CN104315706A - 虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机 - Google Patents

Abstract

一种虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，集成虹吸循环电加热、单罐双热模式、高效回热循环、自动调温等先进热能技术，一体化实现(92-100℃)开水、(15-43℃)凉开水、(43-75℃)热水等三种功能；上水经多级过滤后步进式经历下列热过程：回收开水显热、虹吸电加热成开水并蓄热、释放开水显热成凉开水、开水与上水自动混合成热水；饮水产量提高14倍，倡导绿色健康生活。

Description

虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机

(一)技术领域

本发明涉及一种虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机。

(二)背景技术

现有产品存在下列不足：

1、水平布置的蓄热式热水器加热罐，其加热效率较低，一方面导致静态预热缓慢，热水需要长时间等待，另一方面动态加热量不足；而预即双模电热水器采用双加热罐，分别承担静态预热和动态加热两种加热模式，从而既成倍增加产品成本又未显著提高电热水器加热蓄热效率，且用电量过大，不适合中国家庭配电要求，限制其家庭普及率。

2、现有直饮机产品通过15℃大温差回热器形成的回热循环，其效率较低，仅回收开水中约79％的显热，因此所需耗电量较大，需配置大功率电热器，既增加投资也增加漏电危险；同时导致加热温度不足国家标准规定的92℃(国家标准规定上水需加热至92℃并持温3分钟杀菌以满足饮用卫生需求)，抽样检测结果，即使在上水温度高达30℃的夏季，产品杀菌温度只有85℃左右，从而严重影响儿童健康。

3、现有热水器产品通过自动调温阀控制加热罐的中温热水与上水之间混合比例，以恒定热水出口温度，然而由于中温热水的蓄热量较小，导致其供水量难以和燃气热水器竞争。

4、各家庭所广泛需求的开水、凉开水、热水等三种常用功能，现需要由多种产品分别实现，导致各种用水器具的重复投资和摆放。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机：通过虹吸循环电加热及单罐双热模式，高效加热开水与蓄热；通过高效回热循环，制取凉开水；通过自动调节开水与上水混合量，制取热水。从而一体化实现(92-100℃)开水、(15-25℃)凉开水、(43-75℃)热水等三种功能。

本发明采用的技术方案，即虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机如附图1所示，其中：1-PP棉过滤器；2-颗粒活性炭过滤器；2-1-KDF过滤器；3-压缩活性炭过滤器；3-1-超滤过滤器；4-加热流量调节阀；5-回热器；6-安全泄水止回阀；7-虹吸加热蓄热罐；7-1-下进口；7-2-上出口；7-3-虹吸套桶；7-4-电热器；7-5-加热腔；7-6-蓄热腔；7-7-加热信号灯；7-8-防干烧开关；7-9-防电隔离墙；7-10-安全接地和防漏电保护开关；7-11-排气泄压阀；8-凉开阀；8-1-饮水信号灯；9-饮水电磁阀；10-开水阀；11-止回阀；12-上水混合管；12-1-自动调温阀；13-热水阀；14-温度传感器；15-保温材料；16-排污阀；17-加压泵；18-水流开关。

按照附图1所示的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机：其由PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3、上水三通、回热器5上水侧、安全泄水止回阀6、虹吸加热蓄热罐7、热水三通、饮水三通、回热器5开水侧、凉开阀8及其连接管路等，组成凉开回路；

在上述凉开回路中，饮水三通接开水阀10等，则组成开水回路；

在上述凉开回路中，热水三通接止回阀11、自动调温阀12-1，而在上水三通与自动调温阀12-1之间，连接上水混合管12，再由自动调温阀12-1连接热水阀13，组成热水回路；

虹吸加热蓄热罐7顶面设置的温度传感器14闭环控制饮水信号灯8-1的显示状态，以及静态控制电热器7-4的加热蓄热温度，并由加热信号灯7-7同步显示；虹吸加热蓄热罐7中部侧面设置的温度传感器14动态控制电热器7-4的接通、断开和功率调节，并由加热信号灯7-7同步显示；

回热器5、虹吸加热蓄热罐7及其连接的高温管路与管件等，需附加保温材料15。

虹吸加热蓄热罐7为垂直细长圆柱体，底部外侧面开水平下进口7-1，顶面中央开垂直上出口7-2，中央设置虹吸套桶7-3，其上部预留虹吸循环出水空间，其下部预留虹吸循环进水空间，虹吸套桶7-3下半部中央设置电热器7-4，并由此在虹吸套桶7-3内形成加热腔7-5，而在虹吸套桶7-3外壁与虹吸加热蓄热罐7内壁的夹层形成蓄热腔7-6，电热器7-4在控制上与加热信号灯7-7联锁，顶面内壁设置防干烧开关7-8，在PP棉过滤器1和热水阀13的进水口处各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙7-9，在电热器7-4与凉开回路中设置安全接地和防漏电保护开关7-10。

回热器5上水进口管路安装一只加热流量调节阀4。

在上出口7-2所连接的热水三通与饮水三通之间，安装一只饮水电磁阀9，并与饮水信号灯8-1一起，由虹吸加热蓄热罐7顶面温度传感器14闭环同步控制。

回热器5作为上水回收开水热量的换热器，是多流程的钎焊板式换热器5，或是套管式换热器5，或是同心套管式换热器5等逆流换热器；或是壳管式换热器5，或是盘管式换热器5。

电热器7-4是虹吸加热蓄热罐7底面内壁垂直设置的多对倒U型金属电热管7-4；或是高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar的英格莱840不锈钢电热管7-4；或是大直径组合镍铬丝发热管；或是虹吸加热蓄热罐7底面内壁垂直设置的多根高绝缘、高导热、高稳定性非金属电热管7-4；或是虹吸加热蓄热罐7底面外壁中央设置的电发热盘7-4；或是虹吸加热蓄热罐7底面外壁中央设置的电磁式发热盘7-4。

压缩活性炭过滤器3的出口水管设置止回阀11和排污三通，而排污三通连接排污阀16。

颗粒活性炭过滤器2的出口安装一只KDF过滤器2-1。

压缩活性炭过滤器3的出口安装一只超滤过滤器3-1。

虹吸加热蓄热罐7的顶面外壁安装一只排气泄压阀7-11。

PP棉过滤器1的进口管路安装止回阀11、加压泵17、水流开关18。

本发明虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机的工作过程结合附图1说明如下：

1、排气：先后开启凉开阀8、开水阀10、热水阀13，使得上水以0.5～6bar表压分别排尽凉开回路、开水回路、热水回路中的空气，每路直到完全出水后再关闭相应阀门；

2、预热：接通电源并启动本发明，虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14，在感知水温低于92℃时，通过闭环控制接通电热器7-4后持续加热，直到把上水加热到97℃则断开电热器7-4，其中当温度传感器14感知水温超过92℃时，控制饮水信号灯8-1显示饮用状态，并开启饮水电磁阀9以供应各种饮水；

3、凉开功能：开启凉开阀8，经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水，利用其0.5～6bar的表压流经回热器5上水侧、安全泄水止回阀6，并把虹吸加热蓄热罐7中92℃开水压入回热器5的开水侧，以在回热器5的两侧形成上水和开水的5℃小温差逆流换热，其中20℃上水回收开水93％的显热后被预热至87℃；同时92℃开水释放93％的显热后被冷却成25℃凉开水，并由凉开阀8排出饮用；随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时，接通电热器7-4并调节加热功率，以把出水温度稳定在94.5±2.5℃；过程持续进行，直到关闭凉开阀8；上述过程中，虹吸加热蓄热罐7上出口7-2的止回阀11，阻止了上水流入凉开阀8；此外，上水是在0.5～6bar表压下被加热到92-97℃杀菌，仍保持氧气的较高溶解度；而凉开水则在取用时又恢复常压、常温和氧气常规溶解度，从而使凉开水因富含氧气而充满活力，因此会逐步取代传统无氧开水，有宜人类健康；

4、开水功能：开启开水阀10，经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水，利用其0.5～6bar表压流经回热器5上水侧、安全泄水止回阀6，并把虹吸加热蓄热罐7中92℃开水压入开水阀10，由其排出饮用；随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时，接通电热器7-4并调节加热功率，以把出水温度稳定在94.5±2.5℃；过程持续进行，直到关闭开水阀10，或者因出水温度低于92℃而自动关闭饮水电磁阀9，并控制饮水信号灯8-1显示禁用状态，此时须关闭开水阀10，等待持续加热至饮水信号灯8-1恢复饮用状态；上述过程中，热水三通连接的止回阀11，阻止了上水流入开水阀10；此外，上水是在0.5～6bar表压下被加热到92-97℃杀菌，仍保持氧气的较高溶解度；从而使开水因富含氧气而充满活力，因此会逐步取代传统无氧开水，有宜人类健康；

5、热水功能：开启热水阀13，经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水，利用其0.5～6bar表压流经回热器5上水侧、安全泄水止回阀6，并把虹吸加热蓄热罐7中92℃开水压入自动调温阀12-1，与上水混合管12中的20℃上水混合成60℃热水，再流经热水阀13，由其排出后继续与20℃上水混合成43℃洗浴热水；随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时，接通电热器7-4并调节加热功率至最大，由预热模式切换为即热模式，充分利用虹吸加热蓄热罐7的加热与蓄热作用维持洗浴水温；过程持续进行，直到关闭热水阀13；等待持续加热至饮水信号灯8-1恢复饮用状态；此时，约25％的热水是由上水在0.5～6bar表压下被加热到92-97℃杀菌；

6、三功能复合：上述开水、凉开水、热水等三功能，可以分别单独使用，从而实现其三功能的有机组合；

7、加热、持温、杀菌：回热器5上水侧出口已被预热到87℃的上水或20℃上水，被电热器7-4加热到94.5±2.5℃后，在虹吸加热蓄热罐7中持温流动3分钟以上，以实现高温杀菌，制取开水；而无论开启凉开阀8、开水阀10，均须注意饮水信号灯8-1的状态，以确保开水达国家卫生指标；

8、保护：

(1)防干烧：当防干烧开关7-8感知虹吸加热蓄热罐7中的水位尚未充满时，为防止电热器7-4因干烧而损毁，便会自动切断整机电源，进入保护状态，直到水位充满虹吸加热蓄热罐7，方可自动复位；

(2)防超压：当上水表压超过6bar时，安全泄水止回阀6会通过导流管自动泄压，保护虹吸加热蓄热罐7的使用安全；

(3)排氯气：当虹吸加热蓄热罐7中因加热而产生氯气时，排气泄压阀7-11会通过导流管自动排除氯气并泄压，保护饮水的使用安全；

(4)防电墙：在PP棉过滤器1和热水阀13的进水口处各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙7-9，以确保使用安全；

(5)防漏电：在本发明安全接地基础上，当电磁互感式内置防漏电保护开关7-10检测到泄漏电流超过人体感应范围，便会在0.01～0.1秒内自动切断电源，同时由加热信号灯7-7闪烁，以显示故障，保障人体安全；

9、加压：当上水压力经常性低于110℃饱和水压力时，或在高海拔地区，或井水、河水等经沉淀及经其它处理后；就需在PP棉过滤器1的进口安装止回阀11、加压泵17、水流开关18，当开启凉开阀8、开水阀10、热水阀13的同时，可通过水流开关18启动加压泵17，以加压进水到110℃饱和水压力之上，确保本发明正常工作，直到上述所有阀门关闭；

10、反清洗：开启安全泄水止回阀6先将本发明中的余水放尽，再关闭安全泄水止回阀6、开水阀10、热水阀13，开启排污阀16和凉开阀8，然后上水参入食用酸并加热至80℃，再加压通过软管连接至凉开阀8，利用其压力对凉开回路实施反向清洗，以去除各设备内的污垢，当排尽污水后，再接入清水继续反向清洗20分钟。

与现有产品相比较，本发明的集成创新优点如下所列：

1、虹吸循环电加热：垂直加热罐中设置的虹吸套桶，在静态预热时形成虹吸循环，桶内高效加热、桶外持温蓄热；在动态加热时形成套桶内的快速管式加热；从而以单罐切换实现静态预热、动态加热两种加热模式，既节约产品成本又提高加热蓄热效率，并适合中国家庭配电要求。

2、高效回热循环：通过5℃小温差回热器形成高效回热循环，以回收92℃开水中93％的显热，与普通15℃温差回热器相比节电75％，每度电可制取凉开水172升，达连续式开水机14倍，连续运行6.7天所节省的商用电费即可回收产品投资。

3、自动调温阀：通过自动调温阀控制高温热水与上水之间的混合比例，以恒定热水出口温度；从而以最小的水箱体积，实现蓄热量的最大化。

4、三功能集成：创新集成三种功能于一体，避免各种用水器具的重复投资，倡导“绿色健康”生活方式。

综上所述，本发明集成虹吸循环电加热、单罐双热模式、高效回热循环、自动调温等先进热能技术，一体化实现(92-100℃)开水、(15-25℃)凉开水、(43-75℃)热水等三种功能；上水经多级过滤后步进式经历下列热过程：回收开水显热、虹吸电加热成开水并蓄热、释放开水显热成凉开水、开水与上水自动混合成热水；饮水产量提高14倍，倡导绿色健康生活。

(四)附图说明

附图1为本发明的系统流程图。

(五)具体实施方式

本发明提出的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机的实施例如附图1所示，现说明如下：其由非金属防电隔离墙7-9、PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、KDF过滤器2-1、压缩活性炭过滤器3、超滤过滤器3-1、止回阀11、排污三通、上水三通、加热流量调节阀4、换热面积0.315m²的316不锈钢钎焊板式回热器5上水侧、安全泄水止回阀6、虹吸加热蓄热罐7、热水三通、饮水电磁阀9、饮水三通、回热器5开水侧、DN15内丝接口304不锈钢凉开阀8及其DN15的304不锈钢连接管路等，组成凉开回路；在上述凉开回路中，饮水三通接DN15内丝接口304不锈钢开水阀10等，则组成开水回路；在上述凉开回路中，热水三通接DN15内丝接口304不锈钢止回阀11、自动调温阀12-1，而在上水三通与自动调温阀12-1之间连接DN15的304不锈钢上水混合管12，再由自动调温阀12-1连接DN15内丝接口304不锈钢热水阀13，组成热水回路；其中虹吸加热蓄热罐7为直径150mm、高度800mm、壁厚1mm的304不锈钢垂直细长圆柱体，底部外侧面开水平DN15内丝接口304不锈钢下进口7-1，顶面中央开垂直DN15内丝接口304不锈钢上出口7-2，中央设置直径80mm、高度700mm、壁厚0.8mm的304不锈钢虹吸套桶7-3，其上部预留40mm虹吸循环出水空间，其下部预留60mm虹吸循环进水空间，虹吸套桶7-3下半部中央设置4kW电热器7-4，并由此在虹吸套桶7-3内形成加热腔7-5，而在虹吸套桶7-3外壁与虹吸加热蓄热罐7内壁的夹层形成蓄热腔7-6，电热器7-4在控制上与加热信号灯7-7联锁，顶面内壁设置防干烧开关7-8，在PP棉过滤器1和热水阀13的进水口处各设置一只DN15内丝接口非金属阻电式管件作为防电隔离墙7-9，在电热器7-4与凉开回路中设置安全接地和防漏电保护开关7-10；虹吸加热蓄热罐7顶面设置的温度传感器14闭环控制饮水信号灯8-1的显示状态，以及静态控制电热器7-4的加热蓄热温度；虹吸加热蓄热罐7中部侧面设置的温度传感器14动态控制电热器7-4的接通、断开和功率调节，并由加热信号灯7-7同步显示；回热器5、虹吸加热蓄热罐7及其连接的高温管路与管件等，需附加50mm厚的聚氨酯泡沫保温材料15。回热器(5)上水进口管路安装一只DN15内丝接口304不锈钢加热流量调节阀4。在上出口7-2所连接的热水三通与饮水三通之间，安装一只DN15内丝接口304不锈钢饮水电磁阀9，并与饮水信号灯8-1一起，由虹吸加热蓄热罐7顶面温度传感器14闭环同步控制。回热器5作为上水回收开水热量的换热器，是同心套管式逆流换热器5。电热器7-4是虹吸加热蓄热罐7底面内壁垂直设置的4对倒U型、高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar、4.6kW功率的英格莱840不锈钢电热管7-4。超滤过滤器3-1的出口水管设置DN15内丝接口304不锈钢止回阀11和排污三通，而排污三通连接DN15内丝接口304不锈钢排污阀16。虹吸加热蓄热罐7的顶面外壁安装一只DN15内丝接口304不锈钢排气泄压阀7-11。

本发明实施例中：上水温度20℃、上水表压2.5bar、饮水杀菌温度94.5±2.5℃、单相电源额定电压220V、额定频率50Hz、额定功率4.5kW；利用5℃小温差换热器回收4.2kW开水显热功率，补充0.846kW电功率即可制取25℃凉开水2.5L/min，平均每度电制取172升凉开水，提高饮水产量14倍；以虹吸电加热方式制取92℃开水0.5L/min，输入2.5kW电功率；通过自动调节开水与上水混合比例，制取60℃热水6L/min，输入4.5kW电功率；每台机组重量10.5kg，运行重量24.5kg，运行时无噪音。

Claims (11)

1.一种虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其由PP棉过滤器(1)；颗粒活性炭过滤器(2)；KDF过滤器(2-1)；压缩活性炭过滤器(3)；超滤过滤器(3-1)；加热流量调节阀(4)；回热器(5)；安全泄水止回阀(6)；虹吸加热蓄热罐(7)；下进口(7-1)；上出口(7-2)；虹吸套桶(7-3)；电热器(7-4)；加热腔(7-5)；蓄热腔(7-6)；加热信号灯(7-7)；防干烧开关(7-8)；防电隔离墙(7-9)；安全接地和防漏电保护开关(7-10)；排气泄压阀(7-11)；凉开阀(8)；饮水信号灯(8-1)；饮水电磁阀(9)；开水阀(10)；止回阀(11)；上水混合管(12)；自动调温阀(12-1)；热水阀(13)；温度传感器(14)；保温材料(15)；排污阀(16)；加压泵(17)；水流开关(18)；其特征在于：PP棉过滤器(1)、颗粒活性炭过滤器(2)、压缩活性炭过滤器(3)、上水三通、回热器(5)上水侧、安全泄水止回阀(6)、虹吸加热蓄热罐(7)、热水三通、饮水三通、回热器(5)开水侧、凉开阀(8)及其连接管路等，组成凉开回路；在上述凉开回路中，饮水三通接开水阀(10)等，则组成开水回路；在上述凉开回路中，热水三通接止回阀(11)、自动调温阀(12-1)，而在上水三通与自动调温阀(12-1)之间，连接上水混合管(12)，再由自动调温阀(12-1)连接热水阀(13)，组成热水回路；虹吸加热蓄热罐(7)顶面设置的温度传感器(14)闭环控制饮水信号灯(8-1)的显示状态，以及静态控制电热器(7-4)的加热蓄热温度，并由加热信号灯(7-7)同步显示；虹吸加热蓄热罐(7)中部侧面设置的温度传感器(14)动态控制电热器(7-4)的接通、断开和功率调节，并由加热信号灯(7-7)同步显示；回热器(5)、虹吸加热蓄热罐(7)及其连接的高温管路与管件等，需附加保温材料(15)。

2.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：虹吸加热蓄热罐(7)为垂直细长圆柱体，底部外侧面开水平下进口(7-1)，顶面中央开垂直上出口(7-2)，中央设置虹吸套桶(7-3)，其上部预留虹吸循环出水空间，其下部预留虹吸循环进水空间，虹吸套桶(7-3)下半部中央设置电热器(7-4)，并由此在虹吸套桶(7-3)内形成加热腔(7-5)，而在虹吸套桶(7-3)外壁与虹吸加热蓄热罐(7)内壁的夹层形成蓄热腔(7-6)，电热器(7-4)在控制上与加热信号灯(7-7)联锁，顶面内壁设置防干烧开关(7-8)，在PP棉过滤器(1)和热水阀(13)的进水口处各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙(7-9)，在电热器(7-4)与凉开回路中设置安全接地和防漏电保护开关(7-10)。

3.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：回热器(5)上水进口管路安装一只加热流量调节阀(4)。

4.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：在上出口(7-2)所连接的热水三通与饮水三通之间，安装一只饮水电磁阀(9)，并与饮水信号灯(8-1)一起，由虹吸加热蓄热罐(7)顶面温度传感器(14)闭环同步控制。

5.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：回热器(5)作为上水回收开水热量的换热器，是多流程的钎焊板式换热器(5)，或是套管式换热器(5)，或是同心套管式换热器(5)等逆流换热器；或是壳管式换热器(5)，或是盘管式换热器(5)。

6.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：电热器(7-4)是虹吸加热蓄热罐(7)底面内壁垂直设置的多对倒U型金属电热管(7-4)；或是高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar的英格莱840不锈钢电热管(7-4)；或是大直径组合镍铬丝发热管；或是虹吸加热蓄热罐(7)底面内壁垂直设置的多根高绝缘、高导热、高稳定性非金属电热管(7-4)；或是虹吸加热蓄热罐(7)底面外壁中央设置的电发热盘(7-4)；或是虹吸加热蓄热罐(7)底面外壁中央设置的电磁式发热盘(7-4)。

7.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：压缩活性炭过滤器(3)的出口水管设置止回阀(11)和排污三通，而排污三通连接排污阀(16)。

8.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：颗粒活性炭过滤器(2)的出口安装一只KDF过滤器(2-1)。

9.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：压缩活性炭过滤器(3)的出口安装一只超滤过滤器(3-1)。

10.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：虹吸加热蓄热罐(7)的顶面外壁安装一只排气泄压阀(7-11)。

11.按照权利要求1所述的虹吸加热罐驱动开水凉开热水调节机，其特征在于：PP棉过滤器(1)的进口管路安装止回阀(11)、加压泵(17)、水流开关(18)。