专利名称：加热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热器。具体说，本发明涉及一种家用热电联产(DCHP，Domestic Combined Heat and Power)单元。
背景技术：
已经提出这样的家用热电联产单元(DCHP)，其与斯特林发动机(stirling engine)相结合，所述的发动机与交流发电机连接发电。发动机产生的热用于加热供给家用供水和中央供热系统的水，因此变成对DCHP系统有用的产品了，否则这些热就会被浪费掉。已经得知当所述斯特林发动机/交流发电机大小为可产生大约1KW电力的情况下，对该单元而言是最经济的。然而在这种标准下，只能提供大约5KW的热量，这就远低于通常超过20KW的家用热负荷。
为了供给剩余的热量，以使该DCHP单元可以和现有标准的家用锅炉有效地竞争，因此需要一个辅助燃气燃烧器。期望这两个燃烧器向一个共用烟道排气，这样它们就都能对家用供水系统进行加热，并且因此只需要一个单独的烟道连接到外面。但是，在这种情况下，每个燃烧器使用单独的风扇，如果其中一个风扇没有工作就会产生问题。此时，就会迫使热燃气通过未点燃的燃烧器及其相关的气体吸收装置(gas train)倒流，从而会损坏部件并且该单元内会充满有燃烧物质。避免这种问题的一种方案已经公开在我方早期未决的申请GB0124985.3中，其中检测通过一个燃烧器的热燃气的倒流，并且通过开启所述未点燃的燃烧器的风扇来补救。本发明提供另一种解决方案，该方案避免了由附加风扇所带来的附加功率消耗而导致的效率损耗，还避免了由于在加热系统中流过附加的冷空气所引起的不利的冷却效果。
发明内容
根据本发明的第一方面的一种加热器包括第一和第二燃烧器；空气源；分流阀，用于将该空气源分为向所述第一燃烧器供给的气流和向所述第二燃烧器供给的气流；用于供给可燃燃料并使其与空气混合的装置；以及控制器，用于控制可燃燃料流以及根据所述加热器的需要控制供给每个燃烧器的空气的比例。
由于这种结构使用一个单独的风扇和一个分流阀分离所述两个燃烧器之间的气流，因而不会有热燃气从一个燃烧器倒流通过另一燃烧器的可能。并且，通过使用一个单独的风扇也随之节省了运行两个燃烧器的成本。
本发明只需要一个单独的风扇，因而节省了总成本，并且相较于两个风扇的结构，其所需空间更少。
本发明除DCHP系统之外，还可以应用于具有两个预混燃烧器的任何加热器，所述这两个预混燃烧器需要调节控制供给两个分开的加热回路的热量输入。这通常是一种湿式加热器，例如是一种供给家用中央供热系统和/或热水系统的基于水的家用锅炉，但也可以同样应用于基于其它工作流体(例如空气或油)的供热系统。另外，该加热器也可以是餐饮器具，例如比萨饼/汉堡包烤架，其中上下燃烧器同时对同一个烹调空间加热。
一种可能性是提供一个混合腔，其中所述燃料和空气在所述分流阀的上游混合，这样分流阀将混合的燃料和气流分开。这种结构的优点是只需要一个单独的燃料源。然而，在这种情况下，分流阀就变为需要大量设计和检验的主要安全装置(primary safety device)。该分流阀同样需要能够完全关闭，并能在气流供给回路中提供理想密闭。因此，优选地，设置有供给可燃燃料的装置，其定位成在分流阀的下游向分离空气流输送可燃燃料。这种结构由于可以分别设定供给每个燃烧器的空气/燃料的比例，还允许完全控制供给每个燃烧器的空气/燃料混合物。在这种情况下，阀仅仅需要设计为用于处理所述空气流，并且可以允许一定程度的泄漏而不会允许不希望的燃料进入未点燃的燃烧器中。在实际应用中，在所述分流阀的一个叶片上设置一个孔，从而该叶片除了允许任意空气流通过外，还可允许排放气流(bleed flow)通过。这就确保了不工作的燃烧器得到足够的通风，并且在该燃烧器内任一位置不会有燃气聚集。此外，该空气流还可防止燃烧器冷却时在其燃烧表面上冷凝物的凝聚。
本发明特别适用于一个DCHP系统，其中斯特林发动机需要一个燃烧器，并且设置有第二燃烧器，用于对热水器进行加热，以产生通常家用热负荷所需的热量。通过调节这些燃烧器的输出，可以满足完全范围内的热量需求，并且可以大大加强该系统的灵活性。
所述分流阀可以是任何类型的阀，适用于可控制地分开两股气流。最简单形式的分流阀是一个瓣阀。
可替换地，本发明的第一方面可以定义为一种控制供给第一和第二燃烧器的燃料/空气混合物的方法。该方法包括将一个单个空气源分开成向所述第一燃烧器供给的第一气流，和向所述第二燃烧器供给的第二气流；供给可燃燃料并使其与空气混合；以及根据加热器需要控制供给每个燃烧器的混合气流的比例。
这种控制优选地通过控制风扇的速度以及分流阀的位置来实现。这提供了一种需要最少部件来控制气流的简单方法。
进一步，两个燃烧器的燃料需求可以分别得到满足。
下面结合附图对本发明的一个示例进行说明，其中图1是表示气体吸收装置的结构示意图，其并不构成本发明的一部分；图2是本发明的第一示例的示意图；图3类似于图2，是本发明第二示例的示意图；图4类似于图1，是图3示例的气体吸收装置的示意图。
具体实施例方式
图1所示的结构包括一个向斯特林发动机头部供热的燃烧器2。用于燃烧器的燃气由供气管道4供应，其供给到一个多功能控制器5(Honeywell 1000系列直燃式点火控制器)。所述多功能燃气控制器利用一个标准压力调节器(standard pressure governor)和一个初始进气调节器(zero gas governor)，将供给到混合系统的气体的压力调节为进口空气气流的压力(大气压力)。所述多功能燃气控制器还包括一个双螺线管安全断流阀、手动流量控制阀以及控制电路。经调节的气源供给一个混合器，其包括一个变速直流风扇8，驱动气流7进入文氏管9。输入空气流中的燃气速率取决于燃气进入文氏管的流动速率。通过调节从阀中流出的燃气，可以获得正确的燃气与空气的比例。改变所述直流风扇的速率还可以用于增加混合流流速。在混合流流速工作范围内，所述燃气∶空气的比例将保持为一个预设值，以允许仅使用风扇速度来调节燃烧器的运行。一个独立的燃烧器控制器用来控制燃烧器的操作。该控制器用于控制所述燃烧器的点火以及检测燃烧器内是否存在火焰，以允许在火焰熄灭时切断气流。
向所述辅助燃烧器12输送的燃料和空气的供给和上述与斯特林发动机1相关的情况相同。这种结构包括一个与燃烧器2共用的供气管道4(为清楚起见，在图1中分开示出)；一个多功能控制器5A，一个燃烧控制器，空气源7A，风扇8A以及文式管9A。
使用时，对所述斯特林发动机燃烧器2和所述辅助燃烧器12的燃气和空气供应根据家用用热需求而单独控制。如果家用用热需求大于所述斯特林发动机燃烧器2所能提供的热量，就启动所述辅助燃烧器12以提供这额外的需求。
下面参照附图2对本发明的第一种结构进行说明。
斯特林发动机1由第一加热器14以与前述相同的方式加热。热量通过散热片系统3传递到头部，正如在我方早期的未决的申请No.0020012中所公开的。
图2中的结构具有一个热水器15，其利用第二燃烧器17(类似于图1中的辅助燃烧器12)加热水流16。排出的气体通过烟道18排出。
为第一燃烧器14和第二燃烧器17提供有一个共用的供气管道19。该燃气气流由单个多功能阀20控制，该多功能阀20的工作方式与图1中的多功能阀5类似。控制点火及其火焰检测的燃烧器控制器可以设置在该多功能控制器中。离开多功能阀20的燃气进入其形式为文式管歧管21的混合腔，并与由风扇(未示出)驱动的空气流进行混合。因此，上述燃料和空气供给的布置与图1所示的结构相似。
然后，将燃气和空气的混合物输送给一个分流阀23，该分流阀中的一个进口24通向第一燃烧器出口25和第二燃烧器出口26。所述分流阀23有一个单独的阀元件，其位置决定了在进口24中向两个出口25和26供给的气流的比例。流向每个出口的相对流量由一个可绕轴28转动的瓣阀27来控制。所述瓣阀27的位置由所述多功能控制器设定，并通过例如一个伺服电机驱动到该位置。
水从家用加热管路流经斯特林发动机冷却器31进行散热，以保持所需的斯特林发动机内部温差。
供给斯特林发动机1的燃料/空气的混合物围绕包围燃烧器结构的发动机罩29流动，并因此由离开燃烧器的热气流加热。已经向流入的混合物放出一些热量的排出气体通过歧管30离开发动机罩，然后进入热水器15，从而在第二燃烧器17的上游预热该水流16，其中所述排气在热水器15中与水流16接触，且该水流16已经从斯特林发动机的冷却器31获取了一些热量。如有需要，第二燃烧器17点火，对水流16进行辅助加热。然后，来自第一燃烧器14的排出气体与来自第二燃烧器17的排出气体相混合，且在所述热水器15内的一个独立的腔中，混合后的燃气流过冷凝热交换管路系统的其他部分。接着，混合后的燃气通过烟道18离开热水器15。这样就无需如图1中那样需要为第一燃烧器提供的单独的烟道了。
图3和4示出了本发明的第二种结构。
在此结构中，大多数部件与图2中所示的相同，并且相同的部件用相同的附图标记示出。
图2和图3、4的主要区别在于，在图3和4中，来自变速直流风扇22的空气流在加入燃气之前，通过一个气流分流阀27分开。这样就需要有两个燃气供气管道19，每个供气管道都通过其各自的调节器/阀20来控制，因此通过调节风扇22的速度使每股燃气供应与文氏管21中的其中一股空气供应混合，且调节器/阀20’和分流阀27’的位置由多功能控制器来控制。
权利要求
1.一种加热器，包括第一和第二燃烧器；空气源；分流阀，用于将所述空气源分成供给所述第一燃烧器的气流和供给所述第二燃烧器的气流；用于供给可燃燃料的装置，以使其与所述空气混合；以及控制器，用于根据所述加热器的需要控制所述可燃燃料流和供给每个燃烧器的所述空气的比例。
2.如权利要求1的加热器，其特征在于，用于供给可燃燃料的装置定位成在所述分流阀的下游将所述可燃燃料供给到所述分开的空气流。
3.如权利要求1的加热器，其特征在于，用于供给可燃燃料的装置定位成在所述分流阀的上游将所述可燃燃料供给到所述空气流。
4.如前述任一权利要求的加热器，其特征在于，所述分流阀是一个瓣阀。
5.一种设置有前述任一权利要求所述的加热器的家用热电联产系统，其还包括一个由所述第一燃烧器加热的斯特林发动机，以及一个由所述第二燃烧器加热的热水器。
6.如权利要求5的系统，其特征在于，还包括一个排气管，该排气管穿过所述斯特林发动机，与可燃燃气进口相接触，进入所述燃烧器，以预热进入到所述燃烧器内的所述可燃燃气，并随后与所述热水器上游的水相接触，以预热该水。
7.一种控制供给到第一和第二燃烧器中的燃料/空气混合物的方法，所述方法包括将一个单个空气源分成供给到所述第一燃烧器的第一气流以及供给到所述第二燃烧器的第二气流；供给可燃燃料并使其与所述空气混合；和根据所述燃烧器的需要，控制供给每个燃烧器的所述混合气流的比例。
8.如权利要求7的方法，其特征在于，所述可燃燃料在所述分开的两股气流的下游被供给到所述第一和第二气流。
9.如权利要求7或8的方法，其特征在于，所述空气源由一个风扇驱动并被一个分流阀分开，该方法包括控制所述风扇的速度和所述分流阀的位置，用以控制输入给每个燃烧器的所述混合气流的比例。
全文摘要
本发明提供一种加热器，具体说，本发明提供一种生活用热电联产(DCHP)系统，其包括两个燃烧器(3，17)；一个分流阀(23)，将空气流(24)分成两股气流，分别供给两个燃烧器。燃料与空气混合。一个控制器控制所述的燃料以及所说分流阀的位置，以控制供给到每个燃烧器中空气的比例。
文档编号F24H1/10GK1543556SQ02816175
公开日2004年11月3日 申请日期2002年12月18日 优先权日2001年12月19日
发明者韦恩·肯尼思·奥尔德里奇, 大卫·安东尼·克拉克, 詹姆士·罗伯特·罗利, 斯蒂芬·迈克尔·哈斯基, 希瑟·奥德瑞蒂, 罗伯特 罗利, 迈克尔 哈斯基, 奥德瑞蒂, 安东尼 克拉克, 韦恩 肯尼思 奥尔德里奇 申请人:麦克罗金能源有限公司