(一)技术领域

本发明涉及一种回收全部显热饮水机。

(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，与多个器具及大气接触， 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饮水机，通过1～40℃小 温差换热技术形成闭路热焓循环，制取仅比上水高1～40℃的饮水，全 部回收上水加热杀菌至100～120℃饮水过程中50～99％的显热，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，达传统电热壶烧开水的2～100倍及热泵热水机的 20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。

按照附图1所示的回收全部显热饮水机：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与其中的加热源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进口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的进水口处 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。

在带保温回热器4饮水侧的出口处、离带保温回热器(4)饮水侧 进口换热长度约1/30处、离带保温回热器(4)饮水侧进口换热长度 约1/60处，分别安装三只饮水阀6，同时相应增大加热源7的功率约 30倍或60倍，以选择连续制备低/中/高温饮水。

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。

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 的管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。

本发明回收全部显热制备饮水的工作过程结合附图1说明如下：

1、排气：25℃上水以0.1～1.1bar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，直到完全排水后再关闭饮水阀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：从此以后，只要开启饮水阀6，经过滤器1的上水便利 用其0.1～1.1bar表压流入带保温回热器4上水侧，并把加热/保温 管5中100℃的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逆流1℃小温差换热，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，直到饮水阀6关闭；

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100～120℃， 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；开启带保温回热器4饮水侧离进口1/60 处的饮水阀6，温度开关8感知水温低于100℃，便相应增大加热源7 的功率达60倍，以连续制备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之间的管路上安装加压泵11，以使系统进水加压至加热温度对 应饱和压力值之上，确保饮水机正常工作。

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：通过1～40℃小温差换热技术形成闭路热焓循环，制取 仅比上水高1～40℃的饮水，全部回收上水加热杀菌至100～120℃饮 水过程中50～99％的显热，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，达传统电热壶烧开 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)

＝(100-25)÷(100-99)

＝75

其中：Q显热-上水预热及加热的总显热；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75，甚至达普通型空气源式热泵热水机性能系数国家标准 值3.7的20倍，因此是21世纪环球最节能产品！

3、即时：快速加热实现上水进、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℃的饮水，避免烫伤提高饮水安 全；每天制取1吨饮水仅需49W电加热功率，结构性降低耗电量，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％； 无保温储水箱使结构简单合理，体小轻薄，便于整机采用食品级316 不锈钢，避免积污与生锈，易于清洗，操作方便，进一步确保饮水达 国家卫生指标；

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93.75％计，一台每分钟供30℃饮水2升的饮水机，连续 运行14天所节省的民用价电费，即可收回饮水机投资；连续运行8.5 天所节省的商用价电费即可收回饮水机投资；

10、保护：饮水机除加热温度闭环控制及防漏电保护；停水时还 同时关断加热源和电磁阀，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；

9、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直饮设备。

(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为板式换热 器。

(五)具体实施方式

本发明提出的回收全部显热饮水机的实施例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 其管壁和保温层之间所缠140W电热带加热源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之间的管路上不再安装加压泵11。温度开 关8闭环控制水温信号灯13的红/绿灯颜色切换。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与其中的内插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1L/min、 DN15内丝不锈钢加压泵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。