一种能源调节回收式高效热水器的制作方法

1.本实用新型涉及热水器技术领域，具体而言，涉及一种能源调节回收式高效热水器。


背景技术：

2.目前电热水器主要是储水式电热水器和正在兴起的速热容积式热水器，它们的共同特性就是拥有除水的内胆，通过对内胆的水进行预热，使用时冷水进入热水器将内胆中的热水顶出，与热水器外的冷水混合成温水使用。冷水进入内胆水温下降到一定温度时，热水器内部的电热管加热。由于受安装环境线路影响储水式热水器功率一般在3.2kw及以下，速热容积式热水器一般在5.2kw及以下，加热速度难以及时将冷水加热成温水。因此，只能靠内胆预热的高温水为主体混合冷水成为使用的温水，热水器内胆水温高低严重影响混水后的温水温度以及能够输出的温水量，且受到容积限制，储水式电热水器和速热容积式热水器输出混合温水量往往不能满足使用要求。
3.并且由于安全因素，热水器技术标准对出水最高温度进行了限制，导致目前市面上的热水器出水最高温度的不能设置的太高，通常设置为75℃，即对加热功率进行了限制，但由于现有的热水器结构仍然采用将热水器顶部的高温水直接排出与冷水进行混合的方式，如当热水器内部高温水超过85℃时，即使与外部冷水混合，产生的温水仍为不符合要求的超温水，存在烫伤风险也无法满足用户需求。
4.现有一种申请号为2021205801228的中国实用新型专利，公开了一种基于双区换热的热水器结构及具有其的装置，利用与冷水管路连通的换热块将热水器内胆分隔为换热区和储热区，利用外部的热介质管路对换热区内的冷水进行加热，并通过换热区内热介质管路对储热区进行加热，虽然提高了热水出水效率，但是其主要采用来自外部的热介质管路对换热区进行加热，结构复杂，需要额外的外部能源，热能利用率较低，热水出水量提升较少，且其安全性也难以保证。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在温水输出量不足，热能利用率较低，且热水出水温度较高存在一定安全隐患的技术问题之一。
6.为此，本实用新型提供了一种能源调节回收式高效热水器。
7.本实用新型提供了一种能源调节回收式高效热水器，包括：内胆、热水出水管和冷水进水管，所述内胆内部设置与其连通的散水换热缓流盒，所述热水出水管伸入内胆且至少部分设置在散水换热缓流盒内，所述冷水进水管与所述散水换热缓流盒连通，冷水通过冷水进水管进入所述散水换热缓流盒，并在所述散水换热缓流盒内与热水出水管内部的热水进行换热。
8.本实用新型提出的一种能源调节回收式高效热水器，内胆用于储存热水，冷水进水与冷水相连，热水出水管用于输出内胆内部的热水；散水换热缓流盒设置在内胆中，热水
出水管穿过散水换热缓流盒与内胆连通，冷水进水管与散水换热缓流盒连通；冷水经过冷水进水管进入散水换热缓流盒后，在水压的作用下，冷水在散水换热缓流盒散开，与热水出水管位于散水换热缓流盒内的部分充分接触，与热水出水管内热水进行强制换热；热水出水管内热水的热量部分传递至散水换热缓流盒内的冷水中，提高了冷水的温度，冷水再经由散水换热缓流盒流入内胆，此时热水器对相对于温度较高的冷水进水加热，缩减加热时间，并提升了内胆内热水的温度；同时，热水出水管内高温热水的温度也相应降低，避免热水出水过热；利用热水出水管内热水的多余热量实现对冷水进水的加热，形成热量的循环传导，提高热能利用率，并增加了热水器温热水的输出量。
9.根据本实用新型上述技术方案的一种能源调节回收式高效热水器，还可以具有以下附加技术特征：
10.在上述技术方案中，所述散水换热缓流盒内形成相对密闭空间，所述冷水通过冷水进水管进入所述相对密闭空间后，在散水换热缓流盒的限制下，与热水出水管内部的热水进行换热。
11.在该技术方案中，散水换热缓流盒内形成相对密闭空间，冷水进水管与热水出水管之间的强制换热主要在相对密闭空间内进行，且由于相对密闭空间的限制，使冷水进水在压力的作用下充满在相对密闭空间内，与热水出水管充分接触，使散水换热缓流盒形成对流换热器。
12.在上述技术方案中，所述热水出水管的输出端和冷水进水管的输入端设置于内胆的同侧，所述散水换热缓流盒设置在内胆靠近所述热水出水管的输出端的一侧。
13.在该技术方案中，热水出水管的输出端和冷水进水管的输入端均设置在内胆的底部，散水换热缓流盒设置在内胆的下端，使冷水在输入位置附近与热水在输出位置附近的时刻进行换热，最大程度降低未经换热的冷水对内胆内水温的影响，以及保证热水出水管与冷水换热后即输出至内胆外，保证热水出水温度降低的有效性。
14.在上述技术方案中，所述热水出水管包括依次连接的引流段、换热段和输出段，所述输出段的端部设有热水出水口，所述换热段设于散水换热缓流盒内，所述引流段向内胆内与散水换热缓流盒设置位置相反的另一端延伸，所述引流段的端部设有热水进水口。
15.在该技术方案中，引流段用于使热水进水口远离散水换热缓流盒，具体的，引流段向内胆的上端延伸设置，即当散水换热缓流盒设置在内胆的下侧时，热水进水口设置在内胆的上侧，内胆内部的热水通过热水进水口进入引流段，流向换热段，在换热段与散水换热缓流盒内的冷水进行换热后，流向输出段，经输出段排出内胆。
16.在上述任一技术方案中，所述散水换热缓流盒靠近冷水进水管的一侧设有散水区，所述散水区用于连通散水换热缓流盒与内胆，并将散水换热缓流盒内经换热后的冷水输入至内胆。
17.在该技术方案中，散水区可以设置在散水换热缓流盒的底部和/或散水换热缓流盒侧壁的下侧，冷水在压力作用下流向散水换热缓流盒的顶部，并在顶部约束下反向流动，在流动途中两次经过热水出水管，完成换热后抵达散水区，进入内胆，散水换热缓流盒内部的冷水水平或向下排出，保证换热效率的同时，还可以抑制湍流的形成。
18.在上述技术方案中，所述散水区内设有若干散水孔，若干所述散水孔沿所述散水换热缓流盒的周向和/或径向排列布置，且若干所述散水孔的孔径沿靠近冷水进水管的方
向呈递减趋势。
19.在该技术方案中，散水区可以设置一个环形通孔也可设置若干散水孔，若干散水孔沿散水换热缓流盒的周向和/或径向排列布置，使散水换热缓流盒内流向内胆的冷水形成层流，抑制湍流形成。
20.在上述任一技术方案中，根据规定的热水出水降温幅度范围，设计散水换热缓流盒内热水出水管的管路表面积。
21.在该技术方案中，热水出水降温幅度范围可设置在5℃-15℃之间，如内胆热水在最高温度75℃时，热水出水管内热水换热后温度应该比最高温度至少小于5℃，但应高于60℃；如内胆热水在最高温度90℃时，热水出水管内热水换热后温度应在80摄氏度左右；如内胆热水温度低于45℃时，热水出水管内热水换热后温度应高于40℃；即使热水出水温度降低至合适的范围，保证安全的同时，也保证足够的温度与外部冷水进行混合；由于换热系数、冷水进水温度为定值，则可通过控制散水换热缓流盒内热水出水管的管路表面积，即控制换热面积，确保温度降低在合理的范围内。
22.在上述技术方案中，设计散水换热缓流盒内热水出水管的管路表面积内的方法为：
23.根据热水出水降温幅度范围，计算热水出水管内热水与冷水应交换热能的数值范围；
24.根据应交换热能的大小计算散水换热缓流盒内热水出水管的管路表面积的数值范围。
25.在该技术方案中，如热水出水降温幅度范围在5℃-15℃之间时，以温度变化5℃作为热水出水管内热水与冷水应交换热能的下限，以温度变化15℃作为热水出水管内热水与冷水应交换热能的上限，则可通过下式计算热水出水管内热水与冷水应交换热能：
26.q＝cm(t2-t1)；
27.其中，c为热水出水管换热段内热水的质量，m为物体的比热，t2为换热前热水出水管内热水的温度，t1为换热后出水管内热水的温度。
28.得出热水出水管内热水与冷水应交换热能的数值范围后，可根据以下公式计算散水换热缓流盒内热水出水管的管路表面积的数值范围：
29.q＝ks(t2-t1)；
30.其中，k为换热系数，s为散水换热缓流盒内热水出水管的管路表面积，t2为换热前热水出水管内热水的温度，t1为换热前冷水进水的温度。
31.根据计算结果，选取合适的散水换热缓流盒内热水出水管的管路表面积。
32.上述计算方法中，在进行计算时通常以热水器的最高热水温度进行计算，确定换热段的表面积后，当换热前热水出水管内热水温度降低至较低温度时，换热面积和换热系数固定不变，由于冷水进水与热水之间温差减小，使两者之间的换热量也同步降低，因此即使内胆内热水温度较低时，热水出水也不会在散水换热缓流盒影响下导致出水温度急剧降低，平抑了出水温度的波动，保证了热水器热水输出的温度平稳性能。
33.在上述任一技术方案中，所述热水出水管设于散水换热缓流盒内的管路为盘管结构。
34.在该技术方案中，换热段为盘管结构，通过盘管结构使散水换热缓流盒内冷水与
热水出水管充分接触，并且便于对换热段的管路面积进行调整，优选地，换热段的的盘管最好在1-2圈。
35.在上述任一技术方案中，还包括电热管，所述散水换热缓流盒与所述电热管和/或内胆固定连接。
36.在该技术方案中，电热管用于对内胆内的水进行加热，由于散水换热缓流盒的换热能力随温差增大而增大，抑制了超高温热水输出，可控制有冷水进水时第一时间启动电热管加热，增加整个使用过程中的加热时间，提高整个热水器温水输出量；并且可以提高热水器内胆热水能够达到的最高温度，如设置为90℃，但为保证热水器的使用寿命，可将90℃设置为最大加热模式，当最大模式启动直至加热到90℃时自动强制退出到75℃的正常加热模式，直到人工重新启动最大加热模式。
37.具体的，最大加热模式通过人工设置，且每24小时不超过3次。
38.综上所述，由于采用了上述技术特征，本实用新型的有益效果是：
39.本实用新型利用散水换热缓流盒、冷水进水管和热水出水管组成对流换热器，利用热水出水管内较高温度热水的多余热量对散水换热缓流盒内的冷水进行加热，使热水器输出热水降低在安全范围内的同时提升了冷水进水的温度，提高了加热效率，增加了热水输出量，在热水器内部形成热量循环传递，实现能量利用最大化；同时，提高了热水器能达到的最高温度，即提升了热水器加热装置能够输出的功率，进一步提升了温热水输出量。
40.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
41.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
42.图1是本实用新型一个实施例的一种能源调节回收式高效热水器的结构图；
43.图2是本实用新型一个实施例的一种能源调节回收式高效热水器的原理图。
44.其中，图1至图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
45.1、内胆；2、热水出水管；3、冷水进水管；4、散水换热缓流盒；5、电热管；
46.21、引流段；22、换热段；23、输出段；
47.211、热水进水口；231、热水出水口；
48.41、散水区；
49.411、散水孔。
具体实施方式
50.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
51.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
52.下面参照图1至图2来描述根据本实用新型一些实施例提供的一种能源调节回收式高效热水器。
53.本技术的一些实施例提供了一种能源调节回收式高效热水器。
54.如图1至图2所示，本实用新型第一个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，包括：内胆1、热水出水管2和冷水进水管3，所述内胆1内部设置与其连通的散水换热缓流盒4，所述热水出水管2伸入内胆1且至少部分设置在散水换热缓流盒4内，所述冷水进水管3与所述散水换热缓流盒4连通，冷水通过冷水进水管3进入所述散水换热缓流盒4，并在所述散水换热缓流盒4内与热水出水管2内部的热水进行换热。
55.本实施例提出的一种能源调节回收式高效热水器，内胆1用于储存热水，冷水进水与冷水相连，热水出水管2用于输出内胆1内部的热水；散水换热缓流盒4设置在内胆1中，热水出水管2穿过散水换热缓流盒4与内胆1连通，冷水进水管3与散水换热缓流盒4连通；冷水经过冷水进水管3进入散水换热缓流盒4后，在水压的作用下，冷水在散水换热缓流盒4散开，与热水出水管2位于散水换热缓流盒4内的部分充分接触，与热水出水管2内热水进行强制换热；热水出水管2内热水的热量部分传递至散水换热缓流盒4内的冷水中，提高了冷水的温度，冷水再经由散水换热缓流盒4流入内胆1，此时热水器对相对于温度较高的冷水进水加热，缩减加热时间，并提升了内胆1内热水的温度；同时，热水出水管2内高温热水的温度也相应降低，避免热水出水过热；利用热水出水管2内热水的多余热量实现对冷水进水的加热，形成热量的循环传导，提高热能利用率，并增加了热水器温热水的输出量。
56.本实用新型第二个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在第一个实施例的基础上，如图1至图2所示，所述散水换热缓流盒4内形成相对密闭空间，所述冷水通过冷水进水管3进入所述相对密闭空间后，在散水换热缓流盒4的限制下，与热水出水管2内部的热水进行换热。
57.在该实施例中，散水换热缓流盒4内形成相对密闭空间，冷水进水管3与热水出水管2之间的强制换热主要在相对密闭空间内进行，且由于相对密闭空间的限制，使冷水进水在压力的作用下充满在相对密闭空间内，与热水出水管2充分接触，使散水换热缓流盒4形成对流换热器。
58.本实用新型第三个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述热水出水管2的输出端和冷水进水管3的输入端设置于内胆1的同侧，所述散水换热缓流盒4设置在内胆1靠近所述热水出水管2的输出端的一侧。
59.在该实施例中，热水出水管2的输出端和冷水进水管3的输入端均设置在内胆1的底部，散水换热缓流盒4设置在内胆1的下端，使冷水在输入位置附近与热水在输出位置附近的时刻进行换热，最大程度降低未经换热的冷水对内胆1内水温的影响，以及保证热水出水管2与冷水换热后即输出至内胆1外，保证热水出水温度降低的有效性。
60.本实用新型第四个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述热水出水管2包括依次连接的引流段21、换热段22和输出段23，所述输出段23的端部设有热水出水口231，所述换热段22设于散水换热缓流盒4内，所述引流段21向内胆1内与散水换热缓流盒4设置位置相反的另一端延伸，所述引流段21的端部设有热水进水口211。
61.在该实施例中，引流段21用于使热水进水口211远离散水换热缓流盒4，具体的，引流段21向内胆1的上端延伸设置，即当散水换热缓流盒4设置在内胆1的下侧时，热水进水口211设置在内胆1的上侧，内胆1内部的热水通过热水进水口211进入引流段21，流向换热段22，在换热段22与散水换热缓流盒4内的冷水进行换热后，流向输出段23，经输出段23排出内胆1，并经热水出水口231排出。
62.本实用新型第五个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述散水换热缓流盒4靠近冷水进水管3的一侧设有散水区41，所述散水区41用于连通散水换热缓流盒4与内胆1，并将散水换热缓流盒4内经换热后的冷水输入至内胆1。
63.在该实施例中，散水区41可以设置在散水换热缓流盒4的底部和/或散水换热缓流盒4侧壁的下侧，冷水在压力作用下流向散水换热缓流盒4的顶部，并在顶部约束下反向流动，在流动途中两次经过热水出水管2，完成换热后抵达散水区41，进入内胆1，散水换热缓流盒4内部的冷水水平或向下排出，保证换热效率的同时，还可以抑制湍流的形成。
64.本实用新型第六个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述散水区41内设有若干散水孔411，若干所述散水孔411沿所述散水换热缓流盒4的周向和/或径向排列布置，且若干所述散水孔411的孔径沿靠近冷水进水管3的方向呈递减趋势。
65.在该实施例中，散水区41可以设置一个环形通孔也可设置若干散水孔411，若干散水孔411沿散水换热缓流盒4的周向和/或径向排列布置，使散水换热缓流盒4内流向内胆1的冷水形成层流，抑制湍流形成。
66.本实用新型第七个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，根据规定的热水出水降温幅度范围，设计散水换热缓流盒4内热水出水管2的管路表面积。
67.在该实施例中，热水出水降温幅度范围可设置在5℃-15℃之间，如内胆1热水在最高温度75℃时，热水出水管2内热水换热后温度应该比最高温度至少小于5℃，但应高于60℃；如内胆1热水在最高温度90℃时，热水出水管2内热水换热后温度应在80摄氏度左右；如内胆1热水温度低于45℃时，热水出水管2内热水换热后温度应高于40℃；即使热水出水温度降低至合适的范围，保证安全的同时，也保证足够的温度与外部冷水进行混合；由于换热系数、冷水进水温度为定值，则可通过控制散水换热缓流盒4内热水出水管2的管路表面积，即控制换热面积，确保温度降低在合理的范围内。
68.本实用新型第八个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，设计散水换热缓流盒4内热水出水管2的管路表面积内的方法为：
69.根据热水出水降温幅度范围，计算热水出水管2内热水与冷水应交换热能的数值范围；
70.根据应交换热能的大小计算散水换热缓流盒4内热水出水管2的管路表面积的数值范围。
71.在该实施例中，如热水出水降温幅度范围在5℃-15℃之间时，以温度变化5℃作为热水出水管2内热水与冷水应交换热能的下限，以温度变化15℃作为热水出水管2内热水与
冷水应交换热能的上限，则可通过下式计算热水出水管2内热水与冷水应交换热能：
72.q＝cm(t2-t1)；
73.其中，c为热水出水管2换热段22内热水的质量，m为物体的比热，t2为换热前热水出水管2内热水的温度，t1为换热后出水管内热水的温度。
74.得出热水出水管2内热水与冷水应交换热能的数值范围后，可根据以下公式计算散水换热缓流盒4内热水出水管2的管路表面积的数值范围：
75.q＝ks(t2-t1)；
76.其中，k为换热系数，s为散水换热缓流盒4内热水出水管2的管路表面积，t2为换热前热水出水管2内热水的温度，t1为换热前冷水进水的温度。
77.根据计算结果，选取合适的散水换热缓流盒4内热水出水管2的管路表面积。
78.上述计算方法中，在进行计算时通常以热水器的最高热水温度进行计算，确定换热段22的表面积后，当换热前热水出水管2内热水温度降低至较低温度时，换热面积和换热系数固定不变，由于冷水进水与热水之间温差减小，使两者之间的换热量也同步降低，因此即使内胆1内热水温度较低时，热水出水也不会在散水换热缓流盒4影响下导致出水温度急剧降低，平抑了出水温度的波动，保证了热水器热水输出的温度平稳性能。
79.本实用新型第九个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，所述热水出水管2设于散水换热缓流盒4内的管路为盘管结构。
80.在该实施例中，换热段22为盘管结构，通过盘管结构使散水换热缓流盒4内冷水与热水出水管2充分接触，并且便于对换热段22的管路面积进行调整，优选地，换热段22的的盘管最好在1-2圈。
81.本实用新型第十个实施例提出了一种能源调节回收式高效热水器，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图2所示，还包括电热管5，所述散水换热缓流盒4与所述电热管5和/或内胆1固定连接。
82.在该实施例中，电热管5用于对内胆1内的水进行加热，由于散水换热缓流盒4的换热能力随温差增大而增大，抑制了超高温热水输出，可控制有冷水进水时第一时间启动电热管5加热，增加整个使用过程中的加热时间，提高整个热水器温水输出量；并且可以提高热水器内胆1热水能够达到的最高温度，如设置为90℃，但为保证热水器的使用寿命，可将90℃设置为最大加热模式，当最大模式启动直至加热到90℃时自动强制退出到75℃的正常加热模式，直到人工重新启动最大加热模式。
83.具体的，最大加热模式通过人工设置，且每24小时不超过3次。
84.在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
85.凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。