CN103791625A - 高热水输出率和恒温出水的电热水器 - Google Patents

Abstract

高热水输出率和恒温出水的电热水器，在热水器的内胆中间设置隔膜（9）、热水循环口（7）、冷水口（13）和热水口（20）；在热水器的内胆外面设置流量传感器（1）、加热器（2）、水泵（4）、三位三通阀（5）、流量传感器（6）。隔膜（9）将热水器的内胆分隔为冷水仓（15）和热水仓（16），分别用于存储冷水和热水；隔膜（9）柔性构造具有3个特性：能够传递压力，能够随着内胆中冷水和热水的体积变化进行延伸，能够和内胆的内壁紧密的贴合，挤出全部的冷水或热水；因为有隔膜（9）将冷水和热水分隔开，冷水和热水不会勾兑，这样就实现了恒温出水，同时也达到将热水仓（16）中的热水完全输出的效果。

Description

高热水输出率和恒温出水的电热水器

技术领域

本发明涉及一种家用的储水式电热水器。

背景技术

现有的电热水器普遍存在着以下3方面的不足。

热水输出率低，现有的电热水器只有一个储水仓，使用热水时，等量的冷水也同时注入到该储水仓内，冷水和热水的勾兑，储水仓的水温就会降低，温度＜45℃的热水使用价值就不高，这样冷水被加热到45℃这部分所消耗的能量就没法输出，降低了热水输出率。这种结构导致了现有的热水器热水输出率都很低，国标GB21519-2008要求的一级能效热水输出水率才0.7，五级能效只有0.5。另外，热水器处在通电状态下，使用热水时，随着冷水的注入，内胆中的热水温度会降低，这时加热器就自动开始加热；一般现有热水器的加热器安装在内胆底部，加热使刚注入到内胆的冷水和上层的热水形成对流，这样热水器内胆里的水温很快趋于平均，这会使得热水输出率大幅降低。热水器一般都是在通电的状态下使用，而在通电状态下的热水输出率实际值，会低于国标GB21519-2008停止加热的状态下的测量值。

舒适性差，热水输出过程中，随着冷水的注入，输出热水的温度由高慢慢变底，温度的变化使得舒适性变差。需要不断调整混水阀，来满足用水的舒适性。

缺少防止出水温度过高的安全保护措施，过高的出水温度可能会烫伤使用者，存在安全隐患。

发明内容

为了克服现有的储水式电热水器热水输出率低，及热水输出过程中热水温度由高变低等的不足；本发明提供一种储水式电热水器，该热水器可以将热水输出率提升到98%以上，实现降低能耗的目的；采用电脑板（单片机）智能控制，实现恒温出水，快速加热，低温储水，防止出水水温过高的安全保护功能，临时性提高储水水温的增容功能，出水率和进水温度无关等优点。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：在热水器的内胆中间设置隔膜（9）、循环口（7）、冷水口（13）和热水口（20）；其他的配件设置在热水器的内胆外面。隔膜（9）将热水器的内胆分隔为冷水仓和热水仓，分别用于存储冷水和热水；隔膜（9）采用柔性构造，该构造具有：能够传递压力，能够随着内胆中冷水和热水的体积变化进行延伸，能够和内胆的内壁紧密的贴合，挤出全部的冷水或热水；因为有隔膜（9）将冷水和热水分隔开，冷水和热水不会勾兑，这样就实现了恒温出水，同时也达到将热水仓（16）中的热水完全输出的效果。

平常状态下，隔膜（9）贴到冷水仓（15）的底部，整个热水器内胆充满热水，如图1所示；当有热水输出，在自来水的压力作用下，等量的冷水注入进冷水仓（15），隔膜（9）向热水仓（16）方向延伸；当热水用到一半时，隔膜（9）停留在内胆的中间位置，如图2所示；当热水全部输出，隔膜（9）延伸贴到热水仓（16）的顶部，冷水充满整个热水器的内胆，如图3所示；当热水停止输出后，水泵（4）启动，冷水流经加热器（2）加热，最后被输送到热水仓（16），直到热水充满整个内胆为止。

本发明热水器的有益效果是：热水输出率高，达到98%的热水输出能力（考虑了联接的管路、加热器（2）、内胆和隔膜（9）缝隙之间残留的少量水）；对比现有1级能效的热水器，热水输出率为70%，储水温度为65℃；在同等的容量和热水的输出量（转化成能量计算）情况下，本发明热水器可以将储水温度降低到50.7℃：

C*M*（65℃-15℃）*0.7= C*M*（50.7℃-15℃）*0.98。

上式中，15℃为进水温度，C为比热容，M为质量。降低储水温度使得散热功耗减少，现有1级能效热水器和本发明热水器的散热能耗之比为：

[λ*S*d*（65℃-20℃）] ∕ [λ*S*d*（50.7℃-20℃）]=1.47。

上式中，20℃为环境温度，λ为热导率、S为表面积、d为保温厚度。

对比现有5级能效的热水器，本发明热水器可以将储水温度降低到40.5℃，现有5级能效热水器和本发明热水器的散热能耗之比为：

[λ*S*d*（65℃-20℃）] ∕[λ*S*d*（40.5℃-20℃）]=2.20。

本发明的热水器通电使用时，输出的热水经过加热器（2）再次升温，在上面描述低温储水的基础上，还能降低平时储水温度，实现能耗降低；流量5L/min时，3Kw的加热功率使出水温度升高8.57℃；这样储水温度又可以降低8.57℃，再次加热升温和没有再次加热升温的散热能耗之比为：

[λ*S*d*（65℃-20℃）] ∕[λ*S*d*（65℃-20℃-8.57℃）]=1.24。

通过上面对比，本发明的热水器节能降耗显著。

具备迅速出热水的能力，当冷水从冷水仓（15）被输送到热水仓（16），流经加热器（2）加热，因是只对流经加热器（2）的小量水进行加热，温升就快；如控制流量在1.5L/min时（现在很多的单片机都自带PWM功能，结合流量计，直流水泵的流量控制很容易低成本实现），温升达到28.58℃；如进水水温为15℃，加热后的水温为43.58℃；在热水全部用完的情况下，可以作为应急使用。

具有防止出水温度过高的安全保护功能，热水输出时，温度传感器（18）检测到热水储水温度高于75℃（危险温度），三位三通阀（5）动作（A-C联通，B-C关闭），冷水通过三位三通阀（5），勾兑热水，使输出水温降低到安全的温度：（75℃+15℃）/2=45℃，起到安全保护的作用。

因为有防止出水温度过高的安全保护功能，必要时（建议临时性使用，储水温度高，功耗相对变大），可以大幅提高热水的存储温度的上限，来增加热水的储存能力。譬如将储水温度提升到85℃，相比65℃的储水温度，输出热水的能力大幅提高：（85℃-15℃）/（65℃-15℃）=140%，（15℃为进水温度，质量和比热容相同，公式中省略）。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为热水全部充满时的结构示意图，平常待机保温的状态。

图2为热水用到一半时的结构示意图。

图3为热水全部用光时的结构示意图。

图中，1-流量传感器，2-加热器，3-温控开关，4-水泵，5-三位三通阀，6-流量传感器，7-循环口，8-柔性水管，9-隔膜，10-混水阀，11-进水点，12-安全阀，13-冷水口，14-透气阀，15-冷水仓，16-热水仓，17-温控开关，18-温度传感器，19-热水器壳体，20-热水口。

具体实施方式

本发明的热水器内胆中只有隔膜（9）和3个出入水口，内胆结构简单，故障率低；其他的部件全部放到内胆的外面，维护方便。不需要改造现有热水器合理的内胆结构，利用原有成熟的加工工艺，就可以快速、低技术风险、低成本实施。

各器件功能和具体实施说明。 

隔膜（9），固定在热水器内胆中间部位，隔膜（9）和固定隔膜（9）的型材可以通过现有的加热器安装孔，就能放入到热水器的内胆中，并进行固定；不需要对现有的热水器内胆进行大的改造就可实施。因为工作温度一般≤85℃，隔膜（9）可选用材料范围很广，如丁腈橡胶、尼龙等材料；透气阀（14）选用多层高密度尼龙编织物，泡水后膨胀，阻尼增加，为冷水仓提供排气的通路。

流量传感器（1）安装在加热器（2）和热水口（20）之间，用于检测加热器（2）有无水流过，没有水流动，加热器（2）不启动；该传感器主要是为了确保加热器（2）加热的能量全部被水流带走，使得加热器（2）部件工作在安全温度范围；流量传感器（6），安装于加热器（2）和混水阀（10）之间，对输出的热水进行计量，当热水使用到一定的水量时，可以用声光提示使用者热水即将用完；另外的用处是检测有无热水输出，作为控制的信号。

三位三通阀（5），通过切换，来控制水流方向；来实现冷水输送到热水仓（16）、热水仓（16）循环加热、防止出水温度过高的保护等功能。

水泵（4），安装在热水器的外部，便于检修；将冷水由冷水仓（15）输送到热水仓（16），或者为热水仓（16）循环加热时提供动力。

温控开关（3），90℃断开，限制加热器（2）外壳的最高温度，起保护功能；温控开关（17），90℃断开，限制最高储水温度，起保护功能；其他配件和普通的热水器一样：加热器（2）、温度传感器（18）、热水器壳体（19）、电脑板、显示操作面板、热水器内胆、保温、支架、电源线、漏电安全保护、联接管件等。

当新热水器安装后，初次使用依照步骤1至步骤7逐步操作；正常使用时依照步骤4至步骤7自动循环。

步骤1、开启混水阀（10）热水测。

步骤2、首次自来水进水路径和内胆中的空气排出路径。

自来水→进水点（11）→安全阀（12）→冷水口（13）→冷水仓（15）。

冷水仓（15）里的空气→透气阀（14）→热水仓（16）→热水口（20）→流量传感器（1）→加热器（2）→流量传感器（6）→混水阀（10）→排出。

热水仓（16）里的空气→热水口（20）→流量传感器（1）→加热器（2）→流量传感器（6）→混水阀（10）→排出。

随着冷水的注入，隔膜（9）往热水仓（16）方向延伸，内胆中的空气慢慢被挤出，直到冷水注满整个热水器的内胆空间，如附图3所示；当混水阀（10）有冷水排出时，关闭混水阀（10）。

步骤3、插上热水器电源。

步骤4、冷水由冷水仓（15）输送到热水仓（16）的水流路径：冷水仓（15）冷水→冷水口（13）→三位三通阀（5）→水泵（4）→加热器（2）→流量传感器（1）→热水口（20）→热水仓（16）。

启动水泵（4），三位三通阀（5）（A-C联通，B-C关闭），当流量传感器（1）检测到有水流，加热器（2）上电加热（如果没有水流，加热器（2）不工作，起保护作用）；直到流量传感器（1）检测到没有水流，说明冷水仓（15）里的冷水全部被水泵（4）输送到热水仓（16），这过程是边输送边加热的。 

步骤5、热水仓（16）热水循环加热的水流路径：热水仓（16）热水→柔性水管（8）→循环口（7）→三位三通阀（5）→水泵（4）→加热器（2）→流量传感器（1）→热水口（20）→热水仓（16）。

当温度传感器（18）检测到，水温＜设定值，启动水泵（4），三位三通阀（5）（A-C关闭，B-C联通）；热水仓（16）里的热水通过加热器（2）循环加热，直到温度达到设定值。

步骤6、输出热水的水流路径：热水仓（16）热水→热水口（20）→流量传感器（1）→加热器（2）→流量传感器（6）→混水阀（10）→出热水。

加热器（2）加热；当热水温度＜75℃时，三位三通阀（5）（A-C关闭，B-C关闭）；热水温度≥75℃时，三位三通阀（5）（A-C联通，B-C关闭），降低热水的出水温度。

步骤7、补充冷水的水流路径：自来水→进水点（11）→安全阀（12）→冷水口（13）→冷水仓（15）。

当热水输出的同时，在自来水压力的作用下，等量的冷水自动注入冷水仓（15），隔膜（9）往热水仓（16）方向延伸。

Claims (4)

1.一种高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征在于：设置隔膜、透气阀、循环口、热水口、冷水口、柔性水管、水泵、流量传感器、三位三通阀、加热器。

2.根据权利要求1所述的高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征是：内胆中设置隔膜、热水循环口、冷水口、热水口，内胆外设置水泵、流量传感器、三位三通阀、加热器。

3.根据权利要求1所述的高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征是：隔膜将内胆分隔成二个功能固定的冷水仓和热水仓，分别用于储存冷水和热水。

4.根据权利要求1所述的高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征是：设置水泵，组成热水循环加热通路，组成冷水由冷水仓输送到热水仓的通路，并为上述二通路提供动力。

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