CN103759406B - 单罐双管体双向电加热装置及空气能即热式热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单罐双管体双向电加热装置及空气能即热式热水器，所述单罐双管体双向电加热装置，包括柱形罐体，在罐体的两端密封连接有上端盖和下端盖，所述下端盖上设有进水口、出水口以及接线端子，所述罐体内设有两层同心圆管体，分为内管体和外管体，在内、外管体之间的空间层设有导电发热体，所述内管体的内部通道、以及罐体与外管体之间的环形通构成贯通的水流通道。本发明利用在单罐体内装入管体分隔罐内空间来加长水流路径长度和加大水流管体受热面积，加快获取发热体双向直接传递的加热能量，有效提高了罐体在单位时间加热做功热效应比，降低功率损耗及减少发热损耗。

Description

单罐双管体 双向电加热装置及空气能即热式热水器

技术领域

本发明属于热水器技术领域，是对现有即热式电热水器加热装置的重要改进，具体地说，涉及一种单罐双管体双向电加热装置及空气能即热式热水器。并且延伸至水暖热水器应用领域。

背景技术

目前市面上被广泛应用的即热式电热水器的加热装置主要采用金属管和非金属管两种电加热发热体。

金属管发热体的热效率高、加热方式简单、耐水压安全性好、噪音小、整机稳定性和耐用性高等特点，但其最大缺点是不能实现真正意义上的水电分离。

非金属管发热体多是由水晶、玻璃、陶瓷三种材料制成，通常是在非金属材料制成的非金属管外壁用高温烧结或印刷等形式附着一层发热材料（电阻膜）。水晶作为电热水器发热体，无论从安全还是热传导来说都是最佳非金属发热体媒质材质，最大亮点是做到水在管内流动，管外壁通电，达到水电隔离及提高安全性。较大缺陷是：导电膜发热会产生很高的外部余热温度，既降低热效率、又会影响电子控制系统运行和元件寿命；烧结导电膜有时可能会有损伤发热管体的异常情况，当水压力过高时易导致管体破裂情况；更有烧结的导电膜阻值难以形成一致性和随使用时间增加出现功率衰减等固有问题。

尤其，现有即热式热水器加热功率偏大（一般7KW），是限制市场需求量进一步持续扩大需要尽快解决的问题之一。如何能够有效提高水电加热转换效率，降低功率损耗则是本发明所要解决的关键问题。

发明内容

本发明提供了一种单罐双管体双向电加热装置及空气能即热式热水器，可以在罐体结构和加热技术方式上优化和解决现有技术存在的加热功率偏高及加热转换效率低的问题，包括存在的功率衰减等一些结构上的固有缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种单罐双管体双向电加热装置，包括柱形罐体，在罐体的两端密封连接有上端盖和下端盖，所述下端盖上设有进水口、出水口以及接线端子，所述罐体内设有两层同心圆管体，分别为内管体和外管体，在内、外管体之间的空间层内设有导电发热体，所述内管体的内部通道、以及罐体与外管体之间的环形通道构成贯通的水流通道。

在一个柱形罐体内设置两个同心圆管体，组合形成三层管道，最内层是内管体的自身管道，外层管道是罐体和外管体组成的环形管道，中间层管道是由内管体和外管体之间空间层构成。设定外层和内层管道作为水流通道，中间层作为放置导电发热体的空间区。当罐体上端采用上端盖及带有水流槽的框架体进行相对应的装配和密闭紧固，致使外层和内层水流通道经由上端盖的框架水流槽相连通，罐体下端采用下端盖及带有进、出水口的框架体进行相对应的装配和密闭紧固，通过下端盖上的进、出水口构成贯通的水流通道加热装置。

本发明正是利用在上述的小型单罐体内放置双管体的方法分隔出2倍的管体水流通道路径长度，并得到超过2倍内管体表面的加热水流通道管体受热面积。当在内、外水流通道管体之间的空间区装入电阻板发热体，该发热体是以内外两个体表面从二个方向同时对内外水流通道管体二个受热表面直接辐射热能做功。这种在罐体中分隔方法增加水流通道长度和增大受热面积及利用发热体的结构双面双向传递辐射加热热量做功的方式，显著加快水电加热转换能效，有效提高罐体在单位时间内加热做功的热效应比，降低即热电加热功率损耗及减少发热损耗。

当然，上述的同心圆管体还可以设置更多管体构成多层水流管路和增加相应的空间层用来放置发热体，这些增加的发热体放入各自的空间层内可以形成多种导电加热模式，进一步优化和提高水电加热转换效能，以此类推。不过，单罐体内超过三层水流通道以上的实用性会大大降低。

本发明的加热装置不仅适用于金属和非金属材料中使用，尤在两者的混合体结构中更有利于扬长避短效果，包括工艺制作成熟性方面也有改善。

如上所述单罐双管体双向电加热装置，所述上端盖内设有框架体，所述框架体内设有水流槽，用于连通内管体内部通道以及罐体与外管体之间环形通道，所述下端盖内设有框架体，用于设置进水口、出水口。

其中，所述导电发热体的两端均设有隔热体。

其中，所述隔热体为石英体。在发热体周边间隙加装石英体做电压隔离和红外光聚能传递热能作用。

如上所述单罐双管体双向电加热装置，所述内、外管体采用水晶管或金属管。内、外管体同时采用水晶管或者同时采用金属管为最好。

如上所述单罐双管体双向电加热装置，所述导电发热体采用高阻电阻丝或由高阻电阻丝绕制成的电阻板，或其他电阻材料制作的电阻板。

所述导电发热体为整体结构或沿其纵向分成对称的两部分，分成对称的两部分方便接线。发热体内外两个曲表面在单罐体空间内与内外圆管体二曲面相贴靠，由发热体两个表面向两个方向以立体方式直接对水流通道内的水均匀辐射传递热能做功，使得热量充分快速被利用，提高热交换速率。

其中，所述进水口与所述罐体与外管体之间的环形通道连通，所述出水口与内管体的内部通道连通。

如上所述单罐双管体双向电加热装置，所述水流通道内设有螺旋体构成螺旋旋转通道用于引导水流旋转流动。

在螺旋体的限定引导下，水流顺管体和螺旋体构成的螺旋旋转通道流动，水流在管体内螺旋连续运动，从而增加水流途经长度，延长了水流受热的时间，提高水流受热过程中的电热转换能效，进一步提高热效率。水进入水流通道后作水旋式高速旋转，使热交换更充分、更均匀，极大提高热效率。

一种空气能即热式电热水器，包括储水罐，在所述储水罐的出水口连接上述单罐双管体双向电加热装置的进水口，构成级联组合体，即二级加热，从而使得原空气能热水器的储水罐预热水之后再进入本发明的单罐双管体双向电加热装置内进一步加热提高供热热水的温度，或提供用户取暖用的热水源。

本发明利用在单罐体内装入管体分隔罐内空间来加长水流路径长度和加大水流管体受热面积，加快获取发热体双向直接传递的加热能量，有效提高了罐体在单位时间加热做功热效应比，降低功率损耗及减少发热损耗。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

1、在相类同罐体容量情况下，由于双管体是由罐体内的二层管体隔离组成，本发明能够获得比单罐体结构多2倍罐体的水流通道长度和多于2倍内管体表面的加热水流受热面积。

2、在单罐双管体之间的中间层内放置发热体的方法，是使发热体从内外二个体表面以二个方向立体方式，同时对两个管体内的水流直接辐射热能做功。该发热技术方式不仅增大了热交换面积的同时更加快了热交换速度，显著提高了罐体在单位时间内加热做功热效应比，有效降低了加热功耗及减小热能损耗。

3、发热体是由高阻电热丝制作或是由高阻电热丝制作成板及电阻材料制作的发热体等构成。采用电热丝制作发热体能够实现二个体表面双向发热，且与导电膜相比的优点是，计算电阻值比较准确和易于保持发热体工作于红外光线状态范围，工艺稳定可靠、使用寿命长和发热噪声小等特点。不存在对水晶烧结电阻膜损伤管体的缺陷和连接端点容易出现接触故障，以及功率衰减等固有问题。也是对金属加热器只能单方向向外传热的重要技术进步。

4、在单罐体中植入双管体和电阻发热体的结构匹配融合技术设计方法，目前是单位体积最小的高能效发热体核心技术装置。更是对现有热水器结构单一（朝外或朝内方向）发热方式的重要技术改进。如奥特朗的金属加热器（管体）向外传递热量做功，哈佛的导电膜管体向内传递做功及向外散发余热重要技术改进。因此，达到降低加热功耗（理论计算值）约近2KW，实现实用功率约5kw；相比已有即热式电热水器(7KW)有近三成用电量降幅的实用效果。

5、由于单罐双管体是采用圆管体，有易于在管体中装入螺旋体引导加热水流旋转和延长水流受热时间，进一步提高加热转换效率及降低加热功耗。

6.本发明的罐体材料是金属材料，是考虑上下端盖的密闭固接；双管体材料的选择使用不设限定，可以是金属材料或非金属材料。

7、装置间的级联应用，由于发热体技术性能上的一致性，加热功率的低功耗和罐体结构的小型化，适合多个装置的级联组合以满足不同特殊场所的应用需求。如通过并联级联增大功率或串联级联提高水温。

8、装置同其它加热系统装置的级联组合应用，如同空气能热水器或太阳能热水器等装置的级联组合，弥补两类系统装置不能够即时提供加热热水的不足，更加快捷提供加热热水和降低能耗。该级联组合体在家庭水暖供热源的实用化应用将提供有力主导作用。

附图说明

图1是本发明所述单罐双管体双向电加热装置具体实施例的局部剖视图；

图2是图1的A-A剖视图(仅示出罐体结构)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明以双层圆管体为例，详细介绍其内部结构，当然，按照本发明的结构方式，还可以扩展至单罐三层管体和理论上的更多层，同理，发热体的空间层也会相应增加，并由内至外，如对第二层的发热体可以沿纵向分成对称的四部分，每一部分可以设置赋给不同的功率，即多种加热工作模式。当然，在单罐体中采用三层管体水流通道和多模加热方式会得到很好的加热工作效果，而超过三层以上管体水流通道的实用性意义很低。

参考图1-2所示，一种单罐双管体双向电加热装置，包括圆柱形罐体1，在罐体1的两端密封连接有上端盖2和下端盖3，上、下端盖内各自设有其内部框架体，下端盖3内部的框架体上设有进水口31、出水口32以及接线端子33，罐体1内设有两层同心的内管体4和外管体5，在内、外管体之间的环形空间内设有导电发热体6，内管体4的内部通道41、以及罐体1与外管体5之间的环形通道7构成贯通的水流通道，其中，进水口31与环形通道7连通，出水口32与内管体4的内部通道41连通。

即内管体4的内部通道41以及罐体1与外管体5之间的环形通道7之间相通，共同形成水流加热通道，导电发热体6同时对两个通道内的水辐射热量。

上端盖2内的框架体上设有用于连通内管体4的内部通道41以及罐体1与外管体5之间环形通道7的水流槽21。水通过进水口31进入环形通道7内，然后通过上端盖2的水流槽21进入内管体4的内部通道41，如图1中的箭头所示水流方向。

导电发热体6的两端及周边间隙均加装石英体8做电压隔离和红外光聚能传递热能作用。

内管体4和外管体5采用水晶管体构成同心圆管体。水晶管构成的双管体不结水垢，有红外透光性和聚能效应，且水晶管是水电隔离的理想材料，用电安全性高，有助于工装和降低制作成本。金属管制作的罐体具有安全防护性等级高和机械化加工程度高及有利于上下端盖密闭装配等特点，

导电发热体6采用高阻电阻丝绕制成的电阻板，沿其纵向分成对称的两部分，方便接线。导电发热体内外两个曲表面在单罐体1空间内与内、外圆管体二曲面相贴靠，由导电发热体6两个表面向两个方向以立体方式直接对水流通道内的水均匀辐射传递热能做功，缩短热量传递扩散转换时间。

为了进一步提高热效率，还可以在通道41和通道51内设置螺旋体来引导水流旋转流动，从而延长水流受热的时间，提高水电加热转换效能。（可参阅加热水流旋转即热式电热水器，实用新型专利号：ZL2010 2 0185403.5）

本发明的加热装置内部的双层同心圆管体以及发热体，其接触面均是拱形面，拱形结构抗压性大，而且加大了热交换面积，加快热交换速度，水流通道加长，延长受热时间，使热传递更充分，从而提高了热交换效率。

本发明加热装置的进、出水口没有严格的限定和区分，其进、出水口的位置也可视装置的设计需要而设定。

一种空气能即热式电热水器，包括储水罐，在所述储水罐的出水口连接上述单罐双管体双向电加热装置的进水口，构成级联组合体,从而使得来自外部的水先流经空气能热水器储水罐之后，再进入本发明的单罐双管体双向电加热装置中再进行加热处理来提高温度，即由空气能热水器作为第一级加热工作体、单罐双管体双向电加热装置作为第二级加热体完成即热加热水温功能。扩大空气能热水器工作温度范围和提高加热效能，并实现即热加热功能。 本发明装置体积的小型化、目前是即热电加热功率的最低功耗特性和操控系统的兼容性，适合同空气能或太阳能等热水器进行级联组合应用，提高组合装置的加热性能和使用功能。包括开拓家庭水暖供热源装置。

空气能或太阳能热水器都不能提供即热加热热水功效作用能力。因此，将二者的功能相互融合（不需要改动就能装入发热罐体）组合成一个加热能效范围更加宽泛的新加热装置，以满足不同情况下的应用需求，包括家庭水暖供热源等领域，能够提供高效节能的水暖加热水源。

本发明加热装置的优点：加热功耗的降低，罐体结构的小型化、可靠性和安全性高，即时提供热水能量，操作控制方式同空气能或太阳能热水器控制方法能够相兼容。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种单罐双管体双向电加热装置，包括柱形罐体，在罐体的两端密封连接有上端盖和下端盖，所述下端盖上设有进水口、出水口以及接线端子，其特征在于：所述罐体内设有两层同心圆管体，分别为内管体和外管体，在内、外管体之间的空间层内设有导电发热体，所述内管体的内部通道、以及罐体与外管体之间的环形通道构成贯通的水流通道；

所述上端盖内设有框架体，所述框架体内设有水流槽，用于连通内管体内部通道以及罐体与外管体之间环形通道；

所述内、外管体采用水晶管，所述导电发热体采用电阻丝绕制成电阻板；

所述导电发热体为整体结构或沿其纵向分成对称的两部分。

2.根据权利要求1所述单罐双管体双向电加热装置，其特征在于：所述导电发热体的两端均设有隔热体。

3.根据权利要求2所述单罐双管体双向电加热装置，其特征在于：所述隔热体选用为石英体。

4.根据权利要求1所述单罐双管体双向电加热装置，其特征在于：所述进水口与所述罐体与外管体之间的环形通道连通，所述出水口与内管体的内部通道连通。

5.根据权利要求1所述单罐双管体双向电加热装置，其特征在于：所述水流通道内设有螺旋体构成螺旋旋转通道用于引导水流旋转流动。

6.一种空气能即热式电热水器，包括储水罐，其特征在于：在所述储水罐的出水口连接上述权利要求1-5中任一项所述单罐双管体双向电加热装置的进水口，构成级联组合体。