用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法及其熱水器的製作方法
2023-07-31 10:53:31 2
專利名稱：用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法及其熱水器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種加熱方法及其裝置，特別是一種用電來對水的加熱方法及其電熱水器。
(二)、技術背景現有的電水熱器一般包括有控制電路、電熱管和帶進口、出口的儲水容器。在使用過程中，它是通過電熱管對儲水容器中的水進行加熱，將電能轉換成熱能。因此，這類電熱水器非常耗電，其用電量是在家庭中佔據了主要的用電部分。以型號為Jilston80L(吉爾斯頓)的電熱水器為例，用該電熱水器將初始溫度為11℃、質量為24.5於克的水加熱到69℃，所需的用電量是1.8度；在不考慮誤差的情況下，可以計算出，輸送給該電熱水器的總能量是1.8度×1000瓦×3600秒＝6480000焦爾，水所得到的熱能是24.5千克×1000卡/(千克℃)×(69℃-11℃)＝1421000卡＝5968200焦爾，故其熱效率是5968200焦爾÷6480000焦爾≈0.921。眾所周知，現有的電熱水器的熱效率不可能大於1。
(三)、發明內容本發明的目的就是提供一種用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法，它可以顯著提高對水的傳熱效率，熱效率大於1。
本發明的另一個目的就是提供一種利用本發明的方法製成的雙效節能熱水器，它不僅能將電能轉換成熱能，還可以從周圍環境中吸取熱能，使全部能量充分地與水進行熱交換，顯著地提高水的加熱效率，其熱效率提高1～2倍。
本發明的第一個目的是通過這樣的技術方案實現的，它包括有如下的步驟(1)建立一個循環通路，循環通路內放有熱交換劑，循環通路上建立循環驅動裝置，在循環驅動裝置的作用下，使熱交換劑在循環通路內循環流動；
(2)在循環通路上建立熱交換劑的限流控制區，限流控制區減緩熱交換劑在循環通路內流速，自動使整個循環通路形成高壓放熱區和低壓吸熱區，即限流控制區的入口至循環驅動裝置出口之間的循環通路是高壓放熱區，限流控制區的出口至循環驅動裝置入口之間的循環通路是低壓吸熱區；在限流控制區的作用下，使循環流動的熱交換劑在高壓放熱區中處於高壓狀態，而在低壓吸熱區卻處於低壓狀態；(3)把高壓放熱區放於需要加熱的水中，把低壓吸熱區位於周圍的環境中；(4)循環流動的熱交換劑在高壓放熱區時，處於高溫汽態，它向周圍的水放熱，而後逐漸變成液態；液態的熱交換劑經限流控制區流到低壓吸熱區時，它從周圍環境的空氣中吸熱，而後逐漸變成汽態；熱交換劑就這樣在循環流動過程中，連續反覆進行吸熱、放熱，實現對水的加熱。
本發明的第二個目的是通過這樣的技術方案實現的，它包括有控制電路和帶進水口、出水口的儲水容器，其特徵在於儲水容器內設置有熱能釋放器和受控制電路控制的壓縮機，儲水容器外設置有環境熱能收集器，通過管道依次將壓縮機、熱能釋放器、節流器和環境熱能收集器彼此連接成循環通路，循環通路內有熱交換劑。本發明的熱水器與所述的方法比較，循環驅動裝置用壓縮機來代替，限流控制區用節流器來代替，熱能釋放器和與其連接的管道就是構成上述方法中的高壓放熱區，環境熱能收集器和與其連接的管道就是構成上述方法中的低壓吸熱區。
在本發明中，所述的熱交換劑可以是R22，屬現有的市售產品，它也可以是其它流體性質的熱交換劑，該熱交換劑必須與壓縮機的類型相匹配。所述的節流器可以是由一節毛細管構成，它也可以是其它形式的能夠實現節流的裝置。由於壓縮機長期處於水中，因此，壓縮機必須經高防水性能處理，而且還必須有良好的絕緣措施，防止進水及漏電。
所述雙效節能的熱水器的工作原理是這樣的將儲水容器中盛滿水，在控制電路的控制下，壓縮機啟動，驅動熱交換劑在由壓縮機、熱能釋放器、節流器、環境熱能收集器及管道所組成的循環通路內循環流動液態的熱交換劑在環境熱能收集器中吸收周圍空氣的熱能，在低壓下形成汽態的熱交換劑，由於節流器對熱交換劑的節流作用，經壓縮機吸入並壓縮後，變為高溫高壓的汽態熱交換劑，再通過熱能釋放器與儲水容器內的水進行熱交換後，由於承受高壓和釋放熱能而降溫，逐漸冷凝為液態的熱交換劑，經節流器後進入環境熱能收集器內，如此反覆地在封閉的循環通道內循環流動，且不斷地完成吸熱、放熱過程，使儲水容器中的水溫不斷升高。與此同時，置於儲水容器中的壓縮機在運行中形成的部分熱能使其自身溫度升高，它也與周圍的水進行熱交換，起到加熱水的作用。本發明就是使用了電能和環境中的熱能這兩種能量共同加熱水，從而達到節約電能的效果，這就是本發明的實質。所以，本發明稱之為「雙效節能熱水器」，經試驗證實，本發明的雙效節能熱水器將初始溫度為11℃、質量為43幹克的水加熱到46.5℃，所需的用電量是0.96度；在不考慮誤差的情況下，可以計算出，輸送給該電熱水器的總能量是0.96度×1000瓦×3600秒＝3456000焦爾，水所得到的熱能是43千克×1000卡/(千克℃)×(46.5℃-11℃)＝1526500卡＝6411300焦爾，故其熱效率是6411300焦爾÷3456000焦爾≈1.855。與現有熱水器的熱效率相比，本發明的熱效率是原來的1.855÷0.921≈2.01倍。在需要時，水可以從儲水容器的出水口輸出，供給用戶使用。
由於採用了上述技術方案，本發明具有方法簡便、節省能源和絕緣性能好等優點，它不僅能將施加的電能轉換成熱能，還可以從周圍環境中的熱能收集利用起來，使全部能量充分地與水進行熱交換，顯著地提高水的加熱效率。
本發明的
如下圖1為本發明第一種實施例的結構示意圖；圖2為本發明第二種實施例的結構示意圖。
圖中1.控制電路；2.進水口；3.出水口；4.儲水容器；5.壓縮機；6.熱能釋放器；7.熱能收集器；8.管道；9.節流器；10.傳熱管；11.進流腔；12.出流腔；13.傳熱管；14.傳熱管；15.傳熱片；16.風扇；17.測溫探頭；18.隔熱保溫層。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明本發明的用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法，它包括有如下的步驟
(1)建立一個循環通路，循環通路內放有熱交換劑，循環通路上建立循環驅動裝置，在循環驅動裝置的作用下，使熱交換劑在循環通路內循環流動；(2)在循環通路上建立熱交換劑的限流控制區，限流控制區減緩熱交換劑在循環通路內流速，自動使整個循環通路形成高壓放熱區和低壓吸熱區，即限流控制區的入口至循環驅動裝置出口之間的循環通路是高壓放熱區，限流控制區的出口至循環驅動裝置入口之間的循環通路是低壓吸熱區；在限流控制區的作用下，使循環流動的熱交換劑在高壓放熱區中處於高壓狀態，而在低壓吸熱區卻處於低壓狀態；(3)把高壓放熱區放於需要加熱的水中，把低壓吸熱區位於周圍的環境中；(4)循環流動的熱交換劑在高壓放熱區時，處於高溫汽態，它向周圍的水放熱，而後逐漸變成液態；液態的熱交換劑經限流控制區流到低壓吸熱區時，它從周圍環境的空氣中吸熱，而後逐漸變成汽態；熱交換劑就這樣在循環流動過程中，連續反覆進行吸熱、放熱，實現對水的加熱。
由於循環驅動裝置因自身運行而升溫，而且限流控制區的溫度高於水的溫度，因此，可以把高於水溫的循環驅動裝置和限流控制區中的全部或其中的一個放於水中，對水也起到一定的加熱作用，從而提高對水的加熱效率。
可以在高壓放熱區上建立快速放熱區，該快速放熱區是增大循環通路與水的接觸面積，以便使熱交換劑迅速地向水進行放熱；也可以在低壓吸熱區上建立快速吸熱區，該快速吸熱區是增大循環通路與周圍空氣的接觸面積，以便使熱交換劑迅速地從空氣中進行吸熱。
如圖1、2所示，利用本發明製成雙效節能的熱水器包括有控制電路1和帶進水口2、出水口3的儲水容器4，其特徵在於儲水容器4內設置有熱能釋放器6和受控制電路1控制的壓縮機5，儲水容器4外設置有環境熱能收集器7，通過管道8依次將壓縮機5、熱能釋放器6、節流器9和環境熱能收集器7彼此連接成循環通路，循環通路內有熱交換劑。本發明的熱水器與所述的方法比較，循環驅動裝置用壓縮機來代替，限流控制區用節流器來代替，熱能釋放器和與其連接的管道就是構成上述方法中的高壓放熱區，環境熱能收集器和與其連接的管道就是構成上述方法中的低壓吸熱區，所述的熱能釋放器6就是上述方法中的快速放熱區，所述的熱能收集器7就是上述方法中的快速吸熱區。
上述雙效節能的熱水器的工作原理是這樣的將儲水容器4中盛滿水，在控制電路1的控制下，壓縮機5啟動，驅動熱交換劑在由壓縮機5、熱能釋放器6、節流器9、環境熱能收集器7及管道8所組成的循環通路內循環流動液態的熱交換劑在環境熱能收集器7中吸收周圍空氣的熱能，在低壓下形成汽態的熱交換劑，由於節流器9對熱交換劑的節流作用，經壓縮機5吸入並壓縮後，變為高溫高壓的汽態熱交換劑，再通過熱能釋放器6與儲水容器4內的水進行熱交換後，由於承受高壓和釋放熱能而降溫，逐漸冷凝為液態的熱交換劑，經節流器9後進入環境熱能收集器7內，如此反覆地在封閉的循環通路內循環流動，且不斷地完成吸熱、放熱過程，使儲水容器4中的水溫不斷升高。與此同時，置於儲水容器4中的壓縮機5在運行中形成的部分熱能使其自身溫度升高，它也與周圍的水進行熱交換，起到加熱水的作用。在需要時，水可以從儲水容器4的出水口輸出，供給用戶使用。
如圖1所示，熱能釋放器6可以是由呈螺旋狀的傳熱管10構成。
如圖2所示，為了增大熱能釋放面積，熱能釋放器6也可以是由帶進口的進流腔11、帶出口的出流腔12和傳熱管13構成，進流腔11與出流腔12之間通過多根傳熱管13彼此連通。
如圖1或2所示，為了增大環境熱能收集器7吸熱面積，環境熱能收集器7可以是由呈多彎折的傳熱管14構成，傳熱管上設置有多個傳熱片15。
如圖1或2所示，為了增強環境熱能收集器7吸熱效果，環境熱能收集器7上設置有風扇16。當風扇16轉動後，可以促進空氣流動，從而加快熱交換。
如圖1或2所示，為了便於控制儲水容器4中的水溫，儲水容器4上設置有與控制電路1連接的測溫探頭17。當控制電路通過測溫探頭17測得儲水容器中水的溫度高於設定溫度值時，可以自動斷電，停止對水加熱。
如圖1或2所示，為了儘量地保持儲水容器的水溫，減少不必要的熱能損失，儲水容器4與外界之間設置隔熱保溫層18。
權利要求
1.一種用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法，它包括有如下的步驟(1)建立一個循環通路，循環通路內放有熱交換劑，循環通路上建立循環驅動裝置，在循環驅動裝置的作用下，使熱交換劑在循環通路內循環流動；(2)在循環通路上建立熱交換劑的限流控制區，限流控制區減緩熱交換劑在循環通路內流速，自動使整個循環通路形成高壓放熱區和低壓吸熱區，即限流控制區的入口至循環驅動裝置出口之間的循環通路是高壓放熱區，限流控制區的出口至循環驅動裝置入口之間的循環通路是低壓吸熱區；在限流控制區的作用下，使循環流動的熱交換劑在高壓放熱區中處於高壓狀態，而在低壓吸熱區卻處於低壓狀態；(3)把高壓放熱區放於需要加熱的水中，把低壓吸熱區位於周圍的環境中；(4)循環流動的熱交換劑在高壓放熱區時，處於高溫汽態，它向周圍的水放熱，而後逐漸變成液態；液態的熱交換劑經限流控制區流到低壓吸熱區時，它從周圍環境的空氣中吸熱，而後逐漸變成汽態；熱交換劑就這樣在循環流動過程中，連續反覆進行吸熱、放熱，實現對水的加熱。
2.如權利要求1所述的用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法，其特徵在於把高於水溫的循環驅動裝置和限流控制區中的全部或其中的一個放於水中，對水起到加熱作用。
3.如權利要求1所述的用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法，其特徵在於在高壓放熱區上建立快速放熱區，該快速放熱區是增大循環通路與水的接觸面積，以便使熱交換劑迅速地向水進行放熱；在低壓吸熱區上建立快速吸熱區，該快速吸熱區是增大循環通路與周圍空氣的接觸面積，以便使熱交換劑迅速地從空氣中進行吸熱。
4.一種利用如權利要求1、2或3所述的方法製成的雙效節能的熱水器，包括有控制電路(1)和帶進水口(2)、出水口(3)的儲水容器(4)，其特徵在於儲水容器(4)內設置有熱能釋放器(6)和受控制電路(1)控制的壓縮機(5)，儲水容器(4)外設置有環境熱能收集器(7)，通過管道(8)依次將壓縮機(5)、熱能釋放器(6)、節流器(9)和環境熱能收集器(7)彼此連接成循環通路，循環通路內有熱交換劑。
5.如權利要求4所述的雙效節能的熱水器，其特徵在於熱能釋放器(6)是由呈螺旋狀的傳熱管(10)構成。
6.如權利要求4所述的雙效節能的熱水器，其特徵在於熱能釋放器(6)是由帶進口的進流腔(11)、帶出口的出流腔(12)和傳熱管(13)構成，進流腔(11)與出流腔(12)之間通過多根傳熱管(13)彼此連通。
7.如權利要求5或6所述的雙效節能的熱水器，其特徵在於環境熱能收集器(7)是由呈多彎折的傳熱管(14)構成，傳熱管上設置有多個傳熱片(15)。
8.如權利要求7所述的雙效節能的熱水器，其特徵在於環境熱能收集器(7)上設置有風扇(16)。
9.如權利要求7所述的雙效節能的熱水器，其特徵在於儲水容器(4)上設置有與控制電路(1)連接的測溫探頭(17)。
10.如權利要求7所述的雙效節能的熱水器，其特徵在於儲水容器(4)與外界之間設置隔熱保溫層(18)。
全文摘要
一種用熱交換劑以循環流動方式對水加熱的方法，它是建立一個放有熱交換劑的循環通路，循環通路上建立循環驅動裝置和限流控制區，限流控制區將循環通路分隔成高壓放熱區和低壓吸熱區，把高壓放熱區放於水中，把低壓吸熱區位於周圍的環境中；循環流動的熱交換劑在高壓放熱區向水放熱，在低壓吸熱區從周圍空氣中吸熱，如此連續反覆進行吸熱、放熱過程，實現對水的加熱。利用所述方法製成的熱水器包括有控制電路、儲水容器、壓縮機、熱能釋放器、節流器、環境熱能收集器和熱交換劑。發明具有節省能源和絕緣性能好等優點，它不僅能將施加的電能轉換成熱能，還可以從周圍環境中的熱能收集利用起來，並與水進行充分的熱交換，顯著提高水的加熱效率。
文檔編號F24H1/18GK1837699SQ20051002057
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月22日 優先權日2005年3月22日
發明者高棣雲 申請人:高棣雲