带有氧传感器的热水系统技术方案

热水系统和方法，包括锅炉，燃烧室，和容纳在燃烧室内部的燃烧器。一条管道与燃烧室流体连通，用来把燃气引导至燃烧室中，在其中燃烧室引起燃气燃烧。氧传感器连接到燃烧室并固定在燃烧室内，用来探测燃烧产物的含氧量。氧传感器把能代表含氧量的数据输出至控制单元。控制单元控制热水系统的反馈控制，并且其中至少根据数据由控制单元控制燃烧室中燃气的燃烧。换热器系统连接耦合至燃烧室，在换热器中，利用燃烧产物来加热换热器中的水。至少一个烟道，连接到耦合至换热器系统，从而把燃烧产物引导到换热器系统外。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有氧传感器的热水系统相关申请的交叉引用对2011年8月18日提交的名称为“WATERHEATINGSYSTEMWITHANOXYGENSENSOR”美国临时专利申请序列号61/525,044进行参考，并且本申请要求该申请的优先权及其权益，所述申请的内容在此全部引用作为参考。专利
本公开通常涉及一种热水系统和该热水系统的控制方法。专利技术背景在住宅建筑和商业建筑方面，有一个热水系统来加热水是必不可缺的。然而，热水系统却是复杂的，并且效率低效的。目前已知的热水系统会监控有关热水系统的特性从而提高热水系统性能。此类特性可以包括监控流出系统中的水温，监控燃气进入系统的速率，监控加热水过程中的能量消耗量，如此等等。这些热水系统能够利用这些信息来改变热水系统的变量以此来优化系统的输出。有助于优化加热系统的一个特性是加热系统中燃烧产物的含氧量。一些加热系统能够用非色散红外(NDIR)传感器监测燃烧产物的含氧量。NDIR传感器是光谱设备，常用于气体分析。然而，NDIR传感器价格昂贵，花费将近$30，000。不幸的是，目前的加热系统还不能用一种有效而且经济的方式来监测燃烧产物的燃烧氧含量。专利技术概述工业上存在一种需求，一种更加高效的热水系统及其操作方法。根据本专利技术主题的一个实施例，热水系统包括：锅炉，包括燃烧室，和容纳在燃烧室内部的燃烧器。至少一条管道与燃烧室流体连通，用来把燃气引导至燃烧室内。燃烧器引燃燃气生成燃烧产物。氧传感器与燃烧室连接并定位于燃烧室中，用来检测残留在燃烧产物中的氧含量。氧传感器输出能代表燃烧产物氧含量的数据。控制单元控制热水系统的反馈控制，其中控制单元接收来自氧传感器的数据，并且其中至少根据此数据，由控制控制单元控制燃烧室中燃气的燃烧。换热器系统耦合至燃烧室，从而采用燃烧产物来加热换热器中的水。至少一条烟道耦合至换热器系统，把燃烧产物引导到换热器系统外。根据本专利技术主题的另外一个方面，提供了一种控制热水系统的方法，包括通过至少一条流控连接流体连通至锅炉热水器燃烧室的管道引导燃气，并用容纳在燃烧室内部的燃烧器引燃燃气生成燃烧产物。燃气燃烧的含需氧量由氧传感器来决定，氧传感器连接耦合至燃烧室并定位于与锅炉相邻的燃烧室中。把能代表燃烧产物含氧量的数据输出至锅炉的控制单元，至少根据燃烧产物的含氧量来控制热水系统的反馈控制。把燃烧产物从燃烧室引入换热器系统，换热器系统与燃烧室相连。换热器中的燃烧产物加热换热器中的水。通过烟道把燃烧产物引导到换热器系统外。附图简述参照下文所描述的附图可以更好地理解本文所描述的特征。附图不必按比例绘制，而一般是将重点放在对本专利技术的原理的说明上。在附图中，贯穿各个视图，相同数字用于指示相似零件。图1为根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统的透视图；图2为根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统上半部分的透视示意图；图3为根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统燃烧室内部透视图；图4位根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统顶部透视图；图5为根据本专利技术主题的一个实施例的筒形短焰低氮氧化物(NOX)网孔燃烧器的透视图；图6提供根据本专利技术主题的一个实施例的通过一个可视窗观察到的燃烧室内部透视图；图7提供根据本专利技术主题的一个实施例，图5所示网孔燃烧器的内部透视图；图8提供根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统顶部透视图；图9提供根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统顶部透视图；图10提供根据本专利技术主题的一个实施例的燃烧室内部观察到至少一条通道的示意图；图11提供根据本专利技术主题的一个实施例套筒内氧传感器的透视图；图12提供根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统透视图；及图13提供根据本专利技术主题的一个实施例的热水系统透视图。专利技术详述图1描述了热水系统100的一个实施例。热水系统包括控制单元101，用来反馈控制热水系统100。控制单元101可以包括一台计算机或者类似部件。控制单元可以控制热水系统内所有部件的协调和运作。其中一个实施例中，控制单元利用比例一积分一微分(PID)控制来优化热水系统，包括氧的控制。所公开的主题进一步包括其它合适的控制系统。参考涉及到图2，热水系统100包括锅炉热水器200，例如但不限于冷凝式锅炉，其可以通过控制单元101对其进行来控制它。锅炉200可以有多种构型，包括垂直圆柱形，水平圆柱形，和矩形。图2描述了一个垂直圆柱形锅炉的例子。此锅炉可以有不同的功率，比如，从大约50,000-到6,200,000BTU/hr的锅炉。另外，例如但不限于，热水器可以有负荷调节比20∶1和15∶1。负荷调节比20∶1表明热水器可以在最大输出(例如，1/20)的5％和100％之间运作，负荷调节比15∶1表明锅炉可以在最大输出的6.7％和100％之间操作。锅炉200可以包括多种合适的材料，包括但不限于，铸铁，铸铝和不锈钢。一个典型的垂直圆柱形锅炉200实例是由纽约州Blauvelt市的lnternational，lnc.制造的锅炉。其它锅炉的例子可以在美国专利第5，881，681号；第6,435，862号；第4，852,524号；第4,519,422号；第4,346,759号，和第4,305，547号中找到，所有的内容都包含在此。如图3所示，锅炉200有多个组件，包括燃烧室400。燃烧室400包括一个密闭箱体401，密闭箱体401包括第一板402(图2)，相对与第一板相隔有一定距离的第二板404，和至少一个侧壁406，侧壁406将耦合第一板402和第二板404连接。如图3中所描述的，第二板404可以包括一个管板。如图4中所描述的，顶板412可以被另外添加定位固定在第一板402上，在燃烧室400的外的第一板402上。更进一步地说，顶板412和第一板402可以界定多个凹槽，从而把不同的设备连接至锅炉，与燃烧室流体连通。这些设备可被插入凹槽内并密封起来。燃烧室400可以有不同的构型，包括但不限于，圆柱形和矩形。当实施例中燃烧室为圆柱形时，腔室有个弯曲的侧壁406连接到第一板402和第二板404。当实施例中燃烧室为矩形时，燃烧室有四个侧壁连接到第一板和第二板。燃烧室400可以包括多种合适的材料，包括但不限于，碳钢，不锈钢，或非金属耐火材料。顶板412可以包括，例如，碳钢或不锈钢。锅炉200可以进一步包括水套420和包覆燃烧室400的外壳430。如图3所示，水套420可以定位于外壳430和燃烧室400之间，它可以冷却锅炉，可以加热补给水，或者两者都可以。燃烧室400接收燃气并设计为耐燃气燃烧。燃气包括多种合适的气体。例如，燃气可以包括空气和压缩天然气(CNG)的混合物。CNG的化学成份可以改变，并且这里可以考虑许多合适的成份。其中一个实施例，CNG包括甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷，氮气(N2)，和二氧化碳(CO2)。引导至燃烧室400的燃气可以和空气预先混合。在其它一些实施例中，如图12和13所示，燃气和空气分别被引导至燃烧室中。例如，空气管道和燃气管道单独连接到燃烧室，从而分别输送空气和燃气。在另外一个实施例中，空气管道和燃气管道可以被引导至一个混合室中，然后共同被引导至燃烧室中。控制单元101(图1)可以监测空气-燃气比来维持燃烧过程需氧量水平。有多种设备和方法可以用来控制空气-燃气的混合比，在这里本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热水系统包括：直立锅炉，包括由一个封闭式箱体组成的燃烧室，所述封闭式箱体包括第一板，及安装至第一板的网孔燃烧器，所述燃烧器容纳在燃烧室内部；至少一条与燃烧室流体连通的管道，用于将燃气引导至燃烧室，其中燃烧器引燃燃气生成燃烧产物；氧传感器，连接至燃烧室的顶板并固定在燃烧室中，用于探测各燃烧产物中的含氧量；其中氧传感器输出能代表燃烧产物中含氧量的数据；用于热水系统反馈控制的控制单元，其中控制单元接收来自氧传感器的数据，并且其中燃烧室中燃气的燃烧是通过控制单元基于该数据而可控制的；换热器系统，连接至燃烧室，用燃烧产物加热换热器系统中的水，所述加热换热器系统位于燃烧室下方，包括多个基本上直立的管，燃烧产物流经所述管；至少一个烟道，连接至换热器系统，将燃烧产物引导到换热器系统外；其中，顶板安装至及定位在第一板；及其中，所述顶板和所述第一板界定出凹槽，在所述燃烧室内通过第一板界定出凹槽的表面，并且所述氧传感器定位于凹槽内，所述氧传感器的传感元件完全在凹槽中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.18 US 61/525,0441.一种热水系统包括：直立锅炉，包括由一个封闭式箱体组成的燃烧室，所述封闭式箱体包括第一板，及安装至第一板的网孔燃烧器，所述燃烧器容纳在燃烧室内部；至少一条与燃烧室流体连通的管道，用于将燃气引导至燃烧室，其中燃烧器引燃燃气生成燃烧产物；氧传感器，连接至燃烧室的顶板并固定在燃烧室中，用于探测各燃烧产物中的含氧量；其中氧传感器输出能代表燃烧产物中含氧量的数据；用于热水系统反馈控制的控制单元，其中控制单元接收来自氧传感器的数据，并且其中燃烧室中燃气的燃烧是通过控制单元基于该数据而可控制的；换热器系统，连接至燃烧室，用燃烧产物加热换热器系统中的水，所述加热换热器系统位于燃烧室下方，包括多个基本上直立的管，燃烧产物流经所述管；至少一个烟道，连接至换热器系统，将燃烧产物引导到换热器系统外；其中，顶板安装至及定位在第一板；及其中，所述顶板和所述第一板界定出凹槽，在所述燃烧室内通过第一板界定出凹槽的表面，并且所述氧传感器定位于凹槽内，所述氧传感器的传感元件完全在凹槽中。2.根据权利要求1所述的热水系统，其中所述氧传感器固定在相邻于燃烧器的燃烧室中。3.根据权利要求1所述的热水系统，其中所述燃烧器连接至第一板，并包括一个筒形短焰低氮氧化物(NOX)网孔燃烧器。4.根据权利要求3所述的热水系统，其中所述第一板界定出的凹槽使至少一条管道与燃烧室流体连通，其中通过凹槽，燃气从至少一条管道流动到筒形短焰低氮氧化物(NOX)网孔燃烧器的内部。5.根据权利要求1所述的热水系统，其中所述燃烧器进一步由水套和外壳组成，所述外壳包覆在燃烧室上，所述水套定位于所述外壳和所述燃烧室之间。6.根据权利要求1所述的热水系统，其中所述燃烧器进一步包括风机设备，用来将燃气吹进燃烧室中。7.根据权利要求6所述的热水系统，所述控制单元根据氧传感器的数据控制所述风机设备来改变或维持燃气进入燃烧室的速率。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉尔德·A·菲奥里迪，哈坎·比昂逊，
申请(专利权)人：热高国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US