CN100362289C - 具有降低的热损失的储水热水器 - Google Patents

Abstract

一以燃气为燃料的储水热水器意在提供与一般类似的传统型相比减小的燃气消耗，其具有：一直立的储存热水的圆筒形储水箱，且具有一沿轴向通过水箱的管形的热交换器烟道；烟道终止在紧靠水箱顶的上方；一燃烧室位于水箱的下方，容纳一加热水箱中水的主燃烧器和一当主燃烧器不点着时仍保持点着的长明燃烧器；一与烟道顶连通的管道，其包括一其表面直接接触水箱垂直壁的外表面的垂直段；水箱、烟道和管道由绝热材料封闭；其中管道的尺寸选择应满足这样的条件：当长明燃烧器火苗单独点燃时，作用在烟道内气体上的平均浮力基本上与作用在管道的垂直部分内的气体上的相对的平均浮力相平衡。

Description

具有降低的热损失的储水热水器

技术领域

本发明涉及用燃气或燃料加热的热水器。它涉及常见类型的热水器，其具有一直立的储存热水的圆筒形储存箱，及位于水箱下面的一燃烧空间，容纳一主燃烧器和一长明燃烧器；最普通选择部分还包括一单一的管状热交换器的沿轴向通过水箱的烟道。具体来说，本发明涉及在主燃烧器处于备用模式时力图减小热水器热损失的方法。

背景技术

以燃气作为燃料的热水器传统上具有靠近水箱顶终止的烟道，但通过一连接管延伸到一在热水器上方直立向上传输燃烧产物的管道，以便排放到户外的大气中去。传统上的做法还有，这种热水器在水箱下面的燃烧室中具有一快速加热水箱中水的大输出的主燃烧器，以及一非常低输出的长明燃烧器，其唯一的用途是在主燃烧器未点着时保持点着状态，以备在需要时重新点燃主燃烧器。这确保无人照管情况下的自动操作，无需诸如电力线连接的任何辅助的电源或相当的装置来重新电气地点燃主燃烧器。

长明燃烧器需要有充分稳定的燃烧特征，不因诸如飘忽的气流或伴随主燃烧器每次点火而产生的压力波之类的乱真的原因而熄火。为了满足这种要求，长明燃烧器通常只有在其规格达到能以每小时0.3至0.4兆焦耳的速率将燃气转换为热能的情况下才能满足。

上述类型的热水器随着时间的过去而浪费掉作为“备用损失”的相当大量的能量。备用损失是指因长明燃烧器火焰的热量直接向上通过烟道，并由在烟道中加热气体的自然浮力驱动而引起的热量损失。还包括在这种等级损失中的是，由从储存在水箱中的热水的传热造成的浮力驱动的气流，通过烟道壁进入到烟道中的气体内，添加到上升气流中，因此，成为浪费的热损失。这种类型的损失是连续的，不管主燃烧器是否点着在将水温提升到要求的水平上，通过设置一传统的恒温控制的燃气阀，要求的温度得到反映。

发明内容

本发明提供一储水的热水器，其具有一储存热水的圆筒形储水箱，且具有一沿轴向通过水箱的管形的热交换器烟道；烟道终止在水箱顶的上方；一燃烧室位于水箱的下方，容纳一加热水箱中水的主燃烧器和一当主燃烧器不点着时仍保持点着的长明燃烧器；一与烟道顶连通的管道，其包括：一径向延伸的上部；及一向下和轴向延伸的部分，该轴向延伸的部分的径向表面直接接触水箱垂直壁的上部的外表面，并且有一开口靠近所述轴向延伸的部分的下端，所述径向延伸的上部延伸到所述水箱的一侧，轴向延伸的部分具有的宽度小于水箱的直径或宽度。

热水器还包括一与轴向延伸部分连通并离水箱垂直壁延伸的下部径向延伸的终端部分。较佳地，水箱和管道用绝热材料包围起来。

下部径向延伸的终端部分可超过封闭水箱和管道的所述绝热层而终止。

管道的所述轴向延伸部分的径向表面可以是弧形，以与水箱垂直壁的外半径匹配，从而在轴向延伸部分内从燃气到水箱内的热水之间达到最大的热交换。

下部终端部分可在一高度处连接管道的轴向延伸部分，该高度满足这样的条件：当长明燃烧器火苗单独点燃时，作用在烟道内气体上的平均浮力基本上与作用在管道的轴向延伸部分内的气体上的相对的平均浮力相平衡。

轴向延伸部分具有的宽度可在水箱的宽度或直径的30％至95％的范围内。

轴向延伸部分较佳地位于所述水箱的一半或一侧内，一半或一侧上，或沿该一半或一侧。

径向延伸的上部可从所述烟道延伸到所述水箱的一侧或一半。

径向延伸的上部管道横向于所述烟道在一个180度的圆弧内延伸。

本发明还提供一储水的热水器，其包括：一储存热水的圆筒形储水箱，且具有一沿轴向通过水箱的管形的热交换器烟道；烟道终止在水箱顶的上方；一燃烧室位于水箱的下方，包容一加热水箱中水的主燃烧器和一当主燃烧器不点着时仍保持点着的长明燃烧器；一与烟道顶连通的管道，其包括：一径向延伸的上部；一轴向延伸的部分，其径向向内表面直接接触水箱垂直壁的上部的外表面；其中，管道由绝热材料封闭；一下部径向延伸的终端部分与轴向延伸部分的下部连通并离水箱垂直壁延伸超过绝热层；其中，管道的轴向延伸部分的径向向内表面呈弧形，以延伸其与水箱垂直壁的外半径接触的面积；且其中，下终端部分可在一高度处连接管道的轴向延伸部分，该高度满足这样的条件：当长明燃烧器火苗单独点燃时，作用在烟道内气体上的平均浮力与作用在管道的轴向延伸部分内的气体上的相对的平均浮力平均起来是相互平衡的，该轴向延伸部分的宽度小于水箱的直径或宽度。

轴向延伸部分具有的宽度可在水箱的宽度或直径的30％至95％的范围内。

轴向延伸部分较佳地位于所述水箱的一半或一侧内，一半或一侧上，或沿该一半或一侧。

径向延伸的上部可从所述烟道延伸到所述水箱的一侧或一半。

所述径向延伸的上部管道横向于所述烟道在一个180度的圆弧内延伸。

本发明还提供一与烟道顶连通的管道，其包括：一径向延伸的上部；及一向下和轴向延伸部分，它的径向向内表面与水箱的垂直壁的上部的外表面接触。此外，设置一下部径向延伸的终端部分，其与轴向延伸部分连通并离水箱垂直壁延伸超过包围水箱和管道的绝热层。管道的向下轴向延伸部分的径向向内表面呈弧形，以与水箱垂直壁的外半径匹配，从而在轴向延伸部分内从燃气到水箱内的热水之间达到最大的热交换。重要的是，下终端部分可在某一高度处连接管道的轴向延伸部分，该高度满足这样的条件：当长明燃烧器火苗单独点燃时，作用在烟道内气体上的平均浮力基本上与作用在管道的轴向延伸部分内的气体上的相对的平均浮力相平衡。

附图说明

本发明将借助于附图中所示的目前优选的实例来作进一步的描述，在诸附图中：

图1是用于实施本发明的热水器的一热水器水箱的正立面图；

图2是图1的热水器水箱的平面图；

图3是图1的水箱的侧立面图；

图4是沿图1的线III-III截取的截面图，示出此外的包括热水器的其它的结构；

图5是沿图3的线IV-IV截取的截面图；

图6是一给定类型热水器的热效率图表。

具体实施方式

图1和2示出一圆筒形的以燃气为燃料的热水器的水箱10，其具有一轴线12。水箱10包括一垂直的圆筒形壁14，一下端壁16，一上端壁18。垂直壁传统地包括一用于冷水进入的入口接管20，一插入自动调温器传感器的开口22，一热水出口接管24，以及一温度和压力释放阀接管26。为了提高热水器的热效率(将在下文中进一步描述)，本发明提供一与烟道44的顶连通的管道28。管道28包括：一径向延伸的上部30和一垂直部分32。垂直部分32呈弧形，其内直径与水箱10的垂直壁14的外半径匹配，这样，管道28与水箱10的垂直壁14的一上部的外表面直接接触。此外，设置一开口34，其朝向或基本上位于管道28的垂直部分的下端。

图3示出管道28的立面图，其中标号对应于图1和2。部件的径向部分30及其与垂直部分32的连接部比图1和2所见的更为明显。

图4示出一燃气为燃料的热水器40，其包括具有一轴线12的圆筒形水箱10。如图1至3所示，水箱10包括垂直的圆筒壁14，下端壁16，上端壁18，以及第二垂直的圆筒壁42，其形成一通过水箱重心的垂直的烟道通道44。两个圆筒壁14和42及两个端壁16和18封闭起一储存空间46，以用来储存热水。烟道通道44传统地容纳有挡板48，以在一定程度上提高从烟道通道44到水储存空间之间的传热。外垂直壁传统地包括一用于冷水进入的入口接管43，一插入自动调温器球形温包47的开口，一热水出口接管49，以及一温度和压力释放阀接管51。

通过提供与烟道通道44顶连通的管道28，可提高热水器的热效率。管道28包括一水平的上部30，其径向地延伸以与一垂直部分32连接。垂直部分32的径向向内表面弯曲成圆弧形，其内半径与水箱的外半径匹配，这样，垂直部分的径向内壁直接与水箱10的一垂直壁14的上部的外表面接触。此外，在垂直部分32的下端设置有一开口34。开口34连接到管道28的第二水平部分50，并离水箱10的垂直壁14延伸，以便越过包围水箱和管道的绝热层52的外表面。第二水平部分50可连接到一烟道终端，或还可从热水器延伸(如果要求的话)，以便排放到容纳热水器的房间的外面。

管道的下水平部分50在某一高度处有效地终止在管道的垂直段上，该高度满足这样的重要的条件：当长明燃烧器火苗单独点燃时，作用在烟道内气体上的平均浮力基本上与作用在管道的轴向延伸部分内的气体上的相对的平均浮力相平衡。对具有不同尺寸的热水器而言，管道28的第二水平部分50的实际高度不必要相对于热水器内的其它物件是固定不变的。在该实施例中，该高度大约在热源的位置(即，主燃烧器)和热气离开热水器的出口之间的中间点。然而，适用于特定型号热水器的不同设计的变量将导致不同的实际出口高度，以在使用中得到热水器整体的最佳的烟道“锁定”特性。

图5示出管道28的垂直段32，它弯曲成一圆弧形，其内半径与水箱10的外半径匹配，这样，垂直部分的径向内壁直接与水箱10的垂直壁14的外表面接触。管道的垂直段的横截面在其整个长度上基本上是均匀的。

从图1至5中可见，垂直部分32具有的宽度小于水箱的直径或宽度。该宽度可在水箱的宽度或直径的30％至95％的范围内。这样的一宽度意味着轴向部分32位于水箱10的一半或一侧内，一半或一侧上，或沿该一半或一侧。

还从图中可见，径向部分30从所述烟道42延伸到水箱10的一侧或一半。径向部分30的另一特征在于，其离烟道42沿三个方向延伸，从图2中可见，这意味着径向部分30沿朝向纸面左边的方向，到纸面的右边再到纸面的底边离烟道延伸，即，径向延伸的上部管道横向于烟道42在一个180度的圆弧内延伸。

图6以图表的方式示出上述实施例是如何可在一给定技术规格的热水器中减小燃气的消耗。图表涉及一给定类型热水器的热效率及其维护率对于由澳大利亚燃气协会提出的简化的数字额定等级(称之为“星级”)的热效率。等级的概念目的在于帮助消费者确定有关燃气燃烧用具的购买，一般来说，星级越高，表明该用具使用燃气的消耗是如何的经济。热水器的星级是根据试验来确定的，如图表所示，许多商用型号得出的结果在2至3的星级档次内。当本发明应用于具有大约为2.5星级的传统型号的热水器时，改进的热水器的星级约为4.3。这种改进是维护率显著降低的结果，而热效率没有明显变化。

应该理解的是，这里所公开和定义的本发明可延伸到由两个或多个从正文或附图中提及或一目了然的单独的特征组成的所有其它的组合。所有这些不同的组合构成本发明的各种变化的诸方面。

以上描述了本发明的诸实施例，在不脱离本发明范围的前提下，本技术领域内的技术人员显然可对本发明的实施例作出各种改型。

Claims (15)

1.一储水的热水器，其具有一储存热水的圆筒形储水箱，且具有一沿轴向通过水箱的管形的热交换器烟道；烟道终止在水箱顶的上方；一燃烧室位于水箱的下方，容纳一加热水箱中水的主燃烧器和一当主燃烧器不点着时仍保持点着的长明燃烧器；一与烟道顶连通的管道，其包括：一径向延伸的上部；及一向下和轴向延伸的部分，所述轴向延伸的部分的径向表面直接接触水箱垂直壁的上部的外表面，并且有一开口靠近所述轴向延伸的部分的下端，所述径向延伸的上部延伸到所述水箱的一侧，所述轴向延伸的部分具有的宽度小于水箱的直径或宽度。

2.如权利要求1所述的储水热水器，其特征在于，还包括一与所述开口连通并从水箱垂直壁径向向外延伸的下部径向延伸的终端部分。

3.如权利要求1或2所述的储水热水器，其特征在于，所述开口的高度低于烟道顶，高于燃烧室。

4.如权利要求2所述的储水热水器，其特征在于，还包括将所述水箱和管道包围起来的绝热层，其中，所述下部径向延伸的终端部分超过所述绝热层而终止。

5.如权利要求2所述的储水热水器，其特征在于，管道的所述轴向延伸部分的所述径向表面呈弧形，以与水箱垂直壁的外半径匹配，从而使在轴向延伸部分内从燃气到水箱内的热水之间达到最大的热交换。

6.如权利要求2所述的储水热水器，其特征在于，当所述下部终端部分可在一高度处连接管道的轴向延伸部分时，可以实现最佳的烟道锁定，所述高度满足这样的条件：当长明燃烧器火苗单独点燃时，作用在烟道内气体上的平均浮力与作用在管道的轴向延伸部分内的气体上的相对的平均浮力平均起来是相互平衡的。

7.如权利要求1或2所述的储水热水器，其特征在于，所述轴向延伸部分具有的宽度在水箱的宽度或直径的30％至95％的范围内。

8.如权利要求1或2所述的储水热水器，其特征在于，轴向延伸部分位于所述水箱的一半或一侧内，一半或一侧上，或沿该一半或一侧。

9.如权利要求1或2所述的储水热水器，其特征在于，所述径向延伸的上部从所述烟道延伸到所述水箱的一侧或一半。

10.如权利要求1或2所述的储水热水器，其特征在于，所述径向延伸的上部管道横向于所述烟道在一个180度的圆弧内延伸。

11.一储水热水器，包括：一储存热水的圆筒形储水箱，且具有一沿轴向通过水箱的管形的热交换器烟道；烟道终止在水箱顶的上方；一燃烧室位于水箱的下方，容纳一加热水箱中水的主燃烧器和一当主燃烧器不点着时仍保持点着的长明燃烧器；一与烟道顶连通的管道，其包括：一径向延伸的上部；一轴向延伸的部分，其径向向内表面直接接触水箱垂直壁的上部的外表面；其中，管道由绝热材料封闭；一下部径向延伸的终端部分与轴向延伸部分的下部连通并离水箱垂直壁延伸超过绝热层；其中，管道的轴向延伸部分的径向向内表面呈弧形，以延伸其与水箱垂直壁的外半径接触的面积；且其中，下终端部分可在一高度处连接管道的轴向延伸部分，该高度满足这样的条件：当长明燃烧器火苗单独点燃时，作用在烟道内气体上的平均浮力与作用在管道的轴向延伸部分内的气体上的相对的平均浮力平均起来是相互平衡的；所述轴向延伸部分的宽度小于水箱的直径或宽度。

12.如权利要求11所述的储水热水器，其特征在于，所述轴向延伸部分具有的宽度在水箱的宽度或直径的30％至95％的范围内。

13.如权利要求11或12所述的储水热水器，其特征在于，所述轴向延伸部分位于所述水箱的一半或一侧内，一半或一侧上，或沿该一半或一侧。

14.如权利要求11或12所述的储水热水器，其特征在于，所述径向延伸的上部从所述烟道延伸到所述水箱的一侧或一半。

15.如权利要求11或12所述的储水热水器，其特征在于，所述径向延伸的上部管道横向于所述烟道在一个180度的圆弧内延伸。

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