CN1299457A - 燃气增强器 - Google Patents

Abstract

本发明为一燃气水增强器(10),其包括一存储罐(12),一离心泵(18),一由编织陶瓷纤维套管包围的红外线燃烧器(50),一主热交换器(30)及一辅助热交换器(70),及一燃气/空气供给源。罐(12)和燃烧器(50)最好通常为圆筒形且燃烧器(50)大体设置在罐(12)内部。空气/燃气混合物通过鼓风机(54)供给至燃烧器(50)且被点燃以在编织陶瓷纤维套管(52)上方大致八分之一英寸处形成燃烧面。水连续循环通过热交换系统且燃烧器(50)保持点燃,直至温度传感器(81)指示水已处于理想消毒范围内的温度。当增强器关闭时,泵(18)在一段时间内连续泵送水通过系统,以便从热交换系统除去任何潜热,从而避免留在其中的水的蒸发,故增强了热交换器和增强器的寿命和可靠性。

Description

燃气增强器

相关申请的参考

本申请要求了申请日为1998年5月13日、系列号为NO.60/085,367的临时申请的优先权。

发明背景

本发明涉及水的燃气加热器，更特别地，涉及一种增强器，该增强器使用了一种有效将水温升高至理想水平以便下游使用者，通常为商用物品洗涤设备使用的红外线燃烧器。

商用洗涤设备，如输送带式或门式物品洗涤或洗碗机在洗涤过程中通常要求水温在120°至160°F之间。这种水通常可廉价、容易地由大多数建筑物的中央热水供给源获得。此外，由于大多数物品洗涤装置装配有位于洗涤水存储罐内的补充加热源，以便使水保持在理想的洗涤温度范围，因此，使水保持在这一温度通常不会产生问题。

但是，为了遵守健康规定，要求未利用次氯酸钠消毒系统或类似装置的物品洗涤系统通过利用最少180°F的水进行漂洗而对被洗涤的物品进行消毒。另外，由于有助于物品的干燥，因此，使用180°F水进行漂洗是理想的，从而缩短了再利用所必须的周转时间。但这一高温通常超出了从大多数建筑物的中央热水供给源获得的温度范围。因此，为了以理想温度供给水，已经采用增强器将输入水温度从110°至140°F提高至最低180°F的要求消毒温度。

对于一种典型的应用而言，给定的增强器所要求的水供给速度可在60-400加仑/小时之间变化，且根据从主水供给源接收的水的温度，所要求的温度增量可在30°F-80°F之间变化。在要求大量使用这种水的高峰时间，因此要求增强器能够连续以所要求的最终漂洗流速供给最低180°F的水。另外，为了确保易于装配，这种设备通常会受到某些尺寸限制。通常，要求增强器安装在柜台下的高度大约为34英寸且在柜台内的深度在大约25-30英寸。另外，在设备下部通常要求最少6英寸的空隙以便于清洗地板。增强器必须能简易操作且易于维护的实际情况进一步增添了对这种增强器的设计约束。最后，为了减少操作成本，除被加热的水以外，必须使热损失保持最低。

电热增强式水加热器通常可以满足上述要求。由于这些电加热器的生产成本相对较低且易于装配。因此，对消费者具有吸引力，但是，这种加热器操作费用非常昂贵。已知其它的增强式水加热器采用了一种蓝焰燃气加热器，用于以消毒温度供给热水。目前这种加热器的大量现有专利包括美国专利N0.3,160,145，其披露了一种燃气水加热器，该加热器具有一设置在水平安装的翅片管热交换器下方、在大气压力下工作的蓝焰燃气燃烧器。但是这种加热器也还是有问题的。已知这些加热器在燃烧时会产生被称为“火焰鸣叫”的噪音，这种噪音会干扰工人并分散他们的注意力。并且，当用于供给180°的消毒水时，由于在大量的现有技术设计中，应将比所需量更多的水加热至180°，且随后将剩余的水与冷水混合以对其它装置源供给140°的初级热水。

因此，已研制了利用高效红外线加热器将水加热至理想温度的增强器。一种红外线燃烧器为注有特定浓度的空气/燃气混合物的高效燃气燃烧器。空气/燃气混合物流至一个表面或所谓燃烧面，在该处，空气/燃气混合物被点燃。对空气/燃气混合物的比例进行预调节，以便在点燃燃烧器时，使燃烧区保持在燃烧面上方的规定高度。最好通过调节燃气/空气流速和背压来改变燃烧区，以便使燃烧器性能和热传导实现最优化。例如，Liljenberg等人的美国专利NO.5,201,807披露了用于商用物品洗涤机的水增强器中的这种红外线燃烧器的使用。Liljenberg的发明包括一个泵，其泵连续送被加热的水通过一翅片管热交换器，所述热交换器紧帖燃烧器燃烧表面设置。

发明概述

本发明提供了一种非常有效的燃气增强器，因此，与现有的系统相比，降低了年生产费用。本发明的燃气增强器特别提供了一种设置在一热交换器内部的红外线燃烧器，所述热交换器基本上由一水存储罐封闭。本发明的燃气燃烧器适于装配在一柜台下方，如通常对这种设备所要求的那样，本发明的燃气燃烧器易于装配和操作，且维修费用便宜。在一最佳实施例中，红外线燃烧器包括一空心管，该空心管由一编织陶瓷纤维套管覆盖。空气/燃气混合物经空心管输送至燃烧器，随后通过在其表面发生点火的编织陶瓷纤维套管的缝隙。燃烧器由一热交换器包围，所述热交换器最好为盘旋翅片管型热交换器且被连接至一入水口。水流过热交换器，从而在排至一连接于存储罐的排出管之前，能够从燃烧器接收热量。最好，热交换器由存储罐包围，并且允许从燃烧器发出的热空气和废气经热交换器透过热交换器在排至大气之前接触周围存储罐。

本发明的增强器还设有一个泵，其用于连续使水从存储罐循环通过热交换器盘管以保持理想温度。设置一温度传感器，其用于监控连续循环通过热交换器的水温。当检测到温度低于理想温度时，传感器对红外线燃烧器发出再点燃信号。当增强器处于工作阶段时，连续重复这一过程。

但是，在一最佳实施例中，设置一计时器或控制回路，以便在增强器关闭后，泵以一时间段连续使水循环通过热交换器和存储罐。这样作避免了留在热交换器中水的蒸发从而延长了增强器的寿命。泵能够以被预定足以从燃烧器消散热量的一时间段连续工作，或当温度传感器读取的温度低于预定“安全”关闭温度时，能够关闭泵。

在一最佳实施例中，水存储罐完全包围了主热交换器和设置在其内部的红外线燃烧器。这一结构通过允许存储罐内的水吸收任何由红外线燃烧器发出的未输送至热交换器中水的多余热量可进一步提高增强器的能量效率。另外，这一罐为圆筒形且是保温的，以进一步将热损失降至最小。另外，在一最佳实施例中，设置一保温塞，其能封闭主热交换器的端部。该保温塞通过增大由燃烧器排出的热气的背压且通过阻止从增强器端部发出的热损失，提高了增强器的效率。

同样，在一最佳实施例中，燃气增强器设有一用于从红外线燃烧器发出的烟道气体的排气口，所述红外线燃烧器出口与一排气罩相连，排气罩的至少一侧最少能够与存储罐形成热交换。通过在热空气和燃气中排放至外界空气之前从它们之中获取热量，也能提高装置的效率。随后，该排气罩的出口通向烟道排气管。

本发明的主要目的在于提供一种用于物品洗涤机的水加热增强器，其工作时非常可靠且非常安静，易于安装，效率非常高且工作成本比较低。参照附图，从以下描述中将更清楚地理解本发明的其它目的和优点。

附图的简要描述

图1为本发明燃气增强器的侧透视图；

图2为图1中增强器的通用壳体的前透视图；

图3A和3B为图1中增强器的后透视图；

图4A为图1中增强器的盘管式热交换器和红外线燃烧器的后透视图；

图4B为图1中燃烧器，混合腔和鼓风机的侧透视图；

图5A为图1的增强器中燃气所用的辅助热交换器的透视图；

图5B为图1中增强器的排气罩的内侧透视图；

图5C为图1中增强器的排气罩的侧端视图。

详细描述

参见附图1,2,3A和3B，本发明中通常以标号10表示的燃气水增强器10包括一用于储存热水的普通罐12。虽然普通筒形罐是较理想的，但罐也可采用其它适合的形状，这些形状包括鞍形，矩形等。罐安装在由脚13支撑的框架11上。脚13的长度最好为6英寸，以便进行罐10下方的清洁。另外，为了正确地安装在一标准厨房柜台下方，增强器10的宽度大约为37英寸，深度为大约22英寸，且高度大约为32英寸。水从一连接至建筑物热水供给源(未示出)的水入口14输送至增强器10。水入口14连接至泵18的入口16。泵18的结构可从任意大量适宜的结构中选择，但最好采用在本文描述的最佳实施例中所用的离心泵。泵18具有一出口20，该出口被连接至本发明燃气增强器10中一主热交换器30的入口22。

如图4A所示，在一最佳实施例中，主热交换器30包括一根盘管32，其环绕一红外线燃烧器50(参见图4B)。只要水能有效地吸收红外线燃烧器50产生的热量，也可采用其它的热交换器结构。燃烧器50的形状最好为圆柱形且被定为具有高效率水平。这种燃烧器由Solaronics,Inc.of Rochester,Minnesota的型号为NO.621622SC的装置制得。

燃烧器50最好包括一内部空心的气体渗透管(未示出)，该渗透管由一作为燃烧面的编织陶瓷纤维套管52覆盖。鼓风机54提供了一种用于使空气/燃气混合物进入燃烧器50的装置。鼓风机54连接至一与红外线燃烧器50入口相连的混合腔56。输气管道58由一气体源(未示出)导入一气阀/调节器60。从气阀/调节器60伸出的排气管道62连接至混合腔56，并为红外线燃烧器50提供气体。当在鼓风机54和排气管道62产生的压力作用下导引空气/燃气混合物时，该混合物从燃烧器50的内管(未示出)流过编织陶瓷纤维套管52的缝隙。红外线燃烧器50最好连接有一保温排气口塞64，该排气口塞位于燃烧器50的末端并阻塞了主热交换器30的盘管32的开口端。通过阻塞了盘管32的开口端，排气口塞提高了从燃烧器50发出的加热气体的背压，从而提高了增强器10的效率。排气口塞64可由任意适宜的绝缘材料，如泡沫塑料或玻璃纤维垫片制得。燃烧器由一面板66固定在适当的位置，该面板安装在本发明增强器10的一安装壁68上。

从图3A和3B中能够最清楚地看到，在本发明中红外线增强器10的后部设有一排气罩70，用于收集从红外线燃烧器50发出的热空气和烟道气体。热的烟道气体经主热交换器30中盘管32的缝隙排出所述罐的密封区域72，且排出增强器10的后部并排入排气罩70。排气罩70通过塔架76被固定在增强器10的后壁74上。在进入排气罩70之后，烟道气体沿增强器10的后壁74环行流动，最终经排气管78排出，并随后排至大气中。除了主热交换器30以外，通过采用设置在所述后壁上的一辅助热交换器，如排气罩70，能够提高系统的热效率。

从主热交换器30的盘管32伸出的出口24伸出排气罩70。出口24连接至一存储罐12的入口80。一温度传感器81连接在入口80的附近并由导线连接至位于控制板82上的点火控制程序片83。存储罐12在其顶部还设有一出口84，其被连接至热水的下游使用者，即热水的商用物品洗涤机或其它使用者。设置另一出口86，该出口延伸通过安装壁68并与水入口14相连。与水入口14的这一连接允许泵18连续循环热水通过主热交换器30并返回罐12。以此方式能够持续将水温保持在理想的消毒温度。虽然入口和出口在本申请所描述的系统中的布置可采用最佳实施例中的内容，但是重要的特点在于水入口14，泵18，热交换器30和罐12均是互连的。这些连接的特定顺序可以变化，本领域普通技术人员应认识到如果，例如，物品洗涤机的出口84和用于水再循环的出口86被设置在系统的另一部分而不是存储罐12上，则这些实施例也应被认为例如本发明的保护范围内。

本发明燃气增强器10的操作如下所述。接通增强器10，水进入系统，即经水入口14流至泵18。泵18迫使水通过环绕红外线燃烧器50的主热交换器30的盘管32，且鼓风机54将环境空气输送至燃烧器50。通过从温度传感器81读取低于理想设定值的温度，点火控制程序片83对热表面点火器(未示出)发出起动信号。之后，点火控制程序片83对气阀/调节器60发出信号，以允许气体进入混合腔56。随后，燃气/空气混合物被导引至红外线燃烧器50的空心管(未示出)，并通过热表面点火器(未示出)在编织陶瓷纤维套管52表面被点燃。点火传感器(未示出)验证燃烧器50已在规定时间内点燃。如果点火传感器(未示出)证实指示了燃烧器50未被点燃的信号，那么点火传感器(未示出)证实对气阀/调节器60发出信号以切断流向混合腔56的气流。泵18连续操作，同时驱动增强器10以使水循环通过系统。供应水经进水入口14连续进入增强器10中，直至增强器10充满水且压力防止不再有水进入系统中为止。因此，增强器10充满且不能再添加更多的水，直至在物品洗涤机或其它热水使用者(未示出)下游的一电磁阀(未示出)被打开以向使用者释放热水为止。此时，压力在罐12内降低，且随后，补充水经入口14重新进入增强器10。以这种方式，本发明增强器10的存储罐12在理想消毒温度下保持充满水的状态。

一旦本发明的红外线燃烧器50被点燃，热空气和燃气开始填充环绕燃烧器50的区域。由于排气口塞64的配置，迫使这些气体通过主热交换器30的盘管32中的间隙，并进入中央罐区域72。排气口塞64有助于形成热空气和燃气的背压，从而提高红外线燃烧器50的效率。由于安装壁68与增强器10的面板66一起密封了中央罐区域72的前端，因此迫使燃气和热空气返回进入排气罩70。排气罩70最好覆盖存储罐12的后板74上相当大的区域，以便气体在进入烟道排气管装置78之前对存储罐施加尽可能大的热量，气体随后被排至大气中。

在燃烧器50被点燃足够时间后，温度传感器81指示连续流过系统的水已达到理想温度，且点火控制程序片83关闭红外线燃烧器50。如果点火控制程序片83在红外线燃烧器50关闭的30秒内未读取一低于理想设定值的温度，那么鼓风机54关闭，直至燃烧器50重新点燃。但是，仍依靠泵18连续泵送水通过增强器10。随后，在温度传感器81显示出一低于理想设定值的温度的任意时刻，点火控制程序片83重新起动鼓风机54(如果必要)且重新点燃燃烧器50。只要增强器10保持开启状态，这一程序便持续进行。

在一最佳实施例中，当增强器10关闭时，泵以一预定时间段持续运动。这样做的目的在于驱散热交换器30中的潜热，从而避免任何保存在盘管32中的水的蒸发。由于所述蒸发会缩短热交换器的寿命，因此该蒸发是有害的。如上所述，泵18的操作可持续一预定的时间段，或当温度传感器18显示出可接受的温度下降时，可关闭泵18。

虽然，本文所述的设备形式给出了本发明的一最佳实施例，但应理解，本发明不应局限于这一确切的设备形式，在不脱离本发明保护范围的情况下，可对本发明作出改进。

Claims (14)

1、一种由下游使用者使用的燃气增强器，包括：

一具有一入口和一出口的水存储罐；

一水供给源，用于供给下游使用者使用的被加热的水；

一至少部分由所述存储罐环绕的燃气红外线燃烧器；

一用于对所述红外线燃烧器供给可燃气态混合物的燃料供给源；

一具有一入口和出口的热交换器，所述热交换器设置在所述燃烧器和所述存储罐之间；及

一用于使水循环经所述热交换器进入所述存储罐的泵。

2、根据权利要求1所述的燃气增强器，其特征在于：所述热交换器入口与所述存储罐和所述泵中的一个液态相通，且所述热交换器出口与所述存储罐和所述泵中的另一个液态相通。

3、根据权利要求2所述的燃气增强器，其特征在于：所述储罐包括一再循环回路，该回路位于所述存储罐和提供了所述存储罐和所述热交换器之间液态相通的所述热交换器的入口之间，以便所述泵能够循环所述存储罐和所述热交换器之间的水。

4、根据权利要求3所述的燃气增强器，其特征在于还包括：一用于将空气导入所述红外线燃烧器的鼓风机。

5、根据权利要求4所述的燃气增强器，其特征在于还包括：一可控制地与所述泵相连的控制装置，用于在所述红外线燃烧器关闭后，再循环水通过所述热交换器。

6、根据权利要5所述的燃气增强器，其特征在于：所述控制装置在所述红外线燃烧器关闭后以预定时间长度再循环水。

7、根据权利要5所述的燃气增强器，其特征在于：所述控制装置还包括一用于读取所述热交换器中温度的温度传感器，所述控制装置重新循环水，直至所述温度传感器读取的温度低于预定关闭温度为止。

8、根据权利要5所述的燃气增强器，其特征在于：所述控制装置可控制地与所述鼓风机相连，且所述控制装置在所述红外线燃烧器关闭后，使所述鼓风机以预定时间段继续工作。

9、根据权利要5所述的燃气增强器，其还包括一用于收集从所述燃烧器放出的热燃气的排气罩，所述排气罩与所述水存储罐形成初级热交换。

10、根据权利要9述的燃气增强器，其特征在于：所述热交换器为一设置在所述燃烧器和所述存储罐之间的盘管。

11、根据权利要10所述的燃气增强器，其还包括设置在所述盘管上的热交换叶片。

12、根据权利要11所述的燃气增强器，其还包括一可透过式外燃烧面，该燃烧面覆盖了所述燃烧器以提高所述燃烧器的热效率。

13、根据权利要12所述的燃气增强器，其还包括一保温塞，其位置设成能堵塞所述盘管的端部并对从所述燃烧器发出的热气体产生背压，从而提高所述燃烧器的效率。

14、根据权利要13所述的燃气增强器，其特征在于：所述增强器的尺寸应易于将其装配在标准洗碗机装载或卸载台面的下部。

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