CN105757967B - 一种差热式速热型电热水器 - Google Patents

一种差热式速热型电热水器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水加热装置领域，公开了一种差热式速热型电热水器，包括壳体和设于壳体内的内胆，所述内胆内设有发热管，所述内胆内设有活塞隔板，所述活塞隔板将内胆隔为冷水腔和热水腔，活塞隔板上设有方向为冷水腔通向热水腔的单向阀，所述冷水腔内设有横向设置的弹簧，所述弹簧的两端分别与冷水腔侧壁以及活塞隔板连接；所述发热管设于热水腔内。所述热水腔的顶部设有扰流装置，所述扰流装置包括驱动电机和设于所述驱动电机上的螺旋桨，所述驱动电机设于内胆与壳体之间，所述螺旋桨穿过内胆顶壁设于内胆内。本发明的差热式速热型电热水器能够提升加热水的热交换速率，对水体实现快速加热。

Description

一种差热式速热型电热水器
技术领域
本发明涉及水加热装置领域，尤其涉及一种差热式速热型电热水器。
背景技术
随着现代社会的生活节奏越来越快，人们对于许多事物也更加追求便捷、高效率。
家用的电热水设备就是一个非常典型的例子，人们对于烧水的速度要求不断提高。目前市场上的速热型电热水设备通常是采用增大加热体与水的接触面积来实现的。如申请号为CN201220117789.5的中国专利公开了一种节能速热水壶，在壶体内沿其纵向贯穿设置有一过火通道，所述过火通道下端开口与壶体底部齐平，上端开口高于壶体上端部；所述过火通道由下往上逐渐变小呈一喇叭状。在壶体内设计过火通道，加大了受热面接，节约了烧水时间，同时也节约了能源。此外将过火通道设计成喇叭状，使得火焰充分并直接与过火通道壁接触，大大提高了加热效率。
虽然增大换热面积能够有效提升加热速率，但是单单通过增大换热面积这一因素来提升加热速率目前已到达瓶颈，很难再继续大幅提升。因此还需要配合其他因素来提升加热水的速率。
申请号为CN201020135345.5的中国专利公开了一种即开式热水壶，包括壶体，在壶体内设有冷水腔和速热腔，冷水腔和速热腔之间由进水管相连，速热腔连通固定在冷水腔中的沸腾管内腔，沸腾管顶部出口插入气水处理器，气水处理器上设有与冷水腔连通的排气孔，气水处理器的底部连通集水腔，集水腔与热出水管相连。本实用新型克服了现有技术中普通水壶加热速度慢、不能按需要用水量即刻得到开水以及造成能源浪费的缺陷，通过上述设计，能快速得到需要用水量的开水，具有结构简单、使用方便、快速节能、出水稳定、出水量大，可靠性强的优点。
上述热水壶的原理是在短时间内快速加热少量水，并将先加热完毕的热水进行使用，但是其并不能提升满负荷体积水量加热的速率，当一次性需要大量热水时，其仍无法满足需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种差热式速热型电热水器。本发明的差热式速热型电热水器能够提升加热水的热交换速率，对水体实现快速加热。
本发明的具体技术方案为：一种差热式速热型电热水器，包括壳体和设于壳体内的内胆，所述内胆内设有发热管。所述内胆内设有活塞隔板，所述活塞隔板将内胆隔为冷水腔和热水腔，活塞隔板上设有方向为冷水腔通向热水腔的单向阀，所述冷水腔内设有横向设置的弹簧，所述弹簧的两端分别与冷水腔侧壁以及活塞隔板连接；所述发热管设于热水腔内。所述热水腔的顶部设有扰流装置，所述扰流装置包括驱动电机18和设于所述驱动电机上的螺旋桨19，所述驱动电机设于内胆与壳体之间，所述螺旋桨穿过内胆顶壁设于内胆内。
现有传统的烧水装置都是通过增加加热体与水的接触面积来实现快烧，虽然增大换热面积能够有效提升加热速率，但是单一通过增大换热面积这一因素来提升加热速率目前已到达瓶颈，很难再继续大幅提升。因此还需要配合其他因素来提升加热水的速率。
烧水装置的在工作时，实际原理上是对烧水装置内局部水先进行加热，然后通过水体流动将热量分散到全部水中。但是由于烧水装置内的水是相通的，不同部位的水产生温差后会迅速发生热传递，从而减少温差。我们知道，水之间的温差越大，其发生热交换的速率越快，但是由于烧水装置不同部位的水之间温差较小，因此其热交换的速度较慢，导致烧水速率不够快。
本发明的电热水器的内胆内设有活塞隔板，将内胆内部分隔为冷水、热水腔。在烧水前，分别对冷、热水腔进行注水，热水腔内的水不注满。然后进行烧水。
在烧水过程中，由于活塞隔板的阻隔，热水腔的水首先被加热，而冷水腔的水基本没有被加热，两者之间的温差较大。当热水腔的水到达一定温度后，热水腔内压强增大(烧水前热水腔内水不注满(85-90％)，作用是留有一定的空气，空气受热后体积膨胀较快)，活塞隔板被推向冷水腔，冷水腔内的水受到挤压后，部分水通过单向阀被排往热水腔，由于两个腔的水之间的温差较大，因此热交换速率较大，缩短了水的加热时间。随着热水腔的压强不断变大，冷水腔内的水不断被排向热水腔，当水被完全烧开后，停止加热。其中，扰流装置的作用是当冷水腔的冷水进入热水腔后，热水会被挤到热水腔顶部，此时螺旋桨进行旋转，将热水流强制性下压，使热水与冷水迅速混合，利用瞬时温差在短时间内进行热交换，提高换热效率。
作为优选方案，所述冷水腔的顶部和底部分别设有冷水腔注水口和冷水出水口，所述热水腔的顶部和侧部分别设有热水腔注水口和热水出水口。
作为优选方案，热水腔的顶部还设有排气阀。排气阀的设置能够控制热水腔的气压，防止压强过大。
作为优选方案，所述单向阀设于活塞隔板的底部，所述发热管设于热水腔内靠下位置。水由于重力作用，因此单向阀设于底部能够确保冷水腔的水全部能够进入热水腔。而发热管位于热水腔考下位置，正好对单向阀出来的冷水进行加热。另一方面，由于水受热后是向上运动的，热水腔底部的水在受热后向上翻腾，冷水流向底部，因此设于底部的发热管能够增加加热速度。
作为优选方案，所述壳体底部设有鼓气装置，所述鼓气装置的进气口设于鼓气装置底部，鼓气装置的出气口与热水腔的底部连通。
在烧水过程中当水被加热到一定温度后，水中的空气发生膨胀形成气泡而上浮，在气泡上浮过程中，能够加速热量的传递，使水的加热速率提高。但是普通水体中空气含量较低，在0.1-0.4％之间，因此水中的空气在短时间内就会形成气泡脱离水体，因此无法明显提升水体加热速率。
本发明在壳体底部设有鼓气装置，在烧水过程中，向热水腔水体中通以较小的流量通入空气，增加水体中空气含量，从而提高水体升温速率。
作为优选方案，所述弹簧处于原始状态下，所述冷水腔与热水腔的体积比为1:4至1:3。
通过实验分析，严格设定冷、热水腔之间的体积比，从而使热交换速率达到最优效果。
作为优选方案，所述活塞隔板为硅橡胶复合材料，所述硅橡胶复合材料的制备方法为：将10质量份的甲基硅橡胶生胶、10-20质量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶、0.2-0.4质量份的天然沸石、0.5-2.5质量份的交联剂、0.1-0.2质量份的发泡剂、0.3-0.4质量份的硫化剂在20-40℃下混炼1-2h，再将混合物在室温下静置8-20h；将所得产物置于硫化设备中在160-200℃下硫化20-30min，制得硅橡胶复合材料。
本发明制备的硅橡胶复合材料具有较低的导热系数，使活塞隔板起到良好的隔热效果，增加冷、热水腔中水的温差。同时该硅橡胶复合材料无毒害，具有较高的耐温性，在200℃以下均能够保持较好的性能。此外，天然沸石复合后，由于自身结构特点，不仅能够起到隔热作用，还能够对水中的铅、镉重金属离子进行有效吸附，净化水体。同时也能够对烧水时产生的噪音进行吸附降噪。天然沸石与硅橡胶复合后还能够增强其机械性能。
作为优选方案，所述天然沸石的粒径为150-300微米。该粒径下的天然沸石对重金属、噪音的吸附效果较佳，与硅橡胶的相容性也较好。
作为优选方案，所述内胆外壁上设有保温层。
作为优选方案，所述保温层为聚氨酯基复合泡沫，所述聚氨酯基复合泡沫制备方法为：将10质量份聚醚多元醇，14-16质量份异氰酸酯，0.5-1.5份石棉纤维，0.5-1.5质量份海泡石粉，0.5-1质量份阻燃剂，0.02-0.04质量份催化剂和0.1-0.3质量份水混合均匀进行发泡，在40-50℃下熟化25-35min，制得聚氨酯基复合泡沫。
本发明制备的聚氨酯基复合泡沫具有较好的保温性、隔音性和耐高温性。且该复合泡沫质轻，具有较低的导热率，良好的阻燃性和绝缘性，能够确保电器的安全使用。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的差热式速热型电热水器能够提升加热水的热交换速率，对水体实现快速加热。
附图说明
图1是本发明的一种剖视图。
附图标记为：壳体1、内胆2、发热管3、活塞隔板4、冷水腔5、热水腔6、单向阀7、弹簧8、冷水腔注水口9、冷水出水口10、热水腔注水口11、热水出水口12、排气阀13、鼓气装置14、进气口15、出气口16、保温层17、驱动电机18、螺旋桨19。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1所示，一种差热式速热型电热水器，包括壳体1和设于壳体内的内胆2，所述内胆外壁上设有保温层17，内胆内设有发热管3。所述内胆内设有活塞隔板4，所述活塞隔板将内胆隔为冷水腔5和热水腔6，活塞隔板上设有方向为冷水腔通向热水腔的单向阀7，且所述单向阀设于活塞隔板的底部，所述冷水腔内设有两根横向设置的弹簧8，所述弹簧的两端分别与冷水腔侧壁以及活塞隔板连接，弹簧处于原始状态时，所述冷水腔与热水腔的体积比为3:7。所述发热管设于热水腔内靠下位置。所述冷水腔的顶部和底部分别设有冷水腔注水口9和冷水出水口10，所述热水腔的顶部设有热水腔注水口11和排气阀13，热水腔侧壁设有热水出水口12。
此外，所述热水腔的顶部设有扰流装置，所述扰流装置包括驱动电机18和设于所述驱动电机上的螺旋桨19，所述驱动电机设于内胆与壳体之间，所述螺旋桨穿过内胆顶壁设于内胆内。
所述壳体底部设有鼓气装置14，所述鼓气装置的进气口15设于鼓气装置底部，鼓气装置的出气口16与热水腔的底部连通。
其中，所述活塞隔板为硅橡胶复合材料，其制备方法为：将10质量份的二甲基硅橡胶生胶、15质量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶、0.3质量份粒径为200微米左右的天然沸石、1.5质量份的过氧化二异丙苯、0.15质量份的偶氮二甲酰胺、0.35质量份的2,5-过氧化苯甲酰在30℃下混炼1.5h，再将混合物在室温下静置14h；将所得产物置于硫化设备中在180℃下硫化25min，制得硅橡胶复合材料。
所述保温层为聚氨酯基复合泡沫，制备方法为：将10质量份聚醚多元醇，15质量份异氰酸酯，1份石棉纤维，1质量份海泡石粉，0.75质量份甲磷酸三丁酯，0.03质量份二月桂酸二丁基锡和0.2质量份水混合均匀进行发泡，在45℃下熟化30min，制得聚氨酯基复合泡沫。
本实施例采用的硅橡胶复合材料的导热系数为0.058W/mK，聚氨酯基复合泡沫的导热系数为0.017W/mK。本实施例的电热水器与传统相同功率、相通容量的电热水器相比，烧水速度能够提升14-16％。
实施例2
如图1所示，一种差热式速热型电热水器，包括壳体1和设于壳体内的内胆2，所述内胆外壁上设有保温层17，内胆内设有发热管3。所述内胆内设有活塞隔板4，所述活塞隔板将内胆隔为冷水腔5和热水腔6，活塞隔板上设有方向为冷水腔通向热水腔的单向阀7，且所述单向阀设于活塞隔板的底部，所述冷水腔内设有两根横向设置的弹簧8，所述弹簧的两端分别与冷水腔侧壁以及活塞隔板连接，弹簧处于原始状态时，所述冷水腔与热水腔的体积比为1:4。所述发热管设于热水腔内靠下位置。所述冷水腔的顶部和底部分别设有冷水腔注水口9和冷水出水口10，所述热水腔的顶部设有热水腔注水口11和排气阀13，热水腔侧壁设有热水出水口12。
此外，所述热水腔的顶部设有扰流装置，所述扰流装置包括驱动电机18和设于所述驱动电机上的螺旋桨19，所述驱动电机设于内胆与壳体之间，所述螺旋桨穿过内胆顶壁设于内胆内。
所述壳体底部设有鼓气装置14，所述鼓气装置的进气口15设于鼓气装置底部，鼓气装置的出气口16与热水腔的底部连通。
其中，所述活塞隔板为硅橡胶复合材料，其制备方法为：将10质量份的二甲基硅橡胶生胶、10质量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶、0.2质量份粒径为150微米的天然沸石、0.5质量份的过氧化二异丙苯、0.1质量份的偶氮二甲酰胺、0.3质量份的2,5-过氧化苯甲酰在20℃下混炼2h，再将混合物在室温下静置8h；将所得产物置于硫化设备中在160℃下硫化30min，制得硅橡胶复合材料。
所述保温层为聚氨酯基复合泡沫，制备方法为：将10质量份聚醚多元醇，14质量份异氰酸酯，0.5份石棉纤维，0.5质量份海泡石粉，0.5质量份甲磷酸三丁酯，0.02质量份辛酸亚锡和0.1质量份水混合均匀进行发泡，在40℃下熟化25min，制得聚氨酯基复合泡沫。
本实施例采用的硅橡胶复合材料的导热系数为0.066W/mK，聚氨酯基复合泡沫的导热系数为0.020W/mK。本实施例的电热水器与传统相同功率、相通容量的电热水器相比，烧水速度能够提升12-15％。
实施例3
如图1所示，一种差热式速热型电热水器，包括壳体1和设于壳体内的内胆2，所述内胆外壁上设有保温层17，内胆内设有发热管3。所述内胆内设有活塞隔板4，所述活塞隔板将内胆隔为冷水腔5和热水腔6，活塞隔板上设有方向为冷水腔通向热水腔的单向阀7，且所述单向阀设于活塞隔板的底部，所述冷水腔内设有两根横向设置的弹簧8，所述弹簧的两端分别与冷水腔侧壁以及活塞隔板连接，弹簧处于原始状态时，所述冷水腔与热水腔的体积比为1:3。所述发热管设于热水腔内靠下位置。所述冷水腔的顶部和底部分别设有冷水腔注水口9和冷水出水口10，所述热水腔的顶部设有热水腔注水口11和排气阀13，热水腔侧壁设有热水出水口12。
此外，所述热水腔的顶部设有扰流装置，所述扰流装置包括驱动电机18和设于所述驱动电机上的螺旋桨19，所述驱动电机设于内胆与壳体之间，所述螺旋桨穿过内胆顶壁设于内胆内。
所述壳体底部设有鼓气装置14，所述鼓气装置的进气口15设于鼓气装置底部，鼓气装置的出气口16与热水腔的底部连通。
其中，所述活塞隔板为硅橡胶复合材料，其制备方法为：将10质量份的二甲基硅橡胶生胶、20质量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶、0.4质量份粒径为300微米的天然沸石、2.5质量份的过氧化二异丙苯、0.2质量份的偶氮二甲酰胺、0.4质量份的硫化剂在40℃下混炼1h，再将混合物在室温下静置20h；将所得产物置于硫化设备中在200℃下硫化20min，制得硅橡胶复合材料。
所述保温层为聚氨酯基复合泡沫，制备方法为：将10质量份聚醚多元醇，16质量份异氰酸酯，1.5份石棉纤维，1.5质量份海泡石粉，1质量份甲磷酸三丁酯，0.04质量份辛酸亚锡和0.3质量份水混合均匀进行发泡，在50℃下熟化35min，制得聚氨酯基复合泡沫。
本实施例采用的硅橡胶复合材料的导热系数为0.070W/mK，聚氨酯基复合泡沫的导热系数为0.021W/mK。本实施例的电热水器与传统相同功率、相通容量的电热水器相比，烧水速度能够提升10-13％。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种差热式速热型电热水器，包括壳体(1)和设于壳体内的内胆(2)，所述内胆内设有发热管(3)，其特征在于：所述内胆内设有活塞隔板(4)，所述活塞隔板将内胆隔为冷水腔(5)和热水腔(6)，活塞隔板上设有方向为冷水腔通向热水腔的单向阀(7)，所述冷水腔内设有横向设置的弹簧(8)，所述弹簧的两端分别与冷水腔侧壁以及活塞隔板连接；所述发热管设于热水腔内；所述热水腔的顶部设有扰流装置，所述扰流装置包括驱动电机(18)和设于所述驱动电机上的螺旋桨(19)，所述驱动电机设于内胆与壳体之间，所述螺旋桨穿过内胆顶壁设于内胆内；
所述单向阀设于活塞隔板的底部，所述发热管设于热水腔内靠下位置；
所述壳体底部设有鼓气装置(14)，所述鼓气装置的进气口(15)设于鼓气装置底部，鼓气装置的出气口(16)与热水腔的底部连通；
所述弹簧处于原始状态下，所述冷水腔与热水腔的体积比为1:4至1:3；
所述内胆外壁上设有保温层(17)；所述保温层为聚氨酯基复合泡沫，所述聚氨酯基复合泡沫制备方法为：将10质量份聚醚多元醇，14-16质量份异氰酸酯，0.5-1.5份石棉纤维，0.5-1.5质量份海泡石粉，0.5-1质量份阻燃剂，0.02-0.04质量份催化剂和0.1-0.3质量份水混合均匀进行发泡，在40-50℃下熟化25-35min，制得聚氨酯基复合泡沫。
2.如权利要求1所述的一种差热式速热型电热水器，其特征在于，所述冷水腔的顶部和底部分别设有冷水腔注水口(9)和冷水出水口(10)，所述热水腔的顶部和侧部分别设有热水腔注水口(11)和热水出水口(12)。
3.如权利要求1所述的一种差热式速热型电热水器，其特征在于，热水腔的顶部还设有排气阀(13)。
4.如权利要求1所述的一种差热式速热型电热水器，其特征在于，所述活塞隔板为硅橡胶复合材料，所述硅橡胶复合材料的制备方法为：将10质量份的甲基硅橡胶生胶、10-20质量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶、0.2-0.4质量份的天然沸石、0.5-2.5质量份的交联剂、0.1-0.2质量份的发泡剂、0.3-0.4质量份的硫化剂在20-40℃下混炼1-2h，再将混合物在室温下静置8-20h；将所得产物置于硫化设备中在160-200℃下硫化20-30min，制得硅橡胶复合材料。
5.如权利要求4所述的一种差热式速热型电热水器，其特征在于，所述天然沸石的粒径为150-300微米。
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