CN113310105A - 一种制冷-制热多温区间综合供水***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制冷‑制热多温区间综合供水***及方法，其特征在于，包括冰水箱、温水箱、热电制冷‑制热***、换热***、热水箱、电制热***和第一～第三温度传感器；冰水箱和温水箱的进水口并联连接饮水设备的总供水管，冰水箱内设置有第一温度传感器，冰水箱和温水箱分别连接热电制冷‑制热***，热电制冷‑制热***用于进行制冷和预加热；温水箱的出水口通过换热***连接热水箱的进水口，热水箱内设置有电制热***和第二温度传感器，热水箱的一出水口连接换热***的热侧进水口，换热***内设置有第三温度传感器；冰水箱出水口、换热***热侧出水口和热水箱另一出水口并联连接饮水设备的出水管，本发明可广泛用于半导体热电制冷‑制热领域中。
Description
技术领域
本发明是关于一种制冷-制热多温区间综合供水***及方法，属于半导体热电制冷-制热领域。
背景技术
随着能源发展与环境污染的矛盾日益突出，高效、低耗、零污染的能源转换方式越来越受到人们的广泛关注。其中，相比传统采用氟利昂等循环工质的机械式压缩制冷方式，热电制冷具有大工作温度区间、控制可靠方便、布局灵活、易适应、零排放和低噪声等特点，如今已广泛应用于家用制冷设备中，例如饮水设备、冰箱等。以家用或商用的饮水设备为例，根据饮水供应温度，常用的饮水设备可划分为温热、冰热、冰温热三种类型，主要采用电加热、半导体热电制冷等方式进行加热。根据用户需求，需要提供包括低于10℃的冰水、50℃左右的温水和高于90℃的热水等不同温度区间的饮用水。通常，饮水设备的水源温度与室温或自来水温度保持一致，即20～25℃。
然而，传统的采用半导体热电制冷方式制备冰水过程中，热端采用强制通风冷却方式，直接向环境空气散热，不仅增加风机运行功耗，还会产生相应的噪声，影响室内舒适度。同时，电加热设备将温水从25℃加热到高于90℃，直接将电能转换为热能，效率较低，而高于90℃的热水通常无法直接饮用，需要引入其他额外的冷却方式进行冷却，这将会导致高品质热源的进一步浪费。由此可见，目前现有技术中尚未能充分实现能源的梯级利用，整体运行效率较低，尚未实现充分节能。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种运行效率高且能够实现能源梯级利用的制冷-制热多温区间综合供水***及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种制冷-制热多温区间综合供水***，包括冰水箱、温水箱、热电制冷-制热***、换热***、热水箱、电制热***以及第一～第三温度传感器；
所述冰水箱和温水箱的进水口并联连接饮水设备的总供水管，所述冰水箱内设置有用于实时采集所述冰水箱内饮用水温度的第一温度传感器，所述冰水箱和温水箱分别连接所述热电制冷-制热***，所述热电制冷-制热***用于根据所述第一温度传感器采集的温度，对所述冰水箱内的饮用水进行制冷以及对所述温水箱内的饮用水进行预加热；
所述温水箱的出水口通过所述换热***连接所述热水箱的进水口，所述热水箱内设置有所述电制热***和用于实时采集所述热水箱内饮用水温度的所述第二温度传感器，所述电制热***用于根据所述第二温度传感器采集的温度，对所述热水箱内的饮用水进行加热；
所述热水箱的一出水口连接所述换热***的热侧进水口，所述换热***的热侧设置有用于实时采集所述换热***热侧饮用水温度的所述第三温度传感器，所述换热***用于根据所述第三温度传感器采集的温度，对所述温水箱内预加热后的饮用水与所述热水箱内的热水进行换热；
所述冰水箱的出水口、所述换热***的热侧出水口和所述热水箱的另一出水口并联连接所述饮水设备的出水管。
进一步地，还包括蓄冰水箱；
所述蓄冰水箱固定设置在所述冰水箱与饮水设备的出水管之间。
进一步地，所述热电制冷-制热***包括热电制冷片、冷端散热翅片、热端散热翅片、第一控制器和第一电源；
所述热电制冷片固定设置在所述冰水箱和温水箱之间，所述热电制冷片的两端设置有所述冷端散热翅片和热端散热翅片，所述冷端散热翅片固定设置在所述冰水箱内，所述热端散热翅片固定设置在所述温水箱内，所述热电制冷片用于通过所述冷端散热翅片对所述冰水箱内的饮用水进行制冷，通过所述热端散热翅片对所述温水箱内的饮用水进行预加热；
所述第一控制器分别电连接所述热电制冷片、第一温度传感器和第一电源，所述第一控制器用于根据所述第一温度传感器实时采集的温度值和预设的第一温度范围，控制所述热电制冷片的开启或关闭；
所述第一电源用于为所述热电制冷-制热***的各用电部件供电。
进一步地，所述电制热***包括电热转换装置、漏电保护装置、第二控制器和第二电源；
所述电热转换装置固定设置在所述热水箱内；
所述第二控制器分别电连接所述电热转换装置、第二温度传感器、漏电保护装置和第二电源，所述第二控制器用于根据所述第二温度传感器实时采集的温度值和预设的第二温度范围，控制所述电热转换装置的开启或关闭；
所述漏电保护装置用于对所述电制热***进行漏电保护；
所述第二电源用于为所述电制热***的各用电部件供电。
进一步地，所述电热转换装置采用热电加热棒或电加热丝。
进一步地，所述换热***包括换热器、第三控制器和第三电源；
所述换热器的冷侧进水口连接所述温水箱的出水口，所述换热器的冷侧出水口连接所述热水箱的进水口，所述换热器的热侧进水口连接所述热水箱的一出水口，所述换热器的热侧出水口连接所述饮水设备的出水管；
所述第三控制器分别电连接所述换热器和第三电源，所述第三控制器用于根据所述第三温度传感器实时采集的温度值和预设的第三温度范围，控制所述换热器的开启或关闭；
所述第三电源用于为所述换热***的各用电部件供电。
进一步地，所述换热器采用紧凑式换热器。
一种制冷-制热多温区间综合供水方法，包括以下内容：
1)饮用水通过饮水设备的总供水管分别进入冰水箱和温水箱；
2)第一温度传感器实时采集冰水箱内饮用水的温度值，第二温度传感器实时采集热水箱内饮用水的温度值，第三温度传感器实时采集温水箱内饮用水的温度值；
3)热电制冷-制热***对冰水箱内的饮用水进行制冷，对温水箱内的饮用水进行预加热；
4)温水箱内预加热后的饮用水通过换热***进入热水箱，电制热***对热水箱内的饮用水进行加热；
5)换热***对温水箱内预加热后的饮用水与热水箱内的热水进行换热，制备得到中温水；
6)根据用户需求，饮水设备的出水管流出制备好的冰水、热水或中温水。
进一步地，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：
3.1)第一控制器控制热电制冷片开启，热电制冷片通过冷端散热翅片对冰水箱内的饮用水进行制冷，通过热端散热翅片对温水箱内的饮用水进行预加热；
3.2)当第一温度传感器实时采集的温度值位于预先设定的第一温度范围内时，关闭热电制冷片；
3.3)将制备好的冰水存储至蓄冰水箱内。
进一步地，所述步骤4)的具体过程为：
4.1)温水箱内预加热后的饮用水通过换热器进入热水箱；
4.2)第二控制器控制电热转换装置开启，对热水箱内的饮用水进行加热，制备得到热水；
4.3)当第二温度传感器实时采集的温度值位于预先设定的第二温度范围内时，关闭电热转换装置。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明由于设置有热电制冷-制热***，同时利用半导体热电制冷效应中的冷端温度和热端温度，冷端用于提供可饮用冰水，热端用于预热常温水，同时，由于设置有换热***，在向用户提供可饮用温水的同时，充分回收部分热量，进一步加热从温水箱流出的温水，进而能够充分降低热水箱中的加热电耗。
2、本发明由于设置有蓄冰水箱，当热电制冷片低功率或停止工作时，由于温水箱中的水温高于冰水箱，会通过热电制冷片加热冰水箱中的冰水，此时，冰水箱中已制得的冰水可以排入蓄冰水箱，避免冰水被加热。
3、本发明通过强化热电制冷两端的散热能力提高制冷片的效率，通过预热-回热-加热的能源梯级利用方式，在满足用户冰、温和热等多温区饮用水供应的同时，实现能源的高效综合利用，可以广泛应用于半导体热电制冷-制热领域中。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的综合供水***的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
由于现有的饮水设备需要包括冰水、温水和热水三种温区的饮用水，现有技术通常采用半导体热电制冷、机械通风冷却和电加热的方式实现，制备后直接饮用，缺乏对不同温区饮用水的充分利用，导致现有的饮水设备存在效率低、能耗大和有噪声(风机产生)等问题，难以实现高效利用。本发明实施例提供的制冷-制热多温区间综合供水***及方法，能够在提高半导体制冷效率的同时，一方面通过强化热电制冷片的热端散热能力，强化其制冷效果；另一方面通过对常温水的预热、换热等效果，降低电加热制热的能耗，实现能源的梯级利用，向用户提供合格的冰水、温水和热水。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种制冷-制热多温区间综合供水***，包括冰水箱1、温水箱2、热电制冷-制热***3、蓄冰水箱4、换热***5、热水箱6、电制热***7以及第一～第三温度传感器。
冰水箱1和温水箱2的进水口并联连接饮水设备的总供水管8，冰水箱1内设置有第一温度传感器，第一温度传感器用于实时采集冰水箱1内饮用水的温度值。冰水箱1和温水箱2分别连接热电制冷-制热***3，热电制冷-制热***3用于根据第一温度传感器采集的温度值对冰水箱1内的饮用水进行制冷得到低于10℃的冰水，以及对温水箱2内的饮用水进行预加热。冰水箱1的出水口连接蓄冰水箱4的进水口，蓄冰水箱4用于存放制备好的低于10℃的冰水。
温水箱2的出水口连接换热***5的冷侧进水口，换热***5的冷侧出水口连接热水箱6的进水口，热水箱6内设置有第二温度传感器，第二温度传感器用于实时采集热水箱6内饮用水的温度值。热水箱6内还设置有电制热***7，电制热***7用于根据第二温度传感器采集的温度值，对热水箱6内的饮用水进行加热得到高于90℃的热水。
热水箱6的一出水口连接换热***5的热侧进水口，换热***5的热侧设置有第三温度传感器，第三温度传感器用于实时采集换热***5热侧饮用水的温度值，换热***5用于根据第三温度传感器采集的温度值，对温水箱2内预加热后的饮用水与热水箱内的热水进行换热，得到40℃～60℃的中温水。
蓄冰水箱4的出水口、换热***5的热侧出水口和热水箱6的另一出水口分别通过阀门9连接饮水设备的出水管。
在一个优选的实施例中，热电制冷-制热***3包括热电制冷片31、冷端散热翅片32、热端散热翅片33、第一控制器和第一电源34，其中，热电制冷片31可以采用半导体制冷片，例如12703～712系列的半导体制冷片等。
热电制冷片31固定设置在冰水箱1和温水箱2之间，热电制冷片31的两端设置有冷端散热翅片32和热端散热翅片33，冷端散热翅片32固定设置在冰水箱1内，热端散热翅片33固定设置在温水箱2内，热电制冷片31用于通过冷端散热翅片32对冰水箱1内的常温饮用水进行制冷，通过热端散热翅片33对温水箱2内的常温饮用水进行预加热。
第一控制器分别电连接热电制冷片31、第一温度传感器和第一电源34，第一控制器用于根据第一温度传感器实时采集的温度值和预先设定的第一温度范围(例如低于10℃)，控制热电制冷片31的开启或关闭，第一电源34用于为热电制冷-制热***3的各用电部件供电。
在一个优选的实施例中，冷端散热翅片32和热端散热翅片33的形状均可以根据实际需求设定，例如矩形肋片散热片或针形肋片散热片等，通过水的自然对流进行热量交换，无需外在动力(如泵功、风机等)输入。
在一个优选的实施例中，电制热***7包括电热转换装置71、漏电保护装置、第二控制器和第二电源72，其中，电热转换装置71可以采用热电加热棒或电加热丝等。
电热转换装置71固定设置在热水箱6内，用于对热水箱6内的饮用水进行加热得到高于90℃的热水。
第二控制器分别电连接电热转换装置71、第二温度传感器、漏电保护装置和第二电源72，第二控制器用于根据第二温度传感器实时采集的温度值和预先设定的第二温度范围(例如高于90℃)，控制电热转换装置71的开启或关闭，漏电保护装置用于对电制热***7进行漏电保护，第二电源72用于为电制热***7的各用电部件供电。
在一个优选的实施例中，换热***5包括换热器51、第三控制器和第三电源，其中，换热器51可以采用逆流盘管式换热器、板片式换热器等紧凑式高效换热器。
换热器51的冷侧进水口连接温水箱2的出水口，换热器51的冷侧出水口连接热水箱6的进水口，换热器51的热侧进水口连接热水箱6的第一出水口，换热器51的热侧出水口通过阀门9连接饮水设备的出水管，换热器51用于对温水箱2内预加热后的饮用水与热水箱内的热水进行换热得到中温水。
第三控制器分别电连接换热器51、第三温度传感器和第三电源，第三控制器用于根据第三温度传感器实时采集的温度值和预先设定的第三温度范围(例如40℃～60℃)，控制换热器51的开启或关闭，第三电源用于为换热***5的各用电部件供电。
实施例2
本实施例提供一种制冷-制热多温区间综合供水方法，包括以下步骤：
1)常温饮用水通过饮水设备的总供水管8分别进入冰水箱1和温水箱2。
2)第一温度传感器实时采集冰水箱1内饮用水的温度值，第二温度传感器实时采集热水箱6内饮用水的温度值，第三温度传感器实时采集温水箱2内饮用水的温度值。
3)热电制冷片31通过冷端散热翅片32对冰水箱1内的常温饮用水进行制冷得到低于10℃的冰水，通过热端散热翅片33对温水箱2内的常温饮用水进行预加热，制备好的冰水存储至蓄冰水箱4内，具体为：
3.1)第一控制器控制热电制冷片31开启，热电制冷片31通过冷端散热翅片32对冰水箱1内的常温饮用水进行制冷，通过热端散热翅片33对温水箱2内的常温饮用水进行预加热。
3.2)当第一温度传感器实时采集的温度值位于预先设定的第一温度范围内时，关闭热电制冷片31。
3.3)将制备好的冰水存储至蓄冰水箱4内。
4)温水箱2内预加热后的饮用水通过换热器51进入热水箱6，电热转换装置71对热水箱6内的饮用水进行加热得到高于90℃的热水，具体为：
4.1)温水箱2内预加热后的饮用水通过换热器51进入热水箱6。
4.2)第二控制器控制电热转换装置71开启，电热转换装置71对热水箱6内的饮用水进行加热，制备得到高于90℃的热水。
4.3)当第二温度传感器实时采集的温度值位于预先设定的第二温度范围内时，关闭电热转换装置71。
5)第三控制器控制换热器51开启，换热器51对温水箱2内预加热后的饮用水与热水箱内的热水进行换热，制备得到40℃～60℃的中温水。
6)根据用户需求，饮水设备的出水管流出制备好的冰水、热水或中温水。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种制冷-制热多温区间综合供水***，其特征在于，包括冰水箱、温水箱、热电制冷-制热***、换热***、热水箱、电制热***以及第一～第三温度传感器；
所述冰水箱和温水箱的进水口并联连接饮水设备的总供水管，所述冰水箱内设置有用于实时采集所述冰水箱内饮用水温度的第一温度传感器，所述冰水箱和温水箱分别连接所述热电制冷-制热***，所述热电制冷-制热***用于根据所述第一温度传感器采集的温度，对所述冰水箱内的饮用水进行制冷以及对所述温水箱内的饮用水进行预加热；
所述温水箱的出水口通过所述换热***连接所述热水箱的进水口，所述热水箱内设置有所述电制热***和用于实时采集所述热水箱内饮用水温度的所述第二温度传感器，所述电制热***用于根据所述第二温度传感器采集的温度，对所述热水箱内的饮用水进行加热；
所述热水箱的一出水口连接所述换热***的热侧进水口，所述换热***的热侧设置有用于实时采集所述换热***热侧饮用水温度的所述第三温度传感器，所述换热***用于根据所述第三温度传感器采集的温度，对所述温水箱内预加热后的饮用水与所述热水箱内的热水进行换热；
所述冰水箱的出水口、所述换热***的热侧出水口和所述热水箱的另一出水口并联连接所述饮水设备的出水管。
2.如权利要求1所述的一种制冷-制热多温区间综合供水***，其特征在于，还包括蓄冰水箱；
所述蓄冰水箱固定设置在所述冰水箱与饮水设备的出水管之间。
3.如权利要求1所述的一种制冷-制热多温区间综合供水***，其特征在于，所述热电制冷-制热***包括热电制冷片、冷端散热翅片、热端散热翅片、第一控制器和第一电源；
所述热电制冷片固定设置在所述冰水箱和温水箱之间，所述热电制冷片的两端设置有所述冷端散热翅片和热端散热翅片，所述冷端散热翅片固定设置在所述冰水箱内，所述热端散热翅片固定设置在所述温水箱内，所述热电制冷片用于通过所述冷端散热翅片对所述冰水箱内的饮用水进行制冷，通过所述热端散热翅片对所述温水箱内的饮用水进行预加热；
所述第一控制器分别电连接所述热电制冷片、第一温度传感器和第一电源，所述第一控制器用于根据所述第一温度传感器实时采集的温度值和预设的第一温度范围，控制所述热电制冷片的开启或关闭；
所述第一电源用于为所述热电制冷-制热***的各用电部件供电。
4.如权利要求1所述的一种制冷-制热多温区间综合供水***，其特征在于，所述电制热***包括电热转换装置、漏电保护装置、第二控制器和第二电源；
所述电热转换装置固定设置在所述热水箱内；
所述第二控制器分别电连接所述电热转换装置、第二温度传感器、漏电保护装置和第二电源，所述第二控制器用于根据所述第二温度传感器实时采集的温度值和预设的第二温度范围，控制所述电热转换装置的开启或关闭；
所述漏电保护装置用于对所述电制热***进行漏电保护；
所述第二电源用于为所述电制热***的各用电部件供电。
5.如权利要求4所述的一种制冷-制热多温区间综合供水***，其特征在于，所述电热转换装置采用热电加热棒或电加热丝。
6.如权利要求1所述的一种制冷-制热多温区间综合供水***，其特征在于，所述换热***包括换热器、第三控制器和第三电源；
所述换热器的冷侧进水口连接所述温水箱的出水口，所述换热器的冷侧出水口连接所述热水箱的进水口，所述换热器的热侧进水口连接所述热水箱的一出水口，所述换热器的热侧出水口连接所述饮水设备的出水管；
所述第三控制器分别电连接所述换热器和第三电源，所述第三控制器用于根据所述第三温度传感器实时采集的温度值和预设的第三温度范围，控制所述换热器的开启或关闭；
所述第三电源用于为所述换热***的各用电部件供电。
7.如权利要求6所述的一种制冷-制热多温区间综合供水***，其特征在于，所述换热器采用紧凑式换热器。
8.一种制冷-制热多温区间综合供水方法，其特征在于，包括以下内容：
1)饮用水通过饮水设备的总供水管分别进入冰水箱和温水箱；
2)第一温度传感器实时采集冰水箱内饮用水的温度值，第二温度传感器实时采集热水箱内饮用水的温度值，第三温度传感器实时采集温水箱内饮用水的温度值；
3)热电制冷-制热***对冰水箱内的饮用水进行制冷，对温水箱内的饮用水进行预加热；
4)温水箱内预加热后的饮用水通过换热***进入热水箱，电制热***对热水箱内的饮用水进行加热；
5)换热***对温水箱内预加热后的饮用水与热水箱内的热水进行换热，制备得到中温水；
6)根据用户需求，饮水设备的出水管流出制备好的冰水、热水或中温水。
9.如权利要求8所述的一种制冷-制热多温区间综合供水方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：
3.1)第一控制器控制热电制冷片开启，热电制冷片通过冷端散热翅片对冰水箱内的饮用水进行制冷，通过热端散热翅片对温水箱内的饮用水进行预加热；
3.2)当第一温度传感器实时采集的温度值位于预先设定的第一温度范围内时，关闭热电制冷片；
3.3)将制备好的冰水存储至蓄冰水箱内。
10.如权利要求8所述的一种制冷-制热多温区间综合供水方法，其特征在于，所述步骤4)的具体过程为：
4.1)温水箱内预加热后的饮用水通过换热器进入热水箱；
4.2)第二控制器控制电热转换装置开启，对热水箱内的饮用水进行加热，制备得到热水；
4.3)当第二温度传感器实时采集的温度值位于预先设定的第二温度范围内时，关闭电热转换装置。
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|---|---|---|---|
| CN202110624872.5A CN113310105A (zh) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | 一种制冷-制热多温区间综合供水***及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114632472A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-17 | 株洲火炬安泰新材料有限公司 | 基于高纯铟产物生产专用成型设备 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN208799067U (zh) * | 2018-05-04 | 2019-04-30 | 北京石油化工学院 | 一种可同时供应开水和温开水的多功能节能饮水设备 |
| CN210582196U (zh) * | 2019-07-25 | 2020-05-22 | 陈嘉晖 | 一种学校用多品种选择饮水机 |
-
2021
- 2021-06-04 CN CN202110624872.5A patent/CN113310105A/zh active Pending
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