TWI680264B - 儲存式電熱水器節能構造 - Google Patents

Abstract

本創作至少包括：一具有封閉狀儲水區的外筒、一連通至該外筒之儲水區處的外部進水口、一具有封閉狀加熱區暨組設於該外筒之儲水區內的內筒、連通該儲水區至該加熱區之間的主、次取水位置、一組設於該加熱區內的加熱元件、以及一連通該加熱區至該外筒外側之間的熱出水位置；該主取水位置至少須於該外筒之儲水區總高度的二分之一以上的水平線位置處，且使該主取水位置的截(斷)面積會大於該次取水位置之截(斷)面積的總和。

Description

儲存式電熱水器節能構造

本發明係關於一種電熱水器；特別關於一種利用連通於該儲水區至該加熱區之間的主、次取水位置之設置方式作為提升流入至該加熱區所欲再加熱用的初始水溫溫度，而能縮短其加熱所需時間暨提升更快速的加熱效率之儲存式電熱水器節能構造。

按，一般電熱水器構造，請參閱第1圖所示，其根據鈞局於98年4月1日所核准公告證書編號第I308206號『具貯熱與瞬熱之電熱水器結構』，其係於儲熱筒10中設有一間隔板20，而儲熱筒10並有一冷水入水管30及一熱水出水管40之設置貫穿筒內外，且配合儲熱筒10內部水之加熱，儲熱筒10中容設有一電加熱器50，其特徵在於：間隔板20是為ㄣ形狀，使該儲熱筒10區分為貯熱空間12與瞬熱空間13，貯熱空間12為上半段延伸到後下段空間，瞬熱空間13為下半段延伸到前上段空間；而貯熱空間12之下方並為冷熱混合交換空間121，瞬熱空間13之上方並為高溫空間131，而間隔板20於貯熱空間12、瞬熱空間13之上垂直隔板21處設有一上通孔22，下垂直隔板23處設有一下通孔24，冷水入水管30是接設常溫之水流進入，該接設到貯熱空間12之冷熱混合交換空間121位置處，其冷水入水管30之出水口於儲熱筒10處並設有一感應器60，熱水出水管40是由瞬熱 空間13之高溫空間131處接到外部，以將加熱到設定溫度之水流導引出供使用，電加熱器50是由儲熱筒10前方置入，並彎曲延伸向瞬熱空間13之下方一長度空間處，且電加熱器50是連接感應器60；藉由上述結構，冷水入水管30是用以將水流導入，以供由冷熱混合交換空間121，通過下通孔24進入瞬熱空間13，電加熱器50是於瞬熱空間13加熱水源，熱水是由瞬熱空間13向高溫空間131，並由熱水出水管40流出，部份並由上通孔22通往貯熱空間12。

上述創作雖能達到其創作目的，然，其在操作使用的過程中，會產生如下的缺失：由於習用技術主要係在間隔板之上、下垂直隔板處分別設有上、下通孔，而該上、下通孔係作為貯熱空間與瞬熱空間相互連通的依據，再加上，該電加熱器係位於瞬熱空間的下半段空間處；因此，當電加熱器加熱時，會使該電加熱器在進行加熱所產生的溫熱水開始逐漸往上流動，且在流動的過程中亦會經由上通孔再流動至貯熱空間內，並再經由下通孔再次流入至瞬熱空間內，而形成一經由上下通孔的熱循環流動的加熱模式，直至整個儲熱筒(含貯熱空間及瞬熱空間)內的常溫冷水變成預設溫度值為止，如此一來，會使得已流入至瞬熱空間內的初始水溫數值較低，以致使加熱至預定溫度的加熱時間會變得更長外，同時，亦會因貯熱空間與瞬熱空間之間設有至少二個以上的上下通孔加以連通，而更容易形成上下循環式的熱對流流動模式，以致使欲達到瞬熱空間的預定加熱溫度時的區域水量會變成整個儲熱筒的總水量，進而無法達到快速 瞬熱的供應熱水的目的為其一大困擾。

承上所述，當流經電加熱器的熱水從瞬熱空間下半段往高溫空間13處方向流動時，亦會使已儲存於貯水空間暨位於上通孔側邊處的常溫冷水能自該上通孔處流入，並直接與正流向該高溫空間13處(即遠離電加熱器)的熱水進行相互混合，以致使該熱水經混合後而會有所降溫後才到達該高溫空間13處，最後，再經由熱水出水管流出，如此一來，會使得熱水出水管所流出的熱水溫度較預定溫度為低，而使其熱能被無形的損耗，進而不具有環保節能的功效為其再一大困擾。

因此，如何開發出一種能有效地縮短再加熱的時間，且能降低無形熱能之損耗，並能提升其加熱效率暨環保節能者，此乃為業者當前極需優先解決的技術課題。

本發明之儲存式電熱水器節能構造的主要內容係在於提供一種利用已具有加熱區的金屬材質所製成之該內筒能組設於該外筒之儲水區內，且該儲水區至該外筒外側之間組設有該外部進水位置，並使該加熱區內分別組設有該加熱元件及一自該加熱區連通至該外筒外側處的熱出水位置；又，利用由該主、次取水位置來作為該儲水區與該加熱區之間的連通之用，且該主取水位置至少須位於該外筒之儲水區總高度的二分之一以上的水平線位置處，並使該主取水位置的截(斷)面積會大於該次取水位置之截(斷)面積的總和；如此一來，方能使已位於該儲水區內的少許中溫層水源能自 次內取水位置處與已位於該儲水區內的高溫層水源能自該主內取水位置處一併流入至該加熱區內混合後而作為該加熱元件進行再次加熱使用，以有效地提高流入至該加熱區內所欲再加熱用的初始水溫溫度，且使該初始水溫能更接近至預設溫度值，以有效地縮短所需的再加熱時間暨提供更快速地的加熱效率，而能大大地減少無形熱能的損耗暨有效地提升其熱效能的使用，進而達到環保節能的功效。

為達到上述創作的目的，本發明的主要技術手段，其至少包括：一具有儲水區的外筒、一連通至該外筒之儲水區處的外部進水位置、一具有加熱區暨組設於該外筒之儲水區內的內筒、連通該儲水區至該加熱區之間的主、次取水位置、一組設於該加熱區內的加熱元件、以及一連通該加熱區至該外筒外側之間的熱出水位置；其中：該外筒設有一儲水區，且使該儲水區能包覆於該內筒的外周圍處，並使該儲水區係供來自該外部進水位置處所流入的水源儲存之用；該儲水區的適當位置處分別組設有外部進水位置、排氣裝置、以及外洩水管，藉由該外部進水位置、該排氣裝置、以及該外洩水管的設置來分別作為該儲水區至該外筒外側間的連通之用；該內筒為金屬導熱材質所製成的，且其內設有一加熱區，並於該內筒處分別設有主、次取水位置；而該主取水位置係位於該外筒之儲水區總高度的二分之一以上的水平線位置處，且使該主取水位置的截(斷)面積會大於該次取水位置之截(斷)面積的總和；而該加熱區內部組設有一加熱元件，且於該加熱區處設有一連通至該外筒外側處的該熱出水位置，並使得該加熱區與該儲水區之間係藉由該 主、次取水位置的設置而加以連通，以致使已位於該儲水區內的少許中溫層水源能自次內取水位置處與已位於該儲水區內的高溫層水源能自該主內取水位置處一併流入至該加熱區內混合後而作為該加熱元件進行再次加熱使用，而作為取高溫層水源來作為達到再次快速加熱暨提供高溫熱水的功效；該加熱元件係組設於該加熱區內，且使該加熱元件位於該內取水位置至該熱出水位置之間；該熱出水位置係連通該加熱區至該外筒外側之用，且該熱出水位置至少包括一供熱水流入用的入口端，並使該入口端之水平位置係較該內取水位置的最低放水口之水平位置為低(或高)；該排氣裝置其一端係連通至該儲水區處及其另一端組設有一開關閥後再連通至該外筒外側；而該排氣裝置至少包括一連通至該儲水區用的透氣管、以及一組設於該透氣管處的開關閥，而該透氣管係貫穿組設固定於該外筒處，且使該透氣管之入氣口能連通至該儲水區處，且該入氣口水平位置係較該內取水位置之最高取水口的水平位置為高；又，該開關閥係用來控制該排氣裝置之透氣管是否能連通該儲水區至該外筒外側的依據；該外洩水管，其係作為連通該儲水區至該外筒外側之間，以使已儲存於該儲水區內的水源得以經由該外洩水管而排出至該外筒外側，而作為維修或清潔時的排水之用。

1‧‧‧外筒

10‧‧‧儲水區

2‧‧‧外部進水位置

3‧‧‧內筒

30‧‧‧加熱區

40‧‧‧主取水位置

41‧‧‧次取水位置

5‧‧‧加熱元件

6‧‧‧熱出水位置

60‧‧‧入口端

7‧‧‧內洩水管

8‧‧‧排氣裝置

80‧‧‧透氣管

801‧‧‧入氣口

85‧‧‧開關閥

9‧‧‧外洩水管

第1圖係為習用儲存式電熱水器構造的組合局部剖面示意圖。

第2圖係為本發明之儲存式電熱水器區間加熱構造改良的組合剖面示意圖。

第3圖係為本發明之第二實施例之組合剖面示意圖。

第4圖係為本發明之第三實施例之組合剖面示意圖。

本發明係有關於一種儲存式電熱水器節能構造，請參閱第2圖所示，其至少包括：一具有儲水區10的外筒1、一連通至該外筒1之儲水區10處的外部進水位置2、一具有加熱區30暨組設於該外筒1之儲水區10內的內筒3、連通該儲水區10至該加熱區30之間的主、次取水位置40、41、一組設於該加熱區30內的加熱元件5、以及一連通該加熱區30至該外筒1外側之間的熱出水位置6；其中：該外筒1，其內設有一封閉獨立狀的儲水區10，且使該儲水區10能包覆於該內筒3的外周圍處，並使該儲水區10係供來自該外部進水位置2處所流入的水源儲存之用；又，該儲水區10的適當位置處分別組設有外部進水位置2、排氣裝置8、以及外洩水管9，藉由該外部進水位置2、該排氣裝置8、以及該外洩水管9的設置來分別作為該儲水區10至該外筒1外側間的連通之用，以致使常溫水源能經由該外部進水位置2處而流入至該儲水區10內、或已位於該儲水區10內的氣體經由該排氣裝置8處而排放至該外筒1外側、或已位於該儲水區10內的儲存水源經由該外洩水管9處而排放至該外筒1外側者； 該外部進水位置2，其一端係連通水源處及其另一端連通至該儲水區10內，以作為流入儲存於該儲水區10內的供應水源之用；而上述之外部進水位置2為中空貫穿該外筒1壁面處的孔、或為中空管為最佳；該內筒3，其為金屬導熱材質所製成的，且其內設有一供加熱元件5容置用的加熱區30，並使該內筒3能容置於該儲水區10內(即該儲水區10包覆於該內筒3外周圍處)；而該加熱區30內部組設有一加熱元件5，且於該內筒3處分別設有主、次取水位置40、41，並於該加熱區30處分別設有一連通至該外筒1外側處的該熱出水位置6及該內洩水管7，以使得該加熱區30與該儲水區10之間係藉由該主、次取水位置40、41的設置而加以連通，以致使已位於該儲水區10內的少許中溫層水源能自次內取水位置41處與已位於該儲水區10內的高溫層水源能自該主內取水位置40處一併流入至該加熱區30內混合後再作為該加熱元件5進行再次加熱使用；該主、次取水位置40係分別組設於該內筒3處，且能作為連通該儲水區10與該加熱區30之用，而該主取水位置40係至少位於該外筒1之儲水區10總高度的二分之一以上的水平線位置處，且使該主取水位置40的截(斷)面積會大於該次取水位置41之截(斷)面積的總和，並使該主取水位置40之入水高度與該次取水位置41之入水高度係位於同一水平高度者；而上述 之該主、次取水位置40、41可分別為貫穿壁面的孔、或一中空管加以取代之；該加熱元件5，可為電加熱管等為之，且其係組設於該加熱區30內，並使該加熱元件5位於該內取水位置4至該熱出水位置6之間；該熱出水位置6，其連通該加熱區30至該外筒1外側之用，且該熱出水位置6至少包括一供熱水流入用的入口端60，並使該入口端60之水平位置係較該內取水位置4的最低放水口41之水平位置為低；而該熱出水位置6係為中空貫穿壁面處的孔、或為中空管為最佳；該內洩水管7，其係連通於該加熱區30至該外筒1外側之間，以使已儲存於該加熱區30內的熱水水源得以經由該內洩水管7而排出至該外筒1外側，以作為維修或清潔時的排水之用；該排氣裝置8，其一端係連通至該儲水區10處及其另一端組設有一開關閥85後再連通至該外筒1外側；而該排氣裝置8至少包括一連通至該儲水區10用的透氣管80、以及一組設於該透氣管80處的開關閥85，而該透氣管80係貫穿組設固定於該外筒1處，且使該透氣管80之入氣口801能連通至該儲水區10處，且該入氣口801水平位置係較該內取水位置4之最高取水口40的水平位置為高；又，該開關閥85係用來控制該排氣裝置8之透氣管80是否能連通該儲水區10至該外筒1外側的依據； 該外洩水管9，其係作為連通該儲水區10至該外筒1外側之間，以使已儲存於該儲水區10內的水源得以經由該外洩水管9而排出至該外筒1外側，而作為維修或清潔時的排水之用；當初次安裝時，請參閱第2圖所示，必需先將該外洩水管9及熱出水位置6給予關閉(即呈不與外側連通)後，再轉動該開關閥85使該排氣裝置8之透氣管80的兩端能確實連通至該儲水區10及該外筒1外側(即呈開啟接通狀)，此時，方能打開常溫水源，使該常溫水源能經由該外部進水位置2流入至該儲水區10內，直至該儲水區10的水面高度高過於該內筒3頂面及該主、次內取水位置40、41處後，方會使常溫水源直接再從該主、次取水位置40、41流入至該加熱區30內，且亦會佈滿整個該加熱區30(即位於該加熱元件5的周側)後，方使常溫水源繼續填充於該儲水區10內，直至該儲水區10內的水面高度已阻塞至該透氣管80之入氣口801處為止；此時，方能反向轉動該開關閥85而使該排氣裝置8之透氣管80的兩端不會使該儲水區10至該外筒1外側呈連通(即呈關閉不通狀)，而完成初次安裝的作業，如此一來，方能藉由該透氣管80之入氣口801進入至該儲水區10內的深淺位置來決定該儲水區10所能實際儲存水位量的多寡；此時，在啟動已位於該內筒3之加熱區30內的該加熱元件5開始產生熱能時，會使已位於該加熱元件5周側的常溫水源能吸收來自該加熱元件5所產生的熱能後開始產生熱對流運動， 直至整個該加熱區30內的常溫水源快速地變成高熱水源後，而使該高熱水源被限制在該內筒3頂面下方處(即該加熱區30的最上方處)；此時，已位於該加熱區30內的該高熱水源會接觸該內筒3的內表面處，且會因該內筒3為金屬傳導材料所製成的，而使該內筒3內表面能吸收來自高熱水源的熱能，並將其所吸收的熱能再傳導至已位於該內筒3外表面近處的常溫水源處，而迫使已位於該內筒3外表面近處的常溫水源能開始吸收來自該內筒3的熱能暨使其產生升溫往上的對流運動至該主、次取水位置40、41之水平線處，此外，亦會使已位於該內筒3頂面下方的高熱溫層之一部分高熱水源能直接流經該主、次取水位置40、41處，而以熱對流方式流動佈滿於該主、次取水位置40、41之水平線上方至該排氣裝置8之入氣口801之間的該儲水區10區域內，而使得該儲水區10內亦呈現由下往上的不同溫層水源(即溫層由下往上排列，相對地，溫度係由低往高排列)的分佈方式，直至已位於該儲水區10處的溫度感應器(圖中未示)近處的溫層水源溫度到達預設溫度的最高溫度時，方能自動切斷該加熱元件5繼續再產生運作(即斷電狀態)，如此一來，就會使該儲水區10及該加熱區30內所能儲存的熱水量能達到極大化現象；此時，若開始使用熱水時，已位於該熱出水位置6之入口端60近處的高熱溫層水源(即位於該加熱區30內)開始流入該入口端60後而朝向該外筒1外側流出供使用者使用，且亦會使已位於該主、次取水位置40、41近處的高熱溫層水源(即位 於該儲水區10內的上半段處)以等量等流速方式開始自該主、次取水口40、41處被吸入至該加熱區30內，並使已連通至該儲水區10內的該外部進水位置2開始流入等量等速的常溫水源進入至該儲水區10底緣區域處，而形成一種邊排放熱水邊補充常溫水源的熱對流循環模式，直至已位於該儲水區10處的溫度感應器(圖中未示)近處的該溫層水源溫度降至預設溫度的最低溫以下時，方能自動再啟動該加熱元件5繼續再產生熱能(即呈通電狀態)，而使得該加熱區30內的高熱水源均會持續再吸收來自該加熱元件5所產生的熱能，且使一部分的高熱水源持續流入該入口端60處而朝向該外筒1外側流出供使用者再使用，同時，亦能使已位於該儲水區10內的高溫層水源能分別自該主、次內取水位置40、41處一併流入至該加熱區30內混合後而作為該加熱元件5進行再次加熱使用，在此同時，亦會使已儲存在該加熱區30內的該高熱溫層水源能直接經由該內筒3傳導至已位於該內筒3外表面近處的不同溫層水源處，而迫使已位於該內筒3外表面近處的不同溫層水源均會再吸收來自該內筒3的熱能後就產生升溫暨往上對流的現象，直至往上流動至該主、次取水位置40、45之水平線的溫層處的水源溫度會確實高於已位於儲水區10底緣處的常溫水源溫度許多，基此，方能使已位於該儲水區10內的高熱溫層水源(即高於常溫水源)直接流經該主、次取水位置40、41處再流入至該加熱區30內而作為供該加熱元件5進行再次加熱使用，以有效地提高流入至該加熱區30內所欲再加熱用的初始水溫溫度，且使該初始水 溫溫度能更接近至預設溫度值，以有效地縮短所需的再加熱時間暨提供更快速地的加熱效率，而能大大地減少無形熱能的損耗暨有效地提升其熱效能的使用，進而達到環保節能的功效。

請參閱第3圖所示，其乃為本發明之第二實施例的組合剖面示意圖，其主要改變的位置有二：其一為將原本該主取水位置40係由一貫穿孔狀改變為中空管狀，且使該主取水位置40向上延伸至近該排氣裝置8的入氣口801底緣處(即該主取水位置40亦設置於該儲水區10總高度的至少二分之一以上的水平高度位置處)，而使得已位於該主取水位置40頂緣至該入氣口81底緣之間所形成的最高溫層儲存區會縮小化，以使已分佈儲存於該儲水區10內的最高溫層水源能直接從該主取水位置40處流入至該加熱區30內供該加熱元件5進行再加熱之用；其二為將原本該主、次取水位置40、41的入水高度係位於同一水平高度，改變為，該主取水位置40之入水高度分別較二個以上的該次取水位置41之入水高度為高，而其一的該次取水位置41之入水高度需較已組設於該加熱區30內的該加熱元件5最高位置為高，且另一的該次取水位置41係位於該外筒1之儲水區10總高度的二分之一以下的水平線位置處，並使該主取水位置40的截(斷)面積會大於該次取水位置41之截(斷)面積的總和；至於上述之該外筒1、該外部進水位置2、該內筒3、該內取水位置4、該加熱元件5、該熱出水位置6、該內洩水管7、排氣裝置8、以及該外洩水管9等構造及相對設置關係，已於上述內容詳加描述，故不在此贅述。

請參閱第4圖所示，其乃為本發明之第三實施例的組合剖面示意圖，其主要改變的位置有二：其一為將原本該主取水位置40係由一貫穿孔狀改變為中空管狀，且使該主取水位置40向上延伸至近該排氣裝置8的入氣口801底緣處(即該主取水位置40亦設置於該儲水區10總高度的至少二分之一以上的水平高度位置處)，而使得已位於該主取水位置40頂緣至該入氣口81底緣之間所形成的最高溫層儲存區會縮小化，以使已分佈儲存於該儲水區10內的最高溫層水源能直接從該主取水位置40處流入至該加熱區30內供該加熱元件5進行再加熱之用；其二為將原本該主、次取水位置40、41的入水高度係位於同一水平高度，改變為，該主取水位置40之入水高度分別較二個以上的該次取水位置41之入水高度為高，且使該次取水位置41係能設置連通於該主取水位置40處，並使該主取水位置40的截(斷)面積會大於該次取水位置41之截(斷)面積的總和，以致使已位於該儲水區10內的少許中溫層水源能自該次內取水位置41處與已位於該儲水區10內的大部分高溫層水源能自該主內取水位置40處一併流入至該加熱區30內混合後而作為該加熱元件5進行再次加熱使用；至於上述之該外筒1、該外部進水位置2、該內筒3、該內取水位置4、該加熱元件5、該熱出水位置6、該內洩水管7、排氣裝置8、以及該外洩水管9等構造及相對設置關係，已於上述內容詳加描述，故不在此贅述。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用 來限定本發明實施之範圍；故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種儲存式電熱水器節能構造，其至少包括：一外筒，該外筒圍成封閉狀儲水區、一連通至該外筒之儲水區處的外部進水口、一具有組設於該外筒之儲水區內的內筒，該內筒圍成加熱區、連通該儲水區至該加熱區之間的主、次取水位置、一組設於該加熱區內的加熱元件、以及一連通該加熱區至該外筒外側之間的熱出水位置；其中：該主取水位置至少須位於該外筒之儲水區總高度的二分之一以上的水平線位置處，且使該主取水位置的截(斷)面積會大於該次取水位置之截(斷)面積的總和；藉由上述構造，方能使已位於該儲水區內的高溫層水源或高、次溫層水源分別流經該主、次取水位置處再混合流入至該加熱區內來作為供該加熱元件進行再次加熱，而有效地提高該加熱區內所欲加熱用的初始水溫溫度，且使該初始水溫能更接近至預設溫度值，以有效地縮短所需的再加熱時間暨提供更快速地的加熱效率，而能大大地減少無形熱能的損耗暨有效地提升其熱效能的使用，進而達到環保節能的功效。
2. 如申請專利範圍第1項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該主取水位置為貫穿壁面的孔、或中空管，該次取水位置為貫穿壁面的孔、或中空管。
3. 如申請專利範圍第2項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該主取水位置之入水高度與該次取水位置之入水高度係位於同一水平高度處。
4. 如申請專利範圍第2項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該主取水位置之入水高度較該次取水位置之入水高度為高。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該主、次取水位置係分別組設於該內筒處，且該內筒為金屬導熱材質。
6. 如申請專利範圍第3或4項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該次取水位置係能設置連通於該主取水位置處，且該內筒為金屬導熱材質所製成的。
7. 如申請專利範圍第5項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該次取水位置之入水高度需較已組設於該加熱區內的該加熱元件最高位置為高。
8. 如申請專利範圍第6項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該次取水位置之入水高度需較已組設於該加熱區內的該加熱元件最高位置為高。
9. 如申請專利範圍第5項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該次取水位置係位於該外筒之儲水區總高度的二分之一以下的水平線位置處。
10. 如申請專利範圍第6項所述之儲存式電熱水器節能構造，其中，該次取水位置係位於該外筒之儲水區總高度的二分之一以下的水平線位置處。