CN209978359U - 利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器，包括热水器和与热水器连通的自来水冷水进水管和热水出水管，自来水冷水进水管和热水出水管同时连通三进一出混水阀，热水出水管上靠近混水阀的位置通过储水容器进水管道连通储水容器，储水容器通过储水容器出水管道连通混水阀，储水容器出水管路上设置泄压阀、控制阀门和逆止阀。本实用新型可以利用自来水余能把热水器出口至实际出水口管路之间的冷水储存起来并在储水容器中形成压缩空气能，压缩空气能做功使冷水在其他使用地方利用，实现这部分冷水资源90％以上的利用，在不消耗电能的前提下达到了节约水资源的目的，相较于循环泵节约利用该部分冷水的技术，节约了电能。

Description

利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器

技术领域

本实用新型属于热水器技术领域，具体涉及利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器。

背景技术

我国目前热水器(包括燃气、电、太阳能等)在中国城镇家庭中的普及率已达到71.5％，年销量1200万台，社会保有量接近15亿台左右，成为继彩电、冰箱、洗衣机、空调之后的第五大家用电器。由于我国没有普及市政集中供热水，热水供应依然以家庭分布式的热水器为主，而现在热水器的出口至混水控制阀门间的管路中存在一段距离的冷水管，在每次打开热水开关时，总会放出该段管路中的未被加热的水，浪费水资源，且使用体验不佳。以直径20mm，壁厚2.8mm的PPR管为例计算，选热水器出水口至控制阀门间管路长度6m作为需要节水的PPR管长度，则单次浪费水的体积约为1L，我国居民人均日生活用水量在110～120L/(人·d)，居民人均日用热水量在30～40L/(人·d)。若按照热水器的社会保有量计算，并取每台热水器每天平均使用1次计算，则浪费的水的体积约为1500000m³。为节省该部分冷水，现有技术通过增加电控开关、计时器、控制芯片、水泵、电磁阀等原件实现这部分冷水循环回热水器加热，解决了该问题。但是，增加循环泵和控制系统会增加热水器管路的复杂程度，并耗费额外的能量，使得热水器成本增加较多。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器，该种热水器既可在已安装的常规热水器基础上进行简单改造，又可设计制造新的集成结构热水器，把热水器上热水出水管内的冷水储存起来，并利用储水容器中的压缩空气能实现这部分冷水资源90％以上的利用，在不消耗电能的前提下达到了节约水资源的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器，其特征在于，包括热水器主体、储水容器和混水阀，所述热水器主体上连接有自来水冷水进水管和热水出水管，所述储水容器上连接有储水容器进水管道和储水容器出水管道，所述混水阀为三进一出式混水阀，所述混水阀的三个进水口分别连通自来水冷水进水管、热水出水管和储水容器出水管道，所述热水出水管上靠近混水阀的一侧连通储水容器进水管道，所述自来水冷水进水管上连通用于向热水器主体注入冷水和提供自来水余能的自来水供水管，所述混水阀由自来水冷水进水管连接自来水供水管提供与热水混合的冷水源。

优选地，所述储水容器呈密封状态，储水容器通过进水口连通储水容器进水管道，储水容器通过出水口连通储水容器出水管道，所述储水容器可置于热水器主体外用于改造已安装的热水器，也可设计新型热水器使储水容器置于热水器主体内，所述储水容器可与热水器集成在一起，也可单独布置，方便灵活，适应性强。

优选地，所述出水管道上连接有使储水容器中的冷水去往不同用途的分支管道，所述分支管道上设置有控制阀门和逆止阀。

优选地，所述储水容器出水管道上连接有泄压管道，所述泄压管道上设置有泄压阀，在容器内压力超过设定值时泄压阀打开，以防止容器因承压过大而破裂，保障储水容器和热水器主体运行安全，所述泄压管路连接在储水容器出水分支管路上的控制阀门和逆止阀之间。

优选地，打开储水容器进水管道上的阀门后，热水出水管内的冷水在自来水余能(压力)的作用下进入储水容器，同时密封储水容器内的空气进行压缩，获得压缩空气能，当打开混水阀或者分支管道上的控制阀门时，储水容器内的水在压缩空气能和重力的作用下沿储水容器出水管道流出或通过分支管道排至马桶或洗衣机等用水位置。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，清洁环保，便于安装，可对已有的常规热水器进行更新改造，达到更好的使用效果，解决了用户在使用热水时需要先放出一段冷水的问题，提供了更加舒适的用水体验。

2、本实用新型所设计的储水容器既可以与热水器集成在一起，也可以单独布置，安装灵活，适应性强。

3、本实用新型设备利用自来水余能把热水器上热水出水管内的冷水储存起来，然后利用储水容器中的压缩空气能实现这部分冷水资源的利用，实现这部分水资源90％以上的节约利用，在不消耗电能的前提下达到了节约水资源的目的，相较于循环泵节约利用该部分冷水的技术，节约了电能，储存起来的冷水提供了多种使用方案，提高水资源的利用率。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的分离式结构示意图。

图2是本实用新型的集成式结构示意图。

图3是本实用新型中储水容器放水过程中液面高度随时间变化的曲线图。

图4是本实用新型中储水容器放水过程中气体压强和液体体积的变化过程曲线图。

附图标记说明：

1—混水阀； 2—自来水供水管； 3—热水器主体；

4—储水容器； 5—储水容器进水管道； 6—泄压阀；

7—逆止阀； 8—分支管道控制阀门； 9—热水出水管；

10—进水管道控制阀门； 11—储水容器出水管道； 12—自来水冷水进水管。

具体实施方式

如图1或图2所示，本实用新型包括热水器主体3、密封储水容器4和混水阀1，所述热水器主体3上连接有自来水冷水进水管12和热水出水管9，所述储水容器4上连接有储水容器进水管道5和储水容器出水管道11，所述混水阀1为三进一出式混水阀1，所述混水阀1的三个进水口分别连通自来水冷水进水管12、热水出水管9和储水容器出水管道11，所述热水出水管9上靠近混水阀1的一侧连通储水容器进水管道5，所述冷水进水管13连通于自来水供水管2向热水器主体3注入冷水。

本实施例中，热水器主体3选用60L电热水器。

本实施例中，热水出水管9为直径20mm，壁厚2.8mm的日丰PPR管，长度为6m，其中的压强为0.34Mpa，储水容器4为底面直径10cm、高25cm的圆柱有机玻璃容器。

本实施例中，所述储水容器4可与热水器主体3分离单独布置，也可与热水器集成布置，方便灵活，适应性强。

本实施例中，所述进水管道5上设置有进水管道控制阀门10，所述储水容器出水管道11上连接有分支管道，所述分支管道上设置有分支管道控制阀门8和逆止阀7，所述分支管道可连通马桶水箱等用水位置，储水容器进水管道5上的进水管道控制阀门10打开后，测得进水时间约为10s。

本实施例中，打开储水容器进水管道5上的进水管道控制阀门10后，热水出水管9内的冷水在自来水余能(压力)作用下进入储水容器4，同时对密闭储水容器4内的空气进行压缩，获得压缩空气能，当打开混水阀1或者分支管道上的分支管道控制阀门8时，储水容器4内的水在压缩空气能和重力的作用下沿储水容器出水管道11流出或沿分支管道排至马桶或洗衣机等用水位置。

本实施例中，所述储水容器4上设置有泄压管路和泄压阀6，以防止因自来水管道压力过大导致的储水容器4承压过大而破裂事故，保证运行安全。

基于上述方案搭建实验模型，其使用方法包括以下步骤：

步骤一、按图1所示连接各处管道，搭建模型；

步骤二、打开储水容器进水管道10上的进水管道控制阀门10，热水出水管9中的冷水在自来水余能(压力)作用下充入储水容器4，测得进水时间约为10s，水位不再上升，达到稳定状态，然后关闭进水管道5上的进水管道控制阀门10；

步骤三、打开出水管道11上连通的混水阀1或分支管道控制阀门8，让储水容器4中的水在压缩空气压力和重力作用下排出，通过流体力学理论可计算出放水时间和液面高度变化关系的函数关系，并实验测得液面高度随时间变化数据如图3所示；

步骤四、进行数据分析：由图3可知将储水容器4内的水放空所用时间为16.3s，出水流量随时间增长而逐渐减小。以该团被压缩气体为系统，并假设在水被完全排出后，气体不外逸，为封闭系统，则整个膨胀过程可以视为压缩气体对水做准静态容积变化功。放水过程中，随压强减小，被压缩气体逐渐膨胀，最终占据整个容器腔体。P-V变化过程线如图4所示，通过计算P-V曲线下的面积，可计算得到被压缩气体对水作的功量，即压缩空气所储存的能量，计算得储存空气能约为272J，单次可储、放水的体积为1.57L。

综上所述，该实施例搭建的模型在增加用户用水体验的基础上能有效节约水资源，提高水资源的利用效率，该模型搭设简便，可推广使用。另外，可将该系统集成到新的热水器中，设计制造新型的节水节能热水器。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器，其特征在于，包括热水器主体(3)、储水容器(4)和混水阀(1)，所述热水器主体(3)上连接有自来水冷水进水管(12)和热水出水管(9)，所述储水容器(4)上连接有储水容器进水管道(5)和储水容器出水管道(11)，所述混水阀(1)为三进一出式混水阀(1)，所述混水阀(1)的三个进水口分别连通自来水冷水进水管(12)、热水出水管(9)和储水容器出水管道(11)，所述热水出水管(9)上靠近混水阀(1)的一侧连通储水容器进水管道(5)，所述自来水冷水进水管(12)连通用于向热水器主体(3)注入冷水和提供自来水余能的自来水供水管(2)。

2.根据权利要求1所述的一种利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器，其特征在于，所述储水容器(4)呈密封状态，储水容器通过进水口连通储水容器进水管道(5)，储水容器(4)通过出水口连通储水容器出水管道(11)。

3.根据权利要求1所述的一种利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器，其特征在于，所述储水容器进水管道(5)上设置有用于手动或自动控制进水和停止进水的进水管道控制阀门(10)，所述储水容器出水管道(11)上连接有分支管道，所述分支管道上设置有分支管道控制阀门(8)和逆止阀(7)。

4.根据权利要求1所述的一种利用自来水余能和压缩空气能回收冷水的节水节能热水器，其特征在于，所述储水容器出水管道(11)上连接有泄压管道，所述泄压管道上设置有用于保障储水容器(4)和热水器主体(3)运行安全的泄压阀(6)，所述泄压管路连接在储水容器出水分支管路上的控制阀门(8)和逆止阀(7)之间。

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