CN108344168B - 具有开水热能回收控制功能的智能开水装置 - Google Patents

具有开水热能回收控制功能的智能开水装置 Download PDF

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Abstract

具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其中，自来水入水端与第二两位两通常闭电磁阀、第一两位两通常闭电磁阀的P口连接，第一两位两通常闭电磁阀的A口与太阳能集热器的入口端连接，太阳能集热器出口端与内层储水箱的入口连接，内层储水箱的出口与两位三通电磁阀的P1口连接；第二两位两通常闭电磁阀的A口与外层储水箱的入口连接，外层储水箱的出口与两位三通电磁阀的P2口连接；并在内层储水箱的外围设置有热交换管道，通过单片机控制电磁流量阀的通断以此控制流经电磁流量阀的流量，输出多种水质以供学生生活用水需求，并在出水端设置温度传感器，以实时监测出水端温度，实现开水热能回收，达到节能与流量匹配。

Description

具有开水热能回收控制功能的智能开水装置
技术领域
本发明涉及饮水装置技术领域，尤其涉及一种具有开水热能回收控制功能的智能开水装置。
背景技术
开水器在我国的普及率极高，据统计，大学校园约90％的热水饮用直接来自开水器，同时，开水器的耗电量在学校能耗中也占有较大比例。目前市场上的开水器主要有沸腾式、即热式和步进式，沸腾式开水器是在箱体内部将冷热水分离存储，但易出现“千滚水”现象，步进式开水器逐层补水，逐步加热，即热式开水器即开即用，不使用不耗电，但功率较大。其中，即热式开水器在校园应用中最为广泛，但其功能单一，只能提供开水，且热式开水器终端的热能在流出过程中被白白浪费，进而造成能量浪费。
与此同时，校园内建筑物顶层拥有良好的光照条件，特别是校园学生公寓与图书馆顶层拥有广阔的空间，平时处于闲置，而夏日强烈的太阳光直接辐射顶层，也严重影响学生住宿的舒适度，故如何将校园内建筑物顶层广阔的空间与充足的光能有效利用，进而满足学生生活用水需求，实现节能降耗已经成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，包括装载有APP的智能终端、单片机、内层储水箱、外层储水箱、加热管、数字调压器、三位四通电磁阀、出水端、热交换管道、第二两位两通常闭电磁阀、第一两位两通常闭电磁阀、太阳能集热器及自来水入水端，其中，自来水入水端分别与第二两位两通常闭电磁阀、第一两位两通常闭电磁阀的P口连接，第一两位两通常闭电磁阀的A口与太阳能集热器的入口端连接，太阳能集热器出口端与内层储水箱的入口连接，内层储水箱的出口与两位三通电磁阀的P1口连接；第二两位两通常闭电磁阀的A口与外层储水箱的入口连接，外层储水箱的出口与两位三通电磁阀的P2口连接；内层储水箱设置在外层储水箱内，热交换管道置于内层储水箱外围；两位三通电磁阀的A口与加热管的入口连接，加热管的出口与三位四通电磁阀的B口连接，三位四通电磁阀的T口与出水端连接，三位四通电磁阀的P口与热交换管道的入口端连接，热交换管道的出口端与电磁流量阀的A口连接，电磁流量阀的B口与三位四通电磁阀的A口连接，并在出水端设置有第三温度传感器；外层储水箱内设置有第一温度传感器与第二液位传感器，内层储水箱内设置有第二温度传感器与第一液位传感器；同时智能终端、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、两位三通电磁阀、三位四通电磁阀、电磁流量阀、第一液位传感器、第二液位传感器、第二两位两通常闭电磁阀、第一两位两通常闭电磁阀分别与单片机连接。
在本发明中，太阳能集热器为串联连接。
在本发明中，在太阳能集热器出口端与内层储水箱的入口之间设置有净水器。
在本发明中，热交换管道呈螺旋状置于内层储水箱外围。
在本发明中，热交换管道上设置有多个翅片，且翅片为螺旋折流板三维肋翅片，螺旋导流使水的流速分布均匀，以消除水流动的返混现象，进而减少流体流动的死区，流体在螺旋流道内作非正交绕流，有效强化传热效率。
在本发明中，加热管内部设置有用于加热的电极，且加热管外层入口处由纯二氧化硅晶体制成，中间设置有镀膜，加热管外层出口处设置有镀银电极涂层。
在本发明中，加热管上设置有数字调压器，且数字调压器与单片机连接，单片机根据第一温度传感器与第二温度传感器检测的水温信号反馈，实时通过数字调压器调整加热管的加热电压，从而保证以最低的电能损耗将流入加热管的水加热至沸腾温度。
在本发明中，内层储水箱与外层储水箱均为保温材料制成。
在本发明中，内层储水箱与外层储水箱为套筒式结构。
有益效果：本发明利用安装在校园建筑物顶层的太阳能集热器结合热交换管道、套筒式结构的内外层储水箱与智能终端，输出多种水质以供学生生活用水需求，并在出水端设置温度传感器，以实时监测出水端温度，实现开水热能回收，达到节能与流量匹配；具有绿色环保、节能高效、方便快捷、能源循环的优点，性能优异，节水效果显著，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，包括装载有APP的智能终端1、单片机2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、内层储水箱5、外层储水箱6、两位三通电磁阀7、加热管8、数字调压器9、三位四通电磁阀10、出水端11、第三温度传感器12、电磁流量阀13、第一液位传感器14、第二液位传感器15、热交换管道16、净水器17、第二两位两通常闭电磁阀18、第一两位两通常闭电磁阀19、太阳能集热器20及自来水入水端21，其中，自来水入水端21通过管道分别连接第二两位两通常闭电磁阀18和第一两位两通常闭电磁阀19的P口，第一两位两通常闭电磁阀19的A口连接太阳能集热器20的入口端，太阳能集热器20自身采用串联方式连接，太阳能集热器20出口端连接净水器17的入口，净水器17的出口连接内层储水箱5的入口，内层储水箱5的出口连接两位三通电磁阀7的P1口；第二两位两通常闭电磁阀18的A口连接外层储水箱6的入口，外层储水箱6的出口连接两位三通电磁阀7的P2口；两位三通电磁阀7的A口连接加热管8的入口，加热管8的出口连接三位四通电磁阀10的B口，三位四通电磁阀10的T口连接出水端11，三位四通电磁阀10的P口连接热交换管道16的入口端，热交换管道16的出口端连接电磁流量阀13的A口，电磁流量阀13的B口连接三位四通电磁阀10的A口，第三温度传感器12设置在出水端11；内层储水箱5设置于外层储水箱6内，热交换管道16置于外层储水箱6内且螺旋设置于内层储水箱5的外围；外层储水箱6内设置有第一温度传感器3与第二液位传感器15，内层储水箱5内设置有第二温度传感器4与第一液位传感器14，加热管8上设置有数字调压器9；智能终端1、第一温度传感器3、第二温度传感器4、两位三通电磁阀7、数字调压器9、三位四通电磁阀10、第三温度传感器12、电磁流量阀13、第一液位传感器14、第二液位传感器15、第二两位两通常闭电磁阀18、第一两位两通常闭电磁阀19分别与单片机2连接。
在本实施例中，加热管8内部设置有用于加热的电极，且加热管8外层入口处由纯二氧化硅晶体制成，中间设置有镀膜，加热管8外层出口处设置有镀银电极涂层。
在本实施例中，第二两位两通常闭电磁阀18与第一两位两通常闭电磁阀19为常闭状态，两位三通电磁阀7常态时，两位三通电磁阀7的P1口与A口连接，三位四通电磁阀10常态中位机能为A、B、P、T四个端口相互关闭，内层储水箱5与外层储水箱6相互独立互不接通；在具有开水热能回收控制功能的智能开水装置安装完毕后进行系统初始化，单片机2控制第一两位两通常闭电磁阀19得电以接通第一两位两通常闭电磁阀19的P口和A口，自来水进入太阳能集热器20加热后输送至净水器17，由净水器17处理后输送至内层储水箱5，内层储水箱5内的水经两位三通电磁阀7进入加热管8备用，当内层储水箱5内的水达到上限设定值时，单片机2控制第一两位两通常闭电磁阀19失电以断开第一两位两通常闭电磁阀19的P口和A口，与此同时，单片机2控制第二两位两通常闭电磁阀18得电以接通第二两位两通常闭电磁阀18的P口和A口，自来水进入外层储水箱6，当外层储水箱6内的水达到上限设定值时，单片机2控制第二两位两通常闭电磁阀18失电以断开第二两位两通常闭电磁阀18的P口和A口，此时系统初始化完成，内层储水箱5内的水与外层储水箱6内的水处于自然热交换状态，可输出三种水质以供不同的生活需求，1、未经高温加热的生活用温水，2、经高温加热后的高温饮用水，3、经高温加热后再降温处理的直饮水(直饮水温度在30～50℃)，具体控制步骤如下：
1、获取生活用温水
当通过智能终端1发出生活用温水信号时，单片机2根据智能终端1的指示发出的信号指令控制三位四通电磁阀10左端电磁铁得电以接通三位四通电磁阀10的B口与T口，内层储水箱5内的水经两位三通电磁阀7、加热管8与三位四通电磁阀10由出水端11输出供使用；
2、获取高温饮用水
当通过智能终端1发出高温饮用水信号时，单片机2根据智能终端1的指示，采集第一温度传感器3检测的外层储水箱6内温度数据和第二温度传感器4检测的内层储水箱5内温度数据，若内层储水箱5内的水温高于外层储水箱6内的水温，则两位三通电磁阀7处于失电状态，内层储水箱5内的水经两位三通电磁阀7流入加热管8内，若外层储水箱6内的水温高于内层储水箱5内的水温，则单片机2控制两位三通电磁阀7处于得电状态以接通两位三通电磁阀7的P2口和A口，使外层储水箱6内的水经两位三通电磁阀7流入加热管8内，此时由单片机2通过数字调压器9控制加热管8加热流入加热管8内的水至沸腾状态后输出，同时单片机2控制三位四通电磁阀10左端电磁铁得电以接通三位四通电磁阀10的B口和T口，使加热管8内输出的高温饮用水经三位四通电磁阀10由出水端11输出供使用；
3、获取直饮水
当智能终端1发出直饮水信号时，单片机2根据智能终端1的指示，采集第一温度传感器3检测的外层储水箱6内温度数据和第二温度传感器4检测的内层储水箱5内温度数据，若内层储水箱5内的水温高于外层储水箱6内的水温，则两位三通电磁阀7处于失电状态，内层储水箱5内的水经两位三通电磁阀7流入加热管8内，若外层储水箱6内的水温高于内层储水箱5内的水温，则单片机2控制两位三通电磁阀7处于得电状态以接通两位三通电磁阀7的P2口和A口，使外层储水箱6内的水经两位三通电磁阀7流入加热管8内，此时由单片机2通过数字调压器9控制加热管8加热流入加热管8内的水至沸腾状态后输出，同时单片机2控制三位四通电磁阀10右端电磁铁得电以使三位四通电磁阀10的B口与P口、A口与T口接通，加热管8内输出的高温水由三位四通电磁阀10的B口输入经P口输出后直接输入至热交换管道16内，热交换管道16与外层储水箱6内的水进行热交换后经电磁流量阀13调节流量，再由三位四通电磁阀10的A口输入经T口输出，由出水端11输出供使用；第三温度传感器12用于检测出水端11的水温并反馈至单片机2，单片机2将第三温度传感器12的检测值与智能终端1的输入值进行对比，若第三温度传感器12的检测值高于智能终端1的输入值，单片机2根据对比差值按比例控制调节电磁流量阀13降低通过流量，以增加高温水通过热交换管道16时与外层储水箱6内低温水的热交换时间，同时控制数字调压器9降低对加热管8的加热功率，以达到匹配节能降耗的效果，若第三温度传感器12的检测值低于智能终端1的输入值，单片机2根据对比差值按比例控制调节电磁流量阀13增加通过流量，同时控制数字调压器9提高对加热管8的加热功率，以达到与流量匹配的实时沸腾加热效果；
单片机2根据第一温度传感器3与第二温度传感器4检测的水温信号反馈，实时通过数字调压器9调整加热管8的加热电压，从而保证以最低的电能损耗将流入加热管8的水加热至沸腾温度；当第一液位传感器14检测内层储水箱5的水位低于下限预设定值时，单片机2控制第一两位两通常闭电磁阀19得电以接通第一两位两通常闭电磁阀19的P口和A口，自来水进入太阳能集热器20并推动太阳能集热器20内的已加热储备水经净水器17处理后输送至内层储水箱5进行补偿，当内层储水箱5的水位再次达到上限预设定值时，单片机2控制第一两位两通常闭电磁阀19失电以断开第一两位两通常闭电磁阀19的P口和A口，停止补充内层储水箱5水量，如此往复循环；当第二液位传感器15检测外层储水箱6的水位低于下限预设定值时，单片机2控制第二两位两通常闭电磁阀18得电以接通第二两位两通常闭电磁阀18的P口和A口，自来水进入外层储水箱6进行补偿，当外层储水箱6的水位再次达到上限预设定值时，单片机2控制第二两位两通常闭电磁阀18失电以断开第二两位两通常闭电磁阀18的P口和A口，停止补充外层储水箱6水量，如此往复循环。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，包括装载有APP的智能终端、单片机、内层储水箱、外层储水箱、加热管、数字调压器、三位四通电磁阀、出水端、热交换管道、第二两位两通常闭电磁阀、第一两位两通常闭电磁阀、太阳能集热器及自来水入水端，其特征在于，自来水入水端分别与第二两位两通常闭电磁阀、第一两位两通常闭电磁阀的P口连接，第一两位两通常闭电磁阀的A口与太阳能集热器的入口端连接，太阳能集热器出口端与内层储水箱的入口连接，内层储水箱的出口与两位三通电磁阀的P1口连接；第二两位两通常闭电磁阀的A口与外层储水箱的入口连接，外层储水箱的出口与两位三通电磁阀的P2口连接；内层储水箱设置在外层储水箱内，热交换管道置于内层储水箱外围；两位三通电磁阀的A口与加热管的入口连接，加热管的出口与三位四通电磁阀的B口连接，三位四通电磁阀的T口与出水端连接，三位四通电磁阀的P口与热交换管道的入口端连接，热交换管道的出口端与电磁流量阀的A口连接，电磁流量阀的B口与三位四通电磁阀的A口连接，并在出水端设置有第三温度传感器；外层储水箱内设置有第一温度传感器与第二液位传感器，内层储水箱内设置有第二温度传感器与第一液位传感器；同时智能终端、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、两位三通电磁阀、三位四通电磁阀、电磁流量阀、第一液位传感器、第二液位传感器、第二两位两通常闭电磁阀、第一两位两通常闭电磁阀分别与单片机连接。
2.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，太阳能集热器为串联连接。
3.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，在太阳能集热器出口端与内层储水箱的入口之间设置有净水器。
4.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，热交换管道呈螺旋状置于内层储水箱外围。
5.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，热交换管道上设置有多个翅片，且翅片为螺旋折流板三维肋翅片。
6.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，加热管内部设置有用于加热的电极，且加热管外层入口处由纯二氧化硅晶体制成，中间设置有镀膜，加热管外层出口处设置有镀银电极涂层。
7.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，加热管上设置有数字调压器，且数字调压器与单片机连接。
8.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，内层储水箱与外层储水箱均为保温材料制成。
9.根据权利要求1所述的具有开水热能回收控制功能的智能开水装置，其特征在于，内层储水箱与外层储水箱为套筒式结构。
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