CN212788256U - 电热水壶 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电热水壶，其包括：热交换器，其具冷水路径和热水路径，以及加热件，其用于将来自热交换器的冷水路径的水加热为沸水，以便将沸水供送至热交换器的热水路径，流入热交换器的冷水路径的水与流入热交换器的热水路径的沸水在热交换器内发生热交换。本实用新型的电热水壶能够生成指定温度的开水，并节省所需的能源和时间。

Description

电热水壶

技术领域

本实用新型涉及一种电热水壶设计，尤其涉及电热水壶的内部结构以及热交换器的应用，从而达至有效的能量回收。

背景技术

根据世界卫生组织，把水烧开(特别指把水烧至沸腾滚滚)是最有效和简单地将致病细菌杀死的方法[1]。这对于发展中国家而言尤其重要，因为该等地区有大量人口受水媒传播疾病感染。例如，联合国儿童基金会在2017年的报告中指出每年因为缺乏洁净水而导致腹泻死亡的幼儿超过361,000名[2]。因此，以沸腾的方式把水消毒是尤为关键的社会议题，因而促成了庞大的电热水壶需求和市场规模。电热水壶是一种具备独立加热组件的烧水器，其市场收入预计到 2020年将超过23亿美元，而复合年增长率将超过4％[3]。电热水壶虽然在日常生活中被广泛使用，但碍于过量加水及热量损失等问题，其能源效率在电器中相对较低[4]。把水煮沸腾不仅消耗许了多能量，而且在等待沸水冷却至合适饮用温度的过程也相当耗时。一个理想的电热水壶应是能够从已加热至沸腾的水中回收热能量并转至将要加热的水，从而减少把水烧滚所需要消耗的能量和冷却水的时间。

一般简单的电热水壶主要由水箱和内部的加热组件组装而成。加热组件把水箱内的水加热至沸腾，然后使用者可按需要倒出适量的水。当剩余在水箱的水经过一段时间冷却了后，如果使用者再次需要温水或热水，便需要把水重新加热。为达至能源节省，一些电热水壶的设计具有温度控制功能，将水箱内的水温保持在一定范围之内。当水温低于设定值时，水壶便额外消耗电力再次把水加热至设定范围。虽然此功能节省了把水从室温从新加热的能源消耗，但是在过程中需要不断消耗能量来维持水温。在这情况下，额外的能源用以加热整个水箱内的水，而剩余在不被实时饮用水中的热能量持续损失于大气中。因此，加热准确量的水和防止热量流失或回收热能是节约能源的关键。设计节能电热水壶有助减少浪费能源，而以下是现有产品的一些常见设计特征：

·通过单杯分量指示器每次烧滚精确的水量；

·水沸腾后自动关闭系统从而避免额外的能源消耗和过热；

·保温水壶外壳从而减少散热至外在环境。

然而，水在沸腾后由于温度太高而无法实时被饮用，因此需要将其置放冷却至一定的可饮用温度，而这部分的能量损失一般会被忽略。此外，透过常温空气冷却热水的过程亦非常耗时。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是实时生成指定温度的开水，并节省所需的能源和时间。

本实用新型提供一种电热水壶，其包括：热交换器，其具冷水路径和热水路径，以及加热件，其用于将来自所述热交换器的冷水路径的水加热为沸水，以便将所述沸水供送至所述热交换器的热水路径，其中，流入所述热交换器的冷水路径的水与流入所述热交换器的热水路径的沸水在所述热交换器内发生热交换。

本实用新型的电热水壶将热交换器应用于电热水壶中，用以在把水煮沸后立即从沸腾的水回收热能量。沸腾的水被冷却所以可被实时饮用，因而节省了等待时间。所回收的热能量亦被传到将要加热的水中，从而达至预热的作用。因此，烧水所需的时间和能量都能相对减少。

可选地，所述加热件为加热管，其能够将管内的水加热为沸水，所述加热管构造为与所述热交换器流体连通。加热件采用加热管的形式可以有效地减小加热件的体积。此外，通过在加热管内将水加热至沸腾，从而每次加热可以仅烧滚由加热管内部空间所确定的特定份量的水，从而有效地节省能源，避免一次性加热全部的水。

可选地，所述加热管在竖向上并排地布置在所述换热器的外侧。电热水壶采用该内部构造可以在获得节能效果的同时有效地减小壶体的高度。

可选地，所述加热管在竖向上同轴地布置在所述换热器的热水路径的下方。电热水壶采用该内部构造可以在获得节能效果的同时有效地减小壶体的径向尺寸。

可选地，所述加热管布置在所述热交换器内，所述热交换器的冷水路径大致平行地布置在所述加热管与所述热交换器的热水路径之间。电热水壶采用该内部构造可以进一步减小壶体的整体尺寸，并且，由于冷水路径大致平行地布置在加热管与热水路径之间，冷水路径中的水可以从加热管和热水路径二者获得热能。此设置方式充分利用了未被加热的水回收沸水和加热管散发的热能，从而把电热水壶的能源效率大限度提高。同时，由于冷水路径布置在加热管周围，所以可防止加热管过热。

可选地，电热水壶还可以包括：水箱，其用于储存水；溢流管，其与所述热交换器流体连通；以及泵送机构，其将所述水箱内的水泵送至所述热交换器的冷水路径以及所述溢流管，其中，所述溢流管构造为将与其流体连通的所述加热管内的水位限制在第一高度以下。通过设置溢流管，能够确保只有被加热至沸腾温度的水才能从加热管的第一高度的水位处离开进而到达热交换器的热水路径。从而可以保证热水路径内的水在排出前都经过沸腾，确保饮用水的安全。

可选地，所述溢流管至少部分竖直地布置在所述水箱内，使得从所述溢流管溢出的水能够返回至所述水箱内。

可选地，电热水壶还可以包括：至少一个排气口，其设置为至少与所述加热管流体连通，以用于在将沸水供送至所述热交换器的热水路径前将沸水中的水蒸气排出。从而，沸水中的水蒸气不会通过热交换器的热水路径从温水出口排出，也不会在热交换器中重新液化为水而导致饮用水的不洁净。

可选地，电热水壶还可以包括：三通阀，其具有与所述水箱流体连通的入口、与所述热交换器流体连通的第一出口、以及与所述加热管直接流体连通的第二出口。通过设置三通阀可以同时提供温开水和热开水两种操作模式。

附图说明

参照附图阅读本实用新型的多种实施方式之后，本领域技术人员更容易理解本实用新型的组件的目的和特征，附图说明如下：

图1是根据本实用新型一实施方式的电热水壶的示意图；

图2是根据本实用新型一实施方式的电热水壶的示意图；

图3是根据本实用新型一实施方式的电热水壶的示意图；

图4是根据本实用新型一实施方式的电热水壶的示意图；

图5是根据本实用新型一实施方式的电热水壶的示意图；

图6a和图6b是根据本实用新型多个实施方式的电热水壶的示意图，其中该电热水壶具有三通阀。

具体实施方式

下文结合附图描述本实用新型提供的电热水壶的实施方式。通篇附图中采用相似的附图标记描述相似或相同的部件。这里披露的不同特征可以单独使用，或者彼此改变组合，没有规定将本实用新型限定于文中描述的特定组合。由此，所描述的实施方式不用于限定权利要求的范围。

说明中可能采用短语“在一实施方式中”、“在实施方式中”、“在一些实施方式中”，或者“在其他实施方式中”，分别可以各指根据本文披露的一个或多个相同或者不同的实施方式。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型提供一种电热水壶，其包括：热交换器4，其具冷水路径和热水路径，以及加热件，其用于将来自热交换器4的冷水路径的水加热为沸水，以便将沸水供送至热交换器4的热水路径，其中，流入热交换器4的冷水路径的水与流入热水路径的沸水在热交换器4内发生热交换。

通过采取主动的方式将从沸水转变为温水所释放的这部分的能量回收可以进一步提高电热水壶的能源效率。同时，冷却沸水的过程能够实时与煮沸的过程并行，从而等待的时间可以大大节省。通过应用热交换器，在沸腾的热水和未被加热的冷给水之间进行热传递，从而节省能源和时间，并且能够生成温开水以供立即饮用。

具体地，如图1所示，其示例性地示出了一实施方式的电热水壶的示意图。其中，加热件采用加热管A5的形式，其可以例如为石英玻璃电加热管。可替代地，加热件可以采用其他构造，例如电热丝等，只要其能够将流体(本实施方式中是水)有效地加热即可。

当电热水壶处于关掉的状态时，当水被注入水箱A1中时，水会流过电动水泵A2、溢流管A3和热交换器A4的冷端2(上流端)。在启动电动水泵前，水箱A1、溢流管A3和热交换器A4冷端的水位相同。

启动电热水壶会使电动水泵A2和加热管A5通电。水泵A2把水从水箱A1带动至并填满热交换器A4的冷端，同时把部分水通过溢流管A3溢出回到水箱A1。由于溢流管的出口(位置1)高于热交换器冷端的出口(位置2)，所以来自热交换器冷端的水会继续经位置3流入加热管A5。水由下向上流过加热管A5时被加热。在水被加热至沸腾之前，由于加热管A5顶端(位置4)和溢流管A3顶端 (位置1)的高度相同，所以水不会从加热管A5溢出至热交换器A4的热端入口5(下流端)。因此，溢流管A3和加热管A5的水位相同，并且热交换器A4的冷端充满水。当水沸腾时，在加热管A5里产生的水蒸汽会将沸水推离开加热管A5。这种设置可以确保只有达到沸腾温度的水才能从加热管A5出口离开流动至热交换器A4的热端入口。此外，在每次使用时只需要把该次所需分量的水烧滚，而非把全部储存在水箱A1的水烧滚，所需的能量因而减少。热交换器 A4冷端和加热管A5的顶部均设有排气口，用于排走空气和水蒸汽。

热交换器A4热端的入口(位置5)低于位置4，因此从位置4 离开加热管A5的沸水会流至热交换器A4的热端(下流端)。由于热交换器A4的冷端(上流端)已经充满了未经加热的给水，因此沸水和未加热的水之间产生了热传递。在这情况下，热开水被冷却成为温水，而未经加热的水同步被预热。最终，温开水从温水出口排出，可以供实时饮用。另一方面，由于未被加热的水在热交换器A4里被沸腾的水预先加热，加热管A5所需要把水烧滚的能量和时间大大减少。

如图2所示，其示例性地示出了另一实施方式的电热水壶的示意图。其电热水壶设计的组件大致与图1所示的实施方式相同。在此设计中，热交换器A4放置于加热管A5的顶部。优选地，加热管A5 在竖向上同轴地布置在热交换器A4的热水路径的下方。

当电热水壶处于关掉的状态时，当水被注入水箱A1中，水会流过电动水泵A2和溢流管A3。在启动电动水泵前，水箱A1和溢流管 A3的水位相同。

启动电热水壶会使电动水泵A2和加热管A5通电。电动水泵 A2把水从水箱A1经位置2带动至热交换器A4的冷端，同时把部分水通过溢流管A3溢出回到水箱A1。水继而从热交换器A4的冷端流到位置3并填满加热管A5以及热交换器A4的热端(上流端)。水由下至上流过加热管A5时被加热。本实用新型在每次使用时只是把该次所需分量的水烧滚，而非把全部储存在水箱A1的水烧滚，所需的能量因而减少。在水被加热至沸腾之前，由于热交换器A4顶端(位置4)和溢流管A3顶端(位置1)的高度相同，所以水不会从热交换器A4的热端(位置4)溢出至温水出水口。因此，溢流管A3和热交换器A4的水位相同，并且热交换器A4的冷端和加热管A5充满水。热交换器A4顶部和位置2顶部均设有排气口，用于排走空气和水蒸汽。

当水沸腾时，在加热管A5里产生水蒸汽会将沸水从位置4推离开热交换器A4的热端(上流端)。由于热交换器A4的冷端(上流端)已经充满了未经加热的给水，因此沸水和未加热的水之间产生了热传递。在这情况下，热开水被冷却成为温水，而未经加热的水同步被预热。由于温水出水口比位置4低，所以温水继而从温水出口排出。

本实施方式不但能确保所排出的温水经过沸腾，亦同时把沸水冷却以供实时饮用。另一方面，由于未被加热的水在热交换器A4里被沸腾的水预先加热，A5所需要把水烧滚的能量和时间大大减少。同时，由于加热管在竖向上同轴地布置在换热器的热水路径的下方。电热水壶采用该内部构造可以在获得节能效果的同时有效地减小壶体的径向尺寸。

如图3所示，其示例性地示出了另一实施方式的电热水壶的示意图。其电热水壶设计的组件大致与图1和图2所示的实施方式相同。该实施方式中水流动的方向与图1的实施方式相似。在此设计中，加热管A5在竖向上并排地布置在热交换器A4的外侧。与先前的实施方式相比，这设计可以在获得节能效果的同时有效地减小壶体的高度。

如图4所示，其示例性地示出了另一实施方式的电热水壶的示意图。在此实施方式中，加热管A5布置在热交换器A4内，热交换器A4的冷水路径大致平行地布置在加热管A5与热交换器A4的热水路径之间。电热水壶采用该内部构造可以进一步减小壶体的整体尺寸。并且，由于加热管A5被放置在热交换器A4的中心并被被冷端 (未被加热的水)包围，因此，冷流体不仅从沸水回收热能量，更能回收加热管所散发的辐射热能。这亦有助于防止加热管过热，从而延长电热水壶的使用寿命。

如图5所示，其示例性地示出了另一实施方式的电热水壶的示意图。其与图4所示中电热水壶所采用的内部构造的不同点主要在于设置冷水路径的数量。在图5所示的实施方式中，在热交换器A4中，在加热管A5旁边的两侧分别设置了两个冷水路径。与图4所示实施方式所类似的，加热管A5置于热交换器A4的中央，而热交换器A4 的冷端出口流经热交换器的内部并包围加热管A5。在这情况下，所有冷端和热端流体都包含并排列在热交换器A4中。相比于图4的实施方式，图5的设计配置能够更充分地利用未被加热的水回收沸水和加热管散发的热能量，从而把电热水壶的能源效率更大限度地提高。与上述图4的实施方式相似，由于加热管整体被冷流体包围，所以可防止加热管过热。

除了提供温开水以供实时饮用外，本实用新型的一实施方式亦可以同时提供温开水和热开水。图6a和图6b是根据本实用新型多个实施方式的电热水壶的示意图，其中该电热水壶具有三通阀。这些实施方式中的电热水壶可以结合温开水模式和热开水模式操作。

如图6a和图6b所示的电热水壶还可以包括：三通阀A6，其具有与水箱A1流体连通的入口、与热交换器A4流体连通的第一出口、以及与加热管A5直接流体连通的第二出口。通过设置三通阀可以同时提供温开水和热开水两种操作模式。

图6a和图6b所示的电热水壶布置分别类似于图1和图5所示的布置，并附加一个三通阀A6。三通阀A6用以控制水流的路径是进入热交换器A4的冷端还是直接流入加热管A5。当进行温开水模式操作时，水流会通过三通阀A6打开的第一开口而被引导至热交换器A4的冷端，其路径与图1和图2所示的相同。当进行热开水模式操作时，水流会通过三通阀A6打开的第二开口被直接引向位置3，从而绕过热交换器A4的冷端，直接进入加热管A5。沸水继而通过热交换器A4的热水路径而从热交换器A4的热水出口5排出。在此情况下，由于三通阀A6的与热交换器A4流体连通的第一出口是关闭的，在热交换器A4的冷水路径中不存在水，因此不会产生热传递。

由此，通过设置三通阀可以同时提供温开水和热开水两种操作模式，以满足对饮用水温度的不同需求。

应当理解，与附图所示相比，本实用新型的实施方式可以包括附加的、减少的或者不同的部件。应当理解，本实用新型的装置的实施方式的特征可以为不同构造的组合。

尽管为了描述和说明的目的，本实用新型参考附图具体说明了一种实施方式，应当理解所披露的应用方法和装置并不能构成对本实用新型的限定。对本领域技术人员来说，容易做出对前述实施方式的多种修改，而不脱离本实用新型的范围。

Claims (9)

1.一种电热水壶，其包括：

热交换器，其具冷水路径和热水路径，以及

加热件，其用于将来自所述热交换器的冷水路径的水加热为沸水，以便将所述沸水供送至所述热交换器的热水路径，

其中，流入所述热交换器的冷水路径的水与流入所述热交换器的热水路径的沸水在所述热交换器内发生热交换。

2.根据权利要求1所述的电热水壶，其中，

所述加热件为加热管，其能够将管内的水加热为沸水，所述加热管构造为与所述热交换器流体连通。

3.根据权利要求2所述的电热水壶，其中，

所述加热管在竖向上并排地布置在所述热交换器的外侧。

4.根据权利要求2所述的电热水壶，其中，

所述加热管在竖向上同轴地布置在所述热交换器的热水路径的下方。

5.根据权利要求2所述的电热水壶，其中，

所述加热管布置在所述热交换器内，所述热交换器的冷水路径平行地布置在所述加热管与所述热交换器的热水路径之间。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电热水壶，还包括：

水箱，其用于储存水，

溢流管，其与所述热交换器流体连通，以及

泵送机构，其将所述水箱内的水泵送至所述热交换器的冷水路径以及所述溢流管，

其中，所述溢流管构造为将与其流体连通的所述加热管内的水位限制在第一高度以下。

7.根据权利要求6所述的电热水壶，其中，

所述溢流管至少部分竖直地布置在所述水箱内，使得从所述溢流管溢出的水能够返回至所述水箱内。

8.根据权利要求7所述的电热水壶，还包括：

至少一个排气口，其设置为至少与所述加热管流体连通，以用于在将沸水供送至所述热交换器的热水路径前将沸水中的水蒸气排出。

9.根据权利要求8所述的电热水壶，还包括：

三通阀，其具有与所述水箱流体连通的入口、与所述热交换器流体连通的第一出口、以及与所述加热管直接流体连通的第二出口。

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