专利名称：加热装置和它的操作方法
带有改进的效率(IE)和高效率(HE)的加热设备，大量地在荷兰和其它地区应用于居民住宅和其它住房区域的加热。对于许多住宅来说，很重要的是这些加热设备应取尽量紧凑的形状，并且应当避免设备过于复杂以至于需要有定期昂贵的检修维护。
这些已有的加热设备有许多缺点，其中最主要的有设备的尺寸大，它们很难装在一个柜子里；排放出CO和Nox以及与此相关的效率丢失，例如在设备内部有相当大的温差存在。
本发明提供一种加热流体的装置，它包括--第一供应设备，用于提供燃料；--第二供应设备，用于提供氧化剂；--燃烧器设备，用于在混合燃料和氧化剂后燃烧它们；以及--一个第一换热器，它被燃烧器的排气加热，并且以螺旋状排列在燃烧器设备周围。
根据本发明获得的加热装置可以做成很紧凑以及减少排放和效率损失。
这个装置的优先实施例利用精确引导燃烧产品沿着换热器流动，得到进一步的效率改进和减少排放不希望有的燃烧产品。
一个带开口的外套最好被安排围绕在螺旋形的换热器周围，以便获得燃烧气体和换热器管子之间良好的热交换。这些开口可以是圆形的或缝隙形，它们最好安排在螺旋形走向的换热器管的后面。外套也可以用缠绕的金属条或弯板形成，在这些条或板之间留下开口。
在一个被称为组合的设备之中，包括一个相对小尺寸的绝缘筒或容器，从它的内部热水随时可得。一个紧凑的带有22-24千瓦功率的组合式设备，应该能够从这个绝热的贮存筒或水箱内得到每分钟6升的60℃热水。然而在现有的组合设备中，使用中发现供水在60℃的时间不长，随后水管中的热水温度降低，高于60℃一个恒定值只在例如一分钟后才达到。这种情况对于加热装置没有用过或用得很少，来加热住宅加热系统中管子里和放热器中的液体时(称之为调节运行)更是如此。尽管本发明的优先实施例带有这种水箱，另一个优先实施例带有一个占很小空间的换热器。
本发明进一步提供一个装置，它有一个水箱暂时贮存热水，其中水箱包括一个第二热交换器，它与第一热交换器配合运行。
第一换热器最好进一步带有一个内管和一个外管，而管道水进一步在内管中被加热。
本发明的装置还最好带有一个第三换热器，它安排在加热的排出气体排放管处用于管道水的预加热。
带有水箱的优先实施例最好带有水泵装置以便在加热循环中压送介质，它有一个转速调节器，或至少有一个开/关控制，在用户需要从热水水箱中取出热水的时刻或者紧跟在装置停止用于加热之后，水泵的运行被减少或中断，比较冷的水被防止从第一换热器进入到水箱。如果需要的话，燃烧器开始工作，第一换热器被加热，在此之后水泵设备的压送活动被增加。
燃烧排气被迫使贴近第一换热器流动，以便用尽可能高的效率在排气和换热器之间换热，为此目的，环形空间的侧壁最好有一个轮廓，至少部分地与换热器的外轮廓相同，以便进一步增加沿换热器的层状气体流动。
除了加热房间以外，在住宅里也有不少其它原因需要热能，比如用于清洁，如需要送热空气到滚筒干衣机中，或洗碗机等类似机器中去，也用于做饭，加热住宅内循环的通风。这些热能在大多数住宅中是用电来产生的，从能量效率的观点来看这是不先进的。
因此，本发明进一步提供带有换热单元的上述装置，这个换热单元安排在与装置的顶部，以热传导方式相接触，并提供有需要加热的媒介物的入口和被加热媒介物的出口。
本发明进一步的优点，性能和细节，将依据带有参考附图的优先实施例被加以叙述，其中
图1显示本发明一个装置优先实施例的部分切去的透视图；图2显示一个表明图1所示优先实施例运行的图表；图3显示图1所示水箱的一个不同实施例的部分断开的透视图4显示图1所示燃烧器和主换热器的一个不同实施例的部分截面和部分断开的透视图；图5是图1和图4中主换热器的一个不同实施例的部分断开的侧视图；图6是一个部分断开的透视图，显示把根据本发明的装置的一个优先实施例固定到墙上；图7显示使用本发明装置的再一个优先实施例的示意图；图8显示本发明的再一个优先实施例的前视图；以及图9显示用于本发明装置的热水水箱的再一个优先实施例的透视图。
一个加热装置1(图1)包括一个燃气管线2，与一个示意画出的燃气调节器3，以及一个示意画出的提供空气到燃烧器的风扇，在燃烧器上燃气和空气混合燃烧。燃气和空气是在一个大致中空的圆柱形内筒6中被混合的，这个内筒可以带有混合装置(没有画出)，它带有在燃烧空间里开出的开口，围绕燃烧空间有一个热交换器8，燃烧空间被一个顶部封闭的大致圆柱形外筒围住。气体被偏转向下，并被导向在内筒6的外壁和外筒9的内壁之间沿换热器8流动。外筒9的内壁和内筒6的外壁最好在形状上稍微配合换热器8的环形管，从而在热气体和换热器的内容物之间有良好的热交换。
螺旋换热器8最好有一个内管10和一个外管11。在内管上为了导热良好安排有与外管11有传热接触的星形件12。在内管10中流动的是称之为自来水的水，它可以作为热水在住宅中从水龙头中排出，并且通过管道12来提供。自来水管12终止于一个连接件13，在连接件上也连接了一个供应管线14，它通过一个三路阀门16和一个水泵15，经过一个供水管线17和一个排水管线28连接到中央加热系统的管路中。
在这个实施例中，自来水还进一步通过一个管线18提供，它用于预加热温度在诸如5-15℃的自来水，并通过一个褶皱的换热器19安装在炉气排放部位20中，在流过换热器8的内管10以后，自来水通过耦合件21和管线22被引导到水箱23作暂时贮存，这样当用户打开水龙头时就可以立即得到热水。水箱23被没有画出的措施进行良好的热绝缘，它有一个内筒24使进入的自来水首先被向上驱动如箭头C所指，然后在水箱外壁25和内筒24之间流动到排放管头26以便排出自来水(箭头D)。
在水箱23的环形内空间中安装了一个第二换热器27，通过它流动着中央加热系统的流体，中央加热系统通过管线28，三路阀门16和管线29来提供。
本发明的装置最好带有一个以没有画出的方式提供的控制单元，它控制着三路阀门16，水泵15和燃气调节器3。三路阀门16被控制着或者加热一个内管路中的介质，或者用在某一种情况下，在这种情况下热量必须连续地被提供到中心加热管路中去，而且这个中心加热管路的供水和排水管线处于连续的连接之中。
在图2的图表中的曲线显示出，在带有排出口和本发明的装置之间有确定长度的管线的住宅中，当自来水被排出时，在±15秒内温度处于60℃的水平，并且不会低于这个水平。在这测量当中发现，最好稍微延迟起动用于主要加热流体的水泵，例如延迟5-15秒，或者在燃烧器被设定为开始工作以便提供所需数量的热能时，把水泵设定在较低的供水水平。这样仍存在于换热器内的冷水就被防止在被加热前进入水箱。
在一个进一步的实施例中，本发明的装置带有一个自来水水箱50(图3)，与图1的水箱23相比它可以被更简单地和以更低的成本制造出来。被加热的自来水被引导着通过水箱50下面的供水管51，进入螺旋板55的两个连续的卷板52和53之间的一个槽中，这个螺旋板安装在一个外夹层54上，使得提供的自来水在通过一个入口开口57在进入换热器56内部之前被预热。在换热器56下部上的一个出口管线58被连接到它的内部以便排出加热的自来水。
在一个不同的实施例(没有画出)中，螺旋板55可以被多个同心的圆盘代替，这些圆盘一个在一个之上安排并且有通过水的开口。
热交换器56包括很多数量的基本朝上的管子，这些管子通过一个分配器(没有画出)连接到一个供水管59用于热的中央加热水。在顶部这些朝上的管子汇入一个中心返回管60，一个中央加热水的排出管61连接到这个中心返回管上。
在本发明装置的一个不同的实施例(图4)中，一个螺旋换热器68被安装在由一个外筒65，一个盖子66和一个内筒67所确定的空间里，这个换热器包括一个外管69和一个内管70。为了提高燃烧效率，通过风扇71提供的空气与通过一个供气连接72提供的燃气利用多个分别水平放置的平板73、74、75、76相混合，这些平板都有通道开口，这些开口在接续的平板上交错安排以便获得在燃烧器77中燃烧的良好互混的湍流的混合流体。离开燃烧器77的气体被引导着沿换热器68的管子流动并通过一个炉气开口78从下方排出。由于空气和燃气的良好混合而获得混合物的完全燃烧，从而尽可能少地排放CO和NOx。为了防止内管被过度加热，一个封闭的折流板80被安排在带开口的板73-76以上。
在一个进一步的优先实施例中，安排在一个外夹套85(图5)和一个螺旋管88之间的，是一个大致为圆柱形的中间夹套89，在其上开口87被按照换热器螺旋管88的间距安排。按照一种没有画出的方式，螺旋管88可以提供有翅片或板状突起以增加热交换。由于开口87位于螺旋管的中心线，炉气被推动着以尽可能近的方式沿热交换器螺旋管外圆周流动，直到一个空间90，沿这个空间90炉气被向下排出。为了进一步增加效率，带有开口的隔板91,92被进一步沿着换热器88的下部螺旋绕管安置，借以使炉气进一步沿换热器流动。
对于安装和维护来说，很重要的一点是本发明的装置可以做得非常紧凑，可以很简便地被固定在墙上，如一个机柜的壁上，同时要保证机柜的内部可以被接近。根据本发明的一个优先实施例，包括一个可移走的前部件94和一个后部件95的机柜93(图6)，通过后部件被固定到一个条状板96上并悬挂在那里，条状板96利用螺栓97被固定在墙壁W上。为了这个目的，一个平板98被固定并最好被焊接到后部件95上，这个平板配合到条状板96的一个钩形端99的后面并悬挂其上。同时，后部件95的下部被固定在一个大致为U形截面的型材100上，中央加热水的供水和排水管以及自来水管都可以用管夹101,102等固定在这个型材之上。各种部件，如控制电路和其它部件(没有画出)，如自来水换热器和水箱，最好安装在机柜93的后部95上，机柜93利用安装其中的诸如托架104牢固地固定在墙壁W上。在另一个优先实施例(没有画出)中，机柜的后部件95可以在下部有销钉，它可以配合到托架104的凹槽内，这样由于本身的重量，机柜93也不会向前倾斜。
在图7所示的本发明的实施例中，一个进一步的换热器被安排在本发明的装置1的顶部，这个换热器放置在以可传热方式接触到诸如炉气的排放部分20。在这个进一步的换热器40的入口处，相对凉的空气L被导入，被加热的空气分别通过箭头M和N所指以节能形式被送入一个洗衣烘干机41中。
在图8的实施例中，除了带有示意画出的混合装置121的燃烧器结构120(如图5中所示)以外，一个换热器122被安排代替水箱用于自来水，从而使本发明可以做得更紧凑。装置125在顶部有可滑动连接件126和127，用于更容易连接空气的进入和炉气的排放。用于中心热水，燃气和自来水的不同连接被安排在底部。这些连接最好夹紧在机柜上成形的部件和可用螺钉固定其上的对应部件之间，这样这些不同的部件可以安装在平放的机柜里，然后对应部件压在连接上用螺钉固定到位。这样可以方便装配和安装操作。
很有可能因为良好的热平衡，大的温差不会出现在根据本发明装置的紧凑设计之中，已经发现根据本发明的装置的Co和Nox的排放极低。测量表明，本发明的装置的效率达到理论计算的100％，在任何情况下都大于95％，同时Co和Nox的排放非常低(在32KW时最大分别为大约95ppm和大约13ppm)。
一个被称为热水取出口(图9)的进一步的实施例，是由一个大致为圆柱形的容器构成的，这个容器可以是金属的，但最好是分别用两个塑料壳131,132装配而成，这两个塑料壳可以用连接手段(没有画出)，如箍子或螺栓以可拆卸方式连接在一起，以便定期打开和清理水箱。安装在容器130内的是一个螺旋金属管133，最好是金属的，在它外面是管子或套管134，如薄塑料管(例如壁厚小于1毫米)。通过连接管头135，热水被从加热系统取出送入螺旋内管133，同时通过连接管头136水又在顶部返回到这个系统。被加热的自来水被通过连接管头137带入容器130，同时处于塑料管134和螺旋内管133之间空间里的水，被引导向下，通过上部部分进入连接管头138，一个热水管线被连接到这个管头138上。垫片以没有画出的方式每隔一段确定的距离安置在内管133和塑料管134之间，以便防止被加热水的通道被堵塞。一个温度检测器以没有画出的方式安装在容器内，靠近连接管头137，这个检测器监测容器内的水温是否低于某一温度，比如40℃，然后热的中央热水就必须被提供。用于加热的水在向上运动时首先被预热，在向下沿螺旋管133和塑料管134之间流动时被强烈加热。因为包围螺旋内管133使用了塑料管，从而获得了对于降低造价非常有效的换热器，同时中心管可以使用标准的，市场上有售的材料。这个结构非常紧凑，它可以配合使用在前述的紧凑加热装置中。
本发明并不受限于上述的优先实施例。在本发明的范围之内可以设想出许多的改进，这个范围在后面的权利要求书中被加以界定。这种非限制性改进的一个例子，是可以安置一个第二自来水水箱到根据本发明的装置里去，这是因为在这个装置的内部还有富余空间，并且自来水的稳定的高温度可以被更精确地加以保证。
权利要求
1．用于加热流体的装置，包括第一供应设备，用于提供燃料；第二供应设备，用于提供氧化剂；燃烧器设备，用于在燃料和氧化剂被混合后进行燃烧；一个第一换热器，它被燃烧器设备的炉气加热，并以螺旋方式被安排围绕燃烧器设备。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于，燃烧器设备包括混合设备，以便混合燃料和氧化剂。
3．根据权利要求2的装置，其特征在于，混合设备包括多个带有通道开口的平板部件。
4．根据前述任何一个权利要求所申述的装置，其特征在于，带开口的夹套围绕螺旋热交换器安排。
5．根据权利要求1-4中任何一个所申述的装置，其特征在于，第一热交换器带有一个内管和一个延伸围绕其上的外管，其中内管至少部分地被流经内外管之间的主加热流体所加热。
6．根据上述权利要求1-5中任何一个所申述的装置，它带有一个临时贮存热水的水箱，其特征在于，水箱包括一个第二换热器，它在运行上与第一换热器相关连。
7．根据前述任何一个权利要求所申述的装置，其特征在于，水箱中的换热器与一个加热线路相连。
8．根据前述任何一个权利要求所申述的装置，其特征在于，带有一个利用炉气预热自来水的第三换热器。
9．根据前述任何一个权利要求所申述的装置，其特征在于，带有水泵设备，水泵设备有转速调节器，至少有一个开/关控制，其特征在于转速依据自来水被取出的时刻调节。
10．根据权利要求9的装置，其特征在于，环形空间有一个内轮廓，这个轮廓至少稍微与换热器管子的外轮廓相适配。
11．根据前述任何一个权利要求所申述的装置，其特征在于，带有一个三路分流器，它将第一换热器在与加热线路相连的第一位置和与第二换热器相连的第二位置之间相转换。
12．根据前述任何一个权利要求所申述的装置，其特征在于，带有一个控制单元以便暂时中断或减少水泵的供水功能。
13．根据前述任何一个权利要求所申述的装置，其特征在于，带有一个热交换单元，这个热交换单元被安装得与装置的顶部以可换热方式接触，并且被提供有供给加热介质的一个入口和被加热介质的一个出口。
14．一种操作方法，用于如权利要求1-13中任何一个所申述的装置。
15．根据权利要求1-13中任何一个所申述的装置，其特征在于，带有将其悬挂起来的悬挂设备。
16．根据权利要求1-13中任何一个所申述的装置，其特征在于，带有一个临时贮存热水的水箱，其特征在于水箱中安装有一个主螺旋管，围绕这个螺旋管安置有一个最好用塑料制作的外管。
17．根据权利要求16的装置，其特征在于，水箱用二个或多个以可拆卸方式连接的壳形部件构成。
全文摘要
本发明涉及一种加热液体的装置,包括:用于提供燃料的第一供应设备(2);用于提供氧化剂的第二供应设备(4);用于将燃料和氧化剂混合后进行燃烧的燃烧器(5);以及螺旋形围绕燃烧器(5)安排并被燃烧器(5)的排出气加热的第一热交换器(8)。
文档编号F24H1/52GK1210582SQ97192002
公开日1999年3月10日 申请日期1997年11月3日 优先权日1996年11月1日
发明者约翰·D·布劳沃, 维姆·本朔普, 保罗斯·A·B·德布鲁因 申请人:库普瑞-鹿特丹股份有限公司