CN101953633A - 全自动饮水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全自动饮水机，由电源电路，加热容器，加热电路和控制电路组成，在加热容器上设置有进水口和出水口，并分别具有开关，在加热容器内还设置有高水位，低水位和信号源三个电极；控制电路通过设置在加热容器上的所述电极的信号，产生控制信号，从而控制所述饮水机的相应功能；当所述加热容器中的水位低于低水位电极时，控制信号控制进水口，向加热灌中加入未经该饮水机加热或处理过的水；当所述加热容器中的水位高于高水位电极时，控制信号控制进水口停止加水，并控制所述加热电路对所述加热容器中的水进行加热；当所述加热容器中的水达到预先设定的温度时，控制电路控制所述加热电路停止加热。

Description

全自动饮水机

技术领域

本发明涉及饮水机技术领域，尤其是涉及一种既抗干烧又避免水被重复加热的全自动饮水机。

背景技术

饮水机是当前广泛使用的饮用水处理设备，现有技术中的饮水机不仅只具备加热水的功能，还可能具备净化水质的功能，以提供水质更佳的饮用水。

但是现有技术中的饮水机普遍存在以下不足之处：

1、饮水机加热罐中，水在未能一次用尽时或者边使用边补流进入时被反复加热，不但浪费能源，更重要的是饮用水由于反复加热而形成俗称的“千滚水”，包含许多不良物质，饮用后会对人体产生危害。

2、出水口设置在饮水机加热罐的上部，热水须靠底部进入的冷水顶托，才能被流出使用。因此流出的热水实际上已混合了一部分未被加热杀菌的冷自来水，热水口放出的水，实际上是“冷自来水、热/热净化水的混合水”。

3、许多饮水机中未设置抗干烧装置，易发生干烧起火的事故。

近年来，在市场中热销的“直饮机”(又称无热胆饮水机)较彻底地解决了反复加热的“千滚水”问题。其工作原理为：设一大功率(例如2KW以上)加热器，对流经该加热器的冷水加热，但该类直饮机缺点为：开始流出的水温度低，之后的热水出水速度太慢，等待热水流出的时间太长；同时，其还存在的缺点是：功率大，易造成家庭电线过荷发热，结构复杂，成本高、无抗干烧功能等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对上述现有技术的不足，而提供一种既抗干烧又避免反复加热的全自动饮水机。

本发明提供一种全自动饮水机，由电源电路，加热容器，加热电路和控制电路组成，在加热容器上设置有进水口和出水口，并分别具有开关，在加热容器内还设置有高水位，低水位和信号源三个电极；控制电路通过设置在加热容器上的所述电极的信号，产生控制信号，从而控制所述饮水机的相应功能；当所述加热容器中的水位低于低水位电极时，控制信号控制进水口，向加热灌中加入未经该饮水机加热或处理过的水；当所述加热容器中的水位高于高水位电极时，控制信号控制进水口停止加水，并控制所述加热电路对所述加热容器中的水进行加热；当所述加热容器中的水达到预先设定的温度时，控制电路控制所述加热电路停止加热。

所述加热容器的出水口设置在加热容器的底部，在其进水口设置有进水电磁阀，进水电磁阀控制是否对加热容器中加水。

控制电路设置有采样及采样保持电路、电压比较电路、执行电路，采样电路从所述电极处获取采样信号，并将采样信号送往电压比较电路，电压比较电路根据电压比较结果产生控制信号，由执行电路对该饮水机进行控制。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：

1、采用普通饮水机结构简单，成本低的优点，继续采用该类饮水机的“聪明座”等水路部件而不作改动。加热罐(又称热胆)继续采用，但做如下改动：冷水进口加设一只进水电磁阀，热水出口由热罐的顶部移至热罐的底部；在热罐上加设高水位、低水位、信号源三根电极。

2、增设一个装有控制系统的控制盒。该盒内的控制系统的功能和实现功能的原理为：

2-1采用市政输电网的50HZ交流电为检测信号源。

2-2检测信号通过相关电路和信号源电极输入热罐中。

2-3把热罐中的水作为信号源的通断开关，当水浸没相关电极时，信号源与该电极接通；否则，当相关电极露出水面时，信号源就与该电极断开。

2-4与常规的降压、整流电路不同，本发明中的降压整流电路，既承担常规的降压、整流、稳压，为后续电路提供稳定的直流电压，又承担降压和提供50HZ交流信号，为信号电极提供对人身安全的测试信号。

2-5本系统设有采样及采样保持电路、电压比较电路、执行电路。当高水位电极露出水面时，电压比较电路送出低电平，执行电路则将220V电源与进水电磁阀接通，热罐开始进水。当水位到达高水位，执行电路一方面命令进水电磁阀停止进水并命令电热管通电加热，另一方面又命令低水位电极进入系统中。低水位电极有进入系统和脱离系统两种状态。此两种状态受执行电路控制。

2-6与普通饮水机一样，本发明在热罐外壳上设有一只可以自复位的温控器。电热管受命通电加热，当水温到达设定温度(例如95℃时)时，温控器跳开，电热管断电，执行电路则命令热水电磁阀通电放热水，并将加热电源断开，温控器就失去了加热控制权，之后其无论接通还是断开，电热管都不会再次加热，这就避免了反复加热成“千滚水”的问题。

2-7当热罐中已加热的热水完全流出后，低水位电极露出水面时，系统复位，回复到低水位电极脱离系统，进水电磁阀通电进水的初始状态。

2-8本发明也允许不设热水电磁阀，而改设普通水龙头放热水。改用普通水龙头放热水时，本发明的规则为：热罐中已烧过一次的热水不放尽，系统既不进冷水，也不第二次通电加热。当采用热水电磁阀放热水时，本发明的规则为：水温未达设定温度，热水阀拒绝放水，热水未放尽，电热管拒绝二次通电加热，进水阀拒绝进冷水。

2-9本发明进一步的技术措施为，用进水、加热、热水三盏指示灯指示系统的工作状态并兼作电源指示。电源接通后，在任何时刻，总有一盏灯并且必定仅有一盏灯亮。当系统进水时，进水灯亮，另外两盏灭；与之对应，系统的电热管通电加热时，仅加热灯亮；热罐中的水温到达设定温度时，仅热水灯亮，三盏灯全灭，表明电源未接通或电源开关已断开。

2-10本发明再进一步的技术措施为：系统设有交流平衡电路，水中流动的电流为交流电流，可以保证电极不结垢，不发生电腐蚀，进而确保饮水机长期稳定可靠地运行。

2-11本发明更进一步的技术措施为：本发明的采样电路设有高组值的门槛电阻，可以保证饮水机使用普通水或GB17323-1998瓶装饮用纯净水时都能正常工作。也可以保证热罐接或不接保护地线(即市政电网中的E线)以及交流输入的L线、N线互换位置时，系统也都可正常工作。

本发明的规则是：第一，水不满罐，则自动进水；水满罐时开始通电加热，即抗干烧功能；第二，已烧的热水不放尽，拒绝再次通电加热，即免反复烧的功能；第三，热水不放尽，冷水拒绝进，保证冷、热水不混合。

附图说明

图1为本发明第一实施例的控制系统电路原理图；

图2为本发明第一实施例的结构及接线示意图；

图3为水中电流波形图；

图4为本发明第一实施例的结构及接线示意图；

图5是本发明第一实施例的控制系统电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。但应当理解这里的说明并不构成对本发明保护范围的限制。

本发明第一实施例的控制原理如图1，结构及接线如图2所示。

在图1中，R₁//C₁、R₂//C₂组成AC220V双端口对称降压网络。本发明之所以采用这种对称降压网络，是考虑到饮水机是千家万户都用的家电产品，AC220V的L端、N端接入是随机的，不能要求用户按规定接L端或N端。采用上述双端口对称降压网络后，AC220V的两根输入线无论哪根接L端或N端，本发明均可通过以上网络，为后级电路提供对人身安全的工作电压，同时，也为采用电路提供安全的交流信号。

D₁-D₄组成电源桥式整流电路，R₁₅、C₃、C₄组成电源稳压与滤波电路，它们共同作用为后极提供稳定的直流电源。后面将要讲述，电源整流电路还是测试电路的重要组成单元，承担了沟通测试信号的通道作用。

高水位电极102，低水位电极103、信号源电极106、R₉、D₆、C₅、C₆组成了信号采样及保持电路。当热罐100中的水位到达高水位G并且AC200V为负半周时，信号电流I₁被采样并按下述路径流通：N→R₂//C₂→R₀→信号源电极106→水→高水位电极102→R₉→D₆→C₅//C₆(采样保持)→R₇→R₈→线路板地⊥→D₄→R₁//C₁→开关K→L

信号电流I₁在R₈两端产生控制所需要的电压V₃(为简化，后面的叙述忽略了开关K)。

由于D₆的单向导通特性，在AC220V的正半周时，I₁＝0，但由于C₅//C₆的作用，采样信号仍被保持或记忆，V₃继续存在。

如果不采取其他的措施，那么，水中流通的电流为直流电流，信号源电极106将被电腐蚀，高水位电极102、低水位电极103将结垢，系统将难以长期稳定可靠地工作。为解决此问题，本发明设置了“交流平衡电路”。

所述的交流平衡电路由交流平衡二极管D₇、门槛电阻R₉及相关的电极组成。在I₁＝0的交流正半周期间，图1所示的流经D₇的交流平衡电流I₂按下列路径流通：

I₁与I₂的流通路径虽略有不同，但门槛电阻R₉是高阻值电阻，在本发明中，均为微安级电流，它们的值主要由门槛电阻R₉决定，因此I₁、I₂数值近似相等，方向相反，若将它们合在一起画在同一数轴上，则为图3所示的50HZ正弦交流电流。因此，热罐的水中流动的电流为50HZ正弦交流电流，相关电极不产生电腐蚀或不结垢。

如果将图1的交流输入口的L端、N端互换，用上述同样的方法分析，可以得出，I₁、I₂数值近似相等，方向相反的结论仍成立。但此时，I₁变为交流正半周流通，I₂改为交流负半周流通。因此，当饮水机的交流输入口L端、N端互换时，本发明仍能产生控制电压V₃。

当本发明的热罐100与大地连接时，根据市政输电网的接线方法，相当于热罐的外壳通过大地与交流N端连接了。此状态下，如图1所示，可知：N→R₂//C₂→R₀→信号源电极106→水→热罐100→大地E→N这条路径的电流为零，信号源电极106已丧失传输测试信号的能力，等同于不存在。传输测试信号的任务由热罐100的外壳承担。在此情况下，当交流负半周时，D₇截止，I₂＝0，则I₁按下述路径流通：

N→大地→热罐100外壳→水→高水位电极102→R₉→D₆→R₇→R₈→线路板地⊥→D₄→R₁//C₁→L。

当交流正半周时，D₆截止，I₁＝0，I₂按以下路径流通：

由于I₁为微安级的电流，其流过相关电路时，不会干扰这些电路的正常功能。

因为I₁、I₂的数值主要由门槛电阻R₉决定，因此在前述热罐100接地的情况下，I₁、I₂大小近似相等，方向相反的结论仍成立，控制电压V₃仍能产生。

当热罐100的外壳接大地，图1所示的交流输入口的L、N端互换时，这一路径上有一股与控制信号无关的交流电流流通。只要选定合适的R₀阻值，这一股交流电流就不会对本发明的控制作用产生干扰，就像I₂的流动不会对相关电路产生干扰一样。此时，信号源电极106不腐蚀，不结垢，但其已丧失传输测试信号的功能。该功能改由热罐100外壳承担。

在上述情况下，信号电流I₁按以下路径流通：N→大地→热罐100外壳→水→高水位电极102→R₉→D₆→R₇→R₈→线路板地⊥→D₃→R₂//C₂→L。

交流平衡电流I₂则按以下路径流通：

I₁、I₂数值近似相等，方向相反。

至此，我们可以得出两条结论：第一，饮水机到达用户后，会遇到以下四种情况：

1、热罐100外壳虽已与三芯电源插头的E线连接，但用户插座未接E线，即热罐外壳未接大地，用户按图1所示接交流L、N线；

2、热罐外壳未接大地，用户插座的接线与图1所示L、N线正好互换；

3、热罐外壳接地，用户插座的L、N线与图1相符合；

4、热罐外壳接地，用户插座的L、N线与图1不符，正好互换。针对以上四种情况，已经作了分析，在这四种情况下，本发明均可产生自动控制所需要的控制电压V₃。

第二，综上分析可知，热罐100中的水起到了接通测试信号的开关作用，只有水浸没到相关电极，信号电流I₁才会产生或流通。

电压比较器IC₁、三极管V₁、继电器J₁、J₃、J₄及这些部件的附属器件共同组成了本系统的执行电路。

所述的电压比较器IC₁的端口2接比较电压V₂，端口3接信号电压V₃。当V₃＞V₂时，其端口1输出高电平；反之，当V₃＜V₂时，端口1的输出低电平。

所述的继电器J₁有K₁、K₂两组触点。第一组触点K₁用于控制低水位电极103的状态，当K₁的常开触点闭合时，低水位电极103进入系统；反之，当K₁的常开触点闭合时，低水位电极103退出系统。第二组触点K₂用于控制继电器J₃的线包电源。当K₂断开时，J₃的线包失电，其常闭触点K_O3与K₃接通，进水电磁阀DF₁得电开启，向热罐100注入冷水；当K₂接通时，J₃的线包得电，其常开触点K₃₃与K₃接通，电热管R_L通电加热；同时，常闭触点K_O3与K₃断开，电磁阀失电关闭，冷水停止注入热罐中。

当电热管通电加热时，图1所示的电压V₄为零，继电器J₄的线包无电，其常闭触点K₀₄与K₄为接通状态。

当热罐中的水温升至设定温度时，温控器101的触点断开，电压V₄骤升至高电平，电压接近AC220V，继电器J₄的线包得电，其常开触点K₄₄与K₄接通，热水电磁阀得电开启放热水。

继电器J₃、J₄的线包电压既可以采用交流220V，也可以采用如图1所示的经RC网络降压，整流桥整流的直流电压。本系统优先采用后一种方案。

本控制系统分三个步骤完成对饮水机的全自动控制：

一、进冷水，防干烧步骤：

电源开关K闭合，系统开始工作。若热罐中的水位低于高水位G，则信号电流I₁＝0，控制电压V₃＝0，电压比较器IC₁输出低电平，V₁截止，J₁线包无电流，K₁、K₂处于断开的状态，继电器J₃线包无电，常闭触点K_O3与K₃接通，进水电磁阀DF₁得电开启，冷水注入热罐中。此时，电热管由于K₃₃与K₃处于断开的状态，因而无电，抗干烧的功能得以实现。

只要水位未达高水位G，系统一直保持K₃与K_O3接通，进水电磁阀DF₁通电进水，电热管R_L无电不加热的初始状态。

二、冷水满，电热管通电加热步骤：

随着冷水的不断注入，热罐100被逐渐装满水，即水位逐渐到达高水位G，此时，信号电流I₁、交流平衡电流I₂开始流通，V₃＞V₂的条件成熟，电压比较器IC₁输出高电平。V₁导通，J₁线包得电，K₁闭合，低水位电极103进入系统，K₂也闭合，J₃线包得电，K₃与K_O3断开，进水电磁阀DF₁因失电而关闭，进水停止，K₃与K₃₃接通，电热管R_L开始通电加热。

三、水温到达设定温度，免反复烧功能启动步骤：

由于电热管R_L通电加，水温逐渐升高，当到达设定温度时，温控器101跳开，电热管R_L停止加热、电压V₄骤升至接近AC220V，继电器J₄的线包得电，其常开触点K₄与K_O4断开，与K₄₄接通，热水开始放出。

结合图2，饮水机放出热水有自动、手动两种形式：

1、自动形式：K₄与K₄₄接通后，热水电磁阀DF₂通电开启，热水逐步放出。在本阶段，由于流过电磁阀和流过J₄线包的电流均为毫安级电流。因此在电热管R_L上产生的功率和压降可以忽略不计。

随着放水的进行，热罐中的水位逐渐下降，由于低水位电极102此时已进入系统，因此水位即使降至高水位G以下，由于低水位电极102沟通了信号电路，因此，I₁流通，V₃＞V₂的条件仍保持，系统仍保持进水电磁阀关闭，电热管R_L停止加热状态，系统免反复烧，防止放出冷热混合水的功能也得以实现。

当热水放尽，即水位低于低水位D时，系统复位，进水电磁阀重新得电开启进水。

2、手动形式：用图2所示的水龙头109代替热水电磁阀DF₂放热水。系统在此情况下的控制过程为：

①温控器101在水温到达设定温度时跳开，电热管停止加热，J₄线包得电，K₄与K₄₄接通，热水指示装置启动。所述热水指示装置可以是光，即灯，可以是声，例如蜂鸣器，也可以是声、光同时指示。本发明优先采用灯指示。

②用户若及时将热水放尽，系统的控制过程与自动形式放水的控制过程无异。

③用户若不及时放热水，即使热水逐渐降温至室温，温控器101重新闭合，系统也拒绝再次加热，而且热水指示灯LED₃仍亮。在此情况下，用户若希望再次通电烧水，则只需按一次按钮AN，即J₄复位，电热管再次通电加热。若不设按钮AN，用户只需关一次电源开关K，也可实现对水重新加热的步骤。

本实施例的结构与接线方法如图2所示：热罐100的侧面装有温控器101，顶部装有高水位电极102，低水位电极103。这两个电极的外表均包有绝缘层104，热罐100的顶部还设有冷水进水和通气两用的接口105，接口105与三通110相连接，三通110一臂与进水电磁阀DF₁相接，进水电磁阀的另一端与饮水机的水斗相连接。三通110的另一臂与透气管相连接。热罐100的底部装有信号源电极106，所述的信号源电极的外表也包有绝缘层104，其顶端高度C低于低水位电极D，电热管R_L装在热罐100的底部，热罐100的底部还设有热水出水口108，该热水出水口108或与热水电磁阀DF₂相连接，或与水龙头109相连接。

控制盒200内装有图1所示的控制系统，控制盒200通过导线与各功能器件相连接。电源开关K，按钮AN、进水指示灯LED₁、加热指示灯LED₂、热水指示灯LED₃可按美观要求安装在饮水机的面板或侧板上，图2中未示出。

所述控制盒200也可以是一块带有连接器件的印刷线路板。

本发明第二实施例的控制系统如图5所示，结构与接线方法如图4所示。

本实施例的工作原理与控制过程与第一实施例相同，所不同的有如下几方面：

1、温控器101改为用于控制晶闸管V_S1的通断，V_S1接在加热主回路上。做这样改动的目的是：避开温控器负载能力不够大的缺点，改用允许带大功率负载的双向晶闸管，取代原温控器的位置。做这样的改动后，电热管R_L的功率可增至3KW以上，这样饮水机的烧水速度加快，出热水的量也大大增加。因此，第一实施例适宜在家庭使用，第二实施例适宜在公共场合使用。

所述由R₁₆，C₁₃，温控器101，双向二极管V_D1，双向晶闸管V_S1组成的晶闸管控制电路是典型的晶闸管控制电路(或称固态继电器)，此处不作介绍。本领域技术人员应该明白，有触点的普通继电器，无触点的固态继电器在本控制系统中可以互换，这是显而易见的。

2、考虑到第二实施例的用水量可能会较大，因此，如图4所示，在热罐100的侧壁上设置了单进冷水的进水口111、在顶部设置了单用于换气的透气口105。

3、高水位电极102改为图4所示的横向放置，目的是增加该高水位电极102的绝缘层104的长度，加强该电极的绝缘性能。

图4所示的高水位电极102的绝缘层，可以是平直的，也可以是外表带有凸环的。控制盒300内装有图5所示的控制系统，并通过导线与各功能器件相连接。

Claims (9)

1.一种全自动饮水机，由电源电路，加热容器，加热电路和控制电路组成，其特征在于：

在加热容器上设置有进水口和出水口，并分别具有开关，在加热容器内还设置有高水位，低水位和信号源三个电极；

控制电路通过设置在加热容器上的所述电极的信号，产生控制信号，从而控制所述饮水机的相应功能；

当所述加热容器中的水位低于低水位电极时，控制信号控制进水口，向加热灌中加入未经该饮水机加热或处理过的水；

当所述加热容器中的水位高于高水位电极时，控制信号控制进水口停止加水，并控制所述加热电路对所述加热容器中的水进行加热；

当所述加热容器中的水达到预先设定的温度时，控制电路控制所述加热电路停止加热。

2.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

所述加热容器的出水口设置在加热容器的底部，在其进水口设置有进水电磁阀，进水电磁阀控制是否对加热容器中加水。

3.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

控制电路设置有采样及采样保持电路、电压比较电路、执行电路，采样电路从所述电极处获取采样信号，并将采样信号送往电压比较电路，电压比较电路根据电压比较结果产生控制信号，由执行电路对该饮水机进行控制。

4.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

在加热容器上设置有可自动复位的温控器，当水温加热到预先设定的温度时，温控器跳开，加热电路断电。

5.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

在出水口设置出水电磁阀，当加热容器中的水被加热到预先设定的温度时，出水电磁阀打开，使得加热后的热水流出，当加热容器中的热水未放至低水位电极露出水面时，进水电磁阀控制饮水机不加水，加热电路不对加热容器中的水进行二次加热。

6.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

在出水口设置出普通水龙头，当加热容器中的热水未放至低水位电极露出水面时，进水电磁阀控制饮水机不加水，加热电路不对加热容器中的水进行二次加热。

7.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

控制电路设有交流平衡电路，水中流动的电流为交流电流，可以保证电极不结垢，不发生电腐蚀，进而确保饮水机长期稳定可靠地运行。

8.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

在饮水机机身上设置进水、加热、热水三盏指示灯指示系统的工作状态并兼作电源指示；电源接通后，在任何时刻，总有一盏灯并且必定之有一盏灯亮。

9.如权利要求1所述的全自动饮水机，其特征在于：

所述电源电路为市政输电网的220V，50HZ交流电。

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