CN107091526B - 即时沸腾热水系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于出水沸水的即时沸腾热水系统，该系统包括与供水装置流体连通的第一储水水箱、与第一储水水箱流体连通的加热装置、以及与加热装置流体连通的出水口；其中，该第一储水水箱还包括用于加热来自供水装置的水的第一加热元件；该加热装置还包括高热质体和延伸穿过该高热质体以从第一储水水箱中汲水的通路；该系统还包括与第一储水水箱的出口管道相连接的膨胀舱，该膨胀舱内设置有用于使所述第一储水水箱和所述加热装置进行流体连通的文丘里管；第一储水水箱和加热装置还包括真空夹套和隔热材料以进行隔热。

Description

即时沸腾热水系统

技术领域

本项发明涉及即时沸腾热水系统，该发明包括但不局限于供应沸水的即时沸水加热系统。

背景技术

目前，市面上有很多不同品牌的即刻沸水加热设备。所有这些产品的目的都是让使用者可以随时获取用于制作例如茶和咖啡等热饮的沸水，而不需要等待热水壶烧开。首先，由于便捷，这些设备会在一些办公室和工作场所受欢迎，同时，还能确保员工不需要浪费时间在等待热水壶烧开。

市场上大部分此类型的设备都是依靠电热元件加热储水腔室或水箱里的水，使其煮沸或接近煮沸的温度。在标准海平面，大气压力和温度下，水的沸点在100℃。大部分商用设备，如果采用非密封式储水箱，其加热温度刚好低于 100℃，如果采用增压式储水箱，这些设备加热温度则刚好高过100℃。

非密封式系统中的水在海拔越高时，沸点越低。由于水的沸腾温度，随气压和海拔高度而变化，因此很难找到一种解决方案可以适用于地球任何地区。为了解决这一问题，一些比较复杂的设备采用内置校准系统，用来判断设备在安装时的本地沸点，并用此沸点时候的温度作为未来对设备操作设定点的参考，通常将设定点设置为低于当地沸腾温度1℃到3℃。其他设备往往只是简单的采用调低设备最低预期沸腾点值的办法，这往往导致最后加热出来的温度低于海平面条件下最佳温度值。

增压型设备的系统允许将储水水箱中水温提高到高于正常沸点的温度，从而避免此类问题，但是这种系统也有很多设计上的缺点和不足。其中一个缺点就是，当水被从压力容器中释放出来后，因为温度远高于正常沸点，出水夹杂着大量的蒸汽和气泡，增加了使用者被烫伤的危险。另一个缺点就是将水温加热到超过沸点会造成额外的能量损耗，这是没有必要的，并且浪费资源。此外，制造出一款压力容器对设备会有额外的安全要求。并且，大量的水在系统释放压力和出水时被浪费。大量的水瞬间被转换成蒸汽，最后被释放入了大气中造成了浪费。

许多设备另一个共同的缺点是，当水温加热到接近沸点时，能量的损耗和温度的提升并不是成线性关系。当水被加热到接近沸点时，温度每提升一度，需要的能量也随之增加。原因是当水温接近沸点时，从液相向气相的转换需要额外的能量，而这些额外的能量又不能改变原来的温度，只有当所有液体都转换为气体后，温度才会再开始上升。所以当水被加热接近沸点时，一些能量会转换成为小气泡或蒸汽而没有显著增加整体的温度，因此冒泡现象开始发生在水温接近沸点的时候。

沸水加热设备的另一个问题是在硬水地区储水箱和加热元件上所形成的水垢。这需要定期的维护，以及在加热元件上加涂绝缘层。绝缘层会减少加热元件的效率，导致需要更多的电能来实现相同的结果，同时，加热元件的寿命也被降低了。

一些设备会将沸水从储水箱中抽出，由于水的温度接近沸点，这可能会导致泵内气蚀，造成水流不足或输水不畅。

有两种主要方法可以将沸腾的水输送到水龙头，一个简单的版本就是采用“推压式”系统，用冷水挤压热水使之流出。这是一种简单的概念，一般通过一个电磁阀控制，但是，这种办法最大的问题在于，出来多少沸水就意味着有多少冷水被混合进储水水箱。这种简单的系统有两个主要缺点。一是出水的速率等同于冷水进入储水水箱和沸水混合的速率。这会导致储水水箱里储存的沸水温度快速下降，造成出水的温度也会大幅度的降低，这种情况在高利用率的产品中更常见。第二个缺点是这种系统通常会将水留在从储水水箱到水龙头的管道里，管道里的水在环境空气温度的影响下逐渐变冷，因此当下一次需要沸水打开沸水龙头时，这部分冷水会比沸水更先流出。熟悉这种问题的用户通常会在需要将沸水冲入杯或壶中前打开龙头排出这一部分冷水。

系统更为复杂的设备，则会将供水从输送系统里分离。通常做法是用水泵将储水水箱里的沸水输送出来，并且对进入储水水箱的水量进行控制，只允许电热元件能够将水温维持在可接受的温度的进水量。这种系统能使在任何时候排出的水，一般都会接近沸腾时的温度。然而，当储水水箱排光水时，水龙头则无法出水，直到储水水箱重新注满沸水。水泵系统还有另外一种优势，就是它可以在使用后将输送管道里的水重新回流到储水水箱里，这样就可以避免这部分在管道里的水变冷。因此水龙头流出的第一滴水的温度将很接近我们所需要的水的温度。

发明内容

本项发明的一个目的是克服和/或减轻一个或多个先前系统的缺点，或者为消费者提供一个有用的或商业上的选择。

本项发明，虽然不一定是唯一的或最广泛的方面，属于一种用于出水沸水的即时沸腾热水系统，该系统包括：

一个与供水系统流体连通的第一储水水箱，第一储水水箱包括用于加热供水的第一加热元件；

一个与第一储水水箱流体连通的加热装置，这个加热装置包括一个高热质体和一个延伸到整个装置从第一储水水箱吸收水源的通路。

一个与加热装置流体连通的出水口。

优先情况下，加热装置应包括一金属块。优选情况下，加热装置应包括一铸铝块。

优选情况下，加热装置应包括一个第二加热元件。优选情况下，第二加热元件是不锈钢或镍铬铁合金线圈。

优选情况下，第一加热元件是电加热元件。优选情况下，第二加热元件是电加热元件。

优选情况下，第二加热元件被铸造在铸铝块里。优选情况下，通路是一根铸造在铸铝块内的不锈钢管状线圈。

该系统通常包括一根连接供水和第一储水水箱、以及第一储水水箱和加热装置的导流管。该系统通常还包括一根流体连通加热装置与出水口之间的导流管。

优选情况下，该系统还包括一个膨胀舱与第一储水水箱的出口管道相连接。

优选情况下，该系统还包括一条在膨胀舱内的文丘里管，为第一储水水箱和加热装置进行流通连通。

优选情况下，当第一储水水箱被供水充满时，水从第一储水水箱排出到加热装置。优选情况下，第一储水水箱包括一水泵用于将初始温度的水抽入加热装置中。

优选情况下，出水口与第一储水水箱流体连通排出热水。

优选情况下，第一储水水箱和加热装置包括一个用于控制第一和第二加热元件的控制器。优选情况下，第一储水水箱里的水温度被保持在摄氏70度-90 度之间。优选情况下，加热装置加热到摄氏110度-140度之间。

优选情况下，第一储水水箱包含一个第一温度测量装置用于检测水箱内水的温度。

优选情况下，加热装置包含一个第二温度测量装置用来监测加热装置内铸铝块的温度。

优选情况下，第一和第二温度测量装置为热敏电阻或热电偶装置。

优选情况下，控制器是一种电子电路板控制系统。

优选情况下，出水口是一个水龙头。优选情况下，水龙头包含一个陶瓷阀芯，用于控制水从供水到第一储水水箱的流动。

优选情况下，水龙头排放沸水。优选情况下，水龙头排放沸水以及冰水、冷水和热水中的至少一种水。

优选情况下，第一储水水箱和加热装置是隔热的。优选情况下，隔热储水水箱和加热装置包括真空气套。优选情况下，隔热储水水箱和加热装置结构包含隔热材料。

优选情况下，水龙头包含一指示器元件。优选情况下，该指示器元件是一个用来显示系统已经达到操作温度的指示灯。优选情况下，水龙头包含一个用来指示过滤器状态的指示灯。

本项发明属于一种以另一种形式，虽然不一定是唯一的或最广泛的形式，在即刻沸腾式热水器系统中加热水的方法，该方法包括：

加热第一储水水箱内的水到初次温度；

将加热的水从第一储水水箱输送到加热装置；

输送热量到加热装置以达到第二温度；以及将加热装置加热的水配送到出水口。

优选情况下，水进入到第一储水水箱，在第一储水水箱中连接来自主供水的水流。

优选情况下，第一储水水箱和加热设备被同时加热，控制器将可用的第一部分电能分配到第一储水水箱，第二部分电能分配到加热装置，第一部分和第二部分的电能总合不会超过总电能。

优选情况下，当加热装置加热时，第一储水水箱不会加热。优选情况下，当第一储水水箱正在加热时，加热装置不会进行加热。

本项发明的进一步特性将在以下内容进行详细阐述。

附图说明

为了帮助理解本项发明并使本领域技术人员将本项发明付诸实际效果，本项发明的最佳实施例将只通过描述参考附图的方式作示例展示，其中：

图1展示的是一个沸腾热水系统的实施例示意图。

具体实施方式

本项发明涉及一种即时沸腾热水系统。本项发明的元件在附图中用简要形式表示出来。该说明仅展示为理解本项发明实施方案所必需的那些特定细节。对于在本领域的正常技术性问题将不做过多的细节描述以免造成细节说明过于杂乱。

在本说明中，形容词如：“第一”和“第二”，以及类似词汇可能单独用于区分某种元件，或是区分另一种元件的功能，或是区分不是必须的功能，或是区分暗含的任何实际的关系或顺序。一些用词如“包括”或“包含”用来定义非排他性包含。这样，包括一系列元件的某种方法或装置不仅仅包括这些元件，而且可能包括其他没有列出的元件，包括某种方式或设备需要的固有元件。

图1展示的是即时沸腾热水系统10。即时沸腾热水系统10包括：一个用于连接主供水12的供水导管11；一个过滤装置13，该过滤装置13包括一个双止回阀13a和一个限压阀13b；一个水表流量计14；和一个水龙头15。在本实例中，水龙头15排出沸水，以及热水、冷水和冰水。该系统依靠一个能量源16 供能，例如：通过总电源提供的电能。

水龙头15通过一根第一导管18a连接到即时沸腾热水系统10的第一储水水箱17。该系统包括：一根第二导管18b，将来自主供水的水流从过滤装置13 输送到水龙头15；以及第三导管18c，其连接水龙头15和第一储水水箱17，将冷水输送到第一储水水箱17。如图所示，即时沸腾热水系统10被安装在台面19的下方。

第一储水水箱17包含了一个第一加热元件20。这是一个典型的电加热元件，但其他加热方式的元件也可能适用。此外，第一储水水箱17包含一个温度测量装置21，例如热电偶、热敏电阻或负温度系数热敏电阻(NTC)。第一储水水箱 17还包含了一条出水导管25，用于将热水输送到水龙头15。第一储水水箱17 还包含一个绝缘室17a，例如真空箱或热绝缘层。

如图1所示，即时沸腾热水系统10包含了一个控制器22，用来连接温度测量装置21和第一加热元件20。如此，控制器22根据温度测量装置21测得的温度来控制第一加热元件20。

即时沸腾热水系统10还安装有一个膨胀舱23，里面有一根入水导管24和出水导管25。膨胀舱23通过膨胀舱23的入水导管24连接着第一储水水箱17。此外，膨胀舱23还包含有一根文氏管26，其位于入水导管24与膨胀舱23的出水导管25之间并连接入水导管24和膨胀舱23的出水导管25。第一储水水箱17的热水经由文氏管26和加热装置27，通过出水导管25和第一导管18a从水龙头15流出。

即时沸腾热水系统10还包含了一个加热装置27，该装置包含一个主体(未显示)、一个加热元件(未示出)、一个出水导管25和一个第一导管18a。

加热装置27包括一个铸造铝合金块，由螺旋不锈钢通路和一个不锈钢或镍铬铁合金加热元件锻造。当然，这个加热元件可以也用其他合适的金属进行制造。铝是一种制造加热装置27主体的理想金属材料，因为其具有低热比 (0.91kj/kg K)的性能和相对于其他金属的低熔点。可以理解为，加热装置的主体可以由任何具有较高的热质量、低热比和低熔化温度的材料制成。

加热装置27的加热元件是典型的电加热元件但是也可以用其他合适的加热元件替代。加热装置27还包括一个温度测量装置(未显示于图)，例如：电热调节器(热敏电阻)或NTC。加热装置27还包含一个绝缘室30，例如：真空箱或热绝缘层。之前已经提到，这个即时沸腾热水系统10包含一个用来连接温度测量装置21和加热装置27的控制器22，因此控制器22可以根据温度测量装置的监测结果来控制加热装置27。

在澳大利亚，一个典型的电源通用插座(GPO)额定电流强度在10A。在 240V的电压下，这理论上意味着最大功率只能达到2400W。控制器22可以被设置成用来控制第一加热元件20和第二加热元件，由此控制器直接将电能传输给其中一个需求的元件。因此，每个单独的元件都可以达到2400W。例如：在对系统进行初始设定时，最首要的目标是将第一储水水箱的水尽快的加热到80摄氏度，所以主要电力都通过控制器22直接传输给第一加热元件20。加热装置27 加热非常迅速，控制器22只需将较少的电力传输给加热装置27。控制器22监测第一储水水箱17和加热装置27直到其达到有效温度。在这个阶段，第一加热元件20和加热装置27只需要偶尔少量的电力来保持它们各自的温度。一旦水表流量计14检测到水开始流动时，控制器22直接开始工作，例如：75％的可用电力用于加热装置27，25％的电力则导向第一水箱的第一加热元件20。因为第一储水水箱17和加热装置27的温度不间断被监控，电力可以输送给最需要的元件，同时在任何时候都保证了总电流消耗等于或小于总的可用电力供应量。

水龙头15还装有一指示灯28用来显示出水时温度是否正确。在一些机体中，指示灯28还可以显示过滤装置13的状态。

在使用时，提供给即时沸腾热水系统10的水通过过滤装置13过滤。水通过过滤装置13到陶瓷阀芯(未示出)时会经过一个水表流量计14，来测量水的使用量。与典型的系统相比，其流量控制不使用任何电磁阀，而是日前混合水龙头常用的标准陶瓷阀芯。这样设计的优势是确保只有当陶瓷阀芯运作时，供水才能进入系统。因此，如果系统无人看管时，意外涨水的风险达到最小。因此系统并不需要再配备水侵探测器。

在操作中，第一储水水箱17通过第一加热元件20加热水箱内的水到80℃。加热装置27里面无水但是加热到，比如，120℃。加热装置27的功能类似散热介质或者热存储介质，将流经不锈钢导管的水迅速加热。不锈钢导管里水的温度也会提高到和铸铝块的温度一样。这有利于即时沸腾热水系统10里的水快速的沸腾。激活水龙头15使冷水经过第二导管18b流向水龙头15，之后从水龙头 15再流过第三导管18c进入第一储水水箱17。冷水流动进入第一储水水箱17 导致热水经过出水导管25和膨胀舱23里的文氏管26从第一储水水箱17排出。

热水经过膨胀舱23里的文氏管26造成膨胀舱23内剩余的热水被抽入加热装置27。如上所述，加热装置27被加热并在任何时候都保持在高温状态。本领域的技术人员将会理解，第一储水水箱里的水17也可以通过水泵(未标示)将其输送到加热装置里。

当加热装置27里的加热元件在较高温度情况下，热水将会快速被加热到沸点。沸水离开加热装置27通过水龙头15排出沸水。一旦需要的热水量被排出后，陶瓷阀芯将关闭。膨胀舱23的出水导管25、加热装置27和水龙头15的第一导管18a里的水通过文氏管26流回膨胀舱23,进而保持其温度与第一储水水箱17的温度一致。当下一次用户需要用水时，水从第一储水水箱17被排出，经过文氏管26到加热装置27，这样设计允许水可以回流到膨胀舱23。这样的过程将膨胀舱23的水排空，使用后，并允许水通过文氏管26再一次回流到膨胀舱23。优点是，膨胀舱23和文氏管26防止任何停留在第一储水水箱17和水龙头15之间的第一导管18a中的水被过度沸腾。更进一步来说，没有水会因为停留在导管和水龙头中而变冷。

优点是，不需要任何的水位，测漏和水侵探测器。进一步的优点是，使用陶瓷阀芯可以无需安装电磁阀。此外，控制器可以根据温度传感器的信息简单的开启和关闭加热元件，根据沸腾水校对系统的需要出水。

进一步的优点是，系统的尺寸将因为阀门和水泵的取消而减小，成为一个更为紧凑的系统。并且，运动部件最少化。只有流量计的叶轮和陶瓷阀芯是运动部件。相对于传统的设备，这样可以极大的改善其可靠性。当流量计故障时，整体设备将依旧可以运行和提供沸水。

进一步的优点在于，减少低温操作下的第一储水水箱内加热元件所产生水垢的积聚，从而在较长的时期提高加热效率并延长加热元件的工作寿命。

优点是，将储水箱的温度从98摄氏度降低到80摄氏度，可以大幅度的减少能量的消耗，进而降低运行成本。此外，流量计测量水的消耗来决定何时需要更换过滤装置，同时也作为一个在系统温度开始降低前，用来激活加热设备中的加热元件指示器。这种设计将有利于增加系统里沸腾水的容量。

采用铸铸铝块环绕水管将有利于防止加热水迅速冷却进而保持沸水的温度。

本项发明上述各种实施例的描述，目的在于说明其相关领域的某个一般技术。它并非是详尽无遗的，或将本项发明限制在单一公开的实例中。之前提到过，目前发明的许多替代和变型方案对本领域的技术人员而言是显而易见的。相应的，一些替代的实施例已经被具体的讨论过，其他一些实施例将可以由本领域的一般技术人员轻松，容易的开发而获得。本项发明旨在包括所有的替代，修改，以及已经在此讨论的各种发明和其他在上述发明的精神和范围内的其它实施例。

Claims (10)

1.一种用于出水沸水的即时沸腾热水系统，该系统包括：

与供水装置流体连通的第一储水水箱，所述第一储水水箱包括用于加热来自所述供水装置的水的第一加热元件；

与所述第一储水水箱流体连通的加热装置，所述加热装置包括高热质体和延伸穿过所述高热质体以从所述第一储水水箱中汲水的通路；以及

与所述第一储水水箱流体连通的出水口；

其特征在于，

所述系统还包括与所述第一储水水箱的出口管道相连接的膨胀舱,所述膨胀舱内设置有文丘里管，用于使所述第一储水水箱和所述加热装置进行流体连通；

所述第一储水水箱和所述加热装置被同时加热，并且所述第一储水水箱和所述加热装置还包括真空夹套和隔热材料以进行隔热。

2.如权利要求1所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述高热质体为铸铝块。

3.如权利要求2所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述加热装置包括第二加热元件，所述第二加热元件为铸造在所述铸铝块内的不锈钢或镍铬铁合金线圈，所述通路是铸造在所述铸铝块内的不锈钢管状线圈。

4.如权利要求1-3中任意一个所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述第一储水水箱包括用于将第一储水水箱中的水抽到所述加热装置中的水泵。

5.如权利要求3所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述系统还包括用于控制所述第一加热元件和第二加热元件的控制器。

6.如权利要求5所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述第一储水水箱包含第一温度测量装置，用于检测所述第一储水水箱内水的温度；所述加热装置包含第二温度测量装置，用于监测所述加热装置内所述铸铝块的温度。

7.如权利要求6所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述第一温度测量装置和第二温度测量装置为热敏电阻或热电偶装置。

8.如权利要求1所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述出水口是水龙头，所述水龙头包含用于控制水从所述供水装置到所述第一储水水箱的流动的陶瓷阀芯。

9.如权利要求1所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述系统还包括过滤装置，所述过滤装置流体连通于所述供水装置和所述第一储水水箱之间。

10.如权利要求9所述的即时沸腾热水系统，其特征在于，所述出水口包括指示器元件，所述指示器元件为用于指示所述系统已经达到工作温度的指示灯；所述指示器元件还包括用于指示所述过滤装置状态的指示灯。

Images