秦子惠紹興市柯橋區(qū)柯橋中學(xué)

節(jié)能熱水器輔助裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

秦子惠
紹興市柯橋區(qū)柯橋中學(xué)

本設(shè)計研究一種節(jié)能熱水器輔助裝置，主要功能為將使用過的熱水導(dǎo)入溫水儲存槽，對出水管內(nèi)冷水進(jìn)行加熱。該裝置主要結(jié)構(gòu)包括：排水閥、出水管、帶濾網(wǎng)的穿孔平臺、熱交換器、溫水儲存槽、溢流排水管、進(jìn)水管、水管。本設(shè)計，安裝有熱交換器，利用溫水儲存槽內(nèi)的熱廢水對水管內(nèi)冷水進(jìn)行加熱；安裝有帶濾網(wǎng)的穿孔平臺，熱廢水經(jīng)過濾去掉雜質(zhì)后進(jìn)入溫水儲存槽；水管采用連續(xù)U形結(jié)構(gòu)，充分利用溫水儲存槽內(nèi)的空間，并有效提高加熱的效果。

熱水器；裝置；設(shè)計

一、背景與發(fā)展現(xiàn)狀

資料顯示，我國煤炭、石油、天然氣人均剩余可采儲量分別只有世界平均水平的58.6%、7.69%和7.05%。2014年我國創(chuàng)造的所占世界GDP總量比例也將達(dá)到近五分之一，卻消耗了相當(dāng)于全球總產(chǎn)量30%的主要能源和原材料。我國單位GDP的能源、原材料和水資源消耗大大高于世界平均水平，萬元GDP能耗是世界平均水平的3.4倍，因此“節(jié)約能源、循環(huán)利用”已成共識。

目前，隨著人民生活水平的提高和居住環(huán)境的改善，家用熱水器的使用已非常普遍，熱水器的使用需要消耗較多的能量，而使用過的熱廢水直接被排放到下水道，浪費了大量的熱量，如果能夠利用這些熱廢水對水管內(nèi)的水進(jìn)行加熱，提高在進(jìn)入熱水器之前的水溫，可以節(jié)省加熱的時間，同時又可以減少熱水器的能量消耗，節(jié)省電能和燃?xì)?，因此提出了一種節(jié)能熱水器輔助裝置的設(shè)計思路，以達(dá)到節(jié)能的目的。

二、節(jié)能熱水輔助裝置的設(shè)計思路

本設(shè)計的節(jié)能熱水器輔助裝置主要由排水閥（1），出水管（2），帶濾網(wǎng)的穿孔平臺（3），熱交換器（4），溫水儲存槽（5），溢流排水管（6），進(jìn)水管（7），水管（8）等構(gòu)成。其中，排水閥安裝在溫水儲存槽底部右側(cè)；出水管及進(jìn)水管分別安裝在溫水儲存槽兩側(cè)；水管連接進(jìn)水管和出水管，安裝在溫水儲存槽內(nèi)部，溫水儲存槽內(nèi)水管為連續(xù)U形結(jié)構(gòu)；所述帶濾網(wǎng)的穿孔平臺安裝在溫水儲存槽的上方，其面板四角處帶整列孔；熱交換器安裝在溫水儲存槽內(nèi)部，包含在所述水管外圍；溢流排水管安裝在溫水儲存槽頂部左側(cè)，溢流排水管為L形結(jié)構(gòu)，溢流排水管底端接近溫水儲存槽的底部。

節(jié)能熱水器輔助裝置結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1　節(jié)能熱水器輔助裝置的簡圖

本設(shè)計的一些結(jié)構(gòu)的特點：

1.本設(shè)計設(shè)有有一個帶濾網(wǎng)的穿孔平臺，安裝在溫水儲存槽的上方，其面板四角處帶整列孔，使用過的熱廢水通過濾網(wǎng)，將熱廢水的雜質(zhì)隔離在外部，防止對溫水儲存槽內(nèi)水管、水閥等造成堵塞。

2.在溫水儲存槽內(nèi)的水管采用U形結(jié)構(gòu)，增大了在溫水儲存槽內(nèi)的水管長度，使水管內(nèi)冷水與外部熱廢水的接觸面接加大，有利于熱交換的進(jìn)行，冷水從進(jìn)水管進(jìn)入U形水管，在水管中逐步加熱，從出水管導(dǎo)入到熱水器中。

3.本設(shè)計在溫水儲存槽內(nèi)，安裝了熱交換器，包圍在水管外部。熱交換器，亦稱為換熱器，是用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置，是對流傳熱及熱傳導(dǎo)的一種應(yīng)用，可以加大水管內(nèi)冷水和外部熱廢水的熱交換效率。

4.本設(shè)計在溫水儲存槽側(cè)面靠近頂端處安裝有一個溢流排水管，當(dāng)溫水儲存槽內(nèi)水位過高時，槽內(nèi)熱廢水自動溢出，保持槽內(nèi)水位穩(wěn)定，進(jìn)水口應(yīng)接近溫水儲存槽的底部，使經(jīng)過熱交換后的冷水能及時排出。

5.在溫水儲存槽內(nèi)底部安裝有排水閥，通過手動排水來調(diào)節(jié)想要達(dá)到的水位，也可以用來排放清洗溫水儲存槽后留下來的污水。

三、節(jié)能熱水輔助裝置結(jié)構(gòu)及具體實施方式

本設(shè)計的節(jié)能熱水器輔助裝置，安裝時將該裝置置于淋浴龍頭下方，人可以踩在上面淋浴，帶余溫的熱廢水就會自動流入溫水儲存槽（5），溫水儲存槽（5）一般深度控制在80mm以內(nèi)，不宜太深，該槽底部設(shè)有少量排水小孔，以方便在淋浴結(jié)束時槽內(nèi)的積水能自動排盡。溢流排水管（6）的進(jìn)水口應(yīng)接近溫水儲存槽（5）的底部，使經(jīng)過熱交換后的冷水能及時排出，以利于上部的熱水能及時進(jìn)入。

當(dāng)淋浴開始后，熱廢水會順著人體通過帶濾網(wǎng)的穿孔平臺（3）流入溫水儲存槽（5）并使其滿溢，這時冷水通過進(jìn)水管（7）經(jīng)熱交換裝置（4）內(nèi)的U形水管道進(jìn)過逐步加熱后從出水管（2）流出，再直接進(jìn)入熱水器進(jìn)行第二次加熱后使用。帶濾網(wǎng)的穿孔平臺（3）為活動式結(jié)構(gòu)，可以拆卸，方便清潔溫水儲存槽（5），并可以將沖洗后的廢水通過排水閥（1）排出。

圖2　節(jié)能熱水器輔助裝置工作示意圖

四、結(jié)論

設(shè)計研究的內(nèi)容來自于現(xiàn)實生活，涉及到千家萬戶，具體實施時只需對熱水器管道作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，無需動力和其它加熱裝置，投入小且節(jié)能效果明顯。在外觀和具體與浴室的相互協(xié)調(diào)上作進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計，推廣應(yīng)用后，以每次淋浴后節(jié)約20%的熱量計算，總體所節(jié)約的燃?xì)饽茉词欠浅？捎^的。國家最近提出要大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，從根本上改變高消耗的狀況。要開發(fā)和完善資源循環(huán)利用的技術(shù)和工藝，建立廢棄資源的回收和供應(yīng)體制，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，同時開發(fā)廢棄物再利用技術(shù)，因此，本設(shè)計研究的推廣應(yīng)用具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。