CN102679555A - 搅拌式电磁节能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种搅拌式电磁节能热水器，包括热水器本体，在热水器本体内设有电磁串联加热组件、叶轮搅拌装置和穿孔式三角形翅片；电磁串联加热组件由电磁线圈、3D聚能环、下潜式加热管和电加热棒组成；叶轮搅拌装置和下潜式加热管设置在热水器本体内中上部；电磁线圈设置在热水器本体底部，其上方设有金属底板，穿孔式三角形翅片设置在金属底板上方，3D聚能环设置在叶轮搅拌装置旁，电加热棒伸入叶轮搅拌装置内部；热水器本体底端设有进水管、出水管和排气管。本发明这种搅拌式电磁节能热水器，提高了电热转化效率，缩短了加热时间，增加了换热面积，增强了水流均匀性，使水温上升速度快，且更均匀，大大地节约了电能，适于推广应用。

Description

搅拌式电磁节能热水器

技术领域

本发明属于电热水器和叶轮搅拌技术领域，主要提出一种搅拌式电磁节能热水器。

背景技术

目前，国内外市场上销售的热水器主要有燃气热水器、电热水器和太阳能热水器三大类，其中，电热水器以环保、方便和安全性，受到人们的青睐，其销售份额最大，且有逐年攀升的趋势，而传统的电热水器是用电阻发热原理直接对水进行加热，加热器件多采用加热棒和加热管，按储水方式可分为即热式和容积式（又称储水式或储热式）两种：即热式电热水器一般需要20至30安培以上的电流，即开即洗；储热式电热水器则靠水箱内储存热水，制热较慢，可实现分层和温控加热。虽然电热水器使用方便，但也存在着不少缺点，如水温度升温反应较慢、水冷热不均、能量利用率较低、耗电量大等等。

近几年，随着世界对电磁领域不断深入的研究，电磁技术已逐渐成熟，并因其安全快捷而被广泛应用于家用电器中，并且国内外尝试将电磁加热引入到热水器中，达到高效快速的目的，但相关关键技术尚在萌芽阶段，且并未考虑搅拌等强化换热措施；就国内搅拌技术而言，现多应用于石油化工、医药、食品和建筑等行业中，取得了相当显著的效果，却尚未在热水器中应用。

发明内容

发明目的

针对以上问题，本发明提供一种工作效率更高、加热时间更短、更加节能的搅拌式电磁节能热水器，其目的是解决现有的电热水器加热速度慢、能量转化效率低、加热模式单一的问题。

技术方案

一种搅拌式电磁节能热水器，包括热水器本体，其特征在于：在热水器本体内设有电磁串联加热组件、叶轮搅拌装置和穿孔式三角形翅片；电磁串联加热组件由电磁线圈、3D聚能环、下潜式加热管和电加热棒组成；叶轮搅拌装置和下潜式加热管设置在热水器本体内中上部；电磁线圈设置在热水器本体底部，其上方设有金属底板，穿孔式三角形翅片设置在金属底板上方，3D聚能环设置在叶轮搅拌装置旁，电加热棒伸入叶轮搅拌装置内部；热水器本体的底端还设有进水管、出水管和排气管。

叶轮搅拌装置包括搅拌外筒、内筒、球阀、导气管、连杆机构、叶轮和活塞，外筒内部为内筒，内筒内底部设有球阀，内筒上方通过导气管连接活塞，活塞上连接有连杆机构，连杆机构上还设置有叶轮。

电磁串联加热组件包括多个设置在热水器本体底部的电磁线圈 ‘Z’字均匀串联，分布在距离金属底板边界30mm的顶点和正中处，电磁线圈下方是散热风扇及散热孔并于四角处加设垫片连接到热水器本体，而电磁线圈上方是2~3mm厚的金属底板和穿孔式三角形翅片，金属底板与热水器本体侧壁相焊接，穿孔式三角形翅片与下方金属板多处焊接；在热水器本体底部安置深入本体内部的进水管、出水管和排气管，且进水管出水管相距100mm；在热水器本体中上部分别是下潜式加热管和叶轮搅拌装置，其中下潜式加热管与热水器本体侧壁连接，处在热水器本体内部1/4~1/2，延伸长度是热水器本体长度的3/8~4/9，加热功率是2400W；3D聚能环与热水器本体侧壁连接，安置在高于出水口20mm左右位置处，匝数为3或4匝，加热功率是3000W；叶轮搅拌装置通过金属管固定在下方金属底板上；安装时使叶轮搅拌装置的活塞距离热水器本体最高点35mm~45mm，连杆机构上下角度范围在12°~38°，连杆机构通过滑动轴连接，多个叶轮成对角线式分布，叶轮搅拌装置贴近底部处开设的进水口与热水器内水相通且深入叶轮搅拌装置的内筒内，内筒内的进水口处安设球阀以调节进排水量，由叶轮搅拌装置支撑金属管中穿入的电加热棒来对内筒中的水加热。

所述叶轮外径50mm~70mm，设置为2个或者4个。

所述金属管内径为12mm~15mm。

所述电磁线圈采用单股粗镀银线绕制，外径在12~18cm、电磁加热功率1200W~3000W、单个线圈功率范围在240W~1500W。

所述穿孔式三角形翅片的穿孔结构为双排穿孔、三角形穿孔或矩形穿孔。

本发明在利用电磁串联快速加热原理的基础上，采用叶轮搅拌和底部增设穿孔式三角形翅片的换热方式,使热水器内部液体换热方式由传统的自然对流转变为强制对流，大大提高了电热转化效率，缩短了加热时间，且叶轮搅拌装置由安置在装置内筒的电加热棒加热产生的蒸汽推动,做功后的蒸汽将能量最终全部传递给被加热水，并不额外消耗能量；设置在热水器底部的穿孔式三角形翅片增加了换热面积，增强了水流均匀性，使水温上升速度快，且更均匀，大大地节约了电能，此外，智能预约的多档位智能加热调控系统，实现了热水器的多模式化和智能化。

优点及效果

本发明提出了一种搅拌式电磁节能热水器，具有如下优点及有益效果：

1、因为本发明的搅拌式电磁节能热水器使电加热管加热和叶轮搅拌换热相结合，改变热水器内部水流工况，强制对流换热显著地缩短了加热时间、降低加热功率，其节能率可到25%以上。

2、由于本发明的搅拌式电磁节能热水器采用电磁串联加热与穿孔式三角形翅片换热技术相结合，在形成涡流加快加热速度基础上增加了热水器下半胆水的换热面积，实现以小功率获得大面积加热的效果，节能率可达10%，且电磁加热水有磁化杀菌作用，并可提高水的活性、有益皮肤美容及增强身体免疫力，加之水电分离达到更安全的目的。

3、由于本发明的搅拌式电磁节能热水器采用多档位智能调控，通过微电脑控制系统来实现分层加热、四种加热模式、多档功率调节（800W、1500W、2000W 、2400W、2600W、3000W等）、自动温度调控等技术，迎合居民高品质的生活需求，且操作简单、灵活。

4、由于本发明的搅拌式电磁节能热水器具有方便高效快捷的特点，对我国电热水器加热技术及新形势下的家电行业的节能减排具有着重要意义。以我国现有电热水器1.3亿台，全国人均每天生活用水平均为125L，其中，洗浴、涮洗及厨用占75%，即需加热水量95L来计算，每台热水器每年（360天）可节电794度电，全国范围所有电热水器可实现节电477亿度/每年；若以普通家庭用电价格0.5元/度计算，则节电总价值达238.5亿元/每年；以相关调查数据每节1亿度电可减少9.5万吨的CO₂排放量来计算，每年全国可减排4531.5万吨的CO₂，所以搅拌式电磁节能热水器的深入研究和推广有很大社会经济价值。

附图说明

图1为本发明整体剖面结构图；

图2为叶轮搅拌装置剖面结构图；

图3为电磁线圈分布图；

图4为穿孔式三角形翅片轴测图。

附图标记说明：

图中 1.进水管，2.电磁串联加热组件，3.穿孔式三角形翅片，4.热水器本体，5.3D聚能环，6.叶轮搅拌装置，7.电加热棒，8.垫片，9.下潜式加热管，10.出水管，11.金属底板，12.内筒，13.外筒，14.叶轮，15.连杆机构，16.活塞，17.导气管，18.球阀，19.电磁线圈，20.排气管，21.金属管，22.进水口。

具体实施方式：

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的说明：

如图1~图4中所示，本发明是一种搅拌式电磁节能热水器，包括热水器本体4，其特征在于：在热水器本体4内设有电磁串联加热组件2、叶轮搅拌装置6和穿孔式三角形翅片3；电磁串联加热组件2由电磁线圈19、3D聚能环5、下潜式加热管9和电加热棒7组成；叶轮搅拌装置6和下潜式加热管9设置在热水器本体4内中上部；电磁线圈19设置在热水器本体底部，其上方设有金属底板11，穿孔式三角形翅片3设置在金属底板11上方，3D聚能环5设置在叶轮搅拌装置6旁，电加热棒7伸入叶轮搅拌装置6内部；热水器本体4的前端外壁上设有下潜式加热管工作电路、热水器智能调控组件和电磁线圈19工作电路；热水器本体4的底端还设有进水管1、出水管10和排气管20。

叶轮搅拌装置6包括搅拌外筒13、内筒12、球阀18、导气管17、连杆机构15、叶轮14和活塞16，外筒13内部为内筒12，内筒12内底部设有球阀18，内筒12上方通过导气管17连接活塞16，活塞16上连接有连杆机构15，连杆机构15上还设置有叶轮14。叶轮搅拌装置6是利用装置内部的单头电加热棒7将独立水室中的水加热至产生蒸汽，后用蒸汽带动活塞16、连杆机构15和叶轮14运动，强化对流换热，降低加热功率，且搅拌不额外耗能。

所述电磁串联加热组件的原理是：多个（根据热水器规格不同有2个、4个或5个）‘Z’字分布的电磁线圈19串联，在通过交变电流时会在金属底板11上产生涡流并用于加热上方水，具有高效快速和小功率大面积加热特点，同时电磁串联加热组件还包括电磁线圈、散热风扇、电磁工作控制电路、电磁调频整流电路和散热风扇控制电路。

电磁串联加热组件2包括多个设置在热水器本体4底部的电磁线圈19‘Z’字均匀串联，分布在距离金属底板11边界30mm的顶点和正中处，电磁线圈19下方是散热风扇及散热孔并于四角处加设垫片8连接到热水器本体4，而电磁线圈19上方是2~3mm厚的金属底板11和穿孔式三角形翅片3，金属底板11与热水器本体4侧壁相焊接，穿孔式三角形翅片3与下方金属板11多处焊接；在热水器本体4底部安置深入本体内部的进水管1、出水管10和排气管20，且进水管出水管相距100mm；在热水器本体4中上部分别是下潜式加热管9和叶轮搅拌装置6，其中下潜式加热管9与热水器本体4侧壁连接，处在热水器本体内部1/4~1/2，延伸长度是热水器本体4长度的3/8~4/9，加热功率是2400W；3D聚能环5与热水器本体4侧壁连接，安置在高于出水口20mm左右位置处，匝数为3或4匝，加热功率是3000W；叶轮搅拌装置6通过金属管21固定在下方金属底板11上；安装时使叶轮搅拌装置的活塞16距离热水器本体4最高点35mm~45mm，连杆机构15上下角度范围在12°~38°，连杆机构15通过滑动轴连接，多个叶轮14成对角线式分布，叶轮搅拌装置6贴近底部处开设的进水口22与热水器内水相通且深入叶轮搅拌装置的内筒12内，内筒12内的进水口处安设大小合适的球阀18以调节进排水量，由叶轮搅拌装置支撑金属管21中穿入200W左右的电加热棒7来对内筒12中的水加热。

所述叶轮14外径50mm~70mm（例如：可以为50mm、60mm或70mm等），可根据热水器规格不同设有设置为2个或者4个，呈对角线式分布。

所述金属管21内径为12mm~15mm（可以设为12mm、13mm、14mm或15mm等）。

所述电磁线圈19采用单股粗镀银线绕制，外径在12~18cm、电磁加热功率1200W~3000W、单个线圈功率范围在240W~1500W。

所述穿孔式三角形翅片3通过增加换热面积来促使水升温速度加快，水流扰动增加，换热系数增大，从而水受热均匀且快速，其穿孔结构可以为双排穿孔、三角形穿孔或矩形穿孔，即换热翅片具有多样性。

本发明的工作原理是：

本发明是一种搅拌式电磁节能热水器，利用叶轮连杆机构的搅拌、电磁串联加热技术和穿孔式三角形翅片换热相结合，并从对流换热机理出发，结合强化传热原理，将搅拌装置和穿孔翅片引入热水器,使热水器内部液体换热方式由传统的自然对流转变为强制对流。

本发明的搅拌式电磁节能热水器通过利用电加热管加热和叶轮搅拌换热相结合的技术对热水器内上半胆水进行加热，叶轮搅拌使水以强制对流换热传热为主，促使水均匀受热，大大缩短了加热时间，从而达到节电目的，其具体实现方法是：在搅拌式电磁热水器主体中上部加入一个独立内筒水室，先将水室中适量的水加热至沸腾，利用其产生的水蒸汽来推动与之相连的活塞、连杆机构的上下运动，从而促成多个（根据热水器型号分2个或4个）完全相同的叶轮随之上下移动和自身转动，来强制热水器内部水流动，且整个动作过程产生的蒸汽最终溢出到并存留在热水器内部，蒸气热量会被热水器内的水吸收，即不额外耗能。

本发明的搅拌式电磁节能热水器通过利用热水器底部设置的多个（根据热水器型号分2个、4个或5个）电磁线圈对水进行快速高效加热，即电磁串联加热和穿孔三角形翅片换热相结合的技术对热水器内下半胆的水进行加热，其主要原理是：串联的电磁加热依据高频电磁感应涡流加热原理，在经过电磁线圈上方的金属底板时，使金属底板发热从而对其上方水进行加热，多个电磁线圈‘Z’字分布增大了电感范围、增加了加热面积、减少了工作功率、避免电磁加热死区，且能量装换较传统电阻发热效率高，达到了 “小功率大面积”的加热效果，并实现水电分离，使得热水器更加安全；于金属底板上方的穿孔式三角形翅片（双排穿孔、矩形穿孔、三角形穿孔等）增加了金属底板与上方水的换热面积（可达2倍以上），并对上方水流产生一定的扰动，增强了对流换热系数，从而提高传热效率，更利于能量的传递，减少传热损失，使水受热更均匀，缩短了温升时间。

电磁加热组件能够连接到的工作控制组件包括功率控制、电磁控制、温度控制、加热模式调控、风扇转动控制、过/欠压报警。通过热水器智能调控组件可以实现智能预约即：采取分层加热技术，并按照国内居民不同生活用水量需求设定四种加热模式（即热、半胆、全胆、智能模式），从而达到节能、减少热量损失的目的，同时提高了居民生活质量。其具体实现方法是：按照用户需求进行精细设定，对加热时间、要求温度和加热功率进行预设，从而提供最佳的加热方案。

实际使用时，本发明的搅拌式电磁节能热水器通过采用智能预约技术，采取分层加热技术，并按照国内居民不同生活用水量需求设定四种加热模式（即热、半胆、全胆、智能模式），从而达到节能、减少热量损失的目的，同时提高了居民生活质量。其具体实现方法是：按照用户需求进行精细设定，对加热时间、要求温度和加热功率进行预设，从而提供最佳的加热方案，如：厨房、盥洗用水量约3~5L，采用即热模式，要求温度为40℃；一人淋浴用水量约30L，采用半胆模式，要求温度为50℃；两人淋浴用水量约60L，采用半胆模式，要求温度为75℃；三人淋浴用水量约90L，采用全胆模式，要求温度为50℃；四人淋浴用水量约120L，采用全胆模式，要求温度为75℃；其他情况可以采用智能模式，电脑控制系统根据用水量、加热时间、要求温度等基本参数的设定，选择出最佳加热方案，操作简单、使用方便、更具人性化设计，并具有循环追踪热记功能可以周为循环单位，每7天自动跟踪记录全家人的洗浴习惯，随时对时间、温度、水量、进行滚动调节，满足不同季节、不同家庭成员的用水习惯。

本发明搅拌式电磁节能热水器的工作电路联系是：下潜式加热管9、3D聚能环5和叶轮搅拌装置6中的电加热棒7分别并联到热水器本体4前端的工作电路和模式调控电路中，电磁线圈19相串联后与散热风机以及电磁调控电路（内含电容、硬件保护、滤波器、整流元件等）相连接最后一起与热水器本体前端的工作电路、功率调节电路和模式调控电路相接，控制板、电脑显示板、整体检测和保护控制接到以上总工作和调控电路中。

本发明基本使用步骤和方法如下：

（1）新机安装或重装时，第一次使用前必须先打开水阀，待接在热水器出水口的水管有水流出后方可按开始键启动热水器。

（2）按开关键开机，功率输出指示蓝灯点亮时，表示热水器正常工作。开机时候默认设置模式是半胆加热模式，功率输出是2600W。

（3）根据需求在显示面板上选择合适的加热模式，如：即热模式，按下即热按钮即开启3000W的3D聚能环360度立体对水进行加热，可达7~10s速热水平；半胆模式，按下半胆按钮即同时启动搅拌装置中200W单头加热棒加热搅拌水室中水和2400W下潜式加热管加热热水器半胆容量的水（20~50L），搅拌水室水加热至沸腾，并要产生足够推动活塞运动的蒸气量，且半胆水加热至设定温度（40℃~75℃）；全胆模式，按下全胆按钮即先开启电磁加热工作和控制电路及散热风扇工作电路对热水器下半胆水加热后转换成半胆加热模式，而后半胆模式和电磁加热每隔5min交替对热水器内所有液体进行加热；智能模式，按下智能按钮，并输入所需用水量、加热功率、加热时间、要求温度等，随后热水器会通过电脑控制系统快速精细设定加热方式。

（4）按电源按键关机或关闭进水阀门后，热水器随机停止加热工作；若开启电磁加热其散热风扇仍会正常工作一段时间后才会停止，随后热水器进入待机状态，此时，显示器将熄灭。

本发明的搅拌式电磁节能热水器采用电磁串联加热、搅拌换热、穿孔式三角形翅片换热、智能调控、分层加热、无容量限制等多项技术，通过改变自然对流为强制对流工艺与电磁串联小功率大面积快速加热技术巧妙结合并辅助上穿孔式三角形翅片充分换热。具有水流控制开关，仅在通水才可加热，并搭配有安全泄压阀、过/欠压保护和超温保护等，更加安全。再者四种加热模式（即热、半胆、全胆、智能）提供更高效、节能的有效加热方案，使搅拌式电磁节能热水器得以集节能、环保、安全、智能等特点于一体，更符合现代化的生活观念和可持续发展目标。

Claims (7)

1.一种搅拌式电磁节能热水器，包括热水器本体（4），其特征在于：在热水器本体（4）内设有电磁串联加热组件（2）、叶轮搅拌装置（6）和穿孔式三角形翅片（3）；电磁串联加热组件（2）由电磁线圈（19）、3D聚能环（5）、下潜式加热管（9）和电加热棒（7）组成；叶轮搅拌装置（6）和下潜式加热管（9）设置在热水器本体（4）内中上部；电磁线圈（19）设置在热水器本体底部，其上方设有金属底板（11），穿孔式三角形翅片（3）设置在金属底板（11）上方，3D聚能环（5）设置在叶轮搅拌装置（6）旁，电加热棒（7）伸入叶轮搅拌装置（6）内部；热水器本体（4）的底端还设有进水管（1）、出水管（10）和排气管（20）。

2.根据权利要求1所述的搅拌式电磁节能热水器，其特征在于：叶轮搅拌装置（6）包括搅拌外筒（13）、内筒（12）、球阀（18）、导气管（17）、连杆机构（15）、叶轮（14）和活塞（16），外筒（13）内部为内筒（12），内筒（12）内底部设有球阀（18），内筒（12）上方通过导气管（17）连接活塞（16），活塞（16）上连接有连杆机构（15），连杆机构（15）上还设置有叶轮（14）。

3.根据权利要求1或2所述的搅拌式电磁节能热水器，其特征在于：电磁串联加热组件（2）包括多个设置在热水器本体（4）底部的电磁线圈（19）‘Z’字均匀串联，分布在距离金属底板（11）边界30mm的顶点和正中处，电磁线圈（19）下方是散热风扇及散热孔并于四角处加设垫片（8）连接到热水器本体（4），而电磁线圈（19）上方是2~3mm厚的金属底板（11）和穿孔式三角形翅片（3），金属底板（11）与热水器本体（4）侧壁相焊接，穿孔式三角形翅片（3）与下方金属板（11）多处焊接；在热水器本体（4）底部安置深入本体内部的进水管（1）、出水管（10）和排气管（20），且进水管出水管相距100mm；在热水器本体（4）中上部分别是下潜式加热管（9）和叶轮搅拌装置（6），其中下潜式加热管（9）与热水器本体（4）侧壁连接，处在热水器本体内部1/4~1/2，延伸长度是热水器本体（4）长度的3/8~4/9，加热功率是2400W；3D聚能环（5）与热水器本体（4）侧壁连接，安置在高于出水口20mm左右位置处，匝数为3或4匝，加热功率是3000W；叶轮搅拌装置（6）通过金属管（21）固定在下方金属底板（11）上；安装时使叶轮搅拌装置的活塞（16）距离热水器本体（4）最高点35mm~45mm，连杆机构（15）上下角度范围在12°~38°，连杆机构（15）通过滑动轴连接，多个叶轮（14）成对角线式分布，叶轮搅拌装置（6）贴近底部处开设的进水口（22）与热水器内水相通且深入叶轮搅拌装置的内筒（12）内，内筒（12）内的进水口处安设球阀（18）以调节进排水量，由叶轮搅拌装置支撑金属管（21）中穿入的电加热棒（7）来对内筒（12）中的水加热。

4.根据权利要求3所述的搅拌式电磁节能热水器，其特征在于：所述叶轮（14）外径50mm~70mm，设置为2个或者4个。

5.根据权利要求3所述的搅拌式电磁节能热水器，其特征在于：所述金属管（21）内径为12mm~15mm。

6.根据权利要求3所述的搅拌式电磁节能热水器，其特征在于：所述电磁线圈（19）采用单股粗镀银线绕制，外径在12~18cm、电磁加热功率1200W~3000W、单个线圈功率范围在240W~1500W。

7.根据权利要求1所述的搅拌式电磁节能热水器，其特征在于：所述穿孔式三角形翅片（3）的穿孔结构为双排穿孔、三角形穿孔或矩形穿孔。

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