CN1305576A - 水箱组件 - Google Patents
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Abstract
一种用于即时燃气燃烧的水加热器的水箱组件,该组件包括冲压成形的、用铜或镀铜钢板制造的异型板,一块板是另一块板的倒象,所述的板成对安装在一起,该成对的板以平行排列的方式安装而形成一热交换器,该热交换器被一水箱包围,该水箱包括固定在排列的板上的、由铜或镀铜钢板制造的、重叠的侧板和端板,该组件被熔焊在一起而形成一燃烧室,以及在所述组件里的、分离的燃烧气体通道和水通道。
Description
本发明的技术领域
本发明涉及一种用于水加热器的热交换器或水箱组件，特别涉及即时燃气燃烧的水加热器以及制造这种装置的方法，以提供符合要求的热水。
现有技术
世界上大约30％的水加热器是“储存型”的，即利用电、燃气或油提供给燃烧器来加热储水容器。这种类型的水加热器可能是低效率的、大容量的和稳定地经受热量向周围环境的逃逸。储存型水加热器的一个问题是限制了在任何一个时间可提供大量热水的能力。
世界上大约70％的水加热器是“即时型”的，即通过即时加热流过加热器的水提供符合需要的热水。这种类型的水加热器的压力受现在可能提供的水的容量的限制。其它的问题源自在制造和组装成本方面、以及能获得向周围环境的最低的热量损失和最高的流体一气体热交换表面积的热交换器和水箱的长寿命方面的困难。
本发明的简要说明
按照本发明的第一方面，提供一种用于即时燃气燃烧的水加热器的水箱组件，该组件包括冲压成形的、用铜或镀铜钢板制造的板，一块板是另一块板的倒象，所述的板成对安装在一起，该成对的板以平行排列的方式安装而形成一热交换器。该热交换器被一水箱包围，该水箱包括固定在排列的板上的、由铜或镀铜钢板制造的、重叠的侧板和端板，该组件被熔焊在一起而形成一燃烧室，以及在所述组件里的、分离的燃烧气体通道和水通道。
较佳的是，热交换器的异型板能使通过水通道的水产生紊流，使通过外侧的燃烧气体产生紊流，该外侧还能给使用时聚集在热交换器外侧表面上的冷凝水提供离开通道。
较佳的是，该水箱具有一冷水进口和一热水出口，至少一个位于燃烧室里的燃气燃烧器，从而使冷水流动经过该组件而作为热水排出。
较佳的是，至少一个燃气燃烧器位于热交换器的上方，而该加热器包括一风扇，该风扇使燃气与空气混合，并迫使燃气/空气混合物到达燃烧器，并作为燃烧的气体经过热交换器。
按照本发明的另一方面，提供一种制造水箱组件的方法，该组件包括冲压成形的热交换器板，侧板和端板用铜或镀铜钢板作材料，将两块板放置在一起，一块板是另一块板的倒象，从而形成一对相邻的板，将许多对热交换器板连接在一起而形成一夹层结构，将侧板固定在夹层结构上，而将端板放置在各角上，从而使侧板与端板重叠，利用一夹具固定该组件，并将该组件放置在一烤炉里持续一预定时间，使铜表面熔焊在一起，以提供一整体的、具有一燃烧室、以及在所述组件里的分离的燃烧气体通道和水通道的组件。
附图的简要说明
现在通过一个例子并参考下面的附图描述一与本发明的所有方面相关的实施例，其中：
图1是一水加热器的前视图；
图2是该加热器的侧视图；
图3是该加热器的另一侧视图；
图4是水箱组件的各零件的分解图；
图5是水箱组件的侧视图；
图6是水箱组件的一个视图；
图7是水箱组件的一平面图；
图8是一组显示热交换器的组装方法和流道的视图，它们形成水箱组件的一部分；以及
图9是形成水加热器的一部分的流动控制阀的示意图。
较佳实施例的详细说明
附图所示的家用水加热器是用燃气作为燃料的，并在工作时提供热水的即时流动，因此不需要用容器来储存大量的热水。
如图1至3所示，水加热器10被安装在一矩形壳体11里，而该壳体被设计成可平贴着外墙安装。该加热器需要连接在一燃气源上，应该明白，该加热器可利用多种燃气进行工作。排放气体通过在加热器前面13上的小孔12进入周围环境。此外，加热器也可这样安装，在其内部通过一小烟道将排放气体排放到大气中，而该小烟道将延伸通过墙壁或天花板。
总之，水加热器10包括一组安装在水箱组件50上的燃烧器20，这样，来自燃烧器的热量经过热交换器51，而热交换器51形成水箱组件50的一部分，该热量加热流动通过热交换器的冷水，使其成为热水从热交换器里排出。一控制机构根据水的流动和所需要的温度、即需求、控制在燃烧器20上燃烧的燃气的数量。燃烧器的燃烧量通过提供风扇30可得到提高，风扇使燃气在燃烧器20之前与空气混合，以便确保使用最有效的的空气燃料化合物。风扇30还迫使燃烧器20产生的热空气垂直向下通过热交换器51。这种类型的热交换器产生冷凝，冷凝水滴入安装在壳体11底部的集水盘71里，或通过排水管72进入水沟。应该明白，适当的建筑物水管装置可用来进行这种排放。
一组燃烧器20安装在加热器10的顶部，并通过混合室31输送空气燃气混合物，而混合室31由燃气调节阀32和电驱动风扇30输送燃气和空气，并在将燃气混合物输送给燃烧器之前使燃气混合在空气里。燃烧器20形成在一陶瓷板35上，而陶瓷板35具有许多延伸通过它的小孔(未画出)。这些小孔提供非常大数量的小火焰，这些火焰向下向着水箱组件50突出。这些火焰被设置成终止于一位置上，该位置正好在热交换器51所在位置之上，而热交换器51位于水箱组件的下半部。
如图1至3所示，冷水进口14从图2所示的装置的左侧延伸进入水箱底部，而热水从装置的右侧通过在热交换器51顶部的热水出口15排出水箱组件50。虽然如此设置，但应该明白，流动方向也可倒转。一水流计量器90监视在冷水进口14处的水的流动。第一温度传感器T1位于冷水进口处，而第二温度传感器T2位于自热交换器51里出来的热水出口15处。第三温度传感器T3位于水流控制阀60处，该控制阀60同时与冷水进口15和热水出口16连接。如图1至3所示，燃气的供应自装置的底部、沿着一侧、通过燃气调节阀32到达风扇30。而来自控制阀60的热水出口16具有第一出口17和第二出口18，第一出口17被设计成可提供最高80℃的水，而第二出口18通过流动传感器19可提供最高50℃的水。这对于这种类型的水加热器是很重要的，使它可以安全控制以防烫伤人。当在出口18里检测到流动时，电子控制系统将自动地限制最适当的温度至50℃。经过热交换器51的燃烧气体在热交换器的底部、通过在加热器前面13上的矩形出口12从装置里排出。对于水加热器工作的主要部分来说，这时的气体温度低于热水的温度，这样，对于环境来说，热量的损失保持在最低程度。
电子控制器80安装在加热器的顶部附近，如图1所示，以便控制加热器10的工作。要正常工作，加热器必须连接在一燃气源、一冷水源和一电源上。
现在参考图4至8详细描述按照本发明某些方面的较佳实施例的水箱组件50，它通常包括一外水箱52，该外水箱用来支承一内部定位的热交换器51，该热交换器51根据热交换器的需要以数目不等的、成对的矩形板53和54形式存在。各对以邻接方式安装，从而在它们之间形成一盘旋的水道。如图8所示，这些板被安装成一夹层结构S，其中各对互相平行，并与相邻对间隔开。在各对之间的间隙55允许来自燃烧器的热空气经过，而这些板互相连接，因此，水流动经过沿着各板的盘旋通道，并经过相邻的板，如图8所示。冷水从矩形夹层结构S的一侧的进口56进入，而作为热水在夹层结构S同一侧的出口57排出。这样，热水出口57靠近热的燃烧气体，而冷水进口56靠近装置的底部，亦即靠近温暖的废气。热交换器的这种设计确保热交换器横向的均匀热量分配，而温度分配自底部至顶部逐渐增加。均匀的横向温度分配确保热量传送的均匀性，并延长了热交换器的使用寿命。
水箱组件50基本上包括三块金属板，即被翻转的、包围组件的相对两侧的侧板100，和被二次翻转的、形成四块板101a、101b、101c和101d的端板101，如图4所示，它们包围且端板重叠，从而限定水箱55。第三块板形成矩形板53和54，当它们以成对间隔方式安装时形成夹层结构，由此构成热交换器51。如图5至7所示，热交换器板形成的夹层结构位于装置的底部，而水箱具有沿着组件上半部、并向下经过端部的流体通道。水箱和热交换器51顶部之间形成的空间是燃烧室。水箱位于热交换器51的外部，而燃烧器的燃气火焰沿着在燃烧室里的组件50的中心线发生。这个特征具有从燃气火焰排出热量的效果，以便减少热量从侧面逃逸，还减少在热交换器51处的热气体的温度。如图5所示，冷水从底部一侧进入组件50，而在热交换器51顶部的相反侧从组件排出。最初，水从环绕着水箱55的侧面和端面的两个方向移动，从而使水在经过热交换器之前流动经过整个水箱。这将减少使热交换器51过热的可能性，并减少热气体的浪费。
通过由三块简单翻转的板来制造该组件，而整个组件可通过简单的冲压工艺可制造。此外，在较佳的实施例里，组件是由镀铜的不锈钢板制造的，而各零件是通过夹具(未画出)组装在一起的，这样，各零件将互相邻接，而所有的邻接表面将是铜对铜。当将该组件放置在一烤炉里，并在一温度下持续一段预定的时间，这将使铜融解，从而提供一成一体的装置，水和空气通道将精确地形成而没有任何泄漏。这样，就不需要电焊、软焊或其它紧固件，铜涂层的这种融解将确保长时间的令人满意的工作。对水流的盘旋通道的设计也是一种特殊的设计，它有助于扰动的流动，从而确保装置里没有停滞的水或热点。此外，这些板的外部形状提供了一条有利于形成在组件外侧的冷凝水流掉的通道。这种水箱组件变得格外有效，并允许最大限度将燃气火焰的热量传送给水，而不会有过热损失和被排出。
一燃气压力传感器84安装在燃气调节阀32的燃气进口处，以检测燃气压力的下降，从而对应燃气压力的不足减少装置的输出。传统的家用燃气压力在最大每小时200兆焦下工作，并受该燃气压力的限制，因此，如果同时有太多的器具在使用时，燃气压力常会下降。为了确保燃气压力的下降不会降低热水的温度，燃气压力传感器84使水的流速降低，以便补偿燃气压力的降低，从而使装置在理想的温度下工作，虽然按照每分钟的升数来说输出减少了。燃气阀和控制器的另一个特征是使用一种氧气传感器，它检测废气里的氧气数量。如果废气里的氧气含量太高或太低，将给控制器80反馈一个信号，以改变气流，确保最适宜的混合物。用计算机控制的控制器80检测三个温度，即在冷水进口处的温度T1，在热交换器出口处的温度T2，以及在装置出口处的热水温度T3。第三温度检测器T3包括可调整的转盘，使用者可通过它调节所需要的输出温度。然后，检测三个温度的控制器可控制通过装置的水的流速，以及进入燃气调节阀32的燃气，并通过改变风扇速度控制空气的输入。控制器40改变这些参数，以确保最高的效率。加热器被设计成每分钟输出32升的水，而水的开始温度在25℃以上。一般的淋浴使用每分钟7至11升的水，这意味着，这种加热器可供三至四个淋浴器同时使用而没有温度的损失或减少的水流。位于冷水进口14处的水流计量器90包括一基本圆柱形的壳体和一叶轮，而该壳体包括一使水流偏转的偏转板。该叶轮安装在一轴上，它是由充满磁性材料的塑料制造的。为了减少对叶轮的侵蚀，在叶轮的外侧涂覆一层环氧树脂。通过叶轮转动产生的磁场确保产生与叶轮的转动速度对应的电信号。而该转动速度取决于被泵送的、通过计量器的水的流速。然后，由水流计量器90产生的电信号传送给控制器80，以便根据需求控制水加热器的工作。还应该明白，至于计量器90，通过该计量器的流速的视觉指示可以在装置上和/或远距离控制器上显示。然后，由水流计量器90产生的电信号传送给控制器80，以便根据需求控制水加热器的工作。
图9所示的水流控制阀60包括一阀腔61，它被一活塞或一可弯曲膜片62分隔成分阀腔61a和61b，膜片62在分阀腔61b一侧连接一流动阻塞件63，该阻塞件63可位于阀的出口65处的阀座64上。分阀腔61a和61b分别连接热交换器51的进口14和出口15。分阀腔61a通过第一电磁断流阀67与冷水进口14连接。而分阀腔61a还通过被第二电磁阀68隔断的旁通管69与出口65连接。在热交换器的两侧存在压力降，这意味着进口处的压力P1大于出口处的压力P2，而出口处的压力大于排放压力P3。
在水流控制阀工作时，电磁阀一般是关闭的，然而，如果对热水的需要太高和需要减少流动时，第一电磁断流阀67打开，而第二电磁阀仍关闭，这具有在分阀腔61a里产生较大压力P1的效果，而压力P1推动膜片，使阻塞件63部分地关闭阀座64，从而减少输出流动。如果需要流动增加，第一电磁阀67关闭，而第二电磁阀68打开，这具有减少膜片两侧压力差的效果，从而使膜片弹性返回，打开阻塞件63，增加输出流动。在热交换器51具有过量的热水、而存在着热水将超过最大温度的危险的情况下，两电磁阀67和68将同时打开，这具有使适当的冷水从进口14通过第二电磁阀68和旁通管69跨越膜片进入出口的效果。这将冷却出口处的水的温度，从而确保它在理想的参数范围内。
为了启动加热器，在燃烧室里使用一电操纵的灼热表面，而控制器确保在水龙头打开时产生水流，首先有一个暂停，以清除燃烧室里的任何可燃烧的气体。然后，有一个短的暂停，在该过程中，灼热表面点火器开始发热或火花点燃开始，然后，空气燃气混合物进入燃烧室。如果没有燃烧，水加热器将切断气流，而整个过程将重复。如果两次失败，装置将关闭，警示灯将告诉该系统的使用者，需要打维修电话了。
对于本技术领域的技术人员来说，在不超出本发明构思和范围的情况下可容易地进行改进，因此，应该明白，本发明并不局限于上面作为例子描述的具体实施例。
Claims (5)
1．一种用于即时燃气燃烧的水加热器的水箱组件，其特征在于，该组件包括冲压成形的、用铜或镀铜钢板制造的异型板，一块板是另一块板的倒象，所述的板成对安装在一起，该成对的板以平行排列的方式安装而形成一热交换器，该热交换器被一水箱包围，该水箱包括固定在排列的板上的、由铜或镀铜钢板制造的、重叠的侧板和端板，该组件被熔焊在一起而形成一燃烧室，以及在所述组件里的、分离的燃烧气体通道和水通道。
2．如权利要求1所述的水箱组件，其特征在于，热交换器的异型板使通过水通道的水产生紊流，使通过外侧的燃烧气体产生紊流，该外侧还给使用时聚集在热交换器外侧表面上的冷凝水提供离开通道。
3．一种即时燃气燃烧的水加热器，其特征在于，它包括如权利要求1或2所述的水箱组件，该水箱具有一冷水进口和一热水出口，至少一个位于燃烧室里的燃气燃烧器，从而使冷水流动经过该组件而作为热水排出。
4．如权利要求3所述的水加热器，其特征在于，至少一个燃气燃烧器位于热交换器的上方，而该加热器包括一风扇，该风扇使燃气与空气混合，并迫使燃气/空气混合物到达燃烧器，并作为燃烧的气体经过热交换器。
5．提供一种制造水箱组件的方法，该组件包括冲压成形的热交换器板，侧板和端板用铜或镀铜钢板作材料，将两块板放置在一起，一块板是另一块板的倒象，从而形成一对相邻的板，将许多对热交换器板放置在一起而形成一夹层结构，将侧板固定在夹层结构上，而将端板放置在各角上，从而使侧板与端板重叠，利用一夹具固定该组件，并将该组件放置在一烤炉里持续一预定时间，使铜表面熔焊在一起，以提供一整体的、具有一燃烧室、以及在所述组件里的分离的燃烧气体通道和水通道的组件。
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