CN107906750B - 一种高效节能的冷热温饮水机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效节能的冷热温饮水机，包括饮水机模块和喷射器模块；所述的饮水机模块包括水桶、缓冲罐、开水罐、温开水罐和冷水罐；所述的喷射器模块包括1号换热器、发生器、喷嘴、引射口、喷射器、冷凝器和毛细层。本发明在冷热温饮水机中添加了喷射器模块，用于回收开水的部分能量，这部分能量用于驱动喷射器工作并完成制冷。本发明与压缩制冷或半导体制冷相比，喷射式制冷具有结构简单，没有运动件，造价低等优点。更重要的是除了电加热丝以外，不需要消耗额外的电能，就可以同时得到冷、热、温三种不同温度的饮用水。饮水机的能源利用率得到了较大的提升。本发明在进水座和开水罐之间增加了一个缓冲罐，进一步提高能源的利用效率。

Description

一种高效节能的冷热温饮水机
技术领域
本发明属于节能技术领域，涉及一种节能饮水机，特别涉及一种冷热温饮水机。
背景技术
水是生命之源，饮水机逐渐成为普通家庭和机场、火车站等公共场所必备的电器。而随着国家经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，人们对于饮水的要求也越来越多样化，人们的需求会随着不同的时间、不同的场合而变化：中国人有喝茶的习惯，泡茶使用80℃～90℃的开水最为合适；有的人则喜欢喝白开水，55℃左右的温开水比较适合人体直接饮用，而且温开水也比较适合泡蜂蜜水，这样既可以很好的融化蜂蜜，也可以最大程度的保留蜂蜜的营养；而在炎热的夏天，人们则更喜欢饮用清爽的冷水，5℃左右的冷水将更受到年轻人们的欢迎。
根据饮用水温度的不同，目前市场上的饮水机主要可以分为冷热、温热、冷热温三种类型。但是不管是哪种类型的饮水机，其加热的原理都是电阻式加热，即用电热管进行加热。当开水罐中的水温达到设定温度后，温控继电器断开并停止加热，当开水罐中的水温下降到设定温度后，温控继电器闭合接通电源，电热管开始加热，这样周而复始的使开水罐中的水温保持在80℃～98℃。饮水机的制冷通常采用半导体制冷。半导体制冷是利用帕尔贴效应，通电后一端产热、另一端产冷。热端采用翅片将产生的热量快速传导出去并通过风扇带走。半导体的冷端则贴紧冷水罐，吸收冷水罐中的热量从而达到制冷的目的。饮水机的温开水通常是通过开水散热的方式得到的，即将开水罐中的开水与补充水快速换热而降温，从而得到55℃左右的温开水。
传统的冷热温饮水机虽然可以同时得到三种不同温度的饮用水，但是这种饮水机本身的能源利用效率并不高，尤其是采用散热的方式降低开水温度而得到温开水。散热后开水的温度降低越多，浪费的能量就越多。饮水机制冷无论是采用压缩式制冷还是半导体制冷都要额外消耗一部分电能，而且蒸发后的制冷剂需要对环境散热，这会对环境都会造成一定的影响。
发明内容
为解决现有技术的上述问题，本发明要设计一种能大幅降低能源消耗并大幅减少对外界环境影响的高效节能的冷热温饮水机。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种高效节能的冷热温饮水机，包括饮水机模块和喷射器模块；所述的饮水机模块包括水桶、进水座、缓冲罐、开水罐、电加热丝、换气管、开水出水器、温开水罐、温开水出水器、冷水罐、冷水出水器、2号换热器和3号换热器；所述的水桶经进水座和缓冲罐进口管与缓冲罐连接；所述的缓冲罐经开水罐进口管与开水罐连接，所述的开水罐内设置电加热丝，开水罐上设置开水出水器，开水罐通过开水罐出口管与喷射器模块连接；所述的温开水罐通过温开水罐进口管与喷射器模块连接，温开水罐上设置温开水出水器；开水罐中的热水通过开水罐出口管进入喷射器模块，换热后降温为温开水并通过温开水罐进口管进入温开水罐；喷射器模块中的蒸发器与冷水罐之间设置2号换热器，喷射器模块中的冷凝器与缓冲罐之间设置3号换热器；所述的冷水罐经冷水罐进口管与进水座直接相连，冷水罐上设置冷水出水器；
所述的喷射器模块包括1号换热器、发生器、喷嘴、引射口、喷射器、冷凝器和毛细层；所述的1号换热器通过开水罐出口管和温开水罐进口管分别与开水罐和温开水罐相连，热水经过开水罐出口管进入1号换热器，换热后降温为温开水，并经过温开水罐进口管进入温开水罐；1号换热器还与发生器连接，为发生器提供热量；发生器与喷嘴相连通，发生器中的制冷剂受热蒸发后作为工作流体通过喷嘴进入喷射器；所述的蒸发器通过引射口和喷射器相连通，蒸发器中的制冷剂蒸发后作为引射流体通过引射口进入喷射器；喷射器出口与冷凝器相连，工作流体和引射流体在喷射器中混合，混合流体进入冷凝器；冷凝器通过毛细层与发生器连接；所述的毛细层附着在冷凝器、发生器和蒸发器的内表面，气态制冷剂在冷凝器中被冷凝为液态，液态制冷剂被吸入毛细层。根据毛细原理，液态制冷剂克服压力差，从冷凝器沿着毛细层流回发生器和蒸发器；发生器中的毛细层储存着液态制冷剂，当1号换热器为发生器提供热量时，毛细层中的液态制冷剂就蒸发，开始下一个循环。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在冷热温饮水机中添加了喷射器模块，用于回收开水的部分能量，这部分能量用于驱动喷射器工作并完成制冷。
2、与压缩制冷或半导体制冷相比，喷射式制冷具有结构简单，没有运动件，造价低等优点。更重要的是除了电加热丝以外，不需要消耗额外的电能，就可以同时得到冷、热、温三种不同温度的饮用水。饮水机的能源利用率得到了较大的提升。
3、本发明在进水座和开水罐之间增加了一个缓冲罐。缓冲罐通过冷凝换热器与冷凝器进行热交换，将气态制冷剂中的热量传递给缓冲罐。气态制冷剂将被冷凝为液态，同时还预热了缓冲罐中的水，提高了开水罐的进水温度。缓冲罐回收了冷凝器中原本要散入大气的能量，这不仅仅提高了开水罐的进水温度，进一步提高能源的利用效率，而且减少了对环境造成的热污染。
4、本发明在喷射器模块中的蒸发器与冷水罐之间设置2号换热器，在喷射器模块中的冷凝器与缓冲罐之间设置3号换热器，目的都是为了强化传热，提高传热效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的喷射器模块结构示意图。
图中：1、水桶，2、进水座，3、缓冲罐进口管，4、缓冲罐，5、开水罐进口管，6、电加热丝，7、开水罐，8、开水出水器，9、换气管，10、开水罐出口管，11、温开水罐进口管，12、温开水罐，13、温开水出水器，14、2号换热器，15、冷水罐，16、冷水出水器，17、冷水罐进口管，18、3号换热器，19、1号换热器，20、发生器，21、蒸发器，22、喷射器，23、冷凝器，24、毛细层，25、喷嘴，26、引射口，27、喷射器模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-2所示，一种高效节能的冷热温饮水机，包括饮水机模块和喷射器模块27；所述的饮水机模块包括水桶1、进水座2、缓冲罐4、开水罐7、电加热丝6、换气管9、开水出水器8、温开水罐12、温开水出水器13、冷水罐15、冷水出水器16、2号换热器14和3号换热器18；所述的水桶1经进水座2和缓冲罐进口管3与缓冲罐4连接；所述的缓冲罐4经开水罐进口管5与开水罐7连接，所述的开水罐7内设置电加热丝6，开水罐7上设置开水出水器8，开水罐7通过开水罐出口管10与喷射器模块27连接；所述的温开水罐12通过温开水罐进口管11与喷射器模块27连接，温开水罐12上设置温开水出水器13；开水罐7中的热水通过开水罐出口管10进入喷射器模块27，换热后降温为温开水并通过温开水罐进口管11进入温开水罐12；喷射器模块27中的蒸发器21与冷水罐15之间设置2号换热器14，喷射器模块27中的冷凝器23与缓冲罐4之间设置3号换热器18；所述的冷水罐15经冷水罐进口管17与进水座2直接相连，冷水罐15上设置冷水出水器16；所述的缓冲罐4与开水罐7之间设置换气管9；
所述的喷射器模块27包括1号换热器19、发生器20、喷嘴25、引射口26、喷射器22、冷凝器23和毛细层24；所述的1号换热器19通过开水罐出口管10和温开水罐进口管11分别与开水罐7和温开水罐12相连，热水经过开水罐出口管10进入1号换热器19，换热后降温为温开水，并经过温开水罐进口管11进入温开水罐12；1号换热器19还与发生器20连接，为发生器20提供热量；发生器20与喷嘴25相连通，发生器20中的制冷剂受热蒸发后作为工作流体通过喷嘴25进入喷射器22；所述的蒸发器21通过引射口26和喷射器22相连通，蒸发器21中的制冷剂蒸发后作为引射流体通过引射口26进入喷射器22；喷射器22出口与冷凝器23相连，工作流体和引射流体在喷射器22中混合，混合流体进入冷凝器23；冷凝器23通过毛细层24与发生器20连接；所述的毛细层24附着在冷凝器23、发生器20和蒸发器21的内表面，气态制冷剂在冷凝器23中被冷凝为液态，液态制冷剂被吸入毛细层24；根据毛细原理，液态制冷剂克服压力差，从冷凝器23沿着毛细层24流回发生器20和蒸发器21；发生器20中的毛细层24储存着液态制冷剂，当1号换热器19为发生器20提供热量时，毛细层24中的液态制冷剂就会蒸发，开始下一个循环。
本发明的工作原理如下：
本发明主要提供一种带有喷射器模块27的冷热温饮水机系统；喷射器22是一种可以有效利用低品位能源的流体机械，与其他余热驱动的制冷方式相比，喷射式制冷最大的优势在于可以在较低温度的热源下工作；根据实验表明，当热源温度低于60℃时候，喷射式制冷仍然可以正常工作；在该系统中，利用电加热丝6为热水进行加热，得到98℃左右的开水；然后利用加热后的开水来加热发生器20中的制冷剂，使制冷剂蒸发并作为喷射器22的工作流体，从而驱动喷射器22工作；同时换热后的开水温度从98℃降低到55℃左右，作为可以饮用的温开水；工作流体在喷嘴25出口处膨胀降压，形成一个低压区，蒸发器21中的制冷剂因为压力的急剧降低而迅速蒸发并吸收外界的热量，最终制得10℃左右的冷水；发生器20和蒸发器21的热量最终被冷凝器23带走，缓冲罐4与冷凝器23接触，减少热量的耗散；因此该系统只需要消耗电热管这一部分的能量，就可以同时得到冷、热、温三种不同温度的饮用水；加入一个缓冲罐4用于回收蒸发后的制冷剂的热量，因此大大减少了对外界环境造成的影响。
喷射器模块27通过1号换热器19与开水罐7和温开水罐12连接；98℃的开水经过1号换热器19后降低温度至55℃的温开水，这一部分能量用于加热发生器20；发生器20中的制冷剂迅速吸热蒸发，作为喷射器22的工作流体进入喷嘴25，并在喷嘴25出口处膨胀降压，形成一个低压区；蒸发器21中的制冷剂因为压力的急剧降低而迅速蒸发并吸收外界的热量，从而达到制冷的目的；蒸发后的气态制冷剂作为喷射器22的引射流体而被引射；工作流体和引射流体在混合室中充分混合，通过喷射器的扩张段将动能转化为压力能后进入冷凝器23；冷凝器23通过3号换热器18与缓冲罐4进行热量交换，将气态制冷剂的热量传递给缓冲罐4；气态制冷剂被冷凝为液态，同时预热了缓冲罐4中的水，提高了开水罐7的进水温度；该模块中压力最高的地方是发生器20，为了能让制冷剂从压力较低的冷凝器23顺利回到发生器20，利用毛细原理来克服发生器20和冷凝器23之间的压力差；具体实施方案是在冷凝器23、发生器20和蒸发器21之间布置毛细层24材料，冷凝器23中的液态制冷剂会通过毛细力沿着毛细层24回到发生器20和蒸发器21。
本发明的工作方法如下：
当工作的时候，打开加热开关，电加热丝6开始通电工作，加热开水罐7中的饮用水。当开水罐7的水温达到98℃时，温控器触点断开，切断加热回路。当水温下降到设定温度时，温控触点接通电源回路，电加热通电加热，将开水罐7的水温重新加热到98℃，依次反复使得开水保持在98℃左右。开水罐7的水温达到98℃时，开水罐出口管5的出水阀开启，开水进入1号换热器19，与发生器20中的制冷剂充分换热。开水温度降低到55℃左右，通过温开水罐进口管11进入到温开水罐12。发生器20中的制冷剂吸收热量而蒸发，形成高温高压的工作流体进入喷射器22，并在喷嘴25出口膨胀降压，形成一个低压区。蒸发器21中的制冷剂因为压力的急剧下降而迅速蒸发，吸收环境的热量，并通过2号换热器14将冷量传递给冷水罐15。混合后的气态制冷剂经过喷射器22出口进入冷凝器2中，通过3号换热器18将热量传递给缓冲罐4，预热缓冲罐4的水并提高开水罐7的进水温度。冷凝后的液态制冷剂通过毛细层24被重新运回发生器20和蒸发器21，重新开始下一个循环。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但本领域内的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本发明中的实施方式和所采用的连接控制方式做出多种变更和修改，而不背离本发明的原理和实质。

Claims (1)

1.一种高效节能的冷热温饮水机，其特征在于：包括饮水机模块和喷射器模块(27)；所述的饮水机模块包括水桶(1)、进水座(2)、缓冲罐(4)、开水罐(7)、电加热丝(6)、换气管(9)、开水出水器(8)、温开水罐(12)、温开水出水器(13)、冷水罐(15)、冷水出水器(16)、2号换热器(14)和3号换热器(18)；所述的水桶(1)经进水座(2)和缓冲罐进口管(3)与缓冲罐(4)连接；所述的缓冲罐(4)经开水罐进口管(5)与开水罐(7)连接，所述的开水罐(7)内设置电加热丝(6)，开水罐(7)上设置开水出水器(8)，开水罐(7)通过开水罐出口管(10)与喷射器模块(27)连接；所述的温开水罐(12)通过温开水罐进口管(11)与喷射器模块(27)连接，温开水罐(12)上设置温开水出水器(13)；开水罐(7)中的热水通过开水罐出口管(10)进入喷射器模块(27)，换热后降温为温开水并通过温开水罐进口管(11)进入温开水罐(12)；喷射器模块(27)中的蒸发器(21)与冷水罐(15)之间设置2号换热器(14)，喷射器模块(27)中的冷凝器(23)与缓冲罐(4)之间设置3号换热器(18)；所述的冷水罐(15)经冷水罐进口管(17)与进水座(2)直接相连，冷水罐(15)上设置冷水出水器(16)；所述的缓冲罐(4)与开水罐(7)之间设置换气管(9)；
所述的喷射器模块(27)包括1号换热器(19)、发生器(20)、喷嘴(25)、引射口(26)、喷射器(22)、冷凝器(23)和毛细层(24)；所述的1号换热器(19)通过开水罐出口管(10)和温开水罐进口管(11)分别与开水罐(7)和温开水罐(12)相连，热水经过开水罐出口管(10)进入1号换热器(19)，换热后降温为温开水，并经过温开水罐进口管(11)进入温开水罐(12)；1号换热器(19)还与发生器(20)连接，为发生器(20)提供热量；发生器(20)与喷嘴(25)相连通，发生器(20)中的制冷剂受热蒸发后作为工作流体通过喷嘴(25)进入喷射器(22)；所述的蒸发器(21)通过引射口(26)和喷射器(22)相连通，蒸发器(21)中的制冷剂蒸发后作为引射流体通过引射口(26)进入喷射器(22)；喷射器(22)出口与冷凝器(23)相连，工作流体和引射流体在喷射器(22)中混合，混合流体进入冷凝器(23)；冷凝器(23)通过毛细层(24)与发生器(20)连接；所述的毛细层(24)附着在冷凝器(23)、发生器(20)和蒸发器(21)的内表面，气态制冷剂在冷凝器(23)中被冷凝为液态，液态制冷剂被吸入毛细层(24)；根据毛细原理，液态制冷剂克服压力差，从冷凝器(23)沿着毛细层(24)流回发生器(20)和蒸发器(21)；发生器(20)中的毛细层(24)储存着液态制冷剂，当1号换热器(19)为发生器(20)提供热量时，毛细层(24)中的液态制冷剂就蒸发，开始下一个循环。
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