CN104121698A - 一种热水器恒流式电磁辅助加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热水器恒流式电磁辅助加热装置，包括：主控板、冷水管、加热内胆和控制面板，所述水冷散热管一端连接有进水管，进水管依次连接水流开关和恒流量定向控制阀后与水冷散热管连通，水冷散热管的另一端连接加热内胆；所述加热内胆包括：陶瓷管和电磁线圈，陶瓷管上端设置有上密封端，在其下端设置有下密封端；在上密封端上设有低温水管和热水管，低温水管从上密封端向外延伸，通过第一温度传感器后，再与低温进水管连通，第二温度传感器与控制面板电气连接；主控板与控制面板电气连接。该加热装置不需要对现有的热水器有任何的结构上改动，克服了现有热水器使用上诸多制约因素实现了多能源优化组合，低温热水以最经济最节能方式得到舒适利用。

Description

一种热水器恒流式电磁辅助加热装置

技术领域

本发明涉及一种即热式电磁热水器，尤其是一种热水器恒流式电磁辅助加热装置，属于电器技术领域。

背景技术

热水器是家庭必备的电器用品，现有的热水器包括：电热水器、燃气热水器、太阳能热水器等。太阳能热水器由于绿色环保、安全且节能效果好，得到广泛的推广与应用。但是太阳能热水器不适合在城市高层建筑上使用，主要受到诸多因素的制约，这些因素包括：城市供水压力不足；太阳能热水器安装不方便，存在安全隐患；易受晴雨天气和季节因素影响；用户过多密集无法安装等。因此，现有城市高层建筑中，很多使用燃气热水器，但燃气热水器主要受到安全因素的制约，此外，还必须有良好通风情况下才适合安装。

实际上，用户在居家生活实际使用电器过程中，会产生各种各样的热源，而这些热源并不一定会被回收使用，最主要的原因是：回收成本高于实际使用价值。但是，随着技术发展与进步，尤其是人们对环境保护和能源认识的提高，我们对用户热源的回收利用已经不仅仅从经济角度出发，与此同时，人们也提出各式各样的热源解决方案，如空气能家庭能源解决方案等。

但是，就热水器而言，能量的来源也就是现有使用的主要几种方式，在现有可预见的短时间内，不可能从根本上有变化。因此，就热水器发展技术上来说，需要解决的主要问题是，一是热源如何以最经济的方式回收再利用；二是针对电热水器、燃气热水器、太阳能热水器等现有的热水器类型，如何规避热水器自身的使用制约因素，如太阳能热水器如何解决不受晴雨天气和季节因素影响等。

类似于中国专利CN201210256221.6，人们针对现有太阳能热水器的结构提出了一种新的技术解决方案。这种解决方案也仅仅适用于太阳能热水器本身。同样地，针对燃气热水器和电热水器的不同结构，也会有不同的技术解决方案。以上种种结构的改进，都是基于现有热水器的结构不同而提出的，这样的技术解决方案，从使用成本来说是比较高的。我们是否可以考虑：不对现有热水器结构有任何的变化，提出多能源组合的一种辅助加热装置，克服热水器使用上的制约，以最经济最节能的方式低温热源再利用。

本发明正是基于这样的思路，提出了一种热水器恒流式电磁辅助加热装置。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种热水器恒流式电磁辅助加热装置。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种热水器恒流式电磁辅助加热装置，包括：主控板、冷水管、加热内胆和控制面板，

所述水冷散热管一端连接有进水管，进水管依次连接水流开关和恒流量定向控制阀后与冷水管连通，水冷散热管的另一端连接加热内胆、水流开关与控制面板连接；

所述加热内胆包括：陶瓷管和电磁线圈，电磁线圈缠绕在陶瓷管的外部，且通过导线连接至主控板，陶瓷管上端设置有上密封端，在其下端设置有下密封端；在上密封端上设有低温水管和热水管，热水管设置在上密封端的中间位置，通过第二温度传感器后再与出热水管连接，第二温度传感器与控制面板电气连接；低温水管从上密封端向外延伸，通过第一温度传感器后，再与低温进水管连通，第一温度传感器与控制面板电气连接；

主控板与控制面板电气连接，主控板驱动加热内胆工作，控制面板驱动主控板工作。

作为上述技术方案的改进，在陶瓷管内部设置有粗波纹管，在粗波纹管内部设置细波纹管，粗波纹管和细波纹管外表面设置有粗糙的螺纹，粗波纹管高度低于陶瓷管，细波纹管穿过上密封端，并伸出陶瓷管。

作为上述技术方案的改进，在粗波纹管内部，在细波纹管的下方还设置有可以拆卸的套管，套管上还设置有多个小孔。

作为上述技术方案的改进，所述细波纹管过盈配合插入套管中。

作为上述技术方案的改进，所述细波纹管与套管螺纹连接在一起。

作为上述技术方案的改进，所述粗波纹管内孔直径D和细波纹管内孔直径d的几何关系为：D＝2d～3d。

作为上述技术方案的改进，在主控板上连接有多个IGBT模块，在主控板一侧设置有散热板，IGBT模块设置在散热板的背面，冷水管设置在散热板的正面。

作为上述技术方案的改进，所述下密封端的外部设置有凸台，凸台上设置有外螺纹，在下密封端的外部设置密封螺帽，密封螺帽通过与凸台上外螺纹配合将套管封装在粗波纹管内部。

作为上述技术方案的改进，所述在密封螺帽与下密封端之间还设置有密封垫圈。

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本发明所述电磁辅助加热装置，与现有其他热水器配套使用，形成能源解决方案，不需要对现有的热水器有任何的结构上改动；该加热装置克服了太阳能热水器使用上诸多制约因素，如冬天雨雪天气下太阳能热水器出水未达到预定温度等，并最大程度以最经济的方式回收太阳能热水水源再利用，其热转换效率高达97％以上。

与现有的即热式电磁热水器相比，该电磁加热装置还具有以下技术效果：

1、在陶瓷管内设置粗波纹管和细波纹管，让水的热交换面积增大一倍以上，在达到同等温度情况下时间缩短1秒～5秒；

2、通过合理控制粗波纹管和细波纹管内孔直径，提高热交换效率和缩短加热时间，避免能源浪费；

3、在细波纹管下方设置可拆卸的套管，降低热水器的使用成本，只需要直接更换套管即可，不再需要更换其他附件，使用成本低；

4、下密封端外部设置密封螺帽结构，可以很方便地进行内部清理，不再需要打开陶瓷管内部结构，尤其是不再需要打开下密封端与陶瓷管之间的密封结构，提高陶瓷管使用寿命，提高热水器的使用寿命。

5、该加热装置出水速度快，加热效率高。

附图说明

图1为本发明所述电磁辅助加热装置结构示意图；

图2为本发明所述加热装置中加热内胆内部结构示意图；

图3为图2中的I处局部放大图；

其中：

100-主控板、110-IGBT模块、120-散热板、200-水冷散热管、210-进水管、230-水流开关、240-恒流量定向控制阀、300-加热内胆、310-陶瓷管、320-电磁线圈、330-上密封端、331-低温水管、332-第一温度传感器、333-低温热水进水口、334-热水管、335-第二温度传感器340-下密封端、400-控制面板。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1所示为本发明所述辅助电磁加热装置结构示意图。本发明所述辅助电磁加热装置，包括：主控板100、水冷散热管200、加热内胆300和控制面板400。水冷散热管200一端连接有进水管210，进水管210水流开关230和恒流量定向控制阀240后与水冷散热管200连通。水流开关230和流量控制阀240分别与控制面板400电气连接。水流开关230用来控制进水管210的开与关；恒流量定向控制阀240用来控制进入水冷散热管200的冷水流始终处于恒定流量。主控板100与控制面板400电气连接，由控制面板400驱动主控板100工作。

水冷散热水管200的另一端连接加热内胆300，冷水通过进水管210进入水冷散热水管200后，再进入加热内胆300。在主控板100上连接有多个IGBT模块110，由于IGBT模块110工作时发热量较大，易对内部其他电路产生影响，因此，在主控板100一侧设置有散热板120，散热板120具有较大面积，可以采用铝合金或铜合金制作而成。IGBT模块110设置在散热板120的背面，通过散热板120将IGBT模块110上多余的热量散发出去。

水冷散热管200设置在散热板120的正面上，且充分利用IGBT模块110上多余的热量将内部的冷水预热。

如图2所示，为本发明所述加热装置中加热内胆内部结构示意图，图3为其I处局部放大图。加热内胆300包括：陶瓷管310和电磁线圈320，电磁线圈320缠绕在陶瓷管310的外部，且通过导线连接至主控板100。根据实际需要和陶瓷管310的长度，可以设置多组电磁线圈320。陶瓷管310上端设置有上密封端330，在其下端设置有下密封端340。

在上密封端330上还设有低温水管331和热水管334，热水管334设置在上密封端330的中间位置。加热内胆300将内部热水加热后，最终从热水管334引出。低温水管331从上密封端330向外延伸，通过第一温度传感器332后，再与低温进水管333连通。

现有很多温度达不到预设温度的热水，在此我们统称为“低温热水”。这些低温热水有各种各样的来源，如冬天雨雪天气或连续阴雨天情况下太阳能热水器流出的未达到预定温度的低温出水等。将这些低温热水，通过低温进水管333和第一温度传感器332后，再从低温热水管331进入加热内胆300中。第一温度传感器332用来感应低温热水的适时温度。第一温度传感器332与控制面板400电气连接。

如图2和图3所示，在陶瓷管310内部设置有直径较大的粗波纹管311，在粗波纹管311内部设置直径较小的细波纹管312。粗波纹管311和细波纹管312外表面设置有粗糙的螺纹。粗波纹管311的内孔直径为D，细波纹管312的内孔直径为d。粗波纹管311高度低于陶瓷管310，细波纹管312穿过上密封端330，并伸出陶瓷管310。

在粗波纹管311内部，在细波纹管312的下方还设置有可以拆卸的套管313，细波纹管312可以采用过盈配合插入套管313中，或用螺纹将细波纹管312与套管313连接在一起。在套管313上还设置有多个小孔314。

如图2和图3所示，低温热水通过低温水管331进入加热内胆300中，与此同时，被预热的冷水通过冷水管200进入加热内胆300中。在下密封端340的外部设置有凸台343，凸台343上设置有外螺纹，在下密封端340的外部设置密封螺帽341，密封螺帽341通过与凸台343上外螺纹配合将套管313封装在粗波纹管311内部。

为了实现密封，在密封螺帽341与下密封端340之间还设置有密封垫圈342。密封螺帽341封装时挤压密封垫圈342，最终实现密封。

本发明所述的恒流辅助电磁加热装置，其工作过程如下：

当“低温热水”的温度达不到预定温度时，低温热水通过低温进水管333和第一温度传感器332后，再从低温水管331进入加热内胆300中。第一温度传感器332采集低温热水的温度，并反馈给控制面板400。控制面板400感应到低温热水的温度达不到预定温度，控制面板400打开水流开关230，让冷水通过进水管210后、通过水流开关230和恒流量定向控制阀240，进入水冷散热管200，最终在加热内胆300中与低温热水混合。低温热水通过第一温度传感器332时，第一温度传感器332第一时间采集其适时温度，并反馈给控制面板400。恒流量定向控制阀240将冷水控制在一定的流量控制范围之内达到水流开关230启动水流信号给控制面板400启动加热内胆300，使其保持恒流水冷散热。这样，控制面板400根据低温热水的温度及流量大小、热水管出水端第二温度传感器335设定温度值，再根据加热内胆300的功率和热效率，可以计算出流出热水管334所需的温度及流量。因此，整个恒流式电磁辅助加热装置相当于一个“混水阀门”，将低温热水与水冷散热的水混合加热后流出，并在控制面板400上设置出水温度参数，满足所需热水的水温。

冷水进入水冷散热管200后，通过散热板120进行预热后，再进入加热内胆300，并与低温热水混合。混合后首先充满粗波纹管311和陶瓷管310之间的空间，由于粗波纹管311高度低于陶瓷管310，再溢入粗波纹管311和细波纹管312之间的空间。水再通过套管313上的小孔314进入细波纹管312内部，最终溢满细波纹管312内部后再经过热水管334流出。

当需要加热时，主控板100驱动电磁线圈320工作，首先将靠近陶瓷管310的水加热，由于粗波纹管311外表面设有粗糙的螺纹，水的受热面积增大一倍以上，提高了其热交换效率，因此可以在更短时间内加热到预定温度。同样地，由于细波纹管312外表面的螺纹存在，同样大大提高水的受热面积，提高其热交换效率。

当“低温热水”的温度达到或超过预定温度时，第一温度传感器332采集到低温热水的温度，并反馈给控制面板400。控制面板400不驱动主控板100工作，仅仅让少量水冷散热管的冷水以常态恒定的流量进入加热内胆300，加热内胆300也不对其进行加热，仅仅让“低温热水”与冷水混合后流出。再通过混水阀冷水的流量大小即可实现所需适合温度显示的热水。

由于长时间使用后，水垢、固体悬浮颗粒等会沉淀或堵塞套管313上的小孔314。此时，打开密封螺帽341，可以很轻易地直接将套管313取出更换，不再需要更换整个细波纹管312。此外，在更换时，仅仅需要打开密封螺帽341，不需要将下密封端340与陶瓷管310分开。这样避免更换时损坏较脆的陶瓷管310，同时也能很好地保证密封性。

为了进一步提高热水的加热效率，粗波纹管311内孔直径D和细波纹管312内孔直径d有一定的影响，通常保证D＝2d～3d时，其热交换效率高。

本发明所述的加热装置，当低温热水流进内胆过程中，第一温度传感器探测温度332高于控制面板设定的启动加热水温时加热内胆不工作水冷散热管里的水还是保持恒流状态可以直接根据控制混水阀中“冷热水”的混合比例来“目视”调节热水温度。当低温热水的温度低于主控板设定的启动加热温度时，水冷散热管水流也始终保持同样恒定流量并且能输出水流信号启动加热内胆可通过控制一定的低温热水的流量和第二温度传感器恒温出水的温度设定值，，就可以实现所需的出水温度。此时，当需要较高的温度时，可以通过人为控制低温热水的流量，就可以提高热水的温度，而所流出恒温热水的温度显示在控制面板400上的。因此，可以根据热水所设定的恒温出水温度，来调节低温热水的流量，这样实现了“目视”调节。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，包括：主控板(100)、水冷散热管(200)、加热内胆(300)和控制面板(400)，所述水冷散热管(200)一端连接有进水管(210)，进水管(210)依次连接第一温度传感器(220)、水流开关(230)和恒流量定向控制阀(240)后与水冷散热管(200)连通，水冷散热管(200)的另一端连接加热内胆(300)、水流开关(230)和恒流量定向控制阀(240)分别与控制面板(400)电气连接；

所述加热内胆(300)包括：陶瓷管(310)和电磁线圈(320)，电磁线圈(320)缠绕在陶瓷管(310)的外部，且通过导线连接至主控板(100)，陶瓷管(310)上端设置有上密封端(330)，在其下端设置有下密封端(340)；在上密封端(330)上设有低温水管(331)和热水管(334)，热水管(334)设置在上密封端(330)的中间位置，热水管出水口通过第二温度传感器(335)低温水管(331)从上密封端(330)向外延伸，通过第一温度传感器(332)后，再与低温热水进水口(333)连通，第一温度传感器(332)与控制面板(400)电气连接；

主控板(100)与控制面板(400)电气连接，主控板(100)驱动加热内胆(300)工作，控制面板(400)驱动主控板(100)工作。

2.根据权利要求1所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，在陶瓷管(310)内部设置有粗波纹管(311)，在粗波纹管(311)内部设置细波纹管(312)，粗波纹管(311)和细波纹管(312)外表面设置有粗糙的螺纹，粗波纹管(311)高度低于陶瓷管(310)，细波纹管(312)穿过上密封端(330)，并伸出陶瓷管(310)。

3.根据权利要求2所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，在粗波纹管(311)内部，在细波纹管(312)的下方还设置有可以拆卸的套管(313)，套管(313)上还设置有多个小孔(314)。

4.根据权利要求3所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，所述细波纹管(312)过盈配合插入套管(313)中。

5.根据权利要求3所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，所述细波纹管(312)与套管(313)螺纹连接在一起。

6.根据权利要求2所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，所述粗波纹管(311)内孔直径D和细波纹管(312)内孔直径d的几何关系为：D＝2d～3d。

7.根据权利要求1所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，在主控板(100)上连接有多个IGBT模块(110)，在主控板(100)一侧设置有散热板(120)，IGBT模块(110)设置在散热板(120)的背面，水冷散热管(200)设置在散热板(120)的正面。

8.根据权利要求2所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，所述下密封端(340)的外部设置有凸台(343)，凸台(343)上设置有外螺纹，在下密封端(340)的外部设置密封螺帽(341)，密封螺帽(341)通过与凸台(343)上外螺纹配合将套管(313)封装在粗波纹管(311)内部。

9.根据权利要求8所述的一种热水器恒流式辅助电磁加热装置，其特征是，所述在密封螺帽(341)与下密封端(340)之间还设置有密封垫圈(342)。