CN102119299B - 具有分流歧管的多级燃气炉 - Google Patents

Abstract

一种用于热交换器系统的加热装置包括具有多个燃烧器的歧管、截止阀、第一控制器以及第二控制器。所述截止阀将所述歧管分为第一歧管部分和第二歧管部分。所述第一控制器可选地控制所述歧管内的流体流动。所述第二控制器可选地致动第一部分和第二部分之间的所述截止阀以控制所述多个燃烧器的燃烧速率。

Description

具有分流歧管的多级燃气炉

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为61/086,887，申请日为2008年8月7日的美国临时申请的优先权。

发明背景

本发明涉及一种气候控制设备，特别是一种燃气炉。

各种燃气炉被用于加热多个住宅寓所和商业建筑。加热的气体通过压力通风系统被提供至住宅寓所和商业建筑的内部空间。燃气炉通常包括使燃气进入歧管的主燃气阀，歧管具有多个用于点燃气体的燃烧器。一种所期望的燃气炉的特征是使得所述燃气炉的输出能力匹配住宅寓所或商业建筑的内部空间所需的加热负载。商业建筑尤其能够从相对低的加热量中获益。常规的燃气炉通常提供有限的操作范围，因此在许多商业建筑中无法满足低的加热负载需求。已知的调节炉系统仍然无法有效地满足在商业建筑中经常所需的低的加热负载。

发明内容

一种用于热交换器系统的加热装置包括具有多个燃烧器的歧管、截止阀、第一控制器以及第二控制器。所述截止阀将所述歧管分为第一歧管部分和第二歧管部分。所述第一控制器选择性地控制所述歧管内的流体流动。所述第二控制器选择性地致动第一部分和第二部分之间的所述截止阀以控制所述多个燃烧器的燃烧速率。

一种热交换器系统包括燃气阀、与所述燃气阀连通的歧管、截止阀、多个燃烧器、第一控制器以及第二控制器。所述截止阀被置于所述燃气阀的下游并将所述歧管分为第一歧管部分和第二歧管部分。所述多个燃烧器被置于邻接所述歧管。所述多个燃烧器的第一数量燃烧器在所述第一歧管部分内部被置于所述截止阀的上游，所述多个燃烧器的第二数量燃烧器在所述第二歧管部分内部被置于所述截止阀的下游。所述第一控制器选择性地与所述多个燃烧器的所述第一数量燃烧器通信，并且所述第二控制器选择性地与所述多个燃烧器的所述第二数量燃烧器通信。

一种操作热交换器系统的方法包括通过第一控制器选择性地控制流体向具有第一歧管部分和第二歧管部分的歧管的流动，并通过独立于第一控制器的第二控制器选择性地阻断流向所述第一歧管部分和第二歧管部分中至少一个的至少一部分流体。

本发明的各种特征和优点根据以下的具体说明，对于本领域技术人员来说将是明显的。附图以及相应的具体说明在接下来的内容中简要得说明。

附图说明

图1描述了一种热交换器系统实施例的示意图；

图2描述了图1中热交换器系统的一个加热装置实施例；

图3描述了另一个用于热交换器系统的加热装置实施例。

具体实施方式

图1描述了一个用于住宅或商业应用的热交换器系统10的实施例。在一个实施例中，热交换器系统10是燃气炉。在另一个实施例中，热交换器系统10是具有多重加热级的燃气炉。可以理解的是这里的说明和实施例的描述并不限于燃气炉。也就是说，本发明适于任意类型的热交换器系统。

实施例的热交换器系统10包括热交换器12，循环风机14，助燃风机16，主燃气阀（MGV）37和加热装置34。在一个实施例中，热交换器系统10是燃气炉屋顶系统。加热系统34向内部空间提供了期望级别的热量。加热装置34包括燃气歧管38和多个燃烧器44。流体，例如燃气，通过流体供应管道20流动至MGV37,并进一步流动至燃气歧管38。

当对燃气歧管38施压时，燃气和空气的混合物流动通过多个燃烧器44。在每一个燃烧器的出口处燃料-空气混合物被点燃，这样形成了稳定在每个燃烧器44的边缘的火焰22（见图2）。火焰和额外的助燃空气在助燃风机16的协助下被吸入热交换器12。循环风机14将空气吹到热交换器12上，以通过热交换器12将由燃烧产生的热量传递至循环气流，并之后传递到内部空间。

图2图示了用于热交换器系统10中的示例性加热装置34的选定部分。在本实施例中，加热装置34包括主燃气阀（MGV）37，燃气歧管38，第一控制器40和第二控制器42。所述歧管38包括多个位于歧管38内的燃烧器44A,44B,44C,44D和44E。在一个实施例中，所述燃烧器44A,44B,44C,44D和44E是文丘里型燃烧器。在另一个实施例中，所述燃烧器44A,44B,44C,44D和44E是跃升燃烧器（inshot burner）。本领域普通技术人员在了解了本发明的优点后能够选择适于用在加热装置34内部的燃烧器。此外，尽管图2中示出了五个燃烧器，可以理解的是歧管38可以包括任意数目的燃烧器，并且实际的燃烧器数目取决于热交换器系统就10的输出能力。

在该实施例中，第一火花电极46和第一火焰传感器48与最上游的燃烧器44A相关联。火花电极46响应于从所述第一控制器40接收到火花点火命令S1，而点燃燃烧器44A。火焰传感器48检测火焰的存在并产生电流FS。信号FS被第一控制器40接收，以此证明点燃成功。在另一个实施例中，第二火花电极50和第二火焰传感器52与下游的燃烧器44B,44C,44D和44E相关联。第二火花电极50和第二火焰传感器52被第二控制器42所控制，以确保燃烧器44B,44C,44D和44E的点燃。第一控制器40和第二控制器42可操作以对加热装置34的所有功能进行控制，将在接下来的内容进一步讨论。本领域普通技术人员了解了本发明的优点后能够选择合适的控制器以用作所述第一控制器40和第二控制器42。

在一个实施例中，控制器40,42选自业界中的已知部件。本领域普通技术人员能够选择合适的控制器以与加热装置34一起使用。在一个实施例中，第一控制器40是独立于第二控制器42且与之不同的部件。通过这种方式，控制器42,42可以被用于选择性地访问并控制加热装置34中不同的部件。本领域普通技术人员了解了本发明的优点后能够对控制器40,42进行编程，以使他们相互独立地运行并执行所需的加热装置34的功能。例如，控制器40,42是可编程的以提供功能，包括但不限于：燃气阀开/关、火花点火、火焰感应、助燃风机控制、循环风机控制和各种安全控制。

截止阀58被置于歧管38内部并将歧管38分为第一歧管部分60和第二歧管部分62。截止阀58被第二控制器42控制以选择性地打开和关闭所述截止阀58。在一个实施例中，截止阀58可以在多个位置之间被致动从而对流入歧管38中的流体量进行控制。在一个实施例中，所述截止阀58是电磁阀。

在本实施例中，燃烧器44A与所述第一歧管部分60相关联，燃烧器44B,44C,44D和44E与所述第二歧管部分62相关联。截止阀58保持关闭并以此阻断流体（例如燃气）的例如从主燃气阀37向燃烧器44B,44C,44D和44E的流动。所述截止阀58接收来自第二控制器42的开阀信号VO。尽管本实施例描述了只有一个单独的燃烧器与第一歧管部分62相关联且多个燃烧器44B,44C,44D和44E和第二歧管部分62相关联，可以理解的是截止阀58可以被置于歧管38内的任何位置，以对和多个燃烧器44B,44C,44D和44E相关联的燃烧速率进行控制。

温度自动调节器36与所述加热装置34相关联并与所述第一控制器40、第二控制器42和主燃气阀37通信，以向内部空间提供所需的加热级别。温度自动调节器36包括必要的逻辑以向第一控制器40、第二控制器42和主燃气阀37命令所需的加热级别。本领域普通技术人员了解了本发明的优点后能够通过所述必要的逻辑对所述温度自动调节器36进行编程。

在本实施例中，温度自动调节器36包括用于向加热装置34提供必要控制信号以提供多级加热的三条电线T1,T2和T3。控制信号W1被传输到所述第一控制器40，控制信号W2被传输到所述主燃气阀37，控制信号W0被传输到所述第二控制器42。控制信号W1指示第一控制器40打开或者关闭主燃气阀37的第一级。控制信号W2打开或者关闭主燃气阀37的第二级。举例说明，控制信号W1和控制信号W2与用于操作常规的两级加热系统的控制信号是相似的。控制信号W0指示第二控制器42打开或关闭截止阀58，以此决定流体是否被传送到下游的燃烧器44B,44C,44D和44E。在一个实施例中，控制信号W0，W1和W2是24伏特信号。

表1（如下）描述了被编程为具有四个加热级别的加热装置34的操作。在所描述的实施例中，当截止阀58打开时，燃气流向所有的燃烧器44A,44B,44C,44D和44E中，加热装置34的所有燃烧器都点燃，像常规的两级炉那样运行。当所述截止阀位于关闭位置时，加热装置34像常规的两级炉那样运行，但具有更少的燃烧器。在一个实施例中，单个的燃烧器44A在两个级别上被操作。

如表1所描述的，通过常规的两级燃气阀37和截止阀58的组合操作，用户可在温度自动调节器36选择四种不同的加热级别。例如，在第一加热级别，通过关闭截止阀58并使主燃气阀37在其低级别运行而获得14%的燃烧速率。在第二加热级别，通过关闭截止阀58并使主燃气阀37在其高级别运行而获得20%的燃烧速率。在第三加热级别，通过打开截止阀58并使主燃气阀37在其低级别运行而获得70%的燃烧速率。最后在第四加热级别，通过打开截止阀58并使主燃气阀37在其高级别运行而获得100%的燃烧速率。可以理解的是在每个级别获得的实际燃烧速率将会根据总燃烧器的数量、位于截止阀58下游的燃烧器的比例以及主燃气阀37的强火/弱火的比值而变化。

表1

级别

速率

截止阀

主燃气阀

W0

W1

W2

4

100%

打开

高

打开

打开

打开

3

70%

打开

低

打开

打开

关闭

2

20%

关闭

高

关闭

打开

打开

1

14%

关闭

低

关闭

打开

关闭

图3描述了另一个用在热交换器系统内的另一示例性加热装置134的选定部分，用来向内部空间（例如商业建筑的内部空间）提供多级加热。在本发明中，相似的附图标记代表相似的元件，这里对变型元件的附图标记增加100或100的倍数。可以理解的是所述变型元件包括与对应初始元件相同的技术特征和优点，除了另行陈述。

实施例加热装置134与加热装置34近似，在本实施例中所述加热装置包括温度自动调节器系统70。在本实施例中，温度自动调节器系统70包括第一温度自动调节器72、第二温度自动调节器74和继电器76。第一温度自动调节器72是一个位于内部空间71内的常规两级温度自动调节器，第二温度自动调节器74独立的、位于空间73内的两级温度自动调节器，在空间73处调节后的空气离开热交换器系统10。继电器76选择性地决定第一温度自动调节器72或第二温度自动调节器74中的哪一个与控制器40,42连接（例如通过开关78），控制器进而控制加热装置134的功能向内部空间71提供期望的加热级别。

温度自动调节器系统70向用户提供四种不同的加热级别的选择。在本实施例中，第一温度自动调节器72在加热模式中运行从而以第三或第四加热级别（见表1）加热内部空间71，第二温度自动调节器74在处于第一或第二加热级别的调和模式下运行。

例如，每当第一温度自动调节器72发出低级加热信号SW1命令，就启动加热模式。温度自动调节器系统70包括必要的逻辑以向第一控制器40、第二控制器42和主燃气阀37命令所需的加热级别。本领域普通技术人员了解了本发明的优点后能够利用该必要的逻辑对所述温度自动调节器系统70进行编程。当通过温度自动调节器系统70启动所述加热模式时，继电器76通过开关78分别将所述低级加热信号SW1和高级加热信号SW2电联系到控制信号W1和W2。同时，信号SW1被输入控制器42，这样致动歧管38的第二歧管部分62以提供所需的加热级别。本领域普通技术人员在了解了本发明的优点后会认识到在这种模式下加热装置134的表现和常规的两级炉是相似的。

如果温度自动调节器系统70没有要求加热内部空间71，第一温度自动调节器72去除低级加热信号SW1。之后第二歧管部分62停用。此外，继电器76切换至第二温度自动调节器74，其分别将控制信号W1,W2电联系到调和温度自动调节信号TW1,TW2。然后加热装置134响应于调和信号TW1或调和信号TW2的传输，能够从第一歧管部分60提供第一或第二级别的加热。

这些特征可以与节热器系统结合运行，节热器将从建筑物返回的空气与将要提供到建筑物的户外的空气混合。当混合空气的温度低于某设定点时，第二温度自动调节器74命令第一或第二级别加热以增加混合空气的温度到达更舒服的范围内。

前述的说明可以理解为作例证的并没有任何限定的含义。掌握本领域普通技术的工人了解了本发明的优点后能够认识到某些变型将在本发明的范围之内。由于这些原因，接下来的权利要求应该被研究以决定本发明的真实范围和内容。

Claims (19)

1.一种用于热交换器系统的加热装置，包括：

具有多个燃烧器的歧管；

截止阀，其将所述歧管分为第一歧管部分和第二歧管部分；

第一控制器，其选择性地控制流体在所述歧管内的流动；以及

第二控制器，其选择性地在第一位置和第二位置之间致动所述截止阀以控制所述多个燃烧器的燃烧速率。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个燃烧器的第一数量燃烧器与所述第一歧管部分相关联并且所述多个燃烧器的第二数量燃烧器与所述第二歧管部分相关联。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一位置是关闭位置并且所述第二位置是打开位置，并且响应于所述截止阀被置于所述第一位置，阻断所述流体进入所述多个燃烧器的所述第二数量燃烧器。

4.根据权利要求1所述的装置，包括与所述多个燃烧器相关联的至少一个火花电极和至少一个火焰传感器。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体是燃气。

6.一种热交换器系统，包括：

 燃气阀；

 歧管，其与所述燃气阀流体连通；

 截止阀，位于所述燃气阀的下游并将所述歧管分为第一歧管部分和第二歧管部分；

 多个燃烧器，其位于邻接所述歧管，其中所述多个燃烧器的第一数量燃烧器位于所述截止阀上游的第一歧管部分内，并且所述多个燃烧器的第二数量燃烧器位于所述截止阀下游的所述第二歧管部分内；

第一控制器，其选择性地与所述多个燃烧器的所述第一数量燃烧器通信，

第二控制器，其选择性地与所述多个燃烧器的所述第二数量燃烧器通信。

7.根据权利要求6所述的系统，包括温度自动调节器，该温度自动调节器可操作以选择性地向燃气阀、第一控制器和第二控制器中的每一个传输控制信号。

8.根据权利要求6所述的系统，包括温度自动调节器系统，该温度自动调节器系统包括第一温度自动调节器、第二温度自动调节器和继电器，其中所述温度自动调节器系统可操作以选择性地向所述燃气阀、所述第一控制器和所述第二控制器中的每一个传输控制信号。

9.根据权利要求6所述的系统，包括与所述多个燃烧器相关联的至少一个火花电极和至少一个火焰传感器。

10.根据权利要求6所述的系统，其中第一火花电极和第一火焰传感器与所述多个燃烧器的所述第一数量燃烧器相关联，并且第二火花电极和第二火焰传感器与所述多个燃烧器的所述第二数量燃烧器相关联。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一控制器控制所述第一火花电极和所述第一火焰传感器，所述第二控制器控制所述第二火花电极和所述第二火焰传感器。

12.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二控制器选择性地在第一位置和第二位置之间致动所述截止阀，从而控制所述多个燃烧器的燃烧速率。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一位置是关闭位置并且所述第二位置是打开位置，并且响应于所述截止阀被置于所述第一位置，阻断所述流体进入所述多个燃烧器的所述第二数量燃烧器。

14.一种操作热交换器系统的方法，包括以下步骤：

a）用第一控制器选择性地控制流体向具有第一歧管部分和第二歧管部分的歧管的传输；和

b）用第二控制器选择性地阻断传输到所述第一歧管部分和所述第二歧管部分中的至少一者的流体的至少一部分，所述第二控制器独立于所述第一控制器。

15.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：

c）将第一数量的燃烧器定位在所述第一歧管部分内并且将第二数量的燃烧器定位在所述第二歧管部分内；

d）用所述第一控制器控制所述第一数量的燃烧器；和

e）用所述第二控制器控制所述第二数量的燃烧器。

16.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：

将截止阀定位在所述歧管内从而将所述歧管划分成所述第一歧管部分和所述第二歧管部分。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述步骤b）包括如下步骤：

选择性地关闭所述截止阀以阻断所述流体的所述一部分。

18.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：

c）提供用于选择所述热交换器系统的加热级别的温度自动调节器；和

d）将多个控制信号传输到所述热交换器系统以提供多个级别的加热。

19.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：

c）选择性地在所述热交换器系统的加热模式和调和模式之间进行切换。

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