竖置电热水器进出水口的节能布置方法及竖置电热水器

摘要

一种竖置电热水器进出水口的节能布置方法，将热水器内胆中的冷水输入管出水口布置在内胆底部中心位置且朝向内胆的下端面，热水输出管进水口布置在内胆顶部部中心位置且朝向内胆的上端面。按照上述方法布置进出水口的竖置电热水器，包括外壳、内胆，与内胆组合的冷水输入管和热水输出管，安装在内胆中的温度传感器和加热元件，与温度传感器、加热元件连接的加热控制器。冷水输入管插入内胆中的管体位于内胆底部，其冷水出口处于内胆的中心位置且朝向内胆的下端面；热水输出管插入内胆中的管体延伸至内胆顶部，其热水进口处于内胆的中心位置且朝向内胆的上端面。此种方法及电热水器提高了热水器的热水产出率，具有明显的节能的效果。

说明书

                            技术领域

本发明属于热水器领域，特别涉及一种竖置电热水器。

                            背景技术

热水器是家庭中耗电最多的电器之一，业界已开始认识到这一问题，着手开发各种热水器节能技术。对于热水器的节能，业界通常采用的方法包括改善保温层保温效果，增加加热管的热效率，以及改进温控器的控制精度等(付君萍，“电热水器节能成为发展方向”，电器，2004年7期)。现有技术着眼于从附加较复杂的装置入手，如世界上最大的热水器制造商之一——艾欧史密斯(AO SMITH)公司拥有的多项涉及热水器节能方面的专利中多以微电脑等复杂的部件实现(如专利号为ZL00112584.2的“智能型节能电热水器”)；另有一些关于电热水器节能方面的专利采用了诸如“利用污水余热提高热水器进水水温的热水器节能辅助装置”(见中国专利号为ZL02270814.6的“热水器节能辅助装置”)。以上技术措施虽然均产生了不同程度的节能效果，但由于热水器内胆中的冷水输入管出水口和热水输出管进水口采用图1所示的布置方式和构造，因而冷水输入管的出水口与热水输出管的进水口之间易发生短流，进入内胆的冷水与内胆中原有热水的掺混较强，致使节能效果的提高受到了限制。再则，以上节能方式均需附加其它装置或采用成本较高的技术手段达到节能的目的。

                            发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种竖置电热水器的节能新方法和按照此方法设计的竖置电热水器，此种方法及电热水器不仅降低了内胆中冷水与热水的掺混程度，而且有效解决了冷水输入管的出水口与热水输出管的进水口之间的短流问题。

冷、热水由于其比重不同，冷水较重而热水较轻，所以热水器中的理想流动状态是冷水由下端进入，自下而上缓慢上升，推动热水由上端流出，以尽可能多的利用热水器内胆里已加热的热水。本发明所述方法建筑在上述原理上，通过改进现有竖置电热水器内胆中的冷水输入管出水口和热水输出管进水口的布置方式，使进入热水器内胆的冷水经内胆下端面反射后较均匀的分布于内胆整个断面，形成较为理想的冷水自下而上的流动。

本发明所述竖置电热水器进出水口的节能布置方法将热水器内胆中的冷水输入管出水口布置在内胆底部中心位置且朝向内胆的下端面，热水输出管进水口布置在内胆顶部部中心位置且朝向内胆的上端面。

按照上述方法布置进出水口的竖置电热水器，包括外壳、内胆，与内胆组合的冷水输入管和热水输出管，安装在内胆中的温度传感器和加热元件，与温度传感器、加热元件连接的加热控制器。冷水输入管插入内胆中的管体位于内胆底部，其冷水出口处于内胆的中心位置且朝向内胆的下端面；热水输出管插入内胆中的管体延伸至内胆顶部，其热水进口处于内胆的中心位置且朝向内胆的上端面。

为了更好地解决短流问题，可在热水输出管的热水进口处设置集水杯，集水杯的形状最好为伞状。

本发明具有以下有益效果：

1、按照本发明所述方法设计、制造的竖置电热水器，可使内胆中的水形成较理想的流态并避免短流，因而提高了热水器的热水产出率，具有明显的节能的效果。

为了验证本发明的效果，使用计算流体力学及传热计算方法(参见Rodi，W.Predictionmethod for turbulent flows[M].McGraw-Hill International Book Company，New York，USA，1980；《湍流模型及有限分析法》，陈景仁著，上海交大出版社，1989；《流体流动与传热的数值计算》帕坦卡著，张政译，科学出版社，1984)对现有竖置电热水器(见图1)和本发明所述竖置电热水器(见图2)的进、出水口布置方案进行了模拟计算，模拟计算的内容包括热水器内胆中水温随时间的变化(见图5)和热水器中累计流出热量随水温下降的变化(见图6)。计算模拟了两种工况：(1)5升/分钟等流量出(进)流；(2)保持用水流量为5升/分钟、用水温度为38摄氏度(人体最适宜使用温度)，进(出)水流量根据水温调节。两种工况的进水水温均为20摄氏度，热水器中热水的初始水温为75摄氏度。计算结果见表1(根据实际中可能的使用情况，表1中只统计了出水水温从75摄氏度下降到38摄氏度的累计流出热量)。

表1本发明与现有竖置电热水器相比的节能效果

 比较项目  现有竖置电热水器          本发明  工况1  工况2  工况1  工况2 水温降到38摄氏度的时间(秒)  878  2426  1079  2543 时间增加值(％)  -  4.82 累计流出热量百分比(理论值为 100％)  74.09％  68.60％  90.87％  75.81％ 热量增加值(％)  22.65  10.51

注：因工况1(等流量出流)情况下水温下降到38度的时间没有实际意义，所以未计算从表1可以看出，本发明热水产率大幅度提高，具有明显的节能效果。

2、对现有热水器制造厂家而言，仅需对现有热水器的进、出水口布置方式进行调整，因而非常简单，不会增加成本，易于实施。

3、集水杯的设置可更好地解决短流问题，但该构件的增加对热水器的成本基本无影响，且易于实现。

                            附图说明

图1是现有竖置电热水器的进、出水口布置方式图；

图2是本发明所述方法提供的竖置电热水器进、出水口布置方式图；

图3是本发明所述竖置电热水器的一种结构简图；

图4是本发明所述竖置电热水器的另一种结构简图；

图5是现有竖置电热水器和本发明所述竖置热水器内胆中水温随时间变化的比较图；

图6是现有竖置电热水器和本发明所述竖置热水器中累计流出热量随水温下降的变化比较图。

图中，1-内胆、2-冷水输入管、3-热水输出管、4-外壳、5-加热元件、6-温度传感器、7-加热控制器、8-集水杯、A-冷水输入管出水口、B-热水输出管进水口。

                           具体实施方式

实施例1

本发明所述方法的实施如图2所示，将热水器内胆中的冷水输入管出水口A布置在内胆底部中心位置且朝向内胆的下端面，热水输出管进水口B布置在内胆顶部部中心位置且朝向内胆的上端面。这样的布置使进入热水器的冷水经内胆下端面反射后，其流速大幅降低，并较均匀的分布于内胆的整个断面，形成了较为理想的冷水自下而上的流动，而且还能解决冷水输入管的出水口与热水输出管的进水口之间的短流问题。

实施例2

本实施例所述竖置节能热水器的结构如图3所示，包括外壳4、内胆1，与内胆组合的冷水输入管2和热水输出管3，安装在内胆中的温度传感器6和加热元件5，与温度传感器、加热元件连接的加热控制器7。内胆1为圆筒体，冷水输入管2插入内胆中的管体为弯管，该弯管位于内胆底部，冷水输入管2的冷水出口朝向内胆的下端面，该口与内胆下端面之间的间距小于或等于5cm，冷水输入管2的冷水出口的中心位于内胆的轴线上或偏离轴线±5cm之内。热水输出管3插入内胆中的管体延伸至内胆顶部，其热水进口朝向内胆的上端面，该口与内胆上端面之间的间距小于或等于5cm，热水输出管3的热水进口的中心位于内胆的轴线上或偏离轴线±5cm之内。加热元件5安装在内胆的下端面并靠近冷水输入管2的冷水出口，温度传感器6安装在内胆的上端面。

实施例3

本实施例所述竖置节能热水器的结构如图4所示，与实施例2不同之处是：1、热水输出管3的热水进口处设置有集水杯8，该集水杯为伞状。2、内胆1为矩形筒体，冷水输入管2的出水口和热水输出管3的进水口的中心位于内胆的中心线上或偏离中心线±5cm之内。