回收全部显热绿色直接饮水机.pdf

一种回收全部显热绿色直接饮水机：上水在加热杀菌至100～120℃，以成为饮水的过程中，通过1～40℃小温差换热技术形成的闭路热焓循环，制取仅比上水高1～40℃的饮水，全部回收50～99％显热；因此仅需加热补偿系统循环中1～50％的显热损失及热损，即可每度电制取饮水20～1000升，饮水机的性能系数可达80，是传统电热壶烧(100℃)开水的100倍，因此是21世纪环球最节能产品。

权利要求书
1、  一种回收全部显热绿色直接饮水机，其由过滤器(1)；止回阀(2)；泄压阀(3)；带保温回热器(4)；加热/保温管(5)；饮水阀(6)；加热源(7)；温度开关(8)；压力开关(9)；电磁阀(10)；加压泵(11)；流量调节阀(12)；水温信号灯(13)；三通(14)等组成；其特征在于：过滤器(1)、止回阀(2)、泄压阀(3)、带保温回热器(4)上水侧、加热/保温管(5)、带保温回热器(4)饮水侧、饮水阀(6)及其连接管路与管件等，组成热回收与加热支路；加热/保温管(5)与加热源(7)组成加热器；加热源(7)的通断，由加热/保温管(5)底部进水口处设置的温度开关(8)进行闭环控制。

2、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：在过滤器(1)与止回阀(2)之间的管路上安装压力开关(9)，闭环控制加热源(7)的通断。

3、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：在加热/保温管(5)出水口至第一只饮水阀(6)之间的饮水侧主管路上，离该饮水阀(6)的引出支路最近的位置安装电磁阀(10)，并由压力开关(9)闭环控制其通断。

4、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：在过滤器(1)与止回阀(2)之间的管路上，及压力开关(9)的进水管路安装加压泵(11)。

5、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：在带保温回热器(4)上水侧进口处安装流量调节阀(12)。

6、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：温度开关(8)闭环控制水温信号灯(13)的颜色或亮/灭切换。

7、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：带保温回热器(4)作为带保温的上水与饮水之间换热器，是板式换热器(4)，或是套管式换热器(4)，或是同心管式换热器(4)，或是同轴式换热器(4)等逆流式换热器；或是板翅式换热器(4)，或是壳管式换热器(4)，或是交叉流式换热器(4)，或是盘管式换热器(4)。

8、  按照权利要求7所述的带保温回热器(4)，其特征在于：带保温回热器(4)是1台带保温的上水与饮水之间换热器；或是2～20台带保温的上水与饮水之间换热器的相互串联，其中每两台换热器之间，上水侧接口用管道连接，饮水侧接口用带三通(14)的管道连接，三通(14)的另一端由毛细、减压管道连接饮水阀(6)，以分别连续制备低/中/高温饮水。

9、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：在带保温回热器(4)饮水侧进口与出口之间的不同换热长度位置，分别由毛细、减压管道连接1～20只饮水阀(6)，以分别连续制备低/中/高温饮水。

10、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：加热源(7)是加热/保温管(5)的内插电热棒(7)，或是加热/保温管(5)的外壁与保温层之间所缠电热丝/带(7)，或是天燃气、液化气、气油、煤油、柴油、乙醇、酒精、煤等燃料的燃烧器(7)，或是加热/保温管(5)的内通蒸汽盘管(7)，或是加热/保温管(5)的内通热水盘管(7)。

11、  按照权利要求10所述的加热源(7)，其特征在于：加热源(7)是1只加热功率可调节的加热源(7)；或是2～20只不同加热功率加热源的组合(7)。

12、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：过滤器(1)、止回阀(2)、泄压阀(3)组合为一个或两个管件。

13、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：过滤器(1)是保护性杂质过滤器(1)，或是活性碳过滤器(1)，或是超滤过滤器(1)，或是涂银粒料过滤器(1)，或是纳米通(Bipolar-technology)过滤器(1)，或是上述几种过滤方式的组合过滤器(1)。

14、  按照权利要求1所述的回收全部显热绿色直接饮水机，其特征在于：过滤器(1)附带安装、清洗及检修用角阀。

说明书回收全部显热绿色直接饮水机
(一)技术领域
本发明涉及一种回收全部显热绿色直接饮水机。
(二)背景技术
传统电热壶/炉烧开水，每吨25℃城市自来水(以下简称“上水”)需耗电87度才能烧开至100℃，存在下列缺点：
1、由于25℃烧开至100℃的显热全部回放环境，从而形成开路热焓过程，不仅增加运行费用，造成能源的巨大浪费；而且须配置大功率电热器及保温储水箱，增加初投资；
2、饮用前经历5个步骤：(a)上水接至电热壶；(b)电热壶中上水烧至100℃；(c)饮水倾倒保温瓶/箱中保温；(d)保温饮水倾倒水杯中；(e)杯中饮水放凉至室温后饮用；上述步骤的累计时间至少半小时以上；
3、各步骤中60～100℃高温饮水极易烫伤儿童与老人，因此存在安全隐患；
4、烧开后、饮用前所历经的各转移步骤，与保温储水箱等多器具及大气接触，易造成饮水二次污染。
(三)发明内容
本发明的目的：是提供一种回收全部显热绿色直接饮水机，上水在加热杀菌至100～120℃，以成为饮水的过程中，通过1～40℃小温差换热技术形成的闭路热焓循环，制取仅比上水高1～40℃的饮水，全部回收50～99％显热；因此仅需加热补偿系统循环中1～50％的显热损失及热损，即可每度电制取饮水20～1000升，饮水机的性能系数可达80，是传统电热壶烧(100℃)开水的100倍及热泵(55℃)热水机的22倍，因此是21世纪环球最节能产品！实现上水与饮水同价，迫使上水输配有必要提升为饮水输配，综合节省现有大桶饮水配送中的人力与物力消耗，避免塑料瓶/桶对饮水的二次污染，引导饮水节能革命！饮水的瞬间制备与即时饮用，还实现了：1、节省饮水制备时间；2、提高办公及生活效率；3、避免烫伤提高饮水安全；4、无需制冷循环冷却饮水。
本发明采用的技术方案，即回收全部显热绿色直接饮水机如附图1所示，其中：1-过滤器；2-止回阀；3-泄压阀；4-带保温回热器；5-加热/保温管；6-饮水阀；7-加热源；8-温度开关；9-压力开关；10-电磁阀；11-加压泵；12-流量调节阀；13-水温信号灯；14-三通。
按照附图1、附图2和附图3所示的回收全部显热绿色直接饮水机：其由过滤器1、止回阀2、泄压阀3、带保温回热器4上水侧、加热/保温管5、带保温回热器4饮水侧、饮水阀6及其连接管路与管件等，组成热回收与加热支路；
加热/保温管5与加热源7组成加热器；
加热源7的通断，由加热/保温管5底部进水口处设置的温度开关8进行闭环控制。
在过滤器1与止回阀2之间的管路上安装压力开关9，闭环控制加热源7的通断。
在加热/保温管5出水口至第一只饮水阀6之间的饮水侧主管路上，离该饮水阀6的引出支路最近的位置安装电磁阀10，并由压力开关9闭环控制其通断。
在过滤器1与止回阀2之间的管路上，及压力开关9的进水管路安装加压泵11。
在带保温回热器4上水侧进口处安装流量调节阀12。
温度开关8闭环控制水温信号灯13的颜色或亮/灭切换。
带保温回热器4作为带保温的上水与饮水之间换热器，是板式换热器4，或是套管式换热器4，或是同心管式换热器4，或是同轴式换热器4等逆流式换热器；或是板翅式换热器4，或是壳管式换热器4，或是交叉流式换热器4，或是盘管式换热器4。
带保温回热器4是1台带保温的上水与饮水之间换热器；或是2～20台带保温的上水与饮水之间换热器的相互串联，其中每两台换热器之间，上水侧接口用管道连接，饮水侧接口用带三通14的管道连接，三通14的另一端由毛细、减压管道连接饮水阀6，以分别连续制备低/中/高温饮水。
在带保温回热器4饮水侧进口与出口之间的不同换热长度位置，分别由毛细、减压管道连接1～20只饮水阀6，以分别连续制备低/中/高温饮水。
加热源7是加热/保温管5的内插电热棒7，或是加热/保温管5的外壁与保温层之间所缠电热丝/带7，或是天燃气、液化气、气油、煤油、柴油、乙醇、酒精、煤等燃料的燃烧器7，或是加热/保温管5的内通蒸汽盘管7，或是加热/保温管5的内通热水盘管7。
加热源7是1只加热功率可调节的加热源7；或是2～20只不同加热功率加热源的组合7。
过滤器1、止回阀2、泄压阀3组合为一个或两个管件。
过滤器1是保护性杂质过滤器1，或是活性碳过滤器1，或是超滤过滤器1，或是涂银粒料过滤器1，或是纳米通(Bipolar-technology)过滤器1，或是上述几种过滤方式的组合过滤器1。
过滤器1附带安装、清洗及检修用角阀。
本发明回收全部显热绿色直接制备饮水的工作过程结合附图1、附图2和附图3说明如下：
1、排气：25℃上水以1～6bar的表压，流经过滤器1、止回阀2、泄压阀3、带保温回热器4上水侧、加热/保温管5、带保温回热器4饮水侧，并由开启的饮水阀6排尽热回收与加热支路中的所有空气，直到完全出水后再关闭饮水阀6；
2、启动：接通电源并启动饮水机，加热/保温管5底部进水口处设置的温度开关8，在感知水温低于100℃时，通过闭环控制接通加热源7，直到把加热/保温管5中的上水加热至100℃饮水；
3、回热：开启饮水阀6，经过滤器1的上水便利用其1～6bar表压流入带保温回热器4上水侧，并把加热/保温管5中100℃饮水压入带保温回热器4的饮水侧，以在带保温回热器4的两侧形成上水和饮水的1℃小温差逆流换热，其中25℃上水全部回收99％显热后被预热至99℃；同时100℃饮水释放99％显热后也被冷却至26℃，并由饮水阀6排出，过程持续进行，直到关闭饮水阀6；
4、加热、持温、杀菌：带保温回热器4上水侧出口已被预热至99℃的上水，在流经加热/保温管5底部的进水口时，被所设置的温度开关8感知，并通过闭环控制接通加热源7，以将上水加热至100℃，并在加热/保温管5中持温缓慢流动3分钟，以高温杀菌、制取饮水；
5、供水：饮水机安装完毕后，应在平均上水压力下调整流量调节阀12，以使所有饮水阀6全开时的最大供水量不超出饮水机的额定值；而开启饮水阀6前，也须注意温度开关8所控制水温信号灯13的状态，以确保饮水达国家卫生指标；开启带保温回热器4饮水侧出口处的饮水阀6，可连续制备26℃饮水；开启附图1中带保温回热器4饮水侧中间的饮水阀6，或开启附图3中2台带保温回热器4中间由饮水侧三通14所连接的饮水阀6，温度开关8感知水温低于100℃，便相应调大附图1中加热源7的加热功率，或增开附图3中2只内插电热棒加热源7，以增加加热功率，连续制备85℃饮水；
6、保护：选择100～120℃加热温度时，一旦上水压力下降到加热温度对应饱和压力值，压力开关9便发出信号，一方面关断加热源7，以防加热/保温管5内出现超温；另一方面关断电磁阀10，以保持加热/保温管5内的压力，防止误开启饮水阀6后，导致加热/保温管5中热水的减压、过热、闪蒸；而当上水压力高于回差设定值时，压力开关9便发出信号，同时接通加热源7和打开电磁阀10，恢复饮水机正常工作；
7、加压：当上水压力经常性低于加热温度对应饱和压力值时，或野外井水，或野外水经充分沉淀及其它处理后；就需在过滤器1与止回阀2之间，及压力开关9的进水管路上安装加压泵11，以使饮水机进水加压至加热温度对应饱和压力值之上，确保其正常工作；
8、清洗：上水通过软管连接带保温回热器4饮水侧出口的饮水阀6，同时开启泄压阀3的手柄，利用上水和大气的压差对热回收与加热支路实施反向清洗，以去除各种形式的污垢；此时应关闭过滤器1之前的上水角阀。
与开路热焓过程的传统电热壶烧开水相比，本发明技术优点如下：
1、节能：上水在加热杀菌至100～120℃，以成为饮水的过程中，通过1～40℃小温差换热技术形成的闭路热焓循环，制取仅比上水高1～40℃的饮水，全部回收50～99％显热；因此仅需加热补偿系统循环中1～50％的显热损失及热损，即可每度电制取饮水20～1000升，是传统电热壶烧(100℃)开水的2～100倍；
2、性能：饮水机性能系数＝Q显热÷Q加热
＝(T加热-T上水)÷(T加热-T预热)
＝(105-25)÷(100-99)
＝80
其中：Q显热-上水预热显热与加热显热的总和；Q加热-上水加热显热；T加热-上水加热温度；T上水-上水温度；T预热-上水预热温度；可见饮水机的性能系数80，甚至达普通型空气源式热泵(55℃)热水机性能系数国家标准值3.7的22倍，因此是21世纪环球最节能产品！
3、即时：快速加热实现了上水进、饮水出的瞬间制备过程，供饮水量大且随意启停，无需等待，可即时饮用，与自来水使用方式等同，较同类产品节省饮水制备时间，提高办公及生活效率，方便用户使用；
4、安全：仅比环境温度高1～40℃的低温饮水，避免烫伤儿童与老人，提高饮水安全；每天制取1吨饮水仅需49W电加热功率，降低耗电量，根本避免漏电危害，确保产品的安全与可靠；
5、卫生：充分利用上水压力，在封闭系统中通过非接触热交换，实现回热与加热等所有上水到饮水的制备流程，即使在气压较低的高原地区，也能实现100～120℃的高温杀菌，且避免大气二次污染，确保上水杀菌过程的卫生；步进式预热、加热、冷却饮水，不仅保持水质新鲜，而且避免反复烧开所形成的千沸水，以及为此重复多耗电50％；无保温储水箱设计还使得：(1)、结构简单合理，便于整机采用食品级316不锈钢，避免生锈二次污染饮水；(2)、活水运行，易于清洗，操作方便，避免积垢二次污染饮水，确保饮水达国家卫生指标；(3)、体小轻薄，可壁挂式安装，节省空间；(4)、管线式设计，隐藏水源及电源，时尚美观；
6、同价：每度电可产饮水20～1000升，实现了上水与饮水同价，迫使上水输配有必要提升为饮水输配，综合节省现有大桶饮水配送中的人力与物力消耗，避免塑料瓶/桶对饮水的二次污染，引导饮水节能革命！
7、电费：每天若以全世界67亿人口饮水2升计算，将比传统电热壶烧开水节省耗电15.5亿度，及其64.5×106kW发电容量；同时还大幅降低CO2、SO2排放量，每年节省运行电费达2829亿元人民币；
8、成本：每天1吨的饮水机仅需49W加热功率即可维持连续运行，无需水泵、制冷循环系统及保温储水箱，从而成倍降低产品初投资；若以回收显热90％计，一台每分钟供33℃饮水20升的饮水机，连续运行1.7天所节省的商用价电费，即可收回饮水机投资；
9、保护：饮水机除加热温度闭环控制及防漏电保护；停水时还同时关断加热源与电磁阀，以实现系统无水、无压均不工作；各控制元件及阀门简单、可靠、寿命长，在维持高性能的前提下确保产品安全、可靠；
10、市场：可及时满足大学生宿舍、部队营房、酒店及食堂、火车站与飞机场、政府机关、商用写字楼、工矿企业、坦克和舰艇等战事、救灾现场、医院和银行及超市等人流密集处，提供最节能与便捷的饮水、洗漱需求；更可为全球亿万家庭提供绿色直饮设备。
综上所述，“绿色直饮”即通过“回收全部显热”来解决当今能源与环境问题，并使用户和社会最大程度从中受益。作为“绿色直饮”方式，本发明在为用户更高水温杀菌解决饮水卫生的同时，也帮助用户更高效率回收与利用饮水中能量，增加供水能力以及降低不可再生能源的使用。本发明将使传统电热水壶/炉显得毫无生机，并很快成为历史。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图，其中带保温回热器4为带保温的套管式换热器；
附图2为本发明的系统流程图，其中带保温回热器4为1台带保温的板式换热器。
附图3为本发明的系统流程图，其中带保温回热器4为2台带保温板式换热器的相互串联，其中饮水侧接口由三通14连接饮水阀6；且加热源7是2只不同加热功率内插电热棒7的组合。
(五)具体实施方式
本发明提出的回收全部显热绿色直接饮水机的实施例1如附图2所示，现说明如下：其由DN15内丝不锈钢过滤器1、DN15内丝不锈钢止回阀2、DN15内丝不锈钢泄压阀3、DN15内丝不锈钢流量调节截止阀12、换热面积1.827m2的316不锈钢板式带保温回热器4上水侧、直径70mm及高度400mm的316不锈钢加热/保温管5、带保温回热器4饮水侧、DN15内丝不锈钢电磁阀10、DN15内丝不锈钢饮水球阀6及其直径15mm不锈钢连接管路与管件等，组成热回收与加热支路；加热/保温管5与其外壁和保温层之间所缠140W电热圈加热源7组成加热器；加热源7的通断，由加热/保温管5底部直径15mm不锈钢进水口处设置的温度开关8进行闭环控制。在过滤器1与止回阀2之间的管路上安装压力开关9，闭环控制加热源7的通断。电磁阀10也由压力开关9闭环控制其通断。由于上水表压仅0.1bar，低于105℃加热温度对应饱和压力值，故而在过滤器1与止回阀2之间的管路上安装扬程8mH2O、流量0.5L/min、DN15内丝不锈钢接口加压泵11。温度开关8闭环控制水温信号灯13的红/绿颜色切换。本发明实施例1在上水温度25℃，加热温度105℃时，每分钟供27℃饮水0.5升；可回收显热97.5％，回收显热功率2.715kW，每度电制取饮水400升，节电97.5％；单相电源额定电压220V、额定频率50Hz、额定功率140W，运行时的平均输入电功率仅70W，无噪音，每台饮水机重量10kg，运行重量12kg。
本发明提出的回收全部显热绿色直接饮水机的实施例2如附图2所示，现说明如下：其由DN15内丝不锈钢过滤器1、DN15内丝不锈钢止回阀2、DN15内丝不锈钢泄压阀3、DN15内丝不锈钢流量调节截止阀12、换热面积1.071m2的316不锈钢板式带保温回热器4上水侧、直径140mm及高度400mm的316不锈钢加热/保温管5、带保温回热器4饮水侧、DN15内丝不锈钢电磁阀10、3只并联DN15内丝不锈钢饮水球阀6及其直径15mm不锈钢连接管路与管件等，组成热回收与加热支路；加热/保温管5与其内插360W电热棒加热源7组成加热器；加热源7的通断，由加热/保温管5底部直径15mm不锈钢进水口处设置的温度开关8进行闭环控制。在过滤器1与止回阀2之间的管路上安装压力开关9，闭环控制加热源7的通断。电磁阀10也由压力开关9闭环控制其通断。由于上水表压2.3bar，远高于加热温度对应饱和压力值，故而在过滤器1与止回阀2之间的管路上不安装加压泵11。温度开关8闭环控制水温信号灯13的亮/灭切换。本发明实施例2在上水温度25℃，加热温度105℃时，每分钟供30℃饮水2升；可回收显热93.75％，回收显热功率10.44kW，每度电制取饮水160升，节电93.75％；3相电源额定电压380V、额定频率50Hz、额定功率360W，运行时的平均输入电功率仅180W，无噪音，每台饮水机重量6.5kg，运行重量14kg。
本发明提出的回收全部显热绿色直接饮水机的实施例3如附图3所示，现说明如下：其由DN15内丝不锈钢过滤器1、DN15内丝不锈钢止回阀2、DN15内丝不锈钢泄压阀3、DN15内丝不锈钢流量调节截止阀12、换热面积0.154m2的316不锈钢板式带保温回热器4上水侧、换热面积0.154m2的316不锈钢板式带保温回热器4上水侧、直径140mm及高度400mm的316不锈钢加热/保温管5、带保温回热器4饮水侧、DN15内丝不锈钢电磁阀10、DN15内丝不锈钢三通14及其所连接的饮水球阀6、带保温回热器4饮水侧、3只并联DN15内丝不锈钢饮水球阀6及其直径15mm不锈钢连接管路与管件等，组成热回收与加热支路；加热/保温管5与其内插360W电热棒加热源7及内插8000W电热棒加热源7组成加热器；加热源7的通断，由加热/保温管5底部直径15mm不锈钢进水口处设置的温度开关8进行闭环控制。在过滤器1与止回阀2之间的管路上安装压力开关9，闭环控制加热源7的通断。电磁阀10也由压力开关9闭环控制其通断。由于上水表压4.3bar，远高于加热温度对应饱和压力值，故而在过滤器1与止回阀2之间的管路上不安装加压泵11。温度开关8闭环控制水温信号灯13的亮/灭切换。本发明实施例3在上水温度25℃，加热温度105℃时，每分钟供30℃饮水2升；可回收显热93.75％，回收显热功率10.44kW，每度电制取饮水160升，节电93.75％；3相电源额定电压380V、额定频率50Hz、额定功率8360W，取用30℃饮水时的平均输入电功率仅180W，取用70℃饮水时的平均输入电功率8360W，无噪音，每台饮水机重量8.5kg，运行重量16kg。