CN110017718A - 可节省热水器能源的热能交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可节省热水器能源的热能交换装置，包括一上盖、一热交换板模组、一热交换管模组及一底座，该上盖顶面设有一入水口，靠近底座的底面处设有一出水口，该热交换板模组设置在上盖入水口的下方，并与热交换管模组相连接成一密闭的连通水路，再一起置放入底座的内部；经由上盖入水口流入的淋浴热水，首先碰触到热交换板模组，使其内部先被热交换管模组预热过的常温水，再获得最高温度热能的热交换后，随即导流至热水器的进水口，进而达到大幅节省热水器能源的使用量。

Description

可节省热水器能源的热能交换装置
技术领域
本发明是关于一种可大幅节省淋浴热水器能源的热能交换装置，其藉由一热交换板模组与一热交换管模组的相结合构造，使得淋浴热水的余热回收率达到60％，进而节省热水器加热所需的能源使用量，并同步达成减少能源消耗碳排放量的环保经济效益。
背景技术
为了达成节能减碳的目的，目前已有许多家居淋浴用之热交换器上市销售，其设计原理乃是将常温的自来水先导流入热交换器，并利用淋浴后的热水做为热交换器的热源，使流经该热交换器内的常温自来水能被预热成较高温度之自来水，再将其导流至热水器的进水管，如此可提高热水器进水的温度，进而节省热水器加热所需的能源，而本案发明人致力研发淋浴热水用热能交换装置已超过10年，并将其研发成果提出中国专利申请在案的有：授权公告号 CN100552361(申请日2006年1月17日)、公开号CN101511242(申请日2007年9月11日)、授权公告号CN201364044(申请日2009年2月25日)、授权公告号CN201364045(申请日2009年3月4日)、授权公告号CN102478367(申请日2010年11月24日)及申请公布号CN105403075(申请日2014年9月11 日)等，前述各项专利经发明人具体实施后都能达到其预其的功能，唯美中不足的是其反应在节省热水器的能源使用量上，仍有再提升的空间，究其原因乃在于前述的各热能交换装置对淋浴后热水的〝余热回收率〞无法提高有关，换言之，若能提高淋浴后热水的〝余热回收率〞，便可提高热水器的进水温度，当热水器的进水温度被提高，则其加热到所要的出水温度所需的能源量(即瓦斯用量或电力用量)便可减少，进而能达成热水器使用能源的节能功效，因此，如何成功改造热能交换装置，使其进一步提高淋浴热水的〝余热回收率〞，便显得极其重要。
此外，在改造增加〝余热回收率〞的热能交换装置设计结构时，也必须兼顾到其制造上的成本不能随之增加，否则纵然〝余热回收率〞提高了，但热能装置的制造成本却增加，反而不利于推广销售给消费者，同时也无法达成家家户户使用后，所欲造就减少能源消耗碳排放量的环保经济结果。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种可节省热水器能源的热能交换装置，其包括：一上盖，为一平板状体，具有一顶面、一底面及一侧边面，该顶面与底面之间由该侧边面圈围连接成一体，其中，顶面设具成向下凹陷面，并在凹陷面的最低位置处贯穿底面设有一入水口，另在底面的边缘处凸设有数根定位柱；一底座，为面积与上盖相同的凹槽体，具有一顶面、一底面及一侧边面，该顶面设具成开口凹槽，该底面设具成封闭面，且于顶面与底面之间由该侧边面圈围连接成一体，其中，该顶面的边缘处向内凹设有数个定位孔，且该定位孔的数量及位置，均与上盖的定位柱数量与位置相对应，可供上盖底面的各定位柱插入后，相互迭置成一体，另在侧边面上穿设有两个装配孔，以及靠近底面的侧边面上再穿设有一排水口；一热交换板模组，由金属材质制成的中空扁平状体，并置入在底座的开口凹槽内且位在上盖入水口的下方，其具有一顶面、一底面及一侧边面，该顶面与底面之间由该侧边面圈围连接成一体，并在顶面、底面与侧边面之间形成有一密闭的容置室，其中，该顶面靠近侧边面位置处穿设有一入水孔及一出水孔，并与容置室相连通，该出水孔再与一出水管相连接；一热交换管模组，由一长条不锈钢管多次弯折圈绕而成的盘状体，并置入在底座的开口凹槽内，该不锈钢管的轴向剖面呈波浪状，且其中一末端管口是穿置于底座侧边面的其中一装配孔上，另一末端管口则连接于热交换板模组顶面的入水孔，使得其与热交换板模组的容置室及出水管形成一密闭的连通水路；及数个固定架，其每一固定架是由一长条固定板及数个固定夹组成，其中，该长条固定板上穿设有固定间隔平行排列的数个长条孔，该固定夹由一长条弹性金属片对折弯曲后，形成上半部的V形夹持部与下半部的圆环握持部，且该V形夹持部的两末端边上分别又凸设有一厚度与宽度均小于长条孔的凸出片。
藉由热交换板模组与热交换管模组被底座中开口凹槽内的淋浴热水所浸泡，使所有依序流经不锈钢管内的常温水会受到淋浴热水的第一次热交换作用而逐渐升温，且因不锈钢管的轴向表面呈波浪状，除会加快热交换的速度外，当受到第一次热交换逐渐升温的常温水进入热交换板模组的容置室后，又因热交换板模组的顶面正好位于上盖的入水口下方，而由该入水口所流入的淋浴热水的温度处于最高温的状态，使得位于该热交换板模组中容置室内已被第一次预热过的常温水，可以获得再一次的最高温度热能的热交换作用，而再次升高温度成最后的预热温水后，再由出水管流入热水器的进水管内，因此提高了热水器的进水温度，同时也达成减少热水器加热至其所要出水温度所需的能源量 (即瓦斯用量或电力用量减少)，并相对地也就达到热水器节省使用能源量的功效。换言之，本发明藉由热交换管模组将淋浴热水，对常温水进行第一次浸泡式的热交换作用升温后，再经由交换板模组进行第二次的最高温度热能直接接触热交换作用下，使得淋浴热水的〝余热回收率〞可大幅提升到60％。
本发明的另一目的是提供一种可节省热水器能源的热能交换装置，由于本发明中热交换管模组是采用市售的不锈钢波浪管，且热交换板模组可选择用两片金属板相互迭置焊接而成，或是以开模方式压铸加工而成，其加工制造方式均属于传统工艺，故整体量产的成本均较前述习知前案的制造成本更低。
本发明的再一目的是提供一种可节省热水器能源的热能交换装置，其组合步骤如下：首先，以双手的手指分别握持住其中一组相对称的两个固定架的固定板，便可轻易地提起整个热交换板模组与热交换管模组，接着，将热交换板模组的出水管末端管口与热交换管模组末端管口，分别插入底座中侧边面上的两个装配孔并穿出后，即可同步使热交换板模组与热交换管模组一起置入在底座顶面的开口凹槽内，最后，把上盖底面的各定位柱，分别对准底座顶面上相应的各定位孔后，再予以插入即可使上盖与底座相互迭置成一体，并完成本发明的组装；若经使用一段时间而需要打开做清洁时，只要依前述步骤的反向程序，即可将热交换板模组与热交换管模组取出底座的外部，就可以进行清洁的工作，故操作上相当容易便可达成。
附图说明
图1是本发明的立体分解图。
图2是本发明中热交换管模组与固定架的立体分解图。
图3是图2中3-3线的剖面图。
图4是本发明中热交换板模组与其出水管的立体分解图。
图5是图4中5-5线的剖面图。
图6是图1中6-6线的剖面图。
图7是本发明中固定架与不锈钢管的组合立体图。
图7-1是本发明中固定架与不锈钢管的装配组合剖面示意图之一。
图7-2是本发明中固定架与不锈钢管的装配组合剖面示意图之二。
图7-3是本发明中固定架与不锈钢管的装配组合剖面示意图之三。
图7-4是本发明中固定架与不锈钢管的装配组合剖面示意图之四。
图7-5是本发明中固定架与不锈钢管的装配组合剖面示意图之五。
图7-6是本发明中固定架与不锈钢管的装配组合剖面示意图之六。
图8是本发明中热交换板模组、热交换管模组与固定架置放入底座内的立体示意图。
图9是本发明的立体组合图。
图10是本发明与热水器配合使用的立体示意图。
图11是图9中11-11线的剖面图。
图12是图10中12-12线的剖面图。
图13是图10中13-13线的剖面图。
图14是本发明中底座的另一实施例立体图。
图15是本发明中底座的又一实施例立体图。
图16是本发明中热交换板模组与热交换管模组一起置入底座的又一实施例的底座示意图。
图17是本发明热水器的消耗功率折线图。
图18是本发明余热回收率的节能率曲线图。
具体实施方式
如图1至图7所示，是本发明可节省热水器能源的热能交换装置的实施例，其包括：
一上盖10，为一平板状体，具有一顶面11、一底面12及一侧边面13，该顶面11与底面12之间由该侧边面13圈围连接成一体，其中，顶面11设具成向下凹陷面，并在凹陷面的最低位置处贯穿底面12设有一入水口14，另在底面 12的边缘处凸设有数根定位柱15；
一底座20，为面积与上盖10相同的凹槽体，具有一顶面21、一底面22及一侧边面23，该顶面21设具成开口凹槽24，该底面22设具成封闭面，且于顶面21与底面22之间由该侧边面23圈围连接成一体，其中，该顶面21的边缘处向内凹设有数个定位孔25，且该定位孔25的数量及位置，均与上盖10的定位柱15数量与位置相对应，可供上盖10底面的各定位柱插入后，相互迭置成一体，另在侧边面23上穿设有两个装配孔26，以及靠近底面22的侧边面23上再穿设有一排水口27；
一热交换板模组30，由金属材质制成的中空扁平状体，并置入在底座20 的开口凹槽24内且位在上盖10入水口14的下方，其具有一顶面31、一底面 32及一侧边面33，该顶面31与底面32之间由该侧边面33圈围连接成一体，并在顶面31、底面32与侧边面33之间形成有一密闭的容置室34(如图5所示)，其中，该顶面31靠近侧边面33位置处穿设有一入水孔35及一出水孔36，并与容置室34相连通，该出水孔36再与一出水管37相连接(如图6所示)；
一热交换管模组40，由一长条不锈钢管41多次弯折圈绕而成的盘状体，并置入在底座20的开口凹槽24内，该不锈钢管41的轴向剖面呈波浪状(如图3 所示)，且其中一末端管口42是穿置于底座20侧边面23的其中一装配孔26 上，另一末端管口43则连接于热交换板模组30顶面31的入水孔35，使得其与热交换板模组30的容置室34及出水管37形成一密闭的连通水路(如图6及图 7所示)；及
数个固定架50，其每一固定架50是由一长条固定板51及数个固定夹52 组成，其中，该长条固定板51上穿设有固定间隔平行排列的数个长条孔53(如图2中左上位置的放大视图所示)，该固定夹52由一长条弹性金属片对折弯曲后，形成上半部的V形夹持部54与下半部的圆环握持部55(如图2中右下位置的放大视图所示)，且该V形夹持部54的两末端边上分别又凸设有一厚度与宽度均小于长条孔53的凸出片56。
如图7、图7-1至图7-6所示，使用固定架50将热交换管模组40中不锈钢管的固定方式，是先将每一固定架50中固定夹52的V形夹持部54对准不锈钢管41的外径，并相互抵贴施力后(如图7-1与图7-2所示)，可使其圆环握持部55将不锈钢管41包覆握持住(如图7-3所示)，接着，以两根手指施力使V 形夹持部54的两凸出片56靠拢后(如图7-4所示)，便可一起穿出长条固定板51的长条孔53外，再将穿出后的两凸出片56往外折弯(如图7-5所示)，即可使排列在同一位置上的各不锈钢管41，整齐地被悬吊固定在长条固定板51 上(如图7及图7-6所示)。
再如图7至图9所示，本发明的组合步骤如下：首先，以双手的手指分别握持住其中一组相对称的两个固定架50的长条固定板51(如图7中的假想线手指所示)，便可轻易地提起整个热交换板模组30与热交换管模组40，接着，将热交换板模组30的出水管37末端管口与热交换管模组40末端管口42，分别插入底座20中侧边面23上的两个装配孔26并穿出后，即可同步使热交换板模组 30与热交换管模组40一起置入在底座20顶面21的开口凹槽24内(如图8所示)，最后，把上盖10底面的各定位柱15，分别对准底座20顶面21上相应的各定位孔25后，再予以插入即可使上盖10与底座20相互迭置成一体(如图9 所示)，并完成本发明的组装，若经使用一段时间而需要打开做清洁时，只要依前述步骤的反向程序，即可将热交换板模组30、热交换管模组40取出底座 20的外部，就可以进行清洁的工作，操作上相当容易便可达成。
又如图9至图13所示，是本发明可节省热水器能源的热能交换装置的安装使用方式，先将其置放于浴室地板1，再把自来水管P与热交换管模组40穿露于底座20侧边面23的末端管口42相连接，最后，将热水器2的进水管P1与穿露于底座20侧边面23的出水管37末端口相连接后，即完成安装(如图10 与图11所示)；当淋浴者B站在上盖10的顶面11并开始淋浴时，自来水管P 的常温水W1会由热交换管模组40的其中一末端管口42进入不锈钢管41内，并随着充满整个不锈钢管41后，该常温水W1会经由另一末端管口43而从热交换板模组30的入水孔35流入容置室34内，待充满整个容置室34后，又会从其出水孔36流出(如图11所示)，再经由出水管37而流入热水器2的进水管 P1内被热水器2加热成淋浴热水W，该淋浴热水W则经由热水器2的出水管P2 并从花洒头S喷洒出来(如图9及图10所示)，而淋浴热水W经过淋浴者B身体使用后，即会洒落于上盖10的顶面11上，再由顶面11的入水口14流入底座20的开口凹槽24内，而在淋浴热水W充满整个开口凹槽24内后，即会由底座20中侧边面23的排水口27排出到浴室地板1上(如图11中的箭头所示)。
在前述过程中，由于热交换板模组30与热交换管模组40被底座20中开口凹槽24内的淋浴热水W所浸泡(如图12所示)，故所有依序流经不锈钢管41 内的常温水W1便会受到淋浴热水W的第一次热交换作用而逐渐升温，由于不锈钢管41的轴向表面呈波浪状，故会加快热交换的速度(如图13所示)，而该依序受到第一次热交换逐渐升温的常温水W1在进入热交换板模组30的容置室 34后，又因热交换板模组30的顶面31正好位于上盖10的入水口14下方，且刚由该入水口14所流入的淋浴热水W的温度处于最高温的状态，使得位于热交换板模组30中容置室34内已被第一次预热过的常温水W1，可以获得再一次的最高温度热能的热交换作用，而再次升高温度成最后的预热温水W2后，再由出水管37流入热水器2的进水管P1内，因而提高了热水器2的进水温度，同时也达成减少热水器2加热至其所要出水温度所需的能源量(即瓦斯用量或电力用量减少)，并相对地也就达到热水器节省使用能源量的功效。换言之，本发明藉由热交换管模组40使淋浴热水W，对流经其内部的常温水W1进行第一次浸泡式的热交换作用升温后，再经由热交换板模组30进行第二次的最高温度热能直接接触热交换作用下，使得淋浴热水W的〝余热回收率〞可大幅提升到60％。
本发明人与自己公司(佛山市三角洲电器科技有限公司)员工梁创佳，在 2017年11月1日对本发明进行〝余热回收率〞测试，其结果如以下的【表一】余热节能率测试报告、【表二】采集90次数据测试结果、【表三】热水器的消耗功率折线图及【表四】余热回收率的节能率曲线图所示，其中，表一中是使用市售直径11mm不锈钢波浪管制成本发明的热交换管模组，并结合0.072平方米面积的热交换板模组，进行每次间隔10秒共90次的采集数据测试结果(如表二所示)，并得出其热水器的消耗功率折线图(如表三所示)，以及得出其余热回收率的节能率曲线图(如表四所示)。
【表一】余热节能率测试报告
【表二】采集90次数据测试结果
如说明书附图17为本发明热水器的消耗功率折线图，下称【表三】。
如说明书附图18为本发明余热回收率的节能率曲线图，下称【表四】。
由该表二中的序号80(即第13分20秒时)的测试结果可知，其节能率可达到60.05％，此一结果是所有习知淋浴热水热能交换器所无法达成的目标，同时也证明本发明的功效确实对热水器的加热能源使用量大幅节省的功能。
另如图14所示，是本发明中底座20的另一实施例，其中，在该底座20中靠近排水口27的开口凹槽24槽底面上，更凸设有一道挡板28，其具有使淋浴热水W在开口凹槽24内可停留更长一段时间再由其排水口27排出底座20外部的功能，如此可使被热交换作用后的淋浴热水W的余温充分被利用后再排出。
如图15及图16所示，是本发明中底座20的又一实施例，其是在底座20 的开口凹槽24槽底面上，间隔排列凸设有围绕的导流板29(如图15所示)，可供热交换管模组40中盘绕的不锈钢管41置入(如图16所示)，并对进入开口凹槽24内的淋浴热水W，具有导流及延滞的作用，以及使淋浴热水W被热交换作用后的剩余温度，可再充分地被利用后再排出底座20外部的功能。

Claims (4)

1.一种可节省热水器能源的热能交换装置，其特征在于：包括，
一上盖，为一平板状体，具有一顶面、一底面及一侧边面，该顶面与底面之间由该侧边面圈围连接成一体，其中，顶面设具成向下凹陷面，并在凹陷面的最低位置处贯穿底面设有一入水口，另在底面的边缘处凸设有数根定位柱；
一底座，为面积与上盖相同的凹槽体，具有一顶面、一底面及一侧边面，该顶面设具成开口凹槽，该底面设具成封闭面，且于顶面与底面之间由该侧边面圈围连接成一体，其中，该顶面的边缘处向内凹设有数个定位孔，且该定位孔的数量及位置，均与上盖的定位柱数量与位置相对应，可供上盖底面的各定位柱插入后，相互迭置成一体，另在侧边面上穿设有两个装配孔，以及靠近底面的侧边面上再穿设有一排水口；
一热交换板模组，由金属材质制成的中空扁平状体，并置入在底座的开口凹槽内且位在上盖入水口的下方，具有一顶面、一底面及一侧边面，该顶面与底面之间由该侧边面圈围连接成一体，并在顶面、底面与侧边面之间形成有一密闭的容置室，其中，该顶面靠近侧边面位置处穿设有一入水孔及一出水孔，并与容置室相连通，该出水孔再与一出水管相连接；及
一热交换管模组，由一长条不锈钢管多次弯折圈绕而成的盘状体，并置入在底座的开口凹槽内，该不锈钢管的轴向剖面呈波浪状，且其中一末端管口是穿置于底座侧边面的其中一装配孔上，另一末端管口则连接于热交换板模组顶面的入水孔，使得其与热交换板模组的容置室及出水管形成一密闭的连通水路。
2.如权利要求1所述的一种可节省热水器能源的热能交换装置，其特征在于：更包括数个固定架，其每一固定架是由一长条固定板及数个固定夹组成，其中，该长条固定板上穿设有固定间隔平行排列的数个长条孔，该固定夹由一长条弹性金属片对折弯曲后，形成上半部的V形夹持部与下半部的圆环握持部，且该V形夹持部的两末端边上分别又凸设有一厚度与宽度均小于长条孔的凸出片。
3.如权利要求1所述的一种可节省热水器能源的热能交换装置，其特征在于：该底座中靠近排水口的开口凹槽槽底面上，更凸设有一道挡板。
4.如权利要求1所述的一种可节省热水器能源的热能交换装置，其特征在于：该底座的开口凹槽槽底面上，间隔排列凸设有一围绕的导流板。
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