专利名称：热水设备以及热水的方法
技术领域：
本发明涉及加热设备，具体地说涉及热水设备。本发明同时提供一种加热水的方法。
背景技术：
随着生活水平的提高，各种热水器广泛应用于家庭、宾馆等场所。由于越来越多的人每日洗浴，热水器耗能已经成为许多家庭的首位能源支出，节能型热水器对于节能降耗具有重要意义。
现有技术下，大多数热水器采用即时加热方式，其特点是边使用边加热。这种方式由于使用量与加热量一致，并且加热后立刻使用，避免了能量的散失，因此，能够很好的避免能源浪费。
但是，这种技术也存在重大的缺点。
首先，此种加热装置和加热方式，不能满足大量使用热水的需求。由于受加热管加热能力的限制，此种加热方式的出水量小，不适用于盆浴以及商用洗浴等需要提供大量热水的情况。
其次，此种加热装置存在严重的安全问题。例如，燃气热水器可能引起煤气中毒；电热水器可能造成触电。造成这些问题的根本原因在于边加热边使用，使用者无法完全避免加热引起的安全隐患。
最后，此种加热方式存在冷热不均的问题。由于边加热边使用，供水往往时冷时烫，要调整到合适的水温特别困难。
由于以上缺点，因此带有储水装置的加热设备仍有广泛的使用。此类设备具有大容量的储水装置，加热时需对储水装置中的水进行整体加热，为使用者提供洗浴用水。为了节约能源，大多数产品将储水装置的保温设计作为节能的关键，包括提高保温层的厚度以降低热损系数，使用性能更为优良的保温材料等。还有一些产品，采用中温保温及自学习功能，通过设置水温的方式，结合用户的使用习惯，在保证满足使用者使用需求的前提下，尽量降低水温，此种方式可减少对外热量传递，避免频繁加热，较好的避免了能源浪费。但是，这种热水设备在加热时，必须对储水装置中的所有用水进行加热，被加热水量可能远超过实际需求等。显然，任何保温措施都无法解决上述情况造成的能源浪费。
此外，由于对整个储水装置进行加热，因此，与即时加热方式相比，此种方式加热达到所需温度的时间长，很难满足使用者及时用水的要求。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种热水装置，该装置与上述两种现有技术相比，既可以按照用户需求加热所需用水量，又能够先加热并存储热水，以便满足使用者的大用水量、稳定的水温以及使用安全的需求。
本发明提供的热水设备包括储水装置，用于存放待加热水；加热装置，用于加热所述储水装置的水；所述加热装置加热储水装置中的部分水，并且加热后的水被置于储水装置的上部。
优选地，所述加热装置与储水装置分体式安装，并相互连通，所述连通包括与储水装置的下部连通，以及与储水装置的上部连通。
优选地，所述加热装置的安装位置在所述储水装置的下部。
优选地，加热装置加热的部分水从与储水装置的下部连通处取得，加热后的水从与储水装置上部连通处返回储水装置。
优选地，所述加热装置安装于储水装置上部；还包括安装于储水装置外部的取水装置，该取水装置与所述储水装置连通，用于将所述储水装置底部的水取出，放置于该储水装置的顶部。
优选地，所述取水装置为水泵，该水泵的进水口与所述储水装置底部连通，其出水口与所述储水装置的顶部连通。
优选地，所述连通具体是使用聚丙烯管道连通。
优选地，所述储水装置从上部至下部安装有数个传感器，上述传感器用于感测所在位置的水温。
优选地，该热水装置具有显示装置，用于显示所述传感器感测的水温，以及根据传感器所在位置获知的热水水量范围。
优选地，所述储水装置从上部至下部安装有数个传感器，上述传感器用于感测所在位置的水温。
优选地，该热水装置具有显示装置，用于显示所述传感器感测的水温，以及根据传感器所在位置获知的热水水量范围。
优选地，该热水装置具有温控器，用于控制加热装置的加热温度。
优选地，该热水装置具有单向阀，该单向阀安装于通往所述储水装置上部的通道上，用于防止热水回流。
本发明同时提供一种热水方法，包括步骤1)加热储水装置的部分水至所需温度；2)将被加热的部分水置于储水装置的顶部；同时，3)从储水装置的底部取水，并加热至所需温度；4)返回步骤2)。
本发明的基本思路是，使用热水管等加热装置，先加热部分用水，并将其存储在储水装置的上部。通过不断积累，逐渐在储水装置上部储存达到使用者所需用水量。最终在储水装置上层形成符合需求量的经加热的热水层。上述热水层的水量可以根据用户需求调节，满足用户短时间内大量用水的需求，同时避免加热的水超过用户的需求量。
与具有储水装置的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有下述优点1、本发明中，热水时对部分水进行加热。现有技术则必须对储水装置进行整体加热。本技术方案可以只加热使用者所需水量，节约能源。
2、由于本发明可以按使用者所需水量进行加热，可以节省获得热水的时间。
3、本发明将经过加热的水置于容器上部，避免了水的对流传热。而水的导热性很低(水的导热性是所有液体中最低的)，因此加热到所需温度的热水层的热量不易传递到未经过加热的冷水层，热水层的温度损失小，可以保温较长时间，节省现有技术所需的保温材料。
4、本发明可以较好的实现连续加热。现有技术对储水装置中的水整体加热，加热过程中不能同时进水。本发明的装置和方法采用部分加热的方式，可以在使用被加热的水的同时，从进水口不断补充进水，形成用水、进水的循环水流。因此，使用本发明便于提供时间上不间断的稳定供水。
图1是现有技术下具有加厚保温层的热水设备；图2是现有技术下采用中文保温的热水设备；图3是本发明第一实施例的结构图；图4是本发明第二是实施例的结构图；图5是本发明与现有技术热水过程比较图；图6是本发明第三实施例的结构图；图7是本发明第三实施例的控制板面板布置图。
具体实施例方式
请参看图1，图2，为现有技术下具有储水装置的加热设备。这种设备广泛用于需要大量的使用热水的场合。
图1示出该热水设备的特点是具有较厚的保温层。图中示出的加热设备具有一储水装置，加热时对储水装置的全部存水进行加热(图中示出该热水设备为加热管加热)。如图所示，该设备依靠水的对流实现均匀加热。一般加热设备的保温层厚度为25mm，为了达到更好的保温效果，该加热设备采用加厚的保温层，厚度为50mm。所用的保温材料多为聚氨酯发泡材料。此时，当加热到最高温度时，水温每小时大约下降摄氏1度。尽管保温效果较好，但是由于将储水装置中的储水全部加热，因此，加热到所需温度的时间长，尽管保温效果好，但多余的被加热水仍然会损失热量，造成能源浪费。
图2为具有中温保温和自学习功能的热水设备。该热水设备的特点在于，它可以根据用户的使用习惯，仅将水加热到适宜的温度，而不必达到高温。由于加热达到的温度较低，因此所消耗能源少，同时，热水水温与环境温度相差小，又能够降低传热速度，减少热量耗散。在保证用户需求的情况下，此种方式可以较好的节约能源。但由于仍然是加热储水装置中的所有存水，因此，没有做到根据使用者的用水量进行加热，仍然存在能源的空耗和损失。
请参看图3，为本发明第一实施例的原理图。
该热水设备包括储水罐301，作为热水装置的加热通道302。
所述储水罐301用于储水，该储水罐301具有冷水进水口303，加热水出水口304、热水进水口305、热水出水口306。所述冷水进水口303位于该储水罐的下部，用于连接水源，如自来水水管。所述热水出水口306位于所述储水罐的上部，用于向外输出热水。
所述加热通道302放置于所述储水罐301的较低位置，加热通道302的加热方式可以为图3的加热管，也可为燃气热水器。该加热通道302的进水口连接所述储水罐的加热水出水口304；加热通道的出水口连接所述储水罐的热水进水口305。
该热水设备的工作原理如下所述储水罐301加满冷水后，由于水的压力，以及所述加热通道302的位置位于较低位置，因此，加热通道302充满了水。采用电加热管或利用燃气热水器加热该加热通道的水，由于水加热后密度降低，因此，加热后的热水上升，经过所述热水进水口305进入所述储水罐301，由于热水密度低，这些热水将位于储水罐301的上部，上部的热水与下部的冷水不会形成对流。因此，随着加热时间增加，在所述储水罐301上层形成稳定的热水层。该热水层与下部的冷水层之间会由于热传导形成温度介于热水浴冷水之间的混合层。但是，由于水的导热性很低(水是导热性最低的液体)，因此，由于热传导形成的混合层区域很窄。
使用本实施例的加热装置，可以实现对储水罐301的水部分加热，迅速获得所需温度的水。避免整体加热耗时过长，加热的水远超过实际需求的缺点。
请参看图4，为本发明第二实施例的结构图。
该热水设备包括储水罐401，加热管402、水泵403。
所述储水罐401的结构与功用与第一实施例的储水罐301相同，具有冷水进水口404，加热水出水口405、热水进水口406、热水出水口407。
与第一实施例不同，该实施例采用插入储水罐401的加热管402加热。所述加热管402置于所述储水罐401上部，该加热管402的加热时，可以使其周围的水与所述储水罐401上部高于其安置位置的水形成对流，这部分水被很快加热。而低于该位置的水无法参与对流，因此未被加热。加热后的水由于密度小，自然被置于储水罐401的上部该热水设备同时具有一个水泵403。该水泵从所述储水罐401的底部经图中加热水出水口405将冷水抽到储水罐401的上部，经过加热水进水口406进入储水罐401。
该热水设备工作时，利用水泵循环的方式。底部的水循环至上部进行加热，上部已加热好的水不断加入底部抽上来的冷水，并继续被加热。使热水层不断扩大。该方法同样采用分层加热，同时要使水泵的抽水速度与加热功率相适应，确保顶部的水始终处于合适的温度。
该热水设备可以根据水泵的抽水速度、加热时间等较好的掌握可用水量。
上述两个实施例提供的热水设备，与现有技术下使用储水装置的热水设备相比，加热过程不同。图5示出两种加热方式的不同之处。
本发明提供的上述热水设备，其共同特点是热水方法相同，该热水方法包括以下步骤步骤1，加热储水装置的部分水至所需温度。
与现有技术相比，本发明加热方式仅仅加热所有水的一部分，而现有技术则对储水装置中所有的水进行整体加热。
步骤2，将被加热的部分水置于储水装置的顶部。
对于经过步骤1加热的部分水，利用热水密度较低的性质，使其放置于储水装置的上部。
步骤3，进行步骤2的同时，从储水装置的底部取水，并加热至所需温度。
这一步骤用于使储水装置中的未被加热的水不断进入加热过程。
步骤4，返回步骤2)。
该步骤使热水不断在储水装置顶部积累，形成热水层。
上述加热方法与现有技术相比，具有可以根据所需水量热水，并可以在较短时间内获得所需温度的水等优点。以下比较本发明的热水方法与现有技术的热水方法。
如图5所示，现有技术的加热方式从底部开始加热，由于水的密度随温度升高降低，因此，底部被加热的水密度减小，向上流动，未受热的水密度大而下沉，形成水的对流。依靠这种对流的传热方式，使整个储水装置的水整体被均匀加热，水温不断升高。这种加热方式的缺点在于，无论有无需求，均需加热整个储水装置中的水，无法根据实际用水量调整被加热水量。
如图5所示，本发明的加热方式，首先对部分水加热，并将该被加热的水置于储水装置的上部，通过不断加热，使上部热水层体积逐渐扩大。如果使用者只需要使用一部分热水，则可以在热水达到所需水量后停止加热。
从图5可以看出，尽管加热储水装置中所有存水到所需最终温度的时间相同，但由于部分水可以很快加热到所需温度，因此使用者用获得所需温度的热水的时间短的多。图5中示出使用本发明的加热方法，在加热开始后(即通电以后)不同时间的储热水量。可以看出，该种加热方法可以在短时间内获得所需温度的水，并可以控制被加热水量，做到用多少加热多少。由于加热水量符合使用者需求，可以避免能源浪费。从传热原理上分析，本发明方案中，水在加热过程中不产生对流。由于水的传热性最低的液体，上部的热水很难与下部的冷水通过热传导产生热交换，因此，本技术方案能够很好的实现水温分层，并避免能量损失。
请参看图6，为本发明第三实施例的结构图。该实施例公布一种更为具体的热水设备。该实施例用于说明本发明的具体控制方式。
本实施例的热水设备包括储水罐601、带有加热管605的加热通道606，以及温控器607、单向阀608、排气阀610、温度压力阀612、控制板613、传感器614、外壳615。
所述储水罐601用于储水，该储水罐601具有冷水进水口602、加热水出水口604、热水进水口609、热水出水口611。所述冷水进水口602位于该储水罐的下部，用于连接水源，如自来水水管。所述热水出水口611位于所述储水罐的上部，用于向外输出热水。所有连接上述进水口、出水口的连接管，均采用一定直径一定长度的聚丙烯管，以增大电阻，避免触电。
所述加热通道606放置于所述储水罐605的较低位置，加热通道606的加热方式可以为图6的加热管，也可为燃气热水器。该加热通道606的进水口连接所述储水罐的加热水出水口604；加热通道的出水口连接所述储水罐的热水进水口609。
所述加热通道606与所述储水罐601的热水进水口609之间的连接管上装有单向阀608。该单向阀608的作用是防止储水罐601中的温水流回加热通道，形成回流。
所述储水罐601的热水进水口609附近装有排气阀610，其作用是排出管路水中的气体，有利于水的循环。
所述储水罐601的上部安装有温度压力阀612，所述温度压力阀612是机械式设计结构，利用感温包插入内胆，感知内胆水温。当水温超过98℃时，感温包利用热胀冷缩的功能打开温度压力阀612内的弹簧使储水罐601卸压；该温度压力阀612具有弹簧，当压力大于0.7Mp时，弹簧被压缩，使温度压力阀612打开，储水罐601的水流出，防止储水罐601被压坏。
所述加热通道606的出水端的连接管外壁装有温控器607，该温控器607包括调温温控器和超温温控器。所述调温温控器用于控制加热管605的工作，它可以调节加热管605加热最高温度，该温度一般在65℃或85℃以下；所述超温温控器用于防止调温温控器失灵，防止水烧干后储水罐601压力增大，以致被撑破或燃烧。该超温温控器的最高温度调节范围在96-110℃。
所述储水罐601安装有若干温度传感器614，用于检测储水罐601中的水温。上述温度传感器614从上至下分层安装，用于感测不同层的水温。图中示出安装有三个温度传感器的情况，图中的工作状态下，三个温度传感器感测三个温度层的水温，即热水层、混合层、冷水层。根据每个温度传感器安装的位置，以及感测的水温，可以获知热水量。如果希望较为精确的控制被加热水的水量，则可以在所述储水罐601的不同高度上安装若干温度传感器。当某一个温度传感器感测到的温度为热水温度时，则表明该温度传感器安装位置以上的容积的储水为热水。
所述控制板613用于控制该热水设备的工作。图7为控制板613的面板布置图。该控制板613包括电源开关701、温度调节开关702等控制开关。电源开关701用于控制所述加热管605的得电、失电；温度调节开关702为旋钮开关，用于控制所述加热管605的工作功率，从而控制热水的温度。该控制板具有水温指示器705，该指示器根据所述传感器614的测量值，显示热水水温。具体是根据最上部的传感器的感测值，显示水温。图中示出热水温度为85℃。该控制板613还包括若干剩余温水量指示灯703(图中示出3个)，用于指示储水罐601的剩余温水量。上述剩余温水量指示灯703对应于安装在储水罐601的不同高度的传感器614。由于传感器安装位置不同，代表着不同的容积段。当某一个传感器614检测到温度达到热水温度时，对应的剩余温水量703指示灯点亮，则使用者可以获知剩余用水量。例如，该储水罐601的容积为370L，控制板613有三个指示灯，分别对应于70L、170L、270L，当全部点亮，水温指示器705指示温度为85℃，表明目前可用85℃温水容积为270L-370L；70L和170L点亮表明目前温度为85℃的可用热水容积为170L-270L；仅70L点亮，表明目前温度为85℃的可用热水容积为70L-170L；如所有灯不亮，表明目前温度为85℃的可用热水小于70L。如果所述传感器614的数量增加，剩余温水量指示灯703可相应增加，使用者可以获得更为精确的剩余温水量信息。该控制板613还具有开、关指示灯704，用于指示电源的通断。
此外，该热水设备还具有外壳615，用于安置上述设备。该外壳615具有排水口603，用于排出从温度压力阀612流出的少量水。
该热水设备的工作过程与第一实施例相同，不再赘述。
该热水设备虽然是用于热水，但其它液体的加热同样可以使用上述加热设备和方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种热水设备，包括储水装置，用于存放待加热水；加热装置，用于加热所述储水装置的水；其特征在于，所述加热装置加热储水装置中的部分水，并且加热后的水被置于储水装置的上部。
2.根据权利要求1所述的热水设备，其特征在于，所述加热装置与储水装置分体式安装，并相互连通，所述连通包括与储水装置的下部连通，以及与储水装置的上部连通。
3.根据权利要求2所述的热水设备，其特征在于，所述加热装置的安装位置在所述储水装置的下部。
4.根据权利要求2或3所述的热水设备，其特征在于，加热装置加热的部分水从与储水装置的下部连通处取得，加热后的水从与储水装置上部连通处返回储水装置。
5.根据权利要求1所述的热水设备，其特征在于，所述加热装置安装于储水装置上部；还包括安装于储水装置外部的取水装置，该取水装置与所述储水装置连通，用于将所述储水装置底部的水取出，放置于该储水装置的顶部。
6.根据权利要求5所述的热水装置，其特征在于，所述取水装置为水泵，该水泵的进水口与所述储水装置底部连通，其出水口与所述储水装置的顶部连通。
7.根据权利要求2或5所述的热水装置，其特征在于，所述连通具体是使用聚丙烯管道连通。
8.根据权利要求2所述的热水装置，其特征在于，所述储水装置从上部至下部安装有数个传感器，上述传感器用于感测所在位置的水温。
9.根据权利要求8所述的热水装置，其特征在于，该热水装置具有显示装置，用于显示所述传感器感测的水温，以及根据传感器所在位置获知的热水水量范围。
10.根据权利要求5所述的热水装置，其特征在于，所述储水装置从上部至下部安装有数个传感器，上述传感器用于感测所在位置的水温。
11.根据权利要求10所述的热水装置，其特征在于，该热水装置具有显示装置，用于显示所述传感器感测的水温，以及根据传感器所在位置获知的热水水量范围。
12.根据权利要求2或5所述的热水装置，其特征在于，具有温控器，用于控制加热装置的加热温度。
13.根据权利要求2或5所述的热水装置，其特征在于，具有单向阀，该单向阀安装于通往所述储水装置上部的通道上，用于防止热水回流。
14.一种热水方法，其特征在于，包括步骤1)加热储水装置的部分水至所需温度；2)将被加热的部分水置于储水装置的顶部；同时，3)从储水装置的底部取水，并加热至所需温度；4)返回步骤2)。
全文摘要
本发明公开一种热水设备，包括储水装置，用于存放待加热水；加热装置，用于加热所述储水装置的水；所述加热装置加热储水装置中的部分水，并将加热后的水置于储水装置的上部。本发明同时提供一种热水方式，包括步骤1)加热储水装置的部分水至所需温度；2)将被加热的部分水置于储水装置的顶部；同时，3)从储水装置的底部取水，并加热至所需温度；4)返回步骤2)。本发明提供的热水装置及其方法，可以控制被加热水的水量，更快的获得所需温度的热水，并节约能源。
文档编号F24H1/18GK1932405SQ20051010276
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者孙京岩, 侯全舵, 葛风雷 申请人:海尔集团公司, 青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司