CN111802912B - 一种节能热水壶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能热水壶，包括壶体、壶盖和壶柄，所述壶盖转动连接于壶体顶部，所述壶体内设置有伸缩桶，所述伸缩桶顶部连接于壶盖上，伸缩桶底部通过弹性件与壶体底部连接，所述壶盖内设置有用于伸缩桶内水流出的通道；所述伸缩桶底部连接有可在壶体外部上下移动的滑块，滑块、伸缩桶和弹性件三者状态被配置为：当弹性件处于自然状态下，伸缩桶为拉伸状态，滑块位于最高点；当滑块位于最低点时，伸缩桶收缩到壶盖内，弹性件为拉伸状态；所述壶盖内设置有相连接的加热器和换热器，所述换热器通过管道分别与壶体及伸缩桶连通。本发明具有节省能耗、降低热量散失的优点。

Description

一种节能热水壶
技术领域
本发明涉及热水壶技术领域，具体涉及一种节能热水壶。
背景技术
小型电热水壶已经成为家中必备的一款电器。电热水壶的基本加热原理是接通电源后以电热丝加热水，约5分钟水温逐步上升到100度，水蒸汽使顶部蒸汽感温元件的双金属片变形，顶开开关触点断开电源停止加热。在使用电热水壶烧水的过程中，水壶吸收的热量在传递给水时有一部分耗散在空气中，并且随着水温逐渐上升，水和环境温差逐渐加大而水壶材料又是极好的热导体，这使得水通过热传导又有一部分热量耗散在空气中。
目前，比较常见的做法是，在热水壶外层做防烫处理，以及设计双层的节能热水壶，即在原有壶体的基础上增加一个内胆，在外层和内胆间加隔热材料。例如公开号为CN201602615U的专利说明书中公开了一种电热水壶，包括壶体、设于壶体上的发热元件和壶盖，所述壶体包括外胆和安装于外胆内的内胆，外胆和内胆之间形成一空腔，所述空腔内灌装有导热介质，所述外胆外壁涂覆有隔热保温材料，上述方案虽然增加了保温效果，但是这些材料工艺难度普遍较高，成本较高，有些还会增加重量，导致操作不方便，并且，虽然加了保温材料，但是内部仍然是沸水，和环境的温差依旧较大，漏热依旧较多，这些物理隔热方法的节能效果依然有限。
有采用沸水与冷水混合的方法，使内部成为温水，减少漏热，由于冷水没有经过高温灭菌，会导致水无法直接饮用，功能十分局限。
也有采用将热水壶内部隔开，每次只烧一半的水，当一半水煮沸后，其热能将传导给另一半，这样在下一次煮热水时就可以起到节能的作用。例如公开号为CN103431757B的专利说明书中公开了一种换热式三仓节能电热水壶，包括壶体、壶盖、壶柄及壶嘴，所述的壶体包括三个仓室，所述的三个仓室自上而下依次为冷水仓、加热仓与换热仓；所述的换热仓还设有与壶嘴相通的出水口；所述的冷水仓与加热仓之间、加热仓与换热仓之间分别设置有隔热板，所述的隔热板上设有电磁阀；还包括导热棒，所述的导热棒依次穿过冷水仓、加热仓与换热仓；在所述加热仓内的导热棒上还包裹有隔热套；在所述的加热仓内还设有加热装置，但是这个方案导致热水壶的空间利用率非常低，每次只能利用三分之一的空间，热水壶不够轻便。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种节省能耗、降低热量散失的节能热水壶。
一种节能热水壶，包括壶体、壶盖和壶柄，所述壶盖转动连接于壶体顶部，所述壶体内设置有伸缩桶，所述伸缩桶顶部连接于壶盖上，伸缩桶底部通过弹性件与壶体底部连接，所述壶盖内设置有用于伸缩桶内水流出的通道；
所述伸缩桶底部连接有可在壶体外部上下移动的滑块，滑块、伸缩桶和弹性件三者状态被配置为：当弹性件处于自然状态下，伸缩桶为拉伸状态，滑块位于最高点；当滑块位于最低点时，伸缩桶收缩到壶盖内，弹性件为拉伸状态；
所述壶盖内设置有相连接的加热器和换热器，所述换热器通过管道分别与壶体及伸缩桶连通。
本方案将热水壶内的水分成两个区块，利用弹性件弹力拉伸缩桶将壶体内一部分的水运至加热区域，先煮沸一部分的水，使煮沸的水和下一部分的冷水进行热交换，将冷水变成温水，再加热温水部分，此时加热温水所耗费的能量大大小于直接加了冷水的能量，加热沸腾的温水再次与下一部分的冷水进行热交换，如此循环，直至所有水烧完，大大节省了能量消耗，并且可以直接得到可以引用的温水，同时温水与外界温度存在较小的温差，大大降低热量的散失。
作为优选，所述的壶盖包括第一壶盖和第二壶盖，所述第二壶盖转动连接于壶体顶部，所述第一壶盖转动连接于第二壶盖顶部；所述第一壶盖转动连接于第二壶盖顶部；所述的加热器和换热器设置于第一壶盖内。
第一壶盖还能够作为安装加热器和换热器的载体，第二壶盖还用于容置压缩后的伸缩桶，更高的空间利用率，使得热水壶体积不至过大，便于携带。
作为优选，所述的滑块套设在壶柄上，壶柄顶部弯折处设置有定滑轮，通过过定滑轮的绳子连接滑块和伸缩桶。
滑块套设在壶柄上使其能够沿直线有规律滑动，从而使得伸缩桶拉伸、收缩更加平滑，同时采用定滑轮传动，减小摩擦。
作为优选，所述的弹性件为三个弹簧，进一步优选，所述的三个弹簧呈等边三角形分布。
设置三个弹簧增加弹性件的弹性，使其有足够大的拉力拉动伸缩桶对壶体内的水进行挤压，同时等边三角形分布使得伸缩桶受力更加均匀。
作为优选，所述的壶体内底部设置有压力传感器。
通过伸缩桶接触压力传感器来控制加热器停止工作，来实现热水壶的智能控制。
作为优选，所述的加热器为管道加热器，所述管道加热器内设置有温控开关，管道加热器进、出水口设置有电磁阀。
进一步优选，所述的温控开关的动作温度为100±5℃，复位温度为70±15℃。
通过温控开关及电磁阀来实现加热器的智能控制，从而实现热水壶的智能控制，对水加热实现精确控制。
作为优选，所述的管道为橡皮软管。
橡皮软管具有一定弹性，保证第一壶盖在转动过程中不会拉伤第一管道和第二管道。
本发明的有益效果：
(1)将热水壶内的水分成待加热水和可饮用水两个区块，通过先煮沸的水与待加进行热传递，使得后续加热的冷水变成温水，大大节省了能量消耗，并且可以直接得到可以引用的温水，同时温水与外界温度存在较小的温差，大大降低热量的散失。
(2)利用被加热的水的重力以及弹簧的拉力将壶体内待加热的水压至换热器内，代替了传统的泵抽水的方式，大大节省了能源消耗。
附图说明
图1为本发明伸缩桶拉伸状态结构示意图；
图2为本发明伸缩桶压缩状态结构示意图；
图3为本发明俯视剖视图；
图4为本发明旋动第一壶盖状态结构示意图；
图5为本发明旋动第一壶盖状态俯视图。
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做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。
如图1-4所示，一种节能热水壶，包括壶体1、壶盖2和壶柄3，壶盖2包括第一壶盖21和第二壶盖22，第二壶盖22可沿水平方向转动连接于壶体1顶部，第一壶盖21可沿水平方向转动连接于第二壶盖22顶部；壶体1为待加热冷水盛放区。
壶体1内设置有伸缩桶4，伸缩桶4顶部连接于第二壶盖22上，伸缩桶4底部通过三个呈等边三角形分布的弹簧5与壶体1底部连接，伸缩桶4为可饮用水盛放区，通过旋动第一壶盖21，即可将可饮用水倒出，即第二壶盖22顶部为未封闭状态，作为水流出的通道，如图5所示；伸缩桶4具体结构包括不锈钢底板、设在在底板上多层金属圈支撑架以及包覆在底板和金属圈上的锡箔材料，通过金属圈的伸缩可实现伸缩桶4的拉伸和收缩。
壶柄3上套设有滑块6，壶柄3顶部弯折处设置有定滑轮7，通过过定滑轮7的绳子连接滑块6和伸缩桶4，当弹簧5处于自然状态下，伸缩桶4为拉伸状态，同时通过绳子将滑块6拉伸至最高点，当用外力向下拉滑块6至最低点时，绳子拉动伸缩桶4使其收缩到第二壶盖22内，弹簧5此时处于拉伸状态，且拉力最大。
第一壶盖21内设置有加热器8和换热器9，第一壶盖21包括一个加热区和一个热交换区，加热器8和换热器9均采用常规的管道加热器和管式换热器结构，具体可参照现有结构进行自加工，具体地，换热器9的冷流体入口通过穿过第二壶盖22的橡皮软管(图中未示出)与壶体1底部连通，换热器9的冷流体出口与加热器8的进水口连通，加热器8的出水口与换热器9热流体进口连通，换热器9热流体出口通过穿过第二壶盖22的橡皮软管与伸缩桶4连通，换热时，流入换热器9煮沸的水的体积等于流入换热器9待加热水的体积，以保证换热后的待加热水刚好是加热器8要加热的量，使得加热过程与换热过程达到同步。
加热器8内设置有温控开关，温控开关的动作温度为100±5℃，复位温度为70±15℃，加热器8进、出水口还设置有电磁阀。
壶体1内底部设置有压力传感器10，通过伸缩桶4接触压力传感器10来控制加热器8停止工作。
本发明的工作过程及原理：
初始状态下，如图1所示，伸缩桶4处于拉伸状态，弹簧5处于自然状态，滑块6位于壶柄3的最高点，用外力将滑块6拉到壶柄3的最低点，此时伸缩桶4收缩到第二壶盖22内，弹簧5处于拉伸状态，如图2所示；
旋动第二壶盖22使得壶体1漏出一缺口，将待加热水注入到壶体1内，合上第二壶盖22；
打开加热器8进水口的电磁阀，释放滑块6，伸缩桶4在弹簧5拉力作用下将壶体1内待加热水经橡皮软管压至换热器9中(此波水还未被加热，因此只是通过了换热器，并没有真正的进行热交换)并最终进入加热器8内，加热器8注满水后关闭进水口电磁阀进行第一波水加热；
当水加热至沸腾后，加热器8的进、出口电磁阀均打开，煮沸后的水流出加热器8进入换热器9内，与此同时，伸缩桶4在弹簧5拉力作用下继续将壶体1内待加热水压至换热器9中，此时沸水与待加热水在换热器9中进行热交换，待加热水变成待加热的温水进入加热器8中继续加热，沸水则变成可直接饮用的温水注入到伸缩桶4内；
如此循环，直至壶体1内待加热水全部烧开并全部送至伸缩桶4内，此过程加热器8始终处于加热状态，直到伸缩桶4下端接触到压力传感器10，加热器8停止工作，旋动第一壶盖21，即可倒出可饮用的温水。
下面通过节能效率的理论计算来具体说明本发明的节能效果：
设加热器8进水口进水温度为t′1＝100℃，出水口出水温度为t″1＝40℃；换热器9冷流体入口进水温度为t′2＝20℃，冷流体出口出水温度为t2″，换热的冷热水流量分别为
Figure BDA0002509202440000081
则根据换热器计算的热平衡方程式有：
Figure BDA0002509202440000082
Figure BDA0002509202440000083
因为换热物质均为水，所以c1＝c2。
假设此时换热的冷热水流量相等，即
Figure BDA0002509202440000084
则有(t′1-t″1)＝(t″2-t′2)。
可求出冷端出水温度t″2＝80℃。
此时煮沸水的热量仅需将水温从80℃升高到100℃，Δt＝20℃，原来煮沸水需将水从20℃升高到100℃，Δt0＝80℃。
所以节能效率为
Figure BDA0002509202440000091
本发明烧水时间的理论计算：
因为烧水过程和热交换过程是同时进行的，所以可以粗略的认为加热时间仅为将水从80℃加热到100℃的时间。
由体积可算共需加热水3.2L，电加热丝的功率为1500W，设加热水至沸腾的时间为t。
有cmΔt/p＝t
其中c＝4200J/(Kg·℃)；m＝3.2Kg
经计算可得时间t为179.2s，约为3分钟。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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)

1.一种节能热水壶，包括壶体、壶盖和壶柄，所述壶盖转动连接于壶体顶部，其特征在于：所述壶体内设置有伸缩桶，所述伸缩桶顶部连接于壶盖上，伸缩桶底部通过弹性件与壶体底部连接，所述壶盖内设置有用于伸缩桶内水流出的通道；
所述伸缩桶底部连接有可在壶体外部上下移动的滑块，滑块、伸缩桶和弹性件三者状态被配置为：当弹性件处于自然状态下，伸缩桶为拉伸状态，滑块位于最高点；当滑块位于最低点时，伸缩桶收缩到壶盖内，弹性件为拉伸状态；
所述壶盖内设置有相连接的加热器和换热器，所述换热器通过管道分别与壶体及伸缩桶连通。
2.根据权利要求1所述的节能热水壶，其特征在于：所述的壶盖包括第一壶盖和第二壶盖，所述第二壶盖转动连接于壶体顶部，所述第一壶盖转动连接于第二壶盖顶部；所述的加热器和换热器设置于第一壶盖内。
3.根据权利要求1所述的节能热水壶，其特征在于：所述的滑块套设在壶柄上，壶柄顶部弯折处设置有定滑轮，通过过定滑轮的绳子连接滑块和伸缩桶。
4.根据权利要求1所述的节能热水壶，其特征在于：所述的弹性件为三个弹簧。
5.根据权利要求4所述的节能热水壶，其特征在于：所述的三个弹簧呈等边三角形分布。
6.根据权利要求1所述的节能热水壶，其特征在于：所述的壶体内底部设置有压力传感器。
7.根据权利要求1所述的节能热水壶，其特征在于：所述的加热器为管道加热器，所述管道加热器内设置有温控开关，管道加热器进、出水口设置有电磁阀。
8.根据权利要求7所述的节能热水壶，其特征在于：所述的温控开关的动作温度为100±5℃，复位温度为70±15℃。
9.根据权利要求1所述的节能热水壶，其特征在于：所述的管道为橡皮软管。
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