專(zhuān)利名稱(chēng)：節(jié)能型電熱水供應(yīng)器及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及電水加熱器及相關(guān)方法，并特別涉及節(jié)能型熱水供應(yīng)器及相關(guān)方法。
近來(lái)，為提供節(jié)能型電水供應(yīng)器進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)工作，如Japanese Patent Provisional Publication NO.90-280655中所公開(kāi)。在這一相關(guān)技術(shù)中，一分割板置于一儲(chǔ)罐的下部，以便使下加熱器部分能夠裝設(shè)在儲(chǔ)罐的下部。電加熱器容納在加熱器部分，且熱水導(dǎo)管置于分割板中心以便把加熱的水導(dǎo)向儲(chǔ)罐的頂部。安裝在導(dǎo)管底端是一截止閥，通常為閉合，并只在下加熱器部分的水溫達(dá)到給定高溫時(shí)才打開(kāi)。冷水導(dǎo)管從分割板向儲(chǔ)罐底部電加熱器附近延伸，以使布滿在分割板以上的冷水流向儲(chǔ)罐的底部。此外，冷水入口還向儲(chǔ)罐的底部在電加熱器附近打開(kāi)。
以這種結(jié)構(gòu)，下加熱器部分通割板保持與儲(chǔ)罐下部分大量冷水直接接觸，并且使冷水與從冷水入口提供的冷水直接接觸。這種狀態(tài)下，大部分熱能由大量的冷水吸收，因而，為了把水升高到給定高溫必須特別延長(zhǎng)的時(shí)間，因而，導(dǎo)管的截止閥在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段保持關(guān)閉，其結(jié)果是引起熱水進(jìn)到儲(chǔ)罐頂部明顯的滯后。這樣，在所需的熱水能夠從熱水出口以連續(xù)方式取出之前，需要大約一小時(shí)。其造成的另一問(wèn)題是增加了電能的消耗。這與全球環(huán)境問(wèn)題相違。而且，熱水供應(yīng)器組件數(shù)目增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成成本上升。
在US Patent No.6,370,328中提出的另一嘗試包括一儲(chǔ)罐，裝有位于儲(chǔ)罐上和下部分的上和下電加熱器。冷水供水管有一上端通過(guò)一熱對(duì)流旁路止回閥連接到熱水出口，在冷水流動(dòng)期間把熱水引入冷水供水管，以及一下端，在下電加熱器附近向儲(chǔ)罐的底部區(qū)域暴露。
使用這種結(jié)構(gòu)，在冷水供給儲(chǔ)罐的初始階段，第一和第二電加熱器直接暴露給儲(chǔ)罐中很大體積的冷水，并只有套管內(nèi)很小體積的水被局部加熱。因而大體積的水不能迅速加熱到所需的高溫，因?yàn)檩斎氲臒崮軗p失在儲(chǔ)罐內(nèi)大體積的水中。
其次，由于在儲(chǔ)罐上部區(qū)域的水上升到充分的高溫現(xiàn)場(chǎng)所需的熱水之前，要用很長(zhǎng)時(shí)間，在來(lái)自熱水出口的熱水與通過(guò)冷水供水管的冷水之間不發(fā)生混合，并且引起從冷水供水管的穿孔下延長(zhǎng)管路噴射的冷水直接與下電加熱器接觸，這樣套管內(nèi)的水局部增加的溫度迅速被冷卻。
第三，在冷水通過(guò)冷水供水管流入儲(chǔ)罐的下部分期間，由上電加熱器逐漸加熱的部分水，被連續(xù)拉向隨連續(xù)流向儲(chǔ)罐上區(qū)域的冷水流的冷水供水管。這引起為在儲(chǔ)罐上區(qū)域生成熱水進(jìn)一步延長(zhǎng)的時(shí)間長(zhǎng)度。而且，不能以有所需壓力的所需流率使用熱水。
第四，旁路閥及相關(guān)的管路輸送機(jī)構(gòu)造成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及增加的成本，同時(shí)由于相關(guān)部件中積累的雜質(zhì)造成工作不可靠。
這樣，使用上述相關(guān)技術(shù)裝置，在從儲(chǔ)罐頂部獲得熱水之前要用很長(zhǎng)的時(shí)間。此外，由于熱水向冷水供水管的旁路流，很難從儲(chǔ)罐的頂部以所需的流率和適當(dāng)?shù)膲毫Λ@得熱水，造成使用者明顯的不便。
為了這樣一問(wèn)題，電加熱器必須有非常大的容量，其通電要非常長(zhǎng)的時(shí)間周期，結(jié)果明顯增加了電耗，這與全球環(huán)境問(wèn)題相違。
本發(fā)明的概述于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種節(jié)能型熱水供應(yīng)器，及相關(guān)的方法，能夠解決以上問(wèn)題并提供明顯的節(jié)能。
根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供了一種電熱水供應(yīng)器，包括一個(gè)儲(chǔ)罐，具有其上裝有熱水出口的一上區(qū)域；一個(gè)上加熱器部分，位于儲(chǔ)罐的上區(qū)域并具有限定在儲(chǔ)罐上區(qū)域的加熱腔體，以及配置在加熱腔體中的一電加熱器以形成熱水；熱水和冷水混合部分，基本覆蓋儲(chǔ)罐底部附近大的下區(qū)域，以允許熱水與冷水混合形成混合溫水，并具有安裝在儲(chǔ)罐其底部之上的板狀分散部件，并形成有多個(gè)孔，以允許混合的溫水均勻分布在儲(chǔ)罐中間區(qū)域的冷水中，以形成導(dǎo)入上加熱器部分的預(yù)熱的水；一個(gè)循環(huán)管路，連接在上加熱器部分和混合部分之間，以便向其循環(huán)熱水；一個(gè)循環(huán)泵，配置在循環(huán)管路中，以便有選擇地把熱水引入混合部分；一個(gè)溫度傳感器，安裝在儲(chǔ)罐的上區(qū)域，以便產(chǎn)生指示熱水溫度的溫度檢測(cè)信號(hào)；以及一個(gè)控制器，其操作當(dāng)溫度指示信號(hào)達(dá)到給定值時(shí)接通循環(huán)泵，以便迫使熱水從上加熱器部分流向混合腔體，引起混合溫水以在分散板部件整個(gè)表面上均勻分布的方式通過(guò)分散板部件，從而在儲(chǔ)罐中部區(qū)域形成預(yù)熱水。
使用這種結(jié)構(gòu)，基本覆蓋儲(chǔ)罐底部附近大的下區(qū)域的熱水和冷水混合部分的存在，避免了冷水進(jìn)入上加熱器部分，同時(shí)使上加熱器部分迅速提高儲(chǔ)罐上區(qū)域的水溫，以便在啟動(dòng)之后明顯的短時(shí)間周期內(nèi)在其中迅速形成熱水。這允許熱水迅速進(jìn)入熱水與冷水混合部分，以便在啟動(dòng)之后短時(shí)間周期內(nèi)迅速形成混合溫水。因而，溫水均勻地通過(guò)安裝在儲(chǔ)罐其底壁之上的板狀分散部件，以廣泛均勻的散布方式散布，以允許預(yù)熱水在對(duì)應(yīng)于儲(chǔ)罐底壁的大區(qū)域中均勻形成，并達(dá)到上加熱器部分。這允許預(yù)熱的水由上加熱器部分，即由電加熱器及上加熱器部分中實(shí)際上占優(yōu)勢(shì)的熱水加熱，其結(jié)果是以明顯減少的電耗成功地迅速獲得熱水。
另一優(yōu)點(diǎn)是從提供溫度傳感器、循環(huán)泵和控制器獲得的，能夠使只有當(dāng)熱水保持在由出現(xiàn)在控制器中的溫度檢測(cè)信號(hào)閾值確定的最高溫度范圍時(shí)，循環(huán)泵才接通。因而，只有當(dāng)儲(chǔ)罐上部區(qū)域熱水的溫度處于大于閾值的高值時(shí)，循環(huán)泵才操作把熱水抽向混合部分。這樣，在熱水處于小于由閾值確定的給定值溫度的時(shí)間期間，熱水不與冷水混合以集中加熱儲(chǔ)罐上部區(qū)域的熱水，提高其中熱水的溫度達(dá)到大于閾值的值。以這種方式，在儲(chǔ)罐的上部區(qū)域在啟動(dòng)后很短的時(shí)間內(nèi)，即在七到十分鐘生成熱水。
根據(jù)本發(fā)明的第二方式，上加熱器部分還包括固定在儲(chǔ)罐上其上區(qū)域處的一分割板，并形成有多個(gè)孔，以使預(yù)熱的水以分布的方式進(jìn)入上加熱器部分。這進(jìn)一步有助于有效加熱上加熱器部分的熱水。
根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供了供應(yīng)熱水的一種方法，該方法包括制備一種儲(chǔ)罐，具有一上區(qū)域，熱水出口位于其上；制備一個(gè)上加熱器部分，包括在儲(chǔ)罐上區(qū)域中的一電加熱器；制備一熱水和冷水混合部分，基本覆蓋儲(chǔ)罐底部附近大的下區(qū)域，并具有安裝在儲(chǔ)罐其底壁之上的板狀分散部件，并形成有多個(gè)孔；向電加熱器提供電力，以便在上加熱器部分形成熱水；檢測(cè)儲(chǔ)存部分上部區(qū)域熱水的溫度；只有當(dāng)檢測(cè)的熱水溫度超過(guò)一閾值時(shí)，才允許來(lái)自上加熱器部分的熱水到達(dá)熱水與冷水混合部分；使熱水與冷水在熱水與冷水混合部分混合，以便在儲(chǔ)罐底壁基本上整個(gè)區(qū)域形成混合的溫水；允許混合的溫水通過(guò)分散部件，以在儲(chǔ)罐中間區(qū)域整個(gè)表面上均勻分布的方式，進(jìn)入儲(chǔ)罐的中間區(qū)域，形成預(yù)熱水；以及允許預(yù)熱水以均勻分布的方式進(jìn)入上加熱器部分。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是一示意剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的節(jié)能型電熱水供應(yīng)器。
圖2是一框圖，表示圖1中所示熱水供應(yīng)器操作的基本順序。
圖3是一曲線圖，表示當(dāng)前提交的實(shí)施例與相關(guān)技術(shù)結(jié)構(gòu)的熱水供應(yīng)器中水的溫升特性。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)參照附圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的節(jié)能型熱水供應(yīng)器及相關(guān)方法。
圖1中，節(jié)能型熱水供應(yīng)器10包括一儲(chǔ)罐12，形成有上區(qū)域12A和下區(qū)域12C，熱水出口12a和冷水入口12b分別連接到它們。上加熱器部分14被配置為，在靠近儲(chǔ)罐12的底壁附近整個(gè)覆蓋儲(chǔ)罐12的上區(qū)域12A的全部，并且熱水和冷水混合部分16配置在儲(chǔ)罐12的底壁上其下區(qū)域12C中。上加熱器部分14包括固定在儲(chǔ)罐12其上區(qū)域的分割板18，并具有多個(gè)孔18以使預(yù)熱水通過(guò)，儲(chǔ)罐12與分割板18之間的加熱腔體20，以及容納在加熱腔體20中的電加熱器22。
熱水和冷水混合部分16包括固定在儲(chǔ)罐12其底壁的溫水散布部件24，以便廣泛并整個(gè)覆蓋其相對(duì)大的區(qū)域，以允許熱水與冷水在在儲(chǔ)罐12底壁上的一擴(kuò)展區(qū)域混合，形成混合溫水，并基本在溫水散布部件24的整個(gè)表面具有多個(gè)均勻配置的孔24a，使得向儲(chǔ)罐12的中間區(qū)域12B開(kāi)放，以允許混合溫水通過(guò)多個(gè)孔24a，能夠使混合溫水，在相對(duì)廣泛的區(qū)域以均勻散布的方式，均勻散布在儲(chǔ)罐12的下區(qū)域12C和中部區(qū)域12B中分布的冷水中。
在上加熱器部分14與熱水和冷水混合部分16占據(jù)連接的是熱水循環(huán)管路26，通過(guò)該管路上區(qū)域12A中的熱水循環(huán)到熱水和冷水混合部分16。為此，循環(huán)泵28配置在熱水循環(huán)管路26中，并按以下將說(shuō)明的方式被控制。
一個(gè)第一溫度傳感器30固定在儲(chǔ)罐12的上部區(qū)域12A中，以檢測(cè)上加熱器部分14的熱水溫度。進(jìn)而，配置在儲(chǔ)罐12下部區(qū)域12C的是第二溫度傳感器32，檢測(cè)在下部區(qū)域12中分布的水溫。來(lái)自第一和第二溫度傳感器30、32的第一和第二溫度信號(hào)施加到控制器36，該控制器分別按第一和第二溫度信號(hào)結(jié)合存儲(chǔ)第一和第二閾值的第一和第二控制映射。例如，第一和第二控制映射中，閾值分別預(yù)設(shè)為范圍90℃到99℃之間給定的值。
圖2示出一框圖，表示控制器36的基本操作順序，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明供應(yīng)熱水的方法。
當(dāng)接通控制器36的電源開(kāi)關(guān)(未示出)時(shí)，在步驟S10，對(duì)電加熱器22施加電力以加熱分布在上部加熱器部分14的水，從而形成熱水。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，如果第一傳感器30的檢測(cè)溫度不處于給定的值，則循環(huán)泵28保持不操作，使得沒(méi)有加熱的水從上部區(qū)域12A被抽取。反之，如果第一傳感器30檢測(cè)的溫度達(dá)到給定的值，即閾值，則循環(huán)泵28接通。這迫使熱水在壓力下從上加熱器部分14向熱水和冷水混合部分通過(guò)循管路26循環(huán)(步驟S16)，并且熱水與冷水混合而形成混合的溫水(步驟S18)。然后，溫水通過(guò)散布部件24的多個(gè)孔24a散布，在散布部件24整個(gè)表面上以均勻的分布方式，流向分布在儲(chǔ)罐12中部區(qū)域12B的冷水，從而形成均勻的預(yù)熱水。然后，這一均勻的預(yù)熱水通過(guò)分割板18的多個(gè)孔18a進(jìn)入上加熱器部分12(步驟S20)。操作重復(fù)執(zhí)行，直到第二傳感器32關(guān)于分布在下部區(qū)域12C水的檢測(cè)的溫度達(dá)到第二控制映射給定值(步驟S22)。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，循環(huán)泵28和加熱器22關(guān)斷，從而終止整個(gè)循環(huán)。反之，如果第二傳感器32的檢測(cè)溫度低于關(guān)斷值，則控制流返回步驟S14。
圖3示出一曲線圖，表示在兩者情形下采用三件電加熱器每一有1Kw(總共3Kw)加熱30升體積的水的條件下，以相對(duì)于本發(fā)明測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)的時(shí)間的溫度升高特性，與上述相關(guān)技術(shù)單元測(cè)試結(jié)果比較(如Japanese Patent Provisional Publication NO.90-280655中所公開(kāi))。
圖3中，曲線A，B分別指示當(dāng)前提交的實(shí)施例，在儲(chǔ)罐12上部區(qū)域12A和下部區(qū)域12B的溫度升高特性，而曲線C，D分別指示與當(dāng)前提交的實(shí)施例相同條件下，相關(guān)技術(shù)的儲(chǔ)罐上部區(qū)域和下部區(qū)域的溫度升高特性。更為具體來(lái)說(shuō)，在相關(guān)技術(shù)中，由于使冷水直接與儲(chǔ)罐的下加熱器部分中的電加熱器接觸，引起加熱的水連續(xù)被從外部引入的冷水冷卻，儲(chǔ)罐的上部區(qū)域處的水溫如曲線C所表示從15℃溫度以斜坡梯度緩慢升高，并要用將近一個(gè)小時(shí)上部區(qū)域的水溫才能達(dá)到例如給定的溫度92℃。此外，由于映射所討論的原因儲(chǔ)罐中部區(qū)域的水以斜坡梯度幾乎線性地增加。
反之，由于沒(méi)有使冷水直接與當(dāng)前提交的實(shí)施例的熱水供應(yīng)器上加熱器部分的電加熱器直接接觸，上加熱器部分12上部區(qū)域12A中的水被迅速加熱而以陡然的梯度增加溫度。這樣，儲(chǔ)罐上部區(qū)域12A中的水在大約10分鐘很短的時(shí)間內(nèi)即達(dá)到給定的溫度例如92℃，且儲(chǔ)罐中部區(qū)域12B的水以比在相關(guān)技術(shù)中達(dá)到的明顯較高的梯度被加熱，因而實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能。在這方面，相關(guān)技術(shù)單元消耗了3kWh(＝3kWh×50/60)的電力，而使用當(dāng)前提交的實(shí)施例的熱水供應(yīng)器，電力消耗僅在0.5kWh(＝3kWh×10/60)的水平。這樣，通過(guò)本發(fā)明成功實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于相關(guān)技術(shù)-83％的顯著節(jié)能，并因而高度預(yù)期本發(fā)明的熱水供應(yīng)器和相關(guān)方法，將對(duì)全球環(huán)境作出顯著的貢獻(xiàn)。
雖然以上說(shuō)明的是本發(fā)明的特定實(shí)施例，但對(duì)于業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)本公開(kāi)的整個(gè)原理明顯的是，許多替代型，修改型和變形將是顯而易見(jiàn)的。因而，所公開(kāi)的特定結(jié)構(gòu)只是示例性的，并不是以下權(quán)利要求及其所有等價(jià)物全部?jī)?nèi)容給予的本發(fā)明范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種電熱水供應(yīng)器，包括一個(gè)儲(chǔ)罐，具有其上裝有熱水出口的一上區(qū)域；一個(gè)上加熱器部分，位于儲(chǔ)罐的上區(qū)域并具有限定在儲(chǔ)罐上區(qū)域中的加熱腔體，以及配置在加熱腔體中的一電加熱器以形成熱水；熱水和冷水混合部分，基本覆蓋儲(chǔ)罐底部附近大的下區(qū)域，以允許熱水與冷水混合形成混合溫水，并具有安裝在儲(chǔ)罐其底部之上的板狀分散部件，形成有多個(gè)孔，以允許混合的溫水均勻分布在儲(chǔ)罐中間區(qū)域的冷水中，以形成被允許進(jìn)入上加熱器部分的預(yù)熱的水；一個(gè)循環(huán)管路，連接在上加熱器部分和混合部分之間，以便向其循環(huán)熱水；一個(gè)循環(huán)泵，配置在循環(huán)管路中，以便有選擇地把熱水引入混合部分；一個(gè)溫度傳感器，安裝在儲(chǔ)罐的上區(qū)域，以便產(chǎn)生指示熱水溫度的溫度檢測(cè)信號(hào)；以及一個(gè)控制器，其操作只當(dāng)溫度指示信號(hào)達(dá)到給定值時(shí)接通循環(huán)泵，以便迫使熱水從上加熱器部分流向混合腔體，引起混合溫水以在分散板部件整個(gè)表面上均勻分布的方式通過(guò)分散板部件，從而在儲(chǔ)罐中部區(qū)域形成預(yù)熱水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電熱水供應(yīng)器，其中上加熱器部分還包括固定在儲(chǔ)罐上其上區(qū)域處的一分割板，并形成有多個(gè)孔，以使預(yù)熱的水以分布的方式進(jìn)入上加熱器部分。
3.供應(yīng)熱水的一種方法，該方法包括制備一種儲(chǔ)罐，具有其上有一熱水出口的一上區(qū)域；制備一個(gè)上加熱器部分，包括在儲(chǔ)罐上區(qū)域中的一電加熱器；制備一熱水和冷水混合部分，基本覆蓋儲(chǔ)罐底部附近大的下區(qū)域，并具有安裝在儲(chǔ)罐其底壁之上的板狀分散部件，并形成有多個(gè)孔；向電加熱器提供電力，以便在上加熱器部分形成熱水；檢測(cè)儲(chǔ)存部分上部區(qū)域熱水的溫度；只有當(dāng)檢測(cè)的熱水溫度超過(guò)一閾值時(shí)，才允許來(lái)自上加熱器部分的熱水到達(dá)熱水與冷水混合部分；使熱水與冷水在熱水與冷水混合部分混合，以便在儲(chǔ)罐底壁基本上整個(gè)區(qū)域形成混合的溫水；允許混合的溫水通過(guò)分散部件，以在儲(chǔ)罐中間區(qū)域整個(gè)表面上均勻分布的方式，進(jìn)入儲(chǔ)罐的中間區(qū)域，形成預(yù)熱水；以及允許預(yù)熱水以均勻分布的方式進(jìn)入上加熱器部分。
全文摘要
公開(kāi)了一種節(jié)能型電熱水供應(yīng)器和相關(guān)方法，其中上加熱器部分12位于儲(chǔ)罐12的上部區(qū)域12A，及一熱水和冷水混合部分16配置在下區(qū)域12C。上加熱器部分與熱水和冷水混合部分彼此連接，并且一循環(huán)泵28使熱水從上加熱器部分強(qiáng)迫循環(huán)到熱水和冷水混合部分。一控制器36響應(yīng)來(lái)自傳感器30的溫度信號(hào)，并接通循環(huán)泵以便使熱水循環(huán)到熱水和冷水混合部分，以便允許熱水和冷水混合而形成混合的溫水。熱水和冷水混合部分16包括一形成有多個(gè)孔24a的分散板24，以允許混合的溫水均勻分布到儲(chǔ)罐中部區(qū)域12B的冷水中形成預(yù)熱水，允許其以分布的方式到達(dá)上加熱器部分12。
文檔編號(hào)F24H1/20GK1580664SQ0312784
公開(kāi)日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月11日
發(fā)明者畑中武史, 畑中宏史 申請(qǐng)人:埃爾森株式會(huì)社