CN110200504B - 一种热声型冷热直饮水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热声型冷热直饮水机，利用热声制冷加热原理制备饮用冷水和热水，所述热声型冷热直饮水机包括制冷水箱(11)和加热水箱(12)，还包括热声制冷机(10)，该热声制冷机(10)的热端置于加热水箱(12)，冷端置于制冷水箱(11)内。与现有技术相比，本发明具有制备冷水速度快、噪音小和节能高效等优点。

Description

一种热声型冷热直饮水机

技术领域

本发明涉及一种直饮水机系统，尤其是涉及一种热声型冷热直饮水机。

背景技术

饮水机对于满足人们每天不可或缺的饮水需求具有重要意义。传统冷热饮水机为桶装水饮水机，而近年来由于部分桶装水经营商不遵守法律法规，擅自延长饮水桶的使用寿命，导致频繁发生桶装水安全问题，损害消费者的合法权益。传统饮水机的制冷方式为压缩机制冷，加热方式为电加热。压缩机制冷需要使用制冷剂，其制冷过程会造成排放；而采用电加热的加热方式是不节能的加热技术，其利用效率比较低，不符合国家节能减排的政策。此外，对于压缩机制冷而言，其使用的回转式压缩机会造成较大的噪声，对用户造成不好的影响。

近年来，随着过滤净化技术的不断发展，直饮水机开始发展。其水源不再使用桶装水，而是经过过滤净化的自来水。现有的冷热直饮水机采用的制冷方式为半导体制冷，加热方式依然为电加热。半导体制冷相对于压缩机制冷具有不使用制冷剂、噪声小等优点，但是根据目前半导体制冷技术的发展情况来看，其也存在着许多不足之处。第一个不足之处在于其冷热端温差较小。目前应用的半导体制冷技术热端最高只可达到约60℃左右，不能够满足加热热水的需求，因此加热热水仍需采用电加热的方式，着就会导致半导体制冷片热端热能浪费，造成不节能的情况；第二个不足之处在于其制冷效率比较低。对于半导体制冷而言，其制冷能效比大概在0.1至0.2左右，即每100W的耗电量可以获得10W至20W的制冷量。而目前使用的压缩机型饮水机的制冷能效比可以达到1.1左右，即每100W的耗电量可以获得110W的制冷量，远远超过半导体制冷技术，可见半导体制冷技术的能源利用效率比较低；第三个不足之处是半导体制冷的电源只能采用直流电，对于电源适配器的要求比较高；第四个不足之处在于半导体制冷对于热端散热要求比较高。主要存在以下两个问题，首先是普通的散热风扇无法满足半导体制冷片热端的散热需求，无法为其提供足够的散热能力，容易造成制冷片过热损坏。其次是半导体制冷所使用的散热片间距较小且暴露在空气中，导致其容易被灰尘堵住，降低散热片的换热性能，这样就会导致半导体制冷片温度过高而烧毁，从而影响整个饮水机的使用安全。上述问题阻碍了冷热直饮水机的发展和进一步推广，热声型冷热直饮水机可较好地解决这些问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够替代现有的压缩机型饮水机和半导体型饮水机的新型冷热直饮水机，解决目前饮水机存在的能源利用率低、环保性较差、耗能较高、噪音较大的问题，进而提出一种热声型冷热直饮水机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种热声型冷热直饮水机，利用热声制冷加热原理制备饮用冷水和热水，包括制冷水箱和加热水箱，其特征在于，还包括热声制冷机，该热声制冷机的热端置于加热水箱，冷端置于制冷水箱内。

采用的热声制冷机为市售产品，或现有文献中公开的产品，例如采用发明CN201710874780.6公开的热声制冷机。热声制冷机工质为氦气，内部构件包括直线压缩机组、推移活塞、板弹簧、脉管、回热器、冷端换热器和热端换热器，所述的直线压缩机组采用双直线压缩机对置的形式，并用直线电机驱动。通过直线压缩机组对氦气的压缩，可以使脉管中产生交变的压力波，进而可以产生温差、产生冷端和热端；所述的推移活塞和板弹簧相连，置于两个直线压缩机的中间，通过往复运动调节压力波的相位；所述的脉管由管道与压缩机组出气口相连，外部与回热器相连；所述的冷热端换热器均采用翅片式换热器。

进一步地，所述的饮水机还包括通过管道依次连接的自来水接口、饮用水过滤器、水泵，第一控制阀，第一水龙头和第二水龙头，该第一控制阀分别连接制冷水箱和加热水箱。

饮用水过滤器入口端通过连接管与自来水入口连通，出口端通过连接管与水泵连通，水泵出口端通过连接管与第一控制阀的接口连通，第一控制阀的另外两个接口分别通过连接管与制冷水箱和加热水箱连通，热声制冷机两端与制冷水箱和加热水箱通过固定的方式连接。制冷水箱出口端通过连接管与第一水龙头连通。加热水箱出口端通过连接管与第二水龙头连通。

自来水经过水泵的作用进入饮用水过滤器，经过饮用水过滤器过滤成为可以直接饮用的饮用水，之后可以经过制冷或加热处理成为符合人们需求的冷水或热水。

进一步地，所述的加热水箱的出水口还连接有温水储水箱和热水储水箱，用于实现实时提供温水和热水。

进一步地，所述的温水储水箱内设有第一电热管；所述的热水储水箱内设有第二电热管。

进一步地，所述的制冷水箱出水口还连接有冷水储水箱，该冷水储水箱内设有半导体制冷片。

进一步地，所述的加热水箱外表面设有第一散热风扇。

进一步地，所述的加热水箱与第一散热风扇之间设有第一风扇隔板。

进一步地，所述的制冷水箱外表面设有第二散热风扇。

进一步地，所述的制冷水箱与第二散热风扇之间设有第二风扇隔板。

热声型冷热直饮水机还设有第一散热风扇控制系统和第二散热风扇控制系统。第一散热风扇控制系统通过检测加热水箱的外表面温度，控制第一风扇隔板的启停；第二散热风扇控制系统通过检测制冷水箱的外表面温度，控制第二散热风扇的启停。

第一散热风扇、第一风扇隔板、第二散热风扇和第二风扇隔板的设置，保证制冷水箱或加热水箱不会因温度过低或过高而发生故障。

制备冷水时，控制阀将水泵与制冷水箱连通，同时热声制冷机启动，待水流入制冷水箱并达到设定值后控制阀关闭，饮用水在制冷水箱中由热声制冷机冷端换热器制冷，待饮用水温度降低至设定温度下限值后，热声制冷机关闭，冷水储存在制冷水箱中，当用户饮用冷水时可打开水龙头进行取水。当用户未及时取水而导致水温上升至设定上限值时，热声制冷机重新启动，直至冷水水温重新降低至设定下限值。冷端换热器(翅片换热器)是制冷的主要设备，冷端换热器内侧的低温氦气与外侧的高温饮用水进行换热，以降低制冷水箱中饮用水的温度。

制备热水时，控制阀将水泵与制热水箱连通，同时热声制冷机启动，待水流入加热水箱并达到设定值后控制阀关闭，饮用水在加热水箱中由热声制冷机热端换热器加热，待饮用水温度升高至设定温度上限值后，热声制冷机关闭，当用户饮用热水时可打开水龙头进行取水。热端换热器和冷端换热器同为翅片换热器，由内侧的高温氦气与外侧的低温饮用水进行换热，以升高加热水箱中饮用水的温度。

本发明中，主要控制水流路的原件为控制阀。

本发明热声型冷热直饮水机，依据热声制冷制热原理，采用氦气为制冷工质。热声制冷机具有冷热端温差大的优点，可以很容易达到100℃的温差，将其应用在饮水机当中可以使制冷和加热只采用一个系统，有效地节约了能源。此外，热声制冷不采用制冷剂，可以保证制冷过程零排放，同时其制冷能效比也不会很低。目前还没有利用热声制冷机进行制热制热的饮水机，这也是一次大胆的尝试。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明依据热声制冷加热原理，一个系统能够同时进行制冷和加热，节约了能源，并且本发明运行过程保证零排放，绿色环保。

(2)本发明装置中的热声制冷机具有冷热端温差大的优点，很容易就达到100℃的温差，制备冷水速度更快；热声制冷机中直线压缩机比回转压缩机的噪音小。

(3)本发明设有多个检测控制系统，能够安全高效地自动运行。

(4)本发明设有温水储水箱，具有提供温水的功能，提高了用户体验性。

(5)本发明设有冷水储水箱、温水储水箱和热水储水箱，能够实时提供饮用水，并且都设有电热管和制冷片，及其控制系统，确保三种饮用水在设定的温度范围内，具备保温功能，提高了用户体验性。

(6)本发明在制冷水箱和加热水箱上都设有散热风扇和对应的散热风扇控制系统，保证制冷水箱和加热水箱不会因温度过低或过高而发生故障，提高了本发明的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例热声型冷热直饮水机结构示意图；

图2为本发明实施例带水泵和过滤器的热声型冷热直饮水机结构示意图；

图3为本发明实施例热声型冷热温直饮水机结构示意图；

图4为本发明实施例带保温的热声型冷热温直饮水机结构示意图；

图5为本发明实施例带蓄冷水热声型冷热温直饮水机结构示意图；

图6为本发明实施例结构示意图；

图7为本发明实施例结构示意图；

图中，自来水入口1，饮用水过滤器3，水泵5，控制阀7，热声制冷机10，制冷水箱11，加热水箱12，第一水龙头14，第二水龙头16，连接管2，连接管4，连接管6，连接管8，连接管9，连接管13，连接管15，连接管17，连接管20，连接管22，连接管25，温水储水箱18，第一电热管19，第二控制阀21，热水储水箱23，第二电热管24，第三水龙头26，热端风扇隔板27，第一散热风扇28，冷端风扇隔板29，第二散冷风扇30，冷水储水箱31，半导体制冷片32。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种热声型冷热直饮水机(如图1)，在现有饮水机内设置热声制冷机10、加热水箱12、制冷水箱11、第一水龙头14和第二水龙头16。热声制冷机10所用工质为氦气，其内部构件包括直线压缩机组、推移活塞、板弹簧、脉管、回热器、冷端换热器和热端换热器，直线压缩机组采用双直线压缩机对置的形式，并用直线电机驱动。通过直线压缩机组对氦气的压缩，可以使脉管中产生交变的压力波，进而可以产生温差、产生冷端和热端。推移活塞和板弹簧相连，置于两个直线压缩机的中间，通过往复运动调节压力波的相位。脉管由管道与压缩机组出气口相连，外部与回热器相连。冷热端换热器均采用翅片式换热器。冷端换热器设在制冷水箱内部，热端换热器和压缩机组设在加热水箱内部，其余部分不在水箱内。加热水箱12和第二水龙头16连通，制冷水箱11和第一水龙头14连通。

热声制冷机10的启停根据加热水箱12和制冷水箱11中水的温度来控制，在加热水箱12中设有加热水箱温度控制器，在制冷水箱11中设有制冷水箱温度控制器，加热水箱温度控制器和制冷水箱温度控制器都能控制热声制冷机10的启停。

实施例2

一种带水泵和过滤器的热声型冷热直饮水机(如图2)，包括实施例1所述热声制冷机10、加热水箱12、制冷水箱11、第一水龙头14和第二水龙头16，还包括自来水入口1、饮用水过滤器3、水泵5、第一控制阀7、第一水龙头14，第二水龙头16，各组件之间相互连接用的连接管(如图2中标记2，4，6，8，9，13，15均为连接管)。饮用水过滤器3入口端通过连接管2与自来水入口1连通，出口端通过连接管4与水泵5连通，水泵5出口端通过连接管6与第一控制阀7的接口7A连通，第一控制阀7的另外两个接口7B、7C分别通过连接管8、连接管9与制冷水箱11和加热水箱12连通，热声制冷机10两端与制冷水箱11和加热水箱12通过固定的方式连接，制冷水箱11出口端通过连接管13与第一水龙头14连通。加热水箱12出口端通过连接管15与第二水龙头16连通。

第一控制阀7接口的开通和闭合根据加热水箱12和制冷水箱11中水的液位来控制，在加热水箱12中设有加热水箱液位控制器，在制冷水箱11中设有制冷水箱液位控制器，加热水箱液位控制器控制第一控制阀7接口7B的开通和闭合，制冷水箱液位控制器控制第一控制阀7接口7C的开通和闭合。

自来水经过水泵5的作用进入过滤器，经过饮用水过滤器3过滤成为可以直接饮用的饮用水，之后可以经过制冷或加热处理成为符合人们需求的冷水或热水。

制备冷水时，控制阀7的接口7A、7C互通。自来水由自来水入口1在水泵5的作用下被吸入，经连接管2进入饮用水过滤器3进行过滤净化，成为可以直接饮用的饮用水。过滤后的饮用水再经连接管4进入水泵5，经连接管6进入控制阀7，经连接管8进入制冷水箱11。当制冷水箱11中的饮用水达到设定值后，控制阀7接口7C关闭。此后由热声制冷机10与饮用水换热，达到设定温度下限值后，热声制冷机10关闭，冷水储存在制冷水箱11中。用户接取冷水时打开第一水龙头14，冷水可经连接管13和第一水龙头14被用户接出。当用户未及时接水而导致水温上升至设定上限值时，热声制冷机10重新启动，直至冷水温度重新达到设定下限值。

制备热水时，控制阀7的接口7A、7B互通。自来水由自来水入口1在水泵5的作用下被吸入，经连接管2进入饮用水过滤器3进行过滤净化，成为可以直接饮用的饮用水。过滤后的饮用水再经连接管4进入水泵5，经连接管6进入控制阀7，经连接管9进入加热水箱12。当加热水箱12中的饮用水达到设定值后，控制阀7接口7B关闭。此后由热声制冷机10与饮用水换热，达到设定温度上限值后，热声制冷机10关闭，用户接取热水时打开第二水龙头16，热水可经连接管15和第一水龙头16被用户接出。

实施例3

一种热声型冷热温直饮水机(如图3)，在实施例2的基础上增设有第二控制阀21、温水储水箱18、热水储水箱23和第三水龙头26。加热水箱12出口端通过连接管15与第二控制阀21的接口21A连通，第二控制阀21的另外两个接口21B、21C分别通过连接管17、连接管22与温水储水箱18和热水储水箱23连通，温水储水箱18出口端通过连接管20与第二水龙头16连通，热水储水箱23出口端通过连接管25与第三水龙头26连通。

制备冷水过程与例1相同。制备温水(或热水)时，第一控制阀7的接口7A、7B互通。自来水由自来水入口1在水泵5的作用下被吸入，经连接管2进入饮用水过滤器3进行过滤净化，成为可以直接饮用的饮用水。过滤后的饮用水再经连接管4进入水泵5，经连接管6进入第一控制阀7，经连接管9进入加热水箱12。当加热水箱12中的饮用水达到设定值后，第一控制阀7接口7B关闭。此后由热声制冷机10与饮用水换热，达到设定温度上限值后，热声制冷机10关闭，第二控制阀21的接口21A、21B(或21C)互通，温水(或热水)经连接管15进入第二控制阀21，再经连接管17(或连接管22)进入温水储水箱18(或热水储水箱23)。用户接取温水(或热水)时打开第二水龙头16(或第三水龙头26)，温水(或热水)可经连接管20(或连接管25)和第二水龙头16(或第三水龙头26)被用户接出。

实施例4

一种带保温的热声型冷热温直饮水机(如图4)，在实施例3的基础上增设有第一电热管19和第二电热管24。第一电热管19与温水储水箱18底部采用固定方式连接。第二电热管24与热水储水箱23底部采用固定方式连接。

第一电热管19的启停根据温水储水箱18中水的温度来控制，在温水储水箱18中设置温水温度控制器，温水温度控制器控制第一电热管19的启停。第二电热管24的启停根据热水储水箱23中水的温度来控制，在热水储水箱23中设置热水温度控制器，热水温度控制器控制第二电热管19的启停。当用户未及时接水而导致水温下降(或上升)至设定下限值(或上限值)时，第一电热管19(或第二电热管24)启动，对温水(或热水)进行加热，直至其温度重新达到设定上限值。

实施例5

一种带蓄冷水热声型冷热温直饮水机(如图5)，在实施例4的基础上增设有冷水储水箱31和半导体制冷片32。冷水储水箱31入口端由水管与制冷水箱11连通，出口端与第一水龙头14连通。半导体制冷片32与冷水储水箱31底部采用固定方式连接。

半导体制冷片32的启停根据冷水储水箱31中水的温度来控制，在冷水储水箱31中设置冷水温度控制器，冷水温度控制器控制半导体制冷片32的启停。当用户未及时接水而导致水温上升至设定上限值时，半导体制冷片32启动，对冷水进行制冷，直至其温度重新达到设定下限值。

实施例6

一种带散热散冷的热声型冷热温直饮水机(如图6)，在实施例4的基础上增设有热端风扇隔板27，第一散热风扇28，冷端风扇隔板29和第二散冷风扇30。散热风扇28与加热水箱12通过固定的方式连接，热端风扇隔板27在两者之间，散冷风扇30与制冷水箱11通过固定的方式连接，冷端风扇隔板29在两者之间。

热端风扇隔板27的开闭和第一散热风扇28的启停根据加热水箱12的外表面温度来控制，在加热水箱12的外表面设有第一水箱温度控制器，第一水箱温度控制器控制热端风扇隔板27的开闭和第一散热风扇28的启停。

冷端风扇隔板29的开闭和第二散冷风扇30的启停根据制冷水箱11的外表面温度来控制，在制冷水箱11的外表面设有第二水箱温度控制器，第二水箱温度控制器控制冷端风扇隔板29的开闭和第二散冷风扇30的启停。

制备冷水、热水、温水过程与例2相同。

当冷热水需求不协调导致制冷水箱11温度过低时，冷端风扇隔板29打开，散第二散冷风扇30启动。或当加热水箱12温度过高时，热端风扇隔板27打开，第二散热风扇28启动，以保证制冷水箱11或加热水箱12不会因温度过低或过高而发生故障。

实施例7

一种带散热散冷的热声型冷热温直饮水机(如图7)，在实施例4的基础上增设有热端风扇隔板27，散热风扇28，冷端风扇隔板29和散冷风扇30，其增设结构与实施例6相同。

Claims (10)

1.一种热声型冷热直饮水机，包括制冷水箱（11）和加热水箱（12），其特征在于，还包括热声制冷机（10），该热声制冷机（10）的热端置于加热水箱（12）内，冷端置于制冷水箱（11）内；所述的热声制冷机（10）内部构件包括直线压缩机组、推移活塞、板弹簧、脉管、回热器、冷端换热器和热端换热器，通过直线压缩机组使脉管中产生交变的压力波，进而产生温差。

2.根据权利要求1所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的饮水机还包括通过管道依次连接的自来水接口（1）、饮用水过滤器（3）、水泵（5）和第一控制阀（7），该第一控制阀（7）分别连接制冷水箱（11）和加热水箱（12）。

3.根据权利要求1所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的加热水箱（12）的出水口还连接有温水储水箱（18）和热水储水箱（23）。

4.根据权利要求3所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的温水储水箱（18）内设有第一电热管（19）；所述的热水储水箱（23）内设有第二电热管（24）。

5.根据权利要求1所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的制冷水箱（11）出水口还连接有冷水储水箱（31），该冷水储水箱（31）内设有半导体制冷片（32）。

6.根据权利要求1所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的加热水箱（12）外表面设有第一散热风扇（28）。

7.根据权利要求6所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的加热水箱（12）与第一散热风扇（28）之间设有第一风扇隔板（27）。

8.根据权利要求1所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的制冷水箱（11）外表面设有第二散热风扇（30）。

9.根据权利要求1所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的制冷水箱（11）与第二散热风扇（30）之间设有第二风扇隔板（29）。

10.根据权利要求1所述的一种热声型冷热直饮水机，其特征在于，所述的热声制冷机（10）的工质为氦气。

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