CN105011774A - 沸腾饮水机出水温度和流量控制装置及其准确控制方法 - Google Patents

Abstract

沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，包括供水转换器，恒流沸腾加热器，冷循环换热器和单片机主控制器以及连接的进出水管道阀门和控制开关。准确控制方法包括：主控制器先根据浮子室的水位高度和进水温度控制供水开关的入水量；再根据进水温度传感器所检测温度控制电热功率控制器动态补偿误差，以控制加热功率，使电加热器按设定加热时间给定一杯沸腾水的流量；主控制器控制一杯沸腾水注入冷却循环热换器进行循环换热，至温度传感器检测的温度与设定温度相同时放出一杯定量定温的饮用水。使饮水机的煮沸水和冷却循环调温准确快速运行，能在1～2分钟快速准确供应一杯既沸腾又恒温的饮水，结构简单、安全可靠，适合家庭日常使用，达到节时、节能的效果。

Description

沸腾饮水机出水温度和流量控制装置及其准确控制方法

技术领域

本发明涉及一种沸腾饮水机，特别是涉及一种可以准确控制沸腾饮水机出水温度及流量的方法。

背景技术

目前饮水机的种类及功能有很多种，采用纯净水、独立包装的桶装水和瓶装水、自来水做为水源，加热状态有沸腾水、非沸腾的设定温度水。不同的纯净水、独立包装的桶装水和瓶装水的卫生等级大不相同，不保证饮用水的卫生要求。就加热状态来讲非沸腾的设定温度水不能满足饮用水卫生标准，加热成沸腾水为好，但是需要冷却到所需要的温度后才能饮用，很不方便。200910100164.0既开式全开水饮水机、201320153143.7一种水胆式饮水机公布了把水加热成沸腾水然后换热成温开水的饮水机，但是在设计结构和控制方式上都存在许多问题，流量控制方面一般采用用水泵向加热器供水用流量计测量流量，水泵和流量计本身的温差就已经约10-15%，所以流量精度无法提高，还有是采用定时方式控制流量就更加不正确了，在控制水温方面换热器效率比较低，一边换热一边出水，温度很难控制的准确，存在着输出的水量和水温不准确、机型大、换热器速度慢效率低、成本高的缺点。

发明内容

为了解决现有技术的上述缺陷，本发明提供一种可以控制沸腾饮水机出水温度及流量的装置和准确控制方法。

本发明所采用的技术方案是：沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，其特征包括：

一供水转换器，包括净水器水和桶装水，以及供水管线和供水开关；

—恒流沸腾加热器，包括控制水位的浮子室、电加热器和连接浮子室与电加热室上下端的连接水管，以及连接浮子室的水位控制和进水温度传感器，连接电加热器的电加热功率控制器；

—冷却循环换热器，包括风冷循环换热器或水冷循环换热器和水温传感器，以及连接所述恒流沸腾加热器的进水管道和开关阀门；

—单片机主控制器，包括中央处理器和分别连接供水转换器、恒流沸腾加热器和冷却循环换热器的信号输入和控制信号输出端接口。

饮水机出水温度和流量控制装置的准确控制方法，其特征包括以下步骤：

1）、单片机主控制器根据浮子室的水位高度和进水温度控制供水开关的入水量；

2）、单片机主控制器根据进水温度传感器所检测温度控制电热功率控制器动态补偿误差，再控制加热功率，使电加热器产出恒流沸腾水，设定加热时间决定一杯水的流量；

3）、单片机主控制器控制一杯沸腾水定量注入冷却循环热换器，并进行循环换热，至调水温度传感器检测到的温度与设定温度相同时，打开供水开关放出一杯定量定温的饮用水。

所述浮子室内设有浮子，浮子上面连接有硅胶堵片与浮子室进水阀的控制孔相对应匹配，浮子室下面装有磁铁与浮子室外壁设置的磁感应开关相对应。

所述电加热器的电热膜电极与电热功率控制器连接，电热膜上端边沿处设加热水位线，加热水位线上5mm处设置高水位线，电加热器下进水口内设有进水温度传感器，进水口通过电加热器进水管与所述浮子室下部相连通，电加热器上部设有开水蒸汽分离腔，开水蒸汽分离腔上部通过水位平衡换气管与所述浮子室上部相连通，下部中间设出水温度传感器。

所述开水蒸汽分离腔上端还设有蒸汽出口，和与所述冷却循环换热器换气接口相连接的换汽接口，下端设有沸腾水出口和冷却循环换热器三通阀相连接。

所述冷却循环换热器由N片散热片组成N+1条冷却水通道，冷却循环换热器上部分别设开水入口、开水循环入口和换热气接口，换热器下端设有调温水连接口、调温水传感器和调温水泵。

所述供水管线包括净水机进水管连接水路转换阀4—A口，桶装水连接座经水泵连接水路转换阀4—B口，主控制器的PB1端与水泵开关连接控制水泵的开或关，主控制器的PB0端与转换开关连接控制转换阀在4—A口或4—B口之间转换。

所述主控制器的PA2端与沸腾加热器的进水温度传感器相连接检测到的温度数据经CPU运算处理，由PB3端输出信号用于控制电热功率控制器以补偿由于电源电压波动或电热器老化造成的功率偏差，经修正后再控制电加热器加热功率，在出水温度传感器检测到水温达到90℃时定时器才开始计算加热时间，使电热加热器输出一杯定量的沸腾开水。

所述主控制器的PA3端与调水温度传感器相连接，检测一杯沸腾水注入冷却循环换热器进行循环换热，直至检测出的温度数据与所设置的温度相同时，主控制器的PB6输出控制信号打开调温水电磁阀，放出一杯准确温度的温开水。

所述主控制器的PB5端输出控制信号控制温水输出水泵输出一路返回循环换热器上端的开水循环入口形成换热循环回路。

本发明采用单片机控制饮水机的供水转换器、恒流沸腾加热器、冷却循环换热器协调一致工作，使饮水机的供水煮沸和冷却循环步骤准确快速运行，能在1～2分钟快速准确供应一杯既沸腾又恒温的饮水，本发明结构简单、成本低，使用安全可靠，适合家庭日常使用，特别是夜晚用于给幼儿冲泡奶粉时达到节省时间，节约能耗的效果。

附图说明

图1为本发明整体结构模块示意图。

图2为浮子室低水位状态示意图。

图3为浮子室水位达到电加热器接通状态浮子位置示意图。

图4为采用水冷换热系统时的冷却循环换热系统示意图。

图5为直接输出沸腾水状态的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明组成结构和工作过程作进一步说明。

参看图1所示，供水转换器包括净水机和桶装水供水转换，使用净水机做为水源时，水从净水机进水管11输入再连接到水路转换阀4—A口。使用桶装水做为水源时，桶装水连接座2出水口21经水泵22、水泵开关23，再接入水源电磁阀6，水源电磁阀6的输出口连接浮子室进水阀701，主控制器10的端口PB0与转换阀4连接，PB1与水泵开关23连接控制水泵21，PB2与水源电磁阀6连接，主控制器10控制水源电磁阀6工作控制水流量。

参看图1、2、3所示，恒流沸腾加热器7包括浮子室702和电加热室712，进水阀701连接浮子室702，浮子室702内设有浮子704，浮子704的上面连接有硅胶堵片721，与浮子室进水阀的控制孔703对应匹配设置，浮子704的下面装有磁铁705与浮子室外壁设置的磁感应开关706对应。电加热器712的电热膜电极与电热功率控制器720连接，电加热器712的电热膜上端边沿处设加热水位线707，再向上5mm处设置高水位线708，电加热器712下部进水口通过加热器进水管710与浮子室下部连通，电加热器712下部进水口内设有进水温度传感器711，电加热器712的上部设有开水蒸汽分离腔715，开水蒸汽分离腔715上部一侧通过水位平衡换气管709与浮子室702上部连通，上部另一侧设有换气接口717与换热器换气接口86连接，上端还设有蒸汽出口718，下部中间设有出水温度传感器719（其传感器探头插入到加热水位线707以下）、下部一侧设有沸腾水出口716与沸腾水转换三通阀722-C口连接，沸腾水转换三通阀722-B口与开水入口84连接，沸腾水转换三通阀722-A口与调温开水出口91连通，电加热器712内设有内部填充体713，使电加热器712内的水加热通道714变薄以加快升温速度，主控制器10的端口PA0连接出水温度传感器719，PA1连接磁感应开关706，PA2连接进水温度传感器711，PB3连接电热功率控制器720控制电加热器712工作，PB4连接沸腾水转换三通阀722，工作程序由主控制器10根据设定控制。

如图1所示，冷却循环换热器8中由N片散热片82的相邻片之间组成N+1条冷却水通道81制作成的一个循环换热体，每个片的上端口全部连通并设置有开水入口84、开水循环入口85、换热器换气接口86，N+1开水通道81每个片的下端口全部连通，并设置有调温水连接口88内还设有调温水温度传感器87，N+1开水通道81内的总容水量要大于最大杯量的容水量，每杯水量为300～500ml，根据使用需要设定输入主控制器PB5与调温水水泵89连接，水泵89分两路输出，一路返回换热器开水通道上端的开水循环入口85连通形成开水换热循环回路，另一路连接调温水电磁阀9，调温水电磁阀9的出口连接调温开水出口91。采用风冷换热时，冷却介质通道口的一端设有调速风机83。

如图4所示，采用水冷换热时，开水换热循环回路不变，把散热片82换成热水管安装在冷水换热箱801内，热水从开水入口84导入热水管内，从调温水连接口88流出。冷水换热箱801的下面设有冷却水进口802，冷水换热箱801的上面设有冷却水出口803，另设有冷却蓄水盒805存放冷却水，冷却蓄水盒805的下面设有冷却水吸水口806连接冷却水泵804再与冷却水进口802连接，冷却蓄水盒805的上面设有冷却水回水口807与冷却水出口803连接，形成水冷回路。

主控制器10接口PA4连接调速风机83或者冷却水泵804，PA3连接调温水温度传感器87，PB5连接水泵89，PB6连接调温水电磁阀9，工作程序由主控制器10控制。

准确控制沸腾饮水机输出水温及流量的方法是这样实现的：参看图1和图4所示，由水源转换器1提供不同的水源，用水路转换阀4切换两种供水。采用净水机管线11供水时水路转换阀4的A-C连通，水泵开关23断开，采用桶装水3供水时水路转换阀4的B-C连通。水从水路转换阀4的C口流经漏水切断水路控制器5和水源电磁阀6进入到浮子室进水阀701，主控制器10的PB1输出控制信号控制水源电磁阀6和水泵22在补水时开通，其余时间关闭。

由恒流沸腾加热器7制作定量的恒流沸腾水，利用浮子浮动的位置来控制加热器正确水位和电加热器的接通，主控制器10发出工作指令，水源电磁阀6开通，由于浮子704在下部，浮子704上面的硅胶堵片721与浮子室进水阀控制孔703分开、浮子室进水阀701开通，水进入浮子室702，浮子704上升（如图2），当水位上升至加热水位线707时（如图3）磁铁705上升使磁感应开关706连通，向主控制器10发送加热指令，电加热器712开始加热，当水上升至高水位线708时浮子704上面的硅胶堵片721与浮子室进水阀控制孔703闭合，（如图1所示水位）使浮子室进水阀701关闭暂停进水，随着沸腾水流出水位略有下降浮子室进水阀701又暂时打开进水，使水位略有波动的停留在高水位线下，保证沸腾加热器的正常补水水位；由于四季的温差会使进水温度有较大差异，为了稳定沸腾水的流量由进水温度传感器711与主控制器的PA2端相连接检测入水口温度，根据入水口温度主控制器10按照比热容计算出对应的功率来控制电热功率控制器720调整电加热器712的加热功率（水温低，功率加大），电热功率控制器720还可以补偿由于电源电压波动或电热器老化造成的功率偏差，从而获得恒流的沸腾水；再由主控制器10按照设定的杯量折算的时间控制电加热器712的加热时长，为了避免加热器冷热机的流量误差，只有当温度传感器719检测的水温达到90℃以上时才开始启动流量计时器计时，再按计算的加热时长减少4秒停止加热（补偿加热器余温造成的残余流量），就可以获得一杯杯量准确的沸腾水从沸腾水出口716流出。

参看图5所示，当需要输出沸腾水时，由主控制器10的PB4输出控制信号至沸腾转换三通阀722，由沸腾水转换三通阀722转换为C-A两个接口连通状态，沸腾水从调温开水出口91流出。

当需要调温水时，参看图1所示，沸腾水转换三通阀722转换为C-B两个接口连通状态，一杯量准确的沸腾水通过开水入口84陆续进入冷却循环换热系统的开水通道81（可以容纳最大杯量），当采用风冷换热方式时，调温水电磁阀9关闭，电加热器712加热的水沸腾5秒时调温水泵89开始工作使沸腾水在开水通道81进行循环，调速风机83向风冷气流通道82送风散热，主控制器的PA3端与调水温度传感器87相连接检测一杯循环水的温度，根据检测到的温度与设定温度的温差调整调速风机83的工作状态，温差大风机速度快，温差小风机速度慢直至停止，检测到的温度与设定温度相等后3秒钟主控制器PB6输出控制信号打开调温水电磁阀9放出一杯准确温度的温开水，调温水泵89停止工作，完成换热调温过程。

参看图4所示，采用水冷换热时水源转换器1、恒流沸腾加热器7与风冷换热相同，不同之处在于：把调速风机83的作用由冷水换热箱801、冷却水泵804、冷却蓄水盒805组成的水冷冷却系统代替，冷却水泵804代替调速风机83，工作方式与调速风机83相同，冷却水泵804吸出冷却蓄水盒805内的水 送入冷却水进口802，水在水冷换热箱内向上流动，水吸收安装在冷水换热箱801内的N片开水通道81的热量，水从冷却水出口803经冷却水回水口807返回到冷却蓄水盒805，不断循环，而沸腾水从开水入口84流入冷却水管内经过与管外冷却水进行冷热交换后，通过调温水管88流出直至调温水温度传感器87检测到的温度与设定温度相同时，完成换热过程，打开调温水电磁阀9放水。

Claims (10)

1.沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，其特征包括：

一供水转换器，包括净水器水和桶装水，以及供水管线和供水开关；

—恒流沸腾加热器，包括控制水位的浮子室、电加热器和连接浮子室与电加热室上下端的连接水管，以及连接浮子室的水位控制和进水温度传感器，连接电加热器的电加热功率控制器；

—冷却循环换热器，包括风冷循环换热器或水冷循环换热器和水温传感器，以及连接所述恒流沸腾加热器的进水管道和开关阀门；

—单片机主控制器，包括中央处理器和分别连接供水转换器、恒流沸腾加热器和冷却循环换热器的信号输入和控制信号输出端接口。

2.沸腾饮水机出水温度和流量控制装置的准确控制方法，其特征包括以下步骤：

1）单片机主控制器根据浮子室的水位高度和进水温度控制供水开关的入水量；

2）单片机主控制器根据进水温度传感器所检测温度控制电热功率控制器动态补偿误差，再控制加热功率，使电加热器产出恒流沸腾水，设定加热时间决定一杯水的流量；

3）单片机主控制器控制一杯沸腾水定量注入冷却循环热换器，并进行循环换热，至调水温度传感器检测到的温度与设定温度相同时，打开供水开关放出一杯定量定温的饮用水。

3.根据权利要求1所述的沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，其特征是所述浮子室（702）内设有浮子（704），浮子上面连接有硅胶堵片（271）与浮子室进水阀的控制孔（703）相对应匹配，浮子室下面装有磁铁（705）与浮子室外壁设置的磁感应开关（706）相对应。

4.根据权利要求1所述的沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，其特征是所述电加热器（712）的电热膜电极与电热功率控制器（720）连接，电热膜上端边沿处设加热水位线（707），加热水位线上5mm处设置高水位线（708），电加热器（712）下进水口内设有进水温度传感器（711），进水口通过电加热器进水管（710）与所述浮子室（702）下部相连通，电加热器上部设有开水蒸汽分离腔（715），开水蒸汽分离腔上部通过水位平衡换气管（709）与所述浮子室上部相连通，下部中间设出水温度传感器（719）。

5.根据权利要求1所述的沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，其特征是所述开水蒸汽分离腔（715）上端还设有蒸汽出口（718），和与所述冷却循环换热器换气接口（717）相连接的换汽接口（86），下端设有沸腾水出口（716）和冷却循环换热器三通阀（722）相连接。

6.根据权利要求5所述的沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，其特征是所述冷却循环换热器（8）由N片散热片（82）组成N+1条冷却水通道（81），冷却循环换热器（8）上部分别设开水入口（84）、开水循环入口（85）和换热气接口（86），换热器（8）下端设有调温水连接口（88）、调温水传感器（87）和调温水泵（89）。

7.根据权利要求1所述的沸腾饮水机出水温度和流量控制装置，其特征是所述供水管线包括净水机进水管（11）连接水路转换阀4—A口，桶装水连接座（2）经水泵（22）连接水路转换阀4—B口，主控制器的PB1端与水泵开关（23）连接控制水泵（22）的开或关，主控制器的PB0端与转换开关连接控制转换阀在4—A口或4—B口之间转换。

8.根据权利要求2所述的沸腾饮水机出水温度和流量准确控制方法，其特征是所述主控制器的PA2端与沸腾加热器的进水温度传感器（711）相连接检测到的温度数据经CPU运算处理，由PB3端输出信号用于控制电热功率控制器（720）以补偿由于电源电压波动或电热器老化造成的功率偏差，经修正后再控制电加热器（712）加热功率，在出水温度传感器检测到水温达到90℃时定时器才开始计算加热时间，使电热加热器输出一杯定量的沸腾开水。

9.根据权利要求2所述的沸腾饮水机出水温度和流量准确控制方法，其特征是所述主控制器的PA3端与调水温度传感器（87）相连接，检测一杯沸腾水注入冷却循环换热器进行循环换热，直至检测出的温度数据与所设置的温度相同时，主控制器的PB6输出控制信号打开调温水电磁阀（92），放出一杯准确温度的温开水。

10.根据权利要求2所述的沸腾饮水机出水温度和流量准确控制方法，其特征是所述主控制器的PB5端输出控制信号控制温水输出水泵（89）输出一路返回循环换热器上端的开水循环入口（85）形成换热循环回路。