CN112021939A - 基于变温的开水饮水设备及控制方法 - Google Patents

基于变温的开水饮水设备及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于变温的开水饮水设备及控制方法，属于饮水机温度控制技术领域。本发明包括净水器、热交换器、加热器、制冷器、阀门总成和控制器，其中：净水器包括依次连接的前置过滤器、RO膜、后置过滤器以及UV灯；热交换器包括与净水器相连的常温供水口、与加热器相连的交换口Ⅰ和交换口Ⅱ、与制冷器相连的交换供水口；加热器包括加热管、传感器Ⅰ，以及若干水位电极；制冷器包括冷水胆，以及位于冷水胆内的蒸发器和传感器Ⅱ，制冷器底部安装有冰排水口；阀门总成包括与净水器相连的常温水出口、与制冷器相连的冰水出口、与加热器相连的热开水出口，以及变温出水口。本发明结构精简且布局合理，功能先进且出水方式多样。

Description

基于变温的开水饮水设备及控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于变温的开水饮水设备及控制方法，属于饮水机温度控制技术领域。
背景技术
现有的无极变温饮水机控制系统，通常控制器采用PWM进行控制，希望得到温度精准的温水。例如，中国专利号201710050433.1公开了一种可以调节温度和出水量的智能饮水机，其通过检测热水胆内的温度，然后通过控制器控制热水胆和热交换器的出水量，从而精准控制出水温度。但是从其存在以下问题：(1)变量过多导致控制精度不高：温水的来源于热水胆和热交换器，变量一是热水胆内的温度与实际热水胆出水的实际温度存在差异，变量二是热水胆出水的速度和流量是变化的，变量三是热交换器的速度和流量是变化的，唯一可控的是热交换器的温度。因此在三个变量都不可控的情况下，即便采用PWM控制，也一定会存在误差。(2)出水量不可控：由于变量多的原因，因此PWM控制只允许取用某几个固定温度的温水，而不能根据客户需求选择不同数值的温水。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于变温的开水饮水设备及控制方法。
本发明所述的基于变温的开水饮水设备，包括净水器、热交换器、加热器、制冷器、阀门总成和控制器，其中：
净水器，用于过滤水体的杂质并对水体进行杀菌，位于饮水设备的下部，包括依次连接的前置过滤器、RO膜、后置过滤器以及UV灯；
热交换器，用于常温水和热开水的热量交换，位于饮水设备的后部，包括与净水器相连的常温供水口、与加热器相连的交换口Ⅰ和交换口Ⅱ、与制冷器相连的交换供水口；
加热器，用于水体的加热，位于饮水设备的上部，包括加热管、传感器Ⅰ，以及若干水位电极；加热器顶部安装有溢流口，底部安装有热排水口；
制冷器，用于水体的制冷，位于饮水设备的中部，包括冷水胆，以及位于冷水胆内的蒸发器和传感器Ⅱ，制冷器底部安装有冰排水口；
阀门总成，用于出水温度的选择，位于饮水设备的前部，包括与净水器相连的常温水出口、与制冷器相连的冰水出口、与加热器相连的热开水出口，以及变温出水口；
其中，变温出水口，包括安装于热交换器顶部的变温水口Ⅰ、安装于加热器侧部的变温水口Ⅱ，变温水口Ⅰ和变温水口Ⅱ经由比例调节阀混合形成变温出水口；
控制器，用于水体的无极变温控制，其分别与净水器的UV灯，加热器的加热管、传感器Ⅰ和水位电极，制冷器的蒸发器和传感器Ⅱ，以及阀门总成的电磁阀相连。
优选地，所述RO膜与同样位于饮水设备下部的RO压力桶相连，RO膜底部安装有RO废水口，RO废水口与净水器的进水口、排水口并排设置于饮水设备的背部。
优选地，所述热交换器为盘绕而成的管路，管路的内端一分为二，分为交换口Ⅰ和交换口Ⅱ，通过交换口Ⅰ朝向加热器供水并通过交换口Ⅱ接收加热器流出的热水；管路的外端一分为二，分为变温水口Ⅰ和交换供水口，通过变温水口Ⅰ与加热器的变温水口Ⅱ混合并通过交换供水口朝向制冷器供水。
优选地，所述水位电极位于加热器的顶部，自下而上分为：低水位电极、中水位电极以及高水位电极，用于检测加热器的不同水位变化。
优选地，所述交换口Ⅰ安装于加热器的底部，交换口Ⅱ的顶部位于加热器的中部，交换口Ⅱ流出的热水取自加热器中层的水体。
优选地，所述蒸发器位于冷水胆的侧壁上部，传感器Ⅱ位于蒸发器下方。
优选地，所述阀门总成包括比例调节阀，比例调节阀位于两处，一处位于变温水口Ⅰ和变温水口Ⅱ之间，另一处位于交换口Ⅰ和交换口Ⅱ之间。
优选地，所述阀门总成将汇集的四路出口，即常温水出口、冰水出口、热开水出口和变温出水口，通过统一的总出水口流出；总出水口下方安装有排水口。
优选地，所述排水口分别与RO膜的RO废水口、加热器的热排水口、制冷器的冰排水口，以及总出水口相连。
优选地，所述控制器通过接收加热器的传感器Ⅰ的温度信号和水位电极的液位信号，以及制冷器的传感器Ⅱ的温度信号，经过内置程序运算，控制RO压力桶给RO膜提供压力，控制UV灯对水体进行杀菌，控制热交换器的交换口Ⅰ和交换口Ⅱ的进出水比例，控制加热器的加热管对水体进行加热，控制制冷器的蒸发器对水体进行制冷，控制阀门总成的变温水口Ⅰ和变温水口Ⅱ的进出水比例，实现常温水、冰水、热开水和变温水的即取即用。
优选地，本发明所述的基于变温的开水饮水设备的控制方法，如下步骤：
S1：判断饮水机的出水模式，包括如下情况：
情况一：若出水模式为常温水、热开水以及冰水模式三者时，则跳转到步骤S3；
情况二：若出水模式为变温出水时，则跳转到步骤S2：
S2：获取变温出水的目标温度，依次获取加热器中传感器Ⅰ的温度，以及制冷器中传感器Ⅱ的温度，通过比例调节阀调节变温水口Ⅰ和变温水口Ⅱ的开启；
S3：阀门总成开启对应的出口。
本发明的有益效果是：本发明所述基于变温的开水饮水设备及控制方法，结构精简且布局合理，功能先进且出水方式多样，在满足基本的常温水、热开水、冰水的同时，利用比例调节阀实现变温水的即取即用。
附图说明
图1是本发明整体的结构示意图。
图2是过滤器的结构示意图。
图3是热交换器的结构示意图。
图4是加热器的结构示意图。
图5是制冷器的结构示意图。
图6是阀门总成的结构示意图。
图7是本发明整体的电气原理图。
图中：1、净水器；11、前置过滤器；111、进水口；121、RO废水口；112、排水口；12、 RO膜；13、后置过滤器；14、UV灯；141、常温水出口；142、常温供水口；2、热交换器；201、交换口Ⅰ；202、交换口Ⅱ；211、变温水口Ⅰ；212、交换供水口；3、加热器；31、加热管；311、热开水出口；312、变温水口Ⅱ；313、热排水口；32、传感器Ⅰ；33、水位电极； 331、溢流口；4、制冷器；41、冷水胆；411、冰水出口；412、冰排水口；42、蒸发器；43、传感器Ⅱ；5、阀门总成；51、变温出水口；52、总出水口；6、控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1至图7所示，本发明所述的基于变温的开水饮水设备，包括净水器1、热交换器2、加热器3、制冷器4、阀门总成5和控制器6，其中：
净水器1，用于过滤水体的杂质并对水体进行杀菌，位于饮水设备的下部，包括依次连接的前置过滤器11、RO膜12、后置过滤器13以及UV灯14；
热交换器2，用于常温水和热开水的热量交换，位于饮水设备的后部，包括与净水器1 相连的常温供水口142、与加热器3相连的交换口Ⅰ201和交换口Ⅱ202、与制冷器4相连的交换供水口212；
加热器3，用于水体的加热，位于饮水设备的上部，包括加热管31、传感器Ⅰ32，以及若干水位电极33；加热器3顶部安装有溢流口331，底部安装有热排水口313；
制冷器4，用于水体的制冷，位于饮水设备的中部，包括冷水胆41，以及位于冷水胆41 内的蒸发器42和传感器Ⅱ43，制冷器4底部安装有冰排水口412；
阀门总成5，用于出水温度的选择，位于饮水设备的前部，包括与净水器1相连的常温水出口141、与制冷器4相连的冰水出口411、与加热器3相连的热开水出口311，以及变温出水口51；
其中，变温出水口51，包括安装于热交换器2顶部的变温水口Ⅰ211、安装于加热器3侧部的变温水口Ⅱ312，变温水口Ⅰ211和变温水口Ⅱ312经由比例调节阀混合形成变温出水口51；
控制器6，用于水体的无极变温控制，其分别与净水器1的UV灯14，加热器3的加热管 31、传感器Ⅰ32和水位电极33，制冷器4的蒸发器42和传感器Ⅱ43，以及阀门总成5的电磁阀相连。
所述RO膜12与同样位于饮水设备下部的RO压力桶相连，RO膜12底部安装有RO废水口121，RO废水口121与净水器1的进水口111、排水口112并排设置于饮水设备的背部。
所述热交换器2为盘绕而成的管路，管路的内端一分为二，分为交换口Ⅰ201和交换口Ⅱ202，通过交换口Ⅰ201朝向加热器3供水并通过交换口Ⅱ202接收加热器3流出的热水；管路的外端一分为二，分为变温水口Ⅰ211和交换供水口212，通过变温水口Ⅰ211与加热器 3的变温水口Ⅱ312混合并通过交换供水口212朝向制冷器4供水。
所述水位电极33位于加热器3的顶部，自下而上分为：低水位电极33、中水位电极33 以及高水位电极33，用于检测加热器3的不同水位变化。
所述交换口Ⅰ201安装于加热器3的底部，交换口Ⅱ202的顶部位于加热器3的中部，交换口Ⅱ202流出的热水取自加热器3中层的水体。
所述蒸发器42位于冷水胆41的侧壁上部，传感器Ⅱ43位于蒸发器42下方。
所述阀门总成5包括比例调节阀，比例调节阀位于两处，一处位于变温水口Ⅰ211和变温水口Ⅱ312之间，另一处位于交换口Ⅰ201和交换口Ⅱ202之间。
所述阀门总成5将汇集的四路出口，即常温水出口141、冰水出口411、热开水出口311 和变温出水口51，通过统一的总出水口52流出；总出水口52下方安装有排水口112。
所述排水口112分别与RO膜12的RO废水口121、加热器3的热排水口313、制冷器4的冰排水口412，以及总出水口52相连。
所述控制器6通过接收加热器3的传感器Ⅰ32的温度信号和水位电极33的液位信号，以及制冷器4的传感器Ⅱ43的温度信号，经过内置程序运算，控制RO压力桶给RO膜12提供压力，控制UV灯14对水体进行杀菌，控制热交换器2的交换口Ⅰ201和交换口Ⅱ202的进出水比例，控制加热器3的加热管31对水体进行加热，控制制冷器4的蒸发器42对水体进行制冷，控制阀门总成5的变温水口Ⅰ211和变温水口Ⅱ312的进出水比例，实现常温水、冰水、热开水和变温水的即取即用。
本发明的有益效果是：本发明，严格控制影响温水的变量，保证步进式热水胆的温度和出水量可控，保证热交换器2的温度可控，唯一变量是热交换器2比例阀/泵，从而保证温水温度精准；由于变量唯一，可以选择不同范围值的饮用水，满足客户需求。
本发明的使用过程如下所示：常温水通过设备背部的进水口111流进设备底部的净水器 1，然后分别经由前置过滤器11、RO膜12、后置过滤器13进行过滤，然后通过UV灯14进行杀菌；净化器的出口一分为二，一条管路供给热交换器2，另一条管路供给总出水口52；热交换器2由盘绕而成的管路构成，热交换器2的外部出口一分为二，一条管路供给变温出水口51，另一条管路供给制冷器4；热交换器2的内部既有出口又有入口，出口流出常温水，入口流入加热后的热开水；加热器3内安装有水位电极33、传感器Ⅰ32和加热管31，水位电极33检测到加热器3内水位过低，控制器6控制热交换器2给加热器3供水，传感器Ⅰ32 检测到水体温度过低，控制器6控制加热管31对水体进行加热；加热器3的出口一分为二，一条管路供给变温出水口51，另一条管路供给总出水口52；制冷器4内设置有传感器Ⅱ43，传感器Ⅱ43检测到水体温度过高，控制器6控制蒸发器42对水体进行制冷；制冷器4的出口一分为二，一条管路供给变温出水口51，另一条管路供给总出水口52；阀门总成5集成有上述的四个不同温度的管路出口，分别获得常温水、热开水、冰水，以及各种通过比例调节阀控制的变温水。
本发明所述的基于变温的开水饮水设备的控制方法，包括如下步骤：
S1：判断饮水机的出水模式，包括如下情况：
情况一：若出水模式为常温水、热开水以及冰水模式三者时，则跳转到步骤S3；
情况二：若出水模式为变温出水时，则跳转到步骤S2：
S2：获取变温出水的目标温度，依次获取加热器中传感器Ⅰ的温度，以及制冷器中传感器Ⅱ的温度，通过比例调节阀调节变温水口Ⅰ和变温水口Ⅱ的开启；
S3：阀门总成开启对应的出口。
本发明可广泛运用于饮水机温度控制场合。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于变温的开水饮水设备，其特征在于，包括净水器(1)、热交换器(2)、加热器(3)、制冷器(4)、阀门总成(5)和控制器(6)，其中：
净水器(1)，用于过滤水体的杂质并对水体进行杀菌，位于饮水设备的下部，包括依次连接的前置过滤器(11)、RO膜(12)、后置过滤器(13)以及UV灯(14)；
热交换器(2)，用于常温水和热开水的热量交换，位于饮水设备的后部，包括与净水器(1)相连的常温供水口(142)、与加热器(3)相连的交换口Ⅰ(201)和交换口Ⅱ(202)、与制冷器(4)相连的交换供水口(212)；
加热器(3)，用于水体的加热，位于饮水设备的上部，包括加热管(31)、传感器Ⅰ(32)，以及若干水位电极(33)；加热器(3)顶部安装有溢流口(331)，底部安装有热排水口(313)；
制冷器(4)，用于水体的制冷，位于饮水设备的中部，包括冷水胆(41)，以及位于冷水胆(41)内的蒸发器(42)和传感器Ⅱ(43)，制冷器(4)底部安装有冰排水口(412)；
阀门总成(5)，用于出水温度的选择，位于饮水设备的前部，包括与净水器(1)相连的常温水出口(141)、与制冷器(4)相连的冰水出口(411)、与加热器(3)相连的热开水出口(311)，以及变温出水口(51)；
其中，变温出水口(51)，包括安装于热交换器(2)顶部的变温水口Ⅰ(211)、安装于加热器(3)侧部的变温水口Ⅱ(312)，变温水口Ⅰ(211)和变温水口Ⅱ(312)经由比例调节阀混合形成变温出水口(51)；
控制器(6)，用于水体的无极变温控制，其分别与净水器(1)的UV灯(14)，加热器(3)的加热管(31)、传感器Ⅰ(32)和水位电极(33)，制冷器(4)的蒸发器(42)和传感器Ⅱ(43)，以及阀门总成(5)的电磁阀相连。
2.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述RO膜(12)与同样位于饮水设备下部的RO压力桶相连，RO膜(12)底部安装有RO废水口(121)，RO废水口(121)与净水器(1)的进水口(111)、排水口(112)并排设置于饮水设备的背部。
3.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述热交换器(2)为盘绕而成的管路，管路的内端一分为二，分为交换口Ⅰ(201)和交换口Ⅱ(202)，通过交换口Ⅰ(201)朝向加热器(3)供水并通过交换口Ⅱ(202)接收加热器(3)流出的热水；管路的外端一分为二，分为变温水口Ⅰ(211)和交换供水口(212)，通过变温水口Ⅰ(211)与加热器(3)的变温水口Ⅱ(312)混合并通过交换供水口(212)朝向制冷器(4)供水。
4.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述水位电极(33)位于加热器(3)的顶部，自下而上分为：低水位电极(33)、中水位电极(33)以及高水位电极(33)，用于检测加热器(3)的不同水位变化。
5.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述交换口Ⅰ(201)安装于加热器(3)的底部，交换口Ⅱ(202)的顶部位于加热器(3)的中部，交换口Ⅱ(202)流出的热水取自加热器(3)中层的水体。
6.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述蒸发器(42)位于冷水胆(41)的侧壁上部，传感器Ⅱ(43)位于蒸发器(42)下方。
7.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述阀门总成(5)包括比例调节阀，比例调节阀位于两处，一处位于变温水口Ⅰ(211)和变温水口Ⅱ(312)之间，另一处位于交换口Ⅰ(201)和交换口Ⅱ(202)之间。
8.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述阀门总成(5)将汇集的四路出口，即常温水出口(141)、冰水出口(411)、热开水出口(311)和变温出水口(51)，通过统一的总出水口(52)流出；总出水口(52)下方安装有排水口(112)。
9.根据权利要求1所述的基于变温的开水饮水设备，其特征在于，所述排水口(112)分别与RO膜(12)的RO废水口(121)、加热器(3)的热排水口(313)、制冷器(4)的冰排水口(412)，以及总出水口(52)相连。
10.一种根据权利要求1～9任意一项所述的基于变温的开水饮水设备的控制方法，其特征在于，如下步骤：
S1：判断饮水机的出水模式，包括如下情况：
情况一：若出水模式为常温水、热开水以及冰水模式三者时，则跳转到步骤S3；
情况二：若出水模式为变温出水时，则跳转到步骤S2：
S2：获取变温出水的目标温度，依次获取加热器(3)中传感器Ⅰ(32)的温度，以及制冷器(4)中传感器Ⅱ(43)的温度，通过比例调节阀调节变温水口Ⅰ(211)和变温水口Ⅱ(312)的开启；
S3：阀门总成(5)开启对应的出口。
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