CN104896734A - 即热式一体化节能淋浴装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及即热式一体化节能淋浴装置，所述结构包括废水收集装置、双内紊流式换热器、热泵单元、预热加热装置、排空装置和淋浴房本体；所述废水收集装置包括淋浴废水池和第一过滤器；所述的双内紊流式换热器包括第一水泵、第二自来水进水口、金属导热管和螺旋导向管；所述的热泵单元包括冷凝器和蒸发器；所述的预热加热装置包括截止阀、预热加热器、第二水泵和单向阀门；所述的排空装置包括电磁阀和第一自来水进水口；所述的金属导热管的外表面设置成周期性波动型，所述的金属导热管外均匀缠绕有螺旋导向管。本发明提出的淋浴装置通过换热器和热泵单元对淋浴废水进行二次回收利用，换热效果高，节能效果显著，废水余热回收效率高。

Description

即热式一体化节能淋浴装置

技术领域

本发明涉及一种即热式一体化节能淋浴装置，特别涉及一种具有结构紧凑，节能效果显著，即开即热，舒适度高的即热式一体化节能淋浴装置。属于机电一体化领域，适用于家庭环境，也适用于学生宿舍、宾馆等公共场所，特别适用于对淋浴时对节能、舒适、卫生要求较高的场所淋浴装置的选择，也可替换现有的燃气热水器。

背景技术

热水器早已进入千家万户，在人们日常生活中扮演着十分重要的角色。为了节能和节水，大部分家庭洗澡都采用淋浴，淋浴时需将冷的自来水加热到42℃左右供人使用，但淋浴后废水的温度还有35℃左右，这些含有大量热能的废水将直接通过下水道排放，浪费很大。如果能将淋浴废水中的热量回收用于加热自来水，则可以大大降低热水器的能量消耗。

目前包括空气源在内的电热水器，基本以储水式为主，储水式热水器的优点是采用较小功率，对供电线路要求低，安装简单。但其缺点也是非常明显的，主要包括：1)因为加热功率限制，储水式热水器的加热时间很长。这类淋浴设备，受供电线路限制，为避免大功率用电，往往采用蚂蚁搬家的办法，化整为零，以较小功率缓慢加热的方式，显著延长了加热时间。这就造成首次使用时，需要花费1-3小时左右时间等待冷水加热，无法做到即开即用。2)储水式热水器的储水桶占用空间较大，造成安装使用不便。3)储水式热水器的热水用完前无预警，造成中途无热水供应。不能连续使用超出额定容量的水量，如果家庭人多，洗澡中途还需等待。4)储水式热水器长时间的保温也还需要浪费大量的能源，而且容易滋生细菌，造成二次水污染，使淋浴热水的卫生条件变差。

目前也有一些电热水器中安装有双内紊流式换热器来进行对淋浴废水热量的回收利用，但现在内外多数换热设备使用的金属导热管都是圆管、椭圆管。但由于这种类型的管道内壁面始终平行轴线，使得流体通过时不易形成紊流，影响了流体与管道内壁面的热交换。水流在传统的光滑金属管式换热管，内流动时，往往以层流的形式出现，水流的温度梯度较大，换热效果不明显、热交换效率低、流体通过不易形成紊流。还有现有技术中淋浴废水经过换热器进行热交换后直接排出，还残留有一部分残余的热能，废水余热回收效率较低。

目前已有可回收淋浴废水部分热量的淋浴系统(ZL：201410463319.8)，包括淋浴喷头、淋浴热水管道、淋浴加热器、淋浴用冷水进口管道，淋浴喷头连接淋浴热水管道，淋浴热水管道连接淋浴加热器，淋浴加热器通过阀门连接淋浴用冷水进口管道，阀门两端的淋浴用冷水进口管道上并联连接有用于获取淋浴废水的热量的淋浴废水热量回收装置。该发明通过换热管道获得来将淋浴废水的热量传递给冷自来水，然后再到淋浴加热器中进一步被加热成淋浴热水，得到所需的淋浴用水。该结构在适宜的条件下具有较好的效果，但只对淋浴废水进行一次吸收，废水余热回收效率较低。

综上所述，为解决现有技术中存在的加热时间过长、热交换效率低、废水余热回收效率较低、即开即用功能弱等问题，目前亟需发明一种具有结构紧凑，节能效果显著，即开即热性能强，舒适度高，节约水资源，换热效率高，实用性强的新型即热式一体化节能淋浴装置。

发明内容

本发明提出即热式一体化节能淋浴装置，解决现有技术中存在的加热时间过长、热交换效率低、废水余热回收效率较低、即开即用功能弱等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述结构包括废水收集装置、双内紊流式换热器、热泵单元、预热加热装置、排空装置和淋浴房本体；所述废水收集装置包括淋浴废水池和第一过滤器；所述的双内紊流式换热器包括第一水泵、第二自来水进水口、金属导热管和螺旋导向管；所述的热泵单元包括冷凝器和蒸发器；所述的预热加热装置包括截止阀、预热加热器、第二水泵和单向阀门；所述的排空装置包括电磁阀和第一自来水进水口；所述的金属导热管的外表面设置成周期性波动型，所述的金属导热管外均匀缠绕有螺旋导向管。

进一步地，所述的冷凝器和蒸发器之间设置有压缩机、温度传感器、膨胀阀和第二过滤器，所述的压缩机、温度传感器、膨胀阀和第二过滤器形成一个循环回路，所述的循环回路内设置有冷媒，所述蒸发器一端设有废水出口，所述冷凝器一端设有水量调节装置。

上述的冷媒在所述压缩机的作用下完成升压升温过程，再进入所述冷凝器后释放出高温热量二次加热冷自来水，后经过所述第二过滤器、所述膨胀阀、所述蒸发器时压力下降，同时从淋浴废水中吸热，再回到所述压缩机开始新的循环。

进一步地，所述的第二自来水进水口中的冷自来水依次通过所述金属导热管、所述螺旋导向管、所述冷凝器，将淋浴废水和所述冷媒内的热量吸收，最后进入所述预热加热装置进行再次加热。

所述的预热加热器、所述单向阀门、所述双内紊流式换热器、所述热泵单元和所述第二水泵通过连接管道形成一个循环预热加热回路，所述的循环预热加热回路在截止阀关闭的情况下，开启预热加热器和第二水泵，将管道内冷水不断加热并循环。

所述的循环预热加热回路一端设有所述截止阀和淋浴喷头，另一端设有水量调节装置，所述的预热加热器内设有以微处理控制单元为核心的温度调节装置。

所述的微处理控制单元根据进水温度、水流量、出水温度、设定温度这些数据量，实时计算出需要输出功率，并通过光耦隔离，调节可控硅导通角大小，实现热量补充及最终出水温度的恒温控制。

所述的排空装置先打开电磁阀，再通过第一自来水进水口注入自来水的冲击将管内空气排出。

所述的淋浴废水池中的淋浴废水依次通过所述第一过滤器、所述双内紊流式换热器、所述蒸发器，将淋浴废水内的热量传递给淋浴装置的冷自来水，最后从废水出口排出。

本发明具有以下的特点和有益效果：

(1)本发明设计了以金属导热管及螺旋导向管为基础的高效双内紊流式换热器，使废水中的余热尽可能多的传导给自来水，充分利用废水中的余热。热量的循环利用，节约大量电能。再引入热泵单元技术，二次吸收废水热量，提高废水热能利用效率。双内紊流式换热器与热泵单元的组合，显著提高换热效率，增强实用性，节能效果显著。

(2)本发明增设预热加热装置进行冷水的初始预热。当冷水预热30秒之后，即可输出热水，随后系统在热泵、高效双内紊流式换热器的作用下便可实现“自给自足”，即开即热性强。

(3)双内紊流式换热器中采用电子换向的无刷直流磁力水泵，无碳刷磨损，磁力驱动，解决了转轴的密封防水、磨损问题，可免维护运行。在预热加热器处设计了漏电保护装置以及可靠的接地装置，防止淋浴过程有漏电危险，提高了安全性。

(4)将金属导热管加工为直径由小变大又由大变小的周期性波动结构，当水流经过时会出现很明显的紊流现象，极大增加水流的紊流特性，改善水流的温度梯度，提高换热效果。并在金属导热管外缠绕一条塑料导向管，将水流由原来的直线流动导向成螺旋流动，因为水的总流量没有改变，螺旋运动后，水流的流程增加，流速必然也增加，强化紊流效果。同时导向管还起到一个定位支撑作用。并将换热器管道盘成圆圈，占用空间小，同时金属导热管耐腐蚀能力强，寿命长。

(5)本发明在排水装置里设计电磁阀来连通自来水和水泵与换热器的接口处，将电磁阀先打开2秒钟，管内的空气在自来水的冲击下将被排空，电磁阀关闭后，水泵就可以顺利将水排出，实现水泵顺利排水。

(6)本发明通过双内紊流式换热器、热泵单元与预热加热装置的组合，使使用者无需等待漫长的冷水预热时间，即开即热性强，达到想洗就洗、想洗多久就洗多久的使用效果，舒适度高。即时加热的特点可防止电热水器内细菌滋生，减少二次污染。节能效果显著，节约能耗达到94.6％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明即热式一体化节能淋浴装置一个实施例的结构示意图；

图2为本发明即热式一体化节能淋浴装置一个实施例结构俯视图；

图3为本发明即热式一体化节能淋浴装置中双内紊流式换热器的结构示意图。

图中，1-淋浴废水池；2-第一过滤器；3-第一水泵；4-电磁阀；5-第一自来水进水口；6-自来水进水阀；7-第二自来水进水口；8-金属导热管；9-螺旋导向管；10-第二过滤器；11-膨胀阀；12-冷凝器；13-蒸发器；14-废水出口；15-压缩机；16-温度传感器；17-水量调节装置；18-预热加热装置；19-漏电保护装置；20-电源插头；21-淋浴喷头；22-双内紊流式换热器；23-螺旋式水流；24-截止阀；25-预热加热器；26-温度调节装置；27-第二水泵；28-单向阀门；29-连接管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示的即热式一体化节能淋浴装置一个实施例的结构示意图。即热式一体化节能淋浴装置包括废水收集装置、双内紊流式换热器22、热泵单元、预热加热装置18、排空装置和淋浴房本体。废水收集装置包括淋浴废水池1和第一过滤器2，第一过滤器2采用不锈钢网制作。

参照图3所示的即热式一体化节能淋浴装置中双内紊流式换热器的结构示意图。双内紊流式换热器22包括第一水泵3、第二自来水进水口7、自来水进水阀6、金属导热管8和螺旋导向管9；金属导热管8的外表面设置成周期性波动型，改善了水流的温度梯度，提高了换热效果，极大增加了水流的紊流特性，金属导热管8外均匀缠绕有螺旋导向管9，将水流由原来的直线流动导向成螺旋流动，因为水的总流量没有改变，螺旋运动后，水流的流程增加，流速必然也增加，强化紊流效果。第一水泵3采用尺寸为90mm×99mm×40mm，型号为4509的无刷直流水泵，输入功率为31W。螺旋导向管9采用长度30米，直径3mm，进行过防腐蚀处理的塑料管或金属管。金属导热管8采用长度为20m，内侧直径12mm，外侧直径15.5mm的不锈钢管。螺旋式水流23是淋浴废水池1中淋浴废水依次通过第一水泵3、螺旋导向管9形成。

参照图2所示的即热式一体化节能淋浴装置一个实施例结构俯视图。双内紊流式换热器22盘成圆圈，通过金属导热管8的导热作用，将淋浴废水内的热量传递给冷自来水，同时金属导热管8耐腐蚀能力强，寿命长。

热泵单元包括冷凝器12和蒸发器13。冷凝器12的型号是118HD020。冷凝器12和蒸发器13之间设置有压缩机15、温度传感器16、膨胀阀11和第二过滤器10，压缩机15、温度传感器16、膨胀阀11和第二过滤器10形成一个循环回路，循环回路内设置有冷媒。蒸发器13采用型号为118HD020的高效罐。压缩机8采用输出功率为1.1kw的涡旋式压缩机。膨胀阀11采用型号为RF22-φ1.5的内平衡式膨胀阀。第二过滤器10采用铜材定制形成。蒸发器13一端设有废水出口14，冷凝器12一端设有水量调节装置17。

冷媒在所述压缩机15的作用下完成升压升温过程，再进入所述冷凝器12后释放出高温热量加热冷自来水，后再经过第二过滤器10、膨胀阀11、蒸发器13时压力下降，同时从淋浴废水中吸热，回到压缩机15开始新的循环。

排空装置包括电磁阀4和第一自来水进水口5；排空装置通过打开电磁阀42～4秒，并通过第一自来水进水口4注入自来水的冲击将管内空气排出。再关闭电磁阀4后，第一水泵3就可以顺利将水排出，实现顺利排水。在排水装置里设计电磁阀4来连通自来水和第一水泵3与双内紊流式换热器22的接口处，将电磁阀4先打开2秒钟，管内的空气在自来水的冲击下将被排空，电磁阀4关闭后，第一水泵3就可以顺利将水排出，实现顺利排水。

预热加热装置18包括预热加热器25、第二水泵27和单向阀门28；预热加热器25、单向阀门28、双内紊流式换热器22、热泵单元和第二水泵27通过连接管道29形成一个循环预热加热回路，循环预热加热回路在截止阀24关闭的情况下，开启预热加热器25和第二水泵27，将管道内冷水不断加热并循环。

循环预热加热回路一端设有截止阀24和淋浴喷头21，另一端设有水量调节装置17，预热加热器25内设有以微处理控制单元为核心的温度调节装置26。微处理控制单元根据进水温度、水流量、出水温度、设定温度这些数据量，实时计算出需要输出功率，并通过光耦隔离，调节可控硅导通角大小，实现热量补充及最终出水温度的恒温控制。第二水泵27采用尺寸为90mm×99mm×40mm，型号为4509的无刷直流水泵，输入功率为31W，扬程9m。预热加热装置18的一端还设有漏电保护装置19和电源插头20。在预热加热器18处设计了漏电保护装置19以及可靠的接地装置，防止淋浴过程有漏电危险，提高了安全性。

淋浴废水池1中的淋浴废水依次通过第一过滤器2、双内紊流式换热器22、蒸发器13，将淋浴废水内的热量传递给冷自来水，最后从废水出口14排出。

第二自来水进水口7中的冷自来水依次通过金属导热管8、冷凝器12，从淋浴废水和冷媒中吸收热量，最后进入预热加热装置18进行最后的热量补充，达到所需温度。当冷水预热30秒之后，即可输出热水，随后装置在热泵单元、双内紊流式换热器22的作用下便可实现“自给自足”，即开即热性强。

本发明通过双内紊流式换热器22、热泵单元与预热加热装置18的组合，使使用者无需等待漫长的冷水预热时间，即开即热性强，达到想洗就洗、想洗多久就洗多久的使用效果，舒适度高。即时加热的特点可防止电热水器内细菌滋生，减少二次污染。节能效果显著，节约能耗达到94.6％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述结构包括废水收集装置、双内紊流式换热器、热泵单元、预热加热装置、排空装置和淋浴房本体；所述废水收集装置包括淋浴废水池和第一过滤器；所述的双内紊流式换热器包括第一水泵、第二自来水进水口、金属导热管和螺旋导向管；所述的热泵单元包括冷凝器和蒸发器；所述的预热加热装置包括截止阀、预热加热器、第二水泵和单向阀门；所述的排空装置包括电磁阀和第一自来水进水口；所述的金属导热管的外表面设置成周期性波动型，所述的金属导热管外均匀缠绕有螺旋导向管。

2.根据权利要求1所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述的冷凝器和蒸发器之间设置有压缩机、温度传感器、膨胀阀和第二过滤器，所述的压缩机、温度传感器、膨胀阀和第二过滤器形成一个循环回路，所述的循环回路内设置有冷媒，所述蒸发器一端设有废水出口，所述冷凝器一端设有水量调节装置。

3.根据权利要求2所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述的冷媒在所述压缩机的作用下完成升压升温过程，再进入所述冷凝器后释放出高温热量二次加热冷自来水，后经过所述第二过滤器、所述膨胀阀、所述蒸发器时压力下降，同时从淋浴废水中吸热，再回到所述压缩机开始新的循环。

4.根据权利要求1所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述的第二自来水进水口中的冷自来水依次通过所述金属导热管、所述螺旋导向管、所述冷凝器，将淋浴废水和所述冷媒内的热量吸收，最后进入所述预热加热装置进行再次加热。

5.根据权利要求1所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述预热加热器、所述单向阀门、所述双内紊流式换热器、所述热泵单元和所述第二水泵通过连接管道形成一个循环预热加热回路，所述的循环预热加热回路在截止阀关闭的情况下，开启预热加热器和第二水泵，将管道内冷水不断加热并循环。

6.根据权利要求5所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述的循环预热加热回路一端设有所述截止阀和淋浴喷头，所述的预热加热器内设有以微处理控制单元为核心的温度调节装置。

7.根据权利要求6所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述的微处理控制单元根据进水温度、水流量、出水温度、设定温度这些数据量，实时计算出需要输出功率，并通过光耦隔离，调节可控硅导通角大小，实现热量补充及最终出水温度的恒温控制。

8.根据权利要求1所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述的排空装置先打开电磁阀，再通过第一自来水进水口注入自来水的冲击将管内空气排出。

9.根据权利要求1所述的即热式一体化节能淋浴装置，其特征在于所述的淋浴废水池中的淋浴废水依次通过所述第一过滤器、所述双内紊流式换热器、所述蒸发器，将淋浴废水内的热量传递给淋浴装置的冷自来水，最后从废水出口排出。