一种防垢节能恒温热水器

技术领域

本发明属于热水器领域，特别是一种防垢节能恒温热水器。

背景技术

现存的电热水器还存在诸多问题，比如普通电储水式体积大、能耗高、加热慢、结水垢、水质污染、内胆腐蚀、需要定期更换镁棒和清垢等等一系列问题；而即热式电热水器又功率大、冬天水量小这样的缺点使之始终只能作为电储水式的补充；后又出现大功率小体积储水式热水器，行业内叫速热热水器，其本意是结合电储水式与即热式两者的优点，但实践证明这种热水器最大的问题还是热水不够用，且结垢影响更严重，如果再进一步加大内胆，又在外观与加热速度上与储水式相差无几，失去存在意义；后又进一步在速热热水器中再集成一个即热发热模块，行业内叫双模速热，所谓的双模就是储水加即热两种模式，这种双模速热25升水已经能让大多数用户满意，但其问题同样严重，成本高，结构复杂，故障率高，小容积内胆结水垢影响很严重。关于结水垢影响水质的问题，本行业又出现采用换热方式的热水器，这种换热方式由于换热温差，使得关停热水再开水温度不恒定，同时，在水质差的地区，换热管内也会结水垢，结垢不仅影响换热效率，且结垢堵死之后就无法使用。前一段时间，本人为了解决这些行业难题，提供了一种基于文丘里效应的技术方案：活水多模恒温热水器，解决了所有这些问题，活水多模恒温热水器的结构虽然简单，但还有简化的空间，本发明就是基于文丘里效应的一种更加简单的热水器，不仅成本更低，结构简单可靠，还同样实现不积水垢、活水卫生、100％的热水输出率、多模加热、内胆容积可调等等优势，极具社会效益。

发明内容

为解决现有热水器技术的不足，本发明提供了一种新的技术方案。

本发明的目的是通过下面技术解决方案解决的：

一种防垢节能恒温热水器，包括外壳、内胆、发热器、水流检测单元，还包括射流装置、进水控制装置，所述射流装置的吸入端与内胆连通，所述进水控制装置连接在内胆与水流管路之间，控制内胆的充水，还包括至少一个水位感应单元，所述水位感应单元用于检测内胆中水位的位置。

进一步的，所述防垢节能恒温热水器还包括单向阀，所述单向阀与所述射流装置的吸入端连通，其安装方向不允许自来水通过射流装置的吸入端流入内胆。

进一步的，还包括调温阀，所述调温阀安装在射流装置吸入端与内胆之间，所述调温阀为手动或自动，所述调温阀用于调节射流装置吸入端的流量。

可选的，所述进水控制装置为电磁阀。

可选的，所述进水控制装置包括电机、水量调节机构，所述电机自动调整水量调节机构的开度。

进一步的，所述防垢节能恒温热水器还包括浮球阀，所述浮球阀控制内胆的最高水位，当进水控制装置故障时锁死进水，防止热水器内胆的水溢出。

进一步的，所述内胆上有排气口与大气连通，所述射流装置的吸入端直接或间接的连通内胆底部，还包括喷管组件，所述喷管组件设置有喷头，所述喷头的结构使得当热水器往内胆中加水时可以冲刷内胆底部。

可选的，所述射流装置为两个或两个以上，所述两个或两个以上的射流装置并联或串联安装，所述两个或两个以上的射流装置可以集成在一个零件中。

可选的，还包括泵，所述泵安装在射流器的出水端或吸入端的水流通道上。

进一步的，还包括排水管，所述排水管安装有内胆的底部，所述排水管上开设旁路接口，所述旁路接口直接或间接的连通射流装置的吸入端，所述旁路接口上安装有滤网。

有益效果

本发明开发的一种防垢节能恒温热水器，无论从成本、结构可靠性、性能、卫生、节能、便利都具有巨大优势，极具推广意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明

图1是第一实施例示意图一

图2是第一实施例示意图二

图3是第一实施例示意图三

图4是第二实施例示意图

图5是第三实施例示意图

图6是第四实施例示意图

图中：

1、外壳2、内胆3、发热器4、水流检测单元5、射流装置6、水位感应单元7、单向阀8、调温阀9、电磁阀10、电机11、水量调节机构12、浮球开关13、排气口14、喷管组件15、泵16、排水管17、进水接头18、出水接头

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发明作进一步说明。

实施例一

图1至图3都是根据本发明第一实施例的热水器结构示意图，本实施例的关键特点是：敞开式内胆，利用自来水流过射流装置产生的负压吸热水，利用电机控制进水速度与进水量，且是从内胆底部出热水。

先介绍自来水水流路径，如图1所示，自来水从热水器进水接头17经水流检测单元4流入，分为两路：一路经过水量调节机构11后再进入喷管组件14，再从喷管组件14注入内胆2中；另一路经过射流装置5后再通过出水接头18流出。其次介绍热水器使用时的水流路径以及主要电子电气部件的运行原理，当用户打开用水终端使用热水时，自来水从热水器进水接头17流入，流经水流检测单元4，水流检测单元发送信号给中央处理器，如果内胆2中的热水温度没有达到设定值，发热器4工作，在水温达到设定值前，电机10不工作，水量调节机构11处于关闭状态，不往内胆2中加水；当内胆中温度升到设定值时，电机10启动，打开水量调节机构11，向内胆2中充水，并且根据内胆中的温度变化来调节水流量，使内胆中的水温恒定在设定值(但在水位达到最高限定位置时，不往内胆中加水；又或当水量越用越多时，证明功率太高，此时可减小发热器的功率)；水流通过射流装置进水端的细孔时压力转化为流速，高速射流在吸入端产生真空，大气压把内胆2中的水压入射流装置5的吸入端，两股水流混合后从热水器出水接头18中流出。通过调节调温阀8，可以调整冷热水比例，从而调整出水温度。由于往内胆中掺入冷水的流量始终以维持胆内温度恒定为依据的，所以本热水器在使用过程中的温度是恒定的，能达到恒温效果。且本热水器采用下出水方式，可以把胆中的热水用完(当水位下降到最低限定位时，发热器停止工作以避免干烧)，达到100％的热水输出率。本热水器还可以采用各种控制方式：1、内胆容量可调；2、内胆容量阶段性可调；3、快速热水。下面分别介绍这三种控制方式，1、内胆容量可调，像图1、图2采用的水位感应方式都可以连续测水位的位置，配合自动上水的机构，用户可根据需要设置水位，比如人少时，可选择半胆、1/3、即热等各种水量，这样可以减少热量损失。2、内胆容量阶段性可调，可以选择不同时间段内胆的水位不同，比如用户晚上洗澡，则在晚上时胆内满水，而白天由于龙头用热水不多，可以用低水位保温，以减小热量散失，节约能源。3、快速热水，此方案从两个方面着理解，一个是当热水用完时，热水器不是一下子把内胆加满然后慢慢加热，而是先加到淹没电热管的最低水位，先把这少量的水加热到设定温度，然后一边继续加热，一边慢慢加水维持胆内温度始终处于设定温度(在程序中可以设置温度偏差幅度)，这样的方式使得当热水器的水用完时，下一次使用能马上就有热水可用，而不是必须再等半小时甚至一小时。另一方面指的是，可以采用即热模式，此时胆内水位维持在最低水位，如果结构设计得当，此水位只需要维持少量的水(比如1.5升)，此时基本能实现即开即热的效果，当用水时，进水控制装置采用的策略是维持水位不变，也就是让进水的流量等于内胆流出的流量，内胆内温度可以通过改变水量或电热管的功率来调节，此时本实施例的热水器就相当于一台即热热水器。

在图1中，水位感应单元6是一种压力液位传感器，能连续的测量水位的高低。水位不同水压也不同，压力传感器通过测量压力大小来确定胆内水位。压力传感器很精密，像一些微型电子秤，价格很便宜，才十几块钱，但其测量的精度达到0.1克，如果让水压在一张硅胶膜片上，膜片的面积做到5平方厘米以上，则水位每增长一厘米，膜片压力增加至少5克，水位变化一毫米，压力变化0.5克，按0.1克的精度，都可以精确的测出来。膜片越大，其精度就越高。如果精度要求不那么高，也可以通过水压压迫膜片产生的位移来测量水位的高低，可以通过位移带动一个触点，触点接触可调电阻的导电膜或线圈，通过电阻值的连续变化来连续的测水位；这种方式也可以通过相互隔离的金属指或霍尔元件不连续的测试水位。图中没有详细画出此种传感器的图，这都是一些简单的成熟技术，只要方向定下，实现起来不仅简单，而且途径很多。

本技术能得以实现的核心就是射流装置5，射流装置必须在0.1～0.7Mpa(正常自来水压)的压力范围内保持自来水冷热水比例不大于1，当然，水压大的地方可以通过阀把压力调小，所以关键在于在低水压时，保持冷热水比例不大于1(此项不是本专利的限制条件，比如当冷水：热水的比例大于1时，在气温高的地区同样可用，或者把内胆的水温调到更高也可以用，不大于1指的是一种更为理想的状态)。经过大量的测试，只要合适的设计射流结构，以及减小终端管路的阻力(自来水管本身几乎没有什么阻力，水阻来自于阀或者花洒)，哪怕水塔供水的低压地区，也是完全可以达到要求的。通过本人的大量测试以及参考其它的一些技术文献，射流器一旦确定了终端管路压力，其冷热水比例几乎不会受供水压力的变化而变化，这为本热水器能达到好的使用效果甚至恒温提供了条件。通过对射流器结构的初步设计，我们已经做到冷水：热水＝0.8左右，且在低水压时还保持了合适的流量，由此可以确定，本技术是完全可行且相当优秀的。

关于本技术新鲜活水方案介绍，如图1所示，内胆2的底部做成斜面，射流装置的吸水口处于内胆的最低点，喷管组件14喷头的结构及安装位置使之喷出的水流可以冲刷内胆的底部。由于热水器在使用热水时可以把胆中的热水完全排空，当内胆再次充水时，喷管组件喷出的水流直接冲刷内胆底部，泥沙与水垢都被冲到最低点(就是射流装置吸水的位置)，下次用水时这微量的杂质就被吸走排出，如此周而复始，相当于经常在清洗内胆。同时，由于内胆的热水经常性甚至每天都被排空，相当于每次用的都是活水，不像传统储水式一样总是新水混旧水、千煮水及水垢导致水中微生物超标，我们都知道一桶水放久了会发臭。本专利解决了储水式热水器的卫生问题。

如图1所示，射流装置5的吸入端还接有单向阀7、调温阀8，图中调温阀8装在单向阀7的前端，这是因为单向阀的前端几乎没有水压，只有来自于内胆中水的压力，几乎可以忽略，这对调温阀的密封有好处，当然，若是一定要把调温阀与单向阀调一个位置，也是可以的。单向阀与调温阀还都可以集成在射流装置上，做为一个整体零件，特别是单向阀，其集成在射流的吸入端比独立零件更紧凑。单向阀结构非常简单，可以直接采用一个膜片，做成膜片单向阀，也可以采用弹簧加胶圈的形式。调温阀可以是手动的，就是一个调水流开度的开关，在热水器合适的位置做一个手柄或旋钮，用户根据需要调节，达到设置出水温度的目的。在高级版本中，也可采用步进电机来自动调温。图1中的发热器的形式不仅限于图示中的一样，可以是厚膜发热器、碳膜发热器、电磁发热器、陶瓷发热器等等各种形式，都是本专利的保护范围。

图2与图1除了水位感应单元6采用了不同的形式，其余完全一样，图2中采用的是超声波模块来测距，此种方案要进行温度补偿，因为在不同的温度下声波的传播速度不同。图3的水位感应单元6采用的是磁感应，在滑杆的中心装配有干簧管或霍尔元件，而浮球里装了磁铁，此乃公知技术，不多做介绍。图3的顶部装有浮球开关12，此浮球开关既可以单独用于控制最高水位，也可以做为冗余机构，当电子元失效而使内胆中不受控制的充水时，浮球开关做为多余的保护而防止热水器溢水，避免造成不必要的损失。

热水器制作工艺总体方案，图1至图3只是为了方便理解的示意图，把各主要部分尽量铺开不重叠以便理解查看，真实的结构却是要尽量紧凑，同时，图中也省略了比如温度传感器、控制电路板等等业内公知技术细节。本专利的内胆可以采用PP吹塑成型，其底部设计一开口用于装置必须要连接到内胆2上的零件，比如各种管件接头以及水位感应装置。内胆的水位感应可以采用压力感应、干簧管开关、霍尔开关、电阻感应、电容感应、雷达感应、红外感应等等各种形式，比较经济的方案是干簧管感应和霍尔感应，此两种方式的本质都是磁感应，可以把感应开关装在内胆的顶部。为了能连续感应水位，可以采用图1的压力感应或图2的超声波感应。需要连接到内胆上的管件有两到三个，一个是往内胆中加水的喷管组件14，一个是排水管16，另一个接口是用于连接压力感应装置，此装置也可以连接到排水管上。两个接口可以集成在电热管的法兰上。调温阀8、单向阀7装配在射流装置5上构成一个组件，此三个件也可以集成在一个或两个零件上，比如调温阀与单向阀制作在一个零件中，或单向阀制作在射流装置上，或三个件直接做成一个，都是可以的，主要取决于模具以及装配工艺。至于热水器出水接头18，也是可以直接集成在射流装置5上的，因为在实际产品中，如图示中的90度弯角大概率不需要，而是直通，这样模具制造就可以做成一体了，就算是弯头，只是模具上用行位就可以成型。发热器3以及一些必要的温度传感器、温度跳制开关(双金属机械式，防干烧)装配在一起构成发热单元。热水器进水接头17可以是水流感应单元4的一部分，由于水流感应单元的运动部件可能被泥沙卡死，所以一般情况下，水流感应单元装配在进水接头的直管中，方便拆下清洗(水流检测单元一般采用霍尔水流开关)。先把内胆2装入外壳1中，依次把上述各组件装入外壳，并连接各接头，装入电路板并连接电路，热水器就可以进入测试环节。在本技术中，排水管16作用比较大，并非仅用于排空内胆这一功能，在通往射流装置的旁路上增加一个过滤网，则可以防止大块水垢堵死射流装置，大块的垢或泥沙会沉积在排水管中，这相当于人体盲肠的功能，不过比盲肠要好使得多，可以在排水管未端装一个阀定期放一下水排空杂物。

实施例二

如图4所示，此方案采用电磁阀9控制内胆加水，水位感应单元6用的是浮磁检测方式，水位感应单元为上下两个，用于感应最高水位与最低水位，除此之外，与实施例一完全一样。电磁阀控制进水不能调节流量，只能通过开与关的频率来实现内胆平均注水速度，这对电磁阀的寿命不利。而采用浮磁检测水位的方式，也不能实现连续检测。本实施例提供了另一种可以实现部分功能的方案。

实施例三

图5是本实施例三的示意图，如图所示，它与图1比较只是多了泵15，泵15可以实现两个目的：第一个目的是可以实现零冷水循环；第二个目的是可以用于克服终端管路、阀、花洒的阻力。射流器必须消耗自来水的能量来抽吸热水，而且效率较低，只有30％左右，这导致当水压不够大时，终端阻力太大，就会失去吸力，或吸力不足维持1:1。如果在射流器的出水端加泵，则可以克服这些缺点。由于其它结构与实施例一完全一样，不做多余介绍。

实施例四

如图6所示，本实施例取消了单向阀和调温阀，取消单向阀可以应用于关进水的场合，或者可以设置一个联动机构，当关出水时，进水的电磁阀也自动关闭。此种方案虽然不好，但由于本技术的优势，也不能排除别的厂家不会使用，本方案做为一个保护性的方案而存在。

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，任何通过本发明能轻易想到的方案以及任意变形的方案，均在本专利的保护范围内。