專利名稱：加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于以相當(dāng)高的流量向一封閉體如房間、車間、飯店、俱樂部或工廠提供暖空氣的加熱裝置。本發(fā)明特別是關(guān)于這樣一種帶外殼的裝置，殼中含有用來加熱空氣的燃燒器，用來驅(qū)動空氣通過殼體的風(fēng)機(jī)，非接觸式氣體熱交換器；在殼上的新鮮空氣的進(jìn)口，和新鮮暖空氣離開殼體且送入封閉體的送風(fēng)出口。這種空氣加熱裝置在下文中稱之為“上述型式”。
技術(shù)狀態(tài)現(xiàn)在用到的上述型式的空氣加熱裝置的一種結(jié)構(gòu)，在其殼體中有兩個非接觸式氣體熱交換器，每個熱交換器有一次側(cè)和二次側(cè)。第一臺熱交換器向其一次側(cè)供應(yīng)氣體燃燒器中出來的燒后熱氣體，二次側(cè)供應(yīng)新空氣，新空氣在經(jīng)過熱交換器后送向封閉體。離開一次側(cè)的燒后氣體仍然具有可利用的熱量，因此，在用風(fēng)機(jī)將其通過煙氣出口排到環(huán)境之前，它們經(jīng)過第二臺非接觸式熱交換器的一次側(cè)。
用第二臺風(fēng)機(jī)經(jīng)過殼體上的進(jìn)口吸入新鮮空氣，在通過供氣出口供到密閉體之前，分別依次經(jīng)過相串通的第二臺熱交換器的二次側(cè)和第一臺熱交換器。
由于第一臺熱交換器必須承受燃燒器產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物的高溫，由于流經(jīng)其一次側(cè)的燒后產(chǎn)物被經(jīng)過二次側(cè)相當(dāng)冷的新鮮空氣冷卻到露點(diǎn)以下，第二臺熱交換器必須承受其中形成的腐蝕性酸液的危險。這二臺熱交換器由金屬制造。這二種冷卻會引起水分在一次側(cè)壁上冷凝，冷凝液然后溶解燃燒產(chǎn)物中能形成酸的氣體。由于這種原因，第二臺熱交換器的一次側(cè)制成立式，被包在盒子內(nèi)的外插翅片傳熱管形成二次側(cè)，在一次側(cè)中凝結(jié)的液體馬上排出且排到適合的收集器中。這種熱交換器具有橫向流特性，因此具有50％左右或更小的熱效率。
結(jié)構(gòu)如剛才概述的加熱裝置，要求燃燒器輸出的熱量足以將進(jìn)來的空氣溫度升高到將要向封閉體提供的溫度。由于要升高的溫差可能超過二十度且流經(jīng)殼體的空氣流量相當(dāng)高，約200m2居住面積要求以每秒550到600升之間的流量送氣，需要足夠大尺寸的燃燒器。煙氣自然含有有毒的燃燒產(chǎn)物，其產(chǎn)生速度之高以致于衛(wèi)生規(guī)范要求煙氣須排到建筑物之外。這就防止了有毒的燃燒產(chǎn)物對供到封閉體中去的新鮮空氣的污染危險。由于大部分供向封閉體的熱能隨著離開封閉體舊空氣而損失，這種裝置的運(yùn)行費(fèi)用高。
發(fā)明根據(jù)本發(fā)明，上述型式的加熱裝置具有一帶引風(fēng)口的外殼，使用上述非接觸式熱交換器的一次側(cè)，通過引風(fēng)口從上述封閉體回到環(huán)境去的受風(fēng)機(jī)驅(qū)動的暖舊空氣被回收；在殼上新鮮空氣進(jìn)口和上述供氣出口之間延伸，且部分由上述非接觸式熱交換器二次側(cè)形成的一條空氣流道；設(shè)置一臺氣體燃燒器；將燃燒產(chǎn)物直接排到上述空氣流道；該加熱裝置中，上述熱交換器的傳熱特性、通過其二次側(cè)的氣流量及燃燒器的運(yùn)行控制互相配合，這樣該裝置能向封閉體提供在期望溫度范圍內(nèi)、空氣流中燃燒產(chǎn)物的比例不超過被認(rèn)為是對身體健康有害的要求的一股新鮮空氣。氣體燃燒器優(yōu)先使用的型式特殊設(shè)計(jì)成產(chǎn)生相當(dāng)少數(shù)量的有毒氣體和二氧化碳。在澳大利亞的市場上，這種燃燒器通常是指“紅外線陶瓷表面燃燒器”。本發(fā)明優(yōu)選特征熱交換器可以是任何合適的設(shè)計(jì)，如橫向流或?qū)α魇健Ｋ梢园ù?lián)或并聯(lián)連接的一個以上的熱交換器、本發(fā)明的裝置能設(shè)計(jì)成小且簡單，也可以比現(xiàn)在使用的同樣氣熱容量的常規(guī)裝置制造得更便宜。由于從離開封閉體的舊空氣中改進(jìn)了熱回收，它也能象使用小型燃燒器那樣便宜地運(yùn)行。
一種本發(fā)明可用的對流熱交換器的特殊設(shè)計(jì)，構(gòu)成為我的澳大利亞專利NOS.637,090和660,781的主題，這里插入作為參考。
該熱交換器的二次側(cè)最好布置成環(huán)境新鮮空氣在遇到燃燒器之前就經(jīng)過它。這樣向新鮮空氣傳熱被優(yōu)化。燃燒器最好，盡管不是必須的，布置在驅(qū)動新鮮空氣經(jīng)過其的風(fēng)機(jī)和新鮮空氣供氣出口之間的新鮮空氣流道上。本發(fā)明能用在空氣加熱器和有冷卻空氣設(shè)施的裝置上，這樣它能裝到冬天需要熱空氣而夏天需要冷空氣的房間里去。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，上述型式的加熱裝置具有使用逆流非接觸式熱交換器的一次側(cè)，通過引風(fēng)口從上述封閉體回到環(huán)境去受風(fēng)機(jī)驅(qū)動的暖舊空氣被回收的帶引風(fēng)口的外殼，在殼體上上述新鮮空氣進(jìn)口和供氣出口之間延伸、且部分由該熱交換器二次側(cè)形成的一條空氣流道；一個將燃燒產(chǎn)品直接排放到空氣流道中的氣體燃燒器，跨在新鮮空氣流道上的第一個蒸發(fā)空氣冷卻擋塊；一個布置在從引風(fēng)口到熱交換器的第一次側(cè)流動的舊空氣流道上的第二個蒸發(fā)空氣冷卻塊；將流過第二個擋塊而被冷卻的水輸送到第一個擋塊上端的水循環(huán)裝置，從第一擋塊的下端水又送回到第二擋塊的上端。使用在一擋塊中被冷卻的水，和為擋塊之間提供水循環(huán)的水循環(huán)裝置一起去冷卻其他擋塊，以提供擋塊之間的水循環(huán)，構(gòu)成了我已公開的PCT國際專利申請NO.WO 95/33960的主題，這里插入作為參考。
蒸發(fā)空氣冷卻擋塊設(shè)計(jì)成在提供很大的氣流接觸面積時，其相對側(cè)之間產(chǎn)生低氣流阻力，且由擋塊滴落的水維持潮濕。例如，在澳大利亞這種擋塊以商標(biāo)EDLdek和GLAsdek商業(yè)使用，且由瑞典公司“ABCarl Monters”投放市場。
最好將第一擋塊設(shè)在燃燒器上游的新鮮空氣流道上，且送氣風(fēng)機(jī)合理地設(shè)在第一擋塊和燃燒器之間的氣流通道上?？煞奖愕卦O(shè)置一超溫阻斷安全裝置以減少萬一燃燒器誤動作時第一擋塊過熱引起的損壞裝置的危險。它可很方便地裝到燃燒器上。
當(dāng)本發(fā)明的第二個方面的裝置要求提供冷空氣時，燃燒器停運(yùn)而水循環(huán)設(shè)施運(yùn)行。從封閉體抽出的舊空氣流過第二擋塊且從中蒸發(fā)掉一些水份。從經(jīng)過擋塊滴落的水中提取汽化潛熱，這樣在水到達(dá)擋塊的下端時水被大幅度冷卻，然后泵送到第一擋塊的上端。
從第二擋塊經(jīng)過非接觸式熱交換器一次側(cè)的冷舊空氣冷卻進(jìn)入新鮮空氣進(jìn)口的熱且新鮮的環(huán)境空氣。被冷卻的新鮮空氣然后經(jīng)過第一擋塊由該擋塊上流下來且由第二擋塊供應(yīng)的冷水進(jìn)一步冷卻。
本發(fā)明優(yōu)選的形式是來自封閉體進(jìn)入到殼體中去的舊空氣流量幾乎等于或稍小于由本裝置向封密體提供的新鮮空氣的流量。這就將通過像門和窗戶這樣的開孔排出舊空氣而引起的熱損失減至最小。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是在運(yùn)行時其提供封閉體中整個空氣更換而不會有大量和不經(jīng)濟(jì)的熱損失。進(jìn)出封閉體的高空氣流量可經(jīng)濟(jì)地維持著，這樣封閉體中不需要的空氣污染，如來自香煙或其他有害物質(zhì)，能保持在開始引起健康危險的水平之下。
附圖
介紹通過示例，參考所附的一張示有側(cè)視的垂直剖面的加熱和冷卻裝置流程圖，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
優(yōu)選實(shí)施例的描述圖示包括在外殼2內(nèi)的裝置有新空氣進(jìn)口3，新空氣的出口4，舊空氣的吸入口5，和舊空氣的出口6。殼體2設(shè)計(jì)成朝封閉體、如房間的外墻1立著，這樣它安裝在房間的地板7上。然而，它可以有選擇地容放在房間的屋頂閣樓或地下空間里，且用風(fēng)管連接，從房間的地板或天花板開孔中供氣和排氣。
殼體內(nèi)部由分隔板13分成新空氣流道14和舊空氣流道25。新空氣流道含有對流、非接觸式氣體熱交換器15的二次側(cè)，其設(shè)計(jì)在我的澳大利亞專利NOS、637,090或660,781中已經(jīng)說明及作了權(quán)利要求，插入這里作為參考。這種熱交換器具有80％左右的理論熱效率且能處理要求每秒500-1000升以上的大空氣流量。
熱交換器15的二次側(cè)一端與新鮮空氣進(jìn)口3相接，另一端向兩蒸發(fā)冷卻擋塊16和17中上面第一個擋塊16供應(yīng)新鮮空氣。在流經(jīng)冷卻擋塊16和風(fēng)機(jī)21以后，空氣走過位于新空氣小室11、氣體燃燒器上方的溫敏隔離開關(guān)18，燃燒器形似一個內(nèi)裝于空氣進(jìn)口29之上鋼絲網(wǎng)或陶瓷孔板28的燒杯。在鋼絲網(wǎng)或板28上表面經(jīng)氣體燃燒形成的燃燒產(chǎn)物通過出口27排離燒杯20。這種燃燒器可具有十到五十千瓦之間的容量。來自風(fēng)機(jī)21的新鮮空氣與燃燒器的燃燒產(chǎn)物在小室11中相混合，然后通過供氣出口4排到房間里面。
來自房間內(nèi)的舊空氣用第二臺風(fēng)機(jī)26抽入引風(fēng)口5，風(fēng)機(jī)抽入的舊空氣經(jīng)過下方或位于擋塊16下方一個平面上的第二冷卻擋塊17。兩擋塊16、17由分配器31相連，這樣從上擋塊16下端滴落的水被引入下?lián)鯄K17的上端。經(jīng)過兩擋塊16、17而受到冷卻的水收集在下?lián)鯄K17下面的蓄水盤35中，然后用浮子控制泵24通過管道34循環(huán)到位于第二個分配器32上方的交接總管33上，第二個分配器將水引入上擋塊16的上端。關(guān)于兩個這種擋塊怎樣連接起來共用同樣的水的詳細(xì)描述是我上面提到的PCT國際專利申請WO 95/33960主題。
如帶箭頭的虛線所示，離開下?lián)鯄K17的舊空氣吸入到熱交換器15的一次側(cè)，然后通過出口6排放。從舊空氣中提取的許多熱量在熱交換器15中傳到新鮮空氣。優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)行加熱裝置當(dāng)作一空氣加熱器時，不用泵24。約22℃來自建筑物的舊空氣被風(fēng)機(jī)引入進(jìn)口5，經(jīng)過干擋塊17和熱交換器15的一次側(cè)。由于熱交換器是逆流式的，它具有高的熱效率且能將舊空氣中大部分有用的熱量傳送到流經(jīng)熱交換器二次側(cè)14的新鮮空氣中。經(jīng)過熱交換器的舊空氣有通常為每秒650升的高流量，用風(fēng)機(jī)26離開殼體2和舊空氣出口6。
溫度約0℃的環(huán)境冷鮮空氣進(jìn)入進(jìn)口3，在熱交換器的二次側(cè)加熱到約18℃溫度。然后沿著點(diǎn)畫線流到上冷卻擋塊16，通過它吸入風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)向小室12供送新鮮空氣。在這里它與燃燒器出口27排出的熱燃燒產(chǎn)物相混合。這就將新鮮空氣流的溫度升高到40℃到50℃，還稍稍增加其水份，這樣，盡管溫度從18℃升高到40℃-50℃，空氣的溫度實(shí)際上增加到20％到50％之間的水平。溫度的增加體現(xiàn)了其優(yōu)點(diǎn)，而已有的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的加熱裝置在溫度升高時溫度恒定減小。為了解決這個問題，習(xí)慣上向傳統(tǒng)的加熱裝置提供一特定的空氣加溫器。含有大幅度稀釋的燃燒氣體的熱空氣以每秒500-700升的流量排到建筑物中去。
萬一風(fēng)機(jī)21失效，在燃燒器20附近溫升由隔離開關(guān)18探測到且動作去切斷燃燒器。燃燒器的熱量輸出由電路(未示出但在氣體燃燒器工藝中經(jīng)常用到)控制以把供向建筑物的熱空氣溫度維持在期望值。如果事故工況發(fā)生，停止燃燒器還能通過設(shè)置一燃燒器控制電路以響應(yīng)熱交換器進(jìn)出口側(cè)之間新空氣通道上的壓降來實(shí)現(xiàn)。
在夏天，裝置需要以通常每秒900-1200升的高流量向建筑物提供冷空氣。燃燒器這時不再運(yùn)行。代之以泵24起動，在兩擋塊16和17之間循環(huán)水。顯然，一些水通過蒸發(fā)要流失，它通過使用浮子控制泵24控制的補(bǔ)給水供給(未示出)來補(bǔ)充，控制泵響應(yīng)蓄水盤35中的水位。
來自建筑物的舊空氣抽過引風(fēng)口5，然后供向下?lián)鯄K17，這樣它蒸發(fā)掉一些經(jīng)過擋塊滴落下來的水。這就從擋塊17中提取了汽化潛熱，因此水慢慢滴過它時就被進(jìn)一步冷卻，潮濕且進(jìn)一步冷卻的空氣經(jīng)過熱交換器15的一次側(cè)，在這里它冷卻由風(fēng)機(jī)21從環(huán)境抽進(jìn)殼體的吸入暖鮮空氣。然后，舊空氣用風(fēng)機(jī)26通過出口6排放。
來自進(jìn)口3的冷卻新鮮空氣流過冷卻空氣的熱交換器15。然后，冷卻新鮮空氣經(jīng)過第一擋塊16，它通過泵24和管道34將水從蓄水盤35泵送冷卻水維持冷卻。因此，新鮮空氣進(jìn)一步冷卻再通過風(fēng)機(jī)以每秒1200升左右的速度供向房間。
上述加熱和冷卻裝置部件少，體積小且容易制造，而且運(yùn)行便宜。
兩個風(fēng)機(jī)21和26可以組合到一起，這樣流向封閉體的新鮮空氣流量幾乎等于，或稍大于來自封閉體的舊空氣流量。希望在封閉體中維持比環(huán)境稍高的空氣壓力，這樣冷空氣流就不會從外界吸入到封閉體中。優(yōu)選實(shí)施例的修改盡管由于其高的熱效率上述裝置使用了逆流熱交換器，該熱交換器不一定非要這種形式。用串聯(lián)或并聯(lián)的兩個橫向流熱交換器，或其他組合同樣能提供更好的傳熱，本發(fā)明中熱交換器的目的是使得足夠的熱量能從舊空氣向新鮮空氣傳遞，以減少對燃燒器的熱需求水平，這里燃燒產(chǎn)物被新鮮空氣流稀釋，這樣其不再產(chǎn)生不可接受的健康危險且合乎正在施行的健康規(guī)范。獲得此效果的熱交換器的真正設(shè)計(jì)并不重要，也可以與其他熱交換器相連又是一種辦法。當(dāng)然，如果用橫向流熱交換器代替逆流式熱交換器，橫向流熱交換器應(yīng)有特別大的容量，這樣空氣流在其中的“滯留”時間很長，流量就減少很多。這將大大強(qiáng)化在熱交換器一次側(cè)和二次側(cè)之間的傳熱。
所述型式的空氣加熱裝置的一個重要的優(yōu)點(diǎn)是，通過使經(jīng)過殼體的舊空氣流量和進(jìn)入封閉體的新空氣流量幾乎相同，它能運(yùn)行以提供封閉體內(nèi)空氣連續(xù)全部更換。這種全部更換的特點(diǎn)讓香煙或其他雜質(zhì)在達(dá)到有害水平之前從封閉體中快速排出。
在許多國家，空氣中允許的有害燃燒產(chǎn)物的最高水平是百萬分之三。本發(fā)明的裝置能夠在連續(xù)運(yùn)行期間得到這么低的污染水平，通過選用正確設(shè)計(jì)的燃燒器，有害燃燒產(chǎn)物的污染水平能降到百萬分之一到一點(diǎn)五。
權(quán)利要求
1.一種上述型式的加熱裝置，包括使用上述非接觸式氣體熱交換器的一次側(cè)，通過引風(fēng)口從上述封閉體回到環(huán)境去的受風(fēng)機(jī)驅(qū)動的暖舊空氣被回收的帶引風(fēng)口的外殼；在殼體上上述新鮮空氣進(jìn)口和供氣出口之間延伸，且部分由非接觸式熱交換器二次側(cè)形成的一條空氣通道；設(shè)置來將燃燒產(chǎn)物直接排到上述空氣流道的一臺氣體燃燒器；該加熱裝置中，上述非接觸式熱交換器的傳熱特性、通過其二次側(cè)的氣流量及燃燒器的運(yùn)行控制互相配合，這樣該裝置能向封閉體提供在期望的溫度范圍內(nèi)、空氣流中燃燒產(chǎn)物的比例不超過被認(rèn)為是對身體健康有害的要求的一股新鮮空氣。
2.如權(quán)利要求1中的加熱裝置，其中上述氣體燃燒器定位在殼體的新鮮空氣供氣出口的上游和驅(qū)動新鮮空氣通過空氣流道的風(fēng)機(jī)下游。
3.如權(quán)利要求1或2的加熱裝置，其中非接觸式氣體熱交換器包括帶緩沖板的基本上是逆流的熱交換器，緩沖板引導(dǎo)空氣沿著彎曲通道經(jīng)過其一次側(cè)和二次側(cè)，彎曲通道基本上在其大部分長度上互相平行。
4.如上述任一權(quán)利要求的加熱裝置，其中兩臺風(fēng)機(jī)以相同或近乎相同的速度運(yùn)行，且設(shè)計(jì)成能提供比從封閉體中抽出的舊空氣流量稍大的流向封閉體的新空氣流量。
5.如上述任一權(quán)利要求的加熱裝置，包括兩個蒸發(fā)氣冷擋塊，它們分別布置成橫跨新舊空氣經(jīng)過該裝置的兩通道上。
6.如權(quán)利要求5中的加熱裝置，包括一位于氣體燃燒器上方的熱敏開關(guān)，如果測出的溫度超過預(yù)定值，它接通去關(guān)閉加熱器。
7.如權(quán)利要求5或6的加熱裝置，其中一塊擋塊橫跨在延伸于舊空氣進(jìn)口和熱交換器之間的部分舊空氣流道上，第二個擋塊布置在上述擋塊的上方位置且橫跨在上述氣體燃燒器上游的新鮮空氣流道上，設(shè)置一水循環(huán)系統(tǒng)將經(jīng)過上述第一個擋塊而被冷卻的水輸送到第二個擋塊的上端，它使其下端與一分配器相連引導(dǎo)離開它的水進(jìn)入上述一個擋塊的上方。
8.如上述任一權(quán)利要求的加熱裝置，殼上一側(cè)設(shè)有新鮮空氣出口和舊空氣入口，另一側(cè)設(shè)有舊空氣出口和新空氣進(jìn)口。
9.如上述任一權(quán)利要求的加熱裝置，其中舊空氣的出口位于新空氣進(jìn)口的上方。
10.如上述任一權(quán)利要求的加熱裝置，其中氣體燃燒器的控制電路由氣流經(jīng)過熱交換器朝著氣體燃燒器而產(chǎn)生的穿過熱交換器的壓降控制。
全文摘要
新鮮空氣加熱裝置具有內(nèi)含舊空氣流道(25)和新空氣流道(14)的殼體(2)。來自氣體燃燒器(29)的燃后氣體產(chǎn)物與新鮮空氣相混合,在其排入封閉體之前將其加熱到期望的溫度。兩個通道經(jīng)過熱交換器(15)延伸,且由風(fēng)機(jī)(26)驅(qū)動的經(jīng)過殼體的舊空氣流量實(shí)際上等于由第二臺風(fēng)機(jī)(21)驅(qū)動的經(jīng)過殼體的新鮮空氣流量。由于從殼體進(jìn)入封閉體的新鮮空氣的流量事實(shí)上和來自封閉體的舊空氣流量相當(dāng),及由熱交換器在兩股空氣流之間的傳熱,封閉體中全部空氣的以相當(dāng)高的流量更換能以一種經(jīng)濟(jì)可行的方式維持。因此,封閉體中及由氣體燃燒器(29)產(chǎn)生的有毒燃燒產(chǎn)物的水平能保持在衛(wèi)生當(dāng)局認(rèn)為有害的水平以下。
文檔編號F24F1/00GK1181802SQ96193270
公開日1998年5月13日 申請日期1996年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月12日
發(fā)明者約翰·弗朗西斯·厄契 申請人:艾可埃爾有限公司