CN105937804A - 具有预热式进水管的水箱开水器 - Google Patents

Abstract

一种水箱开水器的改良设计，增加了曲折的进水管和进水口的进水温度传感器，进水管完全浸泡在水箱内的高温水中。

Description

具有预热式进水管的水箱开水器

技术领域 属于一种储水式水箱开水器的改良设计。

背景技术

目前市场生产销售的开水器对于阴阳水、千沸水等问题已经给出了一些改进的设计，以避免上述会带来卫生问题的缺陷。对于阴阳水问题目前大多是采用底层进水、加隔板等来改善，并且宣称这些措施可以完全避免阴阳水问题。如CN201373550Y专利中的设计(如附图1所示)，和市场在售的所谓层进式开水器的设计，都是类似的用底层进水和/或加上隔板，来减少补充进来的生水快速的混合进整个水箱的生水污染问题，也就是业内俗称的阴阳水问题。但是细细分析的话，此类设计仅仅是减轻了生水混合问题，并未从根本上杜绝此问题。生水进入水箱后，用底层进水方式和加隔板仅能减缓生水混进熟水的速度，但由于水波扰动和扩散等因素，生水还是会混入熟水之中，仍然会产生卫生问题，换言之，此类设计仅是一定程度上改善了阴阳水问题，而不是杜绝了阴阳水问题。这在水质较好的地方，此问题就好一点。在水质差，来水中细菌病毒多的环境下，使用此类设计的开水器仍然存在隐患：病毒细菌可能经过隔板的开口处扩散进入熟水中，造成污染，阴阳水还是存在。

另一类设计是无水箱即热式设计，也就是用水时即刻加热到沸腾，即刻出水。但因为加热功率很大，使用条件苛刻和制造成本高昂，而造成市场上很少此类产品。

发明内容 本发明的目的就是借鉴即热式完全无生水污染的优点，来进一步改进水箱储水式开水器的设计，以求得完全避免阴阳水问题，同时又保持功率小成本低的优点。为此本发明提出了如图2所示的新设计方案。在传统的水箱式开水器的基础上对进水方式进行改动，进水不是直接进入水箱，而是进入浸泡在水箱内高温水中的进水管中。进水管在水箱内由水箱上部走到水箱下部(也可以反过来，进水管在水箱内由水箱下部走到水箱上部，再曲折回到水箱下部)，并且在加热管的上部，靠近加热管，转为水平，在越过加热管后开口，形成进水口。进水管因此由两部分组成，垂直部分称为直管；处于加热管等加热元件上面的水平部分，称为横管。直管和横管都是在水箱内，由高导热的金属如铜、铝、不锈钢等制成的金属管，并且直管和横管都完全浸泡在水箱内的高温水中。在靠近进水口处，设置进水口水温传感器，传感器的探头靠近进水口设置。如此进水管内有一定量的储水且是被包围在水箱的熟水中，当初水箱加热时，此段储水也一并被加热到沸腾，并进入保温状态，也就是说，此段储水也是熟水，是高温消毒后的干净卫生的水。当开水器使用，放水后水位低于设定值时，开始进水，此时进入水箱的水是此段进水管储存的熟水。当进水多了，外管内的冷水快到进水口时，进水口的温度传感器探测到进水温度达到设定值时，控制系统会控制加热管工作对水箱和进水管内的水进行加热直到达到设定温度为止。此过程中进水持续。如进水口的温度传感器探测到进水温度进一步降低，低于设定下限值时，控制系统关闭进水电磁阀，停止进水，并控制加热管工作对水箱和进水管内的水进行加热直到达到设定温度为止。

此进水过程中进入横管内的进水是预热过的：当外界进来的室温水流经导热金属质的直管部分时，由于管外是保温在90～100度的高温储水，透过导热金属管壁的热交换，管内的冷水会被加温，而为了加强加温的效果，优选方案是此段直管设置成曲折的，以提高预热的效果，也可以采用表面积大的扁平的导热金属扁管曲折后作为进水管的直管部分。同理，为加强横管内的水从头流到进水口时的升温效果，确保进水口流出的水达到沸点，横管的优选方案是设置成如附图3和附图4所示的，位于加热管上方的曲折的横管方案，或者如附图6所示，使用表面积大的扁平的导热金属扁管如1×6厘米口径的不锈钢管作为横管部分，曲折的直管焊接连入扁管的封闭端，另一端开放形成进水口。如此，当设置合理的进水流量和相匹配的加热管功率的话，在采用前述的优选的曲折直管和曲折横管的情况下，外界的室温的冷水，在流经曲折的直管后，因为进水管由导热好的金属制成，管内的水会与管外的高温水(90～100度)进行热交换，管内水的温度会大幅提升，可以设置使得进入横管时水温已经达到60度左右或更高，此时曲折横管内的水进一步在加热管和箱内热水的共同加热下，横管尾端即进水口流出的水达到沸点。如此，实现了连续进水、连续加热、进水完全沸腾的即热式效果。但由于进入横管的是预热过的水，而且加温是加热管和箱内90～100度热水共同进行的，因而加热管的功率要远小于普通即热式设计的功率。因而成本要远低于普通即热式设计，而且使用也方便。而且本设计仅有一个加热管和一个水箱，相较于多箱式多个加热管的设计，明显具有结构简单，成本低、维护方便等优点。为了避免进水管内壁积垢引致堵塞，进水管可以采用大口径的园管或优选表面积大的扁管，同时也增大了进水管储水量。

与普通层进式开水器相比，层进式的进水永远是冷水生水，并且直接混入水箱储水里面。而本技术方案中，进水可以分为三种情况：1是另星少量进水，进水量小于进水管储水量的一半，此时进水是进水管内预储的沸腾过的熟水，加热管不启动。(等到水箱需要保温而启动加热管时进水管内的水与水箱水一起被加热消毒)。2低流量连续进水，此时加热管启动，经直管预热的水在横管内被加热至沸点后流出。3是大流量进水，此时，靠近进水口设置的温度传感器探测到进水温度低于设定下限值，控制系统显示温度和指示灯，提示水温低，不要取水；而加热管满功率加热至设定温度。

可见本设计增加了曲折的进水管和进水口的进水温度传感器，并且进水管分为直管和横管两部分，且完全浸泡在水箱内的高温水中。其技术效果就是：进水时冷水不是直接进入水箱的，而是先注入进水管的直管部分，经预热后再进入进水管的横管部分，此时已经预热后的进水被加热管加热，到达进水口时已经达沸点温度，因此保证水箱内的水不会被生水污染，完全无阴阳水问题。当然作为某些特殊用处或为了节约成本考虑，也可以对本技术方案进行简化，比如将进水管的两部分合并或者省略其中一部分，即仅仅采用附图3和附图4示意中的直管或横管其中之一，仅用一段曲折的水平的横管(或一段曲折的垂直的直管)，安装在加热管上方，作为进水管，也可以基本上实现本设计的目的。而且附图中的曲折方式不是对本技术方案的限制，任何其它可能的曲折、回旋，盘绕的方式及其组合，如附图5所示的L型曲折、多曲折、U型曲折、盘绕等，都是常见的加长管子长度，增加热交换的常用手段，都可以简单的用做整个进水管或进水管的任意部分，而无需任何创造性劳动。

附图说明

附图1是市售的层进式开水器或CN201373550Y专利方案的示意图。

附图2是本发明技术方案的基本设计示意图。

附图3是对附图2的方案的进一步改进，只画出改进的进水管与加热管部分。

附图4是对附图2的方案的进一步改进，只画出改进的进水管与加热管部分。

附图5是对进水管的曲折形式的可能方式给出示意，图中给出了L形曲折、多曲折、U形曲折、盘绕等常见形式，采用其它曲折形式或其组合作为进水管或进水管的部分，都是简单地、非创造性地对本方案的改进。

附图6是进水管采用曲折园管作为直管部分，而与之相连的横管部分使用金属扁管的示意，图中未画出加热管，优选设置是加热管靠近横管的下方设置。

其中：

1.进水管，由1.1横管和1.2直管两部分组成。

2.加热管。

3.进水口。

4.出水口。

5.上水位传感器。

6.下水位传感器。

7.水箱内的储水。

8.水箱壁。

9.进水电磁阀。

10.进水口水温传感器。

11.水箱水温传感器。

12.溢水口。

13.溢水水位传感器。

14.隔板。

15.控制系统。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式给出基本方案，但是任何现有的技术和设计或常识都可以直接引入本设计中，而不需要创造性的劳动，如溢水口和溢水水位传感器等。因而，以下实施例不应理解为对本发明的限制，而是对本发明的一个基本的介绍。

实施例1

如附图2所示，在水箱里，由水箱壁8围成内部空间内外。安装有进水电磁阀9，经电磁阀的进水注入水箱内的进水管1，高导热金属(如铜、铝和不锈钢等)制成的进水管1呈L形曲折状，由两部分组成：直管部分1.2，横管部分1.1，横管的尾部形成进水口3，进水由此进入水箱内部与水箱内的储水7混合。紧靠进水口3，安装在水箱壁上的进水口水温传感器10。还安装有出水口4，而出水口上下位置安装有上水位传感器5和下水位传感器6。水箱上部安装有水箱水温传感器11。进水管横管1.1的下方安装有加热管2(也可以用其它加热元件代替)。还安装有水箱控制系统15。

初次使用时，水位传感器显示水量不足，进水电磁阀9打开，开始进水，直到水位达到下水位传感器6的水位时，控制系统15控制加热管2开始加热，同时进水持续到水位达到上水位传感器5的位置，进水电磁阀9被控制系统15关闭。加热管2满功率工作直到水箱水温传感器达到设定温度如100度。此时控制系统15可以以数字或显示绿灯等方式显示水已烧开，可以使用。此时水箱内的储水7是消毒过的熟水，而且进水管1.1和1.2里储存的水也是被加热到沸点消过毒的熟水。此时水箱进入保温阶段，控制系统15控制加热管2，确保水温在设定温度范围如90～100度。

当出水口被打开放水，水位下降到低于上水位传感器6位置时，控制系统15打开进水电磁阀9，开始进水，至水位达到上水位传感器6时停止进水。此过程中外界室温的冷水经电磁阀9注入进水管直管部分1.2，并且在流过直管部分1.2的过程里，一直被水箱内的高温(被保温在90～100度之间)的水所包围而被预热。进水口3放出的水起初是储存在进水管1.1和1.2里，前面煮沸过的熟水。而当外界进水经进水管直管1.2和横管1.1，到达进水口3前，进水口3处的出水的温度已经被外界进水的温度拉低(由于热传递)，进水口3附近设置的进水口水温传感器10探测到进水温度低于设定值后，此时进水管横管部分1.1里，尾段靠近进水口段是被拉低温度的已加热煮沸过的熟水，与直管1.2相连的一段的横管里是经过预热的、未经沸腾消毒的生水。加热管被控制系统15启动，对进水管和水箱内的水进行加热，此过程中进水和加热都持续进行。如果进水口水温传感器10探测到进水温度进一步降低，低于设定下限值后，控制系统15关闭进水电磁阀9，防止未完全加热消毒的生水进入水箱内。在关闭电磁阀9的同时，加热管满功率加热，对进水管和水箱内的水进行加热，直到两个温度：进水口水温传感器10和水箱水温传感器11都达到了预设温度为止。此时，进水管1.1和1.2里储存的水也是被加热到沸点消过毒的熟水。

实施例2

为了进一步改善实施例1中的设计，加强进水管进水过程的预热效果，进一步改进进水管的设计，如附图3所示。可见进水管的直管部分1.2是曲折的，加大水从头到尾的行经的路程，而横管部分1.1也设置为U形曲折状的，并且恰好位于U型加热管2的上方。如此一来，一是进水管里的熟水储水量加大；二是外界进水的流经路程加长，其被水箱内的高温水预热的效果成倍增加。三是进水管横管部分1.1与加热管随型，加热管对进水管的加热效果改善，而且进水在从横管1.1的头流向尾部进水口3的过程都在被加热中。因此合理的设计进水管的总长度和加热管的功率及进水流量的配合，可以达到：室温的进水，经进水管直管部分后，被水箱内的高温水预热，到达进水管横管1.1部分时，温度已经被预热到50～60度。然后在流经进水管横管部分1.1的过程中，被加热管和水箱内高温水双重加热，到达进水口3前就可以达到沸点或设定的温度，成为消毒过的熟水。从而实现不间断进水，而且进水完全是消毒过熟水的即热式的效果。但是由于加热管是对已经预热过的水进行加热，加热管的功率可以小很多。如果以室温20度计，一般即热式的设计加热管的功率是：P∝(100-20)Cv*L＝80Cv*L

而依本设计，假如进入横管1.1的水已经预热到60度，则加热管的功率：

P∝(100-60)Cv*L＝40Cv*L

式中，Cv是水的比热，单位是瓦/升·度，L是单位时间进水的流量，单位是升/秒。

可见仅需要五成的功率就可以实现即热式的效果，实际上考虑到普通即热式中加热管的环境温度低、热散失大等因素的话，本设计还要更加优于普通的即热式设计。而如果预热温度进一步提高，加热管的功率还可以进一步降低。这一方面是可以降低开水器的制造成本，另一方面是解决了开水器的安装问题，即热式开水器因为功率太大，在安装使用上受到限制，很多地方没有那样大的电力负荷余量。

为了进一步改善进水管的加热效果，进水管的横管1.1可以设计成如附图4那样的曲折形，或其它回旋或盘绕形状，增加加热效果，这些可以用任何现有技术代替。附图5给出了几个简单的曲折式进水管的可能曲折形式，可以直接用这样曲折的金属管作为进水管或进水管的一段。也可以如附图6所示，使用表面积大的扁平的导热金属扁管如1×6厘米口径的不锈钢管作为横管部分，曲折的直管焊接连入扁管的封闭端，另一端开放形成进水口。也可以用其组合形式构成进水管的任意部分。

进一步，进水口水温传感器10也可以设在进水口3附近的进水管的管壁上，即设在进水口的上游的进水管的管壁上，在进水未到达进水口之前监测进水温度。

Claims (7)

1.一种水箱开水器，具有水箱及水位传感器和水温传感器，加热管，控制系统，进水口，出水口，进水电磁阀，其特征在于水箱内具有曲折的高导热金属质的进水管，进水管被水箱内的高温水所包围，至少部分进水管靠近加热管或设置在加热管上方，进水注入进水管后，进水流经被包围在水箱高温储水里的进水管时透过进水管壁的热交换形成预热，然后或同时，被加热管加热消毒后才注入水箱。

2.根据权利要求1所述的水箱开水器，其特征还在于，所述的曲折的进水管呈L形，具有垂直部分直管和水平部分横管，横管靠近加热管设置，在水箱被加热到设定温度消毒时，水箱内的储水和进水管内的储水都被加热消毒成为熟水。

3.根据权利要求1所述的水箱开水器，其特征还在于，所述的曲折的高导热金属质的进水管呈L形，具有垂直部分直管和水平部分横管，水平部分横管位于加热管的上方。

4.根据权利要求1所述的水箱开水器，其特征还在于，所述的曲折的高导热金属质的进水管呈L形，具有垂直部分直管和水平部分横管，横管靠近加热管设置，直管和/或横管是由曲折的金属管构成，在水箱被加热到设定温度消毒时，水箱内的储水和进水管内的储水都被加热消毒成为熟水，而在进水时，进水流经被包围在水箱高温储水里的进水管时透过进水管壁的热交换形成预热。

5.根据权利要求1所述的水箱开水器，其特征还在于，所述的曲折的高导热金属质的进水管呈L形，具有垂直部分直管和水平部分横管，直管和/或横管是曲折的金属管构成，在水箱被加热到设定温度消毒时，水箱内的储水和进水管内的储水都被消毒成为熟水，进水管的水平部分横管位于加热管的上方，进水先流经被包围在水箱高温储水里的直管部分，透过进水管壁的热交换形成预热，然后在流经横管部分时受加热管加热消毒。

6.根据权利要求1所述的水箱开水器，其特征还在于，在靠近所述的进水管形成的进水口设置有进水口水温传感器。

7.根据权利要求1所述的水箱开水器，其特征还在于，所述的曲折的高导热金属质的进水管呈L形，具有垂直部分直管和水平部分横管，直管和/或横管是由大表面积的扁平的金属扁管构成，加大受热表面积。