TWI276761B - High efficiency water heater - Google Patents

Description

1276761 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種高效率熱水器，且特別是有關於 一種改善熱交換(heat transfer)效率之工業用熱水器。 【先前技術】 一般而言，工商業用以及居家用的熱水器其所產生之 功率約為幾萬BTUs，甚至幾十萬BTUs。近年來，熱水 器製造商’特別是工商業用途之熱水器製造商，一直尋求 可k咼熱能轉換效率之方式，以使燃料(fuel)之熱能經由燃 燒之後能轉換成儲存於熱水器中之熱水。因此/長期^來“'，' 提高工商業用或居家用之熱水器的熱交換效率，以獲得最 大的熱交換效率乃是首要目的。 &、 然而’吾熱父換效率增加時，所延伸之問題是燦声所 產生之水蒸氣，其凝結的效率亦隨之增加。特別是了二曰 燃料與空氣混合燃燒，其燃燒產物中必舞合產生水 : 當燃燒氣體的溫度下_，賴會料熱 = 水流之中，且相對二 效率超過一此』 會加速路發生腐#，增加氧化及形=錄均 1276761 降低熱交換的效率，且造成熱交換器發生故障。 工商業用及居家用熱水器也可以設計成在較低的熱交 換率下操作，就不會形成增量的凝結(也就是低於凝結模 式）’緣此酸性燃燒產物將以蒸氣的型態隨著較高溫度之燃 燒氣體而排出。不過，這樣一來，熱水器之熱交換效率將 大打折扣。 有鑑於此，提高熱水器之熱交換效率的同時能克服水 蒸氣凝結的問題，將是目前刻不容緩的課題。 【發明内容】 為達本發明之上述目的，本發明提出一種熱水器，用 以改善其熱交換效率。此熱水器具有一貯水槽(watertank) 以及一煙道系統(flue system)，而煙道系統部分延伸並穿過 貯水槽之内部，以使煙道系統中的燃燒產物其熱能可轉換 至貯水槽之水中。此煙道系統包括一上游熱交換區 (upstream heat transfer portion)以及一下游熱交換區 (downstream heat transfer portion)，兩者分別至少具有一垂 直煙道管(vertical flue tube)。此外，上游熱交換區提供一 第一通道(firstpass)以轉換熱能至貯水槽之水中，而下游熱 交換區則提供一第二通道(second pass)以轉換熱能至貯水 槽之水中。 為達本發明之上述目的，本發明提出另一種熱水器， 用以改善其熱交換效率。此熱水器具有一鼓風機(w〇wer)， 用以接收燃料以及空氣，並傳送燃料以及空氣大致上沿著 垂直軸向移動。此外，熱水器還具有一燃燒器(bumer)，由 6 I276761 政風機往下沿著垂直軸向(vertical axis)排列，用以接收燃 料以及空氣，並傳送燃料與空氣相互作用所產生之燃燒產 物石著垂直軸向移動。另外，熱水器還包括一煙道管(flue ^be) ’其部分區段(segment)係沿著垂直軸向延伸，而煙道 ，可接收來自燃燒器之燃燒產物，且此部分區段可提供一 第一通道以轉換熱能至熱水器之水中。 依照本實施例所述，提供一種用以排放來自於熱水器 之，道系統中之燃燒產物以及凝結水的系統。此系統具有 ―,器(receptacle)，用以盛裝來自煙道系統之燃燒產物以 及/旋結水，而容器具有一開口（orifice)，用以排放容器内之 燃燒產物，且容器還具有一排水口（〇utlet)，用以排出容器 内之凝結水。 m 依照本實施例所述，提供一種熱水器之煙道系統，具 有:上游熱交換區以及一下游熱交換區，上游熱交換區用 =提供一第一通道以轉換熱能至熱水器之水中，而下游熱 交換區用以提供一第二通道以轉換熱能至熱水器之水中#。、 此外，下游熱交齡至少具有—垂紐道f，其内表面可 接觸到流通㈣錢道管内之職絲，而煙道管之外表 面可接觸到熱水器中之水。另外，垂直煙道管之每一内、 外表面均塗上(coated)保護層以降低腐蝕的發生。 、依照本實施例所述，本發明提出一種裝置(奶％11^1力， 用以一向煙道官之部分區段中的燃燒產物。此裝置包括一 隔熱，(insulator)，其至少形成一腔室(chamber)，用以導向 煙迢官之部分區域中的燃燒產物。此裝置還包括一外蓋 1276761 (cove^ ’其部分覆蓋於隔熱體之外圍，且此外蓋可連接至 …、之貝丁水槽。在未壓縮(肋⑺mpresse(j)的情況下，當隔 熱體位於外蓋之中時，可由外蓋向外延伸，而在壓縮 (compressed)的情況下，隔熱體則可允許外蓋連接至貯 槽。 一依照本實施例所述，本發明提出一種形成燃燒產物之 熱通路(passage)的方法，適用於熱水器之一煙道管的部 分區段。此方法包括配置一隔熱體於一外蓋中，且隔熱體 部分延伸於外蓋之外。接著，壓縮隔熱體之延伸部至熱水 器之一貯水槽，以使外蓋靠近或接觸到貯水槽。之後，連 接外盖至I了水槽，以形成一密封（sealecj)且隔熱通路 (insulated passage)於煙道管之部分區段。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下。 【實施方式】 请參考圖示’在本發明一較佳實施例中，提出一種煙 道糸統，適用於一熱水器中，以提高熱水器之熱交換效率。 煙道系統包括一上游熱交換區，其具有至少一垂直煙道 管。煙道系統還包括一下游熱交換區，其具有至少一垂直 煙道管。此外，上游熱交換區提供一第一通道以轉換熱能 至熱水器之水中，而下游熱交換區則提供一第二通道以轉 換熱能至熱水器之水中。 在另一實施例中，熱水器10具有一鼓風機104，用以 1276761 接收燃料以及空氣，而鼓風機1〇4可傳送燃料以及空氣大 致上沿著垂直軸向移動。此外，熱水器1〇還具有一燃燒器 102 ’由豉風機1〇4往下沿著垂直軸向排列，用以接收燃料 以f空氣，並傳送燃料與空氣相互作用所產生之燃燒產物 /口著垂直軸向移動。另外，熱水器還包括一煙道管26， 其部分區段係沿著垂直軸向延伸，而煙道管26可接收來自 燃燒器102之燃燒產物，且此部分區段可提供一第一通道 以轉換熱能至熱水器1〇之水中。 在另一貫施例中，提供一種用以排放來自於熱水器10 之煙道系統中之燃燒產物以及凝結水的系統4〇。此排放系 統40具有一容器64，用以盛裝來自煙道系統之燃燒產物 以及凝結水，而容器64具有一開口 68，用以排放容器64 内之燃燒產物，且容器64還具有一排水口 70，用以排出 容器64内之凝結水。 在另一實施例中，提供一種熱水器1〇之煙道系統，此 煙道系統具有一上游熱交換區26以及一下游熱交換區，上 游熱父換區用以提供一第一通道以轉換熱能至熱水器1〇 之水中，而下游熱交換區用以提供一第二通道以轉換熱能 至熱水器10之水中。此外，下游熱交換區至少具有一垂直 煙道管30 ’其内表面可接觸到流通於垂直煙道管3〇内之 燃燒產物，而煙道管30之外表面可接觸到熱水器1〇中之 水另外，垂直煙道管30之每一内、外表面均塗上保護層 以降低其腐钱的發生。 在另一實施例中，提出一種裝置28，用以導向熱水器 1276761 ίο之煙道官的部分區段中的燃燒產物。此裝置28包括一 隔熱體48，其至少形成一腔室，用以導向煙道管之部分區 域中的燃燒產物。此裝置28還包括一外蓋56，其部^覆 蓋於隔熱體48之外圍，且此外蓋56可連接至熱水器 之貯水槽12。在未壓縮的情況下，當隔熱體牝位於外蓋 56之中時，隔熱體48可由外蓋向外延伸，而在壓縮的情 況下，隔熱體48則可允許外蓋56連接至貯水槽12。 在另一貫施例中，提出一種形成燃燒產物之隔熱通路 的方法，適用於熱水器1〇之一煙道管的部分區段。此方法 包括配$ —隔熱體48於一外蓋56中，且隔熱體佔部分延 伸於外盍56之外。接著，壓縮隔熱體48之延伸部至熱水 器10之一貯水槽12，以使外蓋56靠近或接觸到貯水槽 12。之後，連接外蓋56至貯水槽12，以形成一密封且隔 熱之通路於煙道管之部分區段中。 請簽考圖示，本發明之目的係提供一種煙道系統，適 用於一熱水器，用以改善熱水器10之熱交換效率。此煙道 系統包括一第一熱交換區，其沿著煙道系統之一上游區段 (upstream segment)延伸，且具有至少一垂直煙道管％。 此外，煙道系統還包括一第二熱交換區，其沿著煙道系統 之一下游區段（downstream segment)延伸，且具有至少二 垂直煙道管30A、30B、36A〜36H。另外，第二熱交 提供一第一通道以轉換熱能至熱水器1〇之水中，而第二熱 交換區則提供一第二通道與第三煙道以轉換熱能至熱水器 10之水中。 1276761 請參考圖示’本發明之另一目的係提高熱水器1〇之熱 父換效率’此熱水器10具有一鼓風機1〇4，用以接收燃料 以及空氣之混合氣體(premix)，而鼓風機104可傳送混合 氣體大致上沿著垂直轴向移動。此外，熱水器1G還具Z 燃燒器102，由鼓風機1〇4往下沿著垂直軸向排列，用以 接收混合氣體，並傳送混合氣體作用後所魅之_燒產物 沿著垂直軸向移動。另外，熱水器1G還包括—煙道管％， 其部分區段係沿著垂錄向延伸，*煙道f26可接收 燃燒器102之燃燒產物，且此部分區段可 以轉換熱能至熱水器10之水中。 弟煙道 請^第1 ® ’本發明所舉狀熱水器包含工業用熱 2 然使駐業狀名詞來表示，但不限定只用在工 ^ ’亦可是絲用或家庭式小麵水糾制之熱交換 外^丨^ 盗包括一貯水裝置(滅沾_剛，具有_ 2 =如⑽部裝置(head assembly)2〇〇。工業用熱水器ι ίΐ綠(aiHnlet) 16，用以供給线至熱水器之% inled外’卫業用熱水器1G還具有—瓦斯進氣口 (抑 還拐供_^共給瓦斯或其他燃料。另外，玉業用熱水器1 ^ —堅力釋放閥件(卿sure relief valve assembly)20。 熱水器力、、之水由—冷水進水口（C〇ld Water inlet)22進/ outl 中而加熱後之水由一熱水出水口（hot wate 地提供排出熱水器1〇。此外，工業用熱水器10選擇个 扒、-側邊進水口(side _)，雖然圖示未顯現但未力 11 1276761 熱之水可位於較低的高度，而熱水器1G絲其高度的位置 由熱水器之使用者來決定。 /月茶考第2-5目，其繪示一種熱交換系統的示意圖， 而，頭表示燃燒產物通過熱交換系統之標示。在本圖中， …、父換系統可稱之為二通道熱交換器（血從匕咖 exchanger)，其中燃燒產物通過此三通道，並在每一通道之 中將熱能轉換至水中。此外，圖中之熱交換系統包括一第 一熱父換區以及由第一熱交換區往下延伸之一第二熱交換 區。在本實施例中，熱交換器之第一通道可提供第一次熱 交換，而熱交換器之第二、第三通道則提供第二次熱交換。 第二次熱交換之表面積與第一次熱交換之表面積的比 例可改變，以使熱水器之效率達到最佳化。例如，調整每 一第一次熱交換以及第二次熱交換之煙道管的數量或尺 寸，來改變比例。在本實施例中，維持在約3:1的比例， 或其他可接受之比例也行。 另外，燃燒產物通過熱交換系統之速度也會影響熱水 裔之效率。例如，如同表面積之比例一樣，燃燒產物在熱 交換系統之不同區段中的速度，係由所選擇之煙道管的數 嚴以及尺寸來決定。此外，煙道管的數量以及尺寸也會影 響至熱交換之表面積的BTUs比例。 請參考第2圖，其揭示一種工業用熱水器1〇，其水箱 12之内部結構的剖面示意圖。一鼓風機暨燃燒裳置1〇〇包 括一燃燒器102,可輸送高溫的燃燒產物由熱水器丨〇之頂 部往下進入至一第一煙道管(first pass flue)26，其具有一第 12 1276761 ，”至熱水器1G之水中，以進行第—次熱交換。 乐2圖提供第—煙道管26之剖面圖，而第-煙道管26之 材質以及尺寸有非常多的變化，在本實施例中，第一煙 管26的，徑例如為8英对，而第一煙道管％可輸送燃燒 產物由貯水槽之頂部上的燃燒器102,通過貯水槽之水 中，之後再進入第-通道收集裝置28(細啊__ assembly) ’有關詳細之說明在後續之第7圖中會提到。 請參考第3圖，其繪示一種工業用熱水器1〇，其第二 煙道管的剖面圖，並繪示來自第一通道收集裝置28的燃燒 產物的流向。其中，來自第一通道收集裝置28的燃燒產: 向上進入一第二煙道管30A、30B中。在本實施例之工業 用熱水器10中，二第二煙道管3〇A、3〇B之外徑例如為4

英对’或是其他尺寸。此外，每一第二煙道管3〇a、30B 分別具有一煙道檔板(flue baffle)32A、32B，而煙道槽板 32A、32B可改善第二煙道管3〇a、30B中燃燒產物轉換至 熱水器10之水中的熱能。之後，來自第二煙道管30A、30B 之燃燒產物，被傳送至第二通道收集裝置（second pass collector assembly)34,有關詳細之說明在後續之第10圖中 會提到。 請參考第4圖，其繪示8個第三煙道管其中之三的剖 面圖’並繪示來自第二通道收集裝置34之燃燒產物的流 向。其中，來自第二通道收集裝置34的燃燒產物流入8 個第三煙道管36A〜36H中。在本實施例之工業用熱水器 10中，8個第三煙道管36A〜36H之外徑例如為2英吋，或 13 1276761 是其他尺寸。此外，每一第三煙道管36A〜36H分別具有一 煙道播板(flue baffle)38A〜38H，而煙道播板38A〜38H可使 熱能轉換達到最佳化。之後，來自第三煙道管36A〜36H之 燃燒產物，被傳送至一排放收集裝置（exhaust c〇llect〇r assembly)40，其位於工業用熱水器ι〇之底部。有關詳細 之說明在後續之第8、9圖中會提到。 請芩考第5圖，其詳細繪示工業用熱水器1〇之排放系 統中，有關第三煙道管36A〜36H以及排放收集裝置40之 進一步的示意圖。先前提到，當熱交換效率提高時，熱交 換管中之凝結作用會隨著排放氣體所減損的溫度而增加。 換句話說，當燃燒產物在工業用熱水器1〇之第三煙道管 36A〜36H中的溫度下游時，燃燒產物之水蒸氣會凝結在煙 道管之内表面上。由於工業用熱水器1〇能幫助凝結水排出 熱水為之外，因此可減少凝結水所造成之長時間的腐蝕現 象。 在第2_5圖所繪示之煙道管26、3〇A、3〇B、36A〜36H 呈垂直型態，而此種垂直型態的煙道管可有效減少凝結水 所造成之腐钱現象。特別是，重力會加速凝結水沿著垂直 表面往下的速度，而沒有水平表面也讓凝結水不會殘留在 熱交換表面上。當然，第二煙道管3〇A、3〇B以及第三煙 逗管36A〜36H之内、外表面均塗上一保護層，以防止煙道 管受到旋結水腐钱。在一實施例中，第二煙道管、 30B以及第三煙道管36A〜36H係以玻璃管為主，而第一煙 道管26則不限定。 14 1276761 請參考第5圖，排氣管（exhaust elbow)或導管 (conduit)42可連接至工業用熱水器1〇之排放收集裝置40 中，而來自第三煙道管36A〜36H之凝結水，以其自身的重 力垂直往下，最後進入排氣收集裝置40之中。在第5圖中 凝結水的標示為43，而工業用熱水器1〇具有一凝結排水 口（condensate outlet)44，用以導通至一凝結管（condensate drain)或一凝結幫浦(condensate pump)或其他可排出熱水 器10之凝結水的裝置中。有關排放收集裝置40之詳細說 明在後續之第9圖中會提到。 請參考6A及6B圖，其分別繪示工業用熱水器10之 底部示意圖以及頂部示意圖。請參考第6A圖，熱水器10 之貯水裝置12的底部包括第一通道收集裝置28以及排放 收集裝置40。此外，熱水器10還包括一開口 46，以使排 放導管42可延伸至貯水裝置12之中。請參考第6B圖， 貯水裝置12之頂部還包括第二通道收集裝置 請參考第7圖，其進一步說明第一通道收集裝置28。 其中，第一通道收集裝置28提供一腔室，用以連通第一煙 道管26以及第二煙道管30A、30B，並促使燃燒產物由第 一煙道管26流向第二煙道管3〇A、30B。此外，第一通道 收集裝置28具有一第一耐熱材質(refract〇ry)48，可減少由 第一通道收集裝置28流向第二煙道管30A、30B之燃燒產 物的熱損耗(heat loss)。在本實施例中，第一财熱材質48 可由高密度的隔熱材質(insulati〇n)所組成，其包括一侧壁 (wallportion)50 以及一底部(baseporti〇n)52，而侧壁 50 以 15 1276761 ί底物蝴超過㈣ 其表面可接騎水槽之底面_PGrtion)51 ’ 第-通道收集裝置28還可包括一第 其鄰接於第一耐熱材質48之底部。㈣、=貝54: 加另-層隔熱層，且其材質與第 質^ =曾 來說，當第-耐熱材質48之側壁50以，、材二48相同。舉例 1.5英吋，筐-紂刼]土 50以及底部52的厚度為 此外，第-、甬、曾^隹'貝54之厚度可達到或超過1英吁。 罘乙k收集裝置28還包括一收隹 C〇ver)56，其具有一側壁5 外麗(⑺Hector 有一上侧壁57，且上侧辟57 ^^ 而側壁％具 盥貯水样之麻卹π伯 表面係以焊接或其他方式 有报多』擇：太，連接。然而，收集器外蓋56之材質 ^片在本貫施例中，收集器外蓋兄的材質例如為 密封了 收隸置28以及財槽底部之間為 5〇的上邊48之侧壁 封墊，位於收隹而成。接著’提供一第二 隼哭外* %卜|56與&水槽之底部之間，並沿著收 “ ^ 56之_ 58的上邊轉接喊。 ^ 第7A圖繪示收集器外蓋56、耐埶材質 =:::r其中第严圖^ 而，收隼哭外#則』51係連績接觸貯水槽之底部27。然 蓋兄不ί施壓於耐熱材質48，因此收集器外 个曰接觸或靠近到貯水槽之底部27。 16 1276761 ，其是，耐熱材質48之側壁50的上側壁51向 於外盍56之側壁58的上側壁57之外(如第7八 耐熱材質48可施壓於貯水槽之底部”。舉例來;’ ’：此 侧壁57接觸到貯水槽之底部料(或靠近於貯水样2 27時)’受壓之耐熱材質48將封住於上側壁5ι 之底部27之間。 ”財水槽 ” 7A圖所示，上側壁51之輪摩例 0-ded edge)51a以減少耐熱材質48與貯水^ :角 的接觸表面積。利用斜角51 曰氐邻27 至貯太掸夕念― 的功月匕來減少上側壁51接觸 、9之底邛27的表面積，如此施壓於所诸小 將封住於财熱材質48與貯水槽之間。此外，面積 沿著側壁50延伸，而水平軸沿輛上(垂直軸 雖然第Μ及7B圖所緣示 二=27延伸}。 ，如可減少耐熱材質與貯二二輪^但 f可使用，且任—輪廓如可減少耐表面積者 屬之表面積者也可使用。 …、、仏向剖面積所 第7A圖同時緣示收集器夕 57的示意圖。在* 7A圖，7收隼二铡壁5S的上側壁 熱材質48(或耐熱材質牦未受：:：％尚未施壓於耐 觸或靠近於貯水槽之底部27， ^ ’上倒壁57未接 口F 27相隔一間隙〇土 57與貯水槽之底 間隙G的大小由不同因素決 ' 列如，耐熱材質48 17 1276761 貝48之尺寸與面積，或是耐熱材 之密封性也將影響間隙。 J了水槽底4 27 明較佳實施例中，間隙G至少約英吁左 G ，間隙的大小還是與耐熱材質所選用之 二、=的程度以及耐熱材質48的尺寸有關(例如側壁 尽度、沬度、以及斜角51a的寬度等等）。 器外蓋56接觸到貯水槽之底部27，= 施壓耐 約3/16射，以使耐熱材質峨於貯水 在第7Β圖中，收集裔外盍56施壓至耐埶材8 ，材質受壓），而收集器外蓋56之側壁58的上例壁j #近或接觸到貯水槽的底部27。耐埶 — =到貯水槽_7’但耐歸質48最以= 的程度以封住於貯水槽之底部27。 在第7B圖之一實施例巾，上側壁5 27以焊接57a或其他連接方式相連，_形成 通之m置加及財槽底部27之間(除了耐熱 貝8之弟一封塾之外）。此焊接％可以是度環繞 者上側壁57的周圍並焊制貯水槽之底部27， 乂 (faStener> 連接收=„外孤56之上側壁至貯水槽之底部27。 立請參考第8、9圖，其進一步缘示排放收集裝置仙之 不思圖。排放收集裳置40藉由多個扣持件貫穿凹緣 18 1276761 (flange) 62而設置於貯水槽之底面。在第8圖中，填膠 料（caulking)或其他填充料(flller)或黏膠(adhesive)可使排 放收集裝置40之上方與貯水槽之底部的接合缝封。此 外，排放收集裝置40提供一腔室，用以接收由第三煙 3A6〜36H而來之燃燒產物以及凝結水。如此，燃燒產物二 直接通向排放導管42中（如第5圖），而煙道管中所收集 之凝結水也可流向凝結水排水口 44中（如第5圖所示 清參考第9圖’其進一步緣示排放收集裝置4〇之元件 的示意圖。排放收集裝置40包括一排放收集盆（exhaust collector basin ) 64之類的容器。很多種類的材質均可形成 此排放收集盆，其中以壓克力樹脂（ABS)或其他塑膠材 質最為適當。此外，收集盆64之侧壁的尺寸與形狀由第三 煙道管36A〜36H之出口來衡量。 排放收集裝置40還包括一孔口片（〇rif|ce piate) %， 其具有一排放出口 68，而由此排放出口 68排出之氣體， 可由排放收集盆64流到排放導管42中。此外，孔口片66 還包括一凝結用缺口（condensate notch)70，而由此凝結用 缺口 70排出之凝結水，可由排放收集盆64流到凝結水排 水口 44中。此外，孔口片66還提供多個螺栓72A〜72D， 用以固定孔口片66至排放收集盆64上。很多種類之材質 可形成孔口片66，其中以不銹鋼之材質最為適當。 調整排放出口 68之尺寸後發現工業用熱水器10之 BUTs值將會改變。在本實施例中，排放出口 68之直徑的 尺寸可從1英吋到1·25英吋之間，或其範圍左右的尺寸亦 19 1276761 可適用。在上述實施例中，排放出口 68之直徑亦可為U25 英吋。此外，為了增加熱水器10之BTUs值，排放出口 68的尺寸可加大，反之，縮小排放出口 68之尺寸將減少 BTUs 值。 排放收集裝置40還提供一排放轉接器（exhaust adapter)74，用以連接排放收集盆64以及排放導管42。此 排放轉接器74可為壓克力樹脂（ABS)模製而成，或其他 材料及形成的方法亦可使用。此外，排放轉接器74包括一 固定元件(mounting component)76，用以接收孔口片66之 螺栓72A〜72D，且固定元件76提供一凸緣，用以將排放 轉接器74以及孔口片66固定至排放收集盆64上。另外， 排放轉接态74還包括一配合件（matingComp〇nent) 78， 連接至固定元件76，並且配合件78之表面還連接至排放 導管42。 請參考第10、11A及11B圖，其繪示工業用熱水器 10之頂部示意圖。第1〇圖繪示工業用熱水器1〇之頂部元 件的分解示意圖，其包括一冷水進水口 22、一熱水出水口 24、一第一煙道管26、一第二煙道管3〇及其對應之擋板 (baffle)32以及一第三煙道管36及其對應之擋板％。其 中’檔板32、38分別沿著其所繪示之煙道管3〇、36方向 延伸。 第二通道收集裝置34藉由沿著貯水槽頂部之上表面 向上延伸的收集器乾架(collector bracket)而固定。此外，扣 持件例如為螺絲，用以固定第二通道收集裝置34之凸緣至 20 1276761 收集器托架上。另外，多個填充物或其他封墊可封住第二 通道收集裝置34之底部與貯水槽頂部之上表面之間。 第二通道收集裝置34可提供一腔室，用以接收來自於 第二煙道管30A、30B之燃燒產物，並傳送這些燃燒產物 I第三煙道管36A〜36H。因此，第二通道收集裝置34其 外形可涵蓋每一第二煙道管30A、30B之開口以及第三煙 道管36A〜36H之開口。此外，第二通道收集裝置34可由 很多不同種類的材質所構成，例如316 SST規格之不鏽鋼 材(stainless steel) 〇 第二煙道隔熱體(insulator)80套合於第二通道收集裝 置34之頂部。在本實施例之第1〇圖中，第二煙道隔熱體 80係由隔熱片（a sheet of insulation)所構成，而隔熱片之周 緣部分可向下摺疊以覆蓋於第二通道收集裝置34之側 壁。此外，第二通道收集裝置34以及第二煙道隔熱體80 之輪廓與鼓風機暨燃燒裝置100之輪廓相容。 在第二煙道隔熱體80之上，還形成另一隔熱層（a layer of insulation)，例如為一隔熱體82，其可由很多不同種類 的材質所形成，包括由二種以上的隔熱材質加以疊合所構 成。其中，隔熱體82具有三個開口，包括可容納冷水進水 口 22之一開口 84，可容納熱水出水口 24之另一開口 86 以及可容納部分鼓風機暨燃燒裝置100之一開口 88。 燃燒環(combustion ring)90環繞著隔熱體82，並可作 為熱水器10之貯水槽以及外部托架（未繪示)之間的轉接結 構。特別是，燃燒環90之底部92的直徑略小於其頂部94 21 1276761 的直徑’縣合於貯水槽之上表面 表面。八中，貯水槽之外表面與托架之内表 空間(spaee)至少可填人隔熱物質，而貯水槽*托_ = 9〇形成一致的環狀空間(咖* space)。:燒 Ϊ環片 不同種類的材f所構成，其中之—例如為金 請參考第11A以及ι1Β圖，其缘示一種使用於 surr〇und base)96 Θ弟10圖中雖未繪示出燃燒環繞底件％，但其可連接 燃=90之頂部。在第lm圖中，燃燒環繞底件％係由 一片犬起片(flanged sheet)96A、96Β所構成，其以背對背 的方式固^。在第11A圖中，燃燒環繞底件％之二突起 片96A、96B可提供一通道開口（此咖〇咖哗)98，用以 連通至鼓風機暨燃燒系統1G(m及維修用之進水口 22與出 水口 24。 /、 明苓考第12〜16圖，其繪示一較佳實施例之鼓風機暨 燃燒系統100的示意圖，其中在第12圖情示此系統· 中不同元件的分解示意圖，而第13〜16圖中分別繪示此系 統1〇+〇中兀件所代表之示意圖。鼓風機暨燃燒裝置1〇〇包 括一鼓風機104以及一鼓風機襯墊(gasket)1〇6，而本範例 中所使用之鼓風機有很多選擇，例如由Farmington，CT(康 内得肯州)所在地之EBM實業公司所生產之直流鼓風機， 型號為RG148，6400轉時最大馬力係為1/7馬力。 22 1276761 此裝置100還包括一燃燒器連通管(burner transiti〇n tube)108 ’其具有一上凸緣11()以及一下凸緣112，分別連 接於鼓風機104之凸緣以及燃燒器1〇2之凸緣。此外，一 燃燒态襯墊114配置於燃燒器連通管1⑽之下凸緣的底 邛’而燃燒為102具有一上凸緣ns、一燃燒器本體 (body)l 18 以及一燃燒器底墊(i〇wer burner gasket) 120。本 範例中所使用之燃燒器有很多選擇，例如由Chattanooga， TN(田納西州）所在地之 BSI(Burner System International)公 司所生產之輻射型燃燒器(radial burner)。 接著，一種燃燒器之凸緣固定裝置(burner m〇unting flange assembly)122,係用以組裝鼓風機暨燃燒裝置ι〇〇至 貯水槽上。有關燃燒器之凸緣固定裝置122在後續的第15 圖中會清楚加以說明。最後，凸緣固定用襯墊(m〇uting flange gasket) 124係由纖維化(fibrous)襯墊材質或尼奥普林 (neoprene)橡膠所形成。上述之襯墊ι〇6、ι14、12〇、124 以及元件104、108、102、122可再藉由螺紋扣持件(t}lreaded fastener)或其他扣持結構的鎖緊功效來形成一密閉系統。 點火器(igniter)126固定至燃燒器連通管1〇8之下凸緣 112 ’作為燃燒器1〇2點火之用。本範例中所使用之點火哭 有很多選擇，例如Milford，NH(辛罕不什爾州）所在二 Saint-Gobain所生產之耐熱陶瓷點火器，而點火控制哭 (controller)例如由 UT(United Technologies)公司所生產之 1013系列點火控制器。 火丈曰感測^§ (flame sensor) 128亦固定在燃燒哭連、甬^ 23 1276761 108之下凸緣112,用以感測由燃燒器1〇2所噴出之火焰h 否出現或消滅。此外，火焰感測器128亦可由火焰調 (fame rectiflcation)來操作，例如噴速調整裝置之類的=二 器，或其他類型之感測器亦可。在第12圖（及第13圖）中， 點火器126以及感測器128分別位於燃燒器1〇2之^側(相 隔180度），其他型態也涵蓋其中。 豉風機暨燃燒裝置也包括一進氣口暨瓦斯混合器（也 intake and gas mixer)l30，其具有一瓦斯閥門之固定拉凸緣 (gas valve mounting flange)132。進氣口暨瓦斯混合器⑽ 例如由Honeywell國際公司所生產之通風設備。瓦斯閥門 134連接至進氣口暨瓦斯混合器13〇之凸緣132上，而進 氣口暨瓦斯混合器130則固定在鼓風機1〇4之本體上。本 範例中所使用之瓦斯閥門有很多種選擇，例如由 HoneyweU國際公司所生產之瓦斯閥門，型號為νκ8丨i 5。 因此，燃料以及空氣之混合氣體（由瓦斯閥門134以及 進氣口暨瓦斯混合器130提供)可由鼓風機1〇4往上流動。 ，外，鼓風機暨燃燒裝置100可提供一負式(negative)混合 氣體點火燃燒系統。鼓風機104之出風口以及燃燒器1〇2 之本體118均可沿著垂直軸向延伸，並可發現此種利用於 豉風機104以及燃燒器1〇2之排列方式可增加貯水槽之燃 燒產物與水之間的熱交換能力。 這種排列方式（垂直排列)也發現可減少燃燒器自然產 生之/旋結水的負面影響。特別是，進入熱水器10之水溫很 低時(尤其在北方地區），水蒸氣自然會凝結於熱水器10之 24 1276761 内部元件上。 旦凝結水滴在燃燒器之本體上， 器102之壽命大打折扣。上述之問題也發現到將燃 垂直排列的話可減少其發生。 將使燃燒 、燒益102 請參考第13圖，其繪示一 不一種燃燒器之凸綾固定裝置

意圖。第 、燃燒器概墊114、120、燃燒 13圖繪示燃燒器連通管1〇8、 态102之上凸緣π6以及燃燒器之凸緣固定裝置之間 連接的關係圖。此外，第13圖亦繪示位於燃燒器102本體 118之對側的點火器126與感測器128的位置，而燃燒器 102的圖示在第14圖中加以清楚表示。 请參考第15圖，其繪示一種燃燒器之凸緣固定裝置 122的示意圖。燃燒器之凸緣固定裝置122包括由一外邊 唇（outer lip)138以及内邊唇(inner lip)14〇所形成之凸緣本 體(flangebody)136。外邊唇138具有多個固定孔(未繪示）， 可固定於貯水槽之上表面 燒器固定片（mounting plate)142可銲接至凸緣本體136之内表面，且燃燒器固定 片142還具有四個固定螺桿(mounting stud) 144A〜144D(僅 繪示其二），用以固定燃燒器1〇2至燃燒器之凸緣固定裝置 122上。此外，隔熱零件(insulation component)〗46放置於 凸緣本體136之内邊唇140以及燃燒器固定片142之間， 而隔熱零件146可與第一通道收集裝置28之第一耐熱材質 48的材質相同。 請參考第16圖，其繪示鼓風機104組裝於進氣口暨瓦 斯混合器130以及瓦斯閥門134的示意圖。進氣口暨瓦斯 25 1276761 混合器13G可視為—通風裝置，而燃燒空氣之進氣口 w 以及瓦斯進氣口 18(繪示於第丨圖巾）分別連接至進 130一以及瓦斯閥門134。舉例而言，進氣口 16可為3英时 口徑之PVC官，而瓦斯進氣口 18可為3/4英吋口徑之技、。 請參考第17〜19圖，其綠示一種工業用熱水^ 1〇= 頂部裝置(headassembly)的示意圖。在第17圖中，頂 置200概括熱水斋1〇之頂部元件，包括鼓風則 !〇〇以及第二通道收集裝置34。在第18圖中：頂二= 200 包括燃燒環繞部(c〇mbusti〇n surr〇und)2〇2、一 (head)2()4蓋住燃燒環繞部2G2以及至少—卡栓寫(亦可^ 個或多，）’岐頂部2G4至燃燒環繞部搬。 — -此ΪΪ 19圖中，緣示一種燃燒環繞部逝的示意圖。在 =飾用的功用之中’燃燒環繞部搬包括一組形狀類 ==(shark gills)之通風口规。此通風口 2形 多不同的變化，而類似!魚腿片之通風口二 的美觀’但不具有任何功能性的用途， 也不⑽定裝_之通風σ的形狀以及外觀。 用 、入尤而另一開口212則用以連通 後’燃燒環繞部202還具有一開口叫， 用,通工氣進氣口 16以及瓦斯進氣口 18。 !_範例] r。之熱水器經過測試來了解其熱交換效 根據關國豕標準CSA所制定之瓦斯熱水器標準（第 26 I27676l 二章，輸入比值在75,000BTU之上/每小時，循環用且即 0可用之儲存熱水器）。特別是，根據ANSI標準第 221·10·3-2001§2·9 (熱效率）所提出之方法來進行三次測 試，且熱效率亦根據在§2·9〇·)所提出之公式來計算。 範例1〜範例3分別標示三次測試的結果，而所得的數 姑知入一 ____

”月芩考第9圖所繪示開口片66之開口 68 範例1範例3之測試結果分別達到99.36¾、98 66% 以及98.47%等高效率數值。此外，三次測試的平均值也 2 98·83%，符合CSA認證所要求的98.5%之熱交換效 以限明已以—較佳實施例揭露如上，然其並非用 神壬何熟習此技藝者’在不脫離本發明之精 •乾，當可作些許之更動與潤飾。雖然本發明定義 27 1276761 為工業用熱水器，但亦可適用於居家用或家庭用或其他加 熱系統之熱水器。因此本發明之保護範圍當視後附之申請 專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖繪示本發明一較佳實施例之一種熱水器的示意 圖。 第2圖繪示第1圖之熱水器的剖面示意圖。 第3圖繪示第1圖之熱水器的剖面示意圖。 第4圖繪示第1圖之熱水器的剖面示意圖。 第5圖繪示第1圖之熱水器底部的剖面示意圖。 第6A圖繪示本發明一較佳實施例之貯水裝置之底部 的不意圖。 第6B圖繪示第6A圖之貯水裝置之頂部的示意圖。 第7圖繪示第6A圖之貯水裝置之底部的分解分解圖。 第7A圖繪示本發明一較佳實施例之收集器裝置的部 分剖面示意圖。 第7B圖繪示本發明一較佳實施例之收集裝置的部分 剖面示意圖。 第8圖繪示第6A圖之貯水裝置之底部的分解分解圖。 第9圖繪示本發明一較佳實施例之排放收集裝置的分 解分解圖。 第10圖繪示第6B圖之貯水裝置之頂部的分解分解 圖。 第11A圖繪示本發明一較佳實施例之燃燒環繞底件的 28 1276761 頂部示意圖。 第11B圖繪示第11A圖之燃燒環繞底件的侧視圖。 第12圖繪示本發明一較佳實施例之鼓風機暨燃燒裝 置之頂部的分解分解圖。 第13圖繪示第12圖之鼓風機暨燃燒裝置的侧視剖面 圖。 第14圖繪示本發明一較佳實施例之燃燒器的侧視剖 面圖。 第15圖繪示本發明一較佳實施例之燃燒器之凸緣固 定裝置的侧視剖面圖。 第16圖繪示本發明一較佳實施例之鼓風裝置的示意 圖。 第17圖繪示第1圖之熱水器頂部的示意圖。 第18圖繪示本發明一較佳實施例之頂部裝置的示意 圖。 第19圖繪示第18圖之頂部裝置的燃燒環繞元件的前 視圖。 【主要元件符號說明】 10 熱水器 12 貯水槽 16 空氣進氣口 18 瓦斯進氣口 20 壓力釋放閥件 22 冷水進水口 29 1276761 24 :熱水出水口 26 :第一煙道管 27 :貯水槽底部 28 :第一通道收集裝置 30、36 ··垂直煙道管 30A、30B :第二煙道管 32、38 :擋板 32A、32B :煙道擋板 34 :第二通道收集裝置 36A〜36H :第三煙道管 38A〜38H :煙道擋板 40 :排放收集裝置 42 :排放導管 43 :凝結水 44 :凝結排水口 46 :開口 48 :耐熱材質 50 :侧壁 51 :上側壁 51a:斜角 52 底部 54 第二耐熱材質 56 收集器外蓋 57 上侧壁 30 57a :焊接 58 ： 侧壁 60 ： 底部 62 ： 凸緣 64 ： 排放收集盆 66 : 孔口片 68 : 排放出口 70 ： 排水口 72A' 〜72D :螺栓 74 ： 排放轉接器 76 ： 固定元件 78 ： 配合件 80 ： 第二煙道隔熱體 82 ： 隔熱體 84、 86、88 :開口 90 ： 燃燒環 92 ·· 底部 94 ： 頂部 96 ： 燃燒環繞底件 96A 、96B :突起片 98 ·· 通道開口 1276761 100 :鼓風機暨燃燒裝置 102 :燃燒器 104 :鼓風機 31 1276761 106 :鼓風機襯墊 108 :燃燒器連通管 110 :上凸緣 112 :下凸緣 114 :燃燒器襯墊 116 :上凸緣 118 :燃燒器本體 120 :燃燒器底墊 122 :燃燒器之凸緣固定裝置 124 :凸緣固定用襯墊 126 :點火器 128 :火焰感測器 130 :進氣口暨瓦斯混合器 132 :瓦斯閥門之固定凸緣 134 :瓦斯閥門 136 :凸緣本體 138 :外邊唇 140 :内邊唇 142 :燃燒器固定片 144A〜144D :螺桿 146 ·隔熱零件 200 :頂部裝置 202 :燃燒環繞部 204 :頂部 32 1276761 206 :卡栓 208 :通風口 210、212、214 ··開口 33

Claims (1)

1276761 十、申請專利範圍： 適於改善一熱水器之熱交換效率， 1· 一種煙道系統， 該煙道系統至少包括： 一上游熱交換區’至少具有一垂直煙道管；以及 ，-下游熱交換區’至少具有另—垂直煙道管，其 上游熱交·係提供1—煙道轉換魏至該^哭^ 二該::熱交換區係提供一第二煙道以轉換熱;:至 該熱水裔之水中， 其中該上游熱交換區先轉換熱能至該熱水器之水中，之後 該下游熱交換區再轉換熱能至該熱水器之水中，而該上游 熱交換區所轉換之熱能係大於該下游熱交換區所轉換之熱 能0 2·如申請專利範圍第1項所述之煙道系統，更包括一 上游收集器，用以導向該熱水器中之燃燒產物由該上游熱 交換區移至該下游熱交換區。 3·如申請專利範圍第1項所述之煙道系統，其中該下 游熱交換區至少具有二垂直煙道管。 4·如申請專利範圍第1項所述之煙道系統，其中該下 游熱交換區至少提供二通道以轉換熱能至該熱水器之水 中。 5·如申請專利範圍第4項所述之煙道系統，更包括/ 下游收集器，用以導向該熱水器中之燃燒產物由該下游熱 父換區的該二通道之一移至該二通道之另一。 34 1276761 6·如申請專利範圍第1項所述之煙道系統，其中該下 游熱交換區的該垂直煙道管的一内表面係接觸到流通於該 垂直煙道管内之燃燒產物，而該垂直煙道管之一外表面係 接觸到該熱水器中之水，且該垂直煙道管之該内表面與該 外表面係塗上保護層以降低腐钱的發生。 7·如申請專利範圍第6項所述之煙道系統，其中該垂 直煙道管之内表面以及外表面均塗上防腐蝕之保護層。 8·如申請專利範圍第7項所述之煙道系統，其中該保 護層包括玻璃。 ” 9·一種熱水杰，用以改善其熱交換效率，該熱水器至 少包括： ^ 一貯水槽，具有一上表面以及一下表面；以及 /一煙道系統，其延伸並穿過該貯水槽之内部，以使該 煙道系統中的燃燒產物其熱能可轉換至該貯水槽之水中， " 該煙道系統包括一上游熱交換區以及一下游熱交換區，兩 者分別至少具有-垂直煙道管，其巾該上游熱交換區係提 ，一第一煙道以轉換熱能至該貯水槽之水中，而該纩埶 交換區係提供一第二煙道以轉換熱能至該貯水槽^水中^、，、、 該上游熱交換區及該下游熱交換區延伸於贿 表面與該下表面之間。 ㈢9“上 ^ 1〇·如申請專利範圍第9項所述之熱水器，更包 μ 游收集器，肋導向·燒產物由該上游熱 下游熱交換區。 抓移至該 11·如申請專利範圍第9項所述之熱水器，其中該上游 35 妒761 辨交換區先轉換熱能至該貯水槽之水中，之後該下游熱交 摻區再轉換熱能至該貯水槽之水中，而該上游熱交換區所 轉換之熱能係大於該下游熱交換區所轉換之熱能。 12·如申請專利範圍第9項所述之熱水器，其中該下游 舞父換區至少具有二垂直煙道管。 13·如申請專利範圍第9項所述之熱水器，其中該下游 舞父換區至少提供二煙道以轉換熱能至該貯水槽之水中。 • 14·如^請專利範圍第13項所述之熱水器，更包括一 卞游收集器，用以導向該燃燒產物由該下游熱交換區的該 >煙道之一移至該二煙道之另一。 15·—種熱水斋，用以改善其熱交換效率，該熱水器至 少包括： 一鼓風機，用以接收燃料以及空氣，並經由該鼓風機 厶一出風口傳送該燃料以及該空氣大致上沿著一垂直軸向 教動； 一燃燒器，由該鼓風機的該出風口往下沿著 向湖，用以接收該燃料以及該空氣，並傳送該燃料與該 多氣相互作用所產生之燃燒產物沿著該垂直轴向移動·以 A 、二煙道官，其部分區段係沿著該垂直軸向延伸，而該 嫒，管係，收來自該燃燒器之該燃燒產物，且該部分區段 係提供一第一通道以轉換熱能至該熱水器之水中。 16.如申請專利範圍第15項所述之熱水器，i 風機、該燃燒器以及該煙道管之部分區段係沿著該垂= 由 36 1276761 向排列，而該鼓風機位於該燃燒器之上，且該燃燒器位於 該煙道管之部分區段之上，以使該燃燒產物直接向下通過 該煙道管之部分區段。 17·如申請專利範圍第15項所述之熱水器，更包括一 連通管，連接於該鼓風機以及該燃燒器之間，且形成一煙 道於該鼓風機以及該燃燒器之間。 18·如申請專利範圍第15項所述之熱水器，更包括一 貯水槽，而該煙道管之部分區段延伸通過該貯水槽，且該 熱水器更包括一固定凸緣，用以連接該燃燒器至該熱水器 上’該固定凸緣橫跨該煙道管之部分區段，並定位該燃燒 裔沿者該垂直轴向。 19·如申請專利範圍第15項所述之熱水器，更包括一 點火器，其靠近於該燃燒器，以點燃該燃料與該空氣之混 合氣體，且熱水器更包括一感測器，用以感測該燃燒器之 火焰，其中該點火器以及該感測器分別位於該燃燒器之對 侧，且相隔180度。 2〇·如申請專利範圍第15項所述之熱水器，更包括一 通風口，用以接收燃料與空氣，而該燃燒器係接收來自該 通風口之該燃料與該空氣。 21·—種排放收集裝置，用以排放來自於一熱水器之煙 道系統中之燃燒產物以及凝結水，該排放收集裝置包括一 谷器’用以盛裝來自該煙道系統之該燃燒產物以及該凝結 水’而該容器具有一排放出口，用以排放該容器内之該燃 燒產物，且該容器還具有一排水口，用以排出該容器内之 37 1276761 該凝結水。 22·如申請專利範圍第21項所述之排放收集裝置，其 中該排放出口係用以控制由該熱水器排出之熱量。 23·如申請專利範圍第21項所述之排放收集裝置，其 中該容器包括一本體以及一孔口片，該孔口片固定於該本 體上’用以定義該排放出口以及該排水口。 24·如申請專利範圍第23項所述之排放收集裝置，其 中該排放出口係由該孔口片之一開口所形成。 25·如申請專利範圍第23項所述之排放收集裝置，其 中該排水口係由該孔口片之一缺口所形成。 26·如申請專利範圍第23項所述之排放收集裝置，其 中該排放出口與該排水口不相同。 27·如申請專利範圍第23項所述之排放收集裝置，其 中該容係由模具所製成。 28·如申請專利範圍第21項所述之排放收集裝置，其 中該容器更包括一排放導管，而該容器連接至該排放導 管，該容器内之該燃燒產物以及該凝結水係經由該排放出 口而被傳送至該排放導管。 29·如申請專利範圍第21項所述之排放收集裝置，其 中該容器更包括一凝結排水管，而該凝結水係經由該排水 口而被傳送至該凝結排水管。 3 〇 · 一種收集裝置’用以導向熱水裔之一煙道管的部分 區段中的燃燒產物，該收集裝置至少包括： 一隔熱體，至少形成一腔室，用以導向該煙道管之部 38 1276761 分區域中的燃燒產物；以及 一外蓋，部分位於該隔熱體之外 至該熱水器之-貯水槽，其中在未=的二=蓋係連接 體位於該外蓋之中時，該隔熱體的上側;::外= 蓋連接至簡水槽。 兄下糾熱體係允許該外 31.如申請專利範圍第3〇項所述之 _ 體包括相互連主接之第一隔熱體以及一第二隔熱體該隔熱 包括圍第3G項職u，其中該外蓋 時，該側壁係連接至該貯水槽Γ自該隔熱體受到塵縮 33·—種熱水器，至少包括·· 一貯水槽； 二煙j官，其部分區段延伸穿過該貯水槽；以及 產物一ΐΓίί’用以導向該煙道管的部分區段中的燃燒 小物收木衣置包括一隔熱體以及-外蓋，該隔熱體至 1以導向該煙道管之部分區域中的燃燒產 ，==卜盍係部分位於該隔熱體之外圍，且該外蓋係連 外=該貝丁t槽’其中在未壓縮的情況下，該隔熱體位於該 盍之中時，該隔熱體的外側壁係由該外蓋的外側壁向外 L伸’而在麵的情況下，該隔紐係允許該外蓋連接至 該貯水槽。 芸勺34·如—申^請專利範圍第33項所述之熱水器，其中該外 1包括谷為，該容器具有一侧壁，而當該隔熱體受到壓 39 l2?6761 縮時，該側壁係連接至該貯水槽。 时35.-卿賴燒產物之隔熱觀的方法，適用於 為之一煙道管的部分區段，該方法包栝下列步驟：’、 外蓋之外 ，)酉己置-隔鐘於-外財’且該隔熱體部分延伸於 於雜e)道 ，卿^贿㈣熱通路 36.如申請專職圍第％賴述 ::路的方法’其中在步·)中，包括焊 ^所叙形成職產物之隔 壁於該貯水槽。 ^驟⑹中，更包括焊接該外蓋之側