专利名称：一种开水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开水器，特别是涉及一种利用大功率电热元件加热及超声波发生器于一体的，具有传能、阻垢、除垢以及提升水质等功能的开水器，适用于对水质要求高、饮用周期短等大功率团体式快热式开水器。
背景技术：
目前，开水器在工作的过程中，由于水中矿物盐分的存在，当水温达到80°C左右时，开始出现晶体形成现象，这些晶体随着量的增多，逐渐聚集，凝结成块，附着在电热元件及容器等表面上，形成污垢。污垢的形成和积累，会导致容器腐蚀严重；电热元件传热效率降低，内部热量难以传递到水中，温度急剧升高，进而影响电热元件的使用寿命和工作性能，严重者导致因高温断裂。阻垢、除垢是当前开水器系列面临的主要问题之一。传统开水器阻垢除垢的方法主要有电镀、清洗等化学方法，离子渗透、电离等物理方法，以及设备停止工作手工除垢的方法。这些方法存在加工困难、成本高、污染严重、耗时耗力，工作劳动强度大以及影响正常工作等方面的不足，且难以达到较为理想的阻垢、除垢的目的。目前常用的开水器电热元件，尤其是特种陶瓷等特殊电热元件，如果结垢现象较严重，严重影响电热元件的使用性能和寿命。现有技术中关于超声波除垢主要是在锅炉管道中的应用，目的是避免锅炉管道堵塞，直接对锅炉本体的应用尚未见报道；而且由于现有技术中超声波发生器体积大，重量大，在实际应用中还很少应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波作用产生小分子能量水，并集大功率电热元件快速加热与超声波阻垢、除垢于一体的开水器。本发明超声波作为一种能量波，将开水器中的水转变成一种小分子能量水，提高水的质量，利用人体吸收。而且超声波除垢作为一种新型的除垢方法，具有优越的机械效应、空化效应；以其传播方向好、穿透能力强、在介质中传播衰减小等优点，开始应用在锅炉、管道等设备上，具有较好的阻垢除垢效果。目前在日常饮用开水器上的应用还未见报道。超声波不仅具有防垢、除垢的作用，而且可以对水作用产生的小分子能量水。而且没有进行超声波对水分子作用的相关研究，目前还未发现超声波在开水器上的应用实例。 根据超声波的除垢原理，将超声波除垢作用在开水器上，可以达到水质的健康饮用、电热元件的长期使用、对水质的无污染等效果。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种开水器，包括水箱、电热元件、超声波发生器、高水位探针、低水位探针、温控器、水龙头、进水口、排污口、排气孔、控制器和支座；水箱由不锈钢或者铝合金制成的空心结构，水箱设置在支座上；一个超声波发生器安装在水箱壁上，伸入水体内，或者是多个超声波发生器分布在水箱外壁；超声波发生器发射出频率在20-40kHz，功率为200-1000W的超声波；电热元件固定在水箱上；高水位探针、低水位探针分别设置在水箱上部和下部，用来感应水箱内水位的变化，并传递感应信号；水龙头设置在水箱下部；温控器设置在水箱内壁上部；水箱底部设有进水口和排污口，顶部设有排气孔；高水位探针、低水位探针、温控器、电热元件、超声波发生器分别连接接到控制器上。为进一步实现本发明目的，所述的水箱内壁优选设有内胆，内胆设有保温层。所述水箱优选设有进水区、煮水区和保温区，进水区、煮水区和保温区依次连通。所述水箱优选为方型或圆筒型，容积优选为5-100L。所述电热元件优选为陶瓷电热元件或者电热管。所述高水位探针和低水位探针优选金属电子探头水位检测传感器。所述控制器优选为ADT-FTKSQ型控制器。所述水箱优选设置在外壳内，外壳的形状为方型或圆柱形，外壳在正壁面侧留有水龙头伸出口 ；控制器设置在外壳上。相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果(1)本发明采用频率为20_40kHz，功率为200-1000W的超声波作用于饮用自来水， 超声波产生的能量传递给水分子团，将水分子团转变成更小的微(小)水分子团，利用核磁测定水的氧半峰宽由125. 86MHZ降低到98. 75MHZ，导致水的渗透压升高，渗透能力增强。使水形成小分子能量水，有利于人体的吸收，超声波处理后的能量水使得生物的成长健康性明显提高，植物抽芽率提高7. 11%左右。生物理化试验表明，生物对超声波处理后的水的吸收率提高观.94%。(2)超声波发生器发出的20_40kHz的高频波，在水中的传播速度达到1200m/s左右，金属固体中传播速度越为5000m/s，机械品质好，穿透能力强、集束性好，其机械效应、空化效应等能达到开水器的防垢、除垢效果好。未经过超声波处理的开水器运行15天后，在陶瓷电热元件上形成2-3mm的垢层。本发明开水器利用超声波除垢，通过相同的时间试验测试，电热元件边界表面结垢层仅为0. OOlmm左右，中部仍保持光滑状态，较好地达到了防垢、除垢的目的；(3)结垢现象的减少，确保了电热元件的使用性能及使用寿命，使开水器能够长期高效的运行。(4)通过实验分析，超声波处理后的开水，水中的矿物质没有受到影响，利用火焰原子吸收法对自来水、自来水不经任何处理烧开的水及经超声波处理后烧开的水进行矿物质检测，Ca元素的含量(mg/L)分别为观.9、28. 6,28.7 ；Mg元素的含量(mg/L)分别为2. 99、 2. 96,2. 98 ；As的含量均小于0. 01mg/L，保证了人体对矿物质的需求；经过超声波处理后的开水与未经超声波处理的开水相比，小分子率提高50% -70%。(5)本发明的开水器应用超声波除垢的同时实现了开水形成小分子能量水，提高了水的品质，实现了开水加工的原理创新。
图1为本发明开水器的装置示意图；图2为开水器内部结构的左视图3为超声波发生器放置的第二实施实例图；图4为开水器中控制器的电器原理图。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达到的目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。如图1、2、3所示，一种电开水器包括水箱1、电热元件2、超声波发生器3、高水位探针8、低水位探针9、温控器10、水龙头4、进水口 5、排污口 6、排气孔7、控制器11、外壳12 和支座13。水箱1由不锈钢或者铝合金制成空心结构，根据需要设计成方形、圆桶形等形状结构；容积优选为5-100L ；水箱1还可分别设有进水区、煮水区和保温区，进水区、煮水区和保温区依次连通。水箱内壁优选设有内胆，内胆设有保温层。超声波发生器3安装在水箱1侧壁上，嵌入在水箱1内部，直接在水中产生超声波，也可以是多个超声波发生器3安装在水箱1外壁，多个超声波发生器3分别透过固体金属壁面向水中传递超声波。超声波发生器3是一种超声波发生元件，发射出频率在20-40kHz，功率为200-1000W的超声波；电热元件2是开水器的能量源，对水进行加热，固定在水箱1侧壁或者底部上，电热元件2可以是陶瓷电热元件、电热管或其他电热元件类型，电热元件2优选陶瓷电热元件，根据需要选取功率为6-12kW的陶瓷电热元件；高水位探针8和低水位探针9分别设置在水箱1上部和下部，用来感应水箱内水位的变化，并传递感应信号；水龙头4设置在水箱1的下部；温控器10设置在水箱1内壁上，伸入水箱1内，在开水器工作时能够浸没在水中感应水的温度，对流出水龙头4的水进行温度监测，及时显示信号，确保健康饮用；进水口 5设置在水箱 1底部(也可在其他合理位置)，在开水器工作的过程中，根据水箱1内高水位探针8、低水位探针9传出的信号，自动控制进水状况；排污口 6设置在水箱底部，当开水器运行一段时间后，要对水箱1进行清洗时，清洗后的污水从排污口 6流出；水箱1上部设有排气孔7，水烧开后有水蒸气生成，为确保水箱1安全工作，将水蒸气及时地从排气孔7排出；水箱1连同各种元件安放在开水器外壳12内，外壳12固定在支座13上；外壳12上设置控制器11， 高水位探针8、低水位探针9、温控器10、电热元件2、超声波发生器3分别连接接到控制器 11上，用来控制开水器的正常工作。设计外壳的形状为方型或圆柱型等形状，在正壁面侧留有水龙头伸出口和其它附属显示区，外壳可在外观上进行美化，贴有相关的使用说明、产品合格标识码。整个开水器安放在支座上，进行固定。陶瓷电热元件由陶瓷材料将电阻丝包裹，经成型、热压烧结和机械加工而成；功率大，耐1300°C高温；安全，折断情况下漏电电流低于IOmA ；寿命长，使用寿命最低可达到 5000h;体积小、重量轻，结构简单，耐腐蚀性强；电热管是由密闭金属材料为外壳，包裹电热丝、并填充绝缘高导热性能的填充物加工而成。高水位探针8和低水位探针9都是金属电子探头水位检测传感器，用来感应水箱 1内水位，输出高或低电平信号，将水位传递给控制器11。温控器10感应水箱1内水温度情况，这些感应信号转换成电信号，及时传递进行信号传递及调节。如图4所示，控制器11为ADT-FTKSQ型控制器，集电源开关、信号接收和转换于一体器件，用来接收信号，并发出操作指令，控制开水器的工作状况。开水器工作的过程中，水箱1内的水接触到低水位探针9时，将探针感应水信号传递给控制器11，控制器11通过信号转换，并发出电热元件2的控制信号，电热元件2开通开始加热；当水箱1内的水位达到高水位探针8时，探针感应信号传输给控制器11，控制器11发出进水阀5控制信号，关闭进水阀5 ；当水箱1内的水被加热到95°C时，温控器10传出感应信号，传递给控制器11，控制器11再次发出信号，关闭电热元件2，停止加热，水箱1内的水可以引用。当水箱1内的水流出后，水位下降，脱离高水位探针8，控制器11开始控制开水阀5进水，进入下一个周期。设计外壳12的形状方型、圆柱型，在正壁面侧留有水龙头4伸出口和其他附属显示区，在外观上进行美化，并贴有相关的使用说明、产品合格标识码等。整个开水器安放在支座13上，进行固定。开水器工作时，按下电源开关，接通电源，水源开始从进水口 5进入水箱1，水箱1 内水位达到低水位探针时，电热元件2开始加热，水位上升到高水位探针9时，进水口 5停止进水，电热元件2继续加热，温控器10感应水的温度，温度变化时及时的传出信号，通过控制器11控制电热元件2的工作状态，将水温控制在95°C左右，达到保温的目的。在开水器工作时，超声波发生器3在水加热的过程中可以连续工作，也可以间断式工作，发出的超声波使水的分子间距增大，黏度降低，加速成核，使盐分在水溶液中就快速形成晶体；超声波发生器3通过空化效应产生的强大压力，使成垢晶体破碎成小颗粒状；传播的速度差产生的剪切应力，并减弱晶体分子与容器界面间的结合力，阻碍污垢在容器表面凝结；超声波发生器3通过机械效应产生的浓度差，使污垢脱离，达到除垢的目的；从而达到了超声波阻垢、除垢的目的。本发明开水器利用超声波除垢，超声波发生器产生的疏密超声波在水中与小于共振尺寸的微小气泡产生共振，当超声波声压增加，气泡内的压强小于原来的静压强，气泡迅速涨大，气泡被绝热压缩至爆炸湮灭。这种水中小气泡“形成-长大-爆破”的过程叫做空化效应。空化效应产生局部高温、高压和射流等作用，在器件表面产生强烈的机械搅拌效应， 将成垢盐晶体粉碎防止在表面结垢；超声波产生一定的速度差，在界面上形成剪切应力，使晶体分子与界面之间的结合力减弱，达到防垢的目的。超声波可以使水形成小分子能量水， 有利于人体的吸收。下面实施例为利用图1、2、3所示电开水器处理自来水的具体例子。实施例1 开水器的结构如图1-3所示，其中，电热元件2选用陶瓷电热元件，由陶瓷材料将电阻丝包裹，经成型、热压烧结和机械加工而成；耐1300°C高温。超声波发生器3选用 20kHzUOOOff的超声波发生器，对20L水在20分钟内连续作用，水龙头4放出的水为开水， 温度达到95°C。在整个开水器第一次运行时水的烧开过程用时3分钟，在烧开后不关电源，随时提供开水，为了查看效果，在超声波运行20分钟之后才接水检测水的变化情况。通过500MHz核磁共振波谱仪检测表明，水分子内氧的半峰宽由125.86MHZ(自来水中氧的半峰宽，利用核磁共振谱线的宽度可以反映液态水团簇结构的平均相对大小，谱线越宽，团簇越大；谱线越窄，团簇越小)降低到98. 75MHZ，说明经过20kHz、1000W的超声波处理的水形成了小分子能量水；将生菜种子分活性水A(本实施例超声波处理后的水)和自来水C浸泡的两组，每组450颗，进行吸水率实验，首先对两组种子在35°C的环境下烘30分钟，然后再同样的条件下浸泡3小时，在浸泡前和后称重，得出生菜种子对超声波处理后的水的吸收率为120. 87% (吸收率计算方法浸泡3小时后的种子重量减去浸泡前种子的干重再除以种子的干重)，种子对自来水的吸收率91. 93% ；将浸泡后的种子放置于培养箱中，白天 14h (上午5时到下午7时)，25°C，湿度60 %，夜晚10h，15°C，湿度80 %的条件下，用同样量的超声波处理后的水及自来水处浇灌、培育10天，前者出芽率为92. 44%，后者出芽率为 85. 33%;采用同样的盆体和土质，将培育的芽苗3颗一盆，每组5盆，在同样的生长环境下， 用同样量的超声波处理后的水、自来水浇灌30天，观察其生长势，以12个叶片数量为成熟标准，前者的成熟率为93. 33%，后者为80%。利用火焰原子吸收法对自来水不经任何处理烧开的水及经超声波处理后烧开的水进行矿物质检测，Ca元素的含量(mg/L)分别为28. 7,28. 6 ；Mg元素的含量(mg/L)分别为2. 94,2. 96 ；As的含量均小于0. 01mg/L，保证了人体对矿物质的需求，经过超声波处理后的开水与未经超声波处理的开水相比，小分子率提高50%-70% (小分子是相对于在超声波处理以前的自来水而言的，小于自来水的分子大小的水称为小分子水，本实施例超声波处理后使水分子中氧的半峰宽度为98. 75MHZ，微波仪处理后使水分子中氧的半峰宽度为 65MHZ ；小分子率是指核磁共振仪检测到的水的小分子量占水总分子量的比例)；该开水器利用超声波除垢，通过15天的试验测试，电热元件边界表面结垢层为0. OOlmm左右，中部保持光滑状态。实施例2开水器的结构如图1-3所示，其中，电热元件2选用陶瓷电热元件，由陶瓷材料将电阻丝包裹，经成型、热压烧结和机械加工而成；耐1300°C高温。超声波发生器3选用 30kHz,700W的超声波发生器，对20L水在20分钟内连续作用，水龙头4放出的水为开水，温度达到95°C。在整个开水器第一次运行时水的烧开过程用时3分钟，在烧开后不关电源， 随时提供开水，为了查看效果，在超声波运行20分钟之后才接水检测水的变化情况。通过 500MHz核磁共振波谱仪检测表明，水分子内氧的半峰宽由125. 86MHZ(自来水的氧的半峰宽)降低到89. 63MHZ，与20kHz、1000W的超声波相比，形成的能量水分子更小。采用与实施例1同样的生物理化实验，结果表明生菜种子对超声波处理后的水的吸收率为134. 73%, 对自来水的吸收率91. 96% ；运用超声波处理后的水浸泡出芽率为98. 22%，用自来水浸泡的出芽率为85. 78% ；前者的成熟率为100%，后者为80%。利用火焰原子吸收法对自来水不经任何处理烧开的水及经超声波处理后烧开的水进行矿物质检测，Ca元素的含量(mg/L)分别为28. 6,28.7 ；Mg元素的含量(mg/L)分别为 2. 96,2. 98 ；As的含量均小于0. 01mg/L，保证了人体对矿物质的需求，经过超声波处理后的开水与未经超声波处理的开水相比，小分子率提高60% -80% ；该开水器利用超声波除垢， 通过15天的试验测试，电热元件边界表面结垢层为0. 0005mm,中部保持光滑状态。实施例3开水器的结构如图1-3所示，其中，电热元件2选用陶瓷电热元件，由陶瓷材料将电阻丝包裹，经成型、热压烧结和机械加工而成；耐1300°C高温。超声波发生器3选用 40kHz,200W的超声波发生器，对20L水在20分钟内连续作用，水龙头4放出的水为开水，温度达到95°C。在整个开水器第一次运行时水的烧开过程用时3分钟，在烧开后不关电源，随时提供开水，为了查看效果，在超声波运行20分钟之后才接水检测水的变化情况。通过核磁检测表明，水分子内氧的半峰宽由125. 86MHZ降低到102. 41MHZ，与20kHz、1000W的超声波相比，形成的能量水分子有所变大；采用与实施例1同样的生物理化实验，结果表明得到生菜种子对超声波处理后的水的吸收率为106.观％，种子对自来水的吸收率91. 95%;运用超声波处理后的水浸泡出芽率为90. 66%，用自来水浸泡的出芽率为84. 89% ；前者的成熟率为86. 67%，后者为80%。利用火焰原子吸收法对自来水不经任何处理烧开的水及经超声波处理后烧开的水进行矿物质检测，Ca元素的含量(mg/L)分别为28. 8,28.7 ；Mg元素的含量(mg/L)分别为 2. 96,3. 00 ；As的含量均小于0. 01mg/L，保证了人体对矿物质的需求，经过超声波处理后的开水与未经超声波处理的开水相比，小分子率提高42% -66% ；该开水器利用超声波除垢， 通过15天的试验测试，电热元件边界表面结垢层为0. 004mm左右，中部保持光滑状态。本发明中超声波发生器将电能转换成超声波的器件，20_40kHz，功率为200-1000W 的超声波作用于水，波产生的能量传递给水分子团，将水分子团转变成更小的微(小)水分子团，导致水的渗透压升高，渗透能力增强，通过实施例的生物成长实验得到20-40kHz， 功率为200-1000W超声波处理后的水，使得生物的成长健康性明显提高，植物抽芽率提高；生物理化试验表明，生物对超声波处理后的水的吸收率提高；而且在提升水质的同时， 20-40kHz，功率为200-1000W超声波具有空化效应、机械效应等，可以使水箱内壁、电热元件表面发生空化，使表面即将形成污垢的颗粒破碎，对少量已经形成的垢通过机械剪应力出去；本发明开水器利用超声波除垢，运行15天后，电热元件边界表面结垢层仅为0. 001毫米，中部仍保持光滑状态，较好地达到了防垢、除垢的目的。
权利要求
1.一种开水器，其特征在于包括水箱、电热元件、超声波发生器、高水位探针、低水位探针、温控器、水龙头、进水口、排污口、排气孔、控制器和支座；水箱由不锈钢或者铝合金制成的空心结构，水箱设置在支座上；一个超声波发生器安装在水箱壁上，伸入水体内， 或者是多个超声波发生器分布在水箱外壁；超声波发生器发射出频率在20-40kHz，功率为 200-1000W的超声波；电热元件固定在水箱上；高水位探针、低水位探针分别设置在水箱上部和下部，用来感应水箱内水位的变化，并传递感应信号；水龙头设置在水箱下部；温控器设置在水箱内壁上部；水箱底部设有进水口和排污口，顶部设有排气孔；高水位探针、低水位探针、温控器、电热元件、超声波发生器分别连接接到控制器上。
2.根据权利要求1所述的一种开水器，其特征在于所述的水箱内壁设有内胆，内胆设有保温层。
3.根据权利要求2所述的一种开水器，其特征在于所述水箱设有进水区、煮水区和保温区，进水区、煮水区和保温区依次连通。
4.根据权利要求2或者3所述的一种开水器，其特征在于所述水箱为方型或圆筒型， 容积为5-100L。
5.根据权利要求1所述的一种开水器，其特征在于所述电热元件为陶瓷电热元件或者电热管。
6.根据权利要求1所述的一种开水器，其特征在于所述高水位探针和低水位探针都是金属电子探头水位检测传感器。
7.根据权利要求1所述的一种开水器，其特征在于所述控制器为ADT-FTKSQ型控制ο
8.根据权利要求1所述的一种开水器，其特征在于所述水箱设置在外壳内，外壳的形状为方型或圆柱形，外壳在正壁面侧留有水龙头伸出口 ；控制器设置在外壳上。
全文摘要
本发明公开了一种开水器，包括水箱、电热元件、超声波发生器、高水位探针、低水位探针、温控器、水龙头、进水口、排污口、排气孔、控制器和支座；水箱由不锈钢或者铝合金制成的空心结构，水箱设置在支座上；一个超声波发生器安装在水箱壁上，伸入水体内，或者是多个超声波发生器分布在水箱外壁；超声波发生器发射出频率在20-40kHz，功率为200-1000W的超声波；电热元件固定在水箱上。本发明超声波发生器产生的能量传递给水分子12团，将水分子团转变成更小的微(小)水分子团，且本发明开水器利用超声波除垢，运行15天后，电热元件边界表面结垢层仅为0.001毫米，中部仍保持光滑状态，较好地达到了防垢、除垢的目的。
文档编号A47J31/44GK102488455SQ201110442470
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者刘文忠, 姬升涛, 曾键, 李静, 樊栓狮 申请人:广东恒联食品机械有限公司