一種兩步加熱即開式開水器和加熱開水的方法

2023-12-10 11:47:02 4

專利名稱：一種兩步加熱即開式開水器和加熱開水的方法
技術領域：
本發明涉及一種開水器，特別是涉及ー種兩步加熱即開式開水器；具體是涉及一種能防垢的、節能，飲用健康的即開式開水器和應用該開水器加熱開水的方法。
背景技術：
目前市場上應用較多的開水器是將加熱元件放置於水箱中，對水進行直接加熱。如步進式開水器，主要包括水箱、加熱元件、溫度探針和控制器。其主要缺點主要有(I)開水器在工作吋，由於水質中存在鈣、鎂離子，水溫加熱到大於80°C時就會快速形成晶體，晶體附著在電加熱元件上，隨時間慢慢積聚形成厚厚的水垢，嚴重影響電加熱元件的傳熱效果，同時由於加熱元件的熱量無法正常的傳遞，溫度急速上身嚴重影響加熱元件工作性能和壽命，嚴重情況將導致加熱元件的直接斷裂，開水器無法正常工作；(2)水箱內的容積較大，將水煮開需要較長的時間，無法持續獲得開水；(3)存在開水與冷水混合水，即「陰陽水」，飲用這種水影響人體的健康；(4)水反覆煮沸，即「千沸水」，飲用也影響人體健康；(5)反覆對水箱的水進行加熱，耗費很大的電能，浪費資源；(6)市場所用的加熱元件，較多為金屬元件，反覆高溫加熱時釋放出重金屬離子，引用後也會影響人的身體健康，如使用新型專利200920060764. 4，採用的電加熱元件就是電熱管。

發明內容
本發明的目的在於克服現有的開水器存在的缺點，提出一種能防垢，節能，水質飲用健康的即開式開水器。本發明另一目的是提供應用所述兩步加熱即開式開水器加熱開水的方法。本發明第一目的通過如下技術方案實現—種兩步加熱即開式開水器，包括預熱腔和煮水腔，預熱腔與煮水腔在上部連通，預熱腔和煮水腔的空腔體積比例為3-6 :1，煮水腔中下部設有接水龍頭；在預熱腔和煮水腔內的側壁上都設有電加熱元件；預熱腔與煮水腔分別設有水位探針，水位探針分為高水位探針和低水位探針；溫度探針包括第一溫度探針和第二溫度探針，第二溫度探針安裝在預熱腔中下部，用於檢測預熱腔的水溫，並向控制器傳遞信號，控制預熱腔內水的溫度為60-700C ;第一溫度探針安裝在煮水腔內與接水龍頭相接處的下方，用於檢測煮水腔的溫度，控制煮水腔的出水溫高於92°C ;預熱腔的進水口設置在預熱腔的中下部，進水電磁閥設置在預熱腔進水口處的管道上，用於控制進水的流量；控制器分別與加熱元件、第一溫度探針、第二溫度探針、水位探針和進水電磁閥連接。進ー步地，所述的預熱腔和煮水腔的空腔體積比例優選為3-5:1。所述的高水位探針有兩根，分別安裝在預熱腔和煮水腔的上部；預熱腔上部安裝第一高水位探針，煮水腔內頂部安裝第二高水位探針，煮水腔內還安裝有低水位探針。所述的煮水腔的側面上部設有溢水ロ。所述的預熱腔安裝兩組加熱元件，每組加熱元件由若干片氮化矽電熱元件組成，氮化矽電熱元件的功率在0. 5-4KW。預熱腔和煮水腔的底部分別安裝排水閥。排水閥用於水箱的清洗排汙及開水器長期不工作時將水箱內的水排放乾淨。預熱腔與煮水腔在上部連通的方式是在預熱腔與煮水腔之間設有水箱隔板，通過水箱隔板上部的開ロ相連通。本發明另一目的通過如下技術方案實現一種所述兩步加熱即開式開水器加熱開水的方法來自管道自來水通過進水電磁閥進入預熱腔，當預熱腔水位低於第一高水位探針，控制器自動打開進水電磁閥對預熱腔補充自來水；預熱腔底部的加熱元件對預熱腔內自來水進行預熱，使自來水的溫度達到60-700C ;第二溫度探針檢測預熱腔內水溫，當預熱腔內水溫低於70°C時，控制器自動打開預熱腔內的加熱元件，對預熱腔內的水進行加熱，使預熱腔的水保持在60-70°C ;當開啟接水龍頭時，煮水腔內低水位探針檢測到水位下降，開啟進水電磁閥，自來水從下部進入到預熱腔內，達到60-70 V的水從預熱腔上部溢進煮水腔內，經煮水腔內部的加熱元件進ー步加熱，達到飲用水要求。相對於現有技術，本發明具有如下優點和有益效果(I)預熱腔內的水採用步進式加熱。水從預熱腔的進水口流進，經過加熱元件加熱後從預熱腔的頂部溢入煮水腔內，實現一次加熱到預定的溫度，避免重複加熱，預熱腔內的水溫為70°C，與環境的傳熱溫差相對於其他開水器保溫箱的要小，因此與環境傳熱損耗要小，可以節約能源；(2)預熱腔內的水預熱溫度控制在70°C，在70°C左右加熱元件及預熱腔的壁面生成的水垢速率達到最小，可以有效的防止水垢的生成；在煮水腔內，加熱元件可以在l_2s內將從預熱腔流進的水加熱到92°C，縮短了水中離子等成垢的時間，有利於控制水垢生成。(3)預熱腔的水可以在l_2s內加熱到飲用水的標準，時間短，實現連續的取水，方便群體取水飲水。


圖1是本發明一種兩步加熱即開式開水器的結構示意圖；圖2為本發明一種兩步加熱即開式開水器水箱的左視圖；圖3為本發明一種兩步加熱即開式開水器水箱的主視圖；圖4為本發明一種兩步加熱即開式開水器水箱的俯視圖。圖中示出水箱1、加熱元件2、溫度探針3、預熱腔進水口 4、排水閥5、水位探針6、水箱隔板7、煮水腔出水ロ 8、開水器支座9、接水龍頭10、控制器11、外殼12、煮水腔13、預熱腔14、溢水ロ 15，進水電磁閥16。
具體實施例方式為進一歩理解本發明，下面結合附圖和實施方式對本發明作進ー步的說明，但是本發明的實施方式不限於此。如圖1-4所示一種兩步加熱即開式開水器，主要包括預熱腔14和煮水腔13，預熱腔14和煮水腔13的空腔體積比例為3-5 1 ;預熱腔14與煮水腔13中間有水箱隔板7，通過水箱隔板7上部的開ロ相連，預熱腔14為水加熱的預處理容器，煮水腔13為將預熱後的水快速加熱到飲用水的溫度標準的容器；煮水腔13中下部設有接水龍頭10 ;在預熱腔14和煮水腔13內的側壁上都設有電加熱元件2，電加熱元件2可以為多種加熱元件類型，用於加熱腔體內的水；預熱腔14與煮水腔13分別設有水位探針6，水位探針6分為高水位探針和低水位探針，用於探測預熱腔14和煮水腔13內的水位的變化，並傳遞感應信號；高水位探針優選有兩根，分別安裝在預熱腔14和煮水腔13的上部；預熱腔14上部安裝第一高水位探針6-3，煮水腔13內頂部安裝第二高水位探針6-1，煮水腔13內還安裝有低水位探針6-2 ;溫度探針包括第一溫度探針3-1和第二溫度探針3-2,第二溫度探針3-2安裝在預熱腔14中下部，用於檢測預熱腔14的水溫，並向控制器傳遞信號；第一溫度探針3-1安裝在煮水腔13內與接水龍頭10相接處的下方，用於檢測煮水腔13的溫度，確保控制煮水腔13的水溫符合飲用的要求；預熱腔的進水口 4設置在預熱腔的中下部，進水電磁閥16設置在預熱腔進水ロ處的管道上，通過預熱腔進水ロ 4與預熱腔14連接，位於預熱腔14側面的中下部，進水電磁閥16與控制器連接，用於控制進水的流量；溢水口 15設置在煮水腔的側面上部，從溢水口 15出來的水通過開水器底部排放到開水器外部。預熱腔14採用步進式加熱方式，預熱腔14安裝兩組加熱元件2，每組加熱元件由若干片氮化矽電熱元件DG02組成，氮化矽電熱元件DG02的功率在0. 5-4 KW，可以將進入預熱腔14的自來水流量為2. lL/min情況下，在2s內加熱到60_70°C，預熱的水從頂部溢流進入煮水腔13，使開水的加熱元件表面的水垢生成速率最小，達到控制水垢生成的目的；煮水腔內的一組氮化矽電熱元件DG02總功率為4KW，在出水流量為2. lL/min情況下，可以將預熱的水持續加熱到92°C以上，縮短了陶瓷加熱元件達到即飲即開效果，方便団體人群飲用；煮水腔13內出水管處設有溫度探針3，感應煮水腔13內的水溫是否達到飲用標準，確保健康飲用；煮水腔13和預熱腔14頂部連通；共同一起構成ー個整體的水箱I ;水箱整體安裝在開水器外殼12內；開水器整體安裝在支座9上。控制器11分別與加熱元件2、溫度探針3、水位探針6和進水電磁閥16連接。控制器11為ADT-FTKSQ型控制器，集電源開關、信號接收和轉換於一體器件，用來接收信號，並發出操作指令，控制開水器的工作狀況。當開水器工作時，預熱腔14中的第一高水位探針6-3感應腔體的水位的變化，並發出電信號傳送到控制器11，控制器11將信號轉換，井向進水電磁閥16和電加熱元件2發送信號。電磁閥16自動打開，控制預熱腔14進水；同時啟動電加熱元件2，對進入預熱腔14的自來水進行加熱。當水位升高與第一高水位探針6-3接觸時，第一高水位探針6-3發出電信號，控制器11接收電信號並轉換，控制進水電磁閥16，停止進水。預熱腔14的溫度探針感應水溫的變化並向控制器11發送電信號，當水溫達到70°C時，控制器11接收溫度探針6的信號並轉換，控制加熱元件2，停止加熱。當打開接水龍頭10時，煮水腔13內的水位下降，煮水腔13內的溫度探針向控制器11發送電信號，控制器11控制預熱腔14的進水電磁閥16，打開進水電磁閥16，預熱腔14的70°C的水從頂部溢流進入煮水腔13內，煮水腔13內第一溫度探針3-1感應溫度的變化向控制器11發送電信號，控制器11控制煮水腔13內的電加熱元件2啟動，對進入煮水腔13內的水進行加熱，煮水腔13的加熱元件2可以將水持續加熱到92°C以上，符合飲用的要求。當關閉出水龍頭10時，煮水腔13的水位上升，第二高水位探針6-1發出電信號到控制器11，控制器11控制進水電磁閥16，停止進水。當再次打開接水龍頭時，進入下ー個周期。
排水閥5的數量優選為2個，分別安裝在預熱腔和煮水腔的底部，用於水箱的清洗排汙及開水器長期不工作時將水箱內的水排放乾淨。來自管道自來水通過進水電磁閥16進入預熱腔14，當預熱腔14水位低於第一高水位探針6-3，控制器11自動打開進水電磁閥4對預熱腔14補充自來水。預熱腔底部的加熱元件2對預熱腔14內自來水進行預熱，使自來水的溫度達到約60-70°C ;第二溫度探針3-2檢測預熱腔14內水溫，當預熱腔14內水溫低於70°C時，控制器11自動打開預熱腔14內的加熱元件2，對預熱腔14內的水進行加熱，使預熱腔的水保持在70°C左右，水溫在70°C左右水垢在加熱元件2生成速率達到最小，可以有效的抑制水垢的生成；當開啟接水龍頭吋，煮水腔13內低水位探針6-2檢測到水位下降，開啟進水電磁閥16，自來水從下部進入到預熱腔14內，達到70°C的水從預熱腔14上部溢進煮水腔13內，經煮水腔13內部的加熱元件2進ー步加熱，達到飲用水要求，實現即取。防止水垢在加熱元件表面生成；煮水腔13頂部安裝高水位探針6，當進入煮水腔13的浸沒高水位探針6時，控制器11自動關閉進水電磁閥4，水從溢水ロ 15流出；煮水腔13與水龍頭控制閥10連接出口處略下部位安裝了第一溫度探針3-1，用以檢測煮水腔13水溫，當水溫低於設定溫度92°C時，控制器11打開加熱元件2開關，對煮水腔13的自來水進行加熱，使其達到設定溫度。當開水器不使用時候，可以先打開排水閥5對煮水腔13和預熱腔14進行衝洗，將煮水腔13內壁和預熱腔14內壁及加熱元件2進行衝洗，除去其表面汙垢；當開水器長期不使用時，可以打開排水閥5將預熱腔14和煮水腔13內的水排放乾淨。實施例1現有技術的沸騰式開水器實驗測試。該沸騰式開水器包括煮水腔和保溫腔，尺寸分別為140X 125X295mm和200X75X295mm ;水箱的材質為不鏽鋼；煮水腔與保溫腔中間由隔板隔開，頂部連通；煮水腔中沸騰的開水可以通過頂部翻轉到保溫腔中。開水器所用的加熱元件2為氮化矽加熱元件DG02，由陶瓷材料將電阻絲包裹，經成型、熱壓燒結和機械加工而成；空氣中幹燒，加熱元件表面能達到1300°C。預熱腔加熱元件為6個，每個功率為2KW ;煮水腔的加熱元件為I個，功率為2KW ;控制器為ADT-FTKSQ型控制器。運行開水器40. 9h，開水器出水的流量在2. 257 L/min平均每根陶瓷加熱元件上結垢的重量為1. 2006go沸騰式開水器的姆小時的耗電量12KW(開水器測試時候,煮水腔一直處於工作的狀態，陶瓷加熱元件的總功率為12KW，所以每小時的耗電量為12KW)；本實施例1中自來水中的鈣離子濃度為28. 7mg/L,鎂離子的濃度為2. 98mg/L,開水器連續運行48h，開水器出水的流量控制在1. 1-1. 2 L/min,出水溫度控制為95. (TC，經測試，該沸騰式開水器連續運行40. 9h，單根陶瓷的表面生成的水垢的量達到1. 2006g。實施例2如圖1-4所示，本發明兩步法即開式開水器包括預熱腔14和煮水腔13，兩者體積和為120 X 100 X 170mm，預熱腔14和煮水腔13空腔體積比為4 I，預熱腔14和煮水腔13所用的材質為不鏽鋼，預熱腔14與煮水腔13中間有水箱隔板7，通過水箱隔板7上部的開ロ相連。在預熱腔14和煮水腔13內的側壁上都設有電加熱元件2。所用的加熱元件2為氮化矽加熱元件DG02，預熱腔14氮化矽加熱元件為為兩個，功率分別為1. 4 Kff和1. OKff ；煮水腔13的加熱元件為I個，功率為0. 8KW，由陶瓷材料將電阻絲包裹，經成型、熱壓燒結和機械加工而成，空氣中幹燒，加熱元件表面能達到1300°c。控制器11為ADT-FTKSQ型控制器。自來水從預熱腔的底部進入，利用步進式原理對進行預熱，通過控制器11將預熱腔的水溫控制在70°C;經過預熱腔14預熱的水從水箱隔板7上部的開ロ進入到煮水腔13，控制器11啟動加熱元件對水進一步加熱，在l_2s可將水加熱到92°C以上，打開水龍頭10就可以持續不斷獲得溫度在92°C以上的開水，無需要等待，實現即取即可以飲用。沸騰式開水器的每小時的耗電量12KW ;本實施例兩步法開水器單位每小時的耗電量為3. 2KW (開水器測試一直處在工作狀態下，預熱腔和煮水腔的陶瓷加熱元件一直處在加熱狀態下，總的功率為3. 2KW，所以每小時的耗電量為3. 2KW)，遠低於現有的沸騰式開水器。本實施例2中自來水中的鈣離子濃度為28. 7mg/L,鎂離子的濃度為2. 98mg/L,開水器連續運行48h，開水器出水的流量控制在1. 1-1. 2L/min,出水溫度控制為95. (TC，經測試，單根陶瓷的表面生成的水垢的重量為10_3g，無明顯結垢現象。相對於相同條件下實施例1中單根陶瓷的表面生成的水垢的量達到1. 2006g，本實施例水垢生成大為降低。水垢的存在嚴重影響加熱元件的傳熱能力，研究表明當水垢的厚度為0. 4_，傳熱元件的傳熱能力損失2%，厚度為19mm，傳熱能力損失高達90 %。利用兩步法加熱原理對自來水進行加熱，預熱腔內的水溫控制在70°C，此時水的結垢速率達到最小。實施例2中無明顯水垢生成，而現有利用沸騰翻滾原理的開水器則由於水垢而使得加熱元件斷開，而導致開水器無法正常エ作。兩步法開水器預熱腔的保溫溫度70°C，而平時常用的開水器保溫箱的溫度為92°C以上，因此在環境溫度25°C情況下，保溫箱的熱損耗兩步法開水器僅為通常開水器的67. 16%，節約能源32.84%。兩步法開水器對自來水先預熱，取水時可以直接加熱到93°C以上避免了一般開水器的保溫箱中反覆煮水而造成的千沸水，從而確保了開水符合健康飲用標準。
權利要求
1.一種兩步加熱即開式開水器，其特徵在於包括預熱腔和煮水腔，預熱腔與煮水腔在上部連通，預熱腔和煮水腔的空腔體積比例為3-6 :1，煮水腔中下部設有接水龍頭；在預熱腔和煮水腔內的側壁上都設有電加熱元件；預熱腔與煮水腔分別設有水位探針，水位探針分為高水位探針和低水位探針；溫度探針包括第一溫度探針和第二溫度探針，第二溫度探針安裝在預熱腔中下部，用於檢測預熱腔的水溫，並向控制器傳遞信號，控制預熱腔內水的溫度為60-70°C ;第一溫度探針安裝在煮水腔內與接水龍頭相接處的下方，用於檢測煮水腔的溫度，控制煮水腔的出水溫高於92°C;預熱腔的進水口設置在預熱腔的中下部，進水電磁閥設置在預熱腔進水口處的管道上，用於控制進水的流量；控制器分別與加熱元件、第一溫度探針、第二溫度探針、水位探針和進水電磁閥連接。
2.根據權利要求1所述的兩步加熱即開式開水器，其特徵在於所述的預熱腔和煮水腔的空腔體積比例為3-5 :1。
3.根據權利要求1所述的兩步加熱即開式開水器，其特徵在於所述的高水位探針有兩根，分別安裝在預熱腔和煮水腔的上部；預熱腔上部安裝第一高水位探針，煮水腔內頂部安裝第二高水位探針，煮水腔內還安裝有低水位探針。
4.根據權利要求1所述的兩步加熱即開式開水器，其特徵在於所述的煮水腔的側面上部設有溢水口。
5.根據權利要求1所述的兩步加熱即開式開水器，其特徵在於所述的預熱腔安裝兩組加熱元件，每組加熱元件由若干片氮化矽電熱元件組成，氮化矽電熱元件的功率在O.5-4KW。
6.根據權利要求1所述的兩步加熱即開式開水器，其特徵在於預熱腔和煮水腔的底部分別安裝排水閥。
7.根據權利要求1所述的兩步加熱即開式開水器，其特徵在於預熱腔與煮水腔在上部連通的方式是在預熱腔與煮水腔之間設有水箱隔板，通過水箱隔板上部的開口相連通。
8.一種應用權利要求1所述兩步加熱即開式開水器加熱開水的方法，其特徵在於來自管道自來水通過進水電磁閥進入預熱腔，當預熱腔水位低於第一高水位探針，控制器自動打開進水電磁閥對預熱腔補充自來水；預熱腔底部的加熱元件對預熱腔內自來水進行預熱，使自來水的溫度達到60-70°C ;第二溫度探針檢測預熱腔內水溫，當預熱腔內水溫低於70°C時，控制器自動打開預熱腔內的加熱元件，對預熱腔內的水進行加熱，使預熱腔的水保持在60-70°C ;當開啟接水龍頭時，煮水腔內低水位探針檢測到水位下降，開啟進水電磁閥，自來水從下部進入到預熱腔內，達到60-70°C的水從預熱腔上部溢進煮水腔內，經煮水腔內部的加熱元件進一步加熱，達到飲用水要求。
全文摘要
本發明公開了一種兩步加熱即開式開水器和加熱開水的方法，該開水器包括預熱腔和煮水腔，預熱腔與煮水腔在上部連通，在預熱腔和煮水腔內的側壁上都設有電加熱元件；第二溫度探針安裝在預熱腔中下部，用於檢測預熱腔的水溫，並向控制器傳遞信號，控制預熱腔內水的溫度為60-70℃；第一溫度探針安裝在煮水腔內與接水龍頭相接處的下方，用於檢測煮水腔的溫度，控制煮水腔的出水溫高於92℃。本發明分兩步加熱水，可以有效抑制水垢生成，延長開水器的使用壽命；可以滿足飲用水的要求，防止千沸水和陰陽水，實現持續取水。
文檔編號F24H9/20GK103017322SQ20121043723
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月5日 優先權日2012年11月5日
發明者姚海峰, 張葉軍, 李靜, 樊栓獅, 姚澤民, 吳國華 申請人:廣東恆聯食品機械有限公司