一种活水多模恒温热水器

技术领域

本发明属于热水器领域，特别是一种活水多模恒温电热水器。

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升水已经能让绝大多数用户满意，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。

为了解决这些行业难题，本发明提供了一种新的技术方案，包括一系列的具体实施方式。其中主要方案是利用文丘里效应制作一个射流装置，通过伯努利定律可知，高速流动的流体附近会产生一个低压(个人理解其本质是高速流体的分子通过撞击或电磁力带走周边的其它流体分子所致)。有了这个射流装置，热水器胆中的热水不需要压力就可以按冷水流量一定比例输出，使得内胆可以采用高分子材料制作成敞开式结构，解决了传统热水器内胆腐蚀以及定期更换镁棒的问题。把内胆底部做成斜度，让射流装置的吸入端处于斜坡的最底部，且让内胆进水喷管喷出的水流可以冲刷内胆底部，这样，内胆中就不会积累水垢，每次水中有垢析出都被吸走了，从而保持清洁卫生。从底部吸热水之所以能实现，也是由敞开式内胆配合电磁阀来实现的，当用户使用热水时，电磁阀关闭，不往内胆中加冷水，只有当用户不使用热水时，电磁阀才根据指令往胆中充水，这就使得在使用热水时，胆中的热水没有被冷水兑凉，不仅热水输出率100％，温度也极其恒定。内胆中被吸出的热水与冷水混合后，再流经发热器进行加热(或冷水先被加热再与内胆中热水混合也是可以的)，根据设置的出水温度，发热器输出合适的功率，使出水达到恒温效果。当然，实现如上效果，并非一定要使用射流装置，本专利还提供了别的技术方案。本发明的热水器，还可以直接当作即热热水器使用，且在当作即热热水器使用时，还可以向水中混入空气以产生类似超声清洗的效果，节水节电。具体的技术细节请参考说明书的具体实施例。

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：

一种活水多模恒温热水器，包括外壳、内胆、水流感应单元，还包括射流装置、主发热单元，所述射流装置包括进水端、出水端、吸入端，所述射流装置的吸入端与内胆连通，所述射流装置的进水端或出水端与主发热单元连通。

可选的，所述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。

可选的，所述内胆为敞开式，内胆上有孔道与大气连通，还包括上水机构，所述上水机构串接在水道与内胆之间，控制内胆的进水。

进一步的，还包括调温阀，所述调温阀安装在所述射流装置吸入端的水流通道上。

可选的，还包括第二发热器，所述第二发热器装配在内胆3中。

进一步的，所述主发热单元包含两条相互隔离的水流通道，还包括水泵，所述水泵、主发热单元其中的一条水流通道、内胆连接在一起构成一个加热循环通道。

可选的，所述主发热单元装配在内胆底部，所述主发热单元包含两条相互隔离的水流通道，所述主发热单元通过热膨胀元件或泵或电动控制机构与内胆进行热循环。

进一步的，所述内胆的底部为倾斜，所述射流装置的吸入端连接内胆底部的最低位置，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，还包括减压阀，所述减压阀安装在内胆的进水端。

一种活水多模恒温热水器，包括外壳、内胆、水流感应单元，还包括水泵、单向阀、三通装置、主发热单元，所述内胆为敞开结构，所述水泵的吸入端连通内胆底部，所述单向阀安装在泵的进水或出水通道上，其安装方向不允许自来水流入内胆中，所述水泵的出水端连通所述三通的其中一个接口，所述三通与主发热单元连通。

有益效果

本发明开发的一种活水多模恒温热水器，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是射流装置剖面图

图3是第一实施例示意图二

图4是第一实施例示意图三

图5是第一实施例示意图

图6是第二实施例示意图

图7是第三实施例示意图

图8是第四实施例示意图

图9是第五实施例示意图

图10是第六实施例示意图

图中：

1、外壳2、内胆3、射流装置3a、进水端3b、出水端3c、吸入端4、发热器5、换热器6、发热器壳7、水泵8、电磁阀9、单向阀10、调温阀11、水流感应单元12、热水器进水接头13、热水器出水接头14、喷管组件15、排气管16、主发热单元17、辅发热单元18、水温包组件19、减压阀20、截流阀21、三通22、浮球阀座23、浮球24、排气口

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5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，且内胆底部出热水。

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12流入，分为两路：一路经过电磁阀8后再进入喷管组件14，再从喷管组件14中注入内胆2中；另一路经过水流感应单元11，再流入换热器5，至射流装置3，再通过热水器出水接头13流出。其次介绍内胆加热循环路径，当需要加热内胆2中的水时，水泵7启动，内胆中的水从水泵的吸水口吸入，流经水泵后进入主发热单元的发热器壳6中被加热，再通过发热器壳6的出水口流入内胆3中，如此持续进行加热循环，直至内胆中的水达到预设温度。再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12流入，流经水流感应单元11，水流感应单元发送信号给中央处理器，发热器4工作；电磁阀8在水流感应单元感应到水流通过时一直处于关闭状态，不往内胆3中充水；接着自来水流经换热器5被加热，再流经射流装置3，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3中的水压入射流装置的吸入端，两股水流混合后从热水器出水接头13中流出；在混合后的水流通道上，还安装有温度传感器(由于温度传感器属于公知技术，在图中没有示出)，根据此温度值，可控硅通过调整发热器4的功率大小，使实际出水温度保持在设置温度，从而达到恒温效果。

关于射流装置和恒温方案的详细介绍：为了减小热水器的体积，提高热水器的热水输出量，必须要使使用热水时发热器处于最大功率状态，所以射流装置驱动水流(冷水)与吸入水流的比值最好保持在2:1或3:1之间(当然这个数值并不能限定本专利的保护范围)，这是根据热水器的功率以及实际使用中的水量来决定的，比如冬天内胆加热到80，进水温度5度，如果冷热水比值为2:1，则混合后水温为30度，如热水器功率5.5KW，出水量为5升，当发热器全功率运行时出水温度为45.4度，刚好达到洗浴温度。当用户的水量小或热水器的功率大，则冷热水比值可以更大一点。射流装置的冷热水比值由此本身的结构设计以及管路各处的阻力大小共同决定，自来水压力大小的变化，只会减小其总体水流，射流装置的冷热水比例几乎不会产生变化，这就使得热水器一旦安装后，冷热水的比例就已经固定下来(使手动控制成为可能)，仅能通过调温阀10调整吸入端截面大小来控制比例，手动调好之后其比例基本固定。为了使用户调温更加直观友好，热水器的显示界面可以增加功率显示，或最大功率的比率显示，比如1就代表全功率，0.9就代表只是最大功率的90％，或像手机电量一样的方式指示功率；也可以不用显示功率，当热水器不在即热模式时(即热模式是在进水温度高时使用，内胆不需要加热，甚至内胆中排空不需要加水)，当使用热水时功率偏离全功率大于某一限度，热水器可以报警，提示用户调整调温阀使热水器处于最佳状态。(提示：在非即热模式时热水器之所以不全功率运行，是因为混入热水比例太多，这样会影响热水器的热水输出量，比如25L的内胆，如冷热水比例为2:1，则抽空内胆中热水后混合出75升水，如果冷热水比例为1:1，则仅能混合出50升水。)热水器根据进水温度智能设定其内胆加热温度，使在各季节冷水和热水温度的加权平均都处于定值，可能由于各种原因使得混合后的水温存在几度的温度变化，则由主发热单元通过控制其功率使出水温度保持恒温。此恒温方案相比传统储水式热水器有机械结构的恒温阀可靠性要高很多，是更可靠恒温解决方案。出于智能化的考虑，调温阀10可以采用电动机构，由于此阀所在的管路没有压力，且此阀几乎不需要太多动作，故采用电动机构，可靠性也远高于传统恒温阀。

关于新鲜活水方案介绍，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上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不往内胆中掺冷水，用水时间稍长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，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。

关于发热单元介绍，如图1所示，主发热单元由发热器4、换热器5、发热器壳6组成。发热器壳由于处于内胆下面，且与内胆连通，在内胆3充水时也会充水，这个水也作为给换热器5传热的换热介质，当内胆的水被排空时，发热器壳中的水也是满的。如果计划在即热模式时内胆不加水，为防止发热器壳中的水不断蒸发导至干烧，在发热器壳上，还可以做一个水位感应装置，当发热器壳中的水低于安全水位时，电磁阀8开启往胆中加一点水补充水位，当然，如采用双换热管铸铝发热器则不存在上述问题(为保证充满水，水泵吸入端与发热器壳连接内胆的出水端不能在同一平面，必须要有一定的落差，否则同时被水盖住会困气)，当不加热内胆存水时，水泵7不工作，发热器4加热通过发热器壳中的水作为导热媒介，加热流经换热器5中的水；当需要加热内胆中的存水时，水泵7工作，发热器壳与内胆中的水在水泵的驱动下不断的循环加热。主发热器还可以是别的形式，只要有两条独立的加热水道，都能达到同样的效果，比如铸铝发热器，在发热器的外边绕上两条换热管，与发热器一起铸入铝锭中，铝充当导热媒介，如果不计成本，铸铜则导热性更好；也可以是电磁加热技术，比如把两组金属管道置入高频交变磁场中，通过切割磁感应线产生高频交变电流而自发热，也是一样的效果；或者就像本专利图示中那样的结构，只是把发热器4换成电磁线圈，置于发热器壳6的外面，换热器5在高频磁场中自发热，从而使换热器5一物两用，不仅是换热器，同时也是发热器；又或是干脆两组发热器，一组只负责对流过的自来水加热，一组负责对内胆加热；同时，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。

关于射流装置的介绍，如图2所示，射流装置结构就类似一个三通，只是把进水端让水流通过一个细孔，使之利用伯努利定律在吸入端产生负压。射流装置根据工况和介质不同可以做成各种不同的结构形式，并不限于本图中的结构，比如射流装置的出水端就不一定要锥孔，射流装置的进水端锥孔孔也只是为了减小阻力，如不采用锥孔，功能也还是可以实现的，只要利用高速运动的物体会带走靠近其表面的分子，从而产生真空，比如火车如果表面光滑，在高速前进时其头部会让周围压强增大，但其车身会带走空气而产生负压，使周围压强减小，对靠近它的物体产生吸力(这是我个人理解的伯努利定律的本质，也方便大家理解)，所以原则上只要让水流过一个细孔，就会起到射流装置的作用，其它细微结构的设计，只是让其压力损失更小，抽吸力更大而已。由于射流装置在工业领域大量使用，网上有各种公开的结构图，故本专利只提供了其中一种简单的结构形式。同时，射流装置的三个端口也并不限于制作在一个零件中，也可以采用多个件拼合而成，比如进水端、出水端、吸入端分为三个零件拼在一起形成一个整体。

热水器制作工艺总体方案，图1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、水位传感器、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，当水位达到会浮起感应开关的浮子，达到磁感应距离时，主控电路控制电磁阀关闭。如图1所示，需要连接到内胆上的管件有四个，一个是往内胆中加水的喷管组件14，一个是内胆热水的输出口，另两个接口是用于加热内胆存水的循环接口。此4个接口组件可以集成在一个零件上，此零件可以简单的制作成一个外径8厘米左右的圆盘，圆盘上直接制作4个接口，比如采用螺纹镶件注塑成形，由于没有压力，也可以仅开设四个孔洞，后续安装上硅胶圈，与之驳接的接头直接插进去即可。此圆盘安装在吹塑内胆的开孔上，利用胶圈密封。调温阀10、单向阀9装配在射流装置3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13，也是可以直接集成在射流装置3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4、换热器5、发热器壳6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)装配在一起构成主发热单元。热水器进水接头12通过三通分别连接电磁阀8和水流感应单元11(水流感应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。

图3是实施例一的另一种方案，把射流装置3置于主发热单元之前，且没有调温阀10，射流装置处于发热单元之前，会带来一些问题，虽然整台热水器的水阻是一样的，但射流装置的出水端阻力增大后，冷热水比会相应增加，影响射流装置冷热水比例的可调范围。另一个影响是主发热单元中的温度会增加，比如，冷热水比例为2:1，内胆中温度70度，假设出水温度设置为45度，经过加权平均(2x+70)/3＝45，则x＝32.5，如图1所示的结构，主发热单元只需要把水加热到32.5度即可。如图3的结构，则设置温度多高，就必须加热到多高温度。温度越高，不仅使发热器的热负荷更大，同时也使得发热器水垢更严重。图2作为稍逊于图1的方案，却比传统方案要好得多，故也是可选方案之一，调温阀10也是可以取消的，只需在工厂根据合适的工况固定好冷热水比例即可，由于发热器很多时候不能全功率工作的问题，是可以通过增大内胆容积来解决的。同时单向阀在仅做为洗澡用途的出水敞开式热水器中也是可以不要的，只需开关进水即可。

图4、图5相比图2各自多增加一个特征，比如图4增加了调温阀10，图5增加了排水管15，此排水管按图示结构的作用比较大，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6所示，此方案增加了辅发热单元17，同时取消了水泵7，本方案也是一个非常实用的方案，如不是考虑到电气元件和大电流接头过多而带来潜在过高的故障率，实际使用效果比方案一更好，主要的好处在于此方案的主发热器不会结水垢，因为有了辅发热器加热内胆中的水，主发热器处于结水垢的温度下，特别是采用铸铝发热器，更无结垢之可能。辅发热器所处的空间大，发热器表面结垢影响小，且可以通过表面处理防止水垢附着。除增加一个发热器以及不需要水泵之外，其它特征与实施例一完全一致，故不做重复介绍。

实施例三

图7是把主发热器装入内胆之中，利用水的温度差产生自然对流加热内胆中的水，从而取消水泵7，此方案通过增加温包组件18来控制发热器壳6上对流通道的开合，以实现对流经换热器5中的水即热加热以及对内胆中存水蓄热加热以及两者间共同加热。温包组件是利用热胀冷缩的原理，推动活动部件来回移动，它的工作方式为：当发热器壳6内的温度高于感温包的初开温度时，感温包的顶杆克服弹簧力伸长作功，把发热器壳6的密封盖打开，发热器壳6中的水与内胆2中的水进行对流换热。反之，当发热器壳中的温度低于温包打开温度时，不加热内胆中的水，只加热换热器5中的水。在即热模式时，有水流过换热器才会加热，发热器产生的热能全被换热器中的水流带走，此时发热器壳内温度不会高于温包打开温度。当热水器处于速热温度时，换热器没有水流通过，发热器也会一直工作，发热器壳中的水温迅速升高，使温包组件的盖板顶起，加热内胆中的水到预设温度。图7中的射流装置3可以装配在内胆外面，同时也可以安装调温阀，除主发热单元以及用温包组件代替水泵之外，其它结构完全与实施例一样。本方案的温包组件，还可以通过电动机构来代替，反正只要能在合适的时机打开或关闭发热器壳上的对流通道即可。

实施例四

如图8所示，本实施例用浮球装置取代电磁阀上水，除此之外其它结构形式与实施例一完全一样。这种方案由于无法由电子控制其上水，完全由水位本身来控制，所以当内胆向外提供热水时，同时也会补入冷水，所以只能采用下进水，顶部出热水的方式。此种方案的热水输出率没有实施例一高，同时也无法自动排除水垢和泥沙，会像传统储水式热水器一样藏污纳垢。但由于其成本以及性能优势，虽然比实施一和实施例二相差较大，但比传统电热水器优势明显，也是可选方案之一。

实施例五

如图9所示，本实施例提供了一种承压内胆的结构，由于采用金属内胆配射流装置相比传统多模热水器无任何优势可言，所以切实际的方案是使用塑料内胆，在其进水口加减压阀19，控制其胆内压力，增加截流阀20，截流阀的目的是为了初次给内胆充水时使用，因为射流装置在热水器打开出水时会不经过内胆流过一部分水，导致浪费。本方案相比前面其它方案的优势在于内胆可以提供额外的压力，使得热水器出水量更大(射流装置的限流作用明显，流量减小是本热水器的唯一短板，但如给内胆施加一点点压力，则对射流装置的抽吸力要求不那么高，从而可以增大射流装置射流孔的面积，使水量明显提升)。本方案也只能采用顶部出热水的方案，热水输出率也不如底部出热水，本方案做为一个保护性的方案而存在。

实施例六

如图10所示，本方案没有射流装置，仅是普通的三通，通过水泵替代射流装置自吸的功能，除此之外其它结构形式与前叙实施例完全一致。本方案的水泵可以采用调速水泵，以自适应热水输出的比例。比如当用户打开热水，主发热单元全功率工作，如果水温不够时，水泵逐渐加大供水量，使出水达到预设温度，反正，则减小供水量，如水泵的供水为零时，温度还过高，则降低发热器的功率。本方案除水泵的成本以及故障率要高于射流装置，其它方面的优势完全一样。需要额外说明的是，三通这个件可以是独立的，也可以集成在别的零件上，或由多个零件拼合在一起构成三通的作用。总之，只要是为实现本专利两股水流混合的起到三通一样作用的任意变形结构，都属于权利要求中三通的保护范围。

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。