專利名稱：家庭用水加熱器和用于加熱家庭用水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于移動(dòng)式應(yīng)用的家庭用水加熱器，其帶有家庭用 水儲(chǔ)存器。本發(fā)明還涉及一種用于移動(dòng)式應(yīng)用的加熱家庭用水的方法。
背景技術(shù)：
目前在房車(chē)(motor home)中，家庭用水主要使用電能或燃?xì)庾鳛?能源進(jìn)行加熱。對(duì)于靜止運(yùn)行來(lái)說(shuō)，電能是便利、快速和安全的加熱選 擇。但是，電能通常只在特定停車(chē)場(chǎng)的相應(yīng)連接電源處提供并且較為昂 貴。利用車(chē)載電網(wǎng)(通常為12伏系統(tǒng))運(yùn)行電控家庭用水加熱系統(tǒng)不能 在較長(zhǎng)距離中提供足夠的緩沖能量，并且不很經(jīng)濟(jì)。燃?xì)庀鄬?duì)廣泛地用作加熱家庭用水的能源。并且已知的與此相關(guān)的 缺點(diǎn)包括不能總是確保燃?xì)饪捎眯砸约坝捎诓划?dāng)使用和/或不當(dāng)維護(hù)可能 產(chǎn)生火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。此外，燃?xì)夤?yīng)罐需要很大的存儲(chǔ)空間，而且減 小了房車(chē)的可能承載能力。還已知利用來(lái)自房車(chē)的內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱家庭用水的方法。但是， 由于目前使用燃料高效利用的發(fā)動(dòng)機(jī)，所產(chǎn)生的可用于加熱家庭用水的 廢熱很少。因此，必須提供附加的輔助熱源，利用該輔助熱源可將家庭 用水加熱到希望的溫度。另外，已知一種用于移動(dòng)式應(yīng)用的家庭用水加熱器，其采用加熱裝 置以利用被加熱的空氣來(lái)加熱家庭用水。在該方法中，可供車(chē)輛使用的 被加熱空氣還用于加熱家庭用水。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于，專門(mén)使用
被加熱的空氣來(lái)加熱家庭用水涉及使用具有較小比熱容的介質(zhì)。這會(huì)不 利地影響家庭用水加熱裝置的效果或尺寸。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是進(jìn)一步改進(jìn)這類家庭用水加熱裝置，從而將確保獨(dú) 立于作為能源的燃?xì)夂碗娔芤院?jiǎn)單、高效的方式加熱家庭用水。 該目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中描述的特征得以實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的有利的進(jìn)一步改進(jìn)和實(shí)施例描述于從屬權(quán)利要求中。 本發(fā)明的家庭用水加熱器以一般現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，其中該家庭用水 加熱器具有流體/家庭用水熱交換器，其中熱能可以通過(guò)輔助加熱裝置被 供給至流體，并且流體的熱能可以通過(guò)熱交換器至少部分地被傳遞給家 庭用水。這樣，可以有利地依賴于例如輔助加熱裝置的已有部件或已用 流體。通過(guò)使用流體作為傳熱介質(zhì)加熱家庭用水，特別是可以使用具有 高比熱容的傳熱介質(zhì)。而且，本發(fā)明的家庭用水加熱器提供了下列優(yōu)點(diǎn)， 即可以通過(guò)輔助加熱裝置使流體加熱到選定范圍之內(nèi)的任何溫度，從而 還可以實(shí)現(xiàn)用于家庭用水的可能的期望加熱水平。同時(shí)，作為傳熱介質(zhì) 的流體可以吸收來(lái)自房車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)的任何可能存在的廢熱，并且利用它 來(lái)加熱家庭用水。通過(guò)流體/家庭用水熱交換器的適當(dāng)結(jié)構(gòu)配置，出于食 品安全考慮，家庭用水和流體可以分開(kāi)地輸送。例如，流體/家庭用水熱 交換器可以配置為對(duì)流熱交換器，以便產(chǎn)生高效的熱傳遞。但是，還可 以想到其他配置，例如根據(jù)連續(xù)流加熱器原理的熱交換器，其中家庭用 水在與同一加熱器內(nèi)的流體產(chǎn)生熱接觸的情況下通過(guò)通道輸送，或者其 中在家庭用水內(nèi)通過(guò)通道輸送的流體將熱能釋放給家庭用水的熱交換 器。
在優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)定流體在閉合傳熱回路中形成傳熱介質(zhì)。舉例 來(lái)說(shuō)，傳熱回路可以是房車(chē)中的冷卻劑回路。這樣，家庭用水加熱器可 以整合到現(xiàn)有回路中。閉合傳熱回路可以獨(dú)立于家庭用水能量需求利用 輔助加熱裝置進(jìn)行加熱，并且可以通過(guò)流體/家庭用水熱交換器補(bǔ)充或?qū)?門(mén)地加熱家庭用水。回路的閉合配置能夠使流體與家庭用水物理(或材 料)隔離，并同時(shí)產(chǎn)生熱接觸。特別是，在一個(gè)實(shí)施例中，可以設(shè)定傳熱回路具有電磁閥。利用電 磁閥，可以實(shí)現(xiàn)從流體到家庭用水的傳熱控制。例如，在高家庭用水能 量需求的情況下，可以增加流過(guò)流體/家庭用水熱交換器的流體的流量， 而傳熱回路中的其它能量消耗裝置也接收較低的流體流量，或者可選擇 地可以從回路中完全去除?；蛘?，如果不希望額外加熱家庭用水，流體/ 家庭用水熱交換器可以通過(guò)相應(yīng)地切換闊而從傳熱回路中完全去除。在本發(fā)明的類似優(yōu)選實(shí)施例中，輔助加熱裝置以液體燃料運(yùn)行。特 別地，如果使用與房車(chē)運(yùn)行所需的相同類型的燃料，能夠?qū)⑾鄳?yīng)的燃料 簡(jiǎn)單地供給至輔助加熱裝置。例如，在靜止運(yùn)行和房車(chē)行駛期間，燃料 可以從房車(chē)的燃料箱中直接抽取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助加熱裝置以及家庭用 水加熱裝置的簡(jiǎn)單供給。本發(fā)明的家庭用水加熱裝置的一優(yōu)選實(shí)施例設(shè)定熱交換器布置在家 庭用水儲(chǔ)存器的內(nèi)部。該布置有利于使熱交換器的相對(duì)大的表面與家庭 用水接觸。例如，家庭用水能夠直接圍繞著熱交換器的區(qū)域和/或表面流 動(dòng)?？蛇x擇地，熱交換器的一部分可以直接伸入家庭用水中，從而能夠 有效地進(jìn)行傳熱。就此而言，可以進(jìn)一步有利地設(shè)定熱交換器形成傳熱回路的管段。 這代表了熱交換器的簡(jiǎn)單、高效的實(shí)施例。例如，該管段可以直接浸入 家庭用水儲(chǔ)存器中并且通過(guò)從其中流過(guò)的傳熱流體加熱家庭用水。 特別地，可以有利地設(shè)定管段為螺旋形。螺旋形實(shí)施例擴(kuò)大了用于 釋放熱能的熱交換器的表面，從而改進(jìn)了傳熱流體和家庭用水之間的熱 接觸。此外，在本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的改進(jìn)中，可以設(shè)定家庭用水儲(chǔ)存器是 絕熱的。這確保了在家庭用水加熱器關(guān)斷之后長(zhǎng)時(shí)間地供應(yīng)熱的家庭用 水。在本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的改進(jìn)中，設(shè)定家庭用水儲(chǔ)存器具有圓柱形箱 體。這種形狀能夠由于少量焊縫實(shí)現(xiàn)低成本的生產(chǎn)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于移動(dòng)式應(yīng)用的加熱家庭用水的方法，所 述方法包括下列步驟-使用輔助加熱裝置加熱傳熱回路中的傳熱流體；-傳熱流體流過(guò)流體/流體熱交換器；-通過(guò)流體/流體熱交換器將來(lái)自傳熱流體的至少一部分熱能傳遞給 家庭用水。通過(guò)這種方式，還在方法范疇內(nèi)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明基于以下構(gòu)思，即利用房車(chē)中已有的輔助加熱裝置、例如獨(dú) 立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)來(lái)加熱家庭用水。因此，根據(jù)本發(fā)明，冷卻 劑/家庭用水熱交換器整合在與輔助加熱裝置相連的冷卻劑回路中。例如， 熱交換器可以配置為伸入家庭用水箱體中的螺旋狀或螺線狀管段。例如， 可以通過(guò)電磁閥控制釋放到家庭用水中的能量，所述電磁閥供應(yīng)來(lái)自獨(dú) 立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)的熱能，以加熱家庭用水，加熱車(chē)輛內(nèi)部， 或加熱兩者。在下文中，將參照優(yōu)選實(shí)施例的附圖以舉例方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳 細(xì)地描述。


在附圖中圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的家庭用水加熱器；圖2示出了帶有根據(jù)本發(fā)明的家庭用水加熱器的閉合傳熱回路的框圖；圖3示出了本發(fā)明的方法的一實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
圖i示出了根據(jù)本發(fā)明的家庭用水加熱器(或家庭用水加熱單元)io。該家庭用水加熱器10具有家庭用水箱體12。該箱體具有圓柱形的基本形 狀并且在本示例性實(shí)施例中水平布置。家庭用水箱體12的下側(cè)具有家庭 用水入口60，其上側(cè)具有家庭用水出口62。這些入口和出口位于該圓柱 體(圓筒)的相對(duì)端面附近，因此彼此徑向相對(duì)。待加熱的家庭用水20 容納在家庭用水箱體12中。通過(guò)適當(dāng)?shù)慕^熱(隔熱)壁32可以避免家庭 用水箱體12周?chē)鷧^(qū)域的熱能損失。凸緣連接器的對(duì)應(yīng)件63位于鄰近家庭 用水出口62的家庭用水箱體12的端面的中心處，熱交換器14的凸緣連接 器64通過(guò)四個(gè)凸緣螺釘66緊固到所述對(duì)應(yīng)件上。熱交換器14具有熱交換 器入口68和熱交換器出口70，所述出口和入口在圖中覆蓋凸緣螺釘66中 的兩個(gè)。熱交換器入口68和熱交換器出口70與凸緣連接器64相連。熱交 換器14的管線68、 70、 28容納作為傳熱介質(zhì)的冷卻劑16。熱交換器14的 管段28連接到面向家庭用水箱體12的凸緣連接器64的一側(cè)。熱交換器在 家庭用水箱體12內(nèi)基本上以U形延伸，其中分配給熱交換器出口70的腿部 配置為螺旋管30。根據(jù)本發(fā)明，熱交換器14和家庭用水箱體12在冷卻劑回路中的整合 示出于圖2中，并且為清楚起見(jiàn)在圖l中省略。
經(jīng)由熱交換器入口68，被加熱的冷卻劑16通過(guò)管段28流入家庭用水 箱體12的內(nèi)部。沿著從熱交換器入口68到熱交換器出口70的路徑，冷卻 劑16流過(guò)螺旋管30。螺旋管30完全被家庭用水20包圍，因此，所述家庭 用水通過(guò)螺旋管30的管壁與冷卻劑16形成緊密熱接觸。這允許冷卻劑將 其一部分熱能釋放到家庭用水20中。位于家庭用水箱體12內(nèi)部的管段28 的U形和/或螺旋狀布置使得可以均勻地加熱家庭用水20。這在家庭用水 中產(chǎn)生溫度梯度與位于家庭用水入口60附近區(qū)域的家庭用水箱體12的 下部區(qū)域中的那部分家庭用水20相比，家庭用水出口62區(qū)域中的那部分 家庭用水20具有更高的溫度。因此，被加熱的家庭用水20可以通過(guò)家庭 用水出口 62抽出，而同時(shí)冷水通過(guò)家庭用水入口 60供給至家庭用水箱體 12。圖2示出了帶有根據(jù)本發(fā)明的家庭用水加熱器的閉合傳熱回路的框 圖。該框圖示出熱交換器14整合到閉合冷卻劑回路中。所述回路包括輔 助加熱裝置18和房車(chē)的車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)46以及相應(yīng)的管線。輔助加熱裝置18 可以為在內(nèi)燃機(jī)46運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行的輔助加熱器、在內(nèi)燃機(jī)46不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行 的獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)、或者可在內(nèi)燃機(jī)46運(yùn)轉(zhuǎn)或內(nèi)燃機(jī)46不 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均運(yùn)行的輔助加熱器和獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)的組合。輔 助加熱裝置18在燃燒的基礎(chǔ)上產(chǎn)生熱量。在本實(shí)施例中，燃料26被燃燒， 所述燃料還可以被內(nèi)燃機(jī)46使用，以驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛。例如，燃料26可以 為柴油或汽油。燃料26位于燃料箱48中并且通過(guò)管線80、 82供給至輔助 加熱裝置18和/或內(nèi)燃機(jī)46。除了內(nèi)燃機(jī)46、獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系 統(tǒng)18和熱交換器14之外，閉合冷卻劑回路包括熱交換器40。與流體/家庭 用水熱交換器14相對(duì)照，該熱交換器為流體/空氣熱交換器。在該熱交換 器中，存在于冷卻劑16中的熱能被傳遞給待加熱的空氣42。當(dāng)車(chē)輛靜止 時(shí)或者在行駛期間，空氣42用于加熱車(chē)輛內(nèi)部44，以產(chǎn)生舒適的內(nèi)部溫 度。除了所列元件之外，閉合冷卻劑回路包括管路元件50-58和電磁閥22、 24。電磁閥22、 24整合到流體/家庭用水熱交換器14和流體/空氣熱交換器 40之間以及內(nèi)燃機(jī)46和獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)18之間的連接部分 中。特別地，圖示布置可按兩種模式運(yùn)行在第一運(yùn)行模式中，冷卻劑 16在獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)18、流體/家庭用水熱交換器14、流體/ 空氣熱交換器40和內(nèi)燃機(jī)46之間循環(huán)。在該模式中，獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空 氣加熱系統(tǒng)18通過(guò)管線80從燃料箱48中抽取燃料26，燃燒燃料26，并從 而加熱冷卻劑16。冷卻劑通過(guò)管線50流到流體/家庭用水熱交換器14中， 在所述熱交換器中，冷卻劑的一部分熱能被傳遞給容納于家庭用水箱體 12中的家庭用水20，如參照?qǐng)Dl所述。冷卻劑16可以通過(guò)管線52流向流體 /空氣熱交換器40，并同樣可以將其熱能的一部分傳遞給待加熱的空氣42。 這用于加熱車(chē)輛內(nèi)部44。冷卻劑16隨后通過(guò)管線54流向內(nèi)燃機(jī)46，在所 述內(nèi)燃機(jī)中，所述冷卻劑用于將內(nèi)燃機(jī)46加熱到其工作溫度。冷卻劑通 過(guò)管線56返回獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)18。在這種運(yùn)行模式下，冷 卻劑16用于加熱家庭用水20和車(chē)輛內(nèi)部44的空氣42，并且產(chǎn)生用于內(nèi)燃 機(jī)46的適當(dāng)?shù)墓ぷ鳒囟?。但是，在某些行駛條件下，例如，如果外部溫 度足夠高的話，可能僅僅希望加熱家庭用水20。在這種情況下，在第二 運(yùn)行模式下，電磁閥22、 24可用于減小冷卻劑回路的尺寸。于是，冷卻 劑回路僅僅包括獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)18和流體/家庭用水熱交換 器14，并且通過(guò)管線58閉合。在這種情況下，冷卻劑16的所有熱能可被 用于通過(guò)流體/家庭用水熱交換器14加熱家庭用水20 。上述冷卻劑回路僅僅意在解釋本發(fā)明的構(gòu)思。當(dāng)然，例如具有大量 電磁閥的顯著更復(fù)雜的回路也是可以想到的，其中，舉例來(lái)說(shuō)，每個(gè)熱
源和/或每個(gè)獨(dú)立的熱能消耗裝置可以加入到回路中或從回路中去除。這 種回路還可以包括更多或更少數(shù)量的熱能消耗裝置。圖3示出了用于解釋根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。該方法從步驟S1開(kāi)始。在步驟S2中，冷卻劑通過(guò)還可用于加熱車(chē)輛的其它部分的獨(dú)立于 發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣加熱系統(tǒng)被加熱。在步驟S3中，被加熱的冷卻劑流過(guò)冷卻 劑/家庭用水熱交換器。在步驟S4中，冷卻劑將其熱能的至少一部分傳遞 給家庭用水。在步驟S5中，控制器(或控制單元)監(jiān)控家庭用水是否已 經(jīng)達(dá)到其希望的最終溫度。如果已經(jīng)達(dá)到，該方法結(jié)束于步驟S6。否則， 重新從步驟S2開(kāi)始。在上文、附圖和權(quán)利要求書(shū)中公開(kāi)的本發(fā)明的特征可以基本、單獨(dú) 或任何組合的方式被考慮，以實(shí)施本發(fā)明。參考標(biāo)號(hào)列表10 家庭用水加熱器(或家庭用水加熱單元)12 家庭用水儲(chǔ)存器(或家庭用水儲(chǔ)存單元)14 流體/家庭用水熱交換器16 流體18 輔助加熱裝置20 家庭用水22、 24 電磁閥26 燃料28 管段30 螺旋管32 絕熱件40 流體/空氣熱交換器 42空氣44車(chē)輛內(nèi)部46內(nèi)燃機(jī)48燃料箱50-58管線60家庭用水入口62家庭用水出口63凸緣連接器對(duì)應(yīng)件64凸緣連接器66凸緣螺釘68熱交換器入口70熱交換器出口80、 82燃料管線
權(quán)利要求
1.一種用于移動(dòng)式應(yīng)用的家庭用水加熱器，其帶有家庭用水儲(chǔ)存器(12)，其特征在于，所述家庭用水加熱器(10)具有流體/家庭用水熱交換器(14)，其中熱能可以通過(guò)輔助加熱裝置(18)被供給至流體(16)，并且來(lái)自流體(16)的熱能可以通過(guò)所述熱交換器至少部分地被傳遞給家庭用水(20)。
2. 如權(quán)利要求l所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述流體(16) 形成用于閉合傳熱回路的傳熱介質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求2所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述傳熱回 路具有電磁閥(22， 24)。
4. 如上述權(quán)利要求之一所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述 輔助加熱裝置(18)可以依靠液體燃料(26)運(yùn)行。
5. 如上述權(quán)利要求之一所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述 熱交換器布置在家庭用水儲(chǔ)存器(12)的內(nèi)部。
6. 如權(quán)利要求5所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述熱交換 器形成所述傳熱回路的管段(28)。
7. 如上述權(quán)利要求之一所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述 管段(28)呈螺旋形。
8. 如上述權(quán)利要求之一所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述 家庭用水儲(chǔ)存器(12)具有絕熱件(32)。
9. 如上述權(quán)利要求之一所述的家庭用水加熱器，其特征在于，所述 家庭用水儲(chǔ)存器(12)具有圓柱形箱體。
10. —種用于移動(dòng)式應(yīng)用的加熱家庭用水的方法，其包括下列步驟 -通過(guò)輔助加熱系統(tǒng)加熱傳熱回路中的傳熱流體；-傳熱流體流過(guò)流體/流體熱交換器；-通過(guò)流體/流體熱交換器將來(lái)自傳熱流體的至少一部分熱能傳遞給 家庭用水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于移動(dòng)式應(yīng)用的家庭用水加熱器(10)，其帶有家庭用水儲(chǔ)存器(12)。本發(fā)明提出，家庭用水加熱器(10)具有流體/家庭用水熱交換器(14)，其中熱能可以通過(guò)輔助加熱裝置(14)被供給至流體(16)，并且來(lái)自流體(16)的熱能可以通過(guò)所述熱交換器(14)至少部分地被傳遞給家庭用水(20)。本發(fā)明還涉及一種用于加熱家庭用水的方法。
文檔編號(hào)F24H1/20GK101160494SQ200680012599
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月16日
發(fā)明者W·利斯納 申請(qǐng)人:韋巴斯托股份公司