CN113017419A - 一种温度可调节的温开水直饮装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度可调节的温开水直饮装置及其控制方法，包括供水水箱、加热模块、冷却模块和温度控制器，所述供水水箱通过进水管和加热模块相连，所述冷却模块连接出水管；所述供水水箱、进水管、加热模块、冷却模块和出水管依次连通形成可连续出水的温开水供水通道；所述加热模块还通过旁路支管和出水管相连形成可连续出水的热开水供水通道；所述冷却模块与出水管的连接处设有出水测温探头，所述温度控制器与出水测温探头相连采集出水温度，并通过控制冷却模块中冷却液体流量或空气气流量的大小来调节出水温度。本发明能够按需进行实时的加热降温，不需冷热调和，快速提供恒温连续的鲜活水，饮水方式更健康，且更节能环保。

Description

一种温度可调节的温开水直饮装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种直饮水装置及其控制方法，尤其涉及一种温度可调节的温开水直饮装置及其控制方法。

背景技术

温开水是指将新鲜开水凉自然冷却至20～25℃(也可以将开水事先冷却，到使用时再添加新开水，冲兑至适口温度)，俄罗斯、美国、日本的科学家亦称为“复活水”。常年坚持使用温开水，会给身体保健带来意想不到的效能。

现有的连续出水的直饮水装置，需要热水时，要么直接对冷水加热到设定的目标温度的水从出水口流出，要么加热到沸腾后再进行冷却。第一种方式，由于水直接加热到设定的温度(35-60度)，没有高温沸腾过程，对水质要求高必须是直饮水，因此难于满足对饮用水有更高要求的人们，比如泡奶、吃药、饮用温水等等。第二种方式需要额外的储水装置盛放沸腾过的冷却水，一来大大增加了产品体积和生产成本，且冷热水冲兑过程难于精确控制实际出水温度；二来如果沸腾过的冷却水用完；由于自然冷却过程过慢，当需要喝温开水时，需要等待一定的时间，使用十分不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种温度可调节的温开水直饮装置及其控制方法，不需冷热调和，能够按需进行实时的加热降温，快速提供恒温连续的鲜活水，饮水方式更健康，且更节能环保。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种温度可调节的温开水直饮装置，包括供水水箱、加热模块、冷却模块和温度控制器，所述供水水箱通过进水管和加热模块相连，所述冷却模块连接有出水管并通过出水管的出水口出水；其中，所述供水水箱、进水管、加热模块、冷却模块和出水管依次连通形成可连续出水的温开水供水通道；所述加热模块还通过旁路支管和出水管相连形成可连续出水的热开水供水通道；所述进水管上设置供水水泵和第一单向阀，所述温度控制器与供水水泵相连实现供水水箱到加热模块的连续供水；所述冷却模块与出水管的连接处设有出水测温探头，所述温度控制器与出水测温探头相连采集出水温度，并通过控制冷却模块中冷却液体流量或空气气流量的大小来调节出水温度。

进一步地，所述加热模块进水口处设有进水测温探头，所述加热模块的出水口处设有热水测温探头，所述温度控制器与进水测温探头、热水测温探头相连采集供水温度差，并控制加热模块的发热功率来调节热水温度。

进一步地，所述加热模块为即热式加热模块，所述加热模块包括加热容器和加热管，所述加热管设置在加热容器中并与加热容器形成加热腔，所述加热管的两端穿出加热容器并与加热容器密封连接；所述加热管为电热管，所述加热管与温度控制器电连接；所述温度控制器控制加热管通电加热，使得液体流经加热腔由加热管加热到96±2℃后流出。

进一步地，所述冷却模块包括散热盘管；所述散热盘管包括热水盘管和冷却盘管，所述热水盘管的入口和加热模块的出水端连通，所述热水盘管的出口连接到出水管，所述热水盘管和冷却盘管同轴嵌套设置进行热交换，所述温度控制器通过冷却液泵控制冷却盘管中冷却液体流量的大小来调节出水温度；所述出水测温探头位于热水盘管的出口端和出水管之间。

进一步地，所述冷却盘管的长度为2.5-3.5米，冷却液体的流量为0-1000ml/min。

进一步地，所述冷却盘管通过第四单向阀和第一气泵相连，用于排空冷却盘管中的残留水，并通过控制冷却盘管中的空气流量来调节出水温度，所述第一气泵的功率为25-35W，空气流量的控制变化范围为0-20L/每分钟。

进一步地，所述冷却盘管的入口、出口分别和供水水箱或冷却供水水箱相连，所述冷却盘管的入口设置有冷却液泵和第二单向阀，所述冷却盘管的出口和供水水箱或冷却供水水箱之间设置有冷却回流水测温探头，所述冷却盘管的入口和冷却液泵之间设有冷却进水测温探头。

进一步地，所述加热模块的出水端设置三通阀连接旁路支管和出水管，所述旁路支管上设置有第三单向阀。

进一步地，所述供水水泵和加热模块之间的进水管上设置有第二气泵，所述第二气泵通过第五单向阀连接到加热模块的进水口并可用于排空加热模块中的残留水。

进一步地，所述进水管上设置有流量计。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述温开水直饮水装置的控制方法，其中，包括如下步骤：S1：通过温度控制器的温度设置旋转按钮设置目标出水温度；S2：按下温度控制器的出水按钮，控制加热模块的加热功率和水泵的流量，使得水流通过加热模块在5-15秒加热到近沸腾状态后，经由冷却模块在5-20秒冷却到设定的目标出水温度后从出水管按饮用水预设流量连续流出；S3：通过出水测温探头获取实际出水温度，并和目标出水温度进行对比，如果温度偏差超出预算阈值，则通过控制冷却模块中冷却液体流量或空气气流量的大小来调节出水温度，使得实际出水温度和步骤S1中设置的目标出水温度相一致。

进一步地，所述步骤S1中冷却模块的冷却液体流量计算公式为V_冷却＝{Kv*(V_饮用*(T_饮用in-T_饮用out))-P}/(T_冷却in-T_冷却out)，P为冷却风扇的额定功率，T_饮用out为设定的目标出水温度，T_饮用in为冷却模块的进水温度，Kv为冷却模块的冷却常数，V_饮用为饮用水预设流量；T_冷却out为冷却液体在冷却模块出口处的温度，T_冷却in为冷却液体在冷却模块进口处的温度。

进一步地，所述加热模块的出水温度为96±2℃，所述冷却液体从冷却模块出来后通过制冷装置冷却至2-4℃。

进一步地，所述进水管上设置有流量计，所述温度控制器通过监测流经流量计的电流变化判断供水水箱是否缺水；如果电流值超出预设阈值，则判断供水水箱缺水。

进一步地，所述温度控制器通过冷却液泵控制冷却液体的流量大小，并通过监测流经冷却液泵的电流变化判断是否需要补充冷却液；如果电流值超出预设阈值，则提醒补充冷却液。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的温度可调节的温开水直饮装置及其控制方法，具有如下优点：1、通过加热模块实时加热到近沸腾状态后直接出水或者通过冷却模块快速冷却到设定温度输出，对水质要求低，饮水方式更健康。2、出水温度可控，在出水流量基本保持恒定的情况下可实现连续出水，响应速度快，控制方便。3、按需进行实时的加热降温，更加节能环保；4、不需存储沸腾过的冷水进行冲兑，大大简化产品结构。

附图说明

图1为本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置原理图；

图2为本发明实施例的加热模块原理图；

图3为本发明实施例的冷却模块采用蛇形盘绕单管原理图；

图4为本发明实施例的冷却模块采用螺旋盘绕单管原理图；

图5为本发明实施例的冷却模块采用蛇形盘绕套管剖视图；

图6为本发明实施例的冷却模块采用圆盘形套管剖视图；

图7为本发明采用双供水水箱的实施例的温开水直饮装置原理图。

图中：

1、供水水箱；2、加热模块；3、冷却模块；4、温度控制器；5、供水水泵；

6、第一单向阀；7、第二单向阀；8、出水管；9、出水口；10、进水测温探头；11、出水测温探头；12、冷却水箱；13、冷却液泵；14、三通阀；15、第三单向阀；16、第四单向阀；17、第五单向阀；18、流量计；19、冷却回流水测温探头；20、热水测温探头；21、第一气泵；22、第二气泵；23、进水管；

24、旁路支管；25、冷却进水测温探头；201、加热容器；202、加热管；

203、加热腔；301、冷却风扇；302、散热盘管；303、散热器；304、半导体制冷装置；3021、热水盘管；3022、冷却盘管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置原理图。

请参见图1，本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置，包括冷却模块3、加热模块2、储水装置和温度控制器4，所述储水装置为供水水箱1或自来水管道，所述供水水箱1通过进水管23和加热模块2相连，所述冷却模块3连接有出水管8并通过出水管的出水口9出水；其中，所述供水水箱1、进水管23、加热模块2、冷却模块3和出水管8依次连通形成可连续出水的温开水供水通道；所述加热模块2还通过旁路支管24和出水管8相连形成可连续出水的热开水供水通道；所述进水管23上设置供水水泵5和第一单向阀6，所述温度控制器4与供水水泵5相连实现供水水箱1到加热模块2的连续供水；所述冷却模块3与出水管8的连接处设有出水测温探头11，所述温度控制器4与出水测温探头11相连采集出水温度，并通过控制冷却模块3中冷却液体流量或空气气流量的大小来调节出水温度。

具体地，所述加热模块2进水口处设有进水测温探头10，所述加热模块3的出水口处设有热水测温探头20，所述温度控制器4与进水测温探头10、热水测温探头20相连采集供水温度差，并控制加热模块2的发热功率来调节热水温度。

请参见图2，本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置，加热模块2为即热式加热模块，所述加热模块包括加热容器201和加热管202，所述加热管202设置在加热容器201中并与加热容器201形成加热腔203，所述加热管202的两端穿出加热容器201并与加热容器201密封连接；所述加热管202为电热管，所述加热管202与温度控制器4电连接；所述温度控制器4控制加热管202通电加热，使得液体流经加热腔203由加热管202加热后流出。

请参见图3，本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置，冷却模块3包括散热器303、散热盘管302和冷却风扇301，所述冷却风扇301与温度控制器4电连接；所述温度控制器4控制冷却风扇301工作，使得流经散热盘管302的液体通过散热器303和冷却风扇301进行冷却降温后流出。

请参见图4，本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置，冷却模块3包括散热器303、散热盘管302和半导体制冷装置304，所述半导体制冷装置304与温度控制器4电连接；所述温度控制器4控制半导体制冷装置304工作，使得流经散热盘管302的液体通过散热器303及半导体制冷装置304冷却降温后流出。

具体地，本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置，温度控制器4设有温度设置旋转按钮，所述温度设置旋转按钮进行目标出水温度的设置，所述温度控制器4设有出水按钮，按下所述出水按钮，所述水泵5把供水水箱1的水抽到加热模块2中加热到近沸腾状态，近沸腾状态时的温度为96±2℃，经由冷却模块3冷却到设定的目标出水温度后从出水管8流出。

优选地，本发明实施例的温度可调节的温开水直饮装置，供水水箱1中可设置液位开关，当液位开关检测到的水位低于设定水位时，温度控制器4控制供水水泵5、加热模块2和冷却模块3停止工作，并进行供水水箱缺水报警。由于液位开关成本较高，也可改用在进水管23上设置有流量计18代替液位开关间接测量水位，当供水水箱1缺水时，流量计18上的电流会出现变化，因此当流经流量计18的电流明显变大超出预设阈值，则可以判断水箱缺水。同样地，温度控制器4可以通过监测流经冷却液泵13的电流变化判断是否需要补充冷却液；如果流经冷却液泵13的电流明显变大超出预设阈值，则可以判断冷却液不够，提醒补充冷却液。

如果采用单管先加热后冷却的方式，由于热水流经散热盘管302的速度很快，约5-10ml/s，采用2米左右的散热盘管直接冷却仅能降低3-5℃的水温，即使再配上冷却风扇301、半导体制冷装置304和/或散热器303,往往仍难于满足35-60℃的出水需求。请参见图5和图6，优选地，本发明的冷却模块3可考虑采用内外套管结构，散热盘管302包括热水盘管3021和冷却盘管3022，所述加热模块2连通到冷却模块3的热水盘管的入口，所述冷却模块3的热水盘管的出口连接到出水管8；所述热水盘管3021和冷却盘管3022同轴嵌套设置进行热交换，即利用冷却盘管3022中的冷水达到对热水快速降温的需求；所述温度控制器4通过冷却液泵13控制冷却盘管3022中冷却液体流量的大小来调节出水温度；出水测温探头11位于热水盘管3021的出口端和出水管8之间。

热水盘管3021采用散热盘管302的内管，则冷却盘管3022采用散热盘管302的外管，或者冷却盘管3022采用散热盘管的内管，则热水盘管3021采用散热盘管302的外管；散热盘管302的材质优选为不锈钢、铝、铁等易导热的金属，进一步提升快速冷却效果。冷却盘管3022的长度为2.5-3.5米，优选3米；冷却液体的流量为0-1000ml/min。所述散热盘管302呈蛇形盘绕，如图5所示；或者呈圆盘形盘绕，如图6所示；再或者呈螺旋盘绕，以便尽可能少占空间，减小装置体积。

进一步地，冷却盘管3022通过第四单向阀16和第一气泵21相连，用于排空冷却盘管3022中的残留水，并通过控制冷却盘管3022中的空气流量来调节出水温度，所述第一气泵21的功率为25-35W，空气流量的控制变化范围为0-20L/每分钟。

进一步地，所述冷却盘管3022的入口、出口分别和供水水箱1相连，所述冷却盘管3022的入口设置有冷却液泵13和第二单向阀7，所述冷却盘管3022的出口和供水水箱1之间设置有冷却回流水测温探头19。供水直接作为冷却水，预热后的冷却水直接加热，大大降低加热功率，节能环保。

此外，本发明也可采用单独的冷却供水水箱12，请参见图7，所述冷却盘管3022的入口、出口分别和冷却供水水箱12相连，所述冷却盘管3022的入口设置有冷却液泵13和第二单向阀7，所述冷却盘管3022的出口和冷却供水水箱12之间设置有冷却回流水测温探头19，所述冷却盘管3022的入口和冷却液泵13之间设有冷却进水测温探头25。

进一步地，所述加热模块的出水端设置三通阀14连接旁路支管24和出水管8，所述旁路支管24上设置有第三单向阀15。

进一步地，所述供水水泵5和加热模块2之间的进水管23上设置有第二气泵22，所述第二气泵22通过第五单向阀17连接到加热模块的进水口并可用于排空加热模块中的残留水，保证后续加热时流入新鲜水，而非千滚水。

本发明还提供一种上述温开水直饮水装置的控制方法，包括如下步骤：

S1：通过温度控制器的温度设置旋转按钮设置目标出水温度；

S2：按下温度控制器的出水按钮，控制加热模块的加热功率和水泵的流量，使得水流通过加热模块在5-15秒加热到近沸腾状态后，经由冷却模块在5-20秒冷却到设定的目标出水温度后从出水管按饮用水预设流量连续流出；

S3：通过出水测温探头获取实际出水温度，并和目标出水温度进行对比，如果温度偏差超出预算阈值，则通过控制冷却模块中冷却液体流量或空气气流量的大小来调节出水温度，使得实际出水温度和步骤S1中设置的目标出水温度相一致。

进一步地，所述步骤S1中冷却模块的冷却液体流量计算公式为：

V_冷却＝{Kv*(V_饮用*(T_饮用in-T_饮用out))-P}/(T_冷却in-T_冷却out)

P为冷却风扇的额定功率，T_饮用out为设定的目标出水温度，T_饮用in为冷却模块的进水温度，Kv为冷却模块的冷却常数，V_饮用为饮用水预设流量；T_冷却out为冷却液体在冷却模块出口处的温度，T_冷却in为冷却液体在冷却模块进口处的温度。

进一步地，所述加热模块的出水温度为96±2℃，所述冷却液体工作一端时间后因温度上升会影响制冷效果，优选地，所述冷却液体从冷却模块出来后通过制冷装置冷却至2-4℃，制冷装置可以为半导体制冷装置或者相变制冷装置，相变制冷装置主要包括：冰相变冷却装置、冰盐相变冷却装置和干冰相变冷装置。。

综上所述，本发明提供的温度可调节的温开水直饮装置及其控制方法，通过加热模块将水加热到近沸腾状态后经由冷却模块冷却到设定温度输出，不需冷热调兑，响应速度快，控制方便，按需实时加热并冷却，保证引用的是鲜活的温开水；对水质要求低，饮水方式更健康。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (15)

1.一种温度可调节的温开水直饮装置，包括供水水箱(1)、加热模块(2)、冷却模块(3)和温度控制器(4)，所述供水水箱(1)通过进水管(23)和加热模块(2)相连，所述冷却模块(3)连接有出水管(8)并通过出水管的出水口(9)出水；其特征在于，所述供水水箱(1)、进水管(23)、加热模块(2)、冷却模块(3)和出水管(8)依次连通形成可连续出水的温开水供水通道；所述加热模块(2)还通过旁路支管(24)和出水管(8)相连形成可连续出水的热开水供水通道；所述进水管(23)上设置供水水泵(5)和第一单向阀(6)，所述温度控制器(4)与供水水泵(5)相连实现供水水箱(1)到加热模块(2)的连续供水；所述冷却模块(3)与出水管(8)的连接处设有出水测温探头(11)，所述温度控制器(4)与出水测温探头(11)相连采集出水温度，并通过控制冷却模块(3)中冷却液体流量或空气气流量的大小来调节出水温度。

2.如权利要求1所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述加热模块(2)进水口处设有进水测温探头(10)，所述加热模块(3)的出水口处设有热水测温探头(20)，所述温度控制器(4)与进水测温探头(10)、热水测温探头(20)相连采集供水温度差，并控制加热模块(2)的发热功率来调节热水温度。

3.如权利要求1所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述加热模块(2)为即热式加热模块，所述加热模块(2)包括加热容器(201)和加热管(202)，所述加热管(202)设置在加热容器(201)中并与加热容器形成加热腔，所述加热管(202)的两端穿出加热容器并与加热容器密封连接；所述加热管(202)为电热管，所述加热管(202)与温度控制器电连接；所述温度控制器(4)控制加热管(202)通电加热，使得液体流经加热腔由加热管(202)加热到95±2℃后流出。

4.如权利要求1所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述冷却模块(3)包括散热盘管(302)；所述散热盘管包括热水盘管(3021)和冷却盘管(3022)，所述热水盘管(3021)的入口和加热模块(2)的出水端连通，所述热水盘管(3021)的出口连接到出水管(8)，所述热水盘管(3021)和冷却盘管(3022)同轴嵌套设置进行热交换，所述温度控制器(4)通过冷却液泵(13)控制冷却盘管(3022)中冷却液体流量的大小来调节出水温度；所述出水测温探头(11)位于热水盘管(3021的出口端和出水管(8)之间。

5.如权利要求4所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述冷却盘管(3022)的长度为2.5-3.5米，冷却液体的流量为0-1000ml/min。

6.如权利要求4所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述冷却盘管(3022)通过第四单向阀(16)和第一气泵(21)相连，用于排空冷却盘管(3022)中的残留水，并通过控制冷却盘管(3022)中的空气流量来调节出水温度，所述第一气泵(21)的功率为25-35W，空气流量的控制变化范围为0-20L/每分钟。

7.如权利要求4所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述冷却盘管(3022)的入口、出口分别和供水水箱(1)或冷却供水水箱(12)相连，所述冷却盘管(3022)的入口设置有冷却液泵(13)和第二单向阀(7)，所述冷却盘管(3022)的出口和供水水箱(1)或冷却供水水箱(12)之间设置有冷却回流水测温探头(19)，所述冷却盘管(3022)的入口和冷却液泵(13)之间设有冷却进水测温探头(25)。

8.如权利要求1所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述加热模块的出水端设置三通阀(14)连接旁路支管(24)和出水管(8)，所述旁路支管(24)上设置有第三单向阀(15)。

9.如权利要求1所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述供水水泵(5)和加热模块(2)之间的进水管(23)上设置有第二气泵(22)，所述第二气泵(22)通过第五单向阀(17)连接到加热模块的进水口并可用于排空加热模块中的残留水。

10.如权利要求1所述的温度可调节的温开水直饮装置，其特征在于，所述进水管(23)上设置有流量计(18)。

11.一种温度可调节的温开水直饮水装置的控制方法，采用如权利要求1-10任一项所述的温开水直饮装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过温度控制器(4)的温度设置旋转按钮设置目标出水温度；

S2：按下温度控制器(4)的出水按钮，控制加热模块(2)的加热功率和水泵的流量，使得水流通过加热模块在5-15秒加热到近沸腾状态后，经由冷却模块在5-20秒冷却到设定的目标出水温度后从出水管(8)按饮用水预设流量连续流出；

S3：通过出水测温探头(11)获取实际出水温度，并和目标出水温度进行对比，如果温度偏差超出预算阈值，则通过控制冷却模块(3)中冷却液体流量或空气气流量的大小来调节出水温度，使得实际出水温度和步骤S1中设置的目标出水温度相一致。

12.如权利要求11所述的温度可调节的温开水直饮水装置的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中冷却模块的冷却液体流量计算公式为V_冷却＝{Kv*(V_饮用*(T_饮用in-T_饮用out))-P}/(T_冷却in-T_冷却out)，P为冷却风扇的额定功率，T_饮用out为设定的目标出水温度，T_饮用in为冷却模块的进水温度，Kv为冷却模块的冷却常数，V_饮用为饮用水预设流量；T_冷却out为冷却液体在冷却模块出口处的温度，T_冷却in为冷却液体在冷却模块进口处的温度。

13.如权利要求12所述的温度可调节的温开水直饮水装置的控制方法，其特征在于，所述加热模块的出水温度为96±2℃，所述冷却液体从冷却模块出来后通过制冷装置冷却至2-4℃。

14.如权利要求11所述的温度可调节的温开水直饮水装置的控制方法，其特征在于，所述进水管(23)上设置有流量计(18)，所述温度控制器(4)通过监测流经流量计(18)的电流变化判断供水水箱(1)是否缺水；如果电流值超出预设阈值，则判断供水水箱(1)缺水。

15.如权利要求11所述的温度可调节的温开水直饮水装置的控制方法，其特征在于，所述温度控制器(4)通过冷却液泵(13)控制冷却液体的流量大小，并通过监测流经冷却液泵(13)的电流变化判断是否需要补充冷却液；如果电流值超出预设阈值，则提醒补充冷却液。

Images