[发明专利]高效煤气炉

说明书

本申请是序号为08/189,207申请日为1994.01.31的申请之续，而该申请又是序号为07/983,885申请日为1992.12.01的申请、现为美国专利5,282,457号之续。

本发明涉及用来使一建筑物或其封闭部分内的空间加热的加热系统。更具体地说，本发明涉及强制送空气式及/或液体或锅炉式的加热系统。

现有技术的用于住宅或商业建筑或其封闭部分内的强制送空气式/锅炉式加热炉的尺寸较大，废气排放水平低、热效率低，常需要巨大的排气系统如烟囱，因此对许多用途很不实用。

使用燃气、油或其他可燃材料的现有技术加热炉的较低的热效率已为资料所确证。大多数现有加热炉的效率小于75％并需巨大的排气系统的烟囱以便将不需要的燃烧产物排放到外面大气中。烟囱常在大大超过300F°(150℃)的温度下排放燃烧产物。较新的加热炉的“高效”设计曾宣称其成果是利用现有技术所达到的实用的最高限度。这些高效单元采用引风机马达来从较大表面积的热交换器上抽取燃烧产物从而可不需烟囱。高效加热炉采用2″(50.8mm)和6″(152.4mm)的排气管替代烟囱来将有毒的燃烧产物排放到外界的大气中。这些较新设计的高效加热炉的热效率可达90％，但他们并没有宣布所有的热效率项目。

当宣布总体的热效率时有一个项目是需要宣布的即燃烧空气的来源。现有技术的加热炉是从要加热的建筑物或住所内抽取燃烧空气的。这需要加热较大体积的空气从而降低了总体的热效率。较新的高效设计曾宣称这方面他们是通过管道抽取外界空气来供燃烧过程使用的。

在效率这个范围内还有最后一个项目需要宣布即开/停的周期数。在美国的北部区域和加拿大，这种每年的开/停周期数可达20000。每一次开/停周期都在周期开始时造成一个不稳定状态下的低效率，这个现象一直要继续到达到稳定状态为止。能够在一较长时期内维持燃烧的加热单元显然能够减少这种开/停周期数并从而提高总体热效率。同样，开/停周期数能够直接联系到单元的使用寿命。减少每年的开/停周期数，加热单元的期望使用寿命便可提高。

这里提出的本发明对上述效率项目所要宣称的是，它是用一个独特的预先混合的设计与加压/高速的燃烧过程结合以便提供可变的燃烧速率，燃烧过程使用外界的空气并且不需排放用的抽风机马达。这种加热炉显示的热效率水平为95％及以上，所需的排气管直径小于1″(25.4mm)。本发明的多种的燃烧速率和独特的过程控制系统使加热单元能够达到最大的总体热效率。

本发明要宣称的第二个方面涉及来自燃烧过程的废气排放的质量。现有技术的加热炉并不宣布废气排放水平，而新的“高效”设计只是把焦点集中在提高效率水平上而很少或没有关心废气排放水平问题。现有技术加热炉中有一些最新的设计曾力图减少废气排放污染，它们用少量的过剩空气来降低火焰温度从而降低氮氧化合物NO_x的排放水平。而本发明的废气排放质量是通过其独特设计的预先混合系统得来的，该系统能使参与反应者得到较有效的混合从而使燃烧过程进行得完全。高速/超大气压的预先混合物还可增加燃烧的速率，从而显著地降低NO_x的生成量。本发明在燃烧过程内也利用过剩空气以便进一步改善废气排放水平。

本发明要宣称的第三方面是加热单元的物理尺寸和重量。现有技术的加热炉包括传统的和高效设计的都需要大量的空间并且都很笨重。现有技术加热炉的尺寸/重量项目当与烟囱或较大直径管道的烟道排放要求结合起来便可使某些用途无法实现。这些烟道排放要求使高效加热炉在许多公寓和商业建筑中的应用成为不切合实际。结果，这些公寓和商业建筑不得不采用价高而热效率较低的电加热器。而本发明应用一种高对流的热传递过程，可使加热单元造得相当小而紧凑。本发明的加热炉不仅紧凑而且对其放置方式不敏感，因此同一单元可以放在水平的或直立的位置上。本发明所需的排气管道直径可小于1″(25.4mm)，因此能够作出可变通的设计以便适合各种选定的布置。本发明的高效燃气炉重量很小、占地紧凑并且只需较小的排气管道以致能够安装在涮洗间、碗柜或类似的空间内。

结合附图参阅下面关于本发明的说明当可对本发明的上述的和其他的特征、目的和达到这些目的所用的方式以及本发明本身具有更清楚的了解。在附图中：

图1为按照本发明的加热炉的部分切开的透视图；

图2为按照本发明的加热炉的各个元件的示意图；

图3为图1中所示加热炉的热交换器的部分切开的透视图；

图3A为图3中所示热交换器的侧立视横截面图；