[發明專利]減少燃氣燃燒器具中待機能量損耗的系統和方法及其組件

無效

• 申請號: 201110021574.3
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102128496A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: G·M·惠特福德;B·J·魯沃爾特;J·高科瑟
• 申請（專利權）人: 因文思控制澳大利亞有限公司
• 主分類號: F24H9/20
• 分類號: F24H9/20;F16K31/12;F16K31/64
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王永建

技術領域

本發明一般地涉及節能系統，且更具體的說，涉及與燃氣燃燒器具一起使用以減少與其相關的待機損耗的節能系統。

背景技術

現已認識到世界環境正遭受太多問題，這些問題是由全球氣候變化以及暴露在大氣中的溫室氣體所導致的。為了解決這個問題，政府現在正開始采取目標以減少溫室氣體向環境排放，并發揮它們的作用來為后代解決這個問題。雖然一些國家尚未采取公司目標，但是其他國家(例如澳大利亞)已采取了到2020年使溫室氣體減少20％的政策。

溫室氣體可從汽車、工業、農作和家庭等排放。雖然不像帶有高煙囪的大型工廠那樣明顯，但是通常在家庭內，諸如爐具、熱水器等的所有燃氣燃燒器具都釋放這些溫室氣體，作為燃燒處理本身的副產物。雖然器具工業已在能效和環境方面發揮了主要作用，但是在器具設計工程師心中，其他改進總是最重要的。

考慮到這種進一步改進，尤其考慮到對全球氣候變化和政府規定變化的增強意識，注意到的是，熱水器(內部和外部安裝單元)可以是眾多相當低效節能器具之一，且因此需要燃燒額外的燃料以維持設定點溫度。這當然會導致超過更有效器具的生成量而生成額外的溫室氣體。

一種典型的熱水器包括垂直罐，其具有中間設置的煙道管。燃氣燃燒器位于罐下方且由組合氣體控制器控制。組合氣體控制器設有開/關閥、引燃器(pilot)安全電路、引燃器和主燃燒器壓力調節器及它們相關的供應管連接，以及用以控制熱水器以將儲水罐中的水維持在預定溫度的恒溫器。

一旦恒溫器需要更多熱量時，主氣閥打開以讓氣體燃料(燃氣)流入主燃燒器中，而氣體燃料會在主燃燒器中由引燃火點燃。燃氣的點火和燃燒會導致生成煙道氣。熱煙道氣中的熱量經由罐底部并穿過中央煙道管傳遞到冷水中。煙道氣從熱水器頂部排出。

根據其安裝位置分類，大致存在兩種類型的在全世界使用的熱水器。就諸如在北美市場使用的室內熱水器而言，熱煙道氣通過連接至煙道管的氣流分流器排出，該煙道管將煙道氣安全地輸送到外部位置。燃氣燃燒所需的空氣在熱水器底部吸入燃燒室中。就諸如在澳大利亞市場使用的熱水器而言，熱煙道氣通過熱水器頂部的平衡煙道端安全地傳送到外部大氣。平衡煙道端設計成無論燃燒器在所有種風力條件下是開啟還是關閉，都允許連續供應燃燒所需的空氣。在器具內，燃燒所需的空氣從內部傳送至熱水器底部。

熱水器當前缺陷之一就是器具的整體服務效率。服務效率定義為每天從熱水器輸送至熱水的能量，除以燃氣中燃燒以加熱水并將罐中熱水維持在所需溫度的能量。服務效率可存在不同，從較差表現的器具的約0.50或50％、到剛好符合美國規定的器具的0.59、到0.64或64％的服務效率較好的產品。低服務效率可能由于當燃燒器開啟時進入水中的熱量的低熱效率和/或當燃燒器關閉時過量的熱量損耗而引起。

雖然一小部分熱量損耗可能是由從罐外部的差絕緣性而導致的，但是，大多數損耗更可能是由熱水器中間從主熱煙道管(熱交換器)的過量損耗而導致的。這個管與罐中熱水接觸，且設計成提供極佳的與水的熱傳遞，以改進“進熱”效率。

然而，就像在燃燒器開啟時熱量傳遞到水中那樣，燃燒器關閉時，熱量也會從水中傳遞出。由于這種待機(standby)熱量損耗，由于燃燒器關閉時煙道管的熱虹吸效應，相對熱的空氣被連續加熱并流出熱水器。由于主燃燒器每天僅打開一至兩個小時以加熱存儲的水，而使得水隨時可供使用，煙道管內的表面在剩余的22個小時曝露在相對較冷的空氣下。受熱水經由煙道管的自然冷卻會使得恒溫器偶然開啟燃燒器，從而將存儲的熱水連續加熱至所需溫度。

認識到這個待機熱量損耗問題后，已進行了諸多嘗試以提供某形式的煙道擋板，當燃燒器關閉時，煙道擋板關閉以限制熱量穿過煙道管逃逸，且當燃燒器開啟時，煙道擋板可靠地打開以讓煙道氣逃逸。確實，實驗測試已證明擋板可使熱水器的待機損耗減少高達約50％。這涉及約500Btu/h(0.50Mj/h)，考慮到10到15年的產品壽命，這是相當大量的能量。雖然擋板可供電，但是這種擋板會需要使用額外的電力且將需要有可靠的電源驅動。燃氣供電的擋板，即由用于燃燒的燃氣驅動的擋板，緩解了額外電力使用和可靠電源的問題。不幸的是，器具工業通常已受到燃氣運作的擋板“不怎么管用”這一事實困擾，特別是熱水器制造商受到了上述事實困擾。這些熱水器并不受歡迎且通常具有許多問題和服務難題。