CN102012094B - 热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热水器，其包括用于收容一定量的可被加热的水的内胆、和所述内胆连通以传递流入内胆和流出内胆的水的进水管和出水管、以及第一加热元件。其中第一加热元件设置在内胆中，且形成有水流加热通道以加热由所述进水管引入内胆的水流。通过这种结构，可缩短水的加热时间，并且有利于水的节约利用，以及延长加热元件的使用寿命。

Description

热水器
技术领域
本发明涉及一种热水器，尤其涉及一种储水式热水器。
背景技术
现有的储水式热水器通常包括用于储存水的内胆、与内胆连通的进、出水管、安装在内胆外的外壳、和形成在内胆和外壳间的隔热层。内胆内设置有加热元件，用于对储存的水进行加热到一个设定的温度以供使用者使用。内胆内通常还设有温度传感器，用来检测内胆中的水是否已达到设定的温度。当水被加热到设定温度后，加热元件就停止工作，用户就可以使用热水器进行洗澡或其他的用途。在使用过程中，热水从出水管流出，并经混水阀与冷水混合而达到使用者可以使用的温度，同时，冷水会经进水管不断地补充进内胆。当内胆中的水的温度下降到一预定值时，温度传感器会检测到，然后加热元件重新开始工作。然而，由于热水和冷水的密度不同，热水通常集中于内胆的上层，冷水则集中在内胆的下层，而温度传感器通常被布置在内胆的中部。这样，随着内胆中的热水迅速流出，冷水的迅速涌入，温度传感器无法实时地反映热水器内水温的变化，从而当水温迅速下降到低于预定值时，加热元件可能还未重新启动，如此造成洗浴的水过冷而给洗浴者带来不适。
为克服上述问题，现有技术中有采用双加热元件进行加热的。如中国发明专利申请公开CN 101055118A所示，其中，热水器包括一主加热管和副加热管，副加热管环绕出水管设置，这样可以确保出水温度能够始终保持在一个较高的温度值。然而，由于副加热管是对顶层的较高温度的水进行加热，所以会导致出水温度偏高，从而加大混水量，不利于水的节约利用；另外，由于副加热管需要保持一个较高的工作温度，长时间工作的话会使其加速老化而缩短使用寿命。
有鉴于此，有必要对现有的热水器予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热水器，其具有改进的加热元件，可缩短水的加热时间，且其工作温度相对较低，从而有利于水的节约利用，并可延长加热元件的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明的一种热水器包括：
内胆，用于收容一定量的可被加热的水；
进水管和出水管，和所述内胆连通以传递流入内胆和流出内胆的水；以及
第一加热元件，设置在内胆中，且形成有水流加热通道以加热由所述进水管引入内胆的水流。
作为本发明的进一步改进，热水器还包括设置在临近所述水流加热通道的出水口处的导流件，以用于改变由水流加热通道流出的水的流向。
作为本发明的进一步改进，所述导流件被如此构造以使自水流加热通道的出水口流出的水转向相反的方向流动。
作为本发明的进一步改进，所述第一加热元件包括螺旋加热管部，水流加热通道由所述螺旋加热管部形成。
作为本发明的进一步改进，所述螺旋加热管部位于进水管的出水端上方，以容许自所述出水端喷涌出的水流随后流入水流加热通道内。
作为本发明的进一步改进，所述螺旋加热管部设置在内胆的下半部分内。
作为本发明的进一步改进，热水器还包括设置在所述螺旋加热管部上方的导流件，以用于改变由水流加热通道流出的水的流向。
作为本发明的进一步改进，所述导流件进一步沿着螺旋加热管部的外围侧向下延伸，以形成位于导流件和螺旋加热管部之间的空间，从而引导自水流加热通道流出的水反向转弯后流动。
作为本发明的进一步改进，所述第一加热元件设置在内胆的横向侧。
作为本发明的进一步改进，所述第一加热元件设置在内胆的底部。
作为本发明的进一步改进，热水器还包括用于加热内胆中的水的第二加热元件。
作为本发明的进一步改进，所述第二加热元件位于第一加热元件的上方。
作为本发明的进一步改进，热水器进一步包括
水流检测单元，用于检测是否有水流入内胆中；以及
控制装置，与所述第一、二加热元件以及水流检测单元连接以用来控制第一、二加热元件的工作。
作为本发明的进一步改进，所述水流检测单元设置在进水管上。
作为本发明的进一步改进，所述控制装置还用于
接收来自于水流检测单元的用于表示有水流入内胆的信号；
判断第二加热元件是否处于工作中；以及
当第二元件处于不工作的状态时，启动第一加热元件进行工作。
作为本发明的进一步改进，热水器还包括用于检测内胆中水的温度的温度传感器；所述控制装置还用于接收来自于温度传感器的表示水的温度值的信号，并且
当检测到的水温值小于第一预设温度阈值时，启动第二加热元件；或
当检测到的水温值大于或等于第二预设温度阈值时，使第二加热元件停止工作，其中第二预设温度阈值高于第一预设温度阈值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于第一加热元件具有水流加热通道，可以对通过进水管引入内胆的冷水预先进行加热，从而使冷水的温度能够迅速提升进而缩短加热时间。此外，相比现有技术中设置在出水管处的加热管，第一加热元件主要是用来加热进水管引入的冷水，所以其工作温度可以设定地相对较低，从而延长使用寿命；并且，通过出水管流出的水的温度不会被刻意提升，所以不需要增加额外的混水量，从而有利于水的节约利用。另外，通过设置导流件，使该部分被预先加热的水又与位于低层的冷水混合而使冷水层温度上升，从而进一步缩短了加热所需的时间。
附图说明
图1为本发明热水器一具体实施方式的纵向剖视示意图；
图2为本发明热水器另一具体实施方式的纵向剖视示意图；
图3为本发明热水器的控制装置一具体实施方式的控制流程框图。
具体实施方式
图1所示为本发明热水器的一具体实施方式。热水器100包括用于储存被加热水的内胆8、包覆在内胆8外的外壳(未图示)、形成在内胆8和外壳间的填充有发泡料(如由聚氨酯材料制成)的隔热层(未图示)。内胆8大致呈圆桶状，其具有圆桶形桶壁，通常由黑色金属制成，如钢、铁等。在本实施方式中，热水器100被水平横置安装，所谓“水平横置”，即内胆的桶壁沿水平方向纵长延伸，如图1中的水平轴线所示，且内胆8内部被水平轴线分割为上半部分和下半部分。当然，本领域技术人员可轻易理解的是，也可将热水器竖直式安装，即内胆的桶壁的纵长延伸方向垂直于如图所示的水平轴线。一进水管1和一出水管15与内胆8连通设置，分别用来将冷水引入内胆和将热水引出内胆。在本实施方式中，进水管1设置在内胆8的桶壁上，其出水端11位于内胆8的下半部分。出水管15则穿过桶壁进一步延伸入内胆1的内部，其进水端(未标示)则位于内胆的上半部分。本领域技术人员所熟知的是，进水管和出水管可以包括多种形式，如可以是单根的水管；也可以是两段式；还可以是通过管接头连接的多段式。
在本实施方式中，内胆1的一横向侧设置有一法兰盘9，在法兰盘9上安装有延伸入水中的一第一加热元件2、一第二加热元件4、以及一温度传感器5。一水流检测单元7设置在进水管1上，一控制装置6与第一加热元件2、第二加热元件4、温度传感器5、以及水流检测单元7电性连接以用来控制第一、二加热元件。关于水流检测单元7和控制装置6将在后文作详细描述。在本实施方式中，第一、二加热元件2、4均为电加热管。本领域技术人员所熟知的是，电加热管可以包括一具有高阻抗的电阻丝，该电阻丝的正、负极端子设置在法兰盘上并与220V或110V的交流电源连接，从而通过电阻丝将电能转化为热能而给内胆中的水加热。温度传感器5用来检测内胆中水的温度，其可以是一种热敏感性元件，即随着温度的变化，其物理特性也会产生相应的变化，从而通过检测相应物理特性的变化来实时反映温度的变化，例如热敏电阻，随着温度改变，其电阻值也会相应地变化。本实施方式中，第一加热元件2自法兰盘9延伸出并形成一位于内胆8下半部分的螺旋加热管部，在螺旋加热管部所环绕的区域形成一水流加热通道A。该螺旋加热管部位于进水管1的上方并靠近其出水端11设置，这样，当冷水从进水管1的出水端喷涌出来后随即进入水流加热通道A内被加热，如图中向上的箭头所示。第一加热元件2的电阻丝可以主要布置在螺旋加热管部分，以着重对由进水管1引入的水进行加热，而第二加热元件4的电阻丝可以分布在整个加热管中，从而用来加热所有储存在内胆中的水。本实施方式中，第二加热元件4设置在第一加热元件2的上方，当然，在其他实施方式中，第二加热元件4也可设置在第一加热元件2的下方，如此，并不会影响其加热效果。
作为本发明的进一步改进，一导流件3设置在水流加热通道A的出水口21处(本实施方式中，即螺旋加热管部的顶端上方)，用来改变由水流加热通道A流出的水的流向。通过这种设置，可阻止水流直接进入上层的具有较高温度的水层中，而是先和下层的具有较低温度的水层充分混合，从而一方面避免上层的热水被混合后温度降低，另一方面，使下层的具有较低温度的水的水温能够迅速提高，以有效缩短加热时间。作为优选的实施方式，该导流件3可以进一步被构造成能够使自水流加热通道A的出水口21流出的水转向相反的方向流动，而使得被水流加热通道加热的水能够进入更低层的水层进行混合。如图1所示，该导流件大致呈倒置的杯状，其被倒扣在螺旋加热管部的上方，且杯体部分沿着螺旋加热管部的外周侧向下延伸，以形成位于导流间和螺旋加热管部之间的空间B，从而导引自水流加热通道流出的水反向转弯后流动，如图中向下的箭头所示。通过设置杯体向下延伸的长度来控制需要使被水流加热通道加热的水混合的水层位置。导流件3可以采用耐热材质制成，如金属，其可以直接固定设置在第一加热元件2上。
由于第一加热元件具有水流加热通道，可以对通过进水管引入内胆的冷水预先进行加热，从而使冷水的温度能够迅速提升进而缩短加热时间。此外，相比现有技术中设置在出水管处的加热管，第一加热元件主要是用来加热进水管引入的冷水，所以其工作温度可以设定地相对较低，从而延长使用寿命；并且，通过出水管流出的水的温度不会被刻意提升，所以不需要增加额外的混水量，从而有利于水的节约利用。另外，通过设置导流件，使该部分被预先加热的水又与位于低层的冷水混合而使冷水层温度上升，从而进一步缩短了加热所需的时间。在其他实施方式中，进水管也可进一步延伸入内胆内，而螺旋加热管部可环绕设置在进水管延伸入内胆的部分，如此，在冷水尚处于进水管中时即可对其进行预热；此外，当进水管延伸至内胆的上层时，也可将螺旋加热管部设置在内胆的上半部分，如要确保位于下层的冷水层能够与被水流加热通道加热的水混合，只须使导流件向下延伸至所需的水层位置。由于上述结构的变换对于本领域普通技术人员而言是显而易见的，所以申请人在此不再予以赘述。
图2揭示的是本发明的热水器的另一实施方式，与上述实施方式的主要区别在于，第一加热元件25设置在内胆8底部的桶壁上，其螺旋加热管部仍然位于进水管1的出水端11上方以对由进水管引入的冷水进行加热。由于其它元件的构成及连接关系与上述实施方式基本相同，所以申请人不再予以赘述。
以下结合图3所示的具体实施方式来对本发明热水器的水流检测单元和控制装置的工作原理作详细的描述。本实施方式中，水流检测单元7用于检测是否有水流入内胆中，其可以设置在进水管上(如图1和图2所示)，也可以设置在出水管上。水流检测单元可以采用传统的包含霍尔元件和叶轮的传感器来实现。通常，叶轮的主轴与水流方向垂直，叶轮的每个叶片上都贴有一片磁体，霍尔元件固定在管路外壁上，并与控制装置6电性连接。当水管中有水流通过时，水流带动叶轮旋转，叶片上的磁体也随之旋转，从而使霍尔元件感应到因磁体旋转而产生的磁场变化，并相应地生成脉冲信号而输出给控制装置6。控制装置6可以是包含有若干电子元器件的控制电路，如包含有电子开关元件和可编程控制单元的电路。该可编程控制单元可以是微控制器(Micro ControllerUnit，MCU)，也可以是其它类型的集成电路，如特定用途集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)等。本实施方式中将以微控制器为例进行说明。本领域技术人员所熟知的是，微控制器通常包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、只读存储模块(read-only memory，ROM)、随机存取模块(random accessmemory，RAM)、定时模块、数字模拟转换模块(A/D converter)、以及若干输入/输出端口等。
参照图1、2所示，本实施方式中，控制装置6通过电性导线(如图1、2中的虚线所示)与第一加热元件2、第二加热元件4、温度传感器5、和水流检测单元7电性连接。首先，控制装置6会通过温度传感器5监测内胆8中的水温，然后对第二加热元件4进行控制。例如，微控制器可以通过读取温度传感器5(即热敏电阻)的阻值来实时监测内胆中的水温。当检测到的水温值低于一第一预设温度阈值T1时，表明此时内胆中水温过低，不适于使用，这时微控制器会控制电子开关来启动第二加热元件。随着温度的逐渐上升，当检测到水温值大于或等于一第二预设温度阈值T2，表明内胆中的水温已经上升到可以使用的状态，则微控制器会断开控制第二加热元件的电子开关从而使第二加热元件停止工作。上述第一、第二预设温度阈值T1、T2可以是厂家在预定的模式中设定，也可以是用户根据自己的使用习惯来设定。
配合参照图3所示，当用户使用热水器时，热水自出水管15流出，同时冷水从进水管1补充入内胆8中。当水流流过进水管1时，水流检测单元7检测到有水流进入内胆8，水流检测单元7就会生成脉冲信号并传递给微控制器(步骤811)。微控制器通过相应得输入端口读取到表示有水流入内胆的信号后，接下来判断第二加热元件4是否处于工作状态(步骤812)。微控制器可以通过连接在其和第二加热元件4之间的电子开关是否闭合来判断，如果闭合，表示第二加热元件4正处于工作中，如果断开，表示第二加热元件4未工作。如果第二加热元件4未工作，为避免内胆中的水温下降过快，控制装置6会启动第一加热元件2进行加热(步骤813)。例如，微控制器可以通过闭合与第一加热元件2连接的电子开关来使第一加热元件工作。如果第二加热元件4正处于工作中，则微控制器不会启动第一加热元件2，而是继续让第二加热元件4工作，并持续监测其工作状态，以在第二加热元件4停止工作后再启动第一加热元件2。
上述提供的为本发明的较佳或优选的实施方式中，在其他实施方式中，也可以将第二加热元件省略，而仅保持第一加热元件进行工作；或者，在内胆中布置第三、第四、或更多的加热元件，从而使各水层都能保持一致的温度。此外，上述第一、二加热元件不同时工作，主要是考虑电力负荷可能无法满足，如果电力负荷足够的话，可以使第一、二加热元件两者同时工作，如此，可更大程度地缩短加热时间。

Claims (14)

1.一种热水器，其特征在于，包括： 
内胆，用于收容一定量的可被加热的水； 
进水管和出水管，和所述内胆连通以传递流入内胆和流出内胆的水；以及 
第一加热元件，设置在内胆中，且形成有水流加热通道以加热由所述进水管引入内胆的水流，
热水器还包括设置在临近所述水流加热通道的出水口处的导流件，以用于改变由水流加热通道流出的水的流向。 
2.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述导流件被如此构造以使自水流加热通道的出水口流出的水转向相反的方向流动。 
3.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述第一加热元件包括螺旋加热管部，水流加热通道由所述螺旋加热管部形成。 
4.如权利要求3所述的热水器，其特征在于，所述螺旋加热管部位于进水管的出水端上方，以容许自所述出水端喷涌出的水流随后流入水流加热通道内。 
5.如权利要求3所述的热水器，其特征在于，所述螺旋加热管部设置在内胆的下半部分内。 
6.如权利要求3所述的热水器，其特征在于，所述导流件进一步沿着螺旋加热管部的外围侧向下延伸，以形成位于导流件和螺旋加热管部之间的空间，从而引导自水流加热通道流出的水反向转弯后流动。 
7.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述第一加热元件设置在内胆的横向侧。 
8.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述第一加热元件设置在内胆的底部。 
9.如权利要求1所述的热水器，其特征在于，热水器还包括用于加热内 胆中的水的第二加热元件。 
10.如权利要求9所述的热水器，其特征在于，所述第二加热元件位于第一加热元件的上方。 
11.如权利要求9所述的热水器，其特征在于，热水器进一步包括 
水流检测单元，用于检测是否有水流入内胆中；以及 
控制装置，与所述第一、二加热元件以及水流检测单元连接以用来控制第一、二加热元件的工作。 
12.如权利要求11所述的热水器，其特征在于，所述水流检测单元设置在进水管上。 
13.如权利要求11所述的热水器，其特征在于，所述控制装置还用于接收来自于水流检测单元的用于表示有水流入内胆的信号； 
判断第二加热元件是否处于工作中；以及 
当第二加热元件处于不工作的状态时，启动第一加热元件进行工作。 
14.如权利要求11所述的热水器，其特征在于，热水器还包括用于检测内胆中水的温度的温度传感器；所述控制装置还用于接收来自于温度传感器的表示水的温度值的信号，并且 
当检测到的水温值小于第一预设温度阈值时，启动第二加热元件；或 
当检测到的水温值大于或等于第二预设温度阈值时，使第二加热元件处于不工作的状态，其中第二预设温度阈值高于第一预设温度阈值。 
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