專利名稱：水加熱器以及操作該水加熱器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水加熱器以及一種^Mt該水加熱器的方法。本發(fā)明主要開發(fā)用于自然通風(fēng)水加熱器，該水加熱器具有位于水箱 基部的氣體燃燒器以及穿過水箱用于使箱內(nèi)的水加熱的煙道。
背景技術(shù)：
自然通風(fēng)水加熱器是眾所周知的，其廣泛用于家庭用水加熱以及其 它應(yīng)用。很多購買者和這種水加熱器的所有者認(rèn)為這種水加熱器的能量 利用率是一個(gè)重要的考慮因素。澳大利亞燃?xì)鈪f(xié)會(huì)(Australian Gas Association, AGA)執(zhí)行對(duì)水 加熱器的性能測(cè)試，并產(chǎn)生表示加熱器總體能量利用率的星級(jí)(商標(biāo)) 評(píng)定(例如，5星級(jí))。星級(jí)評(píng)定越高，總體能量利用率越高。 一般而言， 星級(jí)評(píng)定是下列因素的結(jié)合利用率以及保溫。利用率是能量從燃料傳 遞到加熱的水的量度(即，熱交換效率)。保溫是保持水內(nèi)的存儲(chǔ)能量 的量度(即，保溫效果)。自然通風(fēng)水加熱器以兩種模式進(jìn)行操作當(dāng)主燃燒器操作(即，點(diǎn) 燃)時(shí)的"加熱"模式；以及當(dāng)主燃燒器不操作時(shí)的"保溫"模式。在 具有持續(xù)操作的引燃火焰的水加熱器中，在保溫模式中只有燃燒器的引 燃火焰點(diǎn)燃。在具有重新電子點(diǎn)燃主燃燒器的電子控制氣閥的水加熱器 中，在保溫模式下沒有引燃火焰。此外，具有引燃火焰和敞開煙道(即，沒有限制地直接通到大氣的 煙道)的水加熱器在保溫模式下將引燃火焰能量的約60%傳遞到水，并 通過煙道損失引燃火焰能量的約40%。使能量損失最小化的嘗試包括在 煙道的下游放置調(diào)節(jié)風(fēng)門(即，流量控制閥)，在保溫模式下控制該調(diào) 節(jié)風(fēng)門用以阻止煙道對(duì)大氣敞開。但是，這種方法的缺點(diǎn)在于調(diào)節(jié)風(fēng)門增加了水加熱器的成本和復(fù)雜 性，并且在加熱器處于加熱模式時(shí)如果調(diào)節(jié)風(fēng)門卡在關(guān)閉位置還會(huì)造成 安全隱患。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低并且能夠達(dá)到AGA的5星級(jí)能量評(píng)定的水加熱器。因此，本發(fā)明的第一方面提供一種水加熱器，其包括水箱，其具有出口大致鄰近所述水箱頂部的大致位于中心的煙道， 所述水箱適合將所述煙道安裝成大致豎直的；位于所述水箱下方的燃燒器，所述燃燒器具有空氣入口和引燃火 焰，并適于燃燒燃料以使加熱氣體向上通過所述煙道排放；以及具有大致無限制的橫截面的加熱氣體排出管道，其具有與所述煙道 出口氣體連通的上部第一端部以及與大氣氣體連通的下部第二端部，其中，當(dāng)僅所述引燃火焰燃燒時(shí)，所述加熱氣體排出管道適合將經(jīng) 由所述空氣入口吸入到所述煙道中的空氣限制到維持所述引燃火焰點(diǎn) 燃所需的最少量。所述管道的長(zhǎng)度優(yōu)選地是所述煙道的長(zhǎng)度的約20%至30%,最優(yōu) 選地是所述煙道的長(zhǎng)度的25%。所述管道和所述煙道優(yōu)選地是圓筒形 的，并具有大致相等的直徑。本發(fā)明的第二方面提供一種水加熱器，其包括水箱，其具有出口大致鄰近所述水箱的頂部的大致位于中心的煙道， 所述水箱適合將所述煙道安裝成大致豎直的；位于所述水箱下方的燃燒器，所述燃燒器具有空氣入口和電子控制點(diǎn) 火器，并適于燃燒燃料以使加熱氣體向上通過所述煙道排放；以及具有大致無限制的橫截面的加熱氣體排出管道，其具有與所述煙道出 口氣體連通的上部第一端部以及與大氣氣體連通的下部第二端部，其中，所述管道具有與所述煙道大致相同的橫截面面積，并且所述管 道為所述煙道長(zhǎng)度的約25 % 。所述管道和所述煙道優(yōu)選地是圓筒形的。本發(fā)明的第三方面提供一種在水加熱器內(nèi)維持引燃火焰點(diǎn)燃的方法，所述水加熱器具有包括底部、頂部和大致位于中心的煙道的水箱，所述方法包括以下步猓經(jīng)由所述煙道將來自所述引燃火焰的加熱氣體從所述水箱的底部 引導(dǎo)到所述水箱的頂部；并且經(jīng)由具有大致無限制的橫截面的大致朝下指向的管道將所述加熱 氣體從所述水箱的頂部引導(dǎo)到大氣，所述管道適于將吸入所述煙道中的 所述氣體流量限制到僅維持所述引燃火焰點(diǎn)燃所需的最少量。本發(fā)明的第四方面提供一種在保溫模式下操作水加熱器的方法，所述 水加熱器具有包括底部、頂部、i殳有引燃火焰的燃燒器和大致位于中心的 煙道的水箱，所述方法包括以下步驟經(jīng)由所述煙道將來自所述引燃火焰的加熱氣體從所述水箱的底部引導(dǎo) 到所述水箱的頂部；并且經(jīng)由具有大致無限制的橫截面的大致朝下指向的管道將所述加熱 氣體從所述水箱的頂部引導(dǎo)到大氣，所述管道適于將吸入所述煙道中的 所述氣體流量限制到僅維持所述引燃火焰點(diǎn)燃所需的最少量。


現(xiàn)將參照附圖并僅通過示例來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其中圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的水加熱器實(shí)施方式的示意性側(cè)視 截面圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，其示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的自然通風(fēng)水加熱器 10。水加熱器10包括帶有中心煙道14的圓筒形鋼制水箱12。煙道14 具有長(zhǎng)度Ll，并且煙道14中具有螺旋形擋板16。該水箱具有內(nèi)凹的(官 形的)底部18和外凸的(官形的)頂部20。煙道14具有與水箱底部 18相鄰的入口 22以及略高于水箱頂部20的出口 24。 4吏用時(shí)，水箱12 幾乎完全充滿水。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，冷水經(jīng)由水箱12的靠近其底部16的冷 水入口 (未示出)從主供水系統(tǒng)引入，并且熱水經(jīng)由靠近水箱12的頂部20的熱水出口 (未示出)放出以供使用。燃燒器26位于水箱底部18的下方。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 燃燒器28具有引燃火焰(未示出)并適合燃燒優(yōu)選為天然氣的燃料， 并且使加熱氣體向上通過煙道14排放用于對(duì)水箱12內(nèi)的水進(jìn)行熱傳 遞。水箱12的外部由絕熱體28圍繞。水箱12和絕熱體28容納在包括 空氣入口 32的外殼30內(nèi)?？諝馊肟?32經(jīng)由通道34與燃燒器26氣體 連通。燃燒器28還具有關(guān)聯(lián)的燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)36。水加熱器10還包括加熱氣體排出管道40,排出管道40具有由絕熱 的U形連接部44連接到煙道出口 24的上部第一端部42以及對(duì)大氣敞 開的下部第二端部46。管道40具有長(zhǎng)度L2，并具有大致敞開或無限制 的圓筒形橫截面(即沒有閥或調(diào)節(jié)風(fēng)門等)。管道40適于為流經(jīng)其中的 氣流提供阻力，使得當(dāng)水加熱器處于保溫模式(即，僅引燃火焰燃燒) 時(shí)穿過管道40的氣體受到平衡阻力，這樣將吸入煙道14中的空氣限制 到完成燃燒并維持引燃火焰點(diǎn)燃所需要的最少量。因此一般而言，使通 常在保溫模式下通過無限制的出口損失的能量降至最少，并且提高水加 熱器的星級(jí)評(píng)定，特別是關(guān)于保溫部分的星級(jí)評(píng)定。管道40的阻力主要通過改變其直徑和長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。管道40的直 徑近似等于煙道16的直徑用以避免阻塞通過煙道/管道的氣流。在所示 的實(shí)施方式中，管道長(zhǎng)度L2約為煙道長(zhǎng)度L1的25%。此外，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，包括材料和內(nèi)部表面光潔度在內(nèi)的其它因素會(huì)影 響到由管道40提供的阻力。一般而言，管道40的相對(duì)長(zhǎng)度由下面的重復(fù)過程來決定。首先， 將用于引燃火焰的燃?xì)夤?yīng)設(shè)為可以滿足環(huán)境(例如，風(fēng))和法規(guī)要求 的最少量。第二，在未附接管道40并且將擋板16的限制調(diào)整到滿足排 放要求并使關(guān)于利用率的星級(jí)評(píng)定部分最高的情況下，對(duì)水加熱器10 進(jìn)行測(cè)試。然后附接管道40。如上所述，這樣提高了關(guān)于保溫的星級(jí)評(píng) 定部分。但是，這也通常導(dǎo)致關(guān)于利用率的星級(jí)評(píng)定部分下降。然后調(diào) 整擋板16，通過減小其限制來提高關(guān)于利用率的部分，直到達(dá)到可接受 的排放水平。然后調(diào)整管道40的長(zhǎng)度用以試圖提高關(guān)于保溫的部分。 以重復(fù)的方式持續(xù)該過程，直到總體星級(jí)評(píng)定最高。因?yàn)楫?dāng)加熱器10處于保溫模式時(shí)，通過減小從煙道14到大氣的熱引燃火焰到水的熱傳遞，因此提高了水加熱器 IO的效率。這樣提高了關(guān)于保溫的星級(jí)評(píng)定部分。更具體地，可以估算 出，類似于參照水加熱器10描述的水加熱器在保溫模式下將引燃火焰 能量的約80%傳遞到水，并且通過煙道僅損失引燃火焰能量的約20%。 此外，這種水加熱器不會(huì)降低它們的關(guān)于利用率的星級(jí)評(píng)定部分以至危 及它們的總體星級(jí)評(píng)定。此外，實(shí)現(xiàn)了不易阻塞或產(chǎn)生其它機(jī)械故障的 機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的水加熱器(未示出)除了具有重新電 子點(diǎn)燃主燃燒器的電子控制氣閥之外與水加熱器IO相似。該加熱器在 保溫模式下沒有點(diǎn)燃的引燃火焰。因?yàn)楣艿?0提供阻力并因此減慢離 開煙道的加熱的空氣(即，通過從周圍的水傳熱而被加熱的空氣)的流 動(dòng)，因此管道40也提高了該加熱器的星級(jí)評(píng)定。雖然參照優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能夠以多種其它形式來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種水加熱器，包括水箱，其具有出口大致鄰近所述水箱頂部的大致位于中心的煙道，所述水箱適于將所述煙道安裝成大致豎直的；位于所述水箱下方的燃燒器，所述燃燒器具有空氣入口和引燃火焰并適于燃燒燃料以使加熱氣體向上通過所述煙道排放；以及具有大致無限制的橫截面的加熱氣體排出管道，其具有與所述煙道出口氣體連通的上部第一端部以及與大氣氣體連通的下部第二端部，其中，當(dāng)僅所述引燃火焰燃燒時(shí)，所述加熱氣體排出管道適合將經(jīng)由所述空氣入口吸入所述煙道中的空氣限制到維持所述引燃火焰點(diǎn)燃所需的最少量。
2. 如權(quán)利要求1所述的水加熱器，其中所述管道的長(zhǎng)度是所述煙 道長(zhǎng)度的約20%至30%。
3. 如權(quán)利要求1所述的水加熱器，其中所述管道的長(zhǎng)度是所述煙 道長(zhǎng)度的約25%。
4. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的7jc加熱器，其中所述管道和所述煙 道為圓筒形。
5. 如權(quán)利要求4所述的水加熱器，其中所述管道和所述煙道具有 大致相等的直徑。
6. —種水加熱器，包括水箱，其具有出口大致鄰近所述水箱頂部的大致位于中心的煙道， 所述水箱適于將所述煙道安裝成大致豎直的；位于所述水箱下方的燃燒器，所述燃燒器具有空氣入口和電子控制 點(diǎn)火器并適于燃燒燃料以將加熱氣體向上通過所述煙道排放；以及具有大致無限制的橫截面的加熱氣體排出管道，其具有與所述煙道 出口氣體連通的上部第一端部以及與大氣氣體連通的下部第二端部，其中，所述管道具有與所述煙道大致相同的橫截面面積，并且所述 管道為所述煙道長(zhǎng)度的約25%。
7. 如權(quán)利要求6所述的水加熱器，其中所述管道和所述煙道為圓 筒形。
8. —種在水加熱器內(nèi)維持引燃火焰點(diǎn)燃的方法，所述水加熱器具 有包括底部、頂部和大致位于中心的煙道的水箱，所述方法包括以下步經(jīng)由所述煙道將來自所述引燃火焰的加熱氣體從所述水箱的底部 引導(dǎo)到所述水箱的頂部；并且經(jīng)由具有大致無限制的橫截面的大致朝下指向的管道將所述加熱 氣體從所述水箱的頂部引導(dǎo)到大氣，所述管道適于將吸入所述煙道中的 所述氣體流量限制到僅維持所述引燃火焰點(diǎn)燃所需的最少量。
9. 一種在保溫模式下操作水加熱器的方法，所述水加熱器具有包括底 部、頂部、i史有引燃火焰的燃燒器和大致位于中心的煙道的水箱，所述方 法包括以下步驟經(jīng)由所述煙道將來自所述引燃火焰的加熱氣體從所述水箱的底部引 導(dǎo)到所述水箱的頂部；并且經(jīng)由具有大致無限制的橫截面的大致朝下指向的管道將所述加熱 氣體從所述水箱的頂部引導(dǎo)到大氣，所述管道適于將吸入所述煙道中的 所述氣體流量限制到僅維持所述引燃火焰點(diǎn)燃所需的最少量。
全文摘要
一種水加熱器(10)，包括水箱(12)、燃燒器(26)以及加熱氣體排出管道(40)。水箱(12)具有出口(24)大致鄰近水箱(12)的頂部(20)的大致位于中心的煙道(14)。水箱(12)適合將煙道(14)安裝成大致豎直的。燃燒器(26)位于水箱(12)的下方。燃燒器(26)具有空氣入口(32)和引燃火焰，其適于燃燒燃料以使加熱氣體向上通過煙道(14)排放。加熱氣體排出管道(40)具有大致無限制的橫截面，其具有與煙道出口(24)氣體連通的上部第一端部(42)以及與大氣氣體連通的下部第二端部(46)。當(dāng)僅引燃火焰燃燒時(shí)，加熱氣體排出管道(40)適合將經(jīng)由空氣入口(32)吸入到煙道(14)中的空氣限制到維持引燃火焰點(diǎn)燃所需的最少量。
文檔編號(hào)F24H9/18GK101263347SQ200680033613
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者帕特里克·普塞爾 申請(qǐng)人:達(dá)克斯制造有限公司