CN102095249B - 液体加热装置 - Google Patents
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Abstract
液体加热装置，包括一加热容器，加热容器上设有补水管和出水管，所述补水管通过进水阀连接外部水源，加热容器内设有电加热管和温度传感器，加热容器的侧壁设计为长方体直筒，其中相对的两侧壁的底部分别向内倾斜，形成锥形收口；加热容器内分别设有低液位传感器和高液位传感器，补水管由加热容器的底部伸入，电加热管和温度传感器依次设置于补水管的出口上方，温度传感器、低液位传感器和高液位传感器的信号输出端分别电性连接到一控制单元，该控制单元的输出端连接到所述进水阀的控制端。运行控制本发明加热装置能够对液体进行稳定的步进式加热，同时具有空间利用率高、无储水死角、加热效率高、供水温度可靠等特点，高效卫生，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体加热装置，特别涉及一种步进式加热、全自动、水温稳定的液体电加热装置。
背景技术
传统的液体加热器或开水器，通常是采用顶部补水、加热容器补水完成后加热到设定温度、水冷后重新加热的工作方式。因此，普遍存在突出的冷热水互混，即俗称的阴阳水问题，不仅出水温度不定，而且会影响到饮水的安全和健康。
为此，有人进行了不断的革新和改进，在取得了一些有效成果的同时，仍存在不少相关联的问题。专利号ZL02149437.1、ZL91103310.6的专利以及申请号为CN200610149039.5的专利申请公开了几种形式的开水器，均采用了将开水加热和热水储存分开或分隔为两个容器的方法来解决阴阳水的问题，但是同时也产生了开水出水水温控制的问题，也就是说开水的出水温度无法设定和预知，可能流出的是开水，也可能是已经冷却的冷开水，往往给使用带来不便，而且设备的结构复杂、流程繁琐，且制造难度和成本较高。
中国专利号ZL 200620054852.X公开了一种开水器，其采用高低液位来自动控制加热管的启停，并用在底部设置高温、低温探头的方式来控制温度和补水，但是仍存在以下问题：温度传感器只能控制加热管的启停，没有控制补水的量，补水过程要一直到加热容器的高水位时才停止补水，而且仍旧采用上部补水的方式，不仅没有彻底解决阴阳水的问题，而且必须要等整个加热器的水温加热到设定温度后，才能有效供应开水，供水的间隔时间较长。
中国专利申请号CN200510061511.5公开了一种开水器，可以相对较好地解决冷热水互混的问题，并初步实现了步进加热的工作方式，较为高效、快速地供应温度可靠的开水。但仍存在以下不足：(1)加热器采用常规容器形状，不仅步进加热的周期较长，而且这种直筒状容器底部边角部分的水通常无法被有效输送到上层，从而无法得到有效及时的补充，形成环绕加热容器底部一周的死角，储存死水，而且由于这部分水的水温较低，很容易造成细菌微生物的滋生和繁衍，从而影响水质，因此存在明显的对流死角和低温死水现象；(2)电加热管、温度传感器、出水口的上下位置设计不够合理，明显存在出水的实际水温与温度传感器测得的水温以及电加热管周边的水温三者之间偏差较大的可能，从而会导致加热器控制失当、出水水温不准的问题，威胁设备的运行和使用者的安全；(3)补水口设置在加热容器侧部，补水不均匀而且会形成较强对流，破坏加热容器原本具有的水温自然分层现象，从而也产生了相当程度的阴阳水现象；(4)没有对出水进行温度控制，没有达到设定温度的水也会随时流出供应，影响使用并威胁到饮水安全；(5)热水器在加热时可能会导致加热容器内部蒸汽积聚，影响设备运行安全，并可能会使带有压力的蒸汽随水从出水口喷出，威胁取水者的安全。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种液体加热装置，能够实现冷热水自然分离、没有储水死角、加热效率高、供水温度可靠、单内胆结构、全自动控制运行、安全可靠。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
液体加热装置，包括一加热容器，所述加热容器上设有补水管和出水管，所述补水管通过进水阀连接外部水源，加热容器内设有电加热管和温度传感器，所述加热容器设计为长方体直筒，其中相对的两侧壁的底部分别向内倾斜，形成锥形收口；加热容器内分别设有低液位传感器和高液位传感器，所述补水管由加热容器的底部伸入，设置于加热容器底部的中央；所述补水管伸入于加热容器的一端设有一补水口，该补水口顶端封闭，其侧壁上开设有用于出水的布水孔或布水槽；所述布水孔或布水槽沿水平方向均匀开设于补水口侧壁上；所述电加热管设置于补水管的出口上方，温度传感器设置于电加热管上方，所述温度传感器、低液位传感器和高液位传感器的信号输出端分别电性连接到一控制单元，该控制单元的输出端连接到所述进水阀的控制端。
进一步，所述出水管的入口与温度传感器设置于相同的高度，并略高于所述电加热管，所述低液位传感器略高于所述出水管入口和温度传感器。
本发明加热装置还包括一出水阀，所述出水管通过出水阀连通外部，所述控制单元的输出端电性连接到所述出水阀的控制端。
所述控制单元是内置有对应启动和停止进水阀的低温温度和高温温度的微处理器。
所述加热容器顶部开设有连接到外部排水管道的泄压安全孔。
另一方面，本发明还提供一种上述液体加热装置的控制方法，包括如下步骤：
(1)开启进水阀，由补水管向加热容器内注入液体，液位上升；
(2)液位上升至低液位传感器检测的高度时，控制单元关闭进水阀，补水管停止注液，并启动电加热管加热液体，加热容器内的液体温度上升；
(3)温度传感器检测到液体温度达到或高于控制单元中预设的高温温度时，控制单元重新开启进水阀，进水管注入液体，加热容器内的液体温度下降；
(4)温度传感器检测到液体温度等于或低于控制单元中预设的低温温度时，控制单元关闭进水阀停止注液，加热容器内的液体温度上升；
(5)加热容器内的液位上升至高液位传感器检测的高度时，控制单元关闭进水阀，补水管停止注液，电加热管加热液体至控制单元中预设的高温温度时，控制单元关闭电加热管停止加热；
上述步骤中，当温度传感器测得加热容器内的液体温度高于低温温度且液位不低于低液位传感器检测的高度时，控制单元控制出水管的阀门处于允许向外供水的开启状态。
进一步，所述步骤(2)中，液位上升至低液位传感器检测的高度时，所述控制单元在延迟一段预设的时间后关闭进水阀，以确保首次补水后的液位略高于低液位传感器的安装位置，从而可有效避免由于液位轻微晃动而导致低液位传感器感应信号的波动并引起补水阀门和加热管的频繁启停问题。
本发明的主要优点如下。
如上述结构，本发明液体加热装置的加热容器侧壁底部采用锥形收口的设计，具有以下优点：1、锥形底部能够充分利用加热容器的内部空间，有效导引水流输送到容器上层，从而较好地解决了对流死角和低温死水的问题，大大提升水质。2、加热容器底部电加热管下方原先储存的冷水相比传统直筒形容器更少，易于更新水质，确保水质的安全健康。3、电加热管接触水层的水量相对较少，这样在电加热管的加热功率相同的情况下，可用相对更短的时间加热该水层的水达到低温温度，从而能够更快的完成加热——补水——加热这一循环过程，也就是加快了步进加热的节奏和速度，可以用更短的时间获得达到设定水温的供水，大大提高加热装置的工作效率，方便使用。
如上述结构，本发明液体加热装置的出水管入口与温度传感器设置于相同的高度，由于采用步进式逐层加热，出水管出水的实际水温与温度传感器实时检测到的水温保持一致，能够准确读取和控制出水水温，保障设备运行和使用者的安全。低液位传感器略高于所述出水管入口和温度传感器，并略高于电加热管，这样能够在充分利用加热容器内部空间的同时，避免电加热管处于空烧状态，保障加热装置的使用安全。
如上述结构，本发明液体加热装置的补水口设置于加热容器底部的中央，并通过补水口上沿水平方向开设的布水孔槽进水，从而使得加热装置的补水更加平稳，补入的冷水不会明显冲入上层的热水中，维持水温稳定可靠。
如上述结构，本发明液体加热装置的顶部设有泄压安全孔，该泄压安全孔连接到外部排水管道，可以将加热容器内产生的蒸汽安全的排出至管道，使加热容器内保持无压工作状态，避免容器内压力对液体沸点造成的影响，同时也保障设备和使用者的安全。
如上述结构和方法，本发明液体加热装置通过设置的高温温度和低温温度准确控制液体的步进式加热，并且设计了仅当加热容器内的液体温度高于低温温度且液位高于低液位传感器检测的高度时，才开启出水阀允许出水管向外供水，保障了用水的水温的稳定可靠。当外部取水时，出水口上部的水将逐层下降，且由于越上层的水温度会略有升高而不会下降，所以在整个低液位以上的开水可以一次全部供应使用，且温度稳定，从而实现持续大流量供水，直至液位达到低液位时，控制单元关闭出水阀停止供水。
附图说明
图1是本发明液体加热装置一实施例的结构示意图。
图2是本发明加热装置一实施例的立体结构示意图。
图3是本发明加热装置中补水口的结构示意图。
图4是本发明加热装置中加热容器锥形结构的示意图。
图5是本发明加热装置处于预补水状态的示意图。
图6是本发明加热装置处于补水状态的示意图。
图7是本发明加热装置处于用水状态的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的结构特征。
参见图1、图2所示，本发明液体加热装置，包括加热容器1，所述加热容器1上设有补水管2和出水管3，所述补水管2通过进水阀4连接外部水源，加热容器1内设有电加热管5和温度传感器6，所述加热容器1的侧壁底部呈锥形，加热容器1内分别设有低液位传感器7和高液位传感器8，所述补水管2由加热容器1的底部伸入，所述电加热管5和温度传感器6依次设置于补水管2的出口上方，所述温度传感器6、低液位传感器7和高液位传感器8的信号输出端分别电性连接到一控制单元(图上未显示)，该控制单元的输出端电性连接到所述进水阀4的控制端。
在本实施例中，为了便于加工并充分利用电加热管5的有效加热长度，所述加热容器1设计为长方体直筒，其中相对的两侧壁的底部分别向内倾斜，形成锥形收口，所述电加热管5沿长度方向设置于锥形收口中间。除上述实施例外，使用者根据需要也完全可以设计为其他收口筒体的形状。
进一步，所述出水管3的入口与温度传感器6设置于相同的高度，并略高于所述电加热管5，所述低液位传感器7略高于所述出水管3入口和温度传感器6。
本发明加热装置还包括一出水阀9，所述出水管3通过出水阀9连通外部，所述控制单元的输出端电性连接到所述出水阀9的控制端。
在本实施例中，所述进水阀4和出水阀9采用电磁阀，电磁阀的控制端(即控制线圈)连接控制单元。另外，根据需要还可以采用电动阀等其他电控阀门。
所述控制单元是内置有对应启动和停止进水阀4的低温温度和高温温度的微处理器，该微处理根据温度传感器和高、低液位传感器监测到的信号控制进水阀4和电加热管5。在本实施例中，该微处理器还控制出水阀9在加热容器内液体处于低温温度以下或处于低液位时处于关闭状态。
在本实施例中，控制单元中的低温温度设置为85℃，高温温度设置为95℃。
所述补水管2设置于加热容器1底部的中央。
参见图3所示，所述补水管2伸入于加热容器1的一端设有一补水口10，该补水口10顶端封闭，其侧壁上开设有用于出水的布水孔或布水槽111。
在本实施例中，所述补水口10的侧壁上的相对两侧各沿水平方向开设有一条布水槽101。
所述加热容器1顶部开设有连接到外部排水管道的泄压安全孔11。在本实施例中，泄压安全孔11保持常通状态，并通过一硅胶软管连接到非承压的外部排水管道，将加热容器1内产生的蒸汽排入排水管道。
图4是本发明加热装置中加热容器1锥形结构的示意图。参见图3所示，本发明加热容器1底部采用锥形结构后，能够充分利用加热容器1的内部空间，如果采用传统的直筒状，则图4中阴影部分的水通常无法被有效输送到上层，从而无法得到有效及时的补充，形成环绕加热容器1底部边角的死角，储存死水，而且这部分水的水温较低，很容易造成细菌微生物的滋生和繁衍，从而影响到水质。而经由图中所示加热容器1的锥形底部引导水流，就能较好地解决这个问题。
同时，采用锥形底部使得电加热管5下方预先储存的冷水更少，易于更新水质。
另外，本实施例中电加热管5的高度设置于锥形收口的区域中，使得与电加热管5相接触的水层的水量相对较少，这样，在电加热管5加热功率相同的情况下，可用相对更短的时间加热该水层的水达到低温温度，从而加快了加热——补水——加热循环的过程，加快了步进式加热的节奏和速度，能够用更短的时间获得达到设定水温的供水。也就是说，一旦加热容器1内的热水全部被放出后，再次可以从出水口获得符合要求的热水的时间更短。
如上述本实施例的结构，本发明加热装置在加热液体时，主要分为以下几个阶段。
(1)预补水阶段：参见图5所示，水从补水口10进入，液位从下往上升高，当低液位传感器7感应检测到水后，电加热管5通电开始工作加热，延迟一段较短的时间使液位升至略高于低液位传感器7后，控制单元自动关闭进水阀4，补水暂时停止。
上述阶段中，补水到达低液位后延迟一段时间再关闭进水阀4，可以确保首次补水后的液位略高于低液位传感器的安装位置，从而可有效避免由于液位轻微晃动而导致低液位传感器感应信号的波动并引起补水阀门和加热管的频繁启停问题。
(2)补水阶段：参见图6所示，在阶段(1)中首次补水后，电加热管5加热工作，当温度传感器6感应到水温升至设定的高温温度时(本实施例中为95℃)且高液位传感器8没有检测到水时，进水阀4重新打开补水。随着冷水的进入，加热容器1下部原本较低温度的水被往上推动，温度传感器6位置的水温逐渐降低，一旦到达设定的低温温度(本实施例中为85℃)，进水阀4再次关闭，电加热管5继续加热。当温度传感器6检测到的水温再次达到高温温度、且高液位传感器8仍未监测到水位时，进水阀4再次打开，依此循环。如此，实现了步进式的补水过程，直至高液位传感器8监测到水位(即加热容器1水位达到设计容量)，步进过程才终止。此时，加热容器1内，从出水口以上的水均为温度处于高温温度和低温温度之间的设定温度范围(85～95℃)的水。
若随着时间过长局部位置水温下降，由于水温下降会导致液体密度升高，冷水会逐渐下沉到加热管附件位置，温度传感器6监测的温度一旦低于设定的低温温度，电加热管5将会再次开启加热，从而维持水温在设定的使用温度范围内。
上述补水过程中，冷热水不会剧烈互混，由于冷水密度高，水温越高密度越小(通常自来水水温均在4℃以上)，所以冷水从底部补水口10均匀稳定的进入加热容器1，会以层层上推的方式提升液位，中间的水层一般不会错层，而且补水口10采用顶部封闭，水平四周均匀开设若干个孔槽的设计，可使补水更加平稳，冷水不会明显冲入上层的热水中。经过实际测试，电加热管5上部的水会很好地稳定在高温和低温之间，而且还呈现从下往上温度逐层缓慢上升的分布态势，而靠近加热管下沿的水温仍旧较低，通常为50-60℃，加热容器1靠近底部处的水温仅比外界补入水的水温略高，通常测得的温度为30-40℃。可见，本发明加热装置能够很好地实现步进式的逐层推进的补水加热过程。另外，由于加热容器1底部的水温很低，所以加热容器1锥形斜坡的外侧以及底部都是可供安装电子控制、阀门、水电管路等设备的有效空间，不仅减小了加热装置的整体尺寸，而且还使这些电子控制、阀门、水电管路及接头等通常最容易损坏或故障的部件有了更好的使用环境，有效延长这些部件乃至整个加热装置的使用寿命，降低了故障率。
3、用水阶段：参见图7所示，上述各阶段中，当温度传感器6测得的温度高于低温温度时，出水阀9即保持开启状态，允许外部取水；而当温度低于低温温度时，出水阀9将关闭，加热容器1内部的水不会向外供应，保障了输出用水水温的稳定可靠。当出水阀9开启且外部取水时，出水口上部的水将逐层下降从出水口流出，而且由于越上层的水温度会略有升高而不会下降，所以在整个低液位以上的开水可以一次全部供应使用，而且温度稳定，从而实现了持续大流量供水，直至液位达到低液位传感器7监测的位置时停止。此时，控制单元将打开进水阀4补水，重新回到阶段(2)进入补水过程。若一次取水量较少，未到达低液位处，控制单元不会立刻启动补水程序，而将间隔一段时间后再次监测高液位传感器8的信号，若液位仍低于高液位位置，加热装置才会回到阶段(2)进入补水过程，从而有效避免了进水阀和电加热管的频繁启停。
Claims (5)
1.液体加热装置，包括一加热容器，所述加热容器上设有补水管和出水管，所述补水管通过进水阀连接外部水源，加热容器内设有电加热管和温度传感器；其特征是，所述加热容器设计为长方体直筒，其中相对的两侧壁的底部分别向内倾斜，形成锥形收口；加热容器内分别设有低液位传感器和高液位传感器；所述补水管由加热容器的底部伸入，设置于加热容器底部的中央；所述补水管伸入于加热容器的一端设有一补水口，该补水口顶端封闭，其侧壁上开设有用于出水的布水孔或布水槽；所述布水孔或布水槽沿水平方向均匀开设于补水口侧壁上；所述电加热管设置于补水管的出口上方，温度传感器设置于电加热管上方，所述温度传感器、低液位传感器和高液位传感器的信号输出端分别电性连接到一控制单元，该控制单元的输出端连接到所述进水阀的控制端。
2.如权利要求1所述的液体加热装置，其特征是，所述出水管的入口与温度传感器设置于相同的高度，并略高于所述电加热管，所述低液位传感器略高于所述出水管入口和温度传感器。
3.如权利要求1所述的液体加热装置，其特征是，还包括一出水阀，所述出水管通过出水阀连通外部，所述控制单元的输出端电性连接到所述出水阀的控制端。
4.如权利要求1所述的液体加热装置，其特征是，所述控制单元是内置有对应启动和停止进水阀的低温温度和高温温度的微处理器。
5.如权利要求1所述的液体加热装置，其特征是，所述加热容器顶部开设有连接到外部排水管道的泄压安全孔。
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2011
- 2011-01-30 CN CN 201110032771 patent/CN102095249B/zh active Active
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