一种泵循环热水器的制作方法

本实用新型属于热水器领域，特别是一种新型电热水器。

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，如果水质硬，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。同时，在某些特定用途，比如小厨宝，由于单次用水量少，内胆只须保持较低温度，比如45度，经过发热器二次加热后可达到60度左右，不仅不结垢，且由于内胆保温温度低，散热少更节能。

关于即热、储水加热两种模式，现有的两种方案：1、储水式热水器里边再加装一个即热模块；2、带聚能腔和换热器的多模热水器(专利名称：一种多模热水器)。但上述方案1的问题是有两套发热系统，不仅成本高，电子控制也相对麻烦，比较容易出故障，有些使用这种方案的厂家都慢慢放弃；方案2目前已经经过两年市场检验，总体效果良好，前期由于聚能腔的结构，即热效果一般，由于一级换热温差，增容效果也还有提升空间。

本实用新型是利用水泵和即热发热模块实现双模效果，利用泵驱动水流在内胆与发热模块中循环以加热内胆存水。当进水温度较高时，不加热内胆中的水，冷水直接通过发热模块瞬时加热；当进水温度低时，利用水泵进行循环加热预热内胆存水，且当内胆水温随着使用变低时，通过发热模块二次加热还可以达到使用温度，比如内胆水温20度，出水还能达到40度以上，实现增容效果。本方案用于水质好的地方不逊于“一种多模热水器”的专利方案，另外，本方案在一些特定场合，无论水质如何，和“一种多模热水器”一样可以解决结水垢的问题，比如小厨宝，由于单次用水量小，内胆只需要加热到45度，用水时通过发热器二次加热可以使出水温度达到55到60度，内胆温度在45度时是不会产生水垢的，就算自来水中有泥沙，由于内胆小，利用进水的冲刷搅拌作用，也无法沉积。

技术实现要素：

为解决现有热水器技术的不足，本实用新型提供了一种新的技术方案。

本实用新型的目的是通过下面技术解决方案解决的：

一种泵循环热水器，包括外壳、发热单元、内胆、控制单元、热水接头、冷水接头，还包括水泵、循环接头一、循环接头二，水泵与发热单元、循环接头一、循环接头二连接在一起，构成热水循环回路。

进一步地，所述发热单元上设有热水接头，热水器向外供水时，内胆的水通过循环接头一和循环接头二两路向发热单元供水，所述热水接头的吸水口位置使得从循环接头一和循环接头二两路进水在发热单元中均衡加热。

进一步的，在所述发热单元上设有热水接头，所述循环接头二与冷水接头串接在一起，发热单元的一端连接到循环接头二的水流通道上，另一端与循环接头一连接。

还包括比例调节机构，所述比例调节机构根据内胆或热水接头中的水温调节从冷水接头及循环接头一两路水流进入发热单元的流量比例。

所述发热单元处于内胆的内部，发热单元的安装位置或结构形式使之能快速加热少量的水达到即热效果，通过水泵驱动内胆的水流经发热单元进行加热。

还包括恒温热水接头、温度传感器，所述温度传感器安装在恒温热水接头的水流通道上。

所述水泵还包含单向阀片，所述单向阀片的结构保证反向可以有少量的水流通过，所述单向阀片安装在水泵泵壳的进水或出水通道上。

进一步地，发热单元安装在内胆内部的方式，所述发热单元由发热器、发热器套、循环接头一组成，所述发热单元装配在内胆的上部，所述发热器套包围在发热器周围，限制发热器直接加热的水容量，以达到即热效果，所述发热器套上设有开孔与内胆连通，开孔的位置使得发热器套里热水尽量不扩散到内胆中，所述循环接头一固定在发热器的法兰上。

还包括换向机构，所述换向机构通过改变水流路径，使得内胆的水有两条路径连通到热水接头，其种一条路径经过发热单元，另一条路径不经过发热单元。

所述换向机构包括四个接口，所述四个接口为水泵接口12c、发热单元接口12d、内胆出水接口12a、热水接口12b，所述循环接头一与水泵、换向机构、发热单元、循环接头二连接在一起，构成循环加热回路，所述换向机构由至少两个部件组成，上面设有沟槽，通过旋转动作实现两种水流路径：1、12a连通12b，12c连通12d，2、12d连通12b，12a和12c截止。

有益效果

本实用新型开发的一种利用泵循环加热的热水器，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，在特定的使用场合，还解决了结水垢的问题，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是泵循环热水器结构示意图一

图2是泵循环热水器结构示意图二

图3是带比例调节机构的结构示意图

图4是水泵带单向阀片的结构示意图

图5是发热器装配在内胆里面的结构示意图

图6是两个热水出口的热水器结构示意图

图7是水泵单向阀片的结构示意图

图8是带换向机构的热水器结构示意图

图9是换向机构位置一的示意图

图10是换向机构位置二的示意图

图中：

1.外壳2、发热单元2a、发热器2b、发热器套3、内胆4、控制单元5、水泵5a、泵壳5b、叶轮5c、单向阀片6、循环接头一7、循环接头二8、热水接头9、冷水接头10、水流开关11、温度传感器12、换向机构12a、进水接口12b、出水接口12c、水泵接口12d、发热单元接口13、恒温热水接头14、冷水管15、热水管16、比例调节机构

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，热水器有一个能储存一定容量热水的内胆3，发热单元2采用外置的形式，内胆3上布置有三个进出水通道，其中两个通过管路与发热单元2和水泵5串接在一起。内胆可以用不锈钢、铁胆搪瓷、或塑料胆(可用金属结构加强)，对于金属材质的内胆，采用焊接或螺纹固定的方式固定进出水通道的结构，对于塑料材质的内胆，可以采用塑料焊接工艺如超声波、感应焊接、旋熔焊接或螺纹固定的方式固定进出水通道的结构。如图1所示，本热水器至少设置了两个温度传感器11，一个设置在内胆上感应内胆水温，一个设置在发热单元2上感应发热单元的温度，发热单元2、温度传感器11、水泵5、水流开关10都由线路连接到控制单元4，水流开关、温度传感器都是感应元件，负责向控制单元4提供数据，控制单元根据设置的温度和接收到的信息参数控制发热单元2和水泵5的工作状态。

如图1所示，内胆上的其中一个开孔是冷水进水通道，在冷水进水通道上串接有水流开关10及冷水接头9，冷水接头9也可以集成在水流开关上，冷水进口通道还包括一根埋入内胆3的管子(图上没有示出)，从热水出水率考虑，其埋入内胆中管子的出水端一般考虑接近底部，避免冷热水混合而影响热水率，出水端还考虑对内胆中的沉积物起到冲刷作用，把内胆的沉积物搅拌起来从热水口排出，避免长期堆积滋生细菌而污染水质，一般考虑特别设计其出水口的结构及冲刷方向，比如出水口尾端设计成七字形，使出水平行于内胆底部，使水流从一头冲向另一头，这在底部面积小的热水器作用明显(比如小厨宝或立式热水器)。

另两个进出水通道承担两个作用，一是作为循环加热的进出水通道，二是作为内胆向发热单元的供水通道。如图所示，循环接头一6通过管路连接到发热单元2(实际结构也有可能发热单元直接连接在循环接头一上或水泵连接到循环接头一上)，发热单元2的另一端连接水泵5，水泵5再连接循环接头二7；上述的连接方式也可以改为，循环接头一6连接连接水泵5再连接发热单元2，发热单元2再连接到循环接头二7，也是一样的。

其工作方式为：1、即热模式，当自来水温度较高，比如20度以上时，内胆3的水不预热，水流开关10启动则发热单元2加热，水流开关停止则停止加热，冷水直接经过两个循环接头进入发热单元2加热流出。2、蓄热模式，当自来水温度较低，控制单元4根据气温或进水温度设置预热温度，当然也可以手动设置，当装配在内胆上的传感器11感应到内胆水温低于设定值需要加热时，水泵5启动，发热单元2启动加热，内胆中的水从循环接头一6吸入，流经发热单元2加热，再通过水泵5从循环接头二7回流至内胆中(实际上，水泵安装在发热单元的前端会更好，因为流经水泵的水没有经过发热单元二段加热，温度更低，对水泵的寿命有好处)，当内胆上的温度传感器11感应到内胆水温达到最大预设值时，发热单元2停止加热，水泵停止工作，发热单元2和水泵5可以同时停止，但最好是水泵延迟一定的时间才停止，这样可以吸收发热单元的余热。在发热单元2上，还设置了一个热水接头8，此热水接头是热水器向外供热水的接头，如图1所示，此接头设置在发热单元的中部，图示只为更好理解，其实只要吸水口在中部，外露部分可设计在任何位置。当热水器通过热水接头8向外供热水时，自来水从冷水接头9流入，推动水流开关10工作，一旦水流开关10启动，水泵5就停止工作，发热单元2根据水温启动工作并设置功率的大小，冷水进入内胆3的底部，把内胆中的水从循环接头一6和循环接头二7顶出，从两路流经发热单元2加热后从热水接头8流出。当水泵5没有单向阀片时，内胆的水可以从循环接头一6循环接头二7两路流入发热单元2，这样做的好处在于：1、当使用铸铝发热器时，管路较长水阻大，两路进水的水阻只有四分之一，对于水压低的地方非常重要，甚至决定了这个热水器能不能使用；2、由于两个循环接头伸入内胆3中的部分为长短管，可以有效的提高热水器的出热水率，因为如果只是一条管路流入发热单元2，其吸水口必须处于内胆的顶部(这个行业内的人都可以理解)，假设胆内水温75度，75度的水流入发热单元，此时发热单元不能二段加热，否则水流过高，新进入的冷水比重较重存于内胆的底部，与热水对流混合小，这也是热水器设计的基本要求，几乎要把上层的热水用完发热单元2才开始工作，使得二段加热没能有效利用；长短管两路供水则一部供的热水，一路供的下层冷热混合后的温水，如果采用钢杯发热器，两路进水在钢杯中混合，一开始发热单元就能进行二段加热，甚至全功率工作，这样将大大提升使用时间，减小体积。当然，关于两路进水的重要性，后面还有更多的方案，包括可以实现恒温出水以及比现在这个更加有效的结构都依赖于此。两路进水要均匀加热，需要根据每路的进水水量比例设置好热水接头8的吸水位置，特别是管道式加热器，比如铸铝加热器，更加关键。循环接头一6或循环接头二7的其中之一包含一根水管，此管伸入内胆3的中下部，另一个接头埋入内胆的部分短，在内胆的顶部，由于液体的不可压缩，为防止内胆加热热水体积变大，仅预留空气的压缩空间。循环接头一与循环接头二的长短管组合是为了均匀加热胆中的存水，优先考虑吸水的是长管，至于优选何种方式，经过简单的实验便可确定。

发热单元2可以是多种形式的发热器，比如钢杯发热器，成本低，水阻小，性能和寿命一般；铸铝发热器，不结水垢，水电分离，质量稳定，价格稍高；电磁发热器，水电分离，价格高，效率稍低，易坏；还有储如厚膜发热器及玻璃管镀膜发热器等。优选钢杯发热器和铸铝发热器，如采用220伏低功率便宜的水泵，转速低，扬程和水量都不足，钢杯发热器的水阻小，更合适。

如图2所示，冷水接头9和水流开关10连接在循环接头二7上，热水接头8安装在发热单元靠近循环接头一6的一端，水泵5的泵水方向如图中箭头所示，从循环接头二7流向循环接头一6。此种结构与图1类似，不过减不了一个接口，另外这种方式两路向发热单元2供水时其中一路是纯冷水，而图1的方案可以适当调整长度的长度，使之是温水。其工作的方式与图1相同，不再多述。当内胆水温较高且向外供热水时，发热单元2也能加热工作，延长使用时间。

进一步地，如图1与图2所示，流入发热单元2中的两路水流量固定为一个比例时，也有新的问题，比如出水温度高，希望从内胆中流入发热单元的水量更少些，出水温度低时，又希望内胆热水量多些，两路固定流量比例无法实现这个目的。此时如图3所示，增加了比例调节阀16，比例调节阀根据内胆的水温调节两路水量的比例。比例调节阀可以采用电动方式控制调节机构，比如步进电机带动调节机构；也可以采用温度膨胀阀进行控制，比如石蜡膨胀元件，这个在恒温控制中已经用得非常成熟了。都是非常成熟的公知技术，本示意图不画出具体结构。另外，图3中比例调节机构其实只控制了一条水路，只是为了让图示简单明了，实际的结构优选采用控制同时控制两条水路，就如同普通的混水阀，热水水量调大，冷水就变小，就是在混水阀的结构稍做修改，混水阀是调好冷热水比例之后两股水流就混合在一起了，由于我们这个使用场景还要考虑用利这两条水路循环加热内胆中的水，所以调好比例的两股水流还是分开的进入发热单元的两端，两端的出水口对喷，使之在发热单元中混合，这就使得最好采用钢杯发热器，如钢杯较小，对喷能迅速混合，则热水接头8的吸水口的安装位置不再受限，可以是中间，也可以是两头。当然，些种结构用铸铝发热器也是可行的，由于铝的导热快，从两头进入换热管的水虽然温度不同，但经过铝块迅速导热就实现整体的基本均匀。如采用铸铝发热器，从优选的方案看，热水接头8连接到铸铝发热器换热管的位置靠近循环接头一6的那一头比较合适，比如冷水那头占2/3,热水那头点1/3，具体比例取决于测试，通过在发热器上安置若干感温线测出各种水温条件下的温度场，以整个发热器的温度分布均匀为依据。

当水流开关停止工作时，比例调节阀回到初始位置，初始位置一般考虑两路水流量为1:1，这样的目的是循环加热时水阻最小。

图3的方案可以实现恒温出水，调节冷热水比例的依据，可以根据内胆水温，优选的，根据热水接头8的水温是更好方案，这样能否实现恒温控制。

图4和图7分别是水泵上设置有单向阀片的热水器结构示意图及水泵示意图，如图4所示，热水接头8靠近发热单元的循环出水端(热水接头只要吸水口位置入于发热单元循环出水端即可，示意图只为能明确表达)，本图中的水泵5内部设置了单向阀片5c(在很多水泵中尤其是自吸泵都包含了单向阀膜片防止泵中的水倒流)，注意此单向阀片需允许反向少量的水流过，以排空水泵里边的空气，内胆的水只能通过循环接头一6流入发热单元2，此种方式会导致发热单元长时间不能工作，到了后续水温降下来了，也不能全功率工作，主要用于单次用水量不大的场合(当然，如内胆加大容积就可以延长时间，但不是好的方式，也在本专利的保护范围内)，因为发热单元2要在内胆水温低于一定温度时才能启动加热。如图7所示，这是水泵单向阀片5c在水泵壳5a上，单向阀片上开设有小孔，小孔的目的是允许小量反向水流通过，排空水泵中的空气，当水泵启动时，单向阀片被推向左边，允许大水流通过，当反向有水流通过时，在水流推动下，单向阀片向右边移动而关闭通道，水流只能从阀片上的小眼通过。当然，阀片上的小孔还可以采用别的结构，比如单向阀片与泵体5a配合的密封面开设水槽，另外阀片闭合还可采用弹簧，但考虑采用低成本的水泵，扬程低，故利用反向水流闭合是优先方案，如在实际使用中发现问题才考虑弹簧。优选地，单向阀片可以采用软胶膜片阀，软胶膜片阀本身具有弹性，特别是硅胶，性能极好，当水泵启动，水流推动膜片变形允许水流通过，当没有水流时，又恢复常态密封，当有反向水流时，密封更加严实。

实施例二

图5是本专利第二实施例的结构示意图，本实施例是采用一种把发热单元装配在内胆中的方法，图中发热单元2装配在内胆的顶部，发热单元2由发热器2a和发热器套2b组成，发热器套的底部有开口与内胆中的水连通，发热器套是为了限制发热器周边的水容量，使发热器2a可以迅速加热发热器套2b中少量的水，当需要加热内胆中的水时，水泵5启动，把发热器套2b中的热水抽到内胆3的底部，或者把内胆3底部的水抽到发热器套2b中，已加热好的水被挤到内胆中。按示意图上的结构，水泵必须包含单向阀片，否则流经热水接头8的水是经冷水混合的，当然也可以采用单独的单向阀，但是这样多了一些驳接接头，另外反向过水的流道也要设计，现成的单向阀是无此结构的，需要订做，从各方面来说，采用单独的单向阀毫无必要且只会增加坏处。当热水器向外供水时，自来水从冷水接头9流入内胆底部，把内胆的热水压入发热器套2b内，再从热水接头8流出。本示意图没有画水流开关，因为水流开关并非绝对必要，固此示意图故意没有画出，在没有水流开关的情况，只能通过内胆水温的温度变化来确定发热单元2的工作状态，故内胆任何时候都要保持一定的温度，使得冷水进入内胆时，通过温度降来确定这个事件以启动发热单元2加热，此非优选方案，在水流通道上增加水流开关更好，水流开关可以进在冷水进水通道，也可以装在热水出水通道。为防止侵仅，特此说明。

此种结构形式，还可以在发热器套2b内安装两个水接头，一个连接水泵5，一个连接热水接头8，这样水泵5不需要单向阀片也是可以的。总之，混合的冷水必须要先经过发热器加热，不能直接在发热器之外混合。

本实施例的结构形式有很多的形式，只要能保证发热器2a周围的结构形成小容积的半密封结构，且其开孔与内胆存水连通的地方尽量减缓自然对流，使发热器能快速加热小容积的水实现即热；加热内胆中的水必须靠水泵5驱动水流循环加热，热水器向外供水时，内胆顶部的水流进发热单元。在此原则下，发热器安装在内胆底部和侧边都可以实现，业内专业人员在些指导思想下可以轻易的想到各种结构形式，只需经过测试对比选出最优方案，任何在此指导思想下简易的变形设计都在此专利的保护下，在此不再多述。

实施例三

图6是本专利第三实施例的示意图，除有两个热水出口外与第一实施例的结构完全相同，只介绍不同的部分。如图所示，本方案包括两个热水接头，热水接头8与恒温热水接头13，此种结构是用于小厨宝既向龙头供水又向外部热水管供水的情况(一种分布式热水系统的专利中需要这种结构的热水器)，龙头连接热水接头8，外部热水管连接恒温接头13。本热水器的工作方式为：内胆加热到45度左右(不是本专利的限制条件)，发热单元2的温度限制条件可设为60度左右，恒温热水接头13的温度限制条件为45度左右，以上各温度都可以在一定的范围调整。当通过热水接头8向外供水时，内胆45度的热水经过发热单元2再次加热，提升到60度左右，给龙头提供高温热水用于洗碗等用途；当通过恒温热水接头13向外供热水时，由于恒温热水接头上传感器11的温度度限制条件为45度，控制单元4控制发热单元2的功率使出水温度始终维持在45度。

实施例四

图8是本专利第四实施例的示意图，本实施例通过一个换向机构切换水流通道实现热水器最大限度的出热水量，不仅解决即热与储水加热双模工作，还为了实现在储水加热时最大限度的增容。关于增容，在实施例一种采用比例调节阀也能的实现，但其调节的复杂程度要高于本方案，实施例一中的比例调节，调节阀始终处于工作状态，而本方案的换向阀就只有两个工作位置，且单次使用热水，一般最多动作两次，处于即热模式时就维持一个状态，不需要动作。

图9和图10是换向阀的两个工作状态、结构、原理示意图，换向机构12包含四个接头，一个活动的阀芯，以及固定阀芯和其它必要的结构件，利用步进电机、舵机、电磁机构等为驱动机构，驱动阀芯在两个位置旋转以实现水流通道的切换，阀的结构也是成熟的公知技术，无论是陶瓷的还是塑料的或金属的，只需按要求设计相应的水道，在此不做具体的结构阐述。如图9所示，换向阀连通12a与12b、12c与12d两个接头，形成两条水路，12a与12b连通之后，内胆3中的水可以直接从热水接头8流出，不经过发热单元；12c与12d连通，热水循环回路接通，水泵5可驱动内胆中的水经过发热单元2加热。图10是在图9的基础上换向机构的活动阀芯旋转了90度，接通12b和12d两个接头，另两个接头截止。内胆中的水先通过发热单元2后从热水接头8中流出。

本实施例热水器的工作方式为：1、当进水温度较高或内胆温度降到不能达到使用温度而用户还在使用热水时，启动即热模式，换向机构12切换到接通12b和12d两个接头的状态。2、当进水温度低时，即热不能达到舒适的水温和水量，需要内胆蓄热，换向阀连通12a与12b、12c与12d两个接头，水泵启动从循环接头一6吸水，经过发热单元2加热再通过循环接头二7流入内胆中，当热水接头8向处供水时，自来水从冷水管14流入内胆的底部，把内胆中的热水从顶部热水管15顶出，同时，根据需要，水泵5和发热器2在使用热水的过程中可以持续工作(因为从冷水管14流入的水是温度低，且冷水较重存于内胆底部，此时发热器启动加热不会导致过热)。

如图所示，本示意图画出了各管子的长短，冷水管14是短管，目的是让进入的冷水处于内胆的底部，其实冷水管还可以设计七字形，让水流对内胆底部形成冲刷作用，防止水垢积累而滋生细菌。循环接头二在本示意图中是循环出水接头，其连接了一根长管，伸到内胆的顶部，目的是在即热时，使内胆上部温度稍高的水经过二次加热后流出，使得热水率达到最佳。循环接头一是一根短管，是出于内胆底部水温低，吸水口在底部能充分加热整个内胆的水。热水管15是长管处于顶部这个不用解释，行业内的包括外行都可以理解。

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，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。