摘 要 本裝置是為了改變普通飲水機(jī)反復(fù)加熱的弊端來設(shè)計的一種雙加熱系統(tǒng)的飲水機(jī)。通過二次加熱做到不會反復(fù)加熱的目的，并且可以保證用戶可以接到100℃的沸水。兩套加熱系統(tǒng)分別使用的是電阻加熱和石英加熱，加熱效果優(yōu)異。另外通過計算，本裝置的節(jié)能效果顯著，相對于普通飲水機(jī)可以節(jié)能50%以上。本裝置的主要構(gòu)成是一級加熱系統(tǒng)、二級加熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)。為了滿足用戶的更多需求，在本裝置中加設(shè)了制冷系統(tǒng)，用戶可以飲用到冰水。制冷采用的是半導(dǎo)體制冷，對半導(dǎo)體產(chǎn)生的冷熱均達(dá)到了利用，沒有損耗。

　　關(guān)鍵詞 雙加熱系統(tǒng) 二次加熱 保溫 溫度傳感器

　　1 研究背景及意義

　　隨著國民生活水平的提高，飲水機(jī)已經(jīng)走進(jìn)了很多家庭，飲水機(jī)在我們身邊處處可見[1]。但是現(xiàn)在普通飲水機(jī)均有一個普遍存在的問題，就是存在反復(fù)加熱的現(xiàn)象。反復(fù)加熱次數(shù)過多會對飲用水產(chǎn)生影響，如果人類飲用了這樣的水會對人的身體健康產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。另外就是反復(fù)加熱會造成能量損失，由于飲水機(jī)數(shù)量多，反復(fù)加熱的現(xiàn)象對于大多數(shù)飲水機(jī)都存在。因此造成的能量損失會是一筆非常巨大的數(shù)目。

　　目前市面上存在的飲水機(jī)解決飲水機(jī)反復(fù)加熱的問題比較主流的一種辦法就是內(nèi)部無加熱系統(tǒng)，通過采用水壺來加熱，相對于用戶而言操作變得復(fù)雜，實用性不高[2]。另外還有一種飲水機(jī)的解決辦法就是采用即熱式飲水機(jī)，這種飲水機(jī)可以杜絕反復(fù)加熱，但是由于要做到即熱，對于加熱材料要求比較嚴(yán)格，造價相對較高，另外還存在功率比較大，對于線路要求大，因此即熱式飲水機(jī)在市面上并未廣泛實用。

　　2 設(shè)計方案

　　2.1 總體設(shè)計

　　本裝置可以劃分為幾個模塊：

　　一級加熱系統(tǒng)：該系統(tǒng)的主要作用是快速的將水升溫，并且將水溫溫度加熱到100℃。本系統(tǒng)的主要構(gòu)成是加熱電阻絲，主要的原理就是電阻發(fā)熱與普通飲水機(jī)的制熱原理相同。另外在入口處以及出口均設(shè)置有閥門，二個閥門的開關(guān)分別由熱水保溫箱的水位高低來控制(入水口的閥門)以及本加熱系統(tǒng)內(nèi)部的水溫控制閥門的開啟。

　　保溫裝置：保溫裝置主要包括溫水箱的保溫桶以及熱水箱的保溫桶，保溫桶由絕熱內(nèi)膽以及絕熱外殼組成，外殼與內(nèi)膽之間保持真空，以達(dá)到保溫的效果。保溫的原理與保溫杯的原理相同，都是阻止了熱水向外傳遞熱能的過程以達(dá)到保溫的效果。本裝置中考慮到閥門的開閉會增加熱水的散熱，不可能達(dá)到完全的絕熱，綜合裝置的各部分構(gòu)造假設(shè)在理想的狀態(tài)下(即沒有熱水進(jìn)入也沒有水排出的情況)熱水從100℃降低到室溫的用時為12小時。根據(jù)現(xiàn)在的絕熱材料完全可以達(dá)到這種程度，所以保溫裝置可以采用普通絕熱材料，成本不會太高，并且可以達(dá)到理想的保溫效果。另外為了延緩溫度的降低，在保溫桶內(nèi)壁均勻的分布有半導(dǎo)體制熱一極，制冷系統(tǒng)工作時，保溫桶內(nèi)壁則會產(chǎn)生熱量延緩保溫桶水溫的降低。

　　二級加熱系統(tǒng)：二級加熱系統(tǒng)分布在熱水箱中及溫水箱出水管中。這種加熱與傳統(tǒng)的加熱模式具有很大的區(qū)別，傳統(tǒng)的都是加熱靜止的水而本裝置加熱的石英分布是沿著出水管均勻分布的，可以做到水一邊流動一邊加熱的目的[3]。本系統(tǒng)采用的是石英加熱，相對于普通的電阻加熱，效率更好。

　　制冷系統(tǒng)：添加制熱系統(tǒng)主要是為了滿足人的需求，夏天由于溫度更高，相比于要等待降溫的熱水，人們對于冰水的需求更大，因此本飲水機(jī)添加了制冷模塊，增加飲水機(jī)的功能，使飲水機(jī)更加人性化。

　　溫控系統(tǒng)：本裝置為了可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，在整個飲水機(jī)中幾乎全部通過溫度來控制整個裝置的運行。所以溫度是本裝置中的核心，在各個系統(tǒng)中均設(shè)置有溫度感應(yīng)器，通過溫度的變化來做出反應(yīng)。另外為了保證出水的溫度能夠達(dá)到預(yù)期的溫度，所以出水孔閥門的溫度全部為溫度感應(yīng)閥門。所有的溫度感應(yīng)器以及溫控閥門在整個裝置中組成了一個溫度系統(tǒng)。

　　2.2 運行步驟

　　(1)當(dāng)自來水由飲水機(jī)管道進(jìn)入后，首先通過凈水裝置進(jìn)行水的凈化處理。

　　(2)水位(水溫)監(jiān)測：檢測到熱水箱內(nèi)的水位低于了預(yù)留的最低水位(水溫低于設(shè)定溫度)時、控制打開一級加熱系統(tǒng)上部的進(jìn)水控制閥門進(jìn)水，并定時關(guān)閉。

　　(3)保溫箱儲水過程：當(dāng)一級加熱系統(tǒng)的水溫達(dá)到了100℃后，熱水保溫箱與溫水保溫箱的閥門打開，將熱水箱內(nèi)的余水全部排入溫水箱后，關(guān)閉此閥門[4]。最后將加熱系統(tǒng)內(nèi)部的水排進(jìn)熱水保溫箱。

　　(4)熱水的二次加熱：當(dāng)用戶打開出水口的后，二級加熱系統(tǒng)迅速加熱，同時熱水箱底部開啟，水一邊流動一邊加熱。當(dāng)水達(dá)到出口時已達(dá)到95℃以上，當(dāng)停止出水后管道內(nèi)部的水會排進(jìn)溫水箱內(nèi)。

　　(5)溫水箱的運行：當(dāng)顧客有溫水的需求時，溫水箱底部閥門開啟，同時開始制熱。在出水口位置可以達(dá)到確保的溫度。另外溫水箱的水量一般都在最低水位上，當(dāng)?shù)陀谠撍粫r，會直接由熱水箱注入水。

　　(6)冷水箱的運行：冷水箱直接由水管注水，該箱主要負(fù)責(zé)二個溫度：常溫以及冰水。常溫水不需加熱以及制冷直接排出。當(dāng)顧客有制冷需求時，半導(dǎo)體模塊運行，流經(jīng)的水會降低一定的溫度，達(dá)到顧客冰水的需求。另外水箱還有儲存前面余水的功能。

　　(7)緊急關(guān)閉系統(tǒng)：當(dāng)水箱內(nèi)的水位超過設(shè)定水位，表明用戶長時間沒有熱水需求。此時自動的關(guān)閉一級熱水系統(tǒng)的進(jìn)水口，重啟需要用戶手動啟動，并設(shè)置提示信息。

　　2.3 工作原理

　　(1)半導(dǎo)體制冷原理：利用特種半導(dǎo)體材料的構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對，產(chǎn)生珀爾貼效應(yīng)，是一種通過直流電制冷的一種新型制冷方法，又稱半導(dǎo)體制冷或電子制冷[5]。

　　現(xiàn)在常用的制冷方式有壓縮機(jī)制冷、吸收式制冷、半導(dǎo)體制冷。

　　(2)石英加熱原理：石英管是采用了經(jīng)特殊工藝加工的乳白石英玻璃管、配用電阻合材料作為發(fā)熱子，由于乳白石英玻璃可以吸收來自電熱絲輻射的幾乎全部的可見光和近紅外光，且能使之轉(zhuǎn)化為遠(yuǎn)紅外輻射，對水進(jìn)行加熱。

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