CN113339997A - 一种改进型文丘里效应多模热水器 - Google Patents

Abstract

本发明属于热水器领域，特别涉及一种改进型文丘里效应多模热水器。本发明的热水器包括外壳、内胆、进水端、出水端、水流感应单元，还包括文丘里装置、发热单元、水位控制单元，所述发热单元的结构使之可以既加热所述内胆中的储热介质，又可以加热流经发热单元的自来水，所述文丘里装置的吸入端与内胆连通，所述文丘里装置的进水端和出水端与发热单元及热水器进水端、出水端连通，所述水位控制单位用于控制内胆中水位的位置，所述内胆有通气孔与大气连通。

Description

一种改进型文丘里效应多模热水器

技术领域

本发明属于热水器领域，特别是一种改进型文丘里效应多模热水器。

背景技术

使用文丘里效应的热水器，本人之前已经提出了多个方案，主要有两大方案：1、直接利用文丘里装置，利用冷水的能量把热水吸出混合使用；2、在方案1的基础上对混合后的水进行二次加热，或对流经的自来水加热后再进行混合。方案1由于文丘里装置的一些固有特点，使得混合比例成为制约因素，且受终端阻力影响大。方案2能有效的避免方案1的问题，但由于需要使用水泵或需要使用双发热器，大幅增加了成本，也增加了故障率。

为了解决这个问题，本专利提出一种新的方案，通过对发热器结构以及热水器结构的的特别设计，使发热器既可以加热流经发热器的自来水，又可以加热热水器内胆中的存水。通过测试，采用合理的参数，可使得两者达到一个很好的平衡，其效果几乎完全相当于双发热器加热或采用水泵循环加热的方案，大大节省成本，降低故障率，非常具有积极意义。

发明内容

为解决现有热水器技术的不足，本发明提供了一种新的技术方案。

本发明的目的是通过下面技术解决方案解决的：

一种改进型文丘里效应多模热水器，包括外壳、内胆、进水端、出水端、水流感应单元，还包括文丘里装置、发热单元、水位控制单元，所述发热单元的结构使之可以既加热所述内胆中的储热介质，又可以加热流经发热单元的自来水，所述文丘里装置的吸入端与内胆连通，所述文丘里装置的进水端和出水端与发热单元及热水器进水端、出水端连通，所述水位控制单位用于控制内胆中水位的位置，所述内胆有通气孔与大气连通。

可选地，所述发热单元为压铸发热器，所述压铸发热器的发热元件与换热器用导热良好的金属铸造在一起，所述压铸发热器与内胆蓄热介质接触的位置设置有凹凸结构以增大传热面积。

进一步地，所述水位控制单元包括水位感应装置、控制阀，水位感应装置用于感应内胆中水位的位置，控制阀用于控制向内胆中充水通道的开、关及大小。

可选地，所述水位感应装置为压力水位传感器，所述控制阀安装在所述文丘里装置吸入端的水流通道上。

可选地，还包括单向阀，所述单向阀与所述文丘里装置的吸入端连通，所述单向阀的安装方向不允许自来水通过文丘里装置的吸入端流入内胆中。

可选地，所述水位控制单元为浮球装置，所述浮球装置由浮球、浮球阀体组成。

进一步地，还包括排水管，所述文丘里装置的吸入端与排水管连通，所述文丘里装置连接排水管的入口装置滤网。

可选地，还包括清洗装置，所述清洗装置由清洗阀及喷管组成，所述喷管的结构使之可以冲刷热水器底部，所述清洗阀安装在喷管和自来水通道之间。

可选地，所述发热单元为电磁发热器，所述电磁发热器的磁感应发热部件包括自来水加热通道以及加热内胆中蓄热介质的传热表面，所述磁感应发热部件装配在内胆中。

可选地，还包括对流控制装置，所述对流控制装置的安装位置和结构使之可以控制发热单元是否向内胆中传热。

有益效果

本发明开发的一种改进型文丘里效应多模热水器，无论从成本、结构可靠性、性能、卫生、节能、便利都具有巨大优势，极具推广意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是第一实施例示意图一

图2是第一实施例示意图二

图3是第一实施例示意图三

图4是第一实施例示意图四

图5是压铸发热器结构示意图

图6是第二实施例示意图

图7是第三实施例示意图一

图8是第三实施例示意图二

图中：

1、外壳2、内胆3、文丘里装置4、压铸发热器4a、电热管4b、换热器4c、压铸金属5、水流感应单元6、压力水位传感器7、控制阀8、浮球水位传感器9、单向阀10、电磁阀11、排水管12、进水端13、出水端14、喷管15、出水延长管16、浮球阀体17、浮球18、温包基座19、温包20、温包阀盖21、通气孔22、清洗阀

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

图1至图4都是根据本发明第一实施例的热水器结构示意图，本实施例是使用一个发热器实现速热、即热双模效果的恒温方案。

如图1所示，热水器主要由内胆2、压铸发热器4、文丘里装置3、控制阀7、压力水位传感器6、水流感应单元5、温度传感器、控制电路板组成(其中温度传感器及控制电路板没有示出)。水流感应单元5装配在进水端，由于水流开关的活动磁铁容易卡死，为了维修方便，其活动部件往往是塞入进水端12内，这样不用拆开热水器就可直接维修，当然，从功能上讲，只要装配在自来水流通道上即可。压铸发热器4装配在内胆2的底部，其在水路上的安装位置是置于文丘里装置3之前，从功能上讲，置于文丘里装置后端也可以的实现功能的，但考虑到文丘里装置对出水端阻力敏感，以及此种结构需要实现当自来水流过时发热器表面温度越低越好的目的，由于置于前端加热的全是冷水，表面温度会更低。之所以表面温度低好，这是考虑到即热效率，表面温度低，向内胆中散热就少，即热效率就越高，即热效率越高，热水器出水效率也就越高，当表面温度低于内胆保温温度时，不向内胆中散热。所以从性能上讲，本方案的发热器置于前端更有优势。当然，如果硬要把发热器置于文丘里装置的后端，也在本专利的保护范围。如图1所示，文丘里装置3的进水端连接压铸发热器4的出水端，文丘里装置的吸入端连接在排水管11上，且在连接处装置有漏网，防止大块的污垢堵塞文丘里装置，由于没有大的水压，排水管11的口径可以做到比较大，大的污垢可以沉积到排水管的底部，而小的污垢全被文丘里装置抽走。把内胆做成锅底状，这种下出水的方式可以及时的排空内胆污垢，实际产品中一般考虑把文丘里装置的吸入端置于内胆最低点，配合排水管11使用则可防止大块的污垢堵死文丘里装置，可以在排水管出口加一个阀，方便定期排污。在文丘里装置的吸入端安装有控制阀7，所述控制阀7可以由步进电机驱动水阀，根据热水器的状态对此吸入端通道进行开启、关闭，控制内胆2的充水及文丘里装置的吸水；并可以调节其通道的截面大小，从而对流量进行控制，实现对进水温度以及对出水恒温的控制。此控制阀也有可以采用别的方式，比如电磁阀等。在图中，温度传感器、温度跳制、电路板等公知技术的部件都没有示出。

水流路径以及工作原理，当用户打开用水终端使用热水时，自来水从热水器进水端12流入，流经水流感应单元5，水流感应单元发送信号给中央处理器，压铸发热器4工作先全功率工作，可以在程序中设定一个时间差，在此时间后如果出水温度高于设定值，则减小压铸发热器的功率；如达到设定值，则控制阀7处于关闭状态；如出水温度低于设定值，则打开控制阀7，逐步调大流通面积，直至出水温度达到设定值；文丘里装置的工作原理：水流通过文丘里装置进水端的细孔时压力转化为流速，高速水流在吸入端产生真空，当控制阀7打开时，大气压把内胆2中的水压入文丘里装置的吸入端，两股水流混合后从热水器出水端13中流出；在混合后的水流通道上，还安装有温度传感器(由于温度传感器属于公知技术，在图中没有示出)，根据此温度值，可通过控制阀7或调整压铸发热器4的功率来调整水温到设定值。

如果内胆2中的水位低于设定值，控制阀7打开，自来水流经压铸发热器4、文丘里装置3向内胆中加水，此时压铸发热器4可以开启加热，使流入内胆中的水先预热，通过调整控制阀7的开度来调整预热的水温，可以一步到位加热到内胆预设温度。

本实施例可以把内胆2中的水排空，压铸发热器4可以正常工作，此时相当于一台即热热水器的效果。同时，发热单元也可以不使用压铸发热器，比如使用是磁发热器，电磁发热器的原理也很简单，只需用感磁性材料制作一个盘管，此盘管内表面可以加热流过其中的自来水，而外表面又可以加热内胆中的蓄热介质，感磁材质的发热盘像本专利压铸发热器一样安装即可，由于电磁发热器的发热盘不带电，还可以完全浸入内胆中。如要控制发热盘内外表面的传热效率，可以通过对外表面喷涂或包覆一层别的材料上去，使之能更优先的加热流经的自来水。当然，内外表面传热效率完全一致，也是没有问题的，其功能照样可以实现。使用电磁发热器在本专利的用途中性能甚至要超过压铸发热器，但由于其制造成本以及噪音问题限制其使用。当然还可以采用别的发热方式，只要一组发热器既可加热流经的自来水又可加热内胆蓄热介质即可。

图2是实施例一的另一种方案，本方案是改变了压铸发热器的结构与安装方式，除此之外与图1完全一样。图1安装在底部，那样的坏处有三点：1、安装孔的孔径太大，不利于密封；2、发热器只有一面与内胆中蓄热介质接触，极大的减少了有效传热面积。3、发热器在底部，水垢容易沉积在表面，而且发热器表面的传热结构势必更易积垢且不好清洗。图2的结构更合理，在实际产品中可能这才是优选方案。

图3是实施例一的第三种方案，实施例一其实是自动恒温的一系列方案的总和。图3与图1的区别在于，图3的方案增加了单向阀9、电磁阀10、喷管14，单向阀装在文丘里装置的吸入端，目的是防止高压自来水通过文丘里装置吸入端流入内胆2中，这样控制阀7就不需要频繁开关动作，比如不使用热水以及不往内胆中加水时，原本控制阀7需要关闭阀门，但有了单向阀9之后，就不需要这么做，控制阀只需要维持开的状态即可。但这样一来，就无法通过文丘里装置的吸入端向内胆中加水，需要多一条加水支路，增加电磁阀10(也可以是别的阀)，通过喷管14向内胆中加水，喷管的结构使得出水可以冲刷内胆底部，比如喷管顶部开设各个方向的细孔，使之水像花洒一样散开冲洗底部，这样内胆每次用完水之后都被清洗一次。

图4的与图3的区别在于，没有单向阀9，内胆还是可以从文丘里装置的吸入端加水，喷管14及清洗阀22的作用只是单纯用于内胆冲洗，当感应到内胆中水用尽可以冲洗底部时，清洗阀打开冲刷内胆。也可以用于手动方式来清洗，比如打开排水管11放水，同时打开清洗阀进行清洗。

图5是压铸发热器的结构示意图，如图所示，压铸发热器由电热管4a、换热管4b、压铸金属4c组成，一般考虑用铝做为压铸金属。此发热器的特别之处在于，发热器要能平衡换热管4b的水流以及内胆中的蓄热介质的加热效果。首先发热器的表面传热面积要在一个合适的值，这可以根据功率大小和电热管热负荷系数算出。同时，考虑当有水流经换热管时，发热器的表面温度不能太高，比如不高于55度(此项不是本专利的限制条件)，当内胆水温等于或大于此温度时，发热器不向内胆中传热，这样就会有良好的即热效果；当没有水流通过时，发热器加热内胆中的水，由于内胆水温可能要加热到80度，我们要防止发热器温度过高，所以此结构还要保证，电热管的温度能及时传出，防止过高温度减短寿命。同时，由于铝在水中会氧化，且生成松散的结构，可以采用喷涂或电镀或在表面形成致密氧化层的方式来保护。

热水器制作工艺总体方案，上述图示只是为了方便理解的示意图，把各主要部分尽量铺开不重叠以便理解查看，真实的结构却是要尽量紧凑，同时，图中也省略了比如温度传感器、水位传感器、控制电路板等等业内公知技术细节。本专利的内胆可以采用PP吹塑成型，其底部设计一开口用于装置必须要连接到内胆2上的零件，比如发热器、各种管件接头以及水位感应装置。内胆的水位感应可以采用压力水位传感器、干簧管开关、霍尔开关、电阻感应、电容感应、雷达感应、红外感应等等各种形式，比较经济的方案是干簧管感应和霍尔感应，此两种方式的本质都是磁感应，可以把感应开关装在内胆的顶部，当水位达到会浮起感应开关的浮子，达到磁感应距离时，主控电路控制电磁阀关闭。更为实用的是压力水位感应，因为能连续感就水位的高低，可以进行更多的智能控制，本实施例用的就是压力水位感应器。如图1至图4所示，内胆底部需要开孔装配压铸发热器4，开孔位置为了增加强度和其它装配工艺考虑，一般考虑在此位置吹塑出凸台，由于吹塑产品都是薄壁件，所以还需内衬结构件在内胆上，使之更结实。连接在内胆上的零件，都可以此结构件为基础安装。文丘里装置从经济上考虑可采用注塑成形，所述控制阀7阀体的结构可以直接设计在文丘里装置上，使结构更紧凑，也能节约成本。从耐用性角度考虑，控制阀可使用陶瓷阀芯，用步进电机作为驱动装置。压力水位传感器可以采用称重传感器作为感应装置，利用皮膜把水的压强转化为压力，皮膜的大小与单位水位高度产生的压力成正比，通过简单的换算即可以把称重传感器上的压力大小转化为水位高低。其它关于接头如何连接、温度传感器如何安装等等都是业内公知的简单技术，关于压力水位感应也不仅只介绍中的一种方式，不再一一介绍。

实施例二

如图6所示，此方案相比实施例一中的不同之处在于，没有控制阀7，且水位感应采用浮球水位传感器8，由于没有控制阀7，所以不能调节文丘里装置吸入端的流量大小，故一般不能实现恒温，若要实现恒温，则只能通过调整压铸发热器4的功率大小，但这样会使发热器功率不能用尽，缩短其单次热水使用时长。本方案由于没有使用可连续测水位的水位传感器，故其只能分段测水位，图中上下两个水位传感器，故可以测最高水位与最低水位。其它特征与实施例一完全一致，故不做重复介绍。

实施例三

如图7所示，本实施例用浮球装置上水，除此之外其它结构形式与实施例一基本一样。这种方案由于无法由电子控制其上水，完全由水位本身来控制，所以当内胆向外提供热水时，同时也会补入冷水，所以只能采用下进水，顶部出热水的方式。此种方案的热水输出率没有实施例一高，同时也无法自动排除水垢和泥沙，会像传统储水式热水器一样藏污纳垢。但由于其成本优势，虽然与前两个实施例相差较大，但比传统电热水器有一定的优势，也是可选方案之一。由于冷热水混合会形成温度梯差，当出水达到此梯度层时，温度变化很快，所以此种结构最好使用控制阀7来实现恒温效果，当然也可以不用，传统电储水式热水器也存在这样的问题，只需加大容量就能缓减这个问题。由于冷水比热水重大而沉在内胆底部，所以压铸发热器4即使当自来水流过带走部分热量时，其表面温度还是要高于内胆底层刚加入的冷水，会不可避免的向内胆中散热，导致即热效果差，单次热水输出率不足。为解决即热效果不佳单次热水输出不足这个问题，可以如图8一样，增加对流控制装置，图中的对流控制装置由温包基座18、温包19、温包阀盖20组成，温包基底与温包阀盖构成封闭空间盖住发热器加热内胆的传热表面，温包会在一定的温度下控制温度阀盖打开与关闭，从而控制发热器是否加热内胆中的水。比如当有自来水流经压铸发热器时，由于热量被自来水带走，发热器表面温度会低于某一个值，此时温包19控制温包阀盖20关闭，发热器不加热内胆中的水；而当没有自来水流过，需要加热内胆中蓄热介质时，发热器工作，其表面温度持续升高，达到温包19的打开温度后，温包阀盖打开，发热器加热内胆中的水。温包阀盖20可以采用翻盖式，翻盖式打开后可做到完全没有遮挡，更利于水的对流。发热器也可采用图2的结构，更加科学。对流控制装置还可以用别的结构，比如用电机控制阀盖的开合，或用水泵驱动水的流动。

上述几个实例并不能穷尽所有的结构与方法，上述所有方案的组合，任何通过本发明能轻易想到的方案以及任意变形的方案，均在本专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种改进型文丘里效应多模热水器，包括外壳(1)、内胆(2)、进水端(12)、出水端(13)、水流感应单元(5)，其特征在于：还包括文丘里装置(3)、发热单元、水位控制单元，所述发热单元的结构使之可以既加热所述内胆(2)中的储热介质，又可以加热流经发热单元的自来水，所述文丘里装置的吸入端与内胆(2)连通，所述文丘里装置的进水端和出水端与发热单元及热水器进水端、出水端连通，所述水位控制单位用于控制内胆(2)中水位的位置，所述内胆(2)有通气孔与大气连通。

2.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：所述发热单元为压铸发热器(4)，所述压铸发热器的发热元件与换热器用导热良好的金属铸造在一起，所述压铸发热器与内胆蓄热介质接触的位置设置有凹凸结构以增大传热面积。

3.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：所述水位控制单元包括水位感应装置、控制阀(7)，水位感应装置用于感应内胆(2)中水位的位置，控制阀用于控制向内胆(2)中充水通道的开、关及大小。

4.根据权利要求3所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：所述水位感应装置为压力水位传感器(6)，所述控制阀安装在所述文丘里装置(3)吸入端的水流通道上。

5.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：还包括单向阀(9)，所述单向阀(9)与所述文丘里装置(3)的吸入端连通，所述单向阀的安装方向不允许自来水通过文丘里装置的吸入端流入内胆(2)中。

6.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：所述水位控制单元为浮球装置，所述浮球装置由浮球(17)、浮球阀体(16)组成。

7.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：还包括排水管(11)，所述文丘里装置的吸入端与排水管连通，所述文丘里装置连接排水管的入口装置滤网。

8.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：还包括清洗装置，所述清洗装置由清洗阀(22)及喷管(14)组成，所述喷管的结构使之可以冲刷热水器底部，所述清洗阀安装在喷管和自来水通道之间。

9.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：所述发热单元为电磁发热器，所述电磁发热器的磁感应发热部件包括自来水加热通道以及加热内胆(2)中蓄热介质的传热表面，所述磁感应发热部件装配在内胆(2)中。

10.根据权利要求1所述的一种改进型文丘里效应多模热水器，其特征在于：还包括对流控制装置，所述对流控制装置的安装位置和结构使之可以控制发热单元是否向内胆(2)中传热。

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