CN105509297B - 一种快速恒温水制取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速恒温水制取装置，包括水泵，水泵的出口通过进水总管与过滤器的进口连接；过滤器的出口分别与第一支路和第二支路的首端连通，第一支路为加热支路，加热支路上设有即热式电热模块，第二支路为制冷支路，制冷支路上设有热电制冷模块；加热支路和制冷支路的尾端汇成一条出水总管，出水总管与自动控制系统连接，自动控制系统根据出水总管的水温和设定水温判定水体需要制冷或加热，进而控制水体进入制冷支路或加热支路，对水体制冷或加热获取设定水温的水体。可以快速制取低温、常温、高温等不同温度状态下的持续恒温水流。在为水体制冷时，热电制冷模块通过电动三通调节器调节和分配两个支路的水量，利用旁通方式控制出口水温。

Description

一种快速恒温水制取装置

技术领域

本发明涉及一种快速恒温水制取装置，特别是一种基于热电制冷和即热式电加热的快速恒温水制取装置。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，恒温水的应用也越来越普遍，除了广泛用于企业、医疗单位、大专院校、科研部门和生产单位外，人们的日常生活也开始有了对恒温水的使用需求。例如：在为婴幼儿冲泡奶粉时要求水温控制在40℃；冲泡绿茶时水温需控制在80℃；干白或淡红葡萄酒隔瓶浸泡在5℃～7℃的冷水中一段时间后饮用口感最佳。现有的家用冰水、温水、热水三用饮水机并不能实现对水温的精确控制。另外，现有的装置在制取热水或冷水时，均存在一个较长时间的加热或冷却过程，必须提前准备或长期开启，才能满足一些快速、即时的使用要求，这就存在着较大的能源浪费。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于热电制冷和即热式电加热的快速恒温水制取装置。该装置具有温度自由设定、体积小、无噪声、响应时间短、使用方便快捷等优点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种快速恒温水制取装置，包括水泵，所述水泵的出口通过进水总管与过滤器的进口连接；所述过滤器的出口分别与第一支路和第二支路的首端连通，所述第一支路为加热支路，加热支路上设有即热式电热模块，所述第二支路为制冷支路，制冷支路上设有热电制冷模块；所述加热支路和制冷支路的尾端汇成一条出水总管，出水总管与自动控制系统连接，所述自动控制系统根据出水总管的水温和设定水温判定水体需要制冷或加热，进而控制水体进入制冷支路或加热支路，对水体制冷或加热获取设定水温的水体。

所述加热支路的首端设有热水路电磁阀，热水路电磁阀与即热式电热模块连接，即热式电热模块与逆止阀连接，水体由逆止阀流出进入出水总管。

所述即热式电热模块包括加热器壳体，所述加热器壳体内部置有加热器内胆，所述加热器内胆内部设有折流隔板，加热器内胆和折流隔板共同形成加热腔体；所述加热腔体内设有电加热体。具有快速持续加热水体的特性，可以在没有预热的情况下快速输出高温水流。

优选的，所述加热器内胆顶端设有自动放气阀，用以自动排除加热时产生的蒸汽和水流中混入的空气；加热器内胆的出口通过管路与逆止阀连接。

优选的，所述加热腔体内还设有阳极除垢装置，所述阳极除垢装置包括金属棒，金属棒通过固定件固定于加热器内胆上。保护电加热体和内胆表面，以避免损坏或产生水垢降低加热效率。

所述加热器内胆外部包覆保温层，给加热器内胆内水体保温。

所述制冷支路的首端设有冷水路电磁阀，冷水路电磁阀与电动三通调节器连接，制冷支路由电动三通调节器分为冷却支路和旁通支路，所述冷却支路上设置若干个冷水换热器，所述旁通支路上设置若干个热管夹板换热器，所述冷水换热器和热管夹板换热器集成形成热电制冷模块。冷却支路负责将水降温到比较低的温度，但很难精确控制水温，通过和旁通支路的温水混合,可提高冷水温控精度。

所述电动三通调节器包括三通阀体和执行器，由执行器控制三通阀体的开度，以调节冷却支路和旁通支路的水流量分配比例。

所述热电制冷模块还包括热电制冷元件，所述热电制冷元件包括冷端与热端，所述冷端与冷水换热器的外壁相贴合，所述热端与热管夹板换热器的导热面相贴合；所述热管夹板换热器的导热面上嵌装热管的吸热端，热管的吸热端位于热管夹板换热器外部的部分底面与热管夹板换热器的导热面位于同一平面内；所述热管的散热端与散热翅片相连，所述散热翅片上部还连接散热风扇；所述热管内充注有导热液。热电制冷模块可以快速、持续地制取低温水流。

所述冷水换热器内部设置由折流隔板限制成设定形状的冷水换热流道，冷水换热器的出口通过管路与冷却支路上的逆止阀连接；经过冷水换热器将水体进行换热后以得到所需水温的水体。

为增强换热效果，所述冷端与冷水换热器外壁的贴合面间涂有导热硅脂；所述热端与热管夹板换热器导热面的贴合面间涂有导热硅脂。

所述热管夹板换热器包括热管夹板和旁通换热器，所述热管夹板上安装旁通换热器，所述旁通换热器的出口与旁通支路上的逆止阀连接。

所述热管夹板的导热面设有若干个凹槽，凹槽内嵌装热管的吸热端；所述热管夹板的另一面设有若干通孔，通孔内装有旁通换热器。

所述旁通换热器包括相互平行的多个金属管，各金属管的入口连接在一起形成旁通换热器的入口，各金属管的出口连接在一起形成旁通换热器的出口。

所述出水总管上设有电动水流量调节器，用于控制系统的水流总量。

所述自动控制系统包括传感系统、输入系统、中央处理器、显示系统和驱动控制系统；所述传感系统、输入系统、显示系统和驱动控制系统均与中央处理器连接；所述传感系统包括温度传感器和流量传感器，温度传感器和流量传感器均与出水总管连接；通过所述输入系统向中央处理器输入温度设定值和流量设定值，所述显示系统显示温度传感器和流量传感器检测的实时流量和出水水温；所述驱动控制系统执行中央处理器输出的控制命令。通过自动控制系统可以在装置允许的范围内实现连续无级的水温调节，保证出口水温控制的精确、快速、高效。

本发明的有益效果为：

1.本发明的装置基于热电制冷和即热式电加热的制冷和加热方式，具有快速响应的特性，可以在没有预先开启的情况下快速、即时地输出目标温度的水流。

2.本发明的装置可以制取低温、常温、高温等不同温度状态下的水流。

3.本发明的水温控制精确、快速、高效，可以在装置允许的范围内实现水温的连续调节。

4.本发明不需单独的水箱储存水体，也不需长期耗费能源维持水体温度，长期使用时具有洁净、节能的效果。

附图说明

图1为本发明的恒温水制取装置示意图；

图2为本发明的热电制冷模块正面示意图；

图3为本发明的热电制冷模块侧面示意图；

图4为本发明的自动控制系统示意图；

图5为本发明的即热式热电模块示意图；

图中，1水泵，2过滤器，3热水路电磁阀，4电动三通调节器，5旁通换热器，6即热式电热模块，7冷水路电磁阀，8冷水换热器，9逆止阀，10温度传感器，11电动水流量调节器，12流量传感器，13散热风扇，14散热翅片，15热管，16旁通换热器出口，17热电制冷元件，18冷水换热器出口，19冷水换热器入口，20热管夹板换热器，21旁通换热器入口，22电加热体，23阳极除垢装置，24加热器壳体，25加热器内胆，26折流隔板，27自动放气阀，28加热腔体，29内胆出口，30内胆入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种基于热电制冷和即热式电加热的快速恒温水制取装置，包括水泵1、过滤器2、冷水路电磁阀7、热水路电磁阀3、电动三通调节器4、热电制冷模块、即热式电热模块6、逆止阀9、电动水流量调节器11、流量传感器12、温度传感器10、若干连接水路的水管和管件，以及自动控制系统等。本发明装置可以制取低温、常温、高温等不同温度状态下的持续恒温水流。

其中，水泵1的出口通过进水总水管与过滤器2进口连接，水泵的主要作用是为装置提供一定流量和扬程的持续水流。过滤器2的主要作用是过滤水中的杂质颗粒，净化水体，以保证冷水路电磁阀7和热水路电磁阀3的可靠运行。过滤器2的出口管路使用三通分为两路支路，其中第一支路为加热支路，通过热水管与即热式电热模块6的进口连接，水管上还设有热水路电磁阀3；第二支路为制冷支路，通过冷水管与电动三通调节器4的入口连接，连接管路上还设有冷水路电磁阀7。

如图5所示，即热式电热模块6包括电加热体22、阳极除垢装置23、加热器壳体24、加热器内胆25、折流隔板26、自动放气阀27等。其中加热器壳体24用以安装和保护内部的其它部件。加热器内胆25置于加热器壳体24内部，通过内胆出口29、内胆入口30与外部水管路相连，且与其内部的折流隔板26共同形成加热腔体28并予以保温。加热器内胆25最上端设有自动放气阀27，用以自动排除加热时产生的蒸汽和水流中混入的空气；加热器的内胆出口29通过水管路连接至系统出水总管，管路上还安装有逆止阀9，以防止水流倒灌。电加热体22安装于加热腔体28内，用以给通过的水流加热，其总功率根据所需的最大流量和最高水温选择，使用时还可调节输入功率的大小。阳极除垢装置23也安装于加热腔体28内，主要以金属棒保护电加热体和内胆表面，以避免损坏或产生水垢降低加热效率。

电动三通调节器4包括三通阀体和执行器，用以调节制冷支路和旁通支路的水流量分配。电动三通调节器入口与冷水管连接，出口分为两路，其中一路为冷却支路，通过冷水管与冷水换热器入口19连接；另一路为旁通支路，通过旁通水管与旁通换热器入口21连接。

如图2和3所示，热电制冷模块包括冷水换热器8、热电制冷元件17、热管夹板换热器20、热管15、散热翅片14、散热风扇13等。冷水换热器8为金属腔体换热器，内部为冷水换热流道和肋片，水流通过冷水换热流道时被冷却为低温状态。冷水换热器8可单独使用或多个串联使用，其数量根据系统所需制取的最低水温而选择，所串联的最后一个冷水换热器出口通过水管路连接至系统出水总管，管路上还安装有逆止阀9，以防止水倒流。热管15为内腔密封的铜管，内腔中充注有一定量的导热液。热管15两端分别为吸热端和放热端。吸热端嵌装于热管夹板换热器20的凹槽中，并使得吸热端裸露部分与热管夹板带有凹槽的表面形成同一平面，即热管夹板换热器20的导热面。热管散热端与散热翅片14相连，散热翅片14上部还连接有散热风扇13。热管夹板换热器20包括热管夹板和旁通换热器5两部分，热管夹板一面加工有一个或多个凹槽，用以安装一根或多根热管吸热端并与之形成热管夹板换热器的导热面；另一面加工若干通孔，孔内安装有旁通换热器5。旁通换热器5为互相平行的金属细管，各金属细管的入口连接在一起形成热旁通换热器入口21，并通过旁通水管与电动三通调节器4的旁通支路相连；各金属细管的出口也连接在一起，形成旁通换热器出口16，并通过旁通水管与其它串联的旁通换热器入口21相连，而串联的最后一个旁通换热器出口16则通过旁通水管与系统出水总管相连，连接的管路上还设有逆止阀9，以防止水流倒灌。热电制冷元件17包括冷端与热端，其冷端与冷水换热器8的金属壁相贴合，其热端与热管夹板换热器20的导热面贴合，为增强换热效果，两贴合面间均涂有导热硅脂。

电动水流量调节器11、流量传感器12、温度传感器10均依次安装于系统出水总管上。其中电动水流量调节器11用于控制系统的水流总量，当装置没有水流量控制要求，或水泵1采用可直接控制水流总量的变频水泵时，电动水流量调节器11可省略。流量传感器12、温度传感器10分别用于测量系统出水的流量和温度，并将测量结果传送至自动控制系统。当装置没有水流量控制要求时，流量传感器12可省略。

如图4所示，自动控制系统包括传感系统、输入系统、显示系统、中央处理器和驱动控制系统。其中，传感系统包括温度传感器10和流量传感器12，用于采集水流温度、流量等数据信号，并传送至中央处理器。输入系统包括温度设定和流量设定，用于方便用户手动设置系统流量和出水水温。显示系统包括流量显示和温度显示，用于显示实测的系统流量和出水水温。中央处理器为自动控制系统的核心，用于实现数据的实时采集、处理和输出系统的自动控制命令。驱动控制系统包括水泵驱动模块、制冷装置驱动模块、加热装置驱动模块、温度控制模块、流量控制模块等，用以执行中央处理模块输出的控制命令。

系统工作时，水泵1开启，系统首先根据温度传感器10测定的出水水温和用户设定的目标温度判断目标水体需要制冷还是加热，从而控制冷水路电磁阀7和热水路电磁阀3的开闭，冷水路电磁阀7和热水路电磁阀3只开启其中一个。当目标水体需要加热时，热水路电磁阀3和即热式电热模块6开启，系统根据温度传感器10测定的出水水温和用户设定的目标温度的差值调节即热式电热模块6的加热功率，从而控制出水温度。当目标水体需要制冷时，制冷水路电磁阀7、热电制冷元件17和散热风扇13开启，电动三通调节器4的常通支路为冷却支路，系统根据温度传感器10测定的出水水温和用户设定的目标温度的差值调节电动三通调节器4，从而控制冷却支路和旁通支路的水量分配，利用旁通支路的旁通和低温加热作用控制出水的水温。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种快速恒温水制取装置，其特征是，包括水泵，所述水泵的出口通过进水总管与过滤器的进口连接；所述过滤器的出口分别与第一支路和第二支路的首端连通，所述第一支路为加热支路，加热支路上设有即热式电热模块，所述第二支路为制冷支路，制冷支路上设有热电制冷模块；所述加热支路和制冷支路的尾端汇成一条出水总管，出水总管与自动控制系统连接，所述自动控制系统根据出水总管的水温和设定水温判定水体需要制冷或加热，进而控制水体进入制冷支路或加热支路，对水体制冷或加热获取设定水温的水体；

所述制冷支路的首端设有冷水路电磁阀，冷水路电磁阀与电动三通调节器连接，制冷支路由电动三通调节器分为冷却支路和旁通支路，所述冷却支路上设置若干个冷水换热器，所述旁通支路上设置若干个热管夹板换热器，所述冷水换热器和热管夹板换热器集成形成热电制冷模块。

2.如权利要求1所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述加热支路的首端设有热水路电磁阀，热水路电磁阀与即热式电热模块连接，即热式电热模块与逆止阀连接，水体由逆止阀流出进入出水总管；所述出水总管上设有电动水流量调节器。

3.如权利要求1或2所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述即热式电热模块包括加热器壳体，所述加热器壳体内部置有加热器内胆，所述加热器内胆内部设有折流隔板，加热器内胆和折流隔板共同形成加热腔体；所述加热腔体内设有电加热体。

4.如权利要求3所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述加热器内胆顶端设有自动放气阀，加热器内胆的出口通过管路与逆止阀连接；所述加热腔体内还设有阳极除垢装置，所述阳极除垢装置包括金属棒，金属棒通过固定件固定于加热器内胆上；所述加热器内胆外部包覆保温层。

5.如权利要求1所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述电动三通调节器包括三通阀体和执行器，由执行器控制三通阀体的开度，以调节冷却支路和旁通支路的水流量分配。

6.如权利要求1所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述热电制冷模块还包括热电制冷元件，所述热电制冷元件包括冷端与热端，所述冷端与冷水换热器的外壁相贴合，所述热端与热管夹板换热器的导热面相贴合；所述热管夹板换热器的导热面上嵌装热管的吸热端，热管的吸热端位于热管夹板换热器外部的部分底面与热管夹板换热器的导热面位于同一平面内；所述热管的散热端与散热翅片相连，所述散热翅片上部还连接散热风扇；所述热管内充注有导热液。

7.如权利要求6所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述冷水换热器内部设置由折流隔板限制成设定形状的冷水换热流道，冷水换热器的出口通过管路与冷却支路上的逆止阀连接；所述冷端与冷水换热器外壁的贴合面间涂有导热硅脂；所述热端与热管夹板换热器导热面的贴合面间涂有导热硅脂。

8.如权利要求6所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述热管夹板换热器包括热管夹板和旁通换热器，所述热管夹板上安装旁通换热器，所述旁通换热器的出口与旁通支路上的逆止阀连接；所述热管夹板的导热面设有若干个凹槽，凹槽内嵌装热管的吸热端；所述热管夹板的另一面设有若干通孔，通孔内装有旁通换热器；所述旁通换热器包括相互平行的多个金属管，各金属管的入口连接在一起形成旁通换热器的入口，各金属管的出口连接在一起形成旁通换热器的出口。

9.如权利要求1所述的快速恒温水制取装置，其特征是，所述自动控制系统包括传感系统、输入系统、中央处理器、显示系统和驱动控制系统；所述传感系统、输入系统、显示系统和驱动控制系统均与中央处理器连接；所述传感系统包括温度传感器和流量传感器，温度传感器和流量传感器均与出水总管连接；通过所述输入系统向中央处理器输入温度设定值和流量设定值，所述显示系统显示温度传感器和流量传感器检测的实时流量和出水水温；所述驱动控制系统执行中央处理器输出的控制命令。