方式绕着管子(16)并然后围绕燃烧室(14)外侧流动;以及(c)用于控制水温的温度控制装置(30),它包括具有一检测水流出部分温度的传感器的热量测量装置和响应于被检测到的温度以通过调节空气和燃气流向燃烧装置的流量控制在流体之间传热速率的控制装置。

Description

水加热装置
发明背景
本发明涉及一种水加热装置，具体说涉及一种可在整个宽广的调节范围内工作而具有良好的稳定性、可靠性和成本-效率的水加热装置。
热水温度控制设备通常包括有完成在管道内迅速流动的水和暴露在管道外面的热源(蒸汽或者燃气)之间热传递的热交换器。这些通常称为“瞬时的”装置由于流量和输入能量的波动而产生温度波动。例如，如果装置的流量增大(热水需求量增大)，则由于温降是负载(流量)变化率的函数，水温将立即开始下降。事实上，如果负载瞬间从0变化到100％(或到最大)，则出口水温就会瞬间下降到接近入口水温。
由于延时(因流量增大而增加能量的时间和水吸收能量的时间)，就存在对增益系数(单位温度变化的能量输入量)的限制，这使装置性能下降。例如，如果设备的小流量输出温度设定为140度，则在稳定状态的条件下通常可下降20度至25度，这意味着对于100％流量的输出温降可为20度至25度。由差的动态响应所产生的温度误差叠加到稳定状态的温度误差上，该稳定状态的温度误差产生于为装置稳定性必需的小增益系数。
由于如此差的温度控制，通常是采用储水箱与在固定的温度时储存加热水的瞬时装置一起使用；在一实施例中是通过该装置以恒定的流速泵送水以使温度保持恒定。其他方法包括在没有泵送装置和不依赖于自然的热对流对被储存的水进行加热以实现温度控制。由于储水箱的使用其本身并未解决温度控制的问题，为改善温度控制便产生了如在第4,305,547号美国专利(简称“’547专利”)中所述的一些设备。在’547专利中，发明人对恒温器和泵送控制设备提供了改进，并提供一个其中已设定组合调节点和供给传送控制的装置，该装置通过按BTU要求的预期变化而使热水温度的波动减小到最小程度。这样的装置是基于一种间接(液体或者蒸汽)的将能源供给热交换器的方法。相反，以直接燃烧形式(例如在此所采用的)输入能量的微妙特性使温度控制明显变得更为困难并且甚至要求比在’547专利中所述的更为复杂化。
已有技术的一些装置的另一问题，无论是否考虑到，是涉及总的装置效率，即单元效率和分配装置的效率。这些效率显著地影响每加仑供水的燃料成本。通常，这些效率根据额定(或最大)负载时的实验室条件-以额定负载连续工作确定的。然而，在可饮水的商业化应用中，负载各式各样(意味着负载分布变化)绝对不是连续或恒定的，即它在整个时间间隔内波动较大。例如，在上午由于用水集中负载就较大，而在下午由于较少的人需要用水负载就较小。由于所有的装置仅仅供给使用的能量，加热(输入能量)就必须断续地循环以便根据具体情况在下午供给较小的负载而在上午供给较大的负载。即当负载减小时，装置(热)循环断续进行以满足负载；所供给的总能量力求等于所利用的减少的能量。在本技术领域的人员应理解到这样的循环会降低效率。
另外，由于一些已有技术的设备尤其非冷凝装置的特性所致，除了采用储水箱和分配和再循环泵送的缺点外，装置效率也是不适当的。差的温度特性和在分配装置中的瞬时温度的一般不可知性要求使温度维持在比为防止在负载状态下的温度下降到不可接受程度所必需的明显高的水平。在这个分配温度和所要求的使用温度之间的温差便在在该分配装置中连续地产生能量损失。这些损失和增加的烫伤可能性是现有技术的后果。
现有设备的其他问题涉及效率性能。例如，由于燃气不仅与流体而且与大气进行热交换，未被流体吸收和被烟道引出的能量损失到大气中。此外，大部分气体燃烧装置都要求通过使用肋片来增大管道燃气侧的表面积(以提高燃气传热能力)，这些肋片具有捕获烟道中的产生积炭的生成物的特性。积炭越多，则传热越差。其结果是，存在效率损失并且留给使用者打开清洗热交换器的艰巨任务。
第4,852,524号美国专利(“’524专利”)的受让人埃尔科国际有限公司的另一雇员先前已提出这些问题。在’524专利中所揭示的水加热装置是对已有技术的实质性改进，而本发明力求更向前发展并提供一种比’524专利所揭示的更稳定、更可靠和成本-效率更好的水加热装置。
发明概述
本发明解决了在前面部分中所述的不足，提供一种具有冷凝、全调节、强制通风、直立单通道燃烧管道型式的水加热装置，它在整个宽广的调节范围内工作而具有优良的稳定性、可靠性和成本-效率。
按照本发明，这些目的和特点是通过提供一种包括用于点燃空气和燃气的可燃混合物的燃烧装置、用于提供被点燃的燃气和水之间的热传递的热交换装置和用于控制被点燃燃气和水之间的热传递的温度控制装置的多个部件的新型组合实现的。
所述燃烧装置较理想包括一个可以在整个宽广的流量范围(通常为15∶1)内混合空气和燃气以获得完全的高质量燃烧从而产生高燃烧效率和很低排污的喷嘴型混合燃烧器(相对于预混合燃烧器)。具体说，所述燃烧器包括在顶部敞开而在底部加盖的燃气管、一围住所述燃气管并由圆筒形外壳形成的圆筒形空气室、一覆盖所述空气室顶部的环形导流板、一在所述导流板顶部上的空气导管以及一设置在空气室底部上的燃烧器盖组件。燃气从燃气管的敞开端进入燃烧器而从燃气盖排出，该盖至少具有一个燃气排出口。空气通过所述空气导管进入，通过在导流板上的口，继续通过空气室进而通过在燃烧器盖组件上的排出口排出。
较理想是数根燃气管道从燃气管朝着在燃烧器盖组件的底部之上的外壳向外径向地延伸。燃烧器盖组件和外壳构成一可让来自空气室的空气和来自径向管道的燃气通过的环形燃烧室也是较理想的。数个叶片设置在该环形通道上以加速混合较为理想。这些叶片设置成与径向管道成非对称关系。这种非对称关系可防止燃烧激励振荡和其他的不稳定性并使燃气以很高的速度燃烧，这样减少了燃烧延时并总体上提高了装置的稳定性。
所述热交换器装置包括一容纳燃烧气体的燃烧室、一包围燃烧室并具有水通过其间的一进口和一出口的水室以及多个连接于燃烧室底部并通过该水室向下延伸的热交换管。燃气从顶部进入燃烧室并向下流经燃烧室，然后流经热交换管。同时，水通过水进口流入并向上绕过热交换管和燃烧室而流经水室。以这样的方式，燃气以与水逆流、与水物理隔绝以及与水进行热交换的方式流动。
较理想是在燃烧室之下设置一导流板以使围绕燃烧室的水流转向并对它进行分配。此外，燃气和水处于不同的温度以便在水中其流动方向上建立温度梯度以及燃气在向下流经管道时被冷却，从而当燃气达到露点时使在燃气中的水蒸汽在管道中冷凝，这样是较为理想的。这样的冷凝提供了进一步热交换从而提高了效率。较理想在热交换管的下面还设置排气歧管以将燃烧生成物引向排出口并收集冷凝排出液。
所述温度控制装置包括一热量测量装置和一控制装置。所述热量测量装置具有一用于检测水流出部分温度的传感器，而所述控制装置响应于检测到的温度并通过调节流向燃烧装置的空气和燃气的流动控制在流体间的热传递速率。
较理想是所述控制装置包括用于计算水的温度变化速率的微分装置和用于从预定的温度设定值减去水流出部分温度的反馈装置以及根据由所述微分装置和反馈装置获得数值之和产生控制信号的加法装置。
较理想是所述控制装置还包括一空气/燃料阀，它响应于控制信号以基本不变的空气/燃气比将空气和燃气的各自流量供给燃烧装置。该空气/燃气比在已编成程序的关系中保持为输入燃气流量的函数。空气/燃料阀是一个旋转阀以及阀的转动基本线性地响应于控制信号是较为理想的。
该空气/燃料阀含有一个控制燃气流量的燃气孔板。较理想是该燃气孔板是具有多个槽的圆形板，各槽具有一开角和一在整个开角范围内可变化的径向长度。
本发明较理想还包括一空气/燃料链，它包括一燃气和空气进口、一用于选择性地开关燃气流的燃气阀、一个使通过空气/燃料阀的燃气压降保持恒定的调节阀以及一个用于加速空气流动的吹风机。
通过以下具体说明并结合附图，将进一步理解本发明的这些及其它特点、方案及优点。
附图简要说明
图1是本发明一实施例的三维立体视图；
图2是本发明一实施例的热交换器的侧视图；
图3是本发明一实施例的热交换器的仰视图；
图4是本发明一实施例的燃烧器的俯视图；
图5是沿图4中剖切线A-A’所取的本发明一实施例的剖视图；
图6是沿图4中剖切线B-B’所取的本发明一实施例的剖视图；
图7是本发明一实施例的燃烧器的仰视图；
图8是本发明一实施例的空气和燃气链的方框图；
图9是本发明一实施例的空气/燃气阀的侧剖视图；
图10A是本发明一实施例的燃气孔板的仰视图；
图10B是沿图10A中剖切线A-A’所取的本发明一实施例的剖视图；
图10C是本发明一实施例的燃气孔板槽的曲线图。以及
图11是本发明一实施例的温度控制器的方框图。
较佳实施例的具体说明
参照这些附图，尤其是参照图1，本发明的水加热装置的一较佳实施例包括热交换器10、燃烧器20、温度控制器30、空气/燃气阀40、燃气进气管50、燃气排气歧管58、水进口喷嘴70、水出口喷嘴72和控制板80。
热交换器10为一种流体(较理想为一种高温燃气)和一种流体(较理想为水)之间的热传递而设置，以便当水在热交换器内向上流动时水温升高而在水流方向上建立温度梯度。如图1所示，热交换器10包括水室12、燃烧室14以及至少一个但最好多个的热交换管16。水室12包围燃烧室14和热交换管16两者。燃烧室14位于水室12的上端。管16连接于燃烧室14的底部并通过水室12向下延伸。
更具体说，参照图2，该水室12较理想地由通过一张开接口125(用作吸收由于外壳热膨胀所产生的应力)连接于圆筒形上壳122的一个圆筒形下壳121所组成。一背环126对接焊于张开接口125的下端用于支承壳体。该下壳121含有一水进口喷嘴70，而上壳122含有一水出口喷嘴72。下壳121含有一个焊接于壳体外径以提供排气歧管58的安装结构的法兰。
水室还包括两管板，上管板123和下管板124。这两块管板是具有多个配装热交换管16的孔的平圆形板。此外，上管板含有沿着其外边缘设置的可供水流过的一圈孔。下管板和上管板分别在其周边焊接到下壳121和上壳122的底部上。热交换管16被焊接在两块管板之间。
燃烧室由一圆筒形壳体141构成，张开接口142在其上端焊接在该壳体上。此外，背环143对焊接于该张开接口上用于支承。燃烧室14配装在上壳122内，其下端焊接于上管板124上。燃烧室14和上壳122的上端都焊接于被称为上盖的平环状板128上。
在工作时，水从水进口喷嘴70进入并通过在下壳121内的室向上流动，当水向上流动时与热交换管16的外侧面进入接触。当水到达上管板时，它流过沿管板外边缘设置的孔而进入由上壳122构成的环形通道和燃烧室壳体141。离开这个环形通道，水在水出口喷嘴72处排出。当水向上流动时，高温燃气向下流经燃烧室14并以正好与水流逆流动方式流经热交换管16。燃气通过燃气排气歧管58排出。
因此，本发明允许水以与流经燃烧室和热交换管的高温燃气成物理隔绝但进行热交换的方式流动。当水以与燃气正好逆流的方式向上流动时，将热量传递给水，从而在水流方向上产生一个温度梯度。相反，当燃气向下流动时，它们在横向通过热交换管时被冷却。
在本发明中水和燃气的正好逆流运动提供了极理想的工作效率。当燃气在低于其露点被冷却时，它们冷凝从而通过冷凝的能量释放而给水提供了附加热量。这样达到了大于90％的效率水平，而在没有冷凝工作的情况下这是不可能实现的。而且，冷凝工作是有利的，因为冷凝液滴或腋膜通过热交换管的运动帮助清除可能积聚在管上的任何碳粒，由此保持最理想的热传递。
本发明可在整个宽广范围内进行调节，这对其工作效率也是有利的。由于本发明可在整个宽广范围内进行调节，冷凝开始发生在沿热交换管长度的不同位置上。这样，任何发生的腐蚀就分布在整个热交换管上而不是积聚在一个区域上。
较理想是，为了使热交换器的工作最佳化，希望在水室中设置有一导流板127。该导流板焊接在恰好在上管板124之下的张开接口125上，它用作流动转向件使在热交换器中的水流分配最佳化。导流板可以是一个带有中央开孔的圆形平板或者可以是一个具有中央向下凹陷的其边缘有孔的圆形板。
此外，为了使热交换器工作进一步理想化，较理想是热交换器的零部件满足下述的规格。首先，水室和燃烧室用ASME/ANSI SA-53标准的B级碳钢管。其次，上盖应用SA-516标准的70级碳钢制成。再次，水出口喷嘴应由焊接有管接头的用作水位开关的4英寸140 r.f.s.o.法兰、限温开关和卸压阀组成。另外，管板和热交换管应用316L型的不锈钢制成。再则，管子的理想号为211。最后，管子应形成有螺旋形波纹，驱使流动燃气变成紊流方式，其流速小于采用光滑管设计的流速。这样一种设计有利于获得较为紧凑的热交换器。所获得的低燃气压力也就不再需要辅助增压器并且增加了装置的应用范围。
在燃烧室和上壳之上的是燃烧器20，该燃烧器可有效地点燃空气和燃气的混合物以提供用于加热水的高温燃气。如图4至7详细所示，燃烧器20最好是一种镍铬铁耐热合金的喷嘴混合型燃烧器(相对于一种预混合型燃烧器)，它具有一在其中央包围燃气管22的圆筒形外壳21。在外壳21和燃气管22之间形成一环形通道123。带有通气口的环形导流板24设置在空气通道23的顶部上。在这导流板24之上设置一成螺旋形的进气空气导管25。燃烧器20的底部是由一燃烧器盖组件26形成，该组件包括一带有连接于周边的圆筒形壁262的环形平板261。环形板261和圆筒形壁262两者都有燃气和空气的通过口263。燃烧器盖组件26采用配合衬垫和螺钉连接于热交换器的上盖128。
燃烧器盖组件的环形平板261和壁262的直径小于外壳21的直径。这样，在外壳21和燃烧器盖壁262之间便形成一第二环形通道27。这个通道提供了空气流经的第二路径(首先是通过在燃烧器盖组件的环形平板上的口263)。叶片28最好焊接(但可以整体铸造)到在第二环形通道27的燃烧器盖壁262上。这些叶片对流经第二通道的空气和燃气施加一高强度的涡流。
燃气管22在其上端含有一燃气进口221，在其下端含有一燃气盖222。燃气盖222在燃烧器盖环形平板261下面伸出并具有多个燃气主流口223。这些燃气主流口223与环形平板261的流口263相垂直地设置，以便从燃气主流口223排出的燃气成直角地与从在环形平板261的流口263排出的燃气和空气碰撞。燃气的这样一种碰撞产生一种所希望的以可变的能量释放速率进行的稳定燃烧，从而避免了燃烧驱动的振荡。
在环形平板261之上，燃气管含有多个从燃气管朝燃烧器盖壁262径向伸出的燃气管道224。这些径向的管道224以与叶片28不对称关系布置。
这些管道允许燃气与在环形平板261之上的燃烧器盖组件和第二通道27中的空气相混合。
空气和燃气的混合物的点燃是通过一个容置在燃烧器盖组件26内的点燃器火花塞电极264实现的。当空气和燃气的混合物流经燃烧器盖组件时，便瞬间完成混合物的点燃。燃烧器盖组件还设置一火焰探测电极265以提供检测空气和燃气的混合物点燃情况的装置。
下面将说明燃烧器的整个工作情况。空气和燃气从空气/燃气阀40分别进入空气导管25和燃气入口221。空气通过螺旋形空气导管25沿着一离心路径前进并流经环形导流板24。在通过导流板后，大气进入空气通道23，然后进入燃烧器盖组件或第二通道27。同时，流入燃气入口221的燃气通过燃气管22并通过径向管道224或者燃气主流口223排出。通过径向管道224排出的燃气与通过燃烧器盖组件进入的空气混合或者通过在燃烧器盖壁上的流口进入第二通道27。在第二通道中，燃气与通过那里的空气相混合，而叶片确保混合物高速地旋转。在燃烧器盖组件中的燃气和空气的混合物被火花塞电极点燃，然后它通过在环形平板上的流口，在那里与来自燃气主流口的燃气和来自第二通道的空气/燃气混合物混合并予以点燃。然后高温燃气向下进入燃烧室。
较理想是，为了使燃烧器工作最佳化，希望外壳用铝铸造并在第二环形通道区域的外壳内侧面上设置一310型的不锈钢带。还希望用303型不锈钢失腊浇铸燃烧器盖并用不锈钢制成叶片。
流向燃烧器的空气和燃气由空气/燃料阀40控制，如图9和10A至10C所示。该阀最好由一具有连接于燃气流出口43的燃气流入口42和连接于空气流出口47的空气流入口46的旋转阀组成。在空气和燃气流动路径之间的孔板提供了各流动的开孔区域以允许分开而成相对比例地流向燃烧器20(具体说，流向空气导管27和燃气流入口221)。一阀轴45连接两孔板，从而提供了孔板的旋转。较理想是孔板的阀轴旋转提供在开孔区域线性地响应于来自温度控制器30的控制信号的变化。最好流向燃烧器20的空气和燃气是以一个在燃烧器中产生具有5％过量氧的空气/燃料混合物的基本恒定比率进行流动。
在图10A至10C中详细地示出了一个用于燃气流动的孔板44的较佳实施例。本发明不同于采用具有变化开角和不变径向长度的槽口的已有技术孔板，而是采用具有变化开角和变化径向长度的槽口。具体说，本发明采用在槽口的开角范围变化的径向长度。可以发现径向长度随转角变化可获得燃气流动与空气流动的较好匹配以实现所要求的空气/燃料比。
如图中所示，由于制造和空间的限制，该径向长度通常是以不连续的转角变化。在图中，径向长度是以4.5度的增量变化。此外，如图所示，槽口的内径是固定的而槽口的外径是变化的。然而熟悉本技术的人将认识到，本发明的原理采用其他的角度变化和不同的内径同样可获得预期效果。
引向空气/燃料阀40的燃气和空气链在图1中示出并在图8中以方框图的型式表示。如图所示，该燃气链包括：一用于引入燃气的燃气进口50、一为安全起见用于手动截断燃气流动的主截流阀52、一在启动时通过温度控制装置30使用的安全截流阀54以及一提供使燃气横向流过空气/燃料阀40的恒定压力的调节阀56。较理想是所述的调节阀是一种差动式压力调节器。该空气链包括一引向吹风机62的空气进口60，它可加速空气的流动并可将正压力的空气流动提供给空气/燃料阀和燃烧器。
本发明还包括一控制空气/燃料阀40工作进而调节供给燃烧器20的空气/燃料混合物的温度控制装置30。该温度控制装置担负着本发明的温度调节、安全监控和诊断的功能。用于本发明的温度控制装置可以是一种市售到的装置(例如，用220VAC马达起动机代替所列举的一个，在第96NK5225号的UL方案中所列的装置)。
在图11中示出温度控制装置工作的功能方框示意图。如图所示，温度控制装置的主要零部件是温度控制器31、阀连接装置33、燃烧安全保护装置34和报警器36。
温度控制器31接收响应于温度控制器的不同工作方式的多个输入信号。输入信号Tw代表从流出热水检测到的温度；输入信号Tair代表从室外空气传感器测得的温度；输入信号BMS代表来自锅炉操纵装置的一个遥控信号；以及输入信号4-20ma是另一个遥控输入信号。这些工作方式可以通过控制板80选定。
一旦一种工作方式被选定，温度控制器31计算温度输入变化率和输入温度和标定点温度差值的比例值(标定点温度可以通过控制板80设定)。温度控制器31将这些值加起来并利用它们的和将控制信号发给阀连接装置33。阀连接装置33再控制步进电机48，使空气/燃料阀40的阀轴45旋转。一反馈电势计49在步进电机和阀轴处于转动位置上将反馈信息提供给阀连接装置。
当选定BMS或4-20ma工作方式时，温度控制器也可以按使用者选择接收直接来自遥控器的燃烧速率。在这些方式中，温度控制器起着一个从动装置的作用而并不进行任何计算。
燃烧安全保护装置34负责监控本发明工作安全。燃烧安全保护装置监控开关，这些开关当水温、水位、燃气压力、排气温度或者空气流量超过它们预定的最小或最大限值时就触发。
燃烧安全保护装置还负责启动顺序的定时，包括扫气和点燃循环。在开始工作时，燃烧安全保护装置开始7秒钟扫气循环，将任何残留可燃物从装置中清除出。燃烧安全保护装置使吹风机62通电并通过关闭安全切断阀54切断燃气。接着，燃气安全保护装置完全打开空气/燃料阀40并使空气清除装置7秒钟。由于空气/流量阀的已知的几何形状和流经装置的已知的最小空气流量(假定小空气流量开关断开)，扫气循环的时间足以保证任何残留可燃物被清除出装置。
在扫气循环结束时，燃烧安全保护装置开始点燃循环。燃烧安全保护装置点燃点火器火花塞电极264，使空气/燃料阀40转动到小火位置，并打开安全切断阀54。然后燃烧安全保护装置检查来自火焰探测电极265的火焰。一旦探测到火焰，装置就等待8秒钟的稳定时间。如果在稳定期后仍探测到火焰，则装置卸压进行调节。另外，由于空气/燃料阀的已知的几何形状，该稳定期足以保证装置正确地工作。
报警器36监控与燃烧安全保护装置34相同的装置信号。报警器将对这些信号的信息提供给控制板80。报警器的目的仅仅是为了诊断的目的。不同于燃烧器安全保护装置，报警器在装置的实际运行时是不起作用的。
如上所述，本发明具有许多优点。首先，由于新的热交换器设计，本发明与现有的加热装置相比大大地提高了效率。例如，本发明比在524专利中所揭示的加热装置每平方英尺增加了54％的传热量并且每小时每立方英尺具有两倍的BTU。其次，由于波纹管的设计，本发明以比现有的光滑管设计低的燃气压力工作。再次，由于使用了螺旋形空气导管、凹入的点火器和火焰向下的设计，与现有设计相比提高了燃烧器的可靠性。最后，由于将燃烧器置于燃烧室之上，本发明避免了在燃烧器内冷凝。
本发明还具有广泛的应用。例如，很显然本发明可以用于氢锅炉装置、低温水源热泵装置或者任何的封闭的热水装置中。此外，本发明本身可以被使用或者与其他热交换器组合使用以提供家庭用热水。或者，本发明可用在加热装置中以优先提供空间加热能量。
虽然已结合一些较佳实施例对本发明进行了说明，但可以采用其他实施方式。因此，所附权利要求书所包括的精神和范围不应限于在说明书中所包含的较佳实施例。

Claims (36)

1.一种加热装置，包括：
燃烧装置，它用于点燃空气和燃气混合物以提供一用于加热一第二流体的第一流体；
用于提供所述第一和第二流体之间热传递的热交换装置，所述热交换装置包括(a)用于容纳所述第一流体的燃烧室，(b)一水室，它具有进口和出口，在所述进口和出口之间流经第二流体，所述水室包围燃烧室，以及(c)多根连接于燃烧室底部的热交换管，这些热交换管在燃烧室下面延伸并通过水室，这样，第一流体向下流经燃烧室，然后以与第二流体物理隔绝并与之进行热交换的方式通过管子，而第二流体向上流经水室，以与第一流体的流动逆流的方式绕着管子并然后围绕燃烧室的外侧流动；
用于控制流体温度的温度控制装置，它包括具有检测第二流体流出部分温度的传感器的热量测量装置，和响应于检测到的温度通过调节空气和燃气流向燃烧装置的流量控制流体之间热传递速率的控制装置。
2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，一导流板设置在燃烧室下面的水室中，所述导流板用作使围绕燃烧室的第二流体的流动转向并予以分配。
3.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，多根热交换管由基本等间隔分开的热交换管组成，其每根从燃烧室的底部向下笔直伸向水室的底部。
4.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述管子在未支承导流板的情况下从燃烧室向下延伸。
5.如权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述流体处于不同温度，这样在第二流体中沿其流动方向上产生温度梯度以及第一流体在向下横向流过管子时被冷却，从而在第一流体的露点之下的第二流体使在第一流体中的蒸汽在管子中冷凝。
6.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述控制装置包括用于根据检测到的温度发生信号的信号装置，和响应于所述信号用于调节空气和燃气流向所述燃烧装置的流量的空气/燃料装置。
7.如权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述的信号装置包括用于计算所述第二流体的温度变化率的微分装置，用于从设定的预定温度值减去所述第二流体流出部分的温度的反馈装置，以及根据由所述微分装置和反馈装置所产生的数值之和产生所述信号的加法装置。
8.如权利要求6或7所述的加热装置，其特征在于，所述空气/燃料装置包括一空气/燃料阀，它线性地响应于所述信号而旋转以按作为输入燃气流量的函数的编程关系保持基本恒定的空气/燃气比将分开的空气和燃气的流动传向所述燃烧装置。
9.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述的燃气流量基本与空气/燃料阀的转动成线性关系。
10.如权利要求9所述的加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料阀是一个具有空气进口和燃气进口的旋转阀，所述的基本恒定的空气/燃气比产生约5％的过量氧气。
11.如权利要求10所述的加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料装置还包括调节阀装置，用于使横向通过空气/燃料阀的燃气的压降保持恒定，以便通过空气/燃料阀建立燃气的基本线性的流动。
12.如权利要求10所述的加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料装置还包括：
用于提供进入燃气流的燃气进口装置；
用于选择性地打开和关闭燃气流动的燃气阀；
用于提供进入空气流的空气进口装置；
用于加速空气流入所述阀的空气进口的吹风装置。
13.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料阀包括一具有一个或一个以上槽口的燃气孔板，各槽口具有一个开角和一个在整个开角范围内变化的径向长度。
14.如权利要求8所述的加热装置，其特征在于，所述的燃烧装置包括一个喷嘴混合型燃烧器。
15.如权利要求14所述的加热装置，其特征在于，所述的喷嘴混合型燃烧器包括：
在其顶部敞开以接受来自空气/燃料阀的燃气并在其下端具有一燃气盖的燃气管装置，所述的盖具有至少一个用于排出燃气的燃气口；以及
一封闭所述燃气管的圆筒形空气室，它具有(a)一外壳，在它与所述燃气管装置之间形成一空气通道，(b)一覆盖所述室顶部的环形导流板，它具有用于接受来自空气/燃料阀的空气的空气流入装置，以及(c)一燃烧器盖组件，它设置在所述室的底部上并具有用于提供从通道排出空气的主出口装置。
16.如权利要求15所述的加热装置，其特征在于，所述的燃烧器盖组件含有一平的环形部分，其直径小于外壳的直径，并具有一连接于所述环形部分外边缘的圆筒形壁，其中所述的燃气管装置至少含有一根从所述燃气管向着所述外壳朝外径向延伸的燃气管，所述管子提供一用于将燃气引入恰好在燃烧器盖组件的环形部分之上一个区域的导管，其中燃烧器盖组件的圆筒形壁含有用于排出燃气和空气的第二出口装置，以及燃烧器盖组件的圆筒形壁和空气室的外壳形成一用于燃气和空气通过的第二通道。
17.如权利要求16所述的加热装置，其特征在于，所述的喷嘴混合型燃烧器还包括在第二通道中与所述径向燃气管非对称地形成的旋转叶片，所述的旋转叶片适合在第二通道下端处使空气和燃气的混合物以很高的速度旋转。
18.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，它还包括一具有一排气管和一歧管的燃气排气装置，所述歧管设置在所述热交换器装置下面用于接受来自所述管子的被排出的流体并通过所述排气管将所述流体引入大气。
19.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，它还包括具有检测被排出的第一流体温度的装置的燃烧安全保护装置和响应于所述所述被检测到的温度用于将一信号提供给控制装置以指示超出预定限值的废气温度的装置。
20.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述的第一流体是燃气，而所述的第二流体是水。
21.一种用于按要求以基本恒定的被控制的温度供给水的水加热装置，包括：
用于点燃空气和燃气的可燃混合物以提供对水进行加热的流体的燃烧装置；
用于提供在所述流体和水之间的热传递的热交换装置，所述的热交换装置包括一个在其顶部敞开以接受来自所述燃烧装置的流体的空心圆筒形燃烧室，一包围所述燃烧室并有一外壳以在所述壳体和所述燃烧室之间形成一水通道的水室，所述水室具有一个将流入的较冷水引入通道的进口和一个在传热后将流出的较热的水排出通道的出口，多根连接于燃烧室底部的热交换管，所述管子在燃烧室下面延伸并通过水室，所述管子形成一个用于使流体以与流经水室的水物理隔绝并与之进行热交换的方式通过的导管，这样，流体向下流过燃烧室并以与向上流经水室的水逆流的方式向下流经管子，所述的水和流体处于不同的温度，以便在水中沿其流动方向建立温度梯度以及使流体在它向下横向流经管子时冷却，在流体的露点之下的水使在流体中的蒸汽冷凝；
用于控制水温的温度控制装置，它包括具有一用于检测所述流出水的温度的传感器的热量测量装置，以及包括响应于被检测到的温度用于调节空气和燃气向所述燃烧装置的流量的控制装置。
22.如权利要求21所述的加热装置，其特征在于，一导流板设置在燃烧室下面的水室中，所述导流板用作使围绕燃烧室的第二流体的流动转向并予以分配。
23.如权利要求21所述的水加热装置，其特征在于，所述控制装置包括用于根据检测到的温度发生信号的信号装置，和响应于所述信号以用于调节空气和燃气流向所述燃烧装置的流量的空气/燃料装置，其中所述的信号装置包括用于计算所述第二流体的温度变化率的微分装置，用于从设定的预定温度值减去所述第二流体流出部分的温度的反馈装置，以及根据由所述微分装置和反馈装置所产生的数值之和产生所述信号的加法装置。
24.如权利要求23所述的水加热装置，其特征在于，所述空气/燃料装置包括一空气/燃料阀，它线性地响应于所述信号而旋转以按作为输入燃气流量的函数的编程关系保持基本恒定的空气/燃气比将分开的空气和燃气的流动传向所述燃烧装置，所述的燃气流量基本与空气/燃料阀的转动成线性关系。
25.如权利要求24所述的水加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料装置还包括调节阀装置，用于使横向通过空气/燃料阀的燃气的压降保持恒定，以便通过空气/燃料阀建立燃气的基本线性的流动。
26.如权利要求24所述的加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料阀包括一具有一个或一个以上槽口的燃气孔板，各槽口具有一个开角和一个在整个开角范围内变化的径向长度。
27.一种水加热装置，它具有：用于点燃空气和燃气的可燃混合物以提供一用于加热第二流体的第一流体的燃烧装置；用于提供在所述第一和第二流体之间的热传递的热交换器装置，所述的热交换器包括一用于接受第一流体的燃烧室和一包围燃烧室的水室；以及用于控制流体温度的温度控制装置，它包括具有一检测所述第二流体的流出部分温度的传感器的热量测量装置和响应于被检测到的温度以控制在流体之间的传热速率的控制装置；其特征在于：
所述的热交换器装置还包括多根连接于燃烧室底部的基本等间隔分开的热交换管，所述管子在燃烧室下面延伸并通过水室，所述管子产生一导管以便第一流体向下流经燃烧室并以与向上流经水室的第二流体逆流的方式向下流经管子；
所述流体处于不同温度以便在第二流体中沿其流动方向建立温度梯度并且第一流体在它向下横向流经管子时被冷却，在第一流体的露点之下的第二流体使在第一流体中的蒸汽冷凝；以及
所述控制装置通过调节空气和燃气流向燃烧装置的流量控制在流体之间的热传递速率。
28.如权利要求27所述的加热装置，其特征在于，一导流板设置在燃烧室下面的水室中，所述导流板用作使围绕燃烧室的第二流体的流动转向并予以分配。
29.如权利要求27所述的水加热装置，其特征在于，具有211个等间隔分开的热交换管。
30.一种水加热装置，它具有用于点燃空气和燃气的可燃混合物以提供一用于加热第二流体的第一流体的温度；并具有用于提供在所述第一和第二流体之间的热传递的热交换器装置，所述的热交换器包括一用于接受第一流体的燃烧室和一包围燃烧室的水室；以及用于控制流体温度的温度控制装置，它包括具有一检测所述第二流体的流出部分温度的传感器的热量测量装置和响应于被检测到的温度以控制在流体之间的传热速率的控制装置；其特征在于：
所述控制装置包括用于根据检测到温度的发生信号的信号装置，和响应于所述信号用于调节空气和燃气流向所述燃烧装置的流量的空气/燃料装置，其中所述的信号装置包括用于计算所述第二流体的温度变化率的微分装置，用于从设定的预定温度值减去所述第二流体流出部分的温度的反馈装置，以及根据由所述微分装置和反馈装置所产生的数值之和产生所述信号的加法装置。
31.如权利要求30所述的加热装置，其特征在于，一导流板设置在燃烧室下面的水室中，所述导流板用作使围绕燃烧室的第二流体的流动转向并予以分配。
32.如权利要求30所述的水加热装置，其特征在于，所述空气/燃料装置包括一空气/燃料阀，它线性地响应于所述信号而旋转以按作为输入燃气流量的函数的编程关系保持基本恒定的空气/燃气比将分开的空气和燃气的流动传向所述燃烧装置，所述的燃气流量基本与空气/燃料阀的转动成线性关系。
33.如权利要求32所述的水加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料装置还包括调节阀装置，用于使横向通过空气/燃料阀的燃气的压降保持恒定，以便通过空气/燃料阀建立燃气的基本线性的流动。
34.如权利要求32所述的加热装置，其特征在于，所述的空气/燃料阀包括一具有一个或一个以上槽口的燃气孔板，各槽口具有一个开角和一个在整个开角范围内变化的径向长度。
35.一种水加热装置，它具有：用于点燃空气和燃气的可燃混合物以提供一用于加热第二流体的第一流体的燃烧装置；用于提供在所述第一和第二流体之间的热传递的热交换器装置，所述的热交换器包括一用于接受第一流体的燃烧室和一包围燃烧室的水室；以及用于控制流体温度的温度控制装置，它包括具有一检测所述第二流体的流出部分温度的传感器的热量测量装置和响应于被检测到的温度以控制在流体之间的传热速率的控制装置；其特征在于：
所述的燃烧装置包括一个喷嘴混合型燃烧器，它包括一包围细长燃气管的圆筒形空气室，所述的空气室有一个在壳体和燃气管之间形成一空气通道的外壳，空气流经该通道并在该室下端上的燃烧器盖组件中形成的流口排出，所述的燃气管在其顶部敞开以接受来自所述控制装置的燃气并在其下端上有一至少带一个用于排出燃气的燃气口的燃气盖；
所述的燃烧器盖组件含有一平的环形部分，其直径小于外壳的直径，并具有一连接于所述环形部分外边缘的圆筒形壁，其中所述的燃气管装置至少含有一根从所述燃气管向着所述外壳朝外径向延伸的燃气管，所述管子提供一用于将燃气引入恰好在燃烧器盖组件的环形部分之上一个区域的导管，其中燃烧器盖组件的圆筒形壁含有用于排出燃气和空气的第二出口装置，以及燃烧器盖组件的圆筒形壁和空气室的外壳形成一用于燃气和空气通过的第二通道；以及
所述的喷嘴混合型燃烧器还包括在第二通道中与所述径向燃气管非对称地形成的旋转叶片，所述的旋转叶片适合在第二通道下端处使空气和燃气的混合物以很高的速度旋转。
36.一种水加热装置，它具有：用于点燃空气和燃气的可燃混合物以提供一用于加热第二流体的第一流体的燃烧装置；用于提供在所述第一和第二流体之间的热传递的热交换器装置，所述的热交换器包括一用于接受第一流体的燃烧室和一包围燃烧室的水室；以及用于控制流体温度的温度控制装置，它包括具有一检测所述第二流体的流出部分温度的传感器的热量测量装置和响应于被检测到的温度以通过调节流向燃烧装置的空气和燃气流量控制在流体之间的传热速率的控制装置；其特征在于：
所述的燃烧装置包括一个用于接受来自控制装置的空气和燃气并在空气和燃气的整个流量范围内以大于550,000BTU/小时/立方英尺的流量的高能量释放速率提供所述第一流体的喷嘴混合型燃烧器。
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