CN101160494A - 家庭用水加热器和用于加热家庭用水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于移动式应用的家庭用水加热器(10)，其带有家庭用水储存器(12)。本发明提出，家庭用水加热器(10)具有流体/家庭用水热交换器(14)，其中热能可以通过辅助加热装置(14)被供给至流体(16)，并且来自流体(16)的热能可以通过所述热交换器(14)至少部分地被传递给家庭用水(20)。本发明还涉及一种用于加热家庭用水的方法。

Description

家庭用水加热器和用于加热家庭用水的方法
技术领域
本发明涉及一种用于移动式应用的家庭用水加热器，其带有家庭用水储存器。本发明还涉及一种用于移动式应用的加热家庭用水的方法。
背景技术
目前在房车(motor home)中，家庭用水主要使用电能或燃气作为能源进行加热。对于静止运行来说，电能是便利、快速和安全的加热选择。但是，电能通常只在特定停车场的相应连接电源处提供并且较为昂贵。利用车载电网(通常为12伏系统)运行电控家庭用水加热系统不能在较长距离中提供足够的缓冲能量，并且不很经济。
燃气相对广泛地用作加热家庭用水的能源。并且已知的与此相关的缺点包括不能总是确保燃气可用性以及由于不当使用和/或不当维护可能产生火灾和爆炸危险。此外，燃气供应罐需要很大的存储空间，而且减小了房车的可能承载能力。
还已知利用来自房车的内燃机的废热加热家庭用水的方法。但是，由于目前使用燃料高效利用的发动机，所产生的可用于加热家庭用水的废热很少。因此，必须提供附加的辅助热源，利用该辅助热源可将家庭用水加热到希望的温度。
另外，已知一种用于移动式应用的家庭用水加热器，其采用加热装置以利用被加热的空气来加热家庭用水。在该方法中，可供车辆使用的被加热空气还用于加热家庭用水。这种方法的一个缺点在于，专门使用被加热的空气来加热家庭用水涉及使用具有较小比热容的介质。这会不利地影响家庭用水加热装置的效果或尺寸。
发明内容
本发明的目的是进一步改进这类家庭用水加热装置，从而将确保独立于作为能源的燃气和电能以简单、高效的方式加热家庭用水。
该目的通过独立权利要求中描述的特征得以实现。
本发明的有利的进一步改进和实施例描述于从属权利要求中。
本发明的家庭用水加热器以一般现有技术为基础，其中该家庭用水加热器具有流体/家庭用水热交换器，其中热能可以通过辅助加热装置被供给至流体，并且流体的热能可以通过热交换器至少部分地被传递给家庭用水。这样，可以有利地依赖于例如辅助加热装置的已有部件或已用流体。通过使用流体作为传热介质加热家庭用水，特别是可以使用具有高比热容的传热介质。而且，本发明的家庭用水加热器提供了下列优点，即可以通过辅助加热装置使流体加热到选定范围之内的任何温度，从而还可以实现用于家庭用水的可能的期望加热水平。同时，作为传热介质的流体可以吸收来自房车的发动机的任何可能存在的废热，并且利用它来加热家庭用水。通过流体/家庭用水热交换器的适当结构配置，出于食品安全考虑，家庭用水和流体可以分开地输送。例如，流体/家庭用水热交换器可以配置为对流热交换器，以便产生高效的热传递。但是，还可以想到其他配置，例如根据连续流加热器原理的热交换器，其中家庭用水在与同一加热器内的流体产生热接触的情况下通过通道输送，或者其中在家庭用水内通过通道输送的流体将热能释放给家庭用水的热交换器。
在优选实施例中，设定流体在闭合传热回路中形成传热介质。举例来说，传热回路可以是房车中的冷却剂回路。这样，家庭用水加热器可以整合到现有回路中。闭合传热回路可以独立于家庭用水能量需求利用辅助加热装置进行加热，并且可以通过流体/家庭用水热交换器补充或专门地加热家庭用水。回路的闭合配置能够使流体与家庭用水物理(或材料)隔离，并同时产生热接触。
特别是，在一个实施例中，可以设定传热回路具有电磁阀。利用电磁阀，可以实现从流体到家庭用水的传热控制。例如，在高家庭用水能量需求的情况下，可以增加流过流体/家庭用水热交换器的流体的流量，而传热回路中的其它能量消耗装置也接收较低的流体流量，或者可选择地可以从回路中完全去除。或者，如果不希望额外加热家庭用水，流体/家庭用水热交换器可以通过相应地切换阀而从传热回路中完全去除。
在本发明的类似优选实施例中，辅助加热装置以液体燃料运行。特别地，如果使用与房车运行所需的相同类型的燃料，能够将相应的燃料简单地供给至辅助加热装置。例如，在静止运行和房车行驶期间，燃料可以从房车的燃料箱中直接抽取，从而实现对辅助加热装置以及家庭用水加热装置的简单供给。
本发明的家庭用水加热装置的一优选实施例设定热交换器布置在家庭用水储存器的内部。该布置有利于使热交换器的相对大的表面与家庭用水接触。例如，家庭用水能够直接围绕着热交换器的区域和/或表面流动。可选择地，热交换器的一部分可以直接伸入家庭用水中，从而能够有效地进行传热。
就此而言，可以进一步有利地设定热交换器形成传热回路的管段。这代表了热交换器的简单、高效的实施例。例如，该管段可以直接浸入家庭用水储存器中并且通过从其中流过的传热流体加热家庭用水。
特别地，可以有利地设定管段为螺旋形。螺旋形实施例扩大了用于释放热能的热交换器的表面，从而改进了传热流体和家庭用水之间的热接触。
此外，在本发明进一步优选的改进中，可以设定家庭用水储存器是绝热的。这确保了在家庭用水加热器关断之后长时间地供应热的家庭用水。
在本发明进一步优选的改进中，设定家庭用水储存器具有圆柱形箱体。这种形状能够由于少量焊缝实现低成本的生产。
本发明进一步涉及一种用于移动式应用的加热家庭用水的方法，所述方法包括下列步骤：
-使用辅助加热装置加热传热回路中的传热流体；
-传热流体流过流体/流体热交换器；
-通过流体/流体热交换器将来自传热流体的至少一部分热能传递给家庭用水。
通过这种方式，还在方法范畴内实现了本发明的优点。
本发明基于以下构思，即利用房车中已有的辅助加热装置、例如独立于发动机的空气加热系统来加热家庭用水。因此，根据本发明，冷却剂/家庭用水热交换器整合在与辅助加热装置相连的冷却剂回路中。例如，热交换器可以配置为伸入家庭用水箱体中的螺旋状或螺线状管段。例如，可以通过电磁阀控制释放到家庭用水中的能量，所述电磁阀供应来自独立于发动机的空气加热系统的热能，以加热家庭用水，加热车辆内部，或加热两者。
在下文中，将参照优选实施例的附图以举例方式对本发明进行更详细地描述。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的家庭用水加热器；
图2示出了带有根据本发明的家庭用水加热器的闭合传热回路的框图；
图3示出了本发明的方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的家庭用水加热器(或家庭用水加热单元)10。该家庭用水加热器10具有家庭用水箱体12。该箱体具有圆柱形的基本形状并且在本示例性实施例中水平布置。家庭用水箱体12的下侧具有家庭用水入口60，其上侧具有家庭用水出口62。这些入口和出口位于该圆柱体(圆筒)的相对端面附近，因此彼此径向相对。待加热的家庭用水20容纳在家庭用水箱体12中。通过适当的绝热(隔热)壁32可以避免家庭用水箱体12周围区域的热能损失。凸缘连接器的对应件63位于邻近家庭用水出口62的家庭用水箱体12的端面的中心处，热交换器14的凸缘连接器64通过四个凸缘螺钉66紧固到所述对应件上。热交换器14具有热交换器入口68和热交换器出口70，所述出口和入口在图中覆盖凸缘螺钉66中的两个。热交换器入口68和热交换器出口70与凸缘连接器64相连。热交换器14的管线68、70、28容纳作为传热介质的冷却剂16。热交换器14的管段28连接到面向家庭用水箱体12的凸缘连接器64的一侧。热交换器在家庭用水箱体12内基本上以U形延伸，其中分配给热交换器出口70的腿部配置为螺旋管30。
根据本发明，热交换器14和家庭用水箱体12在冷却剂回路中的整合示出于图2中，并且为清楚起见在图1中省略。
经由热交换器入口68，被加热的冷却剂16通过管段28流入家庭用水箱体12的内部。沿着从热交换器入口68到热交换器出口70的路径，冷却剂16流过螺旋管30。螺旋管30完全被家庭用水20包围，因此，所述家庭用水通过螺旋管30的管壁与冷却剂16形成紧密热接触。这允许冷却剂将其一部分热能释放到家庭用水20中。位于家庭用水箱体12内部的管段28的U形和/或螺旋状布置使得可以均匀地加热家庭用水20。这在家庭用水中产生温度梯度：与位于家庭用水入口60附近区域的家庭用水箱体12的下部区域中的那部分家庭用水20相比，家庭用水出口62区域中的那部分家庭用水20具有更高的温度。因此，被加热的家庭用水20可以通过家庭用水出口62抽出，而同时冷水通过家庭用水入口60供给至家庭用水箱体12。
图2示出了带有根据本发明的家庭用水加热器的闭合传热回路的框图。该框图示出热交换器14整合到闭合冷却剂回路中。所述回路包括辅助加热装置18和房车的车用发动机46以及相应的管线。辅助加热装置18可以为在内燃机46运转时运行的辅助加热器、在内燃机46不运转时运行的独立于发动机的空气加热系统、或者可在内燃机46运转或内燃机46不运转时均运行的辅助加热器和独立于发动机的空气加热系统的组合。辅助加热装置18在燃烧的基础上产生热量。在本实施例中，燃料26被燃烧，所述燃料还可以被内燃机46使用，以驱动机动车辆。例如，燃料26可以为柴油或汽油。燃料26位于燃料箱48中并且通过管线80、82供给至辅助加热装置18和/或内燃机46。除了内燃机46、独立于发动机的空气加热系统18和热交换器14之外，闭合冷却剂回路包括热交换器40。与流体/家庭用水热交换器14相对照，该热交换器为流体/空气热交换器。在该热交换器中，存在于冷却剂16中的热能被传递给待加热的空气42。当车辆静止时或者在行驶期间，空气42用于加热车辆内部44，以产生舒适的内部温度。除了所列元件之外，闭合冷却剂回路包括管路元件50-58和电磁阀22、24。电磁阀22、24整合到流体/家庭用水热交换器14和流体/空气热交换器40之间以及内燃机46和独立于发动机的空气加热系统18之间的连接部分中。
特别地，图示布置可按两种模式运行：在第一运行模式中，冷却剂16在独立于发动机的空气加热系统18、流体/家庭用水热交换器14、流体/空气热交换器40和内燃机46之间循环。在该模式中，独立于发动机的空气加热系统18通过管线80从燃料箱48中抽取燃料26，燃烧燃料26，并从而加热冷却剂16。冷却剂通过管线50流到流体/家庭用水热交换器14中，在所述热交换器中，冷却剂的一部分热能被传递给容纳于家庭用水箱体12中的家庭用水20，如参照图1所述。冷却剂16可以通过管线52流向流体/空气热交换器40，并同样可以将其热能的一部分传递给待加热的空气42。这用于加热车辆内部44。冷却剂16随后通过管线54流向内燃机46，在所述内燃机中，所述冷却剂用于将内燃机46加热到其工作温度。冷却剂通过管线56返回独立于发动机的空气加热系统18。在这种运行模式下，冷却剂16用于加热家庭用水20和车辆内部44的空气42，并且产生用于内燃机46的适当的工作温度。但是，在某些行驶条件下，例如，如果外部温度足够高的话，可能仅仅希望加热家庭用水20。在这种情况下，在第二运行模式下，电磁阀22、24可用于减小冷却剂回路的尺寸。于是，冷却剂回路仅仅包括独立于发动机的空气加热系统18和流体/家庭用水热交换器14，并且通过管线58闭合。在这种情况下，冷却剂16的所有热能可被用于通过流体/家庭用水热交换器14加热家庭用水20。
上述冷却剂回路仅仅意在解释本发明的构思。当然，例如具有大量电磁阀的显著更复杂的回路也是可以想到的，其中，举例来说，每个热源和/或每个独立的热能消耗装置可以加入到回路中或从回路中去除。这种回路还可以包括更多或更少数量的热能消耗装置。
图3示出了用于解释根据本发明的方法的流程图。该方法从步骤S1开始。在步骤S2中，冷却剂通过还可用于加热车辆的其它部分的独立于发动机的空气加热系统被加热。在步骤S3中，被加热的冷却剂流过冷却剂/家庭用水热交换器。在步骤S4中，冷却剂将其热能的至少一部分传递给家庭用水。在步骤S5中，控制器(或控制单元)监控家庭用水是否已经达到其希望的最终温度。如果已经达到，该方法结束于步骤S6。否则，重新从步骤S2开始。
在上文、附图和权利要求书中公开的本发明的特征可以基本、单独或任何组合的方式被考虑，以实施本发明。
参考标号列表：
10      家庭用水加热器(或家庭用水加热单元)
12      家庭用水储存器(或家庭用水储存单元)
14      流体/家庭用水热交换器
16      流体
18      辅助加热装置
20      家庭用水
22、24  电磁阀
26      燃料
28      管段
30      螺旋管
32      绝热件
40      流体/空气热交换器
42      空气
44      车辆内部
46      内燃机
48      燃料箱
50-58   管线
60      家庭用水入口
62      家庭用水出口
63      凸缘连接器对应件
64      凸缘连接器
66      凸缘螺钉
68      热交换器入口
70      热交换器出口
80、82  燃料管线

Claims (10)

1.一种用于移动式应用的家庭用水加热器，其带有家庭用水储存器(12)，其特征在于，所述家庭用水加热器(10)具有流体/家庭用水热交换器(14)，其中热能可以通过辅助加热装置(18)被供给至流体(16)，并且来自流体(16)的热能可以通过所述热交换器至少部分地被传递给家庭用水(20)。
2.如权利要求1所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述流体(16)形成用于闭合传热回路的传热介质。
3.如权利要求2所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述传热回路具有电磁阀(22，24)。
4.如上述权利要求之一所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述辅助加热装置(18)可以依靠液体燃料(26)运行。
5.如上述权利要求之一所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述热交换器布置在家庭用水储存器(12)的内部。
6.如权利要求5所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述热交换器形成所述传热回路的管段(28)。
7.如上述权利要求之一所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述管段(28)呈螺旋形。
8.如上述权利要求之一所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述家庭用水储存器(12)具有绝热件(32)。
9.如上述权利要求之一所述的家庭用水加热器，其特征在于，所述家庭用水储存器(12)具有圆柱形箱体。
10.一种用于移动式应用的加热家庭用水的方法，其包括下列步骤：
-通过辅助加热系统加热传热回路中的传热流体；
-传热流体流过流体/流体热交换器；
-通过流体/流体热交换器将来自传热流体的至少一部分热能传递给家庭用水。
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