CN212657883U - 一种无垢双模热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于热水器领域，特别涉及一种采用换热的电热水器。本实用新型采用换热形式，包括了至少一个大容积的蓄热仓和至少一个小容积的聚能仓，换热器分别安装在蓄热仓与聚能仓中，还包括泵，根据需要使水流在聚能仓与蓄热仓中循环，泵根据聚能仓中的温度以及水流通断的条件，采用电子或机械的方式控制泵的流量和通断。当进水温度较高时，发热器只加热聚能仓中的水，实现即开即热的效果；当进水温度较低时，发热器加热蓄热仓中的水，冷水流经换热器吸收蓄热仓中的热量再进入到聚能仓中的换热器二次加热。当关掉自来水时，由于聚能仓里高温，再次开水会流出一股烫水，故泵可以在关水后运行一段时间消除高温烫水。

Description

一种无垢双模热水器

技术领域

本实用新型属于热水器领域，特别是一种采用换热的电热水器。

背景技术

传统电储水式热水器需要长期保温，浪费能源，且由于储水式热水器的热水率输出率一般为60％，使得需要较大容积或较高温度才能满足洗浴要求，内胆温度高于60度还会导致结水垢的问题。本实用新型提供一种新的技术方案解决上述问题，可以同时实现即热与储热效果，在气温较高时不需要内胆预热保温，冬天也无需长时间反复加热保温。如上所述的技术要求已经可通过别方式实现，比如专利名称为“一种多模热水器”的专利，但在“一种多模热水器”这个专利中，还存在一个缺陷，关水后几分钟内再次开水会出来一股烫水，这是由于换热的温差导致的问题(比如聚能腔中65度，通过换热管的自来水42度左右，当关水之后，换热管中的水有充足的时间吸收聚能仓中的热能，达到聚能仓一样的水温，这样关水再开水，就会烫到使用者)，另外，一种多模热水器的一级换热效果也不是很好，还需要加强。

综上所述，传统电热水器以及后续革新技术的电热水器还是存在一些问题，需要进一步的技术革新来解决问题。本实用新型是利用水泵，控制聚能仓与蓄热仓的热交换，可以在关水之后，水泵持续工作一段时间，把聚能仓中的热水抽往蓄热仓，以降低聚能仓中的温度，从而避免关水再开的烫水问题；同时，为了提高安放在蓄热仓中的换热器(一级换热器)的效率，还增加了喷管，喷管上面可以像花洒一样开设一些喷口，均匀的喷在换热器上，增加一级换热器周围的对流强度；通过热膨胀元件感应聚能仓中的水温或同时感应聚能仓及换热器的温度来控制流经喷管及聚能仓的流量比例，也可以根据水流状态及聚能仓温度，采用电机或其它电动机构来调节流经喷管与聚能仓的流量比例。比如，当冬天蓄热仓中的温度降到较低时，希望聚能仓不再向蓄热仓供热，发热器的全部功率用于加热流经聚能仓换热器，且希望蓄热仓增强换热以吸收更多的热能，此时热膨胀元件或电动机构关闭通往聚能仓的通路，而喷管的通路全开，实现最佳的效果。当然，也可以通过调速模块控制泵的转速来控制聚能仓与蓄热仓之前的流量，此方案更为简单，但效果稍差。

如果不考虑成本，还可以采用两组发热器，一组发热器装配在蓄热仓中，另一组发热器装配在聚能仓中，通过电子控制两组发热器的工作状态与功率，使两组发热器功率之和不大于额定功率，根据水温的情况分配两组发热器的功率比例。比如当出水温度或内胆温度较高时，蓄热仓中发热器功率占比大，随着使用温度越来越低，聚能仓中发热器功率占比越来越高，直至占有全部的功率。这种方式下水泵的目的可以有三个：1、关停水后把聚能仓中的烫水泵出；2、增强一级换热器的效率；3、让聚能仓中的水内循环，使得聚能仓换热温差低，从而也可以避免烫水(比如做到换热温差5度以内时，出水42 度，聚能仓中只有47度，也烫不到人)，根据需要这三种作用可以单独或组合利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是通过下面技术解决方案解决的：

一种无垢双模热水器，包括外壳、发热器、换热器、蓄热仓、控制单元、热水接头、冷水接头，还包括泵、聚能仓，所述泵的一头与蓄热仓连通，另一头与聚能仓连通，所述换热器分别安装在蓄热仓与聚能仓中，所述聚能仓与所述蓄热仓之间有水流通道。

进一步地，无垢双模热水器还包括热膨胀元件、顶杆、弹簧、喷管14，所述喷管安装在蓄热仓中，喷管的喷口位置和结构以有利于增强换热器周围换热介质的流动，所述热膨胀元件装配在聚能仓中或与聚能仓中的介质进行热藕合，所述顶杆与热膨胀元件的推杆配合，弹簧装配在顶杆上，所述热膨胀元件根据聚能仓中的温度确定顶杆打开的长度，调节从泵流往聚能仓和喷管的流量，热膨胀元件收缩时顶杆在弹簧的反作用力下复位。

进一步地，还包括混温块，所述混温块与聚能仓以及二级换热器中的水进行热藕合，所述热膨胀元件安装在混温块上。

可选地，所述控制单元还包括调速模块、温度传感器，所述温度传感器装配在聚能仓内，所述调速模块跟据温度传感器的数据控制泵的转速。

可选地，还包括马达、喷管、温度传感器，所述喷管安装在蓄热仓中，所述温度传感器感应聚能仓的水温，所述马达根据聚能仓中的水温调节从泵流往聚能仓和喷管的流量比例。

进一步的，所述热水器还包括水流开关，所述泵和马达根据水流开关的状态确定工作模式。

可选地，所述发热器为两组或多组，其中至少一组装配在聚能仓内，至少另一组装配在蓄热仓内。

可选地，所述发热器装配在聚能仓内，所述聚能仓装配在蓄热仓的外部。

进一步地，两组发热器的功率都为额定功率，其控制方式保证两组发热器任意工作状态的即时功率之和不大于额定功率。

有益效果

本实用新型开发的一种利用泵循环加热的双模热水器，能够解决传统电储水式热水器全年需要保温蓄热而导致能耗高的问题，也解决了即热热水器功率大水量小的问题，还解决了“多模热水器”关水再开启的烫水问题以及一级换热效率低的问题，且成本不高，具有推广价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明

图1是无垢双模热水器结构示意图一

图2是无垢双模热水器结构示意图二

图3是混温块方案局部示意图

图4是马达驱动阀芯结构示意图

图5是两组发热器结构示意图

图6是两组发热器电路控制示意图

图中：

1.外壳 2、蓄热仓 3、一级换热器 4、二级换热器 5、聚能仓 6、发热器 7、泵 8、温包 9、顶杆 10、弹簧 11、翻板 12、冷水接头 13、热水接头 14、喷管 15、混温块 16、阀芯 17、第二发热器 18、泵连接管 19、温度传感器 20、控制单元 21、马达

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实用新型作进一步说明。

实施例一

图1是根据本实用新型第一实施例的热水器结构示意图，如图1所示，热水器有一个有一定容量的蓄热仓2，一级换热器3装配在蓄热仓内部(注意一级换热器与二级换热器可以是同一个换热器的两个部分)。聚能仓5采用外置的形式安装在蓄热仓2的外部，这样设计的目的不仅有利于维修，且聚能仓散热更小，即热效率更高。发热器6以及二级换热器4装配在聚能仓内。泵7的吸水端连接在蓄热仓2的底部(之所以吸水端连接蓄热仓是因为没经过聚能仓加热的水温度总是低一些，有利于泵的寿命)，另一端连接聚能仓5 和喷管14。热膨胀元件8(一般采用石蜡温包，非常成熟的一个温控配件) 安装在聚能仓5内，热膨胀元的件推杆与顶杆9配合，弹簧10安装在顶杆9 上。

热膨胀元件工作方式为：当发热器6开始加热，泵7启动工作(泵有几种控制方式，下一小节会专门讲泵的控制)，聚能仓中的蓄热介质升温，当聚能仓中的温度达到热膨胀元件8的初开温度时，热膨胀元件的推杆克服弹簧力推动顶杆9，顶杆9推动翻板11旋转，打开泵7通往聚能仓5的通道，此时通过泵的水一部分通过喷管14回到蓄热仓，另一部分通过聚能仓回蓄热仓。两路水流的流量比例依热膨胀元件推杆顶出的高度决定，而推杆顶出的高度是由聚能仓的温度决定，温度越高顶出越长，泵流经聚能仓的流量越大。当推杆顶出到高大值时，翻板11盖住喷管14的流道，而聚能仓的通道全部打开，泵的水全部通过聚能仓以迅速带走热量；当聚能仓中温度较低时，热膨胀元件8中的介质体积减小，推杆在弹簧10的作用复位，翻板把聚能腔的通道堵死，喷管的通道全部打开，此时一级换热器周边介质流动最快，换热效果最好。

热水器的工作方式为：1、智能模式，当温度传感器感应到进水温度或气温高于某个值时，热水器采用即热模式，即热模式是开启水流加热，关闭水流停止加热(温度传感器与水流开关都是行业内的成熟公知技术，未予画出)，当然，如果聚能仓的容积稍大，为了减少前期的冷水量，未开启水流而只是启动开机信号时，也可把聚能仓预先加热到某个设定温度，比如45度。智能模式下，还可根据进水或出水温度自动调整功率大小。当温度传感器感应到进水温度或气温低于某个值时，热水器采用速热模式，速热模式会预先加热蓄热仓中的蓄热介质，且根据进水温度或气温自动设定蓄热仓的预设温度。2、即热模式，跟智能模式是的即热模式基本一样，只不过需要人为的设置各参数。3、速热模式，跟智能模式中的速热模式一样，只不过需要人为的设置各参数。

泵的工作方式为：1、与发热器同时工作，只要发热器工作，泵就启动，发热器停止泵也停止工作。2、与发热器及水流开关联动(水流开关是公知技术，一般采用霍尔开关并装在进水口，图中未画出)当发热器工作时，泵启动，当发热器停止工作或水流开关停止工作时，泵再工作一段时间以降低聚能仓中的水温，防止再次开热水出来一股烫水。3、与温度传感器联动(温度传感器为公知技术，未画出)，当聚能仓中的温度高于设定值且高于蓄热仓中的温度时，泵工作，否则停止工作。以上三种方式最为典型，根据产品要求可以采用其中任意一种或组合使用。组合使用的逻辑也非常简单，比如在水流开关启动时，采用第3种方式，但聚能仓开启泵的温度限定值为A；当水流开关未启动时，采用第3种方式，但聚能仓开启泵的温度限定值为B。等等，在此不做过多介绍。

结构与制造：本人几年前有一个实用新型“一种多模热水器”与这种技术相类似，通过了3C认证且已经大量生产，在结构可靠性、工艺、成本等方面都比较出色，远优于传统电热水器。在此仅做简单介绍，如图示，仅展示出与本实用新型相关的必要部分，蓄热仓由于不需要承受自来水压，可以采用廉价的PP吹塑成型。聚能仓可设计成上下两个壳，采用注塑成型，上下壳用硅胶圈密封螺丝或卡扣锁紧，为了快速装配或自动装配以及材料回收，尽量使用卡扣。如果不考虑维修，上下壳也可以在装配好内部件之后采用超声焊接或感应焊接。聚能仓的外部接头，与换热器或蓄热仓驳接的位置，可以采用径向密封，如采用径向密封，由于密封配合面的行程长，聚能仓与蓄热仓的连接可以采用卡扣(在自动化生产中，卡扣为最优方式)；如果接头采用端面密封，那么密封的好坏取决于压力，采用卡扣就不可行了，只能用螺丝或凸轮紧固。泵与各部件连接可采用软管或螺纹接口等方式。

实施例二

图2是横式结构，是本实用新型的第二实施例结构示意图，本实施例中，聚能仓5装配在蓄热仓2的内部，一级换热器3与二级换热器4为同一部件的两个部分，二级换热器4与发热器6以及温度传感器19装配在聚能仓5内，一级换热器装配在蓄热仓顶部，泵7的一端与蓄热仓连通，另一端通过软管 18与聚能仓连通，聚能仓的一端有通孔与蓄热仓连通。

此实施例为简化版，没有喷管，没有热膨胀元件，发热器的控制方式与实施例一相同，也是可以有多种工作模式，但泵的控制方式不同，在实施例一中，泵可以始终全功率工作而不必控制其转速，但在本实施例中，必须要控制转速，否则聚能仓中不能维持一个合理温度而导致热水器无法正常工作，同时也破坏了聚能仓的热平衡作用。控制单元20根据聚能仓中温度传感器19 的数值来调整泵7的转速，根据泵结构的不同，可以通过调电压或调频率的方式来控制其转速。控制转速的基本原则为：以热平衡基准温度(比如70度) 为标准，低于这个温度时水泵不转或低速转动，高于这个温度时泵逐渐加快速度，达到某个最高基准(比如80度)，泵全速工作。

实施例三

图3是本实用新型的第三实施例局部结构示意图，本实施例与第一实施例的区别就是多了混温块15，其它与实施例一完全一样。混温块的目的是综合考虑换热管的温度与聚能仓的水温，以达到把热膨胀元件初开温度降低的目的。在第一实施例中，为了让聚能仓能把换热器中的水加热到洗浴温度，并实现在蓄热仓温度快速变化时能起到热平衡的作用，聚能仓中的温包一般要选择相对较高的初开温度(具体温度值保密)。所以在实施例一的方案，还存在一个问题，温包在较高的温度就关闭了，可能导致关停水后泵不能排除聚能仓中的高温水，还将导致关停水后在几分钟内开水的烫水问题(当然也可以没有，这是由于温包打开和关闭有一个过程，一般在十几秒，这个时间泵已经把热水排除了，而且这个时间可以通过结构设计来调整)。为了解决这个问题，本实施例新增了混温块这个零件，它可以由铜、黄铜、铝合金等导温性能较好的金属材料制成，如果热水器的蓄热介质是水，混温块的材质还必须耐腐蚀。混温块的结构使之既可以与换热器进行热交换，也可以与聚能仓中的介质进行热交换，两者温度加权平均后为混温块的平均温度，可以通过调整与换热器或聚能仓的接触面积来调整加权值。

本实施例的工作原理为：当发热器工作且热水器未开启水流时，聚能仓以及其中的换热器都迅速升温，热膨胀元件推杆顶开，打开聚能仓的通道，水泵把聚能仓的热水泵至蓄热仓，且一直持续这个过程。当热水器开启水流时，如蓄热仓中的温度较低或为室温，则聚能仓中换热器的前段温度会比较低，混温块15的温度下降到热膨胀元件初开温度以下(比如45度以下)，则泵通往聚能腔的通道关闭，发热器只加热聚能仓中的水并通过换热器的水流带走热能；在水流开启状态下，如蓄热仓中温度较高，则自来水通过一级换热器吸收蓄热仓中的热能预热，则聚能仓中换热器的前段温度也将较高，换热器与聚能腔的温度加权平均后使得混温块温度高于热膨胀元件8的初开温度，通道打开，泵把聚能仓中多余的热量带走。此种方式的最大不同是能够综合考虑开启或关闭水流、蓄热仓中的温度、聚能仓中的温度、换热器中水的流速等因素，其效果要比实施例一更好，同时，热膨胀元件的初开温度也可以降低，改善聚能仓的工作条件。

实施例四

图4是本实用新型的第4实施例局部示意图，本实施例是采用马达带动阀芯16运动以调整水流通道，在聚能仓中安装有温度传感器，在进水口安装有水流开关(温度传感器和水流开关是公知技术，未画出)，马达根据聚能仓中的水温以及水流开关的状态确定其开度，马达一般采用步进电机，方便其精确的控制阀芯16的开度。其余与实施例一一样，不再多述。

实施例五

图5、图6分别是实施例五的结构示意图与电子控制示意图，实施例五与前面4个实施例的区别在于实施例五有两组发热器，一组装配在聚能仓中，用于加热聚能仓中的介质，实现即热效果；一组装配在蓄热仓中，用于加热蓄热仓中的介质。此种方式的最大优点是：能长期保持恒温出水，改善聚能仓的工作条件(原因后面再说)。此时泵的作用仅仅是为了在关停水后把聚能仓的温度降下来，增强一级换热器周围蓄热介质的对流速度。如图6所示，两组发热器分别由两个可控硅控制，其控制方式为：1、前提条件：水流未启动，速热模式(需要加热蓄热仓)。控制方式：第二发热器全功率工作。2、前提条件：水流启动，速热模式。控制方式：第二发热器工作，聚能仓中的发热器根据出水温度择机工作，一般考虑将换热器出水温度恒定在55度(也可以是别的温度)，比如当换热器出水温度高于55度时，第二发热器全功率工作，聚能仓中的发热器不工作，当换热器出水温度低于55时，两组发热器同时工作，且两个可控硅占空比之和为1，也就是说当聚能仓中的发热器工作时，第二发热器减小相对应的功率，使两者之和等于额定功率，随着蓄热仓中水温降低，则逐步提高聚能仓中发热器的功率，直至全功率工作；当聚能仓中发热器全功率工作时，第二发热器不工作。3、前提条件：即热模式(即热模式只有在水流启动的条件下发热器才工作，且即热模式第二发热器不工作)。控制方式：聚能仓中发热器工作，且根据换热器出水温度控制其功率大小。泵在每次关断水流后启动把聚能腔中的高温热水降温，或者在出水温度达不到洗浴要求时通过喷管向一级换热器喷水以提升换热效率，提高出水温度。

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及任何通过本实用新型能轻易想到的方案，均在本专利的保护范围内。

Claims (9)

1.一种无垢双模热水器，包括外壳(1)、发热器(6)、换热器、蓄热仓(2)、控制单元(20)、热水接头(13)、冷水接头(12)，其特征在于：还包括泵(7)、聚能仓(5)，所述泵(7)的一端与蓄热仓(2)连通，另一端与聚能仓(5)连通，所述换热器分别安装在蓄热仓与聚能仓中，所述聚能仓(5)与所述蓄热仓(2)之间有水流通道。

2.根据权利要求1所述的无垢双模热水器，其特征在于：还包括热膨胀元件(8)、顶杆(9)、弹簧(10)、喷管(14)，所述喷管(14)安装在蓄热仓(2)中，喷管的喷口位置和结构以有利于增强换热器周围换热介质的流动，所述热膨胀元件(8)装配在聚能仓(5)中或与聚能仓(5)中的介质进行热藕合，所述顶杆(9)与热膨胀元件的推杆配合，弹簧(10)装配在顶杆上，所述热膨胀元件(7)根据聚能仓(5)中的温度确定顶杆(9)打开的长度，调节从泵(7)流往聚能仓(5)和喷管(14)的流量，热膨胀元件收缩时顶杆(9)在弹簧的反作用力下复位。

3.根据权利要求2所述的无垢双模热水器，其特征在于：还包括混温块(15)，所述混温块(15)与聚能仓(5)以及二级换热器(4)中的水进行热藕合，所述热膨胀元件(8)安装在混温块(15)上。

4.根据权利要求1所述的无垢双模热水器，其特征在于：所述控制单元(20)还包括调速模块、温度传感器(19)，所述温度传感器(19)装配在聚能仓(5)内，所述调速模块跟据温度传感器(19)的数据控制泵(7)的转速。

5.根据权利要求1所述的无垢双模热水器，其特征在于：还包括马达(21)、喷管(14)、温度传感器，所述喷管(14)安装在蓄热仓(2)中，所述温度传感器感应聚能仓的水温，所述马达(21)根据聚能仓(5)中的水温调节从泵(7)流往聚能仓(5)和喷管(14)的流量比例。

6.根据权利要求1或5所述的无垢双模热水器，其特征在于：还包括水流开关，所述泵和马达根据水流开关的状态确定工作模式。

7.根据权利要求1或2或5所述的无垢双模热水器，其特征在于：所述发热器为两组或多组，其中至少一组装配在聚能仓内，至少另一组装配在蓄热仓内。

8.根据权利要求1所述的无垢双模热水器，其特征在于：所述发热器装配在聚能仓内，所述聚能仓装配在蓄热仓的外部。

9.根据权利要求7所述的无垢双模热水器，其特征在于：两组发热器的功率都为额定功率，其控制方式保证两组发热器任意工作状态的即时功率之和不大于额定功率。

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