高热水输出率和恒温出水的电热水器的制造方法
【专利摘要】高热水输出率和恒温出水的电热水器，在热水器的内胆中间设置隔膜（9）、热水循环口（7）、冷水口（13）和热水口（20）；在热水器的内胆外面设置流量传感器（1）、加热器（2）、水泵（4）、三位三通阀（5）、流量传感器（6）。隔膜（9）将热水器的内胆分隔为冷水仓（15）和热水仓（16），分别用于存储冷水和热水；隔膜（9）柔性构造具有3个特性：能够传递压力，能够随着内胆中冷水和热水的体积变化进行延伸，能够和内胆的内壁紧密的贴合，挤出全部的冷水或热水；因为有隔膜（9）将冷水和热水分隔开，冷水和热水不会勾兑，这样就实现了恒温出水，同时也达到将热水仓（16）中的热水完全输出的效果。
【专利说明】高热水输出率和恒温出水的电热水器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种家用的储水式电热水器。
【背景技术】
[0002]现有的电热水器普遍存在着以下3方面的不足。
[0003]热水输出率低，现有的电热水器只有一个储水仓，使用热水时，等量的冷水也同时注入到该储水仓内，冷水和热水的勾兑，储水仓的水温就会降低，温度< 45°C的热水使用价值就不高，这样冷水被加热到45°C这部分所消耗的能量就没法输出，降低了热水输出率。这种结构导致了现有的热水器热水输出率都很低，国标GB21519-2008要求的一级能效热水输出水率才0.7，五级能效只有0.5。另外，热水器处在通电状态下，使用热水时，随着冷水的注入，内胆中的热水温度会降低，这时加热器就自动开始加热；一般现有热水器的加热器安装在内胆底部，加热使刚注入到内胆的冷水和上层的热水形成对流，这样热水器内胆里的水温很快趋于平均，这会使得热水输出率大幅降低。热水器一般都是在通电的状态下使用，而在通电状态下的热水输出率实际值，会低于国标GB21519-2008停止加热的状态下的测量值。
[0004]舒适性差，热水输出过程中，随着冷水的注入，输出热水的温度由高慢慢变底，温度的变化使得舒适性变差。需要不断调整混水阀，来满足用水的舒适性。
[0005]缺少防止出水温度过高的安全保护措施，过高的出水温度可能会烫伤使用者，存在安全隐患。
【发明内容】
[0006]为了克服现有的储水式电热水器热水输出率低，及热水输出过程中热水温度由高变低等的不足；本发明提供一种储水式电热水器，该热水器可以将热水输出率提升到98%以上，实现降低能耗的目的；采用电脑板(单片机)智能控制，实现恒温出水，快速加热，低温储水，防止出水水温过高的安全保护功能，临时性提高储水水温的增容功能，出水率和进水温度无关等优点。
[0007]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:在热水器的内胆中间设置隔膜(9)、循环口(7)、冷水口(13)和热水口(20);其他的配件设置在热水器的内胆外面。隔膜(9)将热水器的内胆分隔为冷水仓和热水仓，分别用于存储冷水和热水；隔膜(9)采用柔性构造，该构造具有:能够传递压力，能够随着内胆中冷水和热水的体积变化进行延伸，能够和内胆的内壁紧密的贴合，挤出全部的冷水或热水；因为有隔膜(9)将冷水和热水分隔开，冷水和热水不会勾兑，这样就实现了恒温出水，同时也达到将热水仓(16)中的热水完全输出的效果O
[0008]平常状态下，隔膜(9)贴到冷水仓(15)的底部，整个热水器内胆充满热水，如图1所示；当有热水输出，在自来水的压力作用下，等量的冷水注入进冷水仓(15)，隔膜(9)向热水仓(16)方向延伸；当热水用到一半时，隔膜(9)停留在内胆的中间位置，如图2所示；当热水全部输出，隔膜(9)延伸贴到热水仓(16)的顶部，冷水充满整个热水器的内胆，如图3所示；当热水停止输出后，水泵(4)启动，冷水流经加热器(2)加热，最后被输送到热水仓(16),直到热水充满整个内胆为止。
[0009]本发明热水器的有益效果是:热水输出率高，达到98%的热水输出能力(考虑了联接的管路、加热器(2)、内胆和隔膜(9)缝隙之间残留的少量水)；对比现有I级能效的热水器，热水输出率为70%，储水温度为65°C ;在同等的容量和热水的输出量(转化成能量计算)情况下，本发明热水器可以将储水温度降低到50.7V:
OM* (65°C -15°C) *0.7= OM* (50.7°C -15°C) *0.98?
[0010]上式中，15°C为进水温度，C为比热容，M为质量。降低储水温度使得散热功耗减少，现有I级能效热水器和本发明热水器的散热能耗之比为:
[A*S*d* (65? _20。0] / [A*S*d* (50.7? _20。0]=1.47。
[0011]上式中，20°C为环境温度，λ为热导率、S为表面积、d为保温厚度。
[0012]对比现有5级能效的热水器，本发明热水器可以将储水温度降低到40.5°C，现有5级能效热水器和本发明热水器的散热能耗之比为:
[A*S*d* (65? _20。0] / [A*S*d* (40.5°C-20。0 ]=2.20。
[0013]本发明的热水器通电使用时，输出的热水经过加热器(2 )再次升温，在上面描述低温储水的基础上，还能降低平时储水温度，实现能耗降低；流量5L/min时，3Kw的加热功率使出水温度升高8.570C ;这样储水温度又可以降低8.57°C，再次加热升温和没有再次加热升温的散热能耗之比为:
[A*S*d* (65? _20。0] / [X*S*d* (65°C _2(TC-8.57。0 ]=1.24。
[0014]通过上面对比，本发明的热水器节能降耗显著。
[0015]具备迅速出热水的能力，当冷水从冷水仓(15)被输送到热水仓(16)，流经加热器
(2)加热，因是只对流经加热器(2)的小量水进行加热，温升就快；如控制流量在1.5L/min时(现在很多的单片机都自带PWM功能，结合流量计，直流水泵的流量控制很容易低成本实现)，温升达到28.580C ;如进水水温为15°C，加热后的水温为43.58°C ;在热水全部用完的情况下，可以作为 应急使用。
[0016]具有防止出水温度过高的安全保护功能，热水输出时，温度传感器(18)检测到热水储水温度高于75°C (危险温度)，三位三通阀(5)动作(A-C联通，B-C关闭)，冷水通过三位三通阀(5 )，勾兑热水，使输出水温降低到安全的温度:(75°C +15 °C ) /2=45 °C，起到安全保护的作用。
[0017]因为有防止出水温度过高的安全保护功能，必要时(建议临时性使用，储水温度高，功耗相对变大)，可以大幅提高热水的存储温度的上限，来增加热水的储存能力。譬如将储水温度提升到85°C，相比65°C的储水温度，输出热水的能力大幅提高:(850C _15°C) /(65°C _15°C)=140%，(15°C为进水温度，质量和比热容相同，公式中省略)。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]图1为热水全部充满时的结构示意图，平常待机保温的状态。
[0020]图2为热水用到一半时的结构示意图。[0021]图3为热水全部用光时的结构示意图。
[0022]图中，1-流量传感器，2-加热器，3-温控开关，4-水泵，5-三位三通阀，6_流量传感器，7-循环口，8-柔性水管，9-隔膜，10-混水阀，11-进水点，12-安全阀，13-冷水口，14-透气阀，15-冷水仓，16-热水仓，17-温控开关，18-温度传感器，19-热水器壳体，20-热水口。
【具体实施方式】
[0023]本发明的热水器内胆中只有隔膜(9)和3个出入水口，内胆结构简单，故障率低；其他的部件全部放到内胆的外面，维护方便。不需要改造现有热水器合理的内胆结构，利用原有成熟的加工工艺，就可以快速、低技术风险、低成本实施。
[0024]各器件功能和具体实施说明。
[0025]隔膜(9)，固定在热水器内胆中间部位，隔膜(9)和固定隔膜(9)的型材可以通过现有的加热器安装孔，就能放入到热水器的内胆中，并进行固定；不需要对现有的热水器内胆进行大的改造就可实施。因为工作温度一般< 85°C，隔膜(9)可选用材料范围很广，如丁腈橡胶、尼龙等材料；透气阀(14)选用多层高密度尼龙编织物，泡水后膨胀，阻尼增加，为冷水仓提供排气的通路。
[0026]流量传感器(I)安装在加热器(2)和热水口(20)之间，用于检测加热器(2)有无水流过，没有水流动，加热器(2)不启动；该传感器主要是为了确保加热器(2)加热的能量全部被水流带走，使得加热器(2)部件工作在安全温度范围；流量传感器(6)，安装于加热器(2)和混水阀(10)之间，对输出的热水进行计量，当热水使用到一定的水量时，可以用声光提示使用者热水即将用完；另外的用处是检测有无热水输出，作为控制的信号。
[0027]三位三通阀(5)，通过切换，来控制水流方向；来实现冷水输送到热水仓(16)、热水仓(16)循环加热、防止出水温度过高的保护等功能。
[0028]水泵(4)，安装在热水器的外部，便于检修；将冷水由冷水仓(15)输送到热水仓
(16)，或者为热水仓(16)循环加热时提供动力。
[0029]温控开关(3)，90°C断开，限制加热器(2)外壳的最高温度，起保护功能；温控开关
(17)，90°C断开，限制最高储水温度，起保护功能；其他配件和普通的热水器一样:加热器
(2)、温度传感器(18)、热水器壳体(19)、电脑板、显示操作面板、热水器内胆、保温、支架、电源线、漏电安全保护、联接管件等。
[0030]当新热水器安装后，初次使用依照步骤I至步骤7逐步操作；正常使用时依照步骤4至步骤7自动循环。
[0031 ] 步骤1、开启混水阀(10 )热水测。
[0032]步骤2、首次自来水进水路径和内胆中的空气排出路径。
[0033]自来水一进水点(11)—安全阀(12)—冷水口(13)—冷水仓(15)。
[0034]冷水仓(15)里的空气一透气阀(14)—热水仓(16)—热水口(20)—流量传感器
(I)—加热器(2 )—流量传感器(6 )—混水阀(10 )—排出。
[0035]热水仓(16)里的空气一热水口(20)—流量传感器(I)—加热器(2)—流量传感器(6)—混水阀(10)—排出。
[0036]随着冷水的注入，隔膜(9)往热水仓(16)方向延伸，内胆中的空气慢慢被挤出，直到冷水注满整个热水器的内胆空间，如附图3所示；当混水阀(10)有冷水排出时，关闭混水阀(10)。
[0037]步骤3、插上热水器电源。
[0038]步骤4、冷水由冷水仓(15)输送到热水仓(16)的水流路径:冷水仓(15)冷水一冷水口( 13 )—三位三通阀(5 )—水泵(4 )—加热器(2 )—流量传感器(I)—热水口( 20 )—热水仓(16)。
[0039]启动水泵(4)，三位三通阀(5) (A-C联通，B-C关闭)，当流量传感器(I)检测到有水流，加热器(2)上电加热(如果没有水流，加热器(2)不工作，起保护作用)；直到流量传感器(I)检测到没有水流，说明冷水仓(15)里的冷水全部被水泵(4)输送到热水仓(16)，这过程是边输送边加热的。
[0040]步骤5、热水仓(16)热水循环加热的水流路径:热水仓(16)热水一柔性水管(8)—循环口(7)—三位三通阀(5)—水泵(4)—加热器(2)—流量传感器(I)—热水口(20)—热水仓(16)。
[0041]当温度传感器(18)检测到，水温<设定值，启动水泵(4)，三位三通阀(5) (A-C关闭，B-C联通)；热水仓(16)里的热水通过加热器(2)循环加热，直到温度达到设定值。
[0042]步骤6、输出热水的水流路径:热水仓(16)热水一热水口(20)—流量传感器(I)—加热器(2)—流量传感器(6)—混水阀(10)—出热水。
[0043]加热器(2)加热；当热水温度< 75°C时，三位三通阀(5) (A_C关闭，B-C关闭);热水温度≥75 °C时，三位 三通阀(5 ) (A-C联通，B-C关闭)，降低热水的出水温度。
[0044]步骤7、补充冷水的水流路径:自来水一进水点(11)—安全阀(12)—冷水口( 13)—冷水仓(15)。
[0045]当热水输出的同时，在自来水压力的作用下，等量的冷水自动注入冷水仓(15)，隔膜(9)往热水仓(16)方向延伸。
【权利要求】
1.一种高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征在于:设置隔膜、透气阀、循环口、热水口、冷水口、柔性水管、水泵、流量传感器、三位三通阀、加热器。
2.根据权利要求1所述的高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征是:内胆中设置隔膜、热水循环口、冷水口、热水口，内胆外设置水泵、流量传感器、三位三通阀、加热器。
3.根据权利要求1所述的高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征是:隔膜将内胆分隔成二个功能固定的冷水仓和热水仓，分别用于储存冷水和热水。
4.根据权利要求1所述的高热水输出率和恒温出水的电热水器，其特征是:设置水泵，组成热水循环加热通路，组成冷水由冷水仓输送到热水仓的通路，并为上述二通路提供动力。
【文档编号】F24H9/20GK103791625SQ201410071208
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年3月1日 优先权日:2014年3月1日
【发明者】林子春 申请人:林子春