CN107166742B - 一种自动控制泄漏的电热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动控制泄露的电热水器，所述电加热器包括左侧管箱、右侧管箱和连通左侧管箱和右侧管箱的换热管，在左侧管箱和/或右侧管箱内设置电加热器，电加热棒设置在左侧管箱和右侧管箱内；左侧管箱、右侧管箱和浮动盘管内填充加热流体；浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；所述同心圆是以左侧管箱的中心为圆心的圆。本发明可以智能检测热水器加热装置的泄漏并且进行智能控制，提高了安全性。

Description

一种自动控制泄漏的电热水器

技术领域

本发明涉及一种热水器，尤其涉及一种具有泄漏监控的电热水器。

背景技术

热水器是目前家庭生活中必不可少的一个家用电器。目前各种的热水器基本上是采用电加热管，而且电加热管在运行中容易出现损坏或者泄漏现象，一旦发生损坏或者泄漏，则容易产生漏电危险，而且还容易造成热水器烧坏，产生重大安全事故。但是对于电加热管损坏现象却不能及时发现。因此需要设计一种进行智能监控电加热装置泄漏的电热水器。

发明内容

本发明针对现有技术中热水器的不足，提供一种电加热热水器。该热水器能够通过手机APP进行压力智能监控，而且具有加热迅速、温度分布均匀、功率自动控制、安全可靠的功能，提高了加热效率。

本发明的另一个目的是提供了一种新式结构的热水器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种泄漏检测的电热水器，所述电热水器包括控制器、电加热装置、水箱，所述电加热装置设置在水箱中，所述电加热器包括左侧管箱、右侧管箱和连通左侧管箱和右侧管箱的换热管，在左侧管箱和/或右侧管箱内设置电加热器，换热管、左侧管箱和右侧管箱形成加热流体封闭循环；所述电加热装置还设置压力传感器，用于检测电加热装置内的压力；所述电加热装置、压力传感器与控制器进行数据连接，所述控制器根据检测的压力自动控制电热水器的运行；

控制器连接云端服务器，云端服务器与热水器客户端连接，其中控制器将测量的压力数据传递给云端服务器，然后通过云端服务器传送给客户端，所述客户端是手机，所述手机安装APP程序，用户可以通过客户端得到压力数据。

作为优选，如果检测的压力低于一定的压力，控制器自动停止电加热装置的加热，并将停止电加热装置加热的信息通过云端服务器传递给客户端。

作为优选，还包括进水管和出水管，所述进水管和出水管上分别设置进水阀门和出水阀门，所述阀门与控制器数据连接，如果检测的压力低于一定的压力，控制器自动关闭进水阀门和出水阀门，并将关闭进水阀门和出水阀门信息通过云端服务器传递给客户端。

作为优选，当测量的压力低于第一压力时，控制器控制电加热装置的加热功率降低到第一功率进行加热；当测量的压力低于比第一压力低的第二压力时，控制器控制电加热装置的加热功率降低至比第一功率低的第二功率进行加热；当测量的压力低于比第二压力低的第三压力时，控制器控制电加热装置的加热功率降低至比第二功率低的第三功率进行加热；当测量的压力低于比第三压力低的第四压力时，控制器控制电加热装置的加热功率降低至比第三功率低的第四功率进行加热；当测量的压力低于比第四压力低的第五压力时，控制器停止电加热装置的加热。

作为优选，第四功率是第三功率的0.4-0.6倍，第三功率是第二功率的0.6-0.8倍，第二功率是第一功率的0.7-0.9倍。

作为优选，所述换热管束是浮动盘管，浮动盘管与左侧管箱和右侧管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热棒设置在左侧管箱和右侧管箱内；左侧管箱、右侧管箱和浮动盘管内填充加热流体；浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；所述同心圆是以左侧管箱的中心为圆心的圆。

作为优选，所述左管箱的管径大于右管箱的管径，所述左管箱内设置第一电加热器，右管箱内设置第二电加热器，第一电加热器的加热功率大于第二电加热器的加热功率。

作为优选，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，左管箱的电加热棒的功率是P1，右管箱的电加热棒的功率是P2，满足如下关系：

P1/P2＝a*(R1/R2)²-b*(R1/R2)+c；

a,b,c是系数，其中0.82<a<0.91,1.95<b<2.05,2.67<c<2.77；

其中58mm<R1<87mm；

29mm<R2<68mm；

1.2<R1/R2<2.1；优选，1.5<P1/P2<2.3；

950W<P1<1500W；

400W<P2<1000W。

作为优选，随着R1/R2的增加，a,c增加，b减小。

作为优选，a＝0.87，b＝2，c＝2.72。

本发明具有如下优点：

1、本发明通过检测加热装置的压力情况，智能检测病控制泄漏问题。

2、本发明通过手机APP，用户就能实时监控电加热装置的压力变化情况，并及时根据压力变化作出相应的反应，实现了热水器的远程监控和安全控制。

3、本发明的控制器在用户没有反应的情况下，及时作出相应的反应，进一步提高类系统的安全性。

4、本发明将浮动盘管应用于热水器的加热，通过设置浮动盘管，加热流体受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管自由端BC、B’C’产生振动，从而强化传热。

5、本发明通过大量的试验，优化了浮动盘管的参数的最佳关系，从而进一步提高加热效率。

6、本发明通过将电加热器设置在管箱中，因此可以直接避免流体与电加热器接触，从而避免触电，起到保护的作用。

7、本发明通过不同管箱的电加热器功率的设置，提高了加热效率及其加热的均匀性。

附图说明：

图1为手机APP对热水器进行控制的流程示意图。

图2为热水器横切面示意图。

图3是图2中的电加热装置截面视图。

图4是图3中的A-A截面视图。

图5是图4结构的尺寸示意图。

图6是电加热器控制结构示意图。

图中：1、浮动盘管，2、左管箱，3、控制器，4、温度传感器，5、进水管，6、出水管，7、自由端，8、右管箱，9、压力传感器，10、电加热装置，11、水箱，12管束，13电加热器，131第一电加热棒，132第二电加热棒，14流量控制器，15流量传感器

具体实施方式

如附图所示，一种利用手机APP进行压力监控的电热水器，所述电热水器包括控制器3、电加热装置10、水箱11，所述电加热装置10设置在水箱11中，所述电加热器10包括括左侧管箱2、右侧管箱8和连通左侧管箱2和右侧管箱8的换热管，在左侧管箱2和/或右侧管箱8内设置电加热器131，132，换热管、左侧管箱2和右侧管箱8形成加热流体封闭循环；所述电加热装置10还设置压力传感器9，用于检测电加热装置内的压力；所述电加热装置10、压力传感器9与控制器3进行数据连接，所述控制器3根据检测的压力自动控制电热水器的运行。

作为优选，控制器3连接云端服务器，云端服务器与热水器客户端连接，其中控制器将测量的压力数据传递给云端服务器，然后通过云端服务器传送给客户端，所述客户端是手机，所述手机安装APP程序，用户可以通过客户端得到压力数据。

作为优选，如果检测的压力低于一定的压力，控制器3自动停止电加热装置10的加热，并将停止电加热装置10加热的信息通过云端服务器传递给客户。

作为优选，还包括进水管5和出水管6，所述进水管和出水管上分别设置进水阀门和出水阀门，所述阀门与控制器3数据连接，如果检测的压力低于一定的压力(即下限压力)，控制器3自动关闭进水阀门和出水阀门，并将关闭进水阀门和出水阀门的信息通过云端服务器传递给客户。

通过控制进水管和出水管的阀门的关闭，避免热水器泄露的时候水继续进行流动，可以保证热水器运行的安全以及客户的人身安全。

作为优选，当测量的压力低于第一压力时，控制器3控制电加热装置10的加热功率降低到第一功率进行加热；当测量的压力低于比第一压力低的第二压力时，控制器3控制电加热装置10的加热功率降低至比第一功率低的第二功率进行加热；当测量的压力低于比第二压力低的第三压力时，控制器3控制电加热装置10的加热功率降低至比第二功率低的第三功率进行加热；当测量的压力低于比第三压力低的第四压力时，控制器3控制电加热装置10的加热功率降低至比第三功率低的第四功率进行加热；当测量的压力低于比第四压力低的第五压力时，控制器3停止电加热装置10的加热。

作为优选，第四功率是第三功率的0.4-0.6倍，第三功率是第二功率的0.6-0.8倍，第二功率是第一功率的0.7-0.9倍。

进一步优选，作为优选，第四功率是第三功率的0.5倍，第三功率是第二功率的0.7倍，第二功率是第一功率的0.8倍。

通过上述压力和功率的优选，尤其是通过差别化的加热功率和压差的设定，可以进一步保证安全监控，提高安全系数，避免因为内部误差变化而导致的判断失误。

所述第五压力就是下限压力。

作为优选，控制器3连接云端服务器，云端服务器与热水器客户端连接，其中控制器将测量的压力数据传递给云端服务器，然后通过云端服务器传送给客户端，所述客户端是手机，所述手机安装APP程序，用户通过客户端得到数据。

具体控制的流程图参见图1。

作为优选，客户端可以实时得到电加热装置10内的压力。

作为优选，一旦检测的压力低于一定的压力，例如因为流体的泄漏，客户端就会接到报警信息，用户根据客户端接到的信息确定是否关闭电热水器的加热。如果经过一定时间(例如15秒)，如果客户端无反应，则控制器会停止电加热器10的加热，同时将停止的信息传递到客户端。

当然，作为优选，控制器在检测的压力低于一定的压力，可以直接停止电加热器10的加热，同时将停止的信息传递到客户端。

作为优选，压力传感器9可以设置在电加热装置10的任何位置。因为电加热装置10内部为连通结构，所以测量任何位置的压力可以体现出相应的压力变化。例如图2中测量的是右侧管8内的压力。

优选，所述换热管束是浮动盘管1。

图2展示了电热水器的切面示意图，如图2所示，所述电热水器包括水箱11以及位于水箱内的电加热装置10，所述电加热装置10包括左管箱2、右管箱8和浮动盘管1，浮动盘管1与左管箱2和右管箱8相连通，加热流体在左管箱2和右管箱8以及浮动盘管内进行封闭循环，所述电加热装置10内设置电加热器13，所述电加热器13用于加热电加热装置10的内流体，然后通过加热的流体来加热水箱内的水。

作为优选，电加热装置10设置在左管箱2或者右管箱8内。

浮动盘管1为一组或者多组，每组浮动盘管1包括多根圆弧形的管束12，多根圆弧形的管束12的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束12的端部连通，从而使得盘管1的端部形成管束自由端7，例如图2中的自由端7。

作为优选，所述的加热流体为导热油。

传统的浮动盘管都是利用流体的流动的冲击进行振动除垢作用进行强化传热，都是用于强制对流换热，而热水器中的水流动性差，无法进行强制对流换热流动，而本发明首次将浮动盘管应用于热水器，通过设置浮动盘管，加热流体受热后会产生体积膨胀，诱导浮动盘管1自由端7产生振动，因为该振动传递至周围水，对周围的水产生扰动效果，从而产生了强化传热的效果。

在本发明中，因为电加热器13设置在管箱2、8中，因此可以直接避免流体与电加热器接触，从而避免触电，起到保护的作用。

作为以优选，所述左管箱2、右管箱8以及浮动盘管1都是圆管结构。

作为优选，浮动盘管1的管束是弹性管束。

通过将浮动盘管1的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。

作为优选，所述同心圆是以左管箱2的中心为圆心的圆。即浮动盘管1的管束12围绕着左管箱2的中心线布置。

如图4所示，管束12不是一个完整的圆，而是留出一个口部，从而形成管束的自由端。所述口部的圆弧所在的角度为65－85度，即图5夹角b和c之和是65－85度。

作为优选，所述左管箱2的管径大于右管箱8的管径。

通过上述设置，可以进一步强化传热，提高8－15％的加热效率。

作为优选，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，则1.5<R1/R2<2.5。

通过上述的优选设置，能够使得加热效率达到最佳。

作为优选，随着距离左管箱2的中心越远，相邻管束之间的距离越来越大。

作为优选，相邻管束之间的距离越来越大的幅度不断的增加。

通过上述的优选设置，可以进一步提高加热效率，增加加热的均匀性。通过实验发现，通过上述设置可以提高10－11％的加热效率。

作为优选，随着距离左管箱2的中心越远，管束的直径越来越大。

作为优选，管束的直径越来越大的幅度不断的增加。

通过上述的优选设置，可以进一步提高加热效率，增加加热的均匀性。通过实验发现，通过上述设置可以提高10％左右的加热效率。

作为优选，如图2、3所述电加热器13分别设置在左管箱2和右管箱8内，即第一电加热器131设置在左管箱2内，第二电加热器132设置在右管箱8内。

作为优选，左管箱2和右管箱8的长度相同。

作为优选左管箱的管径大于右管箱的管径。

作为优选，如图2、3所示，在热水器运行的时候，第一电加热器131的加热功率大于第二电加热器132的加热功率。通过上述设置，通过实验发现，能够使得水箱内热水的加热更加均匀。

作为优选，第一电加热器131的加热功率是第二电加热器132的功率的1.3-1.8倍，优选为1.4－1.65倍。

在数值模拟以及相应的试验中发现，左管箱2、右管箱8的尺寸以及第一加热器131和第二加热器132之间的比例关系可以对加热效率以及均匀性产生影响。如果左管箱2和右管箱8的尺寸相差太多，而第一加热器131和第二加热器132加热功率相差比较小，则会产生加热效率低以及加热出现不均匀现象，同理如果左管箱2、右管箱8的尺寸差距太小以及第一加热器131和第二加热器132加热功率相差比较大，也会出现加热效率低以及加热出现不均匀现象。因此本发明通过大量的数值模拟，对上述的关系进行了总结，通过实验进行了验证。得到了左管箱2、右管箱8的尺寸以及第一加热器131和第二加热器132加热功率之间的最佳关系。

作为优选，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，左管箱的电加热棒的功率是P1，右管箱的电加热棒的功率是P2，满足如下关系：

P1/P2＝a*(R1/R2)²-b*(R1/R2)+c；

a,b,c是系数，其中0.82<a<0.91,1.95<b<2.05,2.67<c<2.77；

其中58mm<R1<87mm；

29mm<R2<68mm；

1.2<R1/R2<2.1；优选，1.5<P1/P2<2.3；

950W<P1<1500W；

400W<P2<1000W。

作为优选，随着R1/R2的增加，a,c增加，b减小。

作为优选，管束的数量为3－5根，优选为3或4根。

作为优选，a＝0.87，b＝2，c＝2.72。

左管箱2和右管箱8中心线的距离为220－270mm；优选为240－250mm。

管束的半径优选为10－25mm；

作为优选，距离左管箱中心线最近的管束中心线所在的圆弧与其相邻的管束的中心线所在的圆弧之间的距离(例如图4中管束A和B所在的圆弧中心线之间的距离)为两根管束平均外径(外部直径)的1.1-2.0倍，优选为1.2-1.7倍，优选为1.3-1.5倍。

两个管束的直径的平均为两个管直径的加权平均数。

作为优选，管束在同一侧的端部对齐，在同一个平面上，端部的延长线(或者端部所在的平面)经过左管箱2的中线，如图5所示。

进一步优选，所述电加热器13是电加热棒。

作为优选，如图4所示，浮动盘管1的内侧管束的第一端与左管箱2连接，第二端与相邻的外侧管束一端连接，浮动盘管1的最外侧管束的一端与右管箱8连接，相邻的管束的端部连通，从而形成一个串联的结构。

第一端所在的平面与左管箱2和右管箱8中心线所在的平面形成的夹角c为40－50度。

第二端所在的平面与左管箱2和右管箱8中心线所在的平面形成的夹角b为25－35度。

通过上述优选的夹角的设计，使得自由端的振动达到最佳，从而使得加热效率达到最优。

如图4所示，浮动盘管的管束为4个，管束A、B、C、D联通。当然，不局限于四个，可以根据需要设置多个，具体连接结构与图4相同。

所述浮动盘管1为多个，多个浮动盘管1分别独立连接左管箱2和右管箱8，即多个浮动盘管1为并联结构。

本发明所述电加热装置，如图4所示，所述左管箱2与浮动盘管A端相连通；右管箱8与浮动盘管D端相连通。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种自动控制泄露的电热水器，所述电热水器包括控制器、电加热装置、水箱，所述电加热装置设置在水箱中，所述电加热器包括左管箱、右管箱和连通左管箱和右管箱的换热管，在左管箱和/或右管箱内设置电加热器，换热管、左管箱和右管箱形成加热流体封闭循环；所述电加热装置还设置压力传感器，用于检测电加热装置内的压力；所述电加热装置、压力传感器与控制器进行数据连接，所述控制器根据检测的压力自动控制电热水器的运行；如果检测的压力低于一定的压力，控制器自动停止电加热装置的加热，并将停止电加热装置加热的信息通过云端服务器传递给客户端；

所述换热管束是浮动盘管，浮动盘管与左管箱和右管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热棒设置在左管箱和右管箱内；左管箱、右管箱和浮动盘管内填充加热流体；浮动盘管为一个或者多个，每个浮动盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；所述同心圆是以左管箱的中心为圆心的圆；

所述左管箱的管径大于右管箱的管径，所述左管箱内设置第一电加热器，右管箱内设置第二电加热器，第一电加热器的加热功率大于第二电加热器的加热功率。

2.如权利要求1所述的电热水器，其特征在于，还包括进水管和出水管，所述进水管和出水管上分别设置进水阀门和出水阀门，所述阀门与控制器数据连接，如果检测的压力低于一定的压力，控制器自动关闭进水阀门和出水阀门。

3.如权利要求1所述的电热水器，其特征在于，左管箱的内径为R1，右管箱的内径为R2，左管箱的电加热棒的功率是P1，右管箱的电加热棒的功率是P2，满足如下关系：

P1/P2＝a*(R1/R2)²-b*(R1/R2)+c；

a,b,c是系数，其中0.82<a<0.91,1.95<b<2.05,2.67<c<2.77；

其中58mm<R1<87mm；

29mm<R2<68mm；

1.2<R1/R2<2.1；

950W<P1<1500W；

400W<P2<1000W。

4.如权利要求3所述的电热水器，其特征在于，随着R1/R2的增加，a,c增加，b减小。

5.如权利要求4所述的电热水器，其特征在于，a＝0.87，b＝2，c＝2.72。