CN101263347B - 水加热器以及操作该水加热器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种水加热器(10)，包括水箱(12)、燃烧器(26)以及加热气体排出管道(40)。水箱(12)具有出口(24)大致邻近水箱(12)的顶部(20)的大致位于中心的烟道(14)。水箱(12)适合将烟道(14)安装成大致竖直的。燃烧器(26)位于水箱(12)的下方。燃烧器(26)具有空气入口(32)和引燃火焰，其适于燃烧燃料以使加热气体向上通过烟道(14)排放。加热气体排出管道(40)具有大致无限制的横截面，其具有与烟道出口(24)气体连通的上部第一端部(42)以及与大气气体连通的下部第二端部(46)。当仅引燃火焰燃烧时，加热气体排出管道(40)适合将经由空气入口(32)吸入到烟道(14)中的空气限制到维持引燃火焰点燃所需的最少量。

Description

水加热器以及操作该水加热器的方法
技术领域
本发明涉及一种水加热器以及一种操作该水加热器的方法。
本发明主要开发用于自然通风水加热器，该水加热器具有位于水箱基部的气体燃烧器以及穿过水箱用于使箱内的水加热的烟道。
背景技术
自然通风水加热器是众所周知的，其广泛用于家庭用水加热以及其它应用。很多购买者和这种水加热器的所有者认为这种水加热器的能量利用率是一个重要的考虑因素。
澳大利亚燃气协会(Australian Gas Association，AGA)执行对水加热器的性能测试，并产生表示加热器总体能量利用率的星级(商标)评定(例如，5星级)。星级评定越高，总体能量利用率越高。一般而言，星级评定是下列因素的结合：利用率以及保温。利用率是能量从燃料传递到加热的水的量度(即，热交换效率)。保温是保持水内的存储能量的量度(即，保温效果)。
自然通风水加热器以两种模式进行操作：当主燃烧器操作(即，点燃)时的“加热”模式；以及当主燃烧器不操作时的“保温”模式。在具有持续操作的引燃火焰的水加热器中，在保温模式中只有燃烧器的引燃火焰点燃。在具有重新电子点燃主燃烧器的电子控制气阀的水加热器中，在保温模式下没有引燃火焰。
此外，具有引燃火焰和敞开烟道(即，没有限制地直接通到大气的烟道)的水加热器在保温模式下将引燃火焰能量的约60％传递到水，并通过烟道损失引燃火焰能量的约40％。使能量损失最小化的尝试包括在烟道的下游放置调节风门(即，流量控制阀)，在保温模式下控制该调节风门用以阻止烟道对大气敞开。
但是，这种方法的缺点在于调节风门增加了水加热器的成本和复杂性，并且在加热器处于加热模式时如果调节风门卡在关闭位置还会造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械结构简单、成本相对较低并且能够达到AGA的5星级能量评定的水加热器。
因此，本发明的第一方面提供一种水加热器，其包括：
水箱，其具有出口大致邻近所述水箱顶部的大致位于中心的烟道，所述水箱适合将所述烟道安装成大致竖直的；
位于所述水箱下方的燃烧器，所述燃烧器具有空气入口和引燃火焰，并适于燃烧燃料以使加热气体向上通过所述烟道排放；以及
具有大致无限制的横截面的加热气体排出管道，其具有与所述烟道出口气体连通的上部第一端部以及与大气气体连通的下部第二端部，
其中，当仅所述引燃火焰燃烧时，所述加热气体排出管道适合将经由所述空气入口吸入到所述烟道中的空气限制到维持所述引燃火焰点燃所需的最少量。
所述管道的长度优选地是所述烟道的长度的约20％至30％，最优选地是所述烟道的长度的25％。所述管道和所述烟道优选地是圆筒形的，并具有大致相等的直径。
本发明的第二方面提供一种水加热器，其包括：
水箱，其具有出口大致邻近所述水箱的顶部的大致位于中心的烟道，所述水箱适合将所述烟道安装成大致竖直的；
位于所述水箱下方的燃烧器，所述燃烧器具有空气入口和电子控制点火器，并适于燃烧燃料以使加热气体向上通过所述烟道排放；以及
具有大致无限制的横截面的加热气体排出管道，其具有与所述烟道出口气体连通的上部第一端部以及与大气气体连通的下部第二端部，
其中，所述管道具有与所述烟道大致相同的横截面面积，并且所述管道为所述烟道长度的约25％。
所述管道和所述烟道优选地是圆筒形的。
本发明的第三方面提供一种在水加热器内维持引燃火焰点燃的方法，所述水加热器具有包括底部、顶部和大致位于中心的烟道的水箱，所述方法包括以下步骤：
经由所述烟道将来自所述引燃火焰的加热气体从所述水箱的底部引导到所述水箱的顶部；并且
经由具有大致无限制的横截面的大致朝下指向的管道将所述加热气体从所述水箱的顶部引导到大气，所述管道适于将吸入所述烟道中的所述气体流量限制到仅维持所述引燃火焰点燃所需的最少量。
本发明的第四方面提供一种在保温模式下操作水加热器的方法，所述水加热器具有包括底部、顶部、设有引燃火焰的燃烧器和大致位于中心的烟道的水箱，所述方法包括以下步骤：
经由所述烟道将来自所述引燃火焰的加热气体从所述水箱的底部引导到所述水箱的顶部；并且
经由具有大致无限制的横截面的大致朝下指向的管道将所述加热气体从所述水箱的顶部引导到大气，所述管道适于将吸入所述烟道中的所述气体流量限制到仅维持所述引燃火焰点燃所需的最少量。
附图说明
现将参照附图并仅通过示例来描述本发明的优选实施方式，其中：
图1是根据本发明第一实施方式的水加热器实施方式的示意性侧视截面图。
具体实施方式
参见图1，其示出根据本发明的第一实施方式的自然通风水加热器10。水加热器10包括带有中心烟道14的圆筒形钢制水箱12。烟道14具有长度L1，并且烟道14中具有螺旋形挡板16。该水箱具有内凹的(穹形的)底部18和外凸的(穹形的)顶部20。烟道14具有与水箱底部18相邻的入口22以及略高于水箱顶部20的出口24。使用时，水箱12几乎完全充满水。
本领域技术人员应当理解，冷水经由水箱12的靠近其底部16的冷水入口(未示出)从主供水系统引入，并且热水经由靠近水箱12的顶部20的热水出口(未示出)放出以供使用。
燃烧器26位于水箱底部18的下方。本领域的技术人员应当理解，燃烧器28具有引燃火焰(未示出)并适合燃烧优选为天然气的燃料，并且使加热气体向上通过烟道14排放用于对水箱12内的水进行热传递。水箱12的外部由绝热体28围绕。水箱12和绝热体28容纳在包括空气入口32的外壳30内。空气入口32经由通道34与燃烧器26气体连通。燃烧器28还具有关联的燃气控制系统36。
水加热器10还包括加热气体排出管道40，排出管道40具有由绝热的U形连接部44连接到烟道出口24的上部第一端部42以及对大气敞开的下部第二端部46。管道40具有长度L2，并具有大致敞开或无限制的圆筒形横截面(即没有阀或调节风门等)。管道40适于为流经其中的气流提供阻力，使得当水加热器处于保温模式(即，仅引燃火焰燃烧)时穿过管道40的气体受到平衡阻力，这样将吸入烟道14中的空气限制到完成燃烧并维持引燃火焰点燃所需要的最少量。因此一般而言，使通常在保温模式下通过无限制的出口损失的能量降至最少，并且提高水加热器的星级评定，特别是关于保温部分的星级评定。
管道40的阻力主要通过改变其直径和长度进行调节。管道40的直径近似等于烟道16的直径用以避免阻塞通过烟道/管道的气流。在所示的实施方式中，管道长度L2约为烟道长度L1的25％。此外，本领域的技术人员应当理解，包括材料和内部表面光洁度在内的其它因素会影响到由管道40提供的阻力。
一般而言，管道40的相对长度由下面的重复过程来决定。首先，将用于引燃火焰的燃气供应设为可以满足环境(例如，风)和法规要求的最少量。第二，在未附接管道40并且将挡板16的限制调整到满足排放要求并使关于利用率的星级评定部分最高的情况下，对水加热器10进行测试。然后附接管道40。如上所述，这样提高了关于保温的星级评定部分。但是，这也通常导致关于利用率的星级评定部分下降。然后调整挡板16，通过减小其限制来提高关于利用率的部分，直到达到可接受的排放水平。然后调整管道40的长度用以试图提高关于保温的部分。以重复的方式持续该过程，直到总体星级评定最高。
因为当加热器10处于保温模式时，通过减小从烟道14到大气的热损失，管道40增加了从引燃火焰到水的热传递，因此提高了水加热器10的效率。这样提高了关于保温的星级评定部分。更具体地，可以估算出，类似于参照水加热器10描述的水加热器在保温模式下将引燃火焰能量的约80％传递到水，并且通过烟道仅损失引燃火焰能量的约20％。此外，这种水加热器不会降低它们的关于利用率的星级评定部分以至危及它们的总体星级评定。此外，实现了不易阻塞或产生其它机械故障的机械结构相对简单的设置。
根据本发明的第二实施方式的水加热器(未示出)除了具有重新电子点燃主燃烧器的电子控制气阀之外与水加热器10相似。该加热器在保温模式下没有点燃的引燃火焰。因为管道40提供阻力并因此减慢离开烟道的加热的空气(即，通过从周围的水传热而被加热的空气)的流动，因此管道40也提高了该加热器的星级评定。
虽然参照优选实施方式对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应当理解，本发明能够以多种其它形式来实施。

Claims (6)

1.一种水加热器，包括：
水箱，其具有出口大致邻近所述水箱顶部的大致位于中心的烟道，所述水箱适于将所述烟道安装成大致竖直的；
位于所述水箱下方的燃烧器，所述燃烧器具有空气入口和引燃火焰并适于燃烧燃料以使加热气体向上通过所述烟道排放；以及
具有大致无限制的横截面的加热气体排出管道，其具有与所述烟道出口气体连通的上部第一端部以及与大气气体连通的下部第二端部，
其中，当仅所述引燃火焰燃烧时，所述加热气体排出管道适合将经由所述空气入口吸入所述烟道中的空气限制到维持所述引燃火焰点燃所需的最少量，并且所述管道的长度是所述烟道长度的约20％至30％，并且圆筒形的所述管道和所述烟道具有大致相等的直径。
2.如权利要求1所述的水加热器，其中所述管道的长度是所述烟道长度的约25％。
3.一种水加热器，包括：
水箱，其具有出口大致邻近所述水箱顶部的大致位于中心的烟道，所述水箱适于将所述烟道安装成大致竖直的；
位于所述水箱下方的燃烧器，所述燃烧器具有空气入口和电子控制点火器并适于燃烧燃料以将加热气体向上通过所述烟道排放；以及
具有大致无限制的横截面的加热气体排出管道，其具有与所述烟道出口气体连通的上部第一端部以及与大气气体连通的下部第二端部，
其中，当仅所述引燃火焰燃烧时，所述加热气体排出管道适合将经由所述空气入口吸入所述烟道中的空气限制到维持所述引燃火焰点燃所需的最少量，并且所述管道具有与所述烟道大致相同的横截面面积，并且所述管道为所述烟道长度的约25％。
4.如权利要求3所述的水加热器，其中所述管道和所述烟道为圆筒形。
5.一种在水加热器内维持引燃火焰点燃的方法，所述水加热器具有包括底部、顶部和大致位于中心的烟道的水箱，所述方法包括以下步骤：
经由所述烟道将来自所述引燃火焰的加热气体从所述水箱的底部引导到所述水箱的顶部；并且
经由具有大致无限制的横截面的大致朝下指向的管道将所述加热气体从所述水箱的顶部引导到大气，所述管道适于将吸入所述烟道中的所述气体流量限制到仅维持所述引燃火焰点燃所需的最少量，并且所述管道具有与所述烟道大致相同的横截面面积，并且所述管道的长度是所述烟道长度的约20％至30％。
6.一种在保温模式下操作水加热器的方法，所述水加热器具有包括底部、顶部、设有引燃火焰的燃烧器和大致位于中心的烟道的水箱，所述方法包括以下步骤：
经由所述烟道将来自所述引燃火焰的加热气体从所述水箱的底部引导到所述水箱的顶部；并且
经由具有大致无限制的横截面的大致朝下指向的管道将所述加热气体从所述水箱的顶部引导到大气，所述管道适于将吸入所述烟道中的所述气体流量限制到仅维持所述引燃火焰点燃所需的最少量，并且所述管道具有与所述烟道大致相同的横截面面积，并且所述管道的长度是所述烟道长度的约20％至30％。
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