CN103477151B - 用于热水器的低NOx燃烧器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种装配多个低NOx燃烧器（100）的方法、一种低NOx燃烧器（100）和一种即热式燃气热水器（500）。该方法包括如下的步骤：装配多个本体（152），每个本体（152）包括多个第一燃烧器口（135）和多个第二燃烧器口（150），该第一燃烧器口（135）被连接到第一燃烧器入口（125），该第二燃烧器口（150）被连接到第二燃烧器入口（140）。该方法还包括如下的步骤：选择本体（152）中的一个本体，并将第一入口管（120、220、320、420）***到第二燃烧器入口（140）中，以将燃料/空气混合物以第一速率提供到第二燃烧器口（150）。该方法还包括如下的步骤：选择本体（152）中的一个本体，并将第二入口管（120、220、320、420）***到第二燃烧器入口（140）中，以将燃料/空气混合物以与第一速率不同的第二速率提供到第二燃烧器口（150）。

Description

用于热水器的低NOx燃烧器
技术领域
本发明涉及热水器，并且尤其涉及一种用于热水器的低NOx燃烧器。
背景技术
氮氧化物（NOx）在燃烧期间形成。通常，NOx通过高温火焰生成。低NOx燃烧器减小了在燃烧期间形成的NOx的量。稀薄-富集双燃烧器组件以稀薄燃烧器使燃料稀薄的燃料/空气混合物燃烧，且以富集燃烧器使燃料富集的燃料/空气混合物燃烧。稀薄-富集双燃烧器组件通过降低火焰温度来减少NOx。
发明内容
在一个方面中，本发明提供了一种装配多个低NOx燃烧器的方法。该方法包括如下步骤：装配多个本体，每个本体包括多个连接到第一燃烧器入口的第一燃烧器口和多个连接到第二燃烧器入口的第二燃烧器口。该方法还包括如下的步骤：选择本体中的一个本体，并将第一入口管***到第二燃烧器入口中以将燃料/空气混合物以第一速率提供到第二燃烧器口。该方法还包括如下的步骤：选择本体中的一个本体，并将第二入口管***到第二燃烧器入口中，以将燃料/空气混合物以与第一速率不同的第二速率提供到第二燃烧器口。
在另一个方面中，本发明提供了一种低NOx燃烧器，该低NOx燃烧器包括：本体，该本体包括多个连接到第一燃烧器入口的第一燃烧器口和多个连接到第二燃烧器入口的第二燃烧器口；和可移除的入口管，该可移除的入口管被定位在第二燃烧器入口中，以将燃料/空气混合物提供到第二燃烧器口。
在另一个方面中，本发明提供了一种即热式燃气热水器，该即热式燃气热水器包括燃烧器、热交换器和水管道。燃烧器包括：本体，该本体带有：具有第一燃烧器入口的内燃烧器，和具有第二燃烧器入口的外燃烧器；以及可移除的入口管，该可移除的入口管被定位在第一燃烧器入口和第二燃烧器入口中的一个中。可移除的入口管具有开口的布置，以将希望的燃料/空气混合物提供到各个内燃烧器和外燃烧器。所述燃烧器具有大于每小时199000BTU的输入且能够操作成生成具有希望的特征的燃烧产物，该希望的特征至少部分地由所利用的可移除的入口管造成。热交换器从燃烧器接收燃烧产物。水管道以与所述燃烧产物具有热交换关系的方式被定位在热交换器中。
通过考虑如下的详细描述和附图，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是低NOx燃烧器的透视图。
图2是图1的低NOx燃烧器的部分分解图。
图3是图1的低NOx燃烧器的部分分解图。
图4是与图1的低NOx燃烧器一起使用的入口管的透视图。
图5是图4的入口管的沿线5-5的截面图。
图6是图4的入口管的沿线6-6的截面图。
图7是图4的入口管的沿线7-7的截面图。
图8是与图1的低NOx燃烧器一起使用的入口管的第二实施例的透视图。
图9是图8的入口管的沿线9-9的截面图。
图10是图8的入口管的沿线10-10的截面图。
图11是图8的入口管的沿线11-11的截面图。
图12是与图1的低NOx燃烧器一起使用的入口管的第三实施例的透视图。
图13是图12的入口管的沿线13-13的截面图。
图14是图12的入口管的沿线14-14的截面图。
图15是图12的入口管的沿线15-15的截面图。
图16是图12的入口管的沿线16-16的截面图。
图17是与图1的低NOx燃烧器一起使用的入口管的第四实施例的透视图。
图18是包括图1的多个低NOx燃烧器的即热式燃气热水器的示意图。
在详细解释本发明的任何实施例前，应理解的是，本发明在它的应用中不限制于在如下描述中提出的或在如下附图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例且能够被以多种方式实施或执行。此外，应理解的是，在此所使用的用语和术语是用于描述目的而不应视作限制性的。
具体实施方式
在图1中示出了用于热水器的低NOx燃烧器100。低NOx燃烧器100包括内燃烧器105、外燃烧器110、燃烧器口板115和入口管120。如图3中所示，内燃烧器105由单板形成，其中该板的边缘被机械地相互固定以产生在内燃烧器105的上部分处的开口。燃烧器口板115被定位在该开口内。内燃烧器105包括入口125，该入口125由流动路径130流体地连接到一系列形成在燃烧器口板115中的内燃烧器口135。内燃烧器105还包括通道137，该通道137与外燃烧器110的入口140对准。通道137包括在通道137的远端处的止动部141。外燃烧器110通过机械地固定到一起的两个板143和144而形成以包围内燃烧器105的上部分的周边，且在内燃烧器105的上部分和外燃烧器110之间形成了一系列外燃烧器口150。外燃烧器110的入口140通过流动路径145流体地连接到外燃烧器口150。如图2中所示，入口140包括纵向轴线153和一对定位狭槽154。狭槽154限定了包括纵向轴线153的竖直平面。如图3中最佳地所示，外燃烧器口150形成在板143和 144中的每一个板和内燃烧器150之间，使得内燃烧器口135被夹持在形成在板143和内燃烧器105之间的外燃烧器口150与形成在板144和内燃烧器105之间的外燃烧器口150之间。如此，外燃烧器口150被认为定位到内燃烧器口135的外侧。
如图2和图3中所示，入口管120能够被定位在低NOx燃烧器100的本体152中，并能够从本体152移除。本体152包括除了入口管120之外的低NOx燃烧器100的所有部件。入口管120被入口140接收。如图4至图7中所示，入口管120包括圆筒形部分155、在圆筒形部分155的一端处的末端160和纵向轴线162。圆筒形部分155的与末端160相反的端部是敞开的以接收燃料/空气混合物。入口管120还包括两个定位凸缘165。凸缘165限定了包括纵向轴线162的竖直平面。替代地，入口管120可以不包括定位凸缘165、包括单个定位凸缘165或包括超过两个定位凸缘165。末端160从与圆筒形部分155邻近的近端172向远端175缩小。当被沿纵向轴线162测量时，末端160比圆筒形部分155短。远端175被封闭，使得流过入口管120的燃料/空气混合物不在与纵向轴线162平行的方向上离开入口管120。如图6中所示，圆筒形部分155具有圆形横截面。如图5中所示，末端160具有被两个弯曲的长边180和185以及两个弯曲的短边190和195限定的非圆形横截面。末端160的横截面积的尺寸从近端172向远端175减小。八个开口200形成为通过长边180，八个开口200形成为通过长边185。通过每个长边180和185的八个开口200被定位为两排每排四个。每排均被沿由开口200的中心点限定的线而定位。这些线中的每条线被包括在与纵向轴线162平行的平面中。开口200的尺寸、形状、定位和数目可以变化。流过入口管120的燃料/空气混合物通过开口200而离开。尽管开口200被图示为圆形的孔，但可以具有任何所需的形状，并且包括而不限制于非圆形的孔和伸长的狭缝。
入口管120被***到入口140中，以将入口管120定位成使得入口管120的纵向轴线162与入口140的纵向轴线153共线。每个凸缘 165均由对应的狭槽154接收，以将入口管120围绕纵向轴线153旋转地定位。该旋转定位可以使用比两个图示的凸缘165多或少的凸缘165来实现。如有需要，更多或更少的定位狭槽154形成在入口140中。内燃烧器105的通道137包括止动部141，该止动部141与末端160的远端175接合以将入口管120纵向地定位在入口140内。通道137的周边与入口管120的通过包括纵向轴线162的竖直平面的横截面大致相同地成形。
在图8至图17中示出入口管120的三个替代实施例的入口管220、320、420。图8至图11示出了入口管220，该入口管220包括圆筒形部分225、在圆筒形部分225的一端处的末端230和纵向轴线235。圆筒形部分225的与末端230相反的端部是敞开的以接收燃料/空气混合物。末端230从与圆筒形部分225邻近的近端240向远端245缩小。当沿纵向轴线235测量时，末端230比圆筒形部分225长。远端245被封闭，使得流过入口管220的燃料/空气混合物不在与纵向轴线235平行的方向上离开入口管220。如图10中所示，圆筒形部分225具有圆形横截面。如图9中所示，末端230具有被两个弯曲的长边250和255以及两个弯曲的短边260和265限定的非圆形横截面。末端230的横截面积的尺寸从近端240向远端245减小。六个开口270形成为通过长边250，六个开口270形成为通过长边255。通过每个长边250和255的开口270被定位成排。每排均被沿由开口270的中心点限定的线而定位。这些线中的每条线被包括在相对于纵向轴线235成角的平面中。开口270的尺寸、形状、定位和数目可以变化。流过入口管220的燃料/空气混合物通过开口270而离开。尽管开口270被图示为圆形的孔，但可以具有任何所需的形状，并且包括而不限制于非圆形的孔和伸长的狭缝。对于使用入口管220的低NOx燃烧器100，内燃烧器105的通道137和止动部141的尺寸和形状被从图3中所示的情况改进成与入口管220对应。替代地，入口管220以与入口管120类似的方式包括定位凸缘165。
图12至图16示出了入口管320，该入口管320包括圆筒形部分325、在圆筒形部分325的一端处的末端330和纵向轴线335。圆筒形部分325的与末端330相反的端部是敞开的以接收燃料/空气混合物。末端330从与圆筒形部分325邻近的近端340向第一阶梯部分350缩小，且从第一阶梯部分350向包括末端330的远端345的第二阶梯部分355缩小。当沿纵向轴线335测量时，末端330比圆筒形部分325短。远端345被封闭，使得流过入口管320的燃料/空气混合物不在与纵向轴线335平行的方向上离开入口管320。如图15中所示，圆筒形部分325具有圆形横截面。如图14中所示，第一阶梯部分350具有被两个平的边360和365以及两个弯曲的边370和375限定的非圆形横截面。平的边360和365均限定了与纵向轴线335平行的平面。开口380形成为通过平的边360且开口380形成为通过平的边365。末端330的横截面积从近端340向第一阶梯部分350的最靠近圆筒形部分325的端部减小。第一阶梯部分350的横截面积恒定。末端330的横截面积从第一阶梯部分350的最远离圆筒形部分325的端部向第二阶梯部分355的最靠近圆筒形部分325的端部减小。如图13中所示，第二阶梯部分355具有被两个平的边385和390以及两个弯曲的边395和400限定的非圆形横截面。平的边385和390均限定了与纵向轴线335平行的平面。开口405形成为通过平的边385且开口405形成为通过平的边390。开口380和405的尺寸、形状、定位和数目可以变化。流过入口管320的燃料/空气混合物通过开口380和405而离开。尽管开口380和405被图示为圆形的孔，但可以具有任何所需的形状，并且包括但不限制于非圆形的孔和伸长的狭缝。对于使用入口管320的低NOx燃烧器100，内燃烧器105的通道137和止动部141的尺寸和形状被从图3中所示的情况改进为与入口管320对应。替代地，入口管320以与入口管120类似的方式包括定位凸缘165。
图17示出了入口管420，该入口管420包括圆筒形部分425、在圆筒形部分425的一端处的壁430、和纵向轴线435。壁430是平的且限定了与纵向轴线435垂直的平面。圆筒形部分425的与壁430相反 的端部是敞开的以接收燃料/空气混合物。十四个开口440形成为通过壁430。开口440允许流过入口管420的燃料/空气混合物在与纵向轴线430平行的方向上离开入口管420。开口440的尺寸、形状、定位和数目可以变化。尽管开口440被图示为圆形的孔，但可以具有任何所需的形状，并且包括但不限制于非圆形的孔和伸长的狭缝。对于使用入口管420的低NOx燃烧器100，内燃烧器105的通道137的尺寸和形状被从图3中所示的情况改进为与入口管420对应。通道137可以不包括覆盖了开口440的止动部141，这是因为燃料/空气混合物必须能够通过开口440而离开入口管420。替代地，入口管420以与入口管120类似的方式包括定位凸缘165。
在使用中，燃料富集的燃料/空气混合物被供给到入口140，且燃料稀薄的燃料/空气混合物被供给到入口125。燃料可以是天然气、丙烷、煤油、甲烷或其它适于燃烧的燃料。燃料富集的混合物被在外燃烧器口150处点燃以形成一系列燃料富集的火焰。与化学计量的火焰相比，燃料富集的火焰在相对低的温度下燃烧，因此减小了由燃料富集的燃烧相对于化学计量的燃烧产生的NOx的量。燃料稀薄的混合物被在内燃烧器口135处点燃以形成一系列燃料稀薄的火焰。与具有化学计量的火焰相比，燃料稀薄的火焰在相对低的温度下燃烧，因此减小了由燃料稀薄的燃烧相对于化学计量比燃烧产生的NOx的量。此外，燃料富集的火焰和燃料稀薄的火焰相互作用以形成总火焰，这导致与使用化学计量的火焰的燃烧器相比减小的燃烧器噪音水平。替代地，燃料稀薄的燃料/空气混合物被供给到入口140，且燃料富集的燃料/空气混合物被供给到入口125。
与低NOx燃烧器100一起使用不同的入口管120、220、320和420允许低NOx燃烧器100被快速改进以用于不同的应用或燃烧特征。“不同的”入口管120、220、320和420可以是入口管120、220、320和420的不同的实施例，或可以是相同的120、220、320和420的变体。例如，包括通过末端160的每个长边180和185的八个开口200的入 口管120是与包括通过末端160的每个长边180和185的六个开口200的入口管120不同的入口管。每个入口管120、220、320和420导致流动路径中的节流。从一个入口管120、220、320和420到不同的入口管120、220、320和420的变化改变了节流。节流的变化改变了将燃料/空气混合物供给到燃烧器口150的速率，且也改变了供给到燃烧器口150的燃料/空气混合物的体积。因此，使用者能够通过改变入口管120、220、320和420来将供给到燃烧器口150的燃料富集的燃料/空气混合物的速率和体积相对于供给到燃烧器口135的燃料稀薄的燃料/空气混合物的速率和体积进行调整。
低NOx燃烧器100允许使用者易于调整燃料富集的混合物相对于燃料稀薄的混合物的平衡，以便通过使用不同的入口管120、220、320和420实现希望的结果。希望的结果可以例如包括低NOx或CO排放、为使用特定的燃料而优化燃烧器100和为在特定的高度处使用而优化燃烧器100。例如，在当前的加利福尼亚法规下，用于居住类型的、燃烧天然气的热水器的燃烧器当在NOx排放小于等于四十纳克每焦耳的热输出时被认为是低NOx的。低NOx燃烧器100的可调整性提供了设计、试验、加工和制造的优点。与其它稀薄-富集双燃烧器组件相比，这些优点包括在开发、加工成本和制造成本中的节约。
对于设计和样机试验过程，使用者不需要制造新的燃烧器以调整燃料富集混合物和燃料稀薄混合物之间的相对平衡，而是仅需使用不同的入口管120、220、320和420或改进用于低NOx燃烧器100的入口管120、220、320和420。与其它稀薄-富集双燃烧器组件相比，这使低NOx燃烧器100对于样机制造和试验更方便得多。
对于加工和制造过程，低NOx燃烧器100提供了增大的制造灵活性，这可以减小制造低NOx燃烧器100所必要的加工的量。低NOx燃烧器100可以为了特定的最终使用而制造，这通过为了该最终使用将入口管120、220、320和420***到燃烧器本体152中来实现。制造 商不需要制造用于多项最终使用的多种燃烧器，而是能够制造用于多项最终使用的多种不同的入口管120、220、320和420和共用的燃烧器本体152。
替代地，可移除的挡板代替可移除的入口管120、220、320和420而与低NOx燃烧器100一起使用。不同的可移除的挡板被构造为在入口140中形成不同的节流，因此提供了对于燃料富集的混合物相对于燃料稀薄的混合物的与通过使用不同的入口管120、220、320和420提供的可调整性类似的可调整性。
在优选的使用中，低NOx燃烧器100用作即热式燃气热水器500的部件，例如高输入（例如，199000BTU/小时或之上）的燃气即热式热水器。如图18中所示，热水器500包括多个低NOx燃烧器100、带有水管道510的热交换器505和排气罩515。低NOx燃烧器100被连接到燃料源和空气源。空气源可以是热水器500附近的大气。冷水供给管520被连接到水管道510的一端，热水供给管525被连接到水管道510的另一端。低NOx燃烧器100被流体地连接到热交换器505和排放罩515。
在使用中，燃料和空气被供给到低NOx燃烧器100，且被如上所述地燃烧以产生燃烧产物。冷水通过冷水供给管520供给到水管道510。燃烧产物流过热交换器505，并与流过水管道510的水形成热交换关系，使得热被从燃烧产物传递到水。经加热的水被供给到热水供给管525以用于在例如水龙头的最终位置处使用。燃烧产物流出热交换器505到排气罩515，且最终被通风到大气。
本发明的各种特征在以下的权利要求中阐明。

Claims (19)

1.一种装配多个低NOx燃烧器的方法，所述方法包括：
装配多个本体，每个本体均包括多个第一燃烧器口和多个第二燃烧器口，其中所述第一燃烧器口被连接到第一燃烧器入口，而所述第二燃烧器口被连接到第二燃烧器入口；
选择所述多个本体中的一个本体，并且将第一入口管***到该本体的第二燃烧器入口中，以将燃料/空气混合物以第一速率提供到该本体的第二燃烧器口；以及
选择所述多个本体中的另一个本体，并且将第二入口管***到该本体的第二燃烧器入口中，以将燃料/空气混合物以与所述第一速率不同的第二速率提供到该本体的第二燃烧器口。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将燃料稀薄的燃料/空气混合物供给到所述第一燃烧器入口；以及
将燃料富集的燃料/空气混合物供给到所述第二燃烧器入口。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二燃烧器口被定位到所述第一燃烧器口的外侧。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一入口管和所述第二入口管中的每一个均包括圆筒形部分、末端和纵向轴线，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端和多个开口，所述开口沿着包括在与所述纵向轴线平行的平面中的线定位。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一入口管和所述第二入口管中的每一个均包括圆筒形部分、末端和纵向轴线，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端和多个开口，所述开口沿着包括在相对于所述纵向轴线成角度的平面中的线定位。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一入口管和所述第二入口管中的每一个均包括圆筒形部分和末端，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端，所述末端从所述圆筒形部分向第一阶梯部分缩小，所述末端从所述第一阶梯部分向第二阶梯部分缩小，并且每一个所述阶梯部分均包括开口。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一入口管和所述第二入口管中的每一个均包括圆筒形部分和定位在所述圆筒形部分的端部处的壁，所述壁包括多个开口。
8.一种低NOx燃烧器，包括：
本体，所述本体包括多个第一燃烧器口和多个第二燃烧器口，其中所述第一燃烧器口被连接到第一燃烧器入口，而所述第二燃烧器口被连接到第二燃烧器入口；以及
可移除的入口管，所述可移除的入口管被定位在所述第二燃烧器入口中，以将燃料/空气混合物提供到所述第二燃烧器口。
9.根据权利要求8所述的低NOx燃烧器，其中，所述第二燃烧器口被定位到所述第一燃烧器口的外侧。
10.根据权利要求9所述的低NOx燃烧器，其中，所述入口管包括圆筒形部分、末端和纵向轴线，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端和多个开口，所述开口沿着包括在与所述纵向轴线平行的平面中的线定位。
11.根据权利要求9所述的低NOx燃烧器，其中，所述入口管包括圆筒形部分、末端和纵向轴线，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端和多个开口，所述开口沿着包括在相对于所述纵向轴线成角度的平面中的线定位。
12.根据权利要求9所述的低NOx燃烧器，其中，所述入口管包括圆筒形部分和末端，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端，所述末端从所述圆筒形部分向第一阶梯部分缩小，所述末端从所述第一阶梯部分向第二阶梯部分缩小，并且每个所述阶梯部分均包括开口。
13.根据权利要求9所述的低NOx燃烧器，其中，所述入口管包括圆筒形部分和定位在所述圆筒形部分的端部处的壁，所述壁包括多个开口。
14.一种即热式燃气热水器，包括：
燃烧器，所述燃烧器包括：本体，所述本体具有内燃烧器和外燃烧器，所述内燃烧器具有第一燃烧器入口，所述外燃烧器具有第二燃烧器入口；以及可移除的入口管，所述可移除的入口管定位在所述第一燃烧器入口和所述第二燃烧器入口中的一个中，所述可移除的入口管具有开口的布置，以将希望的燃料/空气混合物提供到所述内燃烧器和所述外燃烧器中对应的一个燃烧器，所述燃烧器具有大于58千瓦的输入，并且可操作以生成具有希望的特征的燃烧产物，所述希望的特征至少部分地由所利用的所述可移除的入口管造成；
热交换器，所述热交换器用于从所述燃烧器接收所述燃烧产物；以及
水管道，所述水管道以与所述燃烧产物具有热交换关系的方式被定位在所述热交换器中。
15.根据权利要求14所述的即热式燃气热水器，其中，所述希望的特征包括小于或等于每焦耳的热输出四十纳克的NOx排放。
16.根据权利要求15所述的即热式燃气热水器，其中，所述可移除的入口管包括圆筒形部分、末端和纵向轴线，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端和多个开口，所述开口沿着包括在与所述纵向轴线平行的平面中的线定位。
17.根据权利要求15所述的即热式燃气热水器，其中，所述可移除的入口管包括圆筒形部分、末端和纵向轴线，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端和多个开口，所述开口沿着包括在相对于所述纵向轴线成角度的平面中的线定位。
18.根据权利要求15所述的即热式燃气热水器，其中，所述可移除的入口管包括圆筒形部分和末端，所述末端从所述圆筒形部分的端部延伸，所述末端包括封闭的远端，所述末端从所述圆筒形部分向第一阶梯部分缩小，所述末端从所述第一阶梯部分向第二阶梯部分缩小，并且每个所述阶梯部分均包括开口。
19.根据权利要求15所述的即热式燃气热水器，其中，所述可移除的入口管包括圆筒形部分和定位在所述圆筒形部分的端部处的壁，所述壁包括多个开口。
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