专利名称：储水式电热水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电热水器(electric water heater)，并且特别涉及一种储水式 电热水器(electric storage water heater)。
背景技术：
目前较为常见的电热水器大致上可区分为即热式电热水器(electric instantaneous water heater)与储水式电热水器两种。其中，即热式电热水器通常不具有 贮存热水的功能，并且其所提供的热水温度较容易随着水流量的增加而降低，而储水式电 热水器则可通过其储水槽(water-storage tank)来贮存热水。因此，相比之下，储水式电 热水器可提供温度较为稳定的热水。在现有技术中，储水式电热水器通常是以电加热管(electro-thermalpipe)来对 贮存于储水槽中的流体直接加热。因此，此种储水式电热水器通常仅能用来加热不可燃性 (noncombustible)流体，以避免流体在加热时被点燃而发生意外。此外，电加热管的管壁温 度较高，因此以电加热管来加热流体时，流体中的杂质容易附着于电加热管的管壁上，并且 附着于管壁上的杂质量也会随着使用时间而逐渐增加。也因此，此种储水式电热水器较不 适用于加热食品级的流体。此外，累积在电加热管管壁上的杂质不仅会影响电加热管对流 体的加热效率，还会缩短电加热管的使用寿命。为了改善上述问题，部分的储水式电热水器改用热泵(heat pump)来取代电加热 管，以使热泵所提供的高温冷媒(refrigerant)通过盘管(coil pipe)来对贮存于储水槽 中的流体间接加热。相同地，盘管中的冷媒温度较高，因此流体与冷媒通过盘管的管壁进行 热交换时，流体中的杂质容易附着于管壁上，并且附着于管壁上的杂质量也会随着使用时 间而逐渐增加。而且，若盘管的管壁破裂，冷媒容易渗透管壁而污染流体。另外，在现有技术中，储水槽中已被加热过的高温流体容易与补充至储水槽中的 低温流体混合而降温，因而使实际上可使用到的高温流体的量少于储水槽的储水量。因此， 储水槽的储水量通常会较高，并且储存于储水槽中的流体温度会较高。然而，高储水量必须 耗费较高的能量来维持流体温度。而且，流体温度与外界温度的差异越大，热量散失的速度 也越快。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种储水式电热水器，其可改善工作流体中的杂 质累积于套管管壁上的现象。本发明提供一种储水式电热水器，用以加热第一工作流体(working fluid)，并且 包括储水槽、第一套管(jacket pipe)、加热单元(heating unit)、第二套管以及驱动装置 (driving apparatus)。储水槽用以贮存第二工作流体。第一套管连通于储水槽。加热单元 用以加热第三工作流体。第二套管连通于第一套管与加热单元之间。第三工作流体适于在 加热单元与第二套管之间流动。驱动装置用以驱动贮存于储水槽中的第二工作流体流入第二套管中，以与第三工作流体进行热交换，再流入第一套管中与第一工作流体进行热交换， 之后再回流至储水槽中。在本发明的一实施例中，上述的第一套管包括一个外管(outerpipe)以及多个穿 设于外管中的内管(inner pipe)。第一工作流体流动于外管与这些内管之间，而第二工作 流体流动于这些内管中。在本发明的一实施例中，上述的第一工作流体与第二工作流体在第一套管中的流 动方向相反。在本发明的一实施例中，上述的第二套管包括一个外管以及多个穿设于外管中的 内管。第二工作流体流动于外管与这些内管之间，而第三工作流体流动于这些内管中。
在本发明的一实施例中，上述的第二工作流体与第三工作流体在第二套管中的流 动方向相反。在本发明的一实施例中，上述的储水式电热水器还包括第一连接管(connecting pipe)。第一连接管的进口端(inlet end)穿过储水槽，并且延伸至贮存于储水槽中的第二 工作流体中，而第一连接管的出口端(outlet end)连通于驱动装置。在本发明的一实施例中，上述的储水式电热水器还包括第二连接管。第二连接管 的进口端连通于第一套管，而第二连接管的出口端朝向储水槽的底部延伸。在本发明的一实施例中，上述的第一套管浸置于(immersed in)贮存于储水槽中 的第二工作流体中。在本发明的一实施例中，上述的储水槽具有一开口(opening)，并且加热单元覆盖 开口。在本发明的一实施例中，上述的储水槽的开口周围具有第一嵌合部，而加热单元 的底部具有第二嵌合部，并且第一嵌合部与第二嵌合部互相嵌合。在本发明的一实施例中，当上述的第一工作流体流经第一套管时，驱动装置驱动 第二工作流体流动。在本发明的一实施例中，当上述的加热单元启动，以加热第三工作流体时，驱动装 置驱动第二工作流体流动。在本发明的一实施例中，上述的加热单元为热泵。基于上述，在本发明中，附着于第一套管上的杂质量会较低，而附着于第二套管上 的杂质量则不会随着使用时间而逐渐增加。因此，本发明可改善工作流体中的杂质累积于 套管管壁上的现象，以维持较佳的加热效率以及较长的使用寿命。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合附图， 作详细说明如下。
图1绘示出本发明一实施例的一种储水式电热水器的结构示意图。图2绘示出图1中沿I-I线的剖视图。主要组件符号说明100 储水式电热水器110:储水槽
112 开口114:第一嵌合部120a:第一套管120b 第二套管130 加热单元132 第二嵌合部140 驱动装置150 第一连接管150a、160a 进口端150b、160b 出口端160 第二连接管170 溢流口180a 进口管线180b 出口管线190 保温材料层IP 内管OP 外管
具体实施例方式图1绘示出本发明一实施例的一种储水式电热水器的结构示意图，而图2绘示出 图1中沿I-I线的剖视图。为了简化图式，图2中省略了加热装置的内部结构。请参考图 1与图2所示，储水式电热水器100用以加热第一工作流体，并且包括储水槽110、第一套管 120a、第二套管120b、加热单元130以及驱动装置140。第一套管120a连通于储水槽110， 而第二套管120b连通于第一套管120a与加热单元130之间，并且第二工作流体可在储水 槽110、第一套管120a与第二套管120b之间流动。加热单元130可加热第三工作流体，并且被加热后的第三工作流体可流入第二套 管120b中。此外，驱动装置140可配置于储水槽110之外，并且可连通于储水槽110与第 二套管120b之间。因此，驱动装置140启动后可驱动贮存于储水槽110中的第二工作流体 流入第二套管120b中，以与第三工作流体进行热交换。接着，第二工作流体会再流入第一 套管120a中与第一工作流体进行热交换。然后，第二工作流体会再回流至储水槽110中贮 存，而第一工作流体则会流出储水式电热水器100，以供使用者使用。在此实施例中，加热单元130例如是热泵，而驱动装置140例如是泵。而且，第一 工作流体例如是自来水(tap water)，而第二工作流体例如是贮存于储水槽110中，用以作 为传热媒介(heat medium)的水，并且第三工作流体例如是贮存于热泵中的冷媒。为了让 本领域技术人员可根据以下的实施例据以实施，在以下的实施例中，第一工作流体、第二工 作流体与第三工作流体将分别以自来水、热媒水与冷媒举例说明。然而，第一工作流体、第 二工作流体与第三工作流体并不限于以下的实施例。更详细而言，储水式电热水器100还可包括第一连接管150、第二连接管160以及 溢流口(overflow vent) 170。第一连接管150的进口端150a穿过储水槽110而延伸至贮存于储水槽110中的热媒水中，并且其高度略低于溢流口 170的高度，而第一连接管150的 出口端150b则连通于驱动装置140。此外，第二连接管160的进口端160a连通于第一套 管120a，而第二连接管160的出口端160b则朝向储水槽110的底部延伸。一般来说，热水 的密度会小于冷水的密度，因此温度较高的水会朝向较高水位处流动。也因此，第一连接管 150的进口端150a会延伸至高温的热媒水中，而第二连接管160的出口端160b则会延伸至 低温的热媒水中。当自来水经由进口管线180a流入第一套管120a中时，驱动装置140会被启动，以 驱动储水槽Iio中较高温的热媒水由进口端150a依序流经第一连接管150、驱动装置140 与第二套管120b流入第一套管120a中，以加热自来水。同时，被加热后的自来水会再经由 出口管线180b流出储水式电热水器100，以供使用者使用。而且，加热过自来水的低温热 媒水则会经由第二连接管160的出口端160b排放至储水槽110的底部，以避免其与储水槽 110中高水位处的高温热媒水混合而降低储水槽110中热媒水的整体温度。而且，当储水槽110中的热媒水随着加热自来水而冷却至临界温度时，加热单元 130会被启动，以加热冷媒。其中，此临界温度可为由制造商所设定的出厂默认值，或者是由 使用者根据其使用需求所自行设定。同时，被加热后的冷媒会流入第二套管120b中，以加 热流入第二套管120b中的热媒水，进而维持流向第一套管120a中的热媒水的温度。如此 一来，即可持续地将被热媒水加热后的自来水维持在较高的温度。另外，当低温自来水并未由进口管线180a流入，并且贮存于储水槽110中的热媒 水的温度降低至低于临界温度时，加热单元130与驱动装置140也会被同时启动。此时，加 热单元130会通过冷媒加热流入第二套管120b中的热媒水，并且将被加热后的热媒水经由 第一套管120a注入储水槽110中，直到贮存于储水槽110中的热媒水的温度高于设定温度 为止。其中，设定温度会高于临界温度，并且此设定温度可为由制造商所设定的出厂默认 值，或者是由使用者根据其使用需求所自行设定。简单来说，当低温自来水由进口管线180a流入，并且储水槽110中的热媒水的温 度较高时，储水式电热水器100可直接通过热媒水来加热自来水。然而，当储水槽110中的 热媒水的温度较低时，加热单元130会先通过冷媒来加热热媒水，而被加热后的热媒水则 会直接流入第一套管120a中，以加热自来水。而且，储水式电热水器100会判断热媒水的 温度是否低于临界温度，以决定是否启动加热单元130加热热媒水。因此，相对于现有技术必须在储水槽中贮存大量的高温自来水，本发明只需在储 水槽110中贮存较少量并且温度较低的热媒水，即可持续地将被加热后的自来水维持在较 高的温度。也就是说，相对于现有技术，本发明的储水槽110能够以相同的贮存量释出更多 的高温自来水。值得注意的是，温度越低，热量散失速度也越慢。而且，储水槽110中的流 体贮存量越少，维持流体温度所需耗费的能量也越少。因此，相较于先前技术，本发明的储 水式电热水器100会较为节省能源。此外，储水槽110的外表面更可覆盖一层保温材料层 (insulatingmaterial layer) 190，以进一步降低热媒水热量散失的速度。除此之外，相对于现有技术以电加热管直接加热自来水，或者是以热泵通过冷媒 间接加热自来水，在本发明中，加热单元130通过第三工作流体与第二工作流体以较低的 温度间接加热第一工作流体。因此，储水式电热水器100不仅可用以加热不可燃性流体，还 可用以加热易燃性流体。而且，以较低的温度来加热自来水，更可降低由自来水中所析出的杂质量，而随着使用时间附着于第一套管120a的杂质量也会较低。因此，相对于现有技术， 第一套管120a可维持较佳的加热效率及较长的使用寿命。此外，在本发明中，热媒水与冷媒会被持续地循环使用而不需要经常补充。因此， 热媒水与冷媒的杂质量在储水式电热水器100组装完成之后即大致上已不会再增加。换句 话说，热媒水与冷媒并不会随着使用时间而持续地析出杂质，而附着于第二套管120b的杂 质量也不会随着使用时间而逐渐增加。也因此，第二套管120b也可维持较佳的加热效率及 较长的使用寿命。另外，当第一套管120a破裂时，泄漏的第三工作流体只会流入第二工作流体中， 而不会污染到第一工作流体。另外，当第二套管120b破裂时，泄漏的第二工作流体虽然会 混入第一工作流体中，但只要使用成分大致上相同的第一工作流体与第二工作流体，即可 避免第一工作流体被污染的问题。换句话说，只有第一套管120a与第二套管120b都破裂 时，才会发生泄漏的第三工作流体污染第一工作流体的问题。然而，第一套管120a与第二 套管120b都破裂的机率极低。因此，储水式电热水器100还可用来加热食品级的流体。此外，此实施例中的储水槽110可为开放式储水槽，并且加热单元130可覆盖于储 水槽110的开口 112。更详细而言，储水槽110的开口 112周围可具有第一嵌合部114，其 例如是凹陷，而加热单元130的底部则可具有第二嵌合部132，其例如是凸缘。而且，第二嵌 合部132可承靠于第一嵌合部114上，以与第一嵌合部114互相嵌合。如此一来，不仅可避 免外界杂质经由开口 112掉落至储水槽110中，还可降低热媒水的热量散失速度。而且，加 热单元130加热冷媒时所凝结于其上的冷凝水也可直接滴落至储水槽110中，以补充储水 槽110中因加热而蒸发的热媒水。如图2所示，在此实施例中，第一套管120a浸置于贮存于储水槽110中较高温的 热媒水中，并且由一外管OP以及多个穿设于外管OP中的内管IP所组成。而且，自来水流 动于外管OP与这些内管IP之间，而热媒水则流动于这些内管IP中，并且自来水与热媒水 的流动方向相反。如此一来，这些内管IP不仅会具有较大的热传面积，自来水与热媒水更 会因为流动的阻力较大而形成紊流状态，以增加热媒水对自来水加热的时间及均勻度。另 外，自来水不仅可通过这些内管IP中的热媒水加热，还可通过储水槽110中的热媒水加热。 因此，相对于现有技术中以高温冷媒直接加热自来水，虽然本发明以温度较低的热媒水来 加热自来水，但仍可维持良好的加热效率。相同地，在此实施例中，第二套管120b还可由一外管OP以及多个穿设于外管OP 中的内管IP所组成。而且，热媒水流动于外管OP与这些内管IP之间，而冷媒则流动于这 些内管IP中，并且热媒水与冷媒的流动方向相反。如此一来，这些内管IP不仅会具有较大 的热传面积，热媒水与冷媒更会因为流动的阻力较大而形成紊流状态，以增加冷媒对热媒 水加热的时间及均勻度。另外，在此实施例中，第二套管120b配置于贮存于储水槽110中 的热媒水之上，以避免第二套管120b中被冷媒加热后的热媒水接触到储水槽110中被冷媒 加热前的热媒水而降温。除此之外，在其它未绘示的实施例中，储水式电热水器更可包括外接式储水槽。外 接式储水槽可连通至出口管线，用以贮存加热后的第一工作流体。或者，外接式储水槽也可 连通至储水槽，用以贮存更多的第二工作流体。另外，驱动装置可以是变频泵，以令第二工 作流体的流速可通过改变变频泵的马达转速来调整。或者，驱动装置也可以是定频泵，并配合球阀、电子球阀等可用来改变第二工作流体流量的组件来使用。此时，储水式电热水器即可根据第一工作流体的流速来调整第二工作流体的流 速，进而调整第二工作流体加热第一工作流体的时间。或者，当贮存于储水槽中的第二工作 流体的温度较高时，驱动装置也可提高第二工作流体的流速，以缩短第三工作流体加热第 二工作流体和第二工作流体加热第一工作流体的时间。另外，当贮存于储水槽中的第二工 作流体的温度和外界温度皆较低时，驱动装置还可降低第二工作流体的流速。此时，不仅可 延长第三工作流体加热第二工作流体以及第二工作流体加热第一工作流体的时间，以提高 加热后第一工作流体的温度，还可使第三工作流体维持在较高的温度，以避免加热单元结 霜或结冰。综合上述，本发明的储水式电热水器可具有至少下列几项优点1.储水槽能够以相同的贮存量释出更多的高温第一工作流体。2.储水槽可贮存较少量且温度较低的第二工作流体，以节省用以维持第二工作流 体温度所需消耗的能源。3.通过第三工作流体与第二工作流体以较低的温度间接加热第一工作流体，以减 少由自来水中所析出的杂质量，进而降低随着使用时间附着于第一套管的杂质量，因此第 一套管可维持较佳的加热效率及较长的使用寿命。4.第二工作流体与第三工作流体会被循环使用，以使附着于第二套管的杂质量并 不会随着使用时间而逐渐增加，因此第二套管可维持较佳的加热效率及较长的使用寿命。5.储水式电热水器不仅可用来加热不可燃性流体，还可用来加热易燃性流体，而 且还可用来加热食品级的流体。6.储水槽可使用开放式储水槽，以避免储水槽所承受的压力随着第二工作流体的 温度上升而逐渐增加，进而避免储水槽产生破裂或漏水的问题。7.加热单元配置于储水槽上，不仅可用以避免外界杂质经由开口掉落至储水槽 中，还可降低热媒水的热量散失速度，而且加热单元加热冷媒时所凝结于其上的冷凝水也 可直接滴落至储水槽中，以补充储水槽中因加热而蒸发的热媒水。8.被加热单元加热后的第三工作流体加热后会直接流入第二套管中，以加热第二 工作流体，而被加热后的第二工作流体会再直接流入第一套管中，以加热第一工作流体，而 且第一套管会浸置于较高温的第二工作流体中，因此可对第一工作流体维持较佳的加热效率。9.将加热过第一工作流体的低温第二工作流体排放至储水槽的底部，以避免其与 高温第二工作流体混合而降低储水槽中第二工作流体的整体温度。10.第一套管与第二套管中皆可穿设有多个内管，以增加热传面积，并可使工作流 体形成紊流状态，以增加工作流体之间热传的时间及均勻度。虽然本发明已通过实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围 当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种储水式电热水器，用以加热一第一工作流体，所述储水式电热水器包括一储水槽，用以贮存一第二工作流体；一第一套管，连通于所述储水槽；一加热单元，用以加热一第三工作流体；一第二套管，连通于所述第一套管与所述加热单元之间，并且所述第三工作流体适于 在所述加热单元与所述第二套管之间流动；以及一驱动装置，用以驱动所述第二工作流体由所述储水槽中流入所述第二套管中与所述 第三工作流体进行热交换，再流入所述第一套管中与所述第一工作流体进行热交换，之后 再回流至所述储水槽中。
2.如权利要求1所述的储水式电热水器，其中所述第一套管包括一外管以及多个穿设 于所述外管中的内管，所述第一工作流体流动于所述外管与所述些内管之间，而所述第二 工作流体流动于所述内管中。
3.如权利要求2所述的储水式电热水器，其中所述第一工作流体与所述第二工作流体 在所述第一套管中的流动方向相反。
4.如权利要求1所述的储水式电热水器，其中所述第二套管包括一外管以及多个穿设 于所述外管中的内管，所述第二工作流体流动于所述外管与所述些内管之间，而所述第三 工作流体流动于所述内管中。
5.如权利要求4所述的储水式电热水器，其中所述第二工作流体与所述第三工作流体 在所述第二套管中的流动方向相反。
6.如权利要求1所述的储水式电热水器，还包括一第一连接管，其中所述第一连接管 的一进口端穿过所述储水槽，并且延伸至贮存于所述储水槽中的所述第二工作流体中，而 所述第一连接管的一出口端连通于所述驱动装置。
7.如权利要求1所述的储水式电热水器，还包括一第二连接管，其中所述第二连接管 的一进口端连通于所述第一套管，而所述第二连接管的一出口端朝向所述储水槽的底部延 伸。
8.如权利要求1所述的储水式电热水器，其中所述第一套管浸置于贮存于所述储水槽 中的所述第二工作流体中。
9.如权利要求1所述的储水式电热水器，其中所述储水槽具有一开口，并且所述加热 单元覆盖所述开口。
10.如权利要求11所述的储水式电热水器，其中所述储水槽的所述开口周围具有一第 一嵌合部，而所述加热单元的一底部具有一第二嵌合部，并且所述第一嵌合部与所述第二 嵌合部互相嵌合。
11.如权利要求1所述的储水式电热水器，其中当所述第一工作流体流经所述第一套 管时，所述驱动装置驱动所述第二工作流体流动。
12.如权利要求1所述的储水式电热水器，其中当所述加热单元启动，以加热所述第三 工作流体时，所述驱动装置驱动所述第二工作流体流动。
13.如权利要求1所述的储水式电热水器，其中所述加热单元为热泵。
全文摘要
一种储水式电热水器，用以加热第一工作流体，并包括用以贮存第二工作流体的储水槽、连通于储水槽的第一套管、用以加热一第三工作流体的加热单元、连通于第一套管与加热单元之间的第二套管以及驱动装置。第三工作流体适于在加热单元与第二套管之间流动。驱动装置用以驱动贮存于储水槽中的第二工作流体以流入第二套管中，以与第三工作流体进行热交换，再流入第一套管中与第一工作流体进行热交换，之后再回流至储水槽中。
文档编号F24H4/04GK102042682SQ20091017814
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者苏家宏 申请人:善腾太阳能源股份有限公司