一種基于真空相變原理的速熱式電熱水器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于真空相變原理的速熱式電熱水器。包括蒸發(fā)冷凝模塊、溫度傳感器、流量傳感器、智能調(diào)控板等，其中蒸發(fā)冷凝模塊內(nèi)部包含電加熱棒、冷水管道、蒸發(fā)工質(zhì)、多孔介質(zhì)等。該電熱水器由多個蒸發(fā)冷凝模塊組成，冷水管道以串聯(lián)形式依次通過每個模塊內(nèi)部，將冷水進(jìn)行梯級加熱。每個模塊安裝有電加熱棒，并以并聯(lián)的形式連接到智能調(diào)控板上。通電后電加熱棒將模塊內(nèi)蒸發(fā)工質(zhì)加熱蒸發(fā)，高溫蒸汽遇到冷水管道在管外凝結(jié)換熱，多孔介質(zhì)增加汽化核心，并使得蒸汽蒸發(fā)均勻，智能調(diào)控板根據(jù)水管進(jìn)、出口溫度以及流量，控制蒸發(fā)冷凝模塊開啟個數(shù)以及電加熱棒功率大小。本熱水器的優(yōu)點在于換熱系數(shù)高、加熱速率快、水電隔離、安全緊湊等。
【專利說明】
一種基于真空相變原理的速熱式電熱水器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電熱水器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于真空相變原理的速熱式電熱水器。
【背景技術(shù)】
[0002]家用電熱水器目前主要分為蓄熱式、即熱式、速熱式等三種類型。蓄熱式電熱水器由于功率小，對電流、電壓以及環(huán)境等無太多特殊限制得到了廣泛應(yīng)用。但是該電熱水器體積大，占用空間多，且需要將全部冷水加熱至指定溫度，耗費時間長，因此存在很大的熱惰性；即熱式電熱水器通過大電流使得物體表面溫度升高，冷水與高溫物體表面之間進(jìn)行對流換熱從而加熱冷水，該電熱水器主要優(yōu)點在于加熱速度快，但該電熱水器因為工作時電流過大而無法適用一般家庭，存在很大的局限性;速熱式電熱水器因結(jié)合了蓄熱式以及即熱式兩者的優(yōu)點，體積小、加熱速度快，并且電流相對于即熱式電熱水器低，對環(huán)境等要求寬松，故普適性強(qiáng)，有望成為電熱水器發(fā)展的趨勢。但是傳統(tǒng)的速熱式電熱水器冷水和加熱電流之間無法徹底隔離，因而存在安全隱患；此外，冷水在換熱器內(nèi)部以對流形式進(jìn)行換熱，通過變截面的通道，導(dǎo)致阻力增加，水流速度受到限制，因此對流換熱系數(shù)不是很高。故傳統(tǒng)速熱式電熱水器存在整體換熱系數(shù)有限、換熱速度慢、水電無法徹底隔離等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于真空相變原理的高效節(jié)能速熱式電熱水器，具有換熱系數(shù)高、換熱速度快、水電完全隔離、安全緊湊等特點。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0005]該電熱水器殼體內(nèi)部固定有若干個蒸發(fā)冷凝模塊，每個模塊內(nèi)部安裝有電加熱棒，各個模塊的電加熱棒以并聯(lián)的形式連接到智能調(diào)控板上，每個模塊內(nèi)部充有蒸發(fā)工質(zhì)，并在蒸發(fā)工質(zhì)內(nèi)部固定有多孔介質(zhì)，該電熱水器的冷水管道依次以串聯(lián)形式通過蒸發(fā)冷凝模塊，冷水在模塊內(nèi)部梯級加熱，并在冷水管道進(jìn)、出口安裝有溫度傳感器以及流量傳感器。
[0006]蒸發(fā)冷凝模塊內(nèi)部為真空，為橢圓形或者圓形承壓容器，蒸發(fā)冷凝模塊安裝有抽真空閥門，同時安裝有充液閥門，內(nèi)部或外部布置有保溫層，并安裝有壓力安全閥門，蒸發(fā)冷凝模塊內(nèi)部涂有致密表面膜，每個模塊都連接有電加熱棒正極接線柱和負(fù)極接線柱。
[0007]冷水管道呈蛇形或螺旋形布置，表面涂有疏水涂層，管子為圓管或液滴管或翅片管，管子頂部安裝有固定裝置。
[0008]電加熱棒浸沒在蒸發(fā)工質(zhì)中，安裝在模塊側(cè)面或底面，為光管或翅片管，布置方式為蛇形或螺旋形或波紋形，且電加熱棒有固定裝置。
[0009]多孔介質(zhì)位于蒸發(fā)工質(zhì)內(nèi)部，且有裝置固定。
[0010]蒸發(fā)工質(zhì)為添加促凝物質(zhì)的去離子水，或為其他相變工質(zhì)。
[0011]蒸發(fā)冷凝模塊在電熱水器殼體表面安裝有固定裝置，另一端通過緊固件25將蒸發(fā)冷凝模塊固定。
[0012]蒸發(fā)冷凝模塊為積木式放置形式或一字排開形式。
[0013]該速熱式電熱水器，因采用了真空狀態(tài)下的蒸發(fā)冷凝模塊，利用了沸騰與凝結(jié)換熱系數(shù)高的特點，實現(xiàn)了冷水在不同模塊之間梯級加熱，消除了傳統(tǒng)速熱式電熱水器換熱系數(shù)有限、加熱速率慢以及水電無法完全隔離的弊端，具有很好的市場應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明提供的該電熱水器整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明提供的該電熱水器模塊固定示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括蒸發(fā)冷凝模塊、冷水管道、電加熱棒、多孔介質(zhì)、蒸發(fā)工質(zhì)、智能調(diào)控板等。電加熱棒通電后，將蒸發(fā)冷凝模塊內(nèi)部的蒸發(fā)工質(zhì)加熱蒸發(fā)，高溫汽態(tài)蒸發(fā)工質(zhì)在冷水管道外凝結(jié)換熱，多孔介質(zhì)增大汽化核心，同時使得蒸汽速度場更加均勻。該裝置充分利用了沸騰、凝結(jié)換熱系數(shù)高的特點，結(jié)合了熱管式換熱器優(yōu)點，同時冷水在管道內(nèi)流動，流速快，對流換熱系數(shù)增大，結(jié)合了管式換熱器優(yōu)點，并且熱水和電流完全隔離，從根本上解決了傳統(tǒng)電熱水器水電難隔離的弊端。
[0018]本發(fā)明所采用的蒸發(fā)冷凝模塊內(nèi)部抽成真空狀態(tài)，以消除不凝結(jié)氣體對凝結(jié)換熱的影響。模塊設(shè)計為橢圓形或者圓形等，便于承受壓力。模塊上安裝有抽真空閥門用于初始抽真空，同時安裝有充液閥門用于向模塊內(nèi)部充入蒸發(fā)工質(zhì)。內(nèi)部或外部布置有保溫層以防止熱量損失，并安裝有壓力安全閥門，以消除內(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致的安全隱患。模塊內(nèi)部致密的表面膜便于快速地將凝結(jié)液回收。進(jìn)一步地，冷水管道在各個模塊之間串聯(lián)布置，防止出現(xiàn)流量不均等問題。串聯(lián)布置使得冷水在不同模塊內(nèi)梯級加熱，很好地實現(xiàn)了能量的梯級利用。同時冷水進(jìn)、出口安裝有溫度傳感器用于監(jiān)測進(jìn)、出口溫度，進(jìn)口處還安裝有流量傳感器用于監(jiān)測進(jìn)口流量。
[0019]冷水管道在模塊內(nèi)部呈蛇形或螺旋形布置，增大受熱面積。管子可為圓形管或液滴形管或翅片形管，同時管道表面涂有疏水涂層，疏水涂層可以加速凝結(jié)液排泄，降低凝結(jié)液的液膜厚度。管子頂部安裝有固定裝置，防止由于流動誘發(fā)的振動問題。
[0020]每個模塊有各自的電加熱棒，各電加熱棒線路之間并聯(lián)布置，并連接到智能調(diào)控板上。智能調(diào)控板根據(jù)冷水進(jìn)出口溫度以及流量，結(jié)合設(shè)定的工作溫度調(diào)節(jié)開啟模塊的個數(shù)以及各個模塊內(nèi)的功率大小。
[0021]電加熱棒浸沒在蒸發(fā)工質(zhì)中，從側(cè)面或者底部安裝在模塊內(nèi)，電加熱棒可為光管或翅片管或板式，布置方式可為蛇形或螺旋形或波紋形，以充分增大蒸發(fā)工質(zhì)受熱面的面積。電加熱棒有固定裝置，防止電加熱棒表面溫度過高而觸碰到蒸發(fā)冷凝模塊，同時起到固定作用。
[0022]多孔介質(zhì)位于蒸發(fā)工質(zhì)內(nèi)部，增大了汽化核心，同時使得蒸發(fā)工質(zhì)在蒸發(fā)時速度場更均勻、穩(wěn)定，蒸汽在管外凝結(jié)更平穩(wěn)。多孔介質(zhì)通過固定裝置被固定在蒸發(fā)介質(zhì)內(nèi)部。
[0023]本發(fā)明蒸發(fā)工質(zhì)為添加了促凝物質(zhì)的去離子水，以有效防止模塊內(nèi)部的金屬物質(zhì)銹蝕，延長了裝置壽命。蒸發(fā)工質(zhì)也可為其他類型的相變工質(zhì)。
[0024]實施例一
[0025]如圖1所示，本實施例中，蒸發(fā)冷凝模塊I主要構(gòu)件包括電加熱棒2，冷水管道5，蒸發(fā)工質(zhì)3和多孔介質(zhì)6等。正常工作時，電加熱棒2將蒸發(fā)冷凝模塊I內(nèi)的蒸發(fā)工質(zhì)3加熱沸騰，高溫蒸汽在冷水管道5表面凝結(jié)換熱，凝結(jié)液回落到模塊內(nèi)再次加熱蒸發(fā)，形成一個自循環(huán)系統(tǒng)。為了防止工作時電加熱棒2松動，通過固定裝置21將其固定在模塊內(nèi)，固定裝置21另一個作用是防止電加熱棒高溫表面與模塊壁面接觸而使得局部溫度過高。電加熱棒2的正極14和負(fù)極15安裝在模塊底部便于接線。冷水管道5從模塊同一側(cè)面進(jìn)入模塊內(nèi)部，方便水管入口 12、出口 13端與其他模塊水管端口連接。管道在模塊內(nèi)部呈蛇形或者螺旋形布置，可增大換熱表面積。冷水管道5外表面涂有疏水材料19，一方面可以提高蒸汽凝結(jié)速率，另一方面可以增大珠狀凝結(jié)面積從而大幅度提高管外凝結(jié)換熱系數(shù)。冷水管道5頂端有固定裝置23，防止由于流動誘發(fā)的振動。蒸發(fā)工質(zhì)3為添加促凝物質(zhì)的去離子水或者其他相變工質(zhì)，促凝物質(zhì)可以促進(jìn)蒸汽快速凝結(jié)，去離子水主要去除溶液中氧化性物質(zhì)，防止電加熱棒2發(fā)生銹蝕等化學(xué)反應(yīng)。多孔介質(zhì)6放置在蒸發(fā)工質(zhì)3中，不僅可以增大汽化核心，也使得高溫蒸汽速度更平穩(wěn)，防止出口溫度產(chǎn)生大幅度波動。模塊內(nèi)部或者外部包有保溫材料9以降低熱量損失，同時模塊內(nèi)涂有高致密表面膜11，用于加速凝結(jié)液的回收。模塊底板上有充液閥門8用于向內(nèi)部充入蒸發(fā)工質(zhì)3，側(cè)面有抽真空閥門7用于初始抽真空，頂部安裝有壓力安全閥10，防止正常工作中蒸發(fā)工質(zhì)壓力過高而存在安全隱患。模塊內(nèi)部處于真空狀態(tài)可以消除不凝結(jié)氣體的影響，從而增強(qiáng)管外凝結(jié)換熱系數(shù)。
[0026]實施例二
[0027]如圖1和圖2所示，本實施例中，一種基于真空相變原理的速熱式電熱水器包括蒸發(fā)冷凝模塊I，溫度傳感器16、17，流量傳感器18，智能調(diào)控板4等，其中蒸發(fā)冷凝模塊I內(nèi)部包含電加熱棒2，冷水管道5，蒸發(fā)工質(zhì)3，多孔介質(zhì)6等，模塊內(nèi)部具體細(xì)節(jié)已在實施例一中敘述。該電熱水器特點在于各個模塊內(nèi)的水管串聯(lián)在一起，從而降低了由于流動過程中截面突變引起的壓降，并且冷水在不同模塊內(nèi)部被梯級加熱，減少了由于溫差過大引起的不可逆損失。為了便于實時監(jiān)測熱水器狀態(tài)，在該熱水器的水管進(jìn)、出口分別安裝有溫度傳感器16和17，用于監(jiān)測進(jìn)、出口水溫，同時水管入口安裝有流量傳感器18監(jiān)測入口流量。各模塊內(nèi)的電加熱棒2以并聯(lián)的形式連接到智能調(diào)控板4上，通過不同功率的配合從而滿足不同出水溫度的要求。而智能調(diào)控板4根據(jù)冷水進(jìn)、出口溫度，以及進(jìn)口流量控制開啟蒸發(fā)冷凝模塊I的個數(shù)。智能調(diào)控板4通過電源接線柱20供電。蒸發(fā)冷凝模塊的安裝如圖2所示，電熱水器殼體26上安裝有固定裝置24，并通過緊固件25將蒸發(fā)冷凝模塊I固定，從而保證了該熱水器整體的穩(wěn)定性與安全性。
[0028]本發(fā)明所列舉的實施例，只是用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，還可以對本發(fā)明進(jìn)行改進(jìn)和修飾或者采用類似的結(jié)構(gòu)進(jìn)行替代，在不脫離本發(fā)明思想精神或者超越所附權(quán)利要求書定義的范圍下，這些改進(jìn)、修飾和替代等也落入本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，該電熱水器殼體(26)內(nèi)部固定有若干個蒸發(fā)冷凝模塊(I)，每個模塊內(nèi)部安裝有電加熱棒(2)，各個模塊的電加熱棒(2)以并聯(lián)的形式連接到智能調(diào)控板(4)上，每個模塊內(nèi)部充有蒸發(fā)工質(zhì)(3)，并在蒸發(fā)工質(zhì)(3)內(nèi)部固定有多孔介質(zhì)(6)，該電熱水器的冷水管道(5)依次以串聯(lián)形式通過蒸發(fā)冷凝模塊(I)，冷水在模塊內(nèi)部梯級加熱，并在冷水管道(5)進(jìn)、出口安裝有溫度傳感器(I6)、(I7)以及流量傳感器(18)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，蒸發(fā)冷凝模塊(I)內(nèi)部為真空，為橢圓形或者圓形承壓容器，蒸發(fā)冷凝模塊(I)安裝有抽真空閥門(7)，同時安裝有充液閥門(8)，內(nèi)部或外部布置有保溫層(9)，并安裝有壓力安全閥門(10)，蒸發(fā)冷凝模塊內(nèi)部涂有致密表面膜(11)，每個模塊都連接有電加熱棒正極接線柱(14)和負(fù)極接線柱(15)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，冷水管道(5)呈蛇形或螺旋形布置，表面涂有疏水涂層(19)，管子為圓管或液滴管或翅片管，管子頂部安裝有固定裝置(23)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，電加熱棒(2)浸沒在蒸發(fā)工質(zhì)(3)中，安裝在模塊側(cè)面或底面，為光管或翅片管，布置方式為蛇形或螺旋形或波紋形，且電加熱棒(2)有固定裝置(21)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，多孔介質(zhì)(6)位于蒸發(fā)工質(zhì)(3)內(nèi)部，且有裝置(22)固定。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，蒸發(fā)工質(zhì)(3)為添加促凝物質(zhì)的去離子水，或為其他相變工質(zhì)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，蒸發(fā)冷凝模塊(I)在電熱水器殼體(26)表面安裝有固定裝置(24)，另一端通過緊固件(25)將蒸發(fā)冷凝模塊(I)固定。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于真空相變原理的速熱式電熱水器，其特征在于，蒸發(fā)冷凝模塊為積木式放置形式或一字排開形式。
【文檔編號】F24H9/00GK105928205SQ201610352526
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】王秋旺, 魏賞賞, 卞慶飛, 程志龍, 胡映學(xué)
【申請人】西安交通大學(xué)