CN103727702A - 半导体热泵节能速热水龙头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体热泵节能速热水龙头，包括：热电热泵芯片层、加热环路、余热回收环路以及水温控制装置。热电热泵芯片层由若干圆形热电热泵芯片组成，热电芯片层的冷热端面分别连接余热回收环路和加热环路，余热回收环路和加热环路之间设有保温隔热垫圈，通过水温控制旋钮调节半导体热泵节能速热水龙头出水温度。本发明利用半导体的热泵功能回收水盆排水余热，并经半导体热泵进行热量二次提升后实现对自来水的快速加热，具有出水水温可控、快速、节能、结构紧凑等特点，在现有的家庭生活用水系统上可直接安装，兼备实用性与舒适性。

Description

半导体热泵节能速热水龙头

技术领域

本发明涉及一种节能速热热水装置，具体是一种采用半导体热泵回收排水余热的节能速热水龙头。

背景技术

随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对热水的需求越来越大。不论是冬季还是夏季，生活热水的使用都是不可避免的，随之出现了各种形式的电热水器、燃气热水器等等。虽然现有的热水器可以在一定程度上满足人们的需求，但是现有的各种热水器都有各自的技术缺陷：电热水器、燃气热水器能效系数较低且存在漏电或者燃气泄露的安全隐患；压缩式热泵热水器系统结构较为复杂、成本高且技术上仍有不成熟的地方；太阳能热水器受地域、气候、建筑层数等因素制约较大。目前家庭生活热水不节能的另一个地方在于，洗菜盆、洗漱台等用过的废热水直接排出，在能源浪费的同时造成了热污染。此外，平时生活用热水的特点是次数频繁，比如洗手、洗菜，单次使用的水量不定又变化很大，频繁启动热水器，水龙头出水温度难以保证的同时还造成能源浪费。

现有的电加热速热水龙头直接用金属导体对自来水迅速加热，不需要储水等装置，具有热能利用高的特点。但是一般电加热速热水龙头的局限性也相当明显，例如速热水龙头的制热效率被限制在1以内，为了用电安全而设置的水电分离装置增加了整体结构的复杂性，对于北方水质较硬的情况下，速热水龙头复杂的结构表面容易产生水垢，装置难于拆卸，不便清洗内部污垢等等。经过检索，中国专利公开号CN202532008U，实用新型名称为：速热水龙头；该热水龙头采用了不锈钢金属电热膜加热管对冷水加热，通过在不锈钢板上涂覆绝缘介质，将水和电分离开，但是其装置直接采用电加热的方式，其制热效率在0.95左右，并且该装置在使用后直接把废水排走，使得废水中所含大量余热仍然未被利用，其节能效果很有限。

热电制冷/制热技术具有系统简单、无运行工质、工作可靠、维护方便、使用寿命长、制热制冷速度快等优点，采用热电热泵技术对自来水供水进行加热是一种十分迅速、节能的加热方式，并且对洗菜盆排出的废水余热进行余热回收，可充分利用废水余热提升半导体热泵的制热效率，在实现迅速对自来水加热的同时很好的利用了低品位的能源，兼顾了生活用水的方便快捷、节能环保等要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有速热水龙头的不足，提供一种结构简单紧凑、制热效率高，加热速度快，成本较低且节能效果好的半导体热泵节能速热水龙头装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于半导体热泵余热回收技术的速热水龙头，利用半导体热泵冷端换热组件对排水余热进行回收，经热电芯片的热泵作用进一步提升，加热自来水，为水龙头提供热水。半导体热泵节能速热水龙头装置可提供厨房生活热水，若与浴室的喷淋器连接，则可为洗浴提供热水。在不同季节对水温需求不同的情况下，通过调节水温控制装置调节输入电流强度,改变半导体芯片的制热量，达到调节水温的作用，例如日常洗手洗菜时水温可控制在30度至40度之间，即节能又满足舒适性，而在洗浴时可将水温控制在37度至40度之间。另外，考虑到装置采用对排出的废水进行余热回收，使用时间过长会在通道中产生污垢，于是在装置顶部和底部设置可拆卸盖板，便于日常清理。

本发明的目的是通过如下技术思路实现的：

利用热电热泵的热回收原理，实现对自来水供水加热，对排水进行余热回收，在向水龙头提供热水的同时提高热电热泵效率。半导体热泵节能速热水龙头由热电热泵芯片层、加热环路、余热回收环路以及水温控制装置组成，热电热泵芯片层由若干圆形热电热泵芯片组成，热电芯片层的冷热端面分别连接余热回收环路和加热环路，余热回收环路和加热环路之间设有保温隔热垫圈，防止冷热端散热器接触造成冷热抵消，通过水温控制装置调节输入芯片的电流强度,从而达到调节水温的作用，以满足不同季节对热水龙头供水水温的要求。

自来水经供水管进入加热环路中的内换热组件，经过热电热泵加热后接至热水龙头，水盆排水经排水管通过存水弯，再从下侧外换热通道入口进入余热回收环路的外换热组件，经热电热泵余热回收降温后从装置上侧外换热通道出口引出，且上侧出水口的水平位置低于水盆排水口位置以便于排水。

与传统的速热水龙头相比，本发明半导体热泵节能速热水龙头的优点有：

首先，本发明采用半导体热泵对排水进行余热回收，具有制热效率高、节能的特点，有效减轻了排水的热污染。相比电热水龙头制热效率在0.9左右，半导体热泵热水龙头制热效率在3.0以上。

其次，本发明采用半导体热电片对自来水进行加热，启动速度快，可瞬间实现对自来水的加热，同时可通过水温控制装置控制输入芯片的电流，控制水温，满足不同季节对水温的要求。

再次，本发明内置加热和余热回收装置，不带有任何储水装置，结构简单紧凑，随开随用，方便快捷。采用可拆卸盖板，便于定期清理装置内部的污垢。

综上所述，本发明是充分利用半导体芯片热泵加热作用与余热回收的节能装置，具有快速、节能、结构紧凑等特点。

附图说明

图1为本发明半导体热泵节能速热水龙头主结构示意图；

图2为本发明半导体热泵节能速热水龙头装置纵向剖面图；

图3为图2中A-A处的剖面图；

图4为图2中B-B处的剖面图。

附图中标号所示名称为：1-圆形热电热泵芯片；2-内换热组件；201-热端环形导热片；202-内换热通道圆管；203-热端散热翅片；204-供水管；3-外换热组件；301-冷端环形导热片；302-外换热通道圆管；303-冷端散热翅片；304-保温隔热垫圈；305-排水管；306-可拆卸盖板；4-水龙头；5-水盆；6-存水弯；7-排水旁通孔；701-外换热通道入口；702-外换热通道出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细阐述，但本发明的实施方式不限于此。

综上所述的本发明具体实施例仅为本发明优选的实施方式，并非用于限定本发明保护范围的限制。因此，任何在本发明的技术特征之内所作的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

如图1-图4所示，本发明半导体热泵节能速热水龙头，包括：热电热泵芯片层、加热环路、余热回收环路以及水温控制装置。热电热泵芯片层由若干圆形热泵热电芯片1组成；加热环路由内换热组件2和供水管204组成，其中内换热组件包括：热端环形导热片201、内换热通道圆管202、热端散热翅片203；余热回收环路由外换热组件3、排水管305以及可拆卸盖板306组成，其中外换热组件包括：冷端环形导热片301、外换热通道圆管302、冷端散热翅片303以及保温隔热垫圈304；水温控制装置单独设置水温控制旋钮开关，各个部件紧密结合形成一个组件整体。

如图2所示，为半导体热泵节能速热水龙头装置纵向剖面图，其中内换热通道圆管202穿过热端环形导热片201和圆形热电热泵芯片1的中心圆孔，而热端散热翅片203均匀设于内换热通道圆管202的内壁。热端环形导热片201与内换热通道圆管202的管壁垂直连接，因此热端环形导热片201将从圆形热电热泵芯片1的热端表面吸收的热量转移到内换热通道圆管202，而设置在内换热通道圆管202内侧的热端散热翅片203则增大了换热面积，改善了换热效率。

装置中的外换热通道圆管302具有圆环形管壁，包围并连接着冷端环形导热片301，并在内壁侧设置冷端散热翅片303，在纵深方向设排水旁通孔7，当废水从下侧的外换热通道入口701进入外换热通道圆管302时，废水充满外换热通道圆管302并通过排水旁通孔7使之在外换热通道圆管302中更均匀地接触到外换热通道圆管302的管壁和冷端散热翅片303，通过热传导，冷端导热片301和圆形热电热泵芯片1的冷端温度升高，缩小其冷热端温差，提高制热效率。

如图3所示，为图2中A-A处的剖面图，展示了内部结构在此位置上的关系。冷、热端散热翅片303、203分别均匀地设置在外换热通道圆管302内壁和内换热通道圆管202内壁上，加大了与水流的接触面积，内换热组件2和外换热组件3之间设置的保温隔热垫圈304有效防止冷热端热量抵消，且结构十分紧凑。

如图4所示，为图2中B-B处的剖面图，冷端环形导热片301与外换热通道圆管302以及冷端散热翅片303组成一个外换热组件3，可充分回收废水中的余热，以此提升圆形热电热泵芯片1的制热效率，同时减少热污染。

半导体热泵节能速热水龙头的工作原理为：当向圆形热电热泵芯片1通入直流电时，其内部将不断有电子-空穴对的产生和复合，从而使得半导体热端放热，冷端吸热，圆形热电热泵芯片1的热泵效应产生的热量通过热端环形导热片201把热量经过内换热通道圆管202的管壁和热端散热翅片203传导至自来水，在靠近水流侧设置的热端散热翅片203则增大了散热面积，提高了换热效率，当打开水龙头4，用完热水之后，废水经排水管305、存水弯6进入由冷端环形导热片301、外换热通道圆管302、冷端散热翅片303组成的外换组件3中，废水在冲刷冷端散热翅片303时与其进行热交换，以此抵消掉一部分由冷端环形导热片301传导的冷量，进而提高半导体冷端的温度，提高半导体热泵的工作制热效率。

通过水温控制装置调节输入芯片的电流强度，从而达到调节水温的作用，以满足不同季节对热水龙头水温的要求。

在半导体热泵节能速热水龙头运行之前，将家用自来水供水管从装置下入口接入、再由供水管204接出，排水管305经过一个存水弯6接入下侧面的外换热通道入口701，在经过换热之后从装置上侧的外换热通道出口702接出。当使用者需要热水时，将直流电通入半导体热泵节能速热水龙头装置、打开水龙头4之后装置开始运行。

本装置从水流的方向来看，自来水由下至上由供水管204进入装置，通过内置热端散热翅片203的内换热通道圆管202，自来水在其中被加热到一定温度，经过供水管204，通过水龙头4使用后送入到水盆5当中，被使用之后的废水中仍然含有大量余热，此时废水排入到管道305，经过一个存水弯6，从外换热通道入口701进入半导体热泵节能速热水龙头装置的余热回收部分，即外换热组件3当中。废水在余热回收环路中与冷端散热翅片303和外换热通道圆管302进行热交换，同时在排水旁通孔7的引导下，废水会更加均匀的充满整个外换组件3，这一过程大大利用了废水当中的余热，提高了半导体热泵的制热效率，完成换热的废水最后从装置上侧面的外换热通道出口702排除。

本装置从热流的方向来看，圆形热电热泵芯片1在直流电的驱动下，快速地在其热端产热，在冷端吸热。热端的热量由热端环形导热片201传导至内换热通道圆管202与热端散热翅片203，进而对自来水来流加热，进入到水中的热量经过使用者在水盆5中的使用后减少了一部分，其余的余热都由废水排到管道305中，接着进入外换热组件3，与冷端散热翅片303和外换热通道圆管302进行换热，由热传导作用提高冷端导热片301的温度，从而达到提高半导体冷端温度的作用，降低冷热端温差，提高半导体热泵效率，实现能源高效利用。

本装置在使用一段时间之后，如需要对装置内部进行污垢清理，先将装置内的水排掉，打开半导体热泵节能速热水龙头装置的外换热组件3上下端的可拆卸盖板306，再用清水冲洗即可。

Claims (5)

1.一种半导体热泵节能速热水龙头，其特征在于，所述装置包括热电热泵芯片层、加热环路、余热回收环路以及水温控制装置，所述的热电热泵芯片层由若干圆形热电热泵芯片组成，所述的热电芯片层的冷、热端面分别连接余热回收环路和加热环路，余热回收环路和加热环路之间设有保温隔热垫圈，通过水温控制旋钮调节半导体热泵节能速热水龙头的出水温度。

2.根据权利要求1所述的半导体热泵节能速热水龙头，其特征在于，所述的加热环路由内换热组件和供水管组成，所述的内换热组件由热端环形导热片、内换热通道圆管、热端散热翅片共同组成一个整体构件，所述的热端环形导热片紧贴于圆形热电热泵芯片热端表面，其形状及大小与圆形热电热泵芯片一致。

3.根据权利要求1所述的半导体热泵节能速热水龙头，其特征在于，所述的余热回收环路由外换热组件、排水管、可拆卸盖板组成，所述的外换热组件由冷端环形导热片、保温隔热垫圈、外换热通道圆管、冷端散热翅片共同组成一个整体构件，所述的冷端环形导热片紧贴于圆形热电热泵芯片冷端表面，所述的可拆卸盖板设置在外换热组件的顶端和底端。

4.根据权利要求3所述的半导体热泵节能速热水龙头装置，其特征在于，所述的余热回收环路中的排水管设有存水弯，排水管由水盆排水口引出，经过存水弯，再从下侧的外换热通道入口进入外换热通道圆管进行余热回收，最后从上侧的外换热通道出口引出，且上侧出口位置略低于水盆排水口水平位置。

5.根据权利要求1所述的半导体热泵节能速热水龙头，其特征在于，所述的水温控制装置由水温控制旋钮开关组成，水温控制旋钮通过控制输入热电芯片的电流大小实现水温的调节。

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