一种节能型纯水开水器及其加热方法与流程

本发明属于饮水装置技术领域，特别是涉及一种节能型纯水开水器及其加热方法。

背景技术：

随着科技的发展和社会进步，人们生活水平得到快速提升，同时对生活质量的要求也越来越高；饮用水作为生活必不可少的资源，对饮用水的用户使用体验要求和能耗降低的要求也越来越高。

常用到的开水器包括浮球式开水器、沸腾式开水器和步进式开水器，三者都属于储热型自来水开水器。其中：浮球式开水器是边放开水、边进冷水，出水俗称“阴阳水”；沸腾式开水器内分冷水箱、煮水箱、保温储水箱三个箱，冷水箱和供应开水的储水箱不互通，只有煮水箱中的水达到100℃完全沸腾时，大量的蒸汽将沸腾水喷入储水箱中水龙头才能出水，首沸时间约需5-6秒，之后连续供水，采用高低功率双加热管，高功率加热，低功率保温，两条管不会同时工作，出水俗称“千滚水”；步进式开水器采用逐层步进分层加热，取水后可逐层进水逐层加热，连续提供90多摄氏度的开水，利用温度探头控制加热和进水，利用水位探针控制高低水位。

而市场上已用的即热型开水器为厚膜管道型即热式开水器，其加热方式属于正向加热方式，即冷水补水是从管道下部流进，在水流上升过程中逐步加热至沸腾，最后沸腾的开水从顶部顶出，供人们使用。

但是，现有开水器共同存在饮用水质差、加热元件寿命短的问题；储热型的开水器能耗高，而厚膜管道型即热开水器出水流量小、易损坏，导致用户体验不爽。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种通过采用纯水逆向即热、纯水精准即热和余热微量储热技术改善水质和提高节能水平、使用方便快捷、用户体验好的节能型纯水开水器及其加热方法。

本发明的一技术解决方案是：一种节能型纯水开水器，包括设置于壳体内的反渗透净水单元、加热单元和中央控制单元，所述反渗透净水单元包括反渗透净水器和减压阀；所述加热单元包括水箱和设置于所述水箱底部的发热管；所述中央控制单元包括中央处理器、补水电磁阀、节流阀、水位传感器和温度传感器，所述水位传感器和温度传感器均设置在所述水箱内壁，所述反渗透净水器的纯水出口与水箱顶端的进水口之间经第一管路接通，且所述第一管路上设置所述节流阀和补水电磁阀，所述中央处理器根据所述水位传感器和温度传感器的反馈控制所述补水电磁阀的开和关，并控制所述加热单元；所述水箱的热水出口经第二管路与外部接通、且在所述第二管路上设置有开关阀。

作为优选：还包括纯水储水压力桶，所述中央控制单元还包括所述节流阀与补水电磁阀之间的第一管路上设置的第一高压开关和第二高压开关，所述纯水储水压力桶经第三管路接通所述第一高压开关与第二高压开关之间的第一管路。

作为优选：所述第一高压开关的压力大于所述第二高压开关的压力。

作为优选：所述发热管包括第一发热管和第二发热管，所述中央控制单元根据温度传感器监测到的水温控制所述第一发热管和第二发热管的开关；或所述第二高压开关的压力大小控制所述第二发热管的开关。

作为优选：所述水位传感器包括上水位传感器和下水位传感器，所述上水位传感器和下水位传感器均设置在所述水箱顶端的内壁。

作为优选：所述水箱侧壁开设有溢流口，所述溢流口距水箱底部的高度大于所述上水位传感器距水箱底部的高度，且所述溢流口经第四管路与外部接通。

作为优选：所述水箱的容积小于10升，且水箱外设有保温层。

本发明的另一技术解决方案是：一种节能型纯水开水器的加热方法，包括以下步骤：

s1：开机，中央控制单元控制进水阀和补水电磁阀打开，水经反渗透净水器形成纯水经第一管路和节流阀进入水箱，直到水箱内的水到达下水位传感器监测的最低安全水位；

s2：打开两个发热管开始加热，并延时若干秒关闭补水电磁阀，从而预加热已进入水箱中的纯水；此时纯水经第三管路进入纯水储水压力桶；

s3：当温度传感器监测到水箱内水温超过预设温度91℃时，再次打开补水电磁阀，让纯水经第一管路进入水箱；补水电磁阀经过多次关闭与打开直到水箱内的热水到达上水位传感器监测的最高水位；

s4：水位达上水位后延时几秒关闭补水电磁阀，而第一发热管和第二发热管继续加热，待水箱内的水温到达93℃时停止加热；

s5：纯水经第三管路进入纯水储水压力桶，待纯水储水压力桶内的纯水储存到第一高压开关设定的最高水压后，中央控制单元控制反渗透净水器停机，开水器进入待机状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

⑴本发明采用纯水逆向即热的方式加热饮用水，即采通过中央控制单元控制发热管、温度传感器、补水电磁阀和节流阀，让与发热管功率基本匹配的设定流量的常温纯水由水箱顶部进水口进入，使进入的纯水与水箱内上升的高温开水和水蒸汽在瞬间进行逆向热交换，并精准调控实现临界沸腾，使水箱的出水达到预设温度，并几乎完全消除汽化热能耗；同时，采用纯水加热净化了水质，保证饮水健康，并解决了水垢对即热可靠性的影响，彻底消除了水垢能耗。

⑵实现精准即热，即热出水水温与进水箱的纯水流量和水温相关。由于反渗透净水器产纯水的流量和进水水温与反渗透膜的污堵相关，导致纯水流量会随季节、随膜汚堵而大幅波动；同时即热出水水温又与纯水当季水温相关。本发明采用纯水储水压力桶储存一定量的纯水作为流量调节补充，同时中央控制单元根据水箱水温反馈控制进水或加热功率：水箱内水温低时，关闭补水电磁阀，停止进水；水箱内水温高时，关闭一个发热管以减小功率，随时调节以保证出水温度恒定，实现纯水精准即热。

⑶实现余热微量储热，水箱容积小于10升，水箱内的发热管加热停止后，补水电磁阀与发热管均关闭，内热式发热管的余热和水箱外的保温层保证水箱内存量水每次即热后的高温能保持2小时。综合利用即热与储热的优势，在保温不加热的情况下，能为用户持续提供高温开水，且出水流量大于即热流量，让用户获得更好的体验。

附图说明

图1是本发明节能型纯水开水器的内部结构示意图；

图2是本发明节能型纯水开水器的工作原理结构示意图；

图3是本发明节能型纯水开水器的加热方法未开机时的原理图；

图4是本发明节能型纯水开水器的加热方法步骤s1的原理图；

图5是本发明节能型纯水开水器的加热方法步骤s3的原理图；

图6是本发明节能型纯水开水器的加热方法步骤s3的原理图；

图7是本发明节能型纯水开水器的加热方法步骤s5的原理图。

主要组件符号说明：

反渗透净水单元10，反渗透净水器12，减压阀14，加热单元20，水箱22，发热管24，第一发热管242，第二发热管244，中央控制单元30，补水电磁阀32，节流阀33，水位传感器34，上水位传感器342，下水位传感器344，温度传感器36，第一高压开关37，第二高压开关38，第一管路42，第二管路44，开关阀45，第三管路46，第四管路48，纯水储水压力桶50。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述：

图1、图2示出了本发明的第一个实施例。

请参阅图1、图2所示，该节能型纯水开水器，包括设置于壳体内的反渗透净水单元10、加热单元20和中央控制单元30，反渗透净水单元10包括反渗透净水器12和减压阀14，加热单元20包括水箱22和设置于水箱22底部的发热管24，中央控制单元30包括中央处理器、补水电磁阀32、节流阀33、水位传感器34和温度传感器36，水位传感器34和温度传感器36均设置在水箱22内壁，反渗透净水器12的纯水出口与水箱22顶端的进水口之间经第一管路42接通，且第一管路42上设置节流阀33和补水电磁阀32，中央处理器根据水位传感器34和温度传感器36的反馈控制补水电磁阀32的开和关，并控制加热单元20；水箱22的热水出口经第二管路44与外部接通、且在第二管路44上设置有开关阀45。

反渗透净水器12除了有与减压阀14经管路接通的进水口和与第一管路42接通的纯水出口外，还设置有浓水出水口，经反渗透净水器12过滤后，纯水由纯水出水口接入水箱22加热饮用，浓水由浓水出水口经管路外排。

本发明采用纯水逆向即热的方式加热饮用水，即通过中央控制单元30控制发热管24、温度传感器36、补水电磁阀32和节流阀33，让与发热管24功率基本匹配的设定流量的常温纯水由水箱22顶部进水口进入，使进入的纯水与水箱22内上升的高温开水和水蒸汽在瞬间进行逆向热交换，并精准调控实现临界沸腾，使水箱22的出水达到预设温度，并几乎完全消除汽化热能耗；同时，采用纯水加热净化了水质，保证饮水健康，并解决了水垢对即热可靠性的影响，彻底消除了水垢能耗。

还包括纯水储水压力桶50，中央控制单元30还包括节流阀33与补水电磁阀32之间的第一管路42上设置的第一高压开关37和第二高压开关38，纯水储水压力桶50经第三管路46接通第一高压开关37与第二高压开关38之间的第一管路42；第一高压开关37的压力大于第二高压开关38的压力。

发热管24包括第一发热管242和第二发热管244，中央控制单元30根据温度传感器36监测到的水温控制第一发热管242和第二发热管244的开关；水位传感器34包括上水位传感器342和下水位传感器344，上水位传感器342和下水位传感器344均设置在水箱22顶端的内壁；水箱22侧壁开设有溢流口，溢流口距水箱22底部的高度大于上水位传感器342距水箱22底部的高度，且溢流口经第四管路48与外部接通。其中，第二高压开关38的压力大小也可控制第二发热管244的开关。

由于纯水流量和进水水温与反渗透膜的污堵相关，导致纯水流量会随季节大幅波动；同时即热出水水温又与纯水当季水温相关。本发明采用纯水储水压力桶50储存一定量的纯水作为流量调节补充，同时中央控制单元30根据水箱22水温反馈控制进水或加热功率：水箱22内水温低时，关闭补水电磁阀32停止进水；水箱22内水温高时，关闭一个发热管24以减小功率，随时调节使进水流量与加热功率精准匹配以保证出水温度恒定，实现纯水精准即热。

水箱22壁面设置溢流口，可在水箱22内水量过多时从溢流口溢出，并从与外部接通的第四管路48排出，避免水量过多对开水器造成损伤。

水箱22的容积小于10l，一般为6-8l，且水箱22外设有保温层。水箱22内的发热管24加热停止后，补水电磁阀32与发热管24均关闭，利用内热式发热管24的余热和水箱22外的保温层保证水箱22内存量水每次即热后的高温能保持2小时，综合利用即热与储热的优势，在保温不加热的情况下，能为用户持续提供高温开水，且出水流量大于即热流量，让用户获得更好的体验。

请参阅图3、图4、图5、图6、图7所示，为该节能型纯水开水器加热方法的原理图。

该节能型纯水开水器的加热方法，包括以下步骤：

s1：开机，中央控制单元30控制减压阀14和补水电磁阀32打开，水经反渗透净水器12形成纯水经第一管路42和节流阀33进入水箱22，直到水箱22内的水到达下水位传感器344监测的最低安全水位；

s2：打开两个发热管24开始加热，并延时若干秒关闭补水电磁阀32，从而预加热已进入水箱22中的纯水；此时纯水经第三管路46进入纯水储水压力桶50；

s3：当温度传感器36监测到水箱22内水温超过预设温度91℃时，再次打开补水电磁阀32，让纯水经第一管路42进入水箱22；补水电磁阀32经过多次关闭与打开直到水箱22内的热水到达上水位传感器342监测的最高水位；

s4：水位达上水位后延时几秒关闭补水电磁阀32，而第一发热管242和第二发热管244继续加热，待水箱22内的水温到达93℃时停止加热；

s5：纯水经第三管路46进入纯水储水压力桶50，待纯水储水压力桶50内的纯水储存到第一高压开关37设定的最高水压后，中央控制单元30控制反渗透净水器12停机，开水器进入待机状态。

该节能型纯水开水器工作时，通电打开补水电磁阀32，自来水经管路流经减压阀14后从反渗透净水器12的进水口进入反渗透净水器12，自来水经反渗透净水器12过滤净化成纯水后，纯水由纯水出口流出，浓水由浓水出水口经管路排至外部；纯水依次经节流阀33和补水电磁阀32由第一管路42从水箱22顶端的进水口进入水箱22，当水箱22中的水满至下水位传感器344的最低水位时，打开两个发热管24，并延时若干秒关闭补水电磁阀32，开始对水箱22内的水加热；而补水电磁阀32关闭之后，当温度传感器36监测到水箱22内水温超过预设温度91℃时，再次打开补水电磁阀32，让纯水由水箱22顶端的进水口进入水箱22，此时，水箱22内高温开水和水蒸汽与流进的常温纯水在瞬间进行逆向热交换；补水电磁阀32经过多次关闭与打开，当水箱22中的水满至上水位传感器342的最高水位时，延时几秒关闭补水电磁阀32，第一发热管242和第二发热管244继续加热，待温度到达93℃后停止加热；补水电磁阀32关闭之后，第一管路42中的纯水则通过第三管路46流进纯水储水压力桶50中储存，当纯水储水压力桶50中的纯水，储存到第一高压开关37设定的最高水压后，高压开关切断电路让反渗透净水器12停机，中央控制单元30的控制面板制水灯灭，开水器进入待机状态。

由于受到天气季节的影响，自来水和纯水的水温随季节变化，并不是一个稳定值，而开水器的加热功率是恒定的，所以会导致不同季节的出水水温会有所差异；而本节能型纯水开水器解决了这个问题。

设计规定的标准进水水温为20℃，在进水水温为20℃的标准进水流量为即热水流量，此时设计与标准进水流量匹配的功率为即热功率。

当纯水进水的水温低于20℃或纯水进水流量大于标准水流量时，水箱22内的纯水经两个发热管24的加热后水温会比标准设定值低，此时，中央控制单元30及时控制关闭补水电磁阀32，停止向水箱22内补水，使水箱22的热水水温重新升高至预设的高温。

当纯水进水的水温高于20℃或纯水进水流量小于标准水流量时，水箱22内的纯水经两个发热管24的加热后水温会比标准设定值高，此时，中央控制单元30及时控制关闭一个或两个发热管24，减小或停止加热便可降温。

由于控制补水电磁阀32比控制发热管24的工作可靠性更高，且响应速度更快，故实际设定的进水流量应略高于标准进水流量。

但当自来水的水温大幅降低时，它会大幅降低反渗透净水器12净化纯水的能力，若此时纯水储水压力桶50储备的纯水已不足以补充保证第一管路42中设定的纯水流量，即纯水流量大幅减小时，第二高压开关38会监测到纯水储水压力桶50的纯水水压下降，当纯水储水压力桶50的纯水水压下降到设定值时，第二高压开便会关闭第二发热管244，使加热功率相应减小，并与上述减小后的流量基本匹配，再由中央控制单元30实现精准控温。

综上，通过变功率与精准控温，保证热水出水口能适应环境变化放出恒定的高水温饮用水，保证用户需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。