專利名稱：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，為提供節(jié)能型電水供應(yīng)器進行了研究和開發(fā)工作，如Japanese Patent Provisional Publication NO.90-280655中所公開。在這一相關(guān)技術(shù)中，一分割板置于一儲罐的下部，以便使下加熱器部分能夠裝設(shè)在儲罐的下部。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到給定高溫時才打開。冷水導(dǎo)管從分割板向儲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罐的底部。此外，冷水入口還向儲罐的底部在電加熱器附近打開。
以這種結(jié)構(gòu)，下加熱器部分通割板保持與儲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的時間，因而，導(dǎo)管的截止閥在相當長的時間段保持關(guān)閉，其結(jié)果是引起熱水進到儲罐頂部明顯的滯后。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。其造成的另一問題是增加了電能的消耗。這與全球環(huán)境問題相違。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罐，裝有位于儲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一熱對流旁路止回閥連接到熱水出口，在冷水流動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罐的底部區(qū)域暴露。
使用這種結(jié)構(gòu)，在冷水供給儲罐的初始階段，第一和第二電加熱器直接暴露給儲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，因為輸入的熱能損失在儲罐內(nèi)大體積的水中。
其次，由于在儲罐上部區(qū)域的水上升到充分的高溫現(xiàn)場所需的熱水之前，要用很長時間，在來自熱水出口的熱水與通過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，在冷水通過冷水供水管流入儲罐的下部分期間，由上電加熱器逐漸加熱的部分水，被連續(xù)拉向隨連續(xù)流向儲罐上區(qū)域的冷水流的冷水供水管。這引起為在儲罐上區(qū)域生成熱水進一步延長的時間長度。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)的管路輸送機構(gòu)造成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及增加的成本，同時由于相關(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，在從儲罐頂部獲得熱水之前要用很長的時間。此外，由于熱水向冷水供水管的旁路流，很難從儲罐的頂部以所需的流率和適當?shù)膲毫Λ@得熱水，造成使用者明顯的不便。
為了這樣一問題，電加熱器必須有非常大的容量，其通電要非常長的時間周期，結(jié)果明顯增加了電耗，這與全球環(huán)境問題相違。
本發(fā)明的概述于是，本發(fā)明的一個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，包括一個儲罐，具有其上裝有熱水出口的一上區(qū)域；一個上加熱器部分，位于儲罐的上區(qū)域并具有限定在儲罐上區(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，并具有安裝在儲罐其底部之上的板狀分散部件，并形成有多個孔，以允許混合的溫水均勻分布在儲罐中間區(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；一個溫度傳感器，安裝在儲罐的上區(qū)域，以便產(chǎn)生指示熱水溫度的溫度檢測信號；以及一個控制器，其操作當溫度指示信號達到給定值時接通循環(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表面上均勻分布的方式通過分散板部件，從而在儲罐中部區(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，避免了冷水進入上加熱器部分，同時使上加熱器部分迅速提高儲罐上區(qū)域的水溫，以便在啟動之后明顯的短時間周期內(nèi)在其中迅速形成熱水。這允許熱水迅速進入熱水與冷水混合部分，以便在啟動之后短時間周期內(nèi)迅速形成混合溫水。因而，溫水均勻地通過安裝在儲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)熱水在對應(yīng)于儲罐底壁的大區(qū)域中均勻形成，并達到上加熱器部分。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際上占優(yōu)勢的熱水加熱，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，能夠使只有當熱水保持在由出現(xiàn)在控制器中的溫度檢測信號閾值確定的最高溫度范圍時，循環(huán)泵才接通。因而，只有當儲罐上部區(qū)域熱水的溫度處于大于閾值的高值時，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間期間，熱水不與冷水混合以集中加熱儲罐上部區(qū)域的熱水，提高其中熱水的溫度達到大于閾值的值。以這種方式，在儲罐的上部區(qū)域在啟動后很短的時間內(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罐上其上區(qū)域處的一分割板，并形成有多個孔，以使預(yù)熱的水以分布的方式進入上加熱器部分。這進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罐，具有一上區(qū)域，熱水出口位于其上；制備一個上加熱器部分，包括在儲罐上區(qū)域中的一電加熱器；制備一熱水和冷水混合部分，基本覆蓋儲罐底部附近大的下區(qū)域，并具有安裝在儲罐其底壁之上的板狀分散部件，并形成有多個孔；向電加熱器提供電力，以便在上加熱器部分形成熱水；檢測儲存部分上部區(qū)域熱水的溫度；只有當檢測的熱水溫度超過一閾值時，才允許來自上加熱器部分的熱水到達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，以便在儲罐底壁基本上整個區(qū)域形成混合的溫水；允許混合的溫水通過分散部件，以在儲罐中間區(qū)域整個表面上均勻分布的方式，進入儲罐的中間區(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入上加熱器部分。
附圖的簡要說明

圖1是一示意剖視圖，表示根據(jù)本發(fā)明一實施例的節(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，表示當前提交的實施例與相關(guān)技術(shù)結(jié)構(gòu)的熱水供應(yīng)器中水的溫升特性。
優(yōu)選實施例的詳細說明現(xiàn)參照附圖，說明根據(jù)本發(fā)明一實施例的節(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，在靠近儲罐12的底壁附近整個覆蓋儲罐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包括固定在儲罐12其上區(qū)域的分割板18，并具有多個孔18以使預(yù)熱水通過，儲罐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包括固定在儲罐12其底壁的溫水散布部件24，以便廣泛并整個覆蓋其相對大的區(qū)域，以允許熱水與冷水在在儲罐12底壁上的一擴展區(qū)域混合，形成混合溫水，并基本在溫水散布部件24的整個表面具有多個均勻配置的孔24a，使得向儲罐12的中間區(qū)域12B開放，以允許混合溫水通過多個孔24a，能夠使混合溫水，在相對廣泛的區(qū)域以均勻散布的方式，均勻散布在儲罐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，并按以下將說明的方式被控制。
一個第一溫度傳感器30固定在儲罐12的上部區(qū)域12A中，以檢測上加熱器部分14的熱水溫度。進而，配置在儲罐12下部區(qū)域12C的是第二溫度傳感器32，檢測在下部區(qū)域12中分布的水溫。來自第一和第二溫度傳感器30、32的第一和第二溫度信號施加到控制器36，該控制器分別按第一和第二溫度信號結(jié)合存儲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，說明根據(jù)本發(fā)明供應(yīng)熱水的方法。
當接通控制器36的電源開關(guān)(未示出)時，在步驟S10，對電加熱器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。當這發(fā)生時，如果第一傳感器30的檢測溫度不處于給定的值，則循環(huán)泵28保持不操作，使得沒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檢測的溫度達到給定的值，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，溫水通過散布部件24的多個孔24a散布，在散布部件24整個表面上以均勻的分布方式，流向分布在儲罐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)熱水通過分割板18的多個孔18a進入上加熱器部分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水的檢測的溫度達到第二控制映射給定值(步驟S22)。當這發(fā)生時，循環(huán)泵28和加熱器22關(guān)斷，從而終止整個循環(huán)。反之，如果第二傳感器32的檢測溫度低于關(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，以相對于本發(fā)明測試結(jié)果經(jīng)過的時間的溫度升高特性，與上述相關(guān)技術(shù)單元測試結(jié)果比較(如Japanese Patent Provisional Publication NO.90-280655中所公開)。
圖3中，曲線A，B分別指示當前提交的實施例，在儲罐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分別指示與當前提交的實施例相同條件下，相關(guān)技術(shù)的儲罐上部區(qū)域和下部區(qū)域的溫度升高特性。更為具體來說，在相關(guān)技術(shù)中，由于使冷水直接與儲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，并要用將近一個小時上部區(qū)域的水溫才能達到例如給定的溫度92℃。此外，由于映射所討論的原因儲罐中部區(qū)域的水以斜坡梯度幾乎線性地增加。
反之，由于沒有使冷水直接與當前提交的實施例的熱水供應(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，儲罐上部區(qū)域12A中的水在大約10分鐘很短的時間內(nèi)即達到給定的溫度例如92℃，且儲罐中部區(qū)域12B的水以比在相關(guān)技術(shù)中達到的明顯較高的梯度被加熱，因而實現(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，而使用當前提交的實施例的熱水供應(yīng)器，電力消耗僅在0.5kWh(＝3kWh×10/60)的水平。這樣，通過本發(fā)明成功實現(xiàn)了相對于相關(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，將對全球環(huán)境作出顯著的貢獻。
雖然以上說明的是本發(fā)明的特定實施例，但對于業(yè)內(nèi)專業(yè)人員根據(jù)本公開的整個原理明顯的是，許多替代型，修改型和變形將是顯而易見的。因而，所公開的特定結(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物全部內(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，包括一個儲罐，具有其上裝有熱水出口的一上區(qū)域；一個上加熱器部分，位于儲罐的上區(qū)域并具有限定在儲罐上區(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，并具有安裝在儲罐其底部之上的板狀分散部件，形成有多個孔，以允許混合的溫水均勻分布在儲罐中間區(qū)域的冷水中，以形成被允許進入上加熱器部分的預(yù)熱的水；一個循環(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；一個溫度傳感器，安裝在儲罐的上區(qū)域，以便產(chǎn)生指示熱水溫度的溫度檢測信號；以及一個控制器，其操作只當溫度指示信號達到給定值時接通循環(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表面上均勻分布的方式通過分散板部件，從而在儲罐中部區(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罐上其上區(qū)域處的一分割板，并形成有多個孔，以使預(yù)熱的水以分布的方式進入上加熱器部分。
3.供應(yīng)熱水的一種方法，該方法包括制備一種儲罐，具有其上有一熱水出口的一上區(qū)域；制備一個上加熱器部分，包括在儲罐上區(qū)域中的一電加熱器；制備一熱水和冷水混合部分，基本覆蓋儲罐底部附近大的下區(qū)域，并具有安裝在儲罐其底壁之上的板狀分散部件，并形成有多個孔；向電加熱器提供電力，以便在上加熱器部分形成熱水；檢測儲存部分上部區(qū)域熱水的溫度；只有當檢測的熱水溫度超過一閾值時，才允許來自上加熱器部分的熱水到達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，以便在儲罐底壁基本上整個區(qū)域形成混合的溫水；允許混合的溫水通過分散部件，以在儲罐中間區(qū)域整個表面上均勻分布的方式，進入儲罐的中間區(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入上加熱器部分。
全文摘要
公開了一種節(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迫循環(huán)到熱水和冷水混合部分。一控制器36響應(yīng)來自傳感器30的溫度信號，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包括一形成有多個孔24a的分散板24，以允許混合的溫水均勻分布到儲罐中部區(qū)域12B的冷水中形成預(yù)熱水，允許其以分布的方式到達上加熱器部分12。
文檔編號F24H1/20GK1580664SQ0312784
公開日2005年2月16日 申請日期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 申請人:埃爾森株式會社