专利名称：水加热设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及水加热设备。
更具体地，本发明涉及能够用于提供例如家用热水装置的热水供应源的水加热设备。该设备还具有用于循环加热的结构，不过在某些情况中不需要这结构。
发明内容
本发明的总目的是提供高效能的热水加热设备。
按照本发明提供了水加热设备，它包括用于存放被加热的水的储存箱。
用于加热该箱内的水的燃气燃烧器组件。
该气体燃烧器组件包括壳体；在壳体内的气体燃烧器；通过壳体的至少一通道；以及用于在箱内安装壳体的安装结构，从而在使用中它被浸没在该箱内的水中，其中当燃气燃烧器工作时，壳体的温度上升和热量传送到箱内的水中，以及在所述水中的对流流过所述至少一通道，从而增加对水的热传送。
较佳地，有延伸通过壳体的多个所述通道。
较佳地，壳体包括圆筒形壳体侧壁以及顶和底壳体端壁，其中由在壳体顶和底壁之间延伸的管状件形成通道。
较佳地，底壁相对于水平线倾斜一角度，以致气泡不会被集聚在其下。被集聚的空气和/或蒸汽泡能够引起局部加热和/或腐蚀。
进一步较佳地，储存箱包括位于该储存箱内和在气体燃烧器组件之上的一个或多个盘管。在使用中，来自水总管供应源的冷水被连接到盘管的下端，从而通过其循环的水从箱内的水吸收热量。这引起靠近盘管的水的冷却，如果吸取了充分的热量，将建立冷对流。温度传感元件可以放置在冷对流冲击它的一位置处，以便引起燃气燃烧器工作。将燃气燃烧器制成充分的大，以便它能够对箱内的水提供充分的热容量，以致倘若要求相当大量的热水该设备起到连续的水加热器的作用。会理解到本发明的设备部分地起到储存型热水系统和一连续热水系统的作用。
能够将以上所用的设备与太阳收集系统相连接使用。基本上，能够使用太阳能系统作为进入上述设备的盘管的水的预加热器。
按照本发明的这方面，提供燃气/太阳能水加热设备，它包括如以上所述的水加热设备；太阳能收集器面板；太阳能储存箱；用于从太阳能储存箱至面板的循环水的循环结构装置；在太阳能储存箱内的热交换器；以及所述连接结构可操作地在使水通过在所述储存箱内的热交换器之前，将来自水总管供应源的水通过在所述太阳能储存箱内的热交换器。
较佳地，太阳能储存箱位于储存箱之下和在单个壳体内。
在太阳能收集器面板的较佳形成中，提供烟道气室。以便烟道气能通过面板循环，以致从其收集热量。
本发明还提供了燃气/太阳能水加热系统。它包括具有烟道的燃气燃烧的水加热器；太阳能收集器面板；太阳能储存箱；用于从太阳能储存箱至面板循环水的循环结构；在太阳能储存箱内的热交换器；以及所述太阳能收集器面板包括在其中的烟道气室和用于将所述烟道连接于烟道气室的烟道气导管，该结构使通过面板循环的水吸收太阳能和从进入该室的烟道气吸收热能。
如上所述的燃气/太阳能水加热系统可以与内燃机发电机组连接使用。在这情况中，来自内燃机的废气能够通过太阳能面板循环，以便从其吸取热量。
本发明还提供了热水加热设备，它包括如以上所述的燃气/太阳能水加热系统；具有排气的内燃发动机；以及用于将废气引导进入所述烟气室的废气导管结构，从而通过面板循环的水从所述废气吸收热量。
本发明还设置太阳能收集器面板，它包括用于使水循环通过其加热的一第一室和用于通过其循环管道气或废气的一第二室，两室处于相互热接触之中，以致能够吸收来自烟道气或废气的热量进入第一室内的水中。
附图简述现在将参照附图进一步说明本发明，在附图中
图1是按照本发明构造的水加热设备的示意图；图2是示出设备的内部结构的更详细的示意图；图3是通过设备的下部示出燃烧器组件的更详细的剖视图；图4是燃烧器组件的下侧视图；图5是沿着线5-5截取的示意剖视图；图6是风扇的侧视图；图7是风扇的平视图；图8是用于设备控制的控制电路；图9是太阳能/燃气加热系统的示意图；图10是适合于控制图9的太阳能加热设备的控制电路；图11示出了修改的燃气/太阳能系统；图12示出了进一步修改的燃气/太阳能系统；图13是通过具有水加热器和太阳能储存箱的组合体的示意剖视图；图14是电气水加热设备的示意图；图15是水加热设备的修改型式的示意图；以及图16、17和18示出了太阳能吸收面板的较佳形式的细节。
具体实施例方式
图1是按照本发明构造的水加热设备2的示意图。水加热设备包括位于金属板壳体6内的主箱4。位于箱4内有燃气燃烧器组件(未示出)，对该组件供应燃气和空气的易燃的混合物。位于该箱内有盘管组件8，在本发明的较佳形式中盘管组件是平行连接的铜管的两螺旋盘管的形式，以便减小对流过其中的水的阻力。盘管组件8包括连接于冷水进入管14的进入管接头10和12。进入管14连接于冷水进入管接头16，该管接头可以从壳体6的外部接触到。在使用中，总水管供应源连接管接头16。盘管组件8包括引出管接头18和20，该管接头连接于高温引出管道22。管道22包括T形管接头24，该管接头连接于高温引出管道26，该管道26终止于高温引出管接头28。设置引出管接头28，以便使用在某些情况下可以要求的高温水。如以下将更详细地叙述的那样，主箱4内的水处于压力之下和能够加热到约100℃，通常工作温度是在80℃至90℃的范围内，但是在某些情况下可以选择110℃的温度。假定在盘管组件中流动的水有充分的时间达到或基本达到与在主箱4内的水相同的温度，从而在高温引出管接头28处从盘管可以得到大约这温度的高温水。箱4内的水不沸腾，这是因为它处于压力、例如50磅/平方英寸之下，因此对于处于这压力的水，110℃完全是在沸点之下。
设备包括接受管道22里的高温水的混合阀34。它也通过管道36接受冷水，该管道通过T形管道头38连接于冷水进入管道14。混合阀包括引出管40，该管道延伸到达壳体6和终止于热水引出管接头42。设置混合阀34，用于将来自总水管供应源的冷水与来自盘管组件8的高温水混和，以便产生适合于在浴室和厨房内使用的温度的水。通常这水在40℃至60℃的范围内，较佳地为45℃。
设备2包括位于壳体内和主箱4之上的集气箱44。集气箱44的主要用途是能使在主箱4内的任何空气泡移动进入集气箱44内和控制主箱4的工作压力。如后面将详细叙述的那样。
由于主箱4能够在大气压力之上、例如50磅/平方英寸工作，因此它需要有较坚固的结构。通常，它是具有圆筒形侧壁46、顶壁48和底壁50的焊接钢结构。因为主箱4是由钢制造，如果氧气或空气包含在主箱内的水中或其它方法传送到主箱，它就易于生锈或腐蚀。但是，通常，主箱4内的水是水的固定的本体，以及其中任何氧在它被排放之前将引起很有限的腐蚀。甚至在循环加热系统中循环主箱4内的水的场合也是这样，这是因为在该系统中保持基本相同容积的水。然而，新鲜的水可以偶尔被引入主箱4内，以补偿由于泄漏等原因所可能损失的任何水。因此，设置集气箱44，以便收集可能存在主箱4内的任何气体。集气箱44可以由不会被腐蚀的材料、例如铜制成。在主箱4的额定容积是130升的情况下，集气箱44可以有例如5升的容积。主箱4的顶壁48包括管接头52，连接到该接头传送管54，传送管的另一端连接到集气箱44的顶部。会看到顶壁48相对于水平线倾斜，以致在主箱4内的任何气泡会朝管接头52转移和传送到集气箱44。集气箱具有在它的底部附近的、连接于返回管56的出口，返回管用于允许水从集气箱44返回到主箱4。
高温引出管22包括连接于减压阀60的T形管接头58。减压管62从阀60延伸到集气箱44的上部，如图1所示。或者，减压管62可以直接转向进入管道64，对集气箱旁路，如图2所示。集气箱44包括连接于第二减压阀66的减压管64，该减压阀具有在壳体6的外部的出口68。第二减压阀66被设置成当集气箱44内的压力超过预定值、例如50磅/平方英寸时释放其中的压力。因此这决定了在主箱4内的压力。第一减压阀60被设置成当盘管组件8内的压力超过预定值时释放此压力。这能够在冷水进入盘管组件8和停止热水流动时发生。因为从主箱4内的水吸热，所以在盘管组件中的水内发生热膨胀。可以将第一减压阀60设定到例如200磅/平方英寸，以致当盘管组件8内的压力达到250磅/平方英寸(因为它还需要克服在集气箱44内的内压)时，它将释放其中过大的压力。
如上所述，主箱4内的水可以用于循环加热。因此，主箱4包括连接于管接头72的热水引出管70，从壳体6的外部可接触到该管接头。该设备还包括连接于管接头76的热水返回管74，从壳体6的外部也可接触到该管接头。管接头72和76允许该设备2连接到一空间加热系统，该系统可以包括辐射面板和/或用于从主箱4内的水收取热量的风扇盘管单元。在循环加热系统中，循环的水具有大体上固定的容积，因此主箱4和循环加热元件的腐蚀通常不是重要问题。
设备2包括连接于燃气供应管80的燃气引入管接头78。燃气引入管80供应用于燃烧器组件的燃气，如下面将详细叙述的那样。用于燃烧的空气通过孔口82进入壳体6。壳体6具有包括烟道壳体84的顶壁83，该壳体内有用于从燃气燃烧器排出烟道气体的孔口86。
图2示意地示出了设备2的内部结构的更详细的细节。首先，将看到位于主箱4的外表面和壳体6之间的隔热层90，以避免出自主箱的热损失。位于壳体内和主箱4之上有风扇92。风扇92抽取空气和燃气进入它的输入端，以及它的输出端连接于燃气空气供应管道94。燃气控制阀96控制进入风扇92的燃气，该阀从燃气供应管80接受燃气。
该设备包括位于主箱4的下部内的燃烧器组件100，以及在使用中该组件完全浸没在主箱内的水中。位于燃烧器组件内有连接于管道94的燃气燃烧器102。烟道管104从燃烧器组件延伸通过主箱的内部和延伸通过顶壁48到达烟道壳体84。烟道管104具有背向孔口86的倾斜开口106，以便避免雨水或类似物进入烟道管104和燃烧器组件的可能性。
由于主箱4的内部受到超过大气压力的压力作用，因此希望增强顶和底壁48和50，以便避免在内压作用下使其发生弯曲。所示的结构示出了可以实现这要求的方便的方式。在这结构中有四根加固杆108、110、112、114。该杆的端部焊接至顶和底壁48和50，以便限制这些壁朝外的变形。可以使用单根较大直径的杆。
离开盘管的高温引出管22包括单向或止回阀116，以防止水回流进入管道22。
该设备还可以包括用于提供无菌水的附加出口，该水可用于饮用或饮料。因此，该设备包括连接于无菌水出口管接头120的无菌水引出管118。无菌水引出管118可以包括控制阀122，该阀仅在盘管组件8内的水处于预定温度之上、100℃之上时工作，用于允许水流过。该设备还可以包括连接于出口管接头126的又一高温引出管124，用于直接从盘管组件8提供高温水。在工作温度为100℃或100℃以上的场合，可以利用这管接头作为开水的供应源。在这种情况中，应该使用某些冷水降低供应到高温出口管接头28的水的温度，以便传送60℃至80℃的水。该设备包括旁路管道125，该管道包括阀127。阀127较佳地为电磁阀，以便当在该管接头处的水的温度下降到预定值、例如60℃之下时关闭它。在所示的结构中，引入管14的一部分加粗和形成用于无菌水引出管道118的水外套管128，以便从其可以吸取有用的热量和输入到流入盘管组件8内的水中。通常还要求无菌水的冷却。
热水引出管线70可以包括阀或水龙头130。当开始正灌注主箱4时，可以将总水管供应源连接于管接头72和打开阀130，用于灌注主箱4和集气箱44到直线132所指示的水位。在初始灌注之后，可以关闭阀130和还阻塞管接头76。但是，如果要使用循环加热，在连接于循环加热构件之后打开阀130。在所示的结构中，管道134指示了对于循环加热构件的供应管道，以及在这管道中可以设置循环泵136。
该设备还可以包括位于一管子内的电气加热元件140，该管子在底壁50之上一短距离处侧向延伸进入主箱40。电气元件140的目的是在燃气供应中断的紧急情况下能加热主箱4内的水。通常该元件140的热容量是2.5千瓦。
该设备包括温度检测元件150，设置元件用于对燃气控制阀96提供输入信号，该阀控制对于风扇92的燃气流量和风扇92的工作。基本上，当温度传感器150检测到在它的设定工作温度，例如80℃至90℃之下的一温度时，它的触头闭合，这引起燃起控制阀将燃料供应到风扇92和使用风扇工作。这引起易燃的燃料空气混合物流过管道94到达燃烧器102。控制阀96还引起燃气的点火，以致将产生加热。燃气燃烧器组件100包括通过其的许多水通道152。当在燃烧器组件100内产生加热时，将建立起对流，引起温度升高的对流通过盘管组件8向上流动，在那里对盘管组件8内的水将产生热传送。随后这引起主箱4内的水的冷却，从而引起较冷的、向下流动的对流发生在主箱4的侧壁附近。然后这较冷的水将通过燃烧器组件100被吸入通道152的下端和被加热。在主箱4内的水中的这些对流保证了良好的热传送。热传送还来自在烟道管104中流动的烟道气体。
温度传感元件150位于就在燃烧器组件100的底部之下的一高度处和较靠近主箱4的侧壁。这保证了它是处在向下流动的较冷对流的路径中。当这些较冷的对流冲击在温度传感元件150上时，它们将引起它的触头闭合或保持闭合状态，用于操作燃气控制阀96。如果主箱4内的水的温度上升到传感元件150的工作温度之上，它的触头将打开和控制阀96将停止风扇92的工作和对风扇的燃气供应。该结构具有下述优点一旦主箱4内的水达到工作温度，能够从出口28和42抽取有限数量的水，而不产生会到达传感元件150的较大的对流。能够从该设备取得这有限数量的水而不驱动燃气燃烧器102。但是，如果从主箱内的水抽取大量热水，例如当进行浴室淋浴等时，那以较大的对流将向下流动和将撞击在温度传感器150上。这将迅速驱动燃烧器102，从而保证主箱4内的水温度不显著地下降。
图3和4示意地详细地示出了燃烧器组件100。可以看到燃烧器组件包括具有圆筒形侧壁172、顶壁174和底壁176的燃烧器壳体170。该壳体包括焊接于侧壁172的和还设置有凸缘180的安装管178，该凸缘允许焊接到主箱4的圆筒形侧壁46的内侧表面。顶壁174包括其内焊接烟道管104的下端的烟道孔182。
如图4和5清楚地所示，燃烧器组件包括许多对流管184，该对流管被焊接进入分别形成在燃烧器壳体的顶和底壁174和176中的孔186和188内。
从图3会注意到壳体170的中心线189相对于垂直线是倾斜的。较佳地该倾斜是在1°至5°的范围内和较佳地为21/2°为了清楚示出，在图3中有些夸大了这倾斜。诸管184形成了上述对流通道。还会看到加固杆108、110、112和114通过管子。这使它们连接在支撑是最关键的内箱4的顶和底壁48和50的中央区。燃烧器壳体170安装的主要目的是使它的顶和底壁174和176相对于水平线倾斜。已发现这避免了保持气泡，尤其是在底表面176之下，如果它是水平布置，那里可能发生气泡集聚。在底壁176之下集积气泡可能引起局部过热，这又可能产生和保持局部沸腾和过大噪声和振动。从而，该表面的倾斜是克服实际可能发生的严重问题的简单而又有效的方法。
由于燃烧器壳体170受到主箱4内的全内压，它必须是较坚固的结构和设置诸管子184也用于加固壳体。焊接于底壁176的下侧的加固杆190又可以加固底壁176，如图所示。
如图3所示，燃烧器102包括具有封闭内端202的不锈钢管200。该管体的内部包括许多具有例如约1毫米尺寸的穿孔。管子200设置有安装凸缘204，这使它由从内箱的侧壁46突出的螺柱连接于侧壁46。空气燃气导管94的下端通过垫圈(未示出)连接于凸缘204。这结构使空气燃气混合物进入管200的内部，以致它能够通过其中的许多穿孔逃逸。靠近管200的外部有点火电极210和212以及火焰检测电极214。由通过安装管178的导体216连接该诸电极，以及被连接至燃气控制阀96。通过穿孔的空气燃气混合物形成火焰的射流，加热壳体170的内部。该结构具有很好的热传递性能，这是因为燃烧器组件100浸没在箱体内的水中，以及对流流动通过其中的诸通道152，以提高热传送性能。
图6和7示意地、详细地示出了风扇92和空气控制阀96。会看到风扇92包括连接于在燃气空气导管94的上端形成的弯管222的出口220。风扇由位于风扇电动机壳体224内的风扇电动机驱动，该壳体位于风扇的一侧上，如图7所示。风扇的入口为文氏管226的形式，它通常对中心地位于风扇的叶轮(未示出)的轴线上。文氏管226的中心有燃气入口导管228。它允许在风扇电动机工作时来自阀96的例如天然气或城市煤气被夹带在流入文氏管226的空气中。
该设备包括过热温度传感元件230，它检测主箱4的内部何时达到过高温度。较佳地是过热温度传感器230位于主箱4的顶壁的上表面上，以及也连接或靠近于烟管道104。通常传感器230会有与箱4内的水大约相同的温度，因此会有水的工作温度，例如110℃。但是，如果该温度升高到这点之上，传感器230将发信号，然后控制阀96将工作，以停止风扇92和到达燃烧器102的燃气流。对于安装在这位置的过热温度传感器230，倘若在主箱4的顶部内产生空气隙，因为传感器230处于与烟道管104热接触之中，温度将上升。从而该传感器还间接地起到检测在主箱4的顶部内存在空气隙的作用，以及在该情况中切断燃气的供应。传感器150和230为已知类型，它具有包括连接的薄片的充满液体的球形物，以使开关的触头工作。
风扇92可以是商业上可购得的型式，例如Zeihl型MVLRG130。这风扇产生约2英寸水柱出口压力的、约50立方尺/分的流动速率。气体控制阀96也可以是已知类型，一合适的阀由SIT型号577DBG制造。这控制阀具有在它内部构造的全部所需功能，以控制设备2，包括控制点火极210和212和火花检测电极214。
图8示意地示出了在该系统中燃气控制阀96至其它控制构件的线路。温度传感元件150包括在传感元件150传感工作温度之下的一温度时为常闭的触头231和232。这提供了进入气体控制阀96的主电源，因此能使风扇92工作和燃气控制阀96内部的燃气阀(未示出)打开。传感元件150具有端点234，它被设置成在传感元件150检测到正确的工作温度时为闭合状态。这使风扇停止工作或能使电源通过手工可设定的室内热动开关或其它控制器供应到循环泵136。这结构保证来自主箱4内的水的热量在主箱4内的水的温度处于工作范围时有时仅用于循环加热。从而，比起关于循环加热所要求的热量，固有地优先考虑从盘管组件8取得的热水。
燃气控制阀96的细节是众所周知的，不需要详细叙述。简单的说，燃气控制阀96具有下列操作程序。当它首先被驱动时，它使风扇92工作，以致使新空气通过管道94流动，进入燃烧器壳体170。这去除了先前燃烧新产生的任何废气产物。然后燃气供应到管道94，以及使点火电极210和212工作预定的时间，例如5秒钟。如果点火成功，这将被火焰传感器214传感，以及燃烧将继续，直至温度传感器150检测到正确的工作温度或者过热温度传感器230检测到过热温度。如果点火没有成功，重复点火循环预定次数，例如三次，如果没有检测到火焰，设置切断状态。这要求如跨越过热温度传感器230的人控按钮238所指示的施加手工的人工代用结构，如图所示。燃气控制阀96可以包括或与其相连接有指示面板，该面板具有火焰探明指示灯240，在检测到正确燃烧时点亮该灯。指示面板可以包括中断指示灯242，当进入中断状态时点亮该灯。
已构造了水加热设备的原型，并证明它的工作是很有效的。该原型具有下列额定尺寸主箱4的高度 914毫米主箱4的直径 560毫米主箱4的大致容积 130升燃烧器壳体170的高度 406毫米燃烧器壳体170的直径 406毫米管子184的数量20燃烧器壳体170的有效表面积1.85平方米燃烧器表面积对主箱4的容积之比0.014平方米/升燃烧器200的直径 50毫米加固杆108、110、112、114的直径 12.7毫米集气箱的容积 11.5升烟道管104的直径 76.2毫米盘管组件8内的盘管数量2各盘管的圈数 9各盘管的长度 12.19米各盘管的外径 12.7毫米燃气输入量 200兆焦耳/时在出口管接头28处的正常水温 80-90℃在出口管接头42处的正常水温 45℃在出口管接头126处的正常水温 80-90℃在出口管接头120处的正常水温 20℃在主箱内热水到达工作温度的大致时间 10分钟能够将水加热设备2与太阳能加热系统结合起来使用。图9示出了结合有水加热设备2和包括太阳能面板254和太阳能预热箱256的太阳能收集设备252的水加热系统250。水箱256连接于包括太阳能循环泵260的引出管道258。泵260工作，用于从水箱256到太阳能面板254循环水，在该面板处水由太阳能加热，然后通过返回管262返回到达水箱256。能够将冷水主管供应源264通过单向阀266连接到冷水引入管道36。预热箱256包括热传送盘管268，来自主管供应源264通过引入管270的冷水流过该盘管。盘管268的出口连接于水引入管14。在这结构中，储存在水箱256内的热水或温水起到对流过设备2的盘管组件8的水的预加热器的作用。减压阀66的出口68可以连接于水箱4的顶部，以便不损失水和能量。
在这系统250中，设备2可以是图1至8所示的相同设备。或者，可以通过省去集气箱44对它修改。在这情况下，设置溢流管道272，用于将主箱4的顶部连接到预热箱256的顶部。这将适应在主箱4内的水的任何热膨胀。预热箱256自身可以具有溢流出口274，用于在它被过量灌注或被过分受压的情况下排水。太阳能收集设备252可以包括安装在太阳能面板254内的温度传感器276和安装在预热箱256的底部的温度传感器278。用于太阳能系统250的控制电路在传感器276检测到的温度低于传感器278检测到的温度时使太阳能循环泵260不工作，这是因为否则将引起热量损失。在其它时间能够使太阳能循环泵260工作。
图10示出了适合于控制太阳能系统250的控制电路280。会看到温度传感器276和278连接到比较器282的输入端。该线路布置在传感器276产生的电压电平比传感器278的电压电平较高时，在比较器282的输出端产生正电压。这电压在放大级284中被放大，然后连接到驱动晶体管的输入端，该晶体管驱动继电器288的工作线圈，该继电器控制到达太阳能循环泵260的电源。
图11示出了太阳能系统的修改形式290，它类似于图9所示的系统。相同的标号表示与上述实施例相同或对应的部分。在这结构中，来自水加热设备2的烟道气通过太阳能面板254循环，以致能够从烟道气抽取和吸收热量进入在预热箱256内循环的水。为了完成这工作，系统290包括连接进入面板254的下端的烟道气管道292，以便热烟道气在腔室294内流过。烟道气与循环水热接触，从而加热预热箱256内的水。然后烟道气可以通过到达连接于被平衡的烟道组件298的引出管道296。该系统可以包括从被平衡的烟道组件298延伸的、到达风扇92的空气入口的空气引入管道300。这结构减少了烟道管中压力波动可能引起的燃烧器102的不可靠工作的可能性。
在这结构中，用于泵260的控制电路280能够连接于控制阀96，以保证获得最佳的性能。更具体地，该结构能够在燃烧器102工作之前使泵260始终工作，以致在任何烟道气进入腔室294之前面板254将有通过它循环的水。这保证了不会由于烟道气通过而使面板过热。
图12示意地示出了按照本发明的又一方面的修改的系统310。这结构在总体上类似于图9和11所示的结构，但是该系统包括内燃机312，该机连接于发电机314或其它设备。发电机314被设置成对电池316充电。能够使用该电池对于被设置成以直流电工作的各种电气设备供电。或者，能够通过变换器连接电池316，以便产生240伏交流电，从而能够使通常的家用电气设备工作。
内燃机312具有通过废气管320到达太阳能吸收器面板254的废气。较佳的是废气管320连接进入烟道气管292，用于将烟气从燃烧器传送到太阳能吸收器面板。将管道292连接于废气管320的较佳方式是通过在废气管320中形成文氏管322和将烟气管292的端部设置在文氏管322中。流入管道320的废气与在管道292中的烟道产物相比较通常具有较高的压力和较大的流动速率，以及由于具有文氏管接头，废气会趋于夹带该烟道产物进入较大的流动，然后进入面板254。以这方式，来自内燃机的废气中的热能也能够被太阳能面板254中循环的水收集。这结构提供了用于燃烧器组件100以及内燃机312的燃料的有效利用。系统310能够有利地用于远距离位置，以提供组合的电源、热水和加热服务。还能够使用在用于水加热设备2的相同燃气源上工作。还会理解到系统310避免了在通常配电系统中可能是显著的传输损失。
通过引起来自燃烧器组件100的烟道气和来自发动机312的废气经过在面板254中循环的水成为气泡，能够减少污染，以及至少某些污染物将保留在水中。使用文氏管322保证在烟道管104内不产生不希望有的较高的背压，否则较高的背压能够干扰燃烧器102的工作。在这结构中，使泵260工作，以便在发送机312或燃烧器102工作之前使水循环通过面板254，以致避免面板254的过热。
图13示出了基本上是图1至8所示的、具有位于同一壳体6内的和主箱4之下的预热箱256的水加热设备2的组合单元350。使用这设备是很方便的，以及还减少了可能发生在互连图9、11和12的结构中所示的诸箱的各种流体管道和通道内的热损失。
在组合单元350中包含许多优点。尤其，会看到燃烧器102位于燃烧器壳体170的顶壁174附近和烟道管104指向下。烟道管104位于该壳体的底壁176上的最低点附近，以致任何凝结物会从其排出。烟道气通过进入烟道气外套352之内，该外套在预热箱256之上延伸和靠近它的侧壁和底壁，如图所示。这使热量从烟道气传送入在预热箱256内所含的水中。外套352连接于延伸至烟道壳体84的烟道管354。
还会看到在单元350中，主箱4的底壁50相对于水平线有些倾斜。这保证了任何凝结物趋于移动到底壁50的最低位置，然后进入外套352，而不是集聚在底壁50上。这减少了底壁50腐蚀的可能性。类似地，箱256具有也是倾斜的和大体平行于底壁50的顶壁356。箱256具有也是倾斜的底壁358，以致凝结物将从其排放到凝结物收集器360。外套352的下部形成有具有出口362的凝结物收集器360。这结构保证了来自烟道产物的任何凝结物将被收集在收集器360内，当收集器被装满时从出口将其排出。
箱256可以包括延伸在顶壁356和底壁358之间的中央加固杆364，以便避免由于箱256内的内压造成这些部分的弯曲。箱256还可以包括减压阀366。
如在图9的结构中那样，当传感器276检测到比传感器278检测到的温度较高时，泵260工作，以便通过吸收太阳能对预热箱256内的水加热。当从主箱4引出热水、供使用热水和加热的目的时，供应到盘管组件8的水在预热箱256中被加热，这是因为它通过盘管268循环。这过程减少了燃气消耗。
在图13所示的结构中，箱256有目的地可留有空气隙370，该空气隙例如有箱256的容积的5％和10％之间的容积。因此空气隙370能够适应箱256内的水的热膨胀，而不需要单独的碰撞容器。
图14和15示出了本发明的原理如何可以应用于电气水加热器，以便提高它的效率。用相同的标号表示与以上所述的诸实施例相同的或对应的部分。在这结构中，灌注该加热器，以致留有能够适应主箱4内的水的热膨胀的空气隙370。主箱包括灌注管382，对该管可以连接冷水供应源，用于主箱的初始灌注。主箱的上部包括检测孔384，该孔形成了主箱内水的上方水平面，还能使操作者观察主箱内水的水平面。在初始灌注之后，关闭管道382和孔384。
加热器380包括一第二电加热元件386和一第二温度传感器388。在正常工作中，使元件140工作，从而加热主箱内的水。元件140受到位于该元件140之下的一高度处的、大体在盘管组件8之下的第一温度传感器150的控制。当冷水通过盘管组件8循环时，它被加热。这引起冷的对流向下流动。当该对流撞击在温度传感器150上时，使元件140起作用。如果冷却充分地连续，冷对流将撞击在第二传感器388上，这将引起第二元件386工作。
图15是示意横剖视图，它示出了元件140如何可以附加地具有位于它的旁边的电加热元件390、392和394，用于将附加能量输入到该箱内的水中。
图16至18示出了能够用在图11所示的系统290中的太阳能面板254的较佳形状。这结构从来自燃烧器102的烟道气吸收能量。
图17以示意分解图示出了构成面板254的诸构件。这些构件包括玻璃板400，位于它之下的是上、中和下不锈钢板402、404和406。对上板402加压，以致在其上具有侧向延伸的诸凹入部分或凹槽408。通常这些凹槽有约3毫米的深度。上板402的边缘形成边凸缘410，以便于通过焊接或类似方法将上板402连接到中间板404。当连接板402和404时，在其间形成水空腔412，如图18详细地所示。中间板404的边缘形成有向下的凸缘414，而下板406的边缘形成有面向上的通道416。中板404的下表面具有通过点焊或类似计数连接于它的许多U形通道部分418。通过点焊或其它技术将下板406连接于中板404。凸缘414和通道416结合形成入口支管420和出口支管422。支管420和422沿着面板的相应边延伸，来自水加热器2的热烟道燃烧产物被引入支管420，然后流过在中板和下板404和406之间形成的由诸通过部分418保持分开的气体空腔424。通过传导、烟道气体将热量传送给水空腔412内的水，被冷却的烟道气通过支管422排出。
设置隔热层426，并处于下板406之下。隔热层426设置有沿着它的侧边的半槽部分428，它在完全组装中容纳支管420和422，如图18详细地所示。
面板包括底板430，该板能够由例如镀锌铁皮的金属板形成。它的边通过向上弯折形成，以便形成面板的侧面432。该侧面被形成为构成面向内的凹槽434，用于接纳玻璃板400。
上板402的顶表面较佳地被处理过，以致它是有吸热能力的。这可以通过不锈钢的热处理进行，使它以已知方式选择性地吸收太阳能。或者可以对它施加有吸热能力的复层。
这结构提供了便宜的太阳能面板，它具有用于加热在其中循环的水的水空腔412和用于从烟道气向水空腔412内的循环水传递热量的气体空腔424。
在不脱离本发明的原理和范围的情况下，对于该领域的那些熟练人员来说许多修改将是很明显的。
例如，在图13的结构中，燃烧器组件100包括燃气燃烧器102。在一修改的结构中，可以省去燃烧器102，以及通过壳体170可以循环通常是被浪费的热气体或液体，以致从其吸取热量，用于加热主箱4内的水。该废气或液体可以来自产生热气的锅炉、发动机或其它设备。这特别适合于其中能够吸取否则会耗散到大气中的有用热量的工业应用场合。
权利要求
1.水加热设备，它包括用于存放被加热的水的储存箱；用于加热该箱内的水的燃气燃烧器组件；该燃气燃烧器组件包括壳体；在该壳体内的燃气燃烧器；通过该壳体的至少一通道；以及用于在该箱内安装该壳体的安装结构，以致在使用中它浸没在该箱内的水中，其中当燃气燃烧器工作时，壳体的温度上升，以及产生对该箱中的水的热传送，在所述水中的对流流过所述至少一通道，从而增加对水的热传递。
2.如权利要求1所要求的水加热设备，其特征在于有延伸通过所述壳体的多个所述通道。
3.如权利要求2所要求的水加热设备，其特征在于壳体包括圆筒形壳体侧壁和顶和底壳体端壁，其中由在所述壳体顶和底壁之间延伸的管状件形成所述通道。
4.如权利要求3所要求的水加热设备，其特征在于壳体底壁相对于水平线以预定角度倾斜。
5.如权利要求4所要求的水加热设备，其特征在于该预定角度在1°至5°范围内。
6.如权利要求5所要求的水加热设备，其特征在于该预定角度是2.5°。
7.如权利要求4所要求的水加热设备，其特征在于该箱包括圆筒形箱侧壁和顶和底箱端壁，其中圆筒形壳体侧壁的轴线相对于圆筒形箱侧壁的轴线倾斜所述预定角度。
8.如权利要求1至7之一所要求的水加热设备，其特征在于该箱包括位于燃烧器组件之上的热交换器和用于将主水管供应源连接于热交换器的连接结构，以致来自所述供应源的水通过热交换器和通过从存放在该箱内的水吸取热量而被加热。
9.如权利要求8所要求的水加热设备，其特征在于热交换器包括盘管。
10.如权利要求8所要求的水加热设备，其特征在于热交换器包括两个平行连接的盘管。
11.如权利要求9或10所要求的水加热设备，其特征在于所述盘管或诸盘管围绕通过所述壳体的中心的或在其附近的一轴线螺旋盘绕。
12.如权利要求8、9或10所要求的水加热设备，其特征在于通过所述通道或诸通道的对流撞击在所述热交换器上，其中随着热量被吸收进入热交换器，建立了冷对流，所述冷对流在热交换器和该箱之间的一位置处向下流动。
13.如权利要求12所要求的水加热设备，其特征在于包括用于控制对于燃气燃烧器的燃气的流动的燃气控制阀、具有连接于所述燃气控制阀的输出端的温度传感器，该结构在温度传感器检测到水的温度在工作温度之下时将燃气供应到燃气燃烧器。
14.如权利要求13所要求的水加热设备，其特征在于温度传感器位于所述壳体之下。
15.如权利要求13或14所要求的水加热设备，其特征在于该传感器位于该箱的侧壁附近。
16.如权利要求13、14或15所要求的水加热设备，其特征在于传感器位于一位置中，以致在使用中所述冷对流撞击在所述传感器上。
17.如权利要求13至16之一所要求的水加热设备，其特征在于包括过热温度传感器，该传感器在使用中是可操作的，以在该箱内达到预定的过热温度时停止对的燃气燃烧器的燃气供应。
18.如权利要求17所要求的水加热设备，其特征在于燃气燃烧器组件包括从所述壳体向上延伸的烟道。
19.如权利要求17所要求的水加热设备，其特征在于过热温度传感器被安装成它在该箱内和与所述烟道热接触，该结构使过热温度传感器可操作地在该箱内的水超过所述预定过热温度、或者该箱包括在它的顶部内的空气、从而烟道将引起过热温度传感器检测到高于所述预定过热温度的一温度时，停止对燃气燃烧器的燃气供应。
20.如权利要求3所要求的水加热设备，其特征在于多根加固杆延伸在壳体顶和底壁之间。
21.如权利要求20所要求的水加热设备，其特征在于所述杆通过所述管状件。
22.如权利要求1至21之一所要求的水加热设备，其特征在于包括位于所述储存箱之上的集气箱，一第一水导管从储存箱的顶部延伸到集气箱的上部，一第二导管从集气箱的下部延伸到储存箱的下部。
23.如权利要求22所要求的水加热设备，其特征在于包括气泡引导结构，用于将储存箱内的水中的气泡引导至所述第一导管，以致从储存箱去除空气泡。
24.如权利要求22所要求的并间接从属于权利要求7所要求的水加热设备，其特征在于箱顶壁相对于水平线倾斜和第一导管连接于所述箱顶壁的最上部分，从而构成了用于引导气泡的所述结构。
25.如权利要求22、23或24所要求的并直接或间接从属于权利要求8所要求的水加热设备，其特征在于包括热交换器减压阀，它被连接成排放进入所述集气箱。
26.如权利要求25所要求的水加热设备，其特征在于包括集气箱减压阀，如果集气箱内、从而储存箱内的压力超过预定工作压力，该减压阀可操作地用于排放。
27.如权利要求26所要求的水加热设备，其特征在于工作压力为约50磅/平方英寸。
28.一燃气/太阳能水加热设备，它包括如权利要求8至21的任一项所要求的水加热设备；太阳能收集器面板；太阳能储存箱；用于从太阳能储存箱到该面板循环水的循环结构；在太阳能储存箱内的热交换器；以及所述连接结构是可操作的，它在来自所述水供应源的水通过在所述储存箱内的热交换器之前使该水通过在所述太阳能储存箱内的热交换器。
29.如权利要求28所要求的燃气/太阳能水加热设备，其特征在于太阳能储存箱位于所述储存箱之下和单一个壳体之内。
30.如权利要求29所要求的燃气/太阳能水加热设备，其特征在于包括烟道气循环结构，用于将来自燃烧器组件的烟道气引导至所述太阳能储存箱，从而所述烟道气内的热量被吸收进入在太阳能储存箱内的水中。
31.一燃气/太阳能水加热系统，它包括具有烟道的燃气燃烧的水加热器；太阳能收集器面板；太阳能储存箱；用于从太阳能储存箱至该面板循环水的循环结构；在太阳能储存箱内的热交换器；以及所述太阳能收集器面板包括其中的烟道气腔室和用于将所述烟道连接于烟道气腔室的烟道气导管结构，该结构使通过面板循环的水吸收太阳能和来自进入该腔室的烟道气的热能。
32.如权利要求31所要求的燃气/太阳能水加热系统，其特征在于包括控制装置，它可操作地控制所述燃气燃烧的水加热器的点火和所述循环结构，该控制装置可操作地在所述燃气燃烧的水加热器点火之前使循环结构工作，以致烟道气不使该面板过热。
33.一电能和热水加热设备，它包括如权利要求31所要求的燃气/太阳能水加热设备；具有排气的内燃机；由所述内燃机驱动地连接的发电机；以及废气管道结构，用于将废气引导进入所述烟道气腔室，从而通过该面板循环的水从所述废气吸收热量。
34.如权利要求33所要求的设备，其特征在于所述废气管道结构包括文氏管，其中所述烟道气管道结构的端部位于所述文氏管内。
35.一热水加热设备，它包括如权利要求31所要求的燃气/太阳能水加热系统；具有排气的内燃机；以及废气管道结构，用于将废气引导进入所述烟道气腔室，从而通过该面板循环的水从所述废气吸收热量。
36.如权利要求35所要求的设备，其特征在于所述废气管道结构包括文氏管，其中所述烟道气管道结构的端部位于所述文氏管内。
全文摘要
水加热设备包括用于存放被加热的水的循环箱；用于加热在该箱内的水的燃气燃烧器组件；燃气燃烧器组件包括壳体；在该壳体内的燃气燃烧器；通过该壳体的至少一通道；以及用于在该箱内安装该壳体的安装结构，从而在使用中它被浸没在该箱内的水中，其中当燃气燃烧器工作时壳体内的温度升高、引起对箱内的水传送热量、以及在水中的对流流过至少一通道，从而增加对水的热传递。
文档编号F24D17/00GK1688848SQ03824345
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月16日 优先权日2002年9月16日
发明者J·M·崔, A·M·崔, J·D·迈克奈尔 申请人:欧林支撑技术控股有限公司