CN105928205B - 一种基于真空相变原理的速热式电热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于真空相变原理的速热式电热水器。包括蒸发冷凝模块、温度传感器、流量传感器、智能调控板等，其中蒸发冷凝模块内部包含电加热棒、冷水管道、蒸发工质、多孔介质等。该电热水器由多个蒸发冷凝模块组成，冷水管道以串联形式依次通过每个模块内部，将冷水进行梯级加热。每个模块安装有电加热棒，并以并联的形式连接到智能调控板上。通电后电加热棒将模块内蒸发工质加热蒸发，高温蒸汽遇到冷水管道在管外凝结换热，多孔介质增加汽化核心，并使得蒸汽蒸发均匀，智能调控板根据水管进、出口温度以及流量，控制蒸发冷凝模块开启个数以及电加热棒功率大小。本热水器的优点在于换热系数高、加热速率快、水电隔离、安全紧凑等。

Description

一种基于真空相变原理的速热式电热水器

技术领域

本发明涉及电热水器技术领域，特别是涉及一种基于真空相变原理的速热式电热水器。

背景技术

家用电热水器目前主要分为蓄热式、即热式、速热式等三种类型。蓄热式电热水器由于功率小，对电流、电压以及环境等无太多特殊限制得到了广泛应用。但是该电热水器体积大，占用空间多，且需要将全部冷水加热至指定温度，耗费时间长，因此存在很大的热惰性；即热式电热水器通过大电流使得物体表面温度升高，冷水与高温物体表面之间进行对流换热从而加热冷水，该电热水器主要优点在于加热速度快，但该电热水器因为工作时电流过大而无法适用一般家庭，存在很大的局限性；速热式电热水器因结合了蓄热式以及即热式两者的优点，体积小、加热速度快，并且电流相对于即热式电热水器低，对环境等要求宽松，故普适性强，有望成为电热水器发展的趋势。但是传统的速热式电热水器冷水和加热电流之间无法彻底隔离，因而存在安全隐患；此外，冷水在换热器内部以对流形式进行换热，通过变截面的通道，导致阻力增加，水流速度受到限制，因此对流换热系数不是很高。故传统速热式电热水器存在整体换热系数有限、换热速度慢、水电无法彻底隔离等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于真空相变原理的高效节能速热式电热水器，具有换热系数高、换热速度快、水电完全隔离、安全紧凑等特点。

本发明的技术方案是这样实现的：

该电热水器壳体内部固定有若干个蒸发冷凝模块，每个模块内部安装有电加热棒，各个模块的电加热棒以并联的形式连接到智能调控板上，每个模块内部充有蒸发工质，并在蒸发工质内部固定有多孔介质，该电热水器的冷水管道依次以串联形式通过蒸发冷凝模块，冷水在模块内部梯级加热，并在冷水管道进、出口安装有温度传感器以及流量传感器。

蒸发冷凝模块内部为真空，为椭圆形或者圆形承压容器，蒸发冷凝模块安装有抽真空阀门，同时安装有充液阀门，内部或外部布置有保温层，并安装有压力安全阀门，蒸发冷凝模块内部涂有致密表面膜，每个模块都连接有电加热棒正极接线柱和负极接线柱。

冷水管道呈蛇形或螺旋形布置，表面涂有疏水涂层，管子为圆管或液滴管或翅片管，管子顶部安装有固定装置。

电加热棒浸没在蒸发工质中，安装在模块侧面或底面，为光管或翅片管，布置方式为蛇形或螺旋形或波纹形，且电加热棒有固定装置。

多孔介质位于蒸发工质内部，且有装置固定。

蒸发工质为添加促凝物质的去离子水，或为其他相变工质。

蒸发冷凝模块在电热水器壳体表面安装有固定装置，另一端通过紧固件将蒸发冷凝模块固定。

蒸发冷凝模块为积木式放置形式或一字排开形式。

该速热式电热水器，因采用了真空状态下的蒸发冷凝模块，利用了沸腾与凝结换热系数高的特点，实现了冷水在不同模块之间梯级加热，消除了传统速热式电热水器换热系数有限、加热速率慢以及水电无法完全隔离的弊端，具有很好的市场应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的该电热水器整体结构示意图。

图2是本发明提供的该电热水器模块固定示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明所采用的技术方案包括蒸发冷凝模块、冷水管道、电加热棒、多孔介质、蒸发工质、智能调控板等。电加热棒通电后，将蒸发冷凝模块内部的蒸发工质加热蒸发，高温汽态蒸发工质在冷水管道外凝结换热，多孔介质增大汽化核心，同时使得蒸汽速度场更加均匀。该装置充分利用了沸腾、凝结换热系数高的特点，结合了热管式换热器优点，同时冷水在管道内流动，流速快，对流换热系数增大，结合了管式换热器优点，并且热水和电流完全隔离，从根本上解决了传统电热水器水电难隔离的弊端。

本发明所采用的蒸发冷凝模块内部抽成真空状态，以消除不凝结气体对凝结换热的影响。模块设计为椭圆形或者圆形等，便于承受压力。模块上安装有抽真空阀门用于初始抽真空，同时安装有充液阀门用于向模块内部充入蒸发工质。内部或外部布置有保温层以防止热量损失，并安装有压力安全阀门，以消除内部压力过高而导致的安全隐患。模块内部致密的表面膜便于快速地将凝结液回收。进一步地，冷水管道在各个模块之间串联布置，防止出现流量不均等问题。串联布置使得冷水在不同模块内梯级加热，很好地实现了能量的梯级利用。同时冷水进、出口安装有温度传感器用于监测进、出口温度，进口处还安装有流量传感器用于监测进口流量。

冷水管道在模块内部呈蛇形或螺旋形布置，增大受热面积。管子可为圆形管或液滴形管或翅片形管，同时管道表面涂有疏水涂层，疏水涂层可以加速凝结液排泄，降低凝结液的液膜厚度。管子顶部安装有固定装置，防止由于流动诱发的振动问题。

每个模块有各自的电加热棒，各电加热棒线路之间并联布置，并连接到智能调控板上。智能调控板根据冷水进出口温度以及流量，结合设定的工作温度调节开启模块的个数以及各个模块内的功率大小。

电加热棒浸没在蒸发工质中，从侧面或者底部安装在模块内，电加热棒可为光管或翅片管或板式，布置方式可为蛇形或螺旋形或波纹形，以充分增大蒸发工质受热面的面积。电加热棒有固定装置，防止电加热棒表面温度过高而触碰到蒸发冷凝模块，同时起到固定作用。

多孔介质位于蒸发工质内部，增大了汽化核心，同时使得蒸发工质在蒸发时速度场更均匀、稳定，蒸汽在管外凝结更平稳。多孔介质通过固定装置被固定在蒸发介质内部。

本发明蒸发工质为添加了促凝物质的去离子水，以有效防止模块内部的金属物质锈蚀，延长了装置寿命。蒸发工质也可为其他类型的相变工质。

实施例一

如图1所示，本实施例中，蒸发冷凝模块1主要构件包括电加热棒2，冷水管道5，蒸发工质3和多孔介质6等。正常工作时，电加热棒2将蒸发冷凝模块1内的蒸发工质3加热沸腾，高温蒸汽在冷水管道5表面凝结换热，凝结液回落到模块内再次加热蒸发，形成一个自循环系统。为了防止工作时电加热棒2松动，通过固定装置21将其固定在模块内，固定装置21另一个作用是防止电加热棒高温表面与模块壁面接触而使得局部温度过高。电加热棒2的正极14和负极15安装在模块底部便于接线。冷水管道5从模块同一侧面进入模块内部，方便水管入口12、出口13端与其他模块水管端口连接。管道在模块内部呈蛇形或者螺旋形布置，可增大换热表面积。冷水管道5外表面涂有疏水材料19，一方面可以提高蒸汽凝结速率，另一方面可以增大珠状凝结面积从而大幅度提高管外凝结换热系数。冷水管道5顶端有固定装置23，防止由于流动诱发的振动。蒸发工质3为添加促凝物质的去离子水或者其他相变工质，促凝物质可以促进蒸汽快速凝结，去离子水主要去除溶液中氧化性物质，防止电加热棒2发生锈蚀等化学反应。多孔介质6位于蒸发工质3内部，且有装置22固定，不仅可以增大汽化核心，也使得高温蒸汽速度更平稳，防止出口温度产生大幅度波动。模块内部或者外部包有保温材料9以降低热量损失，同时模块内涂有高致密表面膜11，用于加速凝结液的回收。模块底板上有充液阀门8用于向内部充入蒸发工质3，侧面有抽真空阀门7用于初始抽真空，顶部安装有压力安全阀10，防止正常工作中蒸发工质压力过高而存在安全隐患。模块内部处于真空状态可以消除不凝结气体的影响，从而增强管外凝结换热系数。

实施例二

如图1和图2所示，本实施例中，一种基于真空相变原理的速热式电热水器包括蒸发冷凝模块1，温度传感器16、17，流量传感器18，智能调控板4等，其中蒸发冷凝模块1内部包含电加热棒2，冷水管道5，蒸发工质3，多孔介质6等，模块内部具体细节已在实施例一中叙述。该电热水器特点在于各个模块内的水管串联在一起，从而降低了由于流动过程中截面突变引起的压降，并且冷水在不同模块内部被梯级加热，减少了由于温差过大引起的不可逆损失。为了便于实时监测热水器状态，在该热水器的水管进、出口分别安装有温度传感器16和17，用于监测进、出口水温，同时水管入口安装有流量传感器18监测入口流量。各模块内的电加热棒2以并联的形式连接到智能调控板4上，通过不同功率的配合从而满足不同出水温度的要求。而智能调控板4根据冷水进、出口温度，以及进口流量控制开启蒸发冷凝模块1的个数。智能调控板4通过电源接线柱20供电。蒸发冷凝模块的安装如图2所示，电热水器壳体26上安装有固定装置24，并通过紧固件25将蒸发冷凝模块1固定，从而保证了该热水器整体的稳定性与安全性。

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员而言，还可以对本发明进行改进和修饰或者采用类似的结构进行替代，在不脱离本发明思想精神或者超越所附权利要求书定义的范围下，这些改进、修饰和替代等也落入本发明权利要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于,该电热水器壳体(26)内部固定有若干个蒸发冷凝模块(1)，每个模块内部安装有电加热棒(2)，各个模块的电加热棒(2)以并联的形式连接到智能调控板(4)上，每个模块内部充有蒸发工质(3)，并在蒸发工质(3)内部固定有多孔介质(6)，该电热水器的冷水管道(5)依次以串联形式通过蒸发冷凝模块(1)，冷水在模块内部梯级加热，并在冷水管道(5)进、出口安装有温度传感器(16、17)以及流量传感器(18)。

2.根据权利要求1所述的基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于，蒸发冷凝模块(1)内部为真空，为椭圆形或者圆形承压容器，蒸发冷凝模块(1)安装有抽真空阀门(7)，同时安装有充液阀门(8)，内部或外部布置有保温层(9)，并安装有压力安全阀门(10)，蒸发冷凝模块内部涂有致密表面膜(11)，每个模块都连接有电加热棒正极接线柱(14)和负极接线柱(15)。

3.根据权利要求1所述的基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于，冷水管道(5)呈蛇形或螺旋形布置，表面涂有疏水涂层(19)，管子为圆管或液滴管或翅片管，管子顶部安装有固定装置(23)。

4.根据权利要求1所述的基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于，电加热棒(2)浸没在蒸发工质(3)中，安装在模块侧面或底面，为光管或翅片管，布置方式为螺旋形或波纹形，且电加热棒(2)有固定装置(21)。

5.根据权利要求1所述的基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于，多孔介质(6)位于蒸发工质(3)内部，且有装置(22)固定。

6.根据权利要求1所述的基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于，蒸发工质(3)为添加促凝物质的去离子水，或为其他相变工质。

7.根据权利要求1所述的基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于，蒸发冷凝模块(1)在电热水器壳体(26)表面安装有固定装置(24)，另一端通过紧固件(25)将蒸发冷凝模块(1)固定。

8.根据权利要求1所述的基于真空相变原理的速热式电热水器，其特征在于，蒸发冷凝模块为一字排开形式。