CN104315709B - 加热罐驱动开水凉开温开简易调节机 - Google Patents

Abstract

一种加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，集成虹吸循环电加热、单罐双热模式、高效回热循环、温开调节技术等先进热能技术，一体化实现(92‑100℃)开水、(15‑25℃)凉开水、(25‑43℃)温开水等三种功能；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、开水与凉开水手动混合成温开水；温开调节阀可分别提供开水、凉开水、温开水；饮水产量提高14倍。

Description

加热罐驱动开水凉开温开简易调节机

(一)技术领域

本发明涉及一种加热罐驱动开水凉开温开简易调节机。

(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、由于每人对饮水最佳温度的需求差别很大，因此市场期待可随意调节温水温度的健康产品，以方便各年龄段的用户使用。

4、各家庭所广泛需求的开水、凉开水、温开水等三种常用功能，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加热罐驱动开水凉开温开简易调节机：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；通过手动调节开水与凉开水混合量，制取温开水。从而一体化实现(92-100℃)开水、(15-25℃)凉开水、(25-43℃)温开水等三种功能。

本发明采用的技术方案，即加热罐驱动开水凉开温开简易调节机如附图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；8-2-温开调节阀；9-饮水电磁阀；10-开水阀；11-止回阀；12-温度传感器；13-保温材料；14-排污阀；15-加压泵；16-水流开关。

按照附图1所示的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机：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、回热器5上水侧、安全泄水止回阀6、虹吸加热蓄热罐7、饮水三通、回热器5开水侧、凉开三通、凉开阀8等，及其连接管路，组成凉开回路；

在上述凉开回路中，饮水三通接开水三通、开水阀10等，及其连接管路，则组成开水回路；

在上述凉开回路中，凉开三通接温开调节阀8-2凉开入口，以及饮水三通接开水三通、温开调节阀8-2开水入口等，及其连接管路，组成温开回路；

虹吸加热蓄热罐7顶面设置的温度传感器12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12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13。

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的进水口处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)的上水进口管路安装一只加热流量调节阀4。

在上出口7-2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12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14。

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15、水流开关16。

本发明加热罐驱动开水凉开温开简易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、温开调节阀8-2、开水阀10，使得上水以0.5～6bar表压分别排尽凉开回路、开水回路、温开回路中的空气，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12，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12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12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；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12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；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、温开功能：温开调节阀8-2开启到混合段，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℃开水同时压入回热器5的开水侧，以及通向温开调节阀8-2的开水入口，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，并流经温开调节阀8-2的凉开入口与开水按所需比例调节成温开水后排出饮用；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12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，直到关闭温开调节阀8-2；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；而温开水则在取用时又恢复常压、常温和氧气常规溶解度，从而使温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；

6、三功能复合：上述开水、凉开水、温开水三功能，可以分别单独使用，从而实现其三功能的有机复合；

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、温开调节阀8-2、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的进水口处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15、水流开关16，当开启凉开阀8、温开调节阀8-2、开水阀10的同时，可通过水流开关16启动加压泵15，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、温开调节阀8-2、开水阀10，开启排污阀14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、温开调节阀：通过温开调节阀制取开水与凉开水之间任意混合比例的温开水，从而在节能的基础上，提供更方便的使用。

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、温开调节技术等先进热能技术，一体化实现(92-100℃)开水、(15-25℃)凉开水、(25-43℃)温开水等三种功能；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、开水与凉开水手动混合成温开水；一只温开调节阀就可分别提供开水、凉开水、温开水；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

本发明提出的加热罐驱动开水凉开温开简易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、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、饮水电磁阀9、饮水三通、回热器5开水侧、凉开三通、DN15内丝接口304不锈钢凉开阀8等，及其DN15的304不锈钢连接管路，组成凉开回路；在上述凉开回路中，饮水三通接开水三通、DN15内丝接口304不锈钢开水阀10等，及其连接管路，则组成开水回路；在上述凉开回路中，凉开三通接DN15内丝接口304不锈钢温开调节阀8-2凉开入口，以及饮水三通接开水三通、温开调节阀8-2开水入口等，及其连接管路，组成温开回路；

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的进水口处设置一只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12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12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13。回热器(5)的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12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14。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；通过调节开水与凉开水混合比例，制取25-43℃温开水；每台机组重量10.5kg，运行重量24.5kg，运行时无噪音。

Claims (11)

1.一种加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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)；温开调节阀(8-2)；饮水电磁阀(9)；开水阀(10)；止回阀(11)；温度传感器(12)；保温材料(13)；排污阀(14)；加压泵(15)；水流开关(16)；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)、回热器(5)上水侧、安全泄水止回阀(6)、虹吸加热蓄热罐(7)、饮水三通、回热器(5)开水侧、凉开三通、凉开阀(8)等，及其连接管路，组成凉开回路；在上述凉开回路中，饮水三通接开水三通、开水阀(10)等，及其连接管路，则组成开水回路；在上述凉开回路中，凉开三通接温开调节阀(8-2)凉开入口，以及饮水三通接开水三通、温开调节阀(8-2)开水入口等，及其连接管路，组成温开回路；虹吸加热蓄热罐(7)顶面设置的温度传感器(12)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(12)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(13)。

2.按照权利要求1所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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)的进水口处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所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，其特征在于：回热器(5)的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所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，其特征在于：在上出口(7-2)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(12)闭环同步控制。

5.按照权利要求1所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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(14)。

8.按照权利要求1所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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所述的加热罐驱动开水凉开温开简易调节机，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(15)、水流开关(16)。