专利名称：与总水管相连接的具有真空保温装置的热水设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能至少承受公用供水系统的压力的热水设备，包括至少一个热水槽，该热水槽具有一个可与该公用供水系统相连接的供水管和一个可与放水龙头相连接的放水管，该至少一个热水槽还包括一个装在该热水槽中的加热元件和一个温度调节装置，该热水槽包括一个大体上圆柱形的夹套壁和两个端壁，这样的一种设备可以从英国专利1,373,990中了解到，该设备在那种情况下可以用来提供大体上100℃的水。该现有设备中设置有一个泡沫塑料的保温装置。最近这些年来，从环境考虑越来越感觉到，经常使用的这种类型的设备(它具有一个热水槽作为缓冲水箱，并且经常连续地保持在较高的温度下)的一个缺点是热量损失。对于用来经常地和即时地供给小量热水的设备来说，该缺点是特别确实的。迄今为止，对于热损失的解决办法已经在改进保温材料和使用更大的保温层厚度方面进行了探讨。对于最多20升容量的小型的热水设备来说，两种探讨方法都给出了不满足需要的结果，它们只适用于加热温度至少在80℃以上的情况。实际上，业已发现，几乎不可能获得可以买得起的、比例如那些高质量的聚氨酯泡沫塑料的性能更好的保温性能的材料。从考虑节约能源出发，对于这种设备采用4厘米的保温层厚度是可取的。但是，使用这种更大厚度的保温夹套并不能带来理想的效果，因为用于立即提供小量的热水或沸水的设备需要加热槽设置在尽可能靠近放水点的位置，以防止时间损失，水损失和由于通过在放水点与加热槽之间的中间管道时的冷却引起的低温所造成的能量损失。但是，靠近放水点，例如，在家庭厨房中的厨房厨柜内，在滴水板下面靠近水槽，由于通常只有非常小的空间，以致使具有足够厚度的保温夹套的热水设备的安装成为不可能。所以，使用于这类应用场合的加热设备的外部尺寸尽可能的小是非常重要的。热水设备在脸盆下面靠近温水龙头处的安装也迫切需要尽可能的最小尺寸，同时保持一个足够高温的充分的水容量，以打开巨大的节约能源的市场份额。
容量小于20升的圆柱形小型热水槽的全部保温层与水的容积相比较占有较多的空间。例如，采用一个其高度/直径比为2/1的直立的小型圆柱形水箱，在直径为12.4厘米的情况下，其容量为3升。当该圆柱体在其侧壁和端面上用一个厚度仅为3厘米的保温层盖上以后，其总容量已经超过8升。这样，为了用一个保温厚度来保温3升的容量就需要用超过5升的保温容积，实际上，从环境考虑，对于那些日夜接通的设备来说，该保温厚度应当超过4厘米。这对于在装有空气调节器的空间内使用相关类型的热水设备来说就更加正确。
因此，本发明的目的是提供一种具有高度保温的尺寸紧凑的热水设备。为此，在本文的开始段落中所描述的这种类型的热水设备的特征在于，至少该热水槽的该圆柱壁部分用一个真空保温夹套保温。
当使用一个盖住至少该热水槽的该圆柱形夹套壁的真空保温夹套时，已经发现，可以使用例如1厘米以至更薄的保温壁厚度就能具有比4厘米厚的聚氨酯泡沫塑料更好的保温性能。当一个较厚的常规保温层用于该圆筒的一个以至两个端面上时，将可以惊奇的看到，即使在所用的水温高于100℃，并且至少用一个真空保温夹套来保温热水槽的圆柱形壁部分的情况下，能够获得的全部加热水箱的外部体积是多么小，以及在实际上可以减少的热损失又是多么巨大。根据本发明进一步结构，此处最好该保温夹套是这样的结构，在由该保温夹套所封闭的内部空间与周围空间之间的温差至少为90℃，以及该保温夹套的厚度不超过约2厘米的情况下，被保温的表面积的单位面积上的热损失每平方米不超过200瓦。
为了用一个其厚度最多为2厘米(最好为约1厘米)的真空保温夹套来达到这样的保温值，其内部压力小于约10-2毫巴(最好约10-3毫巴以至更小)的高度真空是可取的。
根据本发明的进一步结构，采用下述结构是十分有利的，即，该热水槽的圆柱形壁部分用一个真空保温夹套来保温，该夹套的内壁和外壁在至少一个连接边缘的位置处被连接在一起，该连接边缘位于与该热水槽中的水相隔一定距离的位置，该距离大于在该热水槽的位置处的该内壁与外壁之间的距离，同时，在该连接边缘与该热水槽之间的距离由一个保温夹套壁部分所桥接。由此可以获得的效果是，该保温夹套壁部分形成了在处于高温下的热水槽与处于室温下的真空保温夹套的外壁之间的一个热桥。该热桥的热阻可以通过增加保温夹套壁部分的高度和减少保温夹套壁部分的材料厚度以及通过为保温夹套壁部分选择一种具有低导热系数的材料而增加。因此，就可以大大减少通过传导而不可避免的热损失。
此外，采用下述结构是十分有利的，即，该或每个连接边缘在该保温夹套中限定一个孔，该孔给出了通向热水槽的入口。因此，例如，加热元件的更换和氧化皮的清除就成为可能，此外，如果需要的话，也可以为入口和出口孔设置一个通道。
为了尽可能地限制该热水槽的壁部分不由真空保温夹套保温，采用下述结构是十分有利的，即，该热水槽的高度/直径比至少为1.5/1。
欧洲专利申请EP-A-0 309 198描述了一种包括一个热水槽的热水设备，该热水槽由一个真空保温夹套进行保温。但是，该出版物十分清楚地表明，在这样一种设备中，加热装置装在该槽中是不受欢迎的，因为这样将大大增加与在真空保温夹套中所必须有的孔有关的装置的生产成本。此外，该出版物还表明，通过配置在该槽内的加热元件对冷水与加入的温水的混合物的加热，温水已经存在于该槽中，因此，在排出一定数量的热水以后，就不可能立即提供所需温度的热水。所以，该欧洲出版物提出将加热元件配置在该槽的外部，并且将它设计成一个瞬时加热的元件。当然，这种解决办法的一个缺点是，热损失发生在该瞬时加热元件上，因为该瞬时加热元件是不保温的。如果使这种瞬时加热元件受到保温(这可以通过保温泡沫胶来做到)但它又要随之产生不受欢迎的大尺寸。此外，该加热线圈具有比该液体高得多的温度，这就使对保温材料的选择显著地复杂化。在本发明的设备中，这个问题仍然通过配置在该槽中的加热元件解决(无视伴随的问题)，但使用另一种形式的保温，即只对真空保温夹套中的孔进行保温，加热装置仍通过该孔插到该槽中。
WO-A-85/01790涉及了一种包括一个真空保温夹套的太阳能热水器。该出版物没有教给在本技术领域内的技术熟练的人比利用真空保温夹套来实现保温更多的任何东西。此外，该出版物与本发明无关，因为它没有公开一个在热水槽内的加热元件的配置。况且，该现有设备没有设置一个温度调节装置，并且该槽也不是圆柱形的而是球形的结构。在该现有设备中，外夹套的透明的球形半壳是如何连接在一起的(以便使其中能产生可以保持较长时间的真空)并不清楚。此外，从该出版物一点也没说明真空的限度。真空差不多100％的信息对于在本技术领域的一般技术水平的人来说是毫无意义的。有关在导管的通道的位置处的内槽与外壳之间的连接以及该连接形成一个容易泄漏的位置的情况也没有做出进一步的说明。
美国专利US-A-4 974 551涉及一种由塑料制成的热水器。在该专利文件中确实说明了该水槽通过一个真空保温夹套来保温，但是，实际上，塑料用来实施密封功能是绝对不适合的。此外，经过一定时间塑料本身将释放出大量的气体，这些气体将使在该夹套内的真空消除。因此，在该现有设备中，保温所需要的真空是绝对不存在的。所以，该出版物提出用保温材料(例如玻璃纤维或聚氨酯泡沫塑料)来使该夹套保温。在从该美国专利中获知的该设备中，大约10-2毫巴的真空度(如在本发明的进一步结构中所提出的那样)是绝对不实际的。
US-A-3 830 288涉及一种用于蓄热设备的保温夹套，该设备利用廉价的电流加热，并且，在白天，该设备将热量释放到配置该设备的空间内。最好是，把这些蓄热设备放在窗户下面，并且它最好是扁平的和矩形的结构。因此，该出版物并没有涉及一种热水设备，该设备包括一个具有一个与公用供水系统相连接的供水管和一个与放水龙头相连接的排水管的热水槽。此外，在该出版物中所描述的保温夹套中充满了气体。这与本发明将高度真空用于热水槽的保温的提议是相矛盾的。
因此，没有任何一个上述出版物公开过在本文开始段落中所描述的这种包括一个真空保温夹套的热水设备。这些出版物更没有公开过这样一种热水设备，该设备的保温夹套是一种这样的结构，在由该保温夹套所封闭的内部空间与周围空间之间的温度差至少为90℃和该保温夹套的厚度最多约2厘米的条件下，被保温的表面积的单位面积的热损失不大于每平方米200瓦。如上所述，根据本发明的另一结构，可以获得这样一种程度的保温，因为处于真空下的该保温夹套内的压力小于10-2毫巴。
本发明的细节将在从属权利要求中进行说明，并且将在下面参照附图根据4个可廉价生产和能生态再循环的具有一个几乎无损耗的只占据很小空间的保温装置的热水加热设备的非限制性的实施例做出更详细的说明。
图1是一个具有真空保温装置的热水设备的纵向剖面，其中，热水槽的壁主要由真空保温夹套的内壁构成；图2是沿图1的A-A线截取的剖面图；图3是一个具有真空保温装置的热水设备的纵向剖面，其中，用于热水和冷水的混合装置配置在上端；图4是一个具有真空保温装置的热水设备的纵向剖面，其中，一个单独的热水槽滑入一个斗形的真空保温夹套内；以及图5是一个热水设备的剖面，其中，保温夹套的内壁和外壁在上端和下端都用一个连接边缘相连接。
图1示出了一个热水设备，其中，热水槽1的圆柱壁部分9和底部1b都通过一个真空的保温夹套2保温。热水槽1可以通过一个供水管3与总水管相连接，并且通过排水管4与一个放水龙头相连接。此外，热水设备1包括一个加热元件5和一个具有一个电子温度调节装置25的温度传感器6，利用该调节装置就可以恒温地调节水温。凸缘7设置在热水槽1的上端，盖8安装在该凸缘上，从而使热水槽1可以由螺栓18所封闭。通过卸下盖8，温度传感器6，加热元件5，水管接合配件3，4就可以卸下。
真空保温夹套2由处于高温的内壁9与处于室温的外壁10所限定。在该实施例中，内壁9还起着热水槽1的壁的作用。
在保温夹套2以及内壁和外壁9和10的上端分别通过例如焊接或软焊与环形的连接边缘11连接在一起。连接边缘11位于离开壁9(该壁与热水槽1的热水相接触)的一个较大距离(例如5厘米)的位置处，它留有一个足以将盖8从热水槽1中取出的足够大的通孔。
在该实施例中，保温夹套2的内壁9的上部由保温夹套壁部分12构成，该部分位于连接边缘11与连接边缘13之间，在该处，加热槽1的上端与凸缘7以及与保温夹套壁部分12的下端相连接。保温夹套壁部分12由薄壁的，导热差的金属(例如某些类型的不锈钢)制成，它在高温的热水槽1与处于近似室温下的外壁10之间形成了限制热损失的热桥。
和热水槽1的盖8一起，相关的保温夹套壁部分12形成了在盖8上面的一个杯形的空间，该空间可以用常规的保温材料14(例如泡沫塑料)充满。
该附图中示出了一对紧紧地靠在该壁上并与之相配合的保温的泡沫塑料块14，利用该块，热水槽1的上端就实现了保温。由此可达到的效果是热量损失很少，因为用作热桥的保温夹套壁部分12差不多完全限制了热传导损失，而通过热桥处的辐射损失也几乎完全由保温材料14所屏蔽。
在保温材料14内留有一个空间，该空间允许通向加热元件5和恒温传感器6的电源22的接线以及水源和排水管3，4的通过。
保温夹套2的外壁10的强度必须足够，以便作为满载的热水槽1的固定件，防止从外部损坏并且承受内部真空。为此，可以使用大约0.4-1.0毫米(这取决于水容量的多少)的薄钢板。对于热水槽来说，可以使用大约0.2-0.4毫米厚度的抗腐蚀铬镍钢板。
保温夹套壁部分12的高度和厚度对于限制热传导损失是重要的。使保温夹套壁部分12与水接触而不易受腐蚀并且几乎完全处于在该保温夹套内的真空影响下的拉伸应变状态下是十分有利的。为此，它可以使用具有导热系数例如为10瓦/℃壁厚为0.2毫米以下的均匀的不锈钢薄板制成。只要强度足以抵抗真空的压力和热水槽1的重量，就不容易产生变形(部分是作为真空的结果)。
图中示出了一个安装在保温夹套12的连接边缘11上的密闭盖15，在该盖的内侧提供有用于温度调节的电子器件。
在保温夹套2的真空内部，该图还示出了一个由薄反射箔所组成的辐射屏16，用来阻止通过该真空壁的辐射损失。
最后，在保温夹套2的内部示出了一个用于吸气材料17的容器，以便将高度真空保持多年。
图2是在取下了上盖15，保温材料14，水管3和4，以及电气接头(以便使得用螺母18固定的热水槽1的盖8的上端能够被看见)后，沿着图1的A-A剖面截取的顶视图。
在图1和2中所示的结构中，该热水设备可以方便地被拆卸成少量的部件，这在维修时是一个优点。其中装有电子器件的密闭盖15可以在将连接在加热元件和温度传感器上的插头联接拆下来以后单独地卸下。接着，可以将保温的泡沫塑料块14卸下。然后，在卸下螺母18后，可以将盖8从热水槽1上卸下。固定在盖8上的入口和出口导管3，4，温度传感器6以及加热元件5可以与盖8一起从热水槽1上取下，并且也可以被单独地卸下。
当然，这种拆卸方法也是有利的，如果该设备的部件需要在其寿命结束以后再回收的话。具有凸缘7的保温夹套壁2和保温夹套壁部分12全都可以由不锈钢构成。盖8(通过部件可以从其上卸下)可以由一种可单独地重复使用的青铜合金构成。带有电子器件的塑料的密闭盖15和保温的泡沫塑料14都需要分别地回收。
在图1中，圆柱形的外壁10保持为平的。特别在较大的热水设备中，为了强度的原因或者从美学上考虑，提供一个或更多个凹槽或波纹这可能是有利的。通过使在盖8下面的真空夹套2的直径大于保温夹套壁部分12的直径来增加热水槽1的容量也是可取的。
图3是一个具有真空保温夹套2的热水设备的纵向剖面，其中，设置有用于热水和冷水的混合装置19，以便放水点可以由比热水槽1中的高温水温度更低的温水来供给。使用本发明所获得的效果在于，一个具有很少热量损失的热水设备(由于其较小的外部尺寸，可以设置在靠近放水点的位置上)，可以提供比热水槽1的容量大得多的水量。此处，在热水槽中的水保持约100℃的温度，而流出水则可以通过与冷水的混合而具有任何温度。
图4是一个热水设备的剖面图，其中，热水槽1和真空保温夹套2是独立的部件，它们可以用不同的材料制成。此处，包括一个圆柱形的夹套壁1a和一个底壁1b，以及一个盖8和其他的附件的热水槽1被从上面滑入到斗形的保温夹套2内。真空保温夹套2包括一个内壁9和一个外壁10。在图1中还示出了起着热桥作用的保温夹套壁部分12，该部分由在环形连接边缘11与环形区域极限20(与盖8的上端处于相同的高度)之间的保温夹套2的内壁9的上端形成，并且它还形成了基本上充满了保温材料14的杯形空间的下部。
图5是热水设备的一个剖面，其中，与图4中相同，热水槽1和真空保温夹套2都是独立的部件，它们可以互相滑动地放入。在该情况下，保温夹套2包括一个内壁9和一个外壁10，该内壁和外壁在其上端和下端与一个环形的连接边缘11和21连接在一起。因此，在其两端就各形成了一个杯形空间，每个杯形空间都充满了常规的保温材料14，23。在图5所示的实施例中，供水导管3通到热水槽1的下端。为了保证通过导管3供给的冷水不会与盛装在热水槽1的上部的热水相混合，一个沿横向使流入水转向的屏蔽盖24设置在导管3的流出孔上面。
显然，本发明不限于上述的实施例，只要在本发明的范围内，可以做出各种变更方案。因此，为了增加有效容积，该热水设备可以包括多个热水槽1，每个热水槽都具有其自身的真空保温夹套。在该变更方案中，热水槽可以是串联连接的，供水管3连接在第一个热水槽上，而排水管4则连接在该串联连接的热水槽中的最后一个热水槽上。显然，在热水槽的这样的串联连接的情况下，只有第一个热水槽需要设置有大容量的加热元件5，而在下游的这些热水槽只需要设置一个具有足以把盛装在这些水槽中的热水保持在所需要的温度上的容量的加热元件。
权利要求
1.一种能至少承受公用供水系统的压力的热水设备，包括至少一个热水槽(1)，该热水槽具有一个可与该公用供水系统相连接的供水管(3)和一个可与放水龙头相连接的放水管(4)，该至少一个热水槽(1)还包括一个装在该热水槽(1)中的加热元件(5)和一个温度调节装置(25)，该至少一个热水槽包括一个大体上圆柱形的夹套壁(1a，9)和两个端壁(1b，8)，该至少一个热水槽(1)具有一个最多20升的容量并且可用来将水加热到至少80℃，其特征在于，至少该热水槽的该圆柱壁部分(1a，9)用一个真空保温夹套(2)保温。
2.权利要求1所述的热水设备，其特征在于，该保温夹套是一种这样的结构，在由该保温夹套所封闭的内部空间(1)与周围空间之间的温度差至少为90℃和该保温夹套的厚度最多约2厘米的条件下，被保温的表面积的单位面积的热损失不大于每平方米200瓦。
3.权利要求1或2所述的热水设备，其特征在于，该热水槽(1)的高度/直径比至少为1.5/1。
4. 权利要求1-3中任一项所述的热水设备，其特征在于，该真空保温夹套(2)包括一个内壁(9)和一个外壁(10)，该内壁(9)和外壁(10)在至少一个连接边缘(11，21)的位置处被连接在一起，该连接边缘(11，21)位于与该热水槽(1)中的水相隔一定距离的位置，该距离大于在该热水槽(1)的位置处的该内壁与外壁(分别为9和10)之间的距离，同时，在该连接边缘(11，21)与该热水槽(1)之间的距离由一个保温夹套壁部分(12)所桥接。
5.权利要求4所述的热水设备，其特征在于，该或每个连接边缘(11，21)在该保温夹套(2)中限定了一个孔，该孔给出了通向热水槽(1)的一个端壁(1b，8)的入口。
6.权利要求5所述的热水设备，其特征在于，至少一个大体上杯形的空间由该保温夹套(2)中的一个孔所形成，同时一个保温夹套壁部分(12)限定了该至少一个杯形空间的侧向极限，以及该热水槽的一个端壁(1b，8)限定了该至少一个杯形空间的下部极限，该杯形空间至少部分地用保温材料(14，23)所充满。
7.至少权利要求4所述的热水设备，其特征在于，所述保温夹套壁部分(12)是用具有相对低的热传导系数的材料制成的。
8.权利要求7所述的热水设备，其特征在于，该保温夹套壁部分(12)是用不锈钢制成的。
9.至少权利要求4所述的热水设备，其特征在于，该保温夹套壁部分(12)是薄壁的。
10.根据至少是权利要求4所述的热保温的热水设备，其特征在于，在该连接边缘(11，21)与该热水槽(1)之间的距离在热水槽容量为3-7升的条件下至少为5厘米。
11.至少权利要求4所述的热水设备，其特征在于，该热水槽(1)包括一个可拆卸的不漏水的密封盖(8)，该盖密封住一个在该热水槽(1)中的孔，该加热元件(5)可以通过该孔取出，同时，在该保温夹套(2)中的孔应当足够大，使得该热水槽(1)的该盖(8)可以通过在该保温夹套(2)中的该孔取出。
12.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，该保温夹套(2)的该内壁(9)还形成至少该热水槽(1)的该圆柱形的夹套壁。
13.权利要求12所述的热水设备，其特征在于，该真空保温夹套(2)的内壁还形成该热水槽(1)的一个端壁(1b)，该真空保温夹套(2)还使该相关的端壁(1b)保温。
14.权利要求1-11中的任一项所述的热水设备，其特征在于，该热水槽(1)和该保温夹套(2)是独立的部件，该热水槽(1)可以滑动地配置在该保温夹套(2)内。
15.权利要求5和12所述的热水设备，其特征在于，该保温夹套(2)被设计成一个双层壁的圆柱形构件，该外壁(10)和该内壁(9)在前端被连接在一起，该两个前端中的每一个前端限定了一个杯形空间，该杯形空间装有保温材料(14，23)。
16.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，处于真空下的该保温夹套内的压力小于10-2毫巴。
17.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，该外壁(10)是足够坚固的，足以承受大气压力并且可在使用时防止损坏，以及该内壁(9)是用具有较低的导热系数的薄金属板件制成的。
18.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，该温度调节装置(25)是可调整的，以便在该热水槽(1)中保持一个大于100℃的温度。
19.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，该保温夹套中的该真空空间装有至少一层反射箔(16)。
20.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，在该保温夹套(2)中的该真空空间内配置有一种用热量激活的吸气材料(17)，以便改进真空。
21.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，该保温夹套(10)装有一种热保温和反射辐射的粉末。
22.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，该外壁(10)是由具有约0.4-1.0毫米厚度的钢板制成的，以及该内壁(9)是由具有0.2-0.4毫米厚度的铬镍钢板制成的。
23.前述权利要求中任一项所述的热水设备，其特征在于，设置有一个混合装置(19)，该装置用来对来自该热水槽(1)的热水和来自该公用供水系统的冷水进行混合。
全文摘要
一种能至少承受公用供水系统的压力的热水设备,包括至少一个热水槽,该热水槽具有一个可与该公用供水系统相连接的供水管和一个可与放水点相连接的放水管,该至少一个热水槽还包括一个装在该热水槽中的加热元件和一个温度调节装置,该至少一个热水槽包括一个大体上圆柱形的夹套壁和两个端壁,该至少一个热水槽具有一个最多20升的容量并且可用来将水加热到至少80℃,其中,至少该热水槽的该圆柱壁部分用一个真空保温夹套保温。
文档编号F24H1/18GK1355878SQ00808850
公开日2002年6月26日 申请日期2000年4月18日 优先权日1999年4月19日
发明者亨利·伯纳德·彼得里, 尼尔斯·西奥多·彼得里 申请人:亨利·伯纳德·彼得里, 尼尔斯·西奥多·彼得里