CN109416188A - 用于罐式热水器的分层器 - Google Patents

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Abstract

一种罐式热水器包括存储罐和位于所述罐的外部的加热回路。所述加热回路包括至少一个加热引擎和至少一个泵，所述至少一个泵用于将水从所述罐的底部经过所述加热引擎循环回到所述罐的顶部。分层器以扩散方式将加热的水从所述加热回路引入到所述罐的顶部内以促进热水在所述罐内的分层。

Description

用于罐式热水器的分层器
相关申请的交叉参考
本申请要求2016年6月3日提交的在先提交的共同未决美国临时专利申请No.62/345,548的权益，通过引用将该申请的全部内容结合在本文中。
背景技术
评估热水存储罐的标准是其容积使用效率，即其总存储容器容量的多少百分比填充了期望温度的热水。当部署热水存储罐时，从其下部抽出的冷水经过诸如锅炉、无罐热水器或另一个罐式热水器之类的加热引擎，并且在从其顶部排出到热水存储罐之前加热至期望温度。在热水存储罐被填充的同时，离开存储罐的水温由于填充的热水和罐中存在的冷水的混合而变得越来越暖。为了维持加热引擎的效率和/或出于其它考虑，离开存储罐的下部并且进入加热引擎入口的水的温度不能无限地高。
温度调节通常实施成调节离开存储罐的下部的水温。典型地，来自于加热引擎的热水将通过传统管接头排放到存储罐的顶部内，这会导致正常混合。通过正常混合，水从存储罐的顶部到底部逐渐分层。
发明内容
申请人已经观察到，在具有外部加热引擎的已知热水存储罐中，存储罐的顶部中的水的温度可能显著低于离开加热引擎的水的温度，并且底部中的水的温度可能非常接近顶部中的水的温度。因而，这种系统中的存储罐可能不会填充期望温度的水。
设置新的水分层器来使从加热引擎返回的热水在存储罐中的混合最小化。通过最小化混合，在存储罐的底部附近水横跨薄水层显著分层。在该薄水层上方，水温均匀并且非常接近离开加热引擎的水的温度。在该薄水层下方，水温也是均匀的，但是大大低于离开加热引擎的水的温度。因而，存储罐的大部分填充了期望温度的水，并且加热引擎的效率能够通过来自于存储罐的下部的入口水的低温而得到保证。该新的水分层器将允许高填充流，以缩短填充持续时间。另外，该新的水分层器将允许不同尺寸的存储罐。
在一个构造中，本发明提供了一种用于存储水的罐，该罐包括：顶部和底部；加热回路，该加热回路包括：位于所述罐的外部的加热引擎；加热回路出口，该加热回路出口在所述罐的底部和所述加热引擎之间连通，以将待加热的水从所述罐的底部输送至所述加热引擎；和加热回路返回件，该加热回路返回件在所述加热引擎和所述罐之间连通以使由所述加热引擎加热的水返回至所述罐；以及分层器，该分层器以扩散方式将加热水从所述加热回路返回件引入所述罐的顶部内，以促进所述罐中的热水在所述加热回路出口上方分层。
在一些构造中，通过所述分层器的流体流具有小于500的雷诺数。在一些构造中，所述分层器向被引入所述罐的顶部的加热水赋予层状流。在一些构造中，所述分层器包括用于将加热水扩散到所述罐的顶部内的多个孔。在一些构造中，所述分层器包括竖直地布置在所述罐的顶部中的纵向轴线。在一些构造中，所述分层器包括具有垂直于所述纵向轴线的轴线的多个孔，所述孔致使加热水的层状扩散流进入所述罐的顶部内。在一些构造中，所述罐为圆筒形，并且包括高度和直径，所述罐的高度和直径的纵横比小于2.0或小于1.5或小于1.2。
在另一个构造中，本发明提供了一种使存储在热水器罐中的热水最大化的方法，该方法包括如下步骤：提供具有顶部和底部的罐；用水填充所述罐；从所述罐的底部抽取水；在外部加热引擎中加热从所述罐抽取的水；以及以使得所述罐内的水中的湍流最小化的方式将加热的水从所述外部加热引擎返回至所述罐的顶部。
在本发明的一些方面中，步骤(a)包括提供高度直径比小于2.0或小于1.5或小于1.2的圆筒形罐。在本发明的一些方面中，步骤(e)包括以低于500的雷诺数将加热的水引入到所述罐的顶部内。在本发明的一些方面中，步骤(e)包括以层状流将加热的水引导到所述罐的顶部内。在本发明的一些方面中，步骤(e)包括通过分层器传送加热的水，以便以扩散形式将加热水引入到所述罐的顶部内，以使与所述罐中的水的混合最小化。在本发明的一些方面中，步骤(e)包括将竖直分层器定位在所述罐的顶部中，使加热水流过所述分层器，并且以扩散层状方式利用所述分层器将水引入到所述罐的顶部内。在本发明的一些方面中，所述竖直分层器包括具有水平轴线的多个孔，从而通过所述孔水平地将加热水引入所述罐的顶部内。在本发明的一些方面中，步骤(e)包括以低于500的雷诺数将水引入所述罐的顶部内。
附图说明
通过考虑具体实施方式和附图，本发明的其它方面将变得明显。
图1示出了本发明的包括相对高的罐和单个加热引擎的第一构造。
图2示出了本发明的包括相对高的罐和一对加热引擎的第二构造。
图3示出了本发明的包括相对短的罐和一对加热引擎的第三构造。
图4示出了图3的构造的罐。
图5示出了图3的构造的罐。
图6示出了图3的构造的管道的放大图。
图7是管道的另一个视图。
图8是管道的另一个视图。
图9是本发明的分层器组件。
图10是分层器的剖视图。
图11是分层器的另一个构造的分解图。
图12是包括图11的分层器的分层器组件的侧视图。
图13是图12的构造的端视图。
图14是分层器组件的另一个构造的侧视图。
图15是图14的构造的端视图。
图16是分层器组件的另一个构造的侧视图。
图17是图16的构造的端视图。
图18是分层器组件的另一个构造的侧视图。
图19是图18的构造的端视图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施方式之前，要理解的是，本发明在其应用方面不限于在如下描述中阐述或在如下附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够有其它实施方式并且能够以各种方式实践或执行。
图1示出了根据本发明的第一构造的热水器110，该热水器110包括相对高的水罐120和加热回路130。相对高的水罐120可以具有例如77 5/8英寸的高度和例如281/4英寸的直径，并且可以例如为120加仑热水器。加热回路130位于罐120外部，并且包括管道(下面根据更详细地说明管道)140和加热引擎150。加热回路130从罐120的底部抽取冷水，在加热引擎150中将冷水加热以产生热水，并且使被加热的水返回至罐120的顶部。在该例示性构造中，加热回路130包括用于使水移动经过回路130的单个泵160。在如下构造中也使用诸如罐120、管道140、加热引擎150和泵160之类的部件，并且使用相同的附图标记，除非部件或系统与已经描述的基本不同。
图2示出了根据本发明的第二构造的热水器210，该热水器210包括相对高的水罐120和加热回路230。在该构造中，加热回路230与图1中所示的不同，但是与下面参照图3和图5至8描述的基本相同。例如，加热回路230包括一对加热引擎150而不是单个加热引擎150，并且除了该对加热引擎150之外还包括一对泵160(图3和图5至8所示)。对于一个泵来说，循环为大约7GPM，而对于如图所示的两个串联泵160，为10加仑每分钟(GPM)。
图3示出了根据本发明的第三构造的热水器310，该热水器310包括相对短的水罐320和与图2基本相同的加热回路230。该热水器构造的形状因数在由诸如A.O.史密斯公司制造的热水器之类的商用燃气热水器占据的空间包络内。热水器占据大约77 5/8英寸(高度)×281/4英寸(宽度)×281/4英寸(深度)的空间。换言之，包括罐320和加热回路230(包括加热引擎150)的该热水器310占据由标准燃气取暖热水器(诸如热水器)占据的相同空间，并且可以直接替换这种标准燃气取暖热水器，而无需任何附加空间。
图4示出了图3的热水器的相对短的罐320。该罐320相对较短，其中示例性高度为26.69英寸，并且罐直径为大约22.5英寸。纵横比(H/D)为1.19。在其它构造中，罐320的纵横比可以小于2.0或小于1.5或小于1.2。罐320包括壳体410、冷水入口420、热水出口430、冷水出口440、热水返回件450和温度和压力释放接管(spud)455。之前两个构造的相对高的罐120包括与该构造的相对短的罐320相同的特征，除了用于更高的罐120的罐壳体更高之外。系统流量(即通过冷水入口420进入罐320内且通过热水出口430从罐320流出的流量)可以例如为大约19GPM。本发明的如下操作讨论适合于所有图示的热水器构造110、210、310。
冷水入口420是位于罐头部460上的传统接管(spud)，该接管连接至建筑物的冷水供应管。位于罐120、320内并且支撑在冷水入口420中的浸入管将冷水输送到罐120、320的底部。热水出口430是位于罐头部上的传统接管，该接管连接至建筑物的热水管，以从罐120、320的顶部抽取热水并将热水输送至水龙头、淋浴器、器具或其它热水消耗装置。
冷水出口440是通过罐壳体410与罐320的底部连通的接管。冷水被从罐120、320的底部通过冷水出口440抽取，并且经由加热回路130、230输送至加热引擎150(图1中)或引擎150(图2和图3)。热水返回件450是位于罐320的上头部460中的接管，该接管与加热回路130、230连通以使热水从加热引擎150返回至罐120、320的顶部。压力释放接管455容纳温度和压力释放阀，如果罐中的压力超过阈值，则该释放阀打开。该温度和压力释放阀455位于罐120、320的上部中。
现在转到图5，示出了第二和第三构造(即图2和图3中的热水器210、310)的加热回路230。加热回路230还在图6至8中示出，其中使用相同的附图标记表示回路230的相同部分。
加热回路230包括在罐120、320的冷水出口440和串联布置的一对泵160之间连通的冷水出口管线510。在另选构造中，冷水出口440可以位于任何位置，只要从罐的底部抽取冷水即可。例如，冷水出口440可以通过T形连接而与冷水入口420组合。常开阀520位于一对泵160的上游和下游。具有常闭阀540的旁路导管530在所述泵中的一个或两个需要检修时将一对泵160旁路。将一对泵160与一对加热引擎150(该对加热引擎150可以单独称为第一加热引擎和第二加热引擎)互连的是将冷水输送到加热引擎150的平行输入管线550。平行输出管线560将加热引擎150的输出侧互连至热水返回歧管570，该热水返回歧管570混合来自两个加热引擎150的热水。
单个热水返回线路580将热水从歧管570引导至罐120、320的热水返回件450。类似于冷水出口440，热水返回件450可以放置在另选位置中，只要热水进入罐120、320的顶部内即可。例如，热水返回件450可以通过T形连接而与热水出口430组合。T形连接的一个分支装配到水分层器组件610(图9)的顶端内，并且水分层器组件610拧入罐的热水返回件450的接管内。另一个另选方案是利用侧安装热水返回件并且将热水返回管线580连接至侧安装热水返回件。这种侧安装热水返回件看起来类似于温度和压力释放接管455，并且在罐内位于相同高度处，从而使得水分层器610与罐120、320的上部连通。这将通过罐壳体的侧壁将热水水平地引入到罐120、320的顶部内。
该系统还包括用于每个加热引擎150的泵控制件、UIM和隔离阀。这些隔离阀可以用来修理或更换不正确工作的加热引擎150，同时系统利用单个加热引擎150继续操作。双加热引擎系统150即使在加热引擎150中的一个发生故障时也允许系统继续操作。
相反，第一构造(图1)的加热回路130包括通向单个加热引擎150的单个泵160和单个输入管线550。加热回路130不需要输出管线560或歧管570，而是经由单个热水返回管线580将热水从加热引擎150直接输送至热水返回件450。
来自于罐120、320的冷水流过加热引擎150或引擎150，在流过加热引擎150时被加热，并且作为热水返回至罐120、320。在图示实施方式中，加热引擎150为燃气取暖无罐热水器，但是可以是位于罐120、320外部的基本任何加热引擎(例如，无罐电热水器、蒸汽热交换器)。
图9和10示出了被收纳在罐120、320的热水返回件450中的分层器组件610。在这方面，分层器组件610从加热回路130、230的热水返回管线580接收热水，并且将热水输送到罐20、320的顶部内。分层器组件610包括管接头620和位于管接头620内的分层器630。分层器组件610包括纵向轴线640，该纵向轴线640在图示构造中旨在竖直的(即，通过罐顶头部安装)，但是在其它构造中可以是水平的(例如，通过罐壳体安装)。诸如上、下、顶部和底部之类的术语以及表示方位的其它术语是为了方便相对于图示构造来使用的，但是应该理解为还描述了以水平方位安装的分层器组件610的端部(例如，当分层器组件610在其侧面上水平转动时，上端或顶端和下端或底端分别变成第一端和第二端或左端和右端)。例如，分层器组件610可以通过上述的侧安装热水返回件来安装。
管接头620具有顶端620a和底端620b。管接头620的顶端620a拧入加热回路130、320的热水返回管线580内，并且管接头620的底端620b拧入形成在罐120、320上的热水返回件450的接管内。
分层器630包括顶端630a和底端630b以及相邻于相应顶端630a和630b的上部和下部。分层器630可以由塑料或金属构成。分层器630的上部位于管接头620内。该上部通过干涉配合或者用于保持的其它传统装置保持在管接头620内。分层器630的下部在管接头620的底端620b下方延伸。分层器630的底端630b封闭。当安装在热水返回件450中时，分层器630的下部延伸到罐120、320内。
分层器630的下部包括位于其侧壁中的孔或孔口650的阵列。穿孔或孔的图案包括交错或笔直(即对齐)行的孔650。孔650将垂直于纵向轴线640引导水流。孔650的尺寸被设计为允许任何潜在碎屑通过，从而使得孔650不会堵塞。孔650的尺寸被设计并布置成确保层状流离开孔650。孔650的尺寸还被设计成使得这些开口的组合表面面积得到小于500的雷诺数。这导致层状热水流进入120、320内，这使得罐120、320内的湍流或混合最小化。分层器630将热水扩散到罐120、320的顶部内，并因此可以描述为使热水进入罐120、320的扩散器。孔650平行于纵向轴线640沿着分层器630的下部的长度定位。在图示实施方式中，该长度在近似2英寸和近似3英寸之间(例如，近似2.5英寸)。
通过使混合最小，水在存储罐120、320的底部附近横跨薄水层显著分层。在该薄水层上方，水的温度均匀，并且非常接近于离开加热引擎150的水的温度；在该薄水层下方，水的温度也是均匀的，但是比离开加热引擎150的水的温度低得多。因而，存储罐120、320的大部分填充期望温度的水，并且加热引擎150的效率能够通过来自于存储罐120、320的下部的进入水的低温而得以保证。本发明的水分层器630将允许高填充流，以缩短填充持续时间。另外，该新的水分层器可以与不同尺寸的存储罐120、320一起使用，并且对于相对较短罐320来说将使热水存储容量最大化。
图11至19示出了图9至10中所示的分层器组件610的变形。每个分层器组件使用以上讨论的相同的管接头620，该管接头620为传统部件。
图11至图13示出了分层器组件710的另选版本。图11示出了分层器730，该分层器730由塑料或金属管760构成，其中端盖770焊接在管760的一端内。孔650的结构和布置与图9至图10很相似。管760和端盖770由具有相同厚度的相同材料(例如，塑料或金属)制成，以方便焊接。端盖770中的图案是孔650的同心环或者可以与管760中的孔的图案相同。图12至13示出了分层器组件710，其中分层器730收纳在管接头620中。
图14是另选分层器组件810的侧视图，其中孔650仅位于分层器830下部的一半上。图15的端视图示出了组件810使用与之前描述的组件710相同的端盖770。图16至17示出了类似于图14至15的分层器组件910的另一个版本，但是实心或未穿孔的端盖870没有任何孔。图14至17的分层器组件810、910可以用于水平取向的分层器组件(即通过罐的侧部引入)，其中向上排放热水的孔位于罐120、320的顶部中，以阻止与分层器组件710、810下面的水进行混合。
图18至图19示出了类似于图11至13的分层器组件1010，但是分层器1030包括类似于图17中的实心端盖870。
因而，除了其它方面之外，本发明提供了一种热水器，该热水器具有热水存储罐和至少一个外部加热引擎，并且利用分层器，该分层器以使混合最小化并使存储罐中的热水量最大化的方式使热水返回到罐。本发明的各种特征和优点在随后权利要求中阐述。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种罐式热水器，该罐式热水器包括：
用于存储水的罐，所述罐包括顶部和底部；
加热回路，该加热回路包括：位于所述罐的外部的加热引擎；加热回路出口，该加热回路出口在所述罐的底部与所述加热引擎之间连通，以将待加热的水从所述罐的底部输送至所述加热引擎；和加热回路返回件，该加热回路返回件在所述加热引擎与所述罐之间连通以使由所述加热引擎加热的水返回至所述罐；以及
分层器，该分层器以扩散方式将全部加热的水从所述加热回路返回件引入所述罐的顶部内，以促进所述罐中的热水在所述加热回路出口上方分层。
2.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述分层器包括孔口，这些孔口被布置成并且尺寸被设计成使得所述孔口的组合表面面积导致具有小于500的雷诺数的流体流通过所述分层器。
3.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述分层器向被引入所述罐的顶部的加热的水赋予层状流。
4.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述分层器包括用于将加热的水扩散到所述罐的顶部内的多个孔。
5.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述分层器包括竖直地布置在所述罐的顶部中的纵向轴线。
6.根据权利要求5所述的热水器，其中，所述分层器包括具有垂直于所述纵向轴线的轴线的多个孔，所述孔致使加热的水的层状扩散流进入所述罐的顶部内。
7.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述罐为圆筒形，并且包括高度和直径，所述罐的高度与直径的纵横比小于2.0。
8.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述罐为圆筒形，并且包括高度和直径，所述罐的高度与直径的纵横比小于1.5。
9.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述罐为圆筒形，并且包括高度和直径，所述罐的高度与直径的纵横比小于1.2。
10.一种使存储在热水器罐中的热水最大化的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供具有顶部和底部的罐；
(b)用水填充所述罐；
(c)从所述罐的底部抽取水；
(d)在外部加热引擎中加热从所述罐抽取的水；以及
(e)以使得所述罐内的水中的湍流最小化的方式将全部加热的水从所述外部加热引擎返回至所述罐的顶部。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(a)包括提供高度直径比小于2.0的圆筒形罐。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(a)包括提供高度直径比小于1.5的圆筒形罐。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(a)包括提供高度直径比小于1.2的圆筒形罐。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括使用分层器将加热的水引入到所述罐的顶部内，所述分层器具有孔口，这些孔口被布置成并且尺寸被设计成使得所述孔口的组合表面面积导致低于500的雷诺数的流体流。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括以层状流将加热的水引入到所述罐的顶部内。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括通过分层器传送加热的水，以便以扩散形式将加热的水引入到所述罐的顶部内，以使与所述罐中的水的混合最小化。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括将竖直分层器定位在所述罐的顶部中，使加热的水流过所述分层器，并且以扩散层状方式利用所述分层器将水引入到所述罐的顶部内。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述竖直分层器包括具有水平轴线的多个孔，从而通过所述孔水平地将加热的水引入所述罐的顶部内。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，步骤(e)包括以低于500的雷诺数将水引入所述罐的顶部内。

Claims (19)

1.一种罐式热水器，该罐式热水器包括：
用于存储水的罐，所述罐包括顶部和底部；
加热回路，该加热回路包括：位于所述罐的外部的加热引擎；加热回路出口，该加热回路出口在所述罐的底部与所述加热引擎之间连通，以将待加热的水从所述罐的底部输送至所述加热引擎；和加热回路返回件，该加热回路返回件在所述加热引擎与所述罐之间连通以使由所述加热引擎加热的水返回至所述罐；以及
分层器，该分层器以扩散方式将加热的水从所述加热回路返回件引入所述罐的顶部内，以促进所述罐中的热水在所述加热回路出口上方分层。
2.根据权利要求1所述的热水器，其中，通过所述分层器的流体流具有小于500的雷诺数。
3.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述分层器向被引入所述罐的顶部的加热的水赋予层状流。
4.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述分层器包括用于将加热的水扩散到所述罐的顶部内的多个孔。
5.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述分层器包括竖直地布置在所述罐的顶部中的纵向轴线。
6.根据权利要求5所述的热水器，其中，所述分层器包括具有垂直于所述纵向轴线的轴线的多个孔，所述孔致使加热的水的层状扩散流进入所述罐的顶部内。
7.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述罐为圆筒形，并且包括高度和直径，所述罐的高度与直径的纵横比小于2.0。
8.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述罐为圆筒形，并且包括高度和直径，所述罐的高度与直径的纵横比小于1.5。
9.根据权利要求1所述的热水器，其中，所述罐为圆筒形，并且包括高度和直径，所述罐的高度与直径的纵横比小于1.2。
10.一种使存储在热水器罐中的热水最大化的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供具有顶部和底部的罐；
(b)用水填充所述罐；
(c)从所述罐的底部抽取水；
(d)在外部加热引擎中加热从所述罐抽取的水；以及
(e)以使得所述罐内的水中的湍流最小化的方式将加热的水从所述外部加热引擎返回至所述罐的顶部。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(a)包括提供高度直径比小于2.0的圆筒形罐。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(a)包括提供高度直径比小于1.5的圆筒形罐。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(a)包括提供高度直径比小于1.2的圆筒形罐。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括以低于500的雷诺数将加热的水引入到所述罐的顶部内。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括以层状流将加热的水引入到所述罐的顶部内。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括通过分层器传送加热的水，以便以扩散形式将加热的水引入到所述罐的顶部内，以使与所述罐中的水的混合最小化。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括将竖直分层器定位在所述罐的顶部中，使加热的水流过所述分层器，并且以扩散层状方式利用所述分层器将水引入到所述罐的顶部内。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述竖直分层器包括具有水平轴线的多个孔，从而通过所述孔水平地将加热的水引入所述罐的顶部内。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，步骤(e)包括以低于500的雷诺数将水引入所述罐的顶部内。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD866734S1 (en) * 2017-12-21 2019-11-12 Bdr Thermea Group B.V. Wall mounted water heater
USD921863S1 (en) * 2019-04-07 2021-06-08 Richard Oliva Tankless water heater housing
US11768012B2 (en) * 2020-10-30 2023-09-26 Ut-Battelle, Llc Hydraulically opened cone vertical tube diffuser with slanted anti-siphon hole

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4510922A (en) * 1983-01-10 1985-04-16 Thermo Electron Corporation Energy storage system having thermally stratified liquid
DE3819317A1 (de) * 1987-07-20 1988-12-22 Schwerin Energiekombinat Anordnung zur wirbelfreien einleitung von speichermedien in schichtenwaermespeicherbehaelter
US20110094706A1 (en) * 2009-10-26 2011-04-28 Dritan Ramani Thermal stratified tank

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB606225A (en) 1946-01-10 1948-08-10 Cossor Ltd A C Improvements relating to water heaters
US2602465A (en) * 1949-10-18 1952-07-08 Otto C Goehring Inlet tube for storage tanks and the like
US2766200A (en) * 1952-09-04 1956-10-09 Westinghouse Electric Corp Water heating apparatus
GB906910A (en) 1959-07-11 1962-09-26 Cyril Heathcote Hoare Improvements in hot water circulating apparatus
US3181793A (en) 1961-10-23 1965-05-04 Jet Heet Inc Integral hot air space heating and water heating system
US3316894A (en) * 1965-06-01 1967-05-02 Avy L Miller Water heating and storage system
FR2230953A1 (en) 1973-05-21 1974-12-20 Paier Elie Water circulation system for long radiator - differentially perforated discharge tube inside ensures even heat exchange
FR2304870A1 (fr) 1975-03-18 1976-10-15 Charlier Guy Systeme monobloc, meuble de cuisine, convecteur de chaleur, assurant par logement le chauffage radiateurs, la distribution d'eau chaude sanitaire, le controle et la mesure de la chaleur usee delivree a partir d'une centrale commune ou urbaine par eau chaude bp ou hp, vapeur bp, hp ou sous vide ou de l'electricite
US4248294A (en) * 1978-05-01 1981-02-03 Goettl Bros. Metal Products, Inc. Solar hot water heating system
US4278069A (en) 1980-01-31 1981-07-14 Harsco Corporation Water heater
DE3714261C1 (de) 1987-04-29 1988-07-07 Rolf Bommer Brennwert-Heizkessel und Verfahren zu seinem Betreiben
DE3830606A1 (de) 1987-09-11 1989-04-13 Genie Climatique Thermique Kessel fuer die warmwasserbereitung
DE4443715C2 (de) 1994-12-09 1997-04-17 Solvis Solarsysteme Gmbh Warmwasserbereiter
CN2308044Y (zh) 1997-04-18 1999-02-17 林钧浩 多功用快速蒸汽热水开水器
US5988117A (en) * 1997-05-29 1999-11-23 Bradford White Corp Top inlet for a water heater
DE29808531U1 (de) 1998-05-12 1998-07-30 Moosmann Josef Pufferspeicher
US6436285B1 (en) 1999-12-22 2002-08-20 William B. Kerfoot Laminated microporous diffuser
US6976802B2 (en) * 2000-10-11 2005-12-20 The Clorox Company Fluid distribution nozzle and stream pattern
US6770194B1 (en) 2003-01-10 2004-08-03 Aquaria, Inc. Water overflow device and water return device
US6935280B1 (en) * 2004-09-17 2005-08-30 Bradford White Corporation Cold water inlet for reducing accumulation of scale
CN101065620B (zh) 2004-10-27 2011-08-17 达克斯制造有限公司 热水器以及操作该热水器的方法
US7634976B2 (en) * 2006-03-30 2009-12-22 Bradford White Corporation Apparatus and method for delivering water into a water heater
US7392766B2 (en) 2006-11-21 2008-07-01 Rheem Manufacturing Company Temperature and pressure relief apparatus for water heater
DE102006058160A1 (de) 2006-12-09 2008-06-12 Martin Kraus Warmwasser-Schichtspeicher
US20080265046A1 (en) 2007-04-25 2008-10-30 Rich Grimes Tankless water heater hot water return system
US7861678B2 (en) * 2007-06-08 2011-01-04 Mcclellan W Thomas High-efficiency water heater dip tube and method for reducing turbulence in water heaters
DE102009024304B4 (de) 2009-06-05 2012-02-02 Peter Gebhardt Wärmepumpenheizung mit Entnahmemischer
AT508481B1 (de) 2009-06-25 2012-04-15 Vkr Holding A S Verfahren zur erwärmung von brauchwasser
AT508480B1 (de) 2009-06-25 2012-04-15 Vkr Holding A S Verfahren zur bereitstellung von wärme
US8720388B2 (en) * 2010-09-08 2014-05-13 General Electric Company Demand management for water heaters
FR2983566B1 (fr) 2011-12-06 2014-01-24 Alain Triboix Brise-jet dispose a l'entree d'eau dans un reservoir de stockage d'eau chaude.
US10288316B1 (en) * 2013-07-29 2019-05-14 Mercury Plastics Llc Dip tube
US20160003468A1 (en) 2014-07-01 2016-01-07 Pvi Industries, Llc Indirectly Heated, Storage Water Heater System
US10429084B2 (en) * 2017-02-21 2019-10-01 A. O. Smith Corporation Heat pump water heater

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4510922A (en) * 1983-01-10 1985-04-16 Thermo Electron Corporation Energy storage system having thermally stratified liquid
DE3819317A1 (de) * 1987-07-20 1988-12-22 Schwerin Energiekombinat Anordnung zur wirbelfreien einleitung von speichermedien in schichtenwaermespeicherbehaelter
US20110094706A1 (en) * 2009-10-26 2011-04-28 Dritan Ramani Thermal stratified tank

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