[发明专利]减少燃气燃烧器具中待机能量损耗的系统和方法及其组件

说明书

技术领域

本发明一般地涉及节能系统，且更具体的说，涉及与燃气燃烧器具一起使用以减少与其相关的待机损耗的节能系统。

背景技术

现已认识到世界环境正遭受太多问题，这些问题是由全球气候变化以及暴露在大气中的温室气体所导致的。为了解决这个问题，政府现在正开始采取目标以减少温室气体向环境排放，并发挥它们的作用来为后代解决这个问题。虽然一些国家尚未采取公司目标，但是其他国家(例如澳大利亚)已采取了到2020年使温室气体减少20％的政策。

温室气体可从汽车、工业、农作和家庭等排放。虽然不像带有高烟囱的大型工厂那样明显，但是通常在家庭内，诸如炉具、热水器等的所有燃气燃烧器具都释放这些温室气体，作为燃烧处理本身的副产物。虽然器具工业已在能效和环境方面发挥了主要作用，但是在器具设计工程师心中，其他改进总是最重要的。

考虑到这种进一步改进，尤其考虑到对全球气候变化和政府规定变化的增强意识，注意到的是，热水器(内部和外部安装单元)可以是众多相当低效节能器具之一，且因此需要燃烧额外的燃料以维持设定点温度。这当然会导致超过更有效器具的生成量而生成额外的温室气体。

一种典型的热水器包括垂直罐，其具有中间设置的烟道管。燃气燃烧器位于罐下方且由组合气体控制器控制。组合气体控制器设有开/关阀、引燃器(pilot)安全电路、引燃器和主燃烧器压力调节器及它们相关的供应管连接，以及用以控制热水器以将储水罐中的水维持在预定温度的恒温器。

一旦恒温器需要更多热量时，主气阀打开以让气体燃料(燃气)流入主燃烧器中，而气体燃料会在主燃烧器中由引燃火点燃。燃气的点火和燃烧会导致生成烟道气。热烟道气中的热量经由罐底部并穿过中央烟道管传递到冷水中。烟道气从热水器顶部排出。

根据其安装位置分类，大致存在两种类型的在全世界使用的热水器。就诸如在北美市场使用的室内热水器而言，热烟道气通过连接至烟道管的气流分流器排出，该烟道管将烟道气安全地输送到外部位置。燃气燃烧所需的空气在热水器底部吸入燃烧室中。就诸如在澳大利亚市场使用的热水器而言，热烟道气通过热水器顶部的平衡烟道端安全地传送到外部大气。平衡烟道端设计成无论燃烧器在所有种风力条件下是开启还是关闭，都允许连续供应燃烧所需的空气。在器具内，燃烧所需的空气从内部传送至热水器底部。

热水器当前缺陷之一就是器具的整体服务效率。服务效率定义为每天从热水器输送至热水的能量，除以燃气中燃烧以加热水并将罐中热水维持在所需温度的能量。服务效率可存在不同，从较差表现的器具的约0.50或50％、到刚好符合美国规定的器具的0.59、到0.64或64％的服务效率较好的产品。低服务效率可能由于当燃烧器开启时进入水中的热量的低热效率和/或当燃烧器关闭时过量的热量损耗而引起。

虽然一小部分热量损耗可能是由从罐外部的差绝缘性而导致的，但是，大多数损耗更可能是由热水器中间从主热烟道管(热交换器)的过量损耗而导致的。这个管与罐中热水接触，且设计成提供极佳的与水的热传递，以改进“进热”效率。

然而，就像在燃烧器开启时热量传递到水中那样，燃烧器关闭时，热量也会从水中传递出。由于这种待机(standby)热量损耗，由于燃烧器关闭时烟道管的热虹吸效应，相对热的空气被连续加热并流出热水器。由于主燃烧器每天仅打开一至两个小时以加热存储的水，而使得水随时可供使用，烟道管内的表面在剩余的22个小时曝露在相对较冷的空气下。受热水经由烟道管的自然冷却会使得恒温器偶然开启燃烧器，从而将存储的热水连续加热至所需温度。

认识到这个待机热量损耗问题后，已进行了诸多尝试以提供某形式的烟道挡板，当燃烧器关闭时，烟道挡板关闭以限制热量穿过烟道管逃逸，且当燃烧器开启时，烟道挡板可靠地打开以让烟道气逃逸。确实，实验测试已证明挡板可使热水器的待机损耗减少高达约50％。这涉及约500Btu/h(0.50Mj/h)，考虑到10到15年的产品寿命，这是相当大量的能量。虽然挡板可供电，但是这种挡板会需要使用额外的电力且将需要有可靠的电源驱动。燃气供电的挡板，即由用于燃烧的燃气驱动的挡板，缓解了额外电力使用和可靠电源的问题。不幸的是，器具工业通常已受到燃气运作的挡板“不怎么管用”这一事实困扰，特别是热水器制造商受到了上述事实困扰。这些热水器并不受欢迎且通常具有许多问题和服务难题。