(三)发明内容
本发明目的是提供一种虹吸加热罐驱动多功能生活用水调节机:通过虹吸循环电加热及单罐双热模式,高效加热开水与蓄热;通过高效回热循环,制取凉开水;通过半导体热电芯片冷热联供,预热上水及制取冰开水;通过手动调节开水与凉开水混合量,制取温开水;通过自动调节开水与上水混合量,制取热水。从而一体化实现(92-100℃)开水、(15-25℃)凉开水、(0-15℃)冰开水、(25-43℃)温开水、(43-75℃)热水等五种功能。
本发明采用的技术方案,即虹吸加热罐驱动多功能生活用水调节机如附图1所示,其中:1PP棉过滤器;2-颗粒活性炭过滤器;2-1-KDF过滤器;3-压缩活性炭过滤器;3-1-超滤过滤器;4-冰开器;4-1-加热罐;4-2-半导体热电芯片;4-3-制冷罐;4-4-加热翅片;4-5-制冷翅片;4-6-温度显示屏;4-7-加热流量调节阀;5-回热器;6-安全泄水止回阀;7-虹吸加热蓄热罐;7-1-下进口;7-2-上出口;7-3-虹吸套桶;7-4-电热器;7-5-加热腔;7-6-蓄热腔;7-7-加热信号灯;7-8-防干烧开关;7-9-防电隔离墙;7-10-安全接地和防漏电保护开关;7-11-排气泄压阀;8-凉开阀;8-1-饮水信号灯;8-2-饮水电磁阀;8-3-温开调节阀;9-开水阀;10-冰开阀;11-止回阀;12-上水混合管;12-1-自动调温阀;13-热水阀;14-温度传感器;15-保温材料;16-排污阀;17-加压泵;18-水流开关。
按照附图1所示的虹吸加热罐驱动多功能生活用水调节机:其由PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3、上水三通、加热罐4-1、回热器5上水侧、安全泄水止回阀6、虹吸加热蓄热罐7、热水三通、饮水三通、回热器5开水侧、温开三通、冰开三通、凉开阀8及其连接管路,组成凉开回路;
在上述凉开回路中,饮水三通接温开三通、开水阀9,则组成开水回路;
在上述凉开回路中,冰开三通接制冷罐4-3、冰开阀10,则组成冰开回路;
在上述凉开回路中,饮水三通接温开三通、温开调节阀8-3开水入口,以及回热器5开水侧出口接温开三通、温开调节阀8-3凉开入口,则组成温开回路;
在上述凉开回路中,热水三通接止回阀11、自动调温阀12-1,而在上水三通与自动调温阀12-1之间,连接上水混合管12,再由自动调温阀12-1连接热水阀13,组成热水回路;
其中冰开器4由加热罐4-1、半导体热电芯片4-2、制冷罐4-3构成,半导体热电芯片4-2的热端与加热罐4-1的加热面紧密接触,加热面内壁设置垂直加热翅片4-4,半导体热电芯片4-2的冷端与制冷罐4-3的制冷面紧密接触,制冷面内壁设置垂直制冷翅片4-5,制冷罐4-3下部设置温度传感器14,可在温度显示屏4-6上显示制冷罐中冰开水温度;
虹吸加热蓄热罐7顶面设置的温度传感器14闭环控制饮水信号灯8-1的显示状态,以及静态控制电热器7-4的加热蓄热温度,并由加热信号灯(7-7)同步显示;虹吸加热蓄热罐7中部侧面设置的温度传感器14动态控制电热器7-4的接通、断开和功率调节,并由加热信号灯 7-7同步显示;
回热器5、虹吸加热蓄热罐7、加热罐4-1、制冷罐4-3及其连接的高温、低温管路与管件,需附加保温材料15。
虹吸加热蓄热罐7为垂直细长圆柱体,底部外侧面开水平下进口7-1,顶面中央开垂直上出口7-2,中央设置虹吸套桶7-3,其上部预留虹吸循环出水空间,其下部预留虹吸循环进水空间,虹吸套桶7-3下半部中央设置电热器7-4,并由此在虹吸套桶7-3内形成加热腔7-5,而在虹吸套桶7-3外壁与虹吸加热蓄热罐7内壁的夹层形成蓄热腔7-6,电热器7-4在控制上与加热信号灯7-7联锁,顶面内壁设置防干烧开关7-8,在PP棉过滤器1和热水阀13的进水口处各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙7-9,在电热器7-4与凉开回路中设置安全接地和防漏电保护开关7-10。
加热罐4-1上水进口管路安装一只加热流量调节阀4-7。
在上出口7-2所连接的热水三通与饮水三通之间,安装一只饮水电磁阀8-2,并与饮水信号灯8-1一起,由虹吸加热蓄热罐7顶面温度传感器14闭环同步控制。
回热器5作为上水回收开水热量的换热器,是多流程的钎焊板式换热器5,或是套管式换热器5,或是同心套管式换热器5逆流换热器;或是壳管式换热器5,或是盘管式换热器5。
电热器7-4是虹吸加热蓄热罐7底面内壁垂直设置的多对倒U型金属电热管7-4;或是高强度、水电屏蔽、无缝自动银钎焊、耐压12bar的英格莱840不锈钢电热管7-4;或是大直径组合镍铬丝发热管;或是虹吸加热蓄热罐7底面内壁垂直设置的多根高绝缘、高导热、高稳定性非金属电热管7-4;或是虹吸加热蓄热罐7底面外壁中央设置的电发热盘7-4;或是虹吸加热蓄热罐7底面外壁中央设置的电磁式发热盘 7-4。
压缩活性炭过滤器3的出口水管设置止回阀11和排污三通,而排污三通连接排污阀16。
颗粒活性炭过滤器2的出口安装一只KDF过滤器2-1。
压缩活性炭过滤器3的出口安装一只超滤过滤器3-1。
虹吸加热蓄热罐7的顶面外壁安装一只排气泄压阀7-11。
PP棉过滤器1的进口管路安装止回阀11、加压泵17、水流开关18。
本发明虹吸加热罐驱动多功能生活用水调节机的工作过程结合附图1说明如下:
1、排气:先后开启凉开阀8、开水阀9、冰开阀10、温开调节阀8-3、热水阀13,使得上水以0.5~6bar表压分别排尽凉开回路、开水回路、冰开回路、温开回路、热水回路中的空气,每路直到完全出水后再关闭相应阀门;
2、预热:接通电源并启动本发明,虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14,在感知水温低于92℃时,通过闭环控制接通电热器7-4后持续加热,直到把上水加热到97℃则断开电热器7-4,其中当温度传感器14感知水温超过92℃时,控制饮水信号灯8-1显示饮用状态,并开启饮水电磁阀8-2以供应各种饮水;
3、凉开功能:开启凉开阀8,经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水,利用其0.5~6bar的表压流经加热罐4-1、回热器5上水侧、安全泄水止回阀6,并把虹吸加热蓄热罐7中92℃开水压入回热器5的开水侧,以在回热器5的两侧形成上水和开水的5℃小温差逆流换热,其中20℃上水回收开水93%的显热后被预热至87℃;同时92℃开水释放93%的显热后被冷却成25℃凉开水,并 由凉开阀8排出饮用;随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时,接通电热器7-4并调节加热功率,以把出水温度稳定在94.5±2.5℃;过程持续进行,直到关闭凉开阀8;上述过程中,热水三通连接的止回阀11,阻止了上水流入凉开阀8;此外,上水是在0.5~6bar表压下被加热到92-97℃杀菌,仍保持氧气的较高溶解度;而凉开水则在取用时又恢复常压、常温和氧气常规溶解度,从而使凉开水因富含氧气而充满活力,因此会逐步取代传统无氧开水,有宜人类健康;
4、开水功能:开启开水阀9,经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水,利用其0.5~6bar表压流经加热罐4-1、回热器5上水侧、安全泄水止回阀6,并把虹吸加热蓄热罐7中92℃开水压入开水阀9,由其排出饮用;随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时,接通电热器7-4并调节加热功率,以把出水温度稳定在94.5±2.5℃;过程持续进行,直到关闭开水阀9,或者因出水温度低于92℃而自动关闭饮水电磁阀8-2,并控制饮水信号灯8-1显示禁用状态,此时须关闭开水阀9,等待持续加热至饮水信号灯8-1恢复饮用状态;上述过程中,热水三通连接的止回阀11,阻止了上水流入开水阀9;此外,上水是在0.5~6bar表压下被加热到92-97℃杀菌,仍保持氧气的较高溶解度;从而使开水因富含氧气而充满活力,因此会逐步取代传统无氧开水,有宜人类健康;
5、冰开功能:开启冰开阀10,经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水,利用其0.5~6bar的表压流经冰开器4的加热罐4-1中,通过其中的加热翅片4-4而被半导体热电芯片4-2加热,然后流经回热器5上水侧、安全泄水止回阀6,并把虹吸 加热蓄热罐7中92℃开水压入回热器5的开水侧,以在回热器5的两侧形成上水和开水的5℃小温差逆流换热,其中20℃上水回收开水93%的显热后被预热至87℃;同时92℃开水释放93%的显热后被冷却成25℃凉开水,并继续流经冰开器4的制冷罐4-3中,通过其中的制冷翅片4-5而被半导体热电芯片4-2冷却,其冰开温度则由温度显示屏4-6显示,最后由冰开阀10排出饮用;随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时,接通电热器7-4并调节加热功率,以把出水温度稳定在94.5±2.5℃;过程持续进行,直到关闭冰开阀10;上述过程中,热水三通连接的止回阀11,阻止了上水流入冰开阀10;此外,上水是在0.5~6bar表压下被加热到92-97℃杀菌,仍保持氧气的较高溶解度;而冰开水则在取用时又恢复常压、低温和氧气常规溶解度,从而使冰开水因富含氧气而充满活力,因此会逐步取代传统无氧开水,有宜人类健康;
6、温开功能:开启温开调节阀8-3,经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水,利用其0.5~6bar的表压流经加热罐4-1、回热器5上水侧、安全泄水止回阀6,并把虹吸加热蓄热罐7中92℃开水同时压入回热器5的开水侧,以及通向温开调节阀8-3的开水入口,以在回热器5的两侧形成上水和开水的5℃小温差逆流换热,其中20℃上水回收开水93%的显热后被预热至87℃;同时92℃开水释放93%的显热后被冷却成25℃凉开水,并流经温开调节阀8-3的凉开入口与开水按所需比例调节成温开水后排出饮用;随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时,接通电热器7-4并调节加热功率,以把出水温度稳定在94.5±2.5℃;过程持续进行,直到关闭温开调节阀8-3;上述过程中,热水三通连接的止回阀11,阻止了上水流入温开调节阀8-3;此外,上 水是在0.5~6bar表压下被加热到92-97℃杀菌,仍保持氧气的较高溶解度;而温开水则在取用时又恢复常压、常温和氧气常规溶解度,从而使温开水因富含氧气而充满活力,因此会逐步取代传统无氧开水,有宜人类健康;
7、热水功能:开启热水阀13,经PP棉过滤器1、颗粒活性炭过滤器2、压缩活性炭过滤器3的上水,利用其0.5~6bar表压流经加热罐4-1、回热器5上水侧、安全泄水止回阀6,并把虹吸加热蓄热罐7中92℃开水压入自动调温阀12-1,与上水混合管12中的20℃上水混合成60℃热水,再流经热水阀13,由其排出后继续与20℃上水混合成43℃洗浴热水;随后当虹吸加热蓄热罐7顶面上出口7-2处设置的温度传感器14感知水温低于92℃时,接通电热器7-4并调节加热功率至最大,由预热模式切换为即热模式,充分利用虹吸加热蓄热罐7的加热与蓄热作用维持洗浴水温;过程持续进行,直到关闭热水阀13;等待持续加热至饮水信号灯8-1恢复饮用状态;此时,约25%的热水是由上水在0.5~6bar表压下被加热到92~97℃杀菌;
8、五功能复合:上述开水、凉开水、冰开水、温开水、热水等五功能,可以分别单独使用,从而实现其五功能的有机组合;
9、加热、持温、杀菌:回热器5上水侧出口已被预热到87℃的上水或20℃上水,被电热器7-4加热到94.5±2.5℃后,在虹吸加热蓄热罐7中持温流动3分钟以上,以实现高温杀菌,制取开水;而无论开启凉开阀8、开水阀9、冰开阀10、温开调节阀8-3,均须注意饮水信号灯8-1的状态,以确保开水达国家卫生指标;
10、保护:
(1)防干烧:当防干烧开关7-8感知虹吸加热蓄热罐7中的水位尚未充满时,为防止电热器7-4因干烧而损毁,便会自动切断整机电 源,进入保护状态,直到水位充满虹吸加热蓄热罐7,方可自动复位;
(2)防超压:当上水表压超过6bar时,安全泄水止回阀6会通过导流管自动泄压,保护虹吸加热蓄热罐7的使用安全;
(3)排氯气:当虹吸加热蓄热罐7中因加热而产生氯气时,排气泄压阀7-11会通过导流管自动排除氯气并泄压,保护饮水的使用安全;
(4)防电墙:在PP棉过滤器1和热水阀13的进水口处各设置一只非金属阻电式管件作为防电隔离墙7-9,以确保使用安全;
(5)防漏电:在本发明安全接地基础上,当电磁互感式内置防漏电保护开关7-10检测到泄漏电流超过人体感应范围,便会在0.01~0.1秒内自动切断电源,同时由加热信号灯7-7闪烁,以显示故障,保障人体安全;
11、加压:当上水压力经常性低于110℃饱和水压力时,或在高海拔地区,或井水、河水等经沉淀及经其它处理后;就需在PP棉过滤器1的进口安装止回阀11、加压泵17、水流开关18,当开启凉开阀8、开水阀9、冰开阀10、温开调节阀8-3、热水阀13的同时,可通过水流开关18启动加压泵17,以加压进水到110℃饱和水压力之上,确保本发明正常工作,直到上述所有阀门关闭;
12、反清洗:开启安全泄水止回阀6先将本发明中的余水放尽,再关闭安全泄水止回阀6、凉开阀8、开水阀9、温开调节阀8-3、热水阀13,开启排污阀16和冰开阀10,然后上水参入食用酸并加热至80℃,再加压通过软管连接至冰开阀10,利用其压力对冰开回路实施反向清洗,以去除各设备内的污垢,当排尽污水后,再接入清水继续反向清洗20分钟。
与现有产品相比较,本发明的集成创新优点如下所列:
1、虹吸循环电加热:垂直加热罐中设置的虹吸套桶,在静态预热 时形成虹吸循环,桶内高效加热、桶外持温蓄热;在动态加热时形成套桶内的快速管式加热;从而以单罐切换实现静态预热、动态加热两种加热模式,既节约产品成本又提高加热蓄热效率,并适合中国家庭配电要求。
2、高效回热循环:通过5℃小温差回热器形成高效回热循环,以回收92℃开水中93%的显热,与普通15℃温差回热器相比节电75%,每度电可制取凉开水172升,达连续式开水机14倍,连续运行6.7天所节省的商用电费即可回收产品投资。
3、热电芯片冷热联供:由半导体热电芯片提供冷热联供,在其冷端制取冰开水的同时,全部回收其热端热量以预热上水,从而进一步降低产品加热电费。
4、温开调节阀:通过温开调节阀制取开水与凉开水之间任意混合比例的温开水,从而在节能的基础上,提供更方便的使用。
5、自动调温阀:通过自动调温阀控制高温热水与上水之间的混合比例,以恒定热水出口温度;从而以最小的水箱体积,实现蓄热量的最大化。
6、五功能集成:创新集成五种功能于一体,避免各种用水器具的重复投资,倡导“绿色健康”生活方式。
综上所述,本发明集成虹吸循环电加热、单罐双热模式、高效回热循环、热电芯片冷热联供、温开调节技术、自动调温等先进热能技术,一体化实现(92-100℃)开水、(15-25℃)凉开水、(0-15℃)冰开水、(25-43℃)温开水、(43-75℃)热水等五种功能;上水经多级过滤后步进式经历下列热过程:热电芯片加热、回收开水显热、虹吸电加热成开水并蓄热、释放开水显热成凉开水、热电芯片冷却成冰开水、开水与凉开水手动混合成温开水、开水与上水自动混合成热水; 饮水产量提高14倍,倡导绿色健康生活。