CN204555348U - 基于太阳能和电加热的双模饮水机 - Google Patents

Abstract

一种基于太阳能和电加热的双模饮水机，本通过太阳能热水器的热量加热水，最后以双模饮水机的形式呈现。本项目主要研究目的通过在饮用水加热过程中引入新能源，从而降低饮用水加热过程对传统化学能源的依赖，进而达到节能降耗的最终目的。包括太阳能加热装置、电加热装置、饮水机本体，太阳能加热装置包括管线和换热器，饮水机本体的饮用水储水罐设置有换热器，换热器通过管线与太阳能热水器连接；电加热装置包括加热器，加热器位于饮用水储水罐里面，加热器与控制器连接。本项目的主要意义是利用太阳能热水器多余能量加热饮用水，整个过程不会影响饮用水的水质，从而节约大量化学能源，减少人们对化学能源的依赖。

Description

基于太阳能和电加热的双模饮水机

技术领域

本发明涉及一种新型饮水机，尤其涉及一种具备太阳能和电加热的双模饮水设备。

背景技术

随着人们生活水平的提高，太阳能热水器与电视、冰箱等家用电器一样成为了家庭中必不可少基础设施。太阳能热水器的普及方便了人们日常生活，降低了我国的化学能源的消耗，为我国节能减排做出了突出的贡献。

但是由于传统的太阳能热水器的水温最高可以达到95℃，因而，热水长期处于高温状态，含有大量亚硝酸盐致癌物，只能作为非饮用水使用。在实际使用过程中，太阳能热水器的热量利用率只有50%左右。而日常生活中需求较大的饮用水目前一直通过电或者化学能源等进行加热，消耗了大量的化学能源，污染了环境，不符合国家节能减排的方针政策。

发明内容

本项目主要研究内容是如何通过太阳能热水器的热量加热饮用水，最后以双模饮水机的形式呈现。本项目主要研究目的通过在饮用水加热过程中引入新能源，从而降低饮用水加热过程对传统化学能源的依赖，进而达到节能降耗的最终目的。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于太阳能和电加热的双模饮水机，包括太阳能加热装置、电加热装置、饮水机本体，太阳能加热装置包括管线和换热器，饮水机本体的饮用水储水罐设置有换热器，换热器通过管线与太阳能热水器连接；电加热装置包括加热器，加热器位于饮用水储水罐里面，加热器与控制器连接。

所述的换热器为螺旋状的导热管，管线由换热进水管和换热回水管组成，增压泵安装在换热进水管或换热回水管上，增压泵与控制器连接。

所述的饮水机本体具有自来水进水装置和桶装水进水装置，自来水进水装置的自来水管设置有电磁阀；桶装水进水装置的桶装水水管上安装自吸泵，电磁阀、自吸泵均与控制器连接。

所述的自来水管上还安装有***。

所述的太阳能热水器里安装的太阳能温度探头和饮用水储水罐的饮用水温度探头均与控制器连接，饮用水储水罐里还装有水位信息探头，水位信息探头与控制器连接。

本项目的主要意义是利用太阳能热水器多余能量加热饮用水，整个过程不会影响饮用水的水质，从而节约大量化学能源，减少人们对化学能源的依赖。根据山东地区太阳能实际使用情况，在夏秋两季，太阳能热水器水温可以达到95℃左右，饮用水温度大约为25℃左右，采用太阳能热水器加热饮用水可以从25℃达到90℃左右，能源节约率为：                                                ，考虑到太阳能热水器热交换循环***电能消耗，能源节约率大约为85%左右；春季太阳能热水器水温度大约可为75℃左右，而饮用水温度大约为15℃左右，能源节约率大约为64%左右；冬季如果天气较好的情况下，能源节约率大约为50%。因此，整个双模饮水机总体能源节约率可以到达50%~85%。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为控制器控制原理方框图。

附图中：1、太阳能热水器； 2、增压泵； 3、换热进水管； 4、换热器； 5、饮用水储水罐； 6、自来水管； 7、电磁阀； 8、换热回水管； 9、桶装水水管； 10、桶装水； 11、加热器； 12、自吸泵；13、***； 14、控制器。

具体实施方式

实施例

本饮水机主要包括饮水机饮用水储水罐5、热量交换部分、电加热部分和以及以单片机为核心的控制器等几个部分组成。饮水机的主要结构如图1所示。

热量交换部分的增压泵2主要功能是驱动太阳能热水器的热水在密闭的环境中流动，通过304可食用不锈钢完成热量的交换。桶装水10则通过自吸泵12提供动力来实现饮用水的注入。

如图1-2所示,一种基于太阳能和电加热的双模饮水机，包括太阳能加热装置、电加热装置、饮水机本体，太阳能加热装置包括管线和换热器4，饮水机本体的饮用水储水罐5设置有换热器4，换热器4通过管线与太阳能热水器1连接；电加热装置包括加热器11，加热器11位于饮用水储水罐5里面，加热器11通过继电器4与控制器14的单片机连接。

所述的换热器4为螺旋状的导热管，管线由换热进水管3和换热回水管8组成，增压泵2安装在换热进水管3或换热回水管8上，为热交换过程提供动力。增压泵2通过继电器1与控制器14的单片机连接并受其控制。

饮水机本体具有自来水进水装置和桶装水进水装置，自来水进水装置的自来水管6设置有电磁阀7；桶装水进水装置的桶装水水管9上安装自吸泵12，电磁阀7、自吸泵12均与控制器14连接，根据不同模式选择，控制器14控制电磁阀7的动作来控制自来水管路或者打开自吸泵12进行抽取桶装水。

为了方便不同人群使用，该饮水机设计时分为单片机自动控制和半自动的人工控制两种工作模式。在自动控制模式下，不需人工干预，自动实现注水、热量采集和电加热过程，使用方法与普通饮水机使用基本相同。在人工控制方面可以实现不同水源的选取自来水或者桶装水，注水量的多少，在热量采集方面可以手动选择太阳能加热和电加热等方式。

单片机控制***示意图如图2所示。整个饮水机的核心为ATMEL公司的STC90C516RD+单片机，分别通过I/O口读取数字温度温感模块DS18B20的温度。使用DS18B20模块的优点是DS18B20已完成了A/D转换，只需要读取DS18B20的寄存器即可，降低了开发难度，提高了***的可靠性。水位信息探头和用户操作按键通过I/O口与单片机连接。另外，STC90C516RD+单片机还根据算法执行过程通过数字继电器分别控制不同的设备，单片机通过译码器与温度显示屏连接。

饮水机人机交换采用按键加LED的方式实现。LED要实现温度的显示和应水机状态显示。在按键处理方面，尽量减少按键的个数，降低饮水机使用难度。饮水机控制面板通过“开关”控制整个***的开启和关闭，并通过指示灯显示开启和关闭状态。通过“桶装水”和“自来水”按键注入不同的水。在主功能区，设计了了多个按键，“注水”按键一直按下实现自动注水，直到水位最大值；“一键加热”按键对应功能为自动实现饮水机的自动运转。

本实用新型的主要元件的技术参数如下：

STC90C516RD+单片机

主要功能：整个饮水机的自动控制和集热算法的实现；

处理器位数:8位；

时钟频率：12MHz以下；

工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的 0～80MHz；

RAM：1280B；

ROM：64B；

工作电压：5.5V-3.8V/3.8V-2.4V；

工作温度范围：0-75℃/-40-+85℃。

DS 18B20温度探头

主要功能：测量太阳能热水器和饮水机的水温；

转换精度：提供9-12位摄氏温度测量；

感温范围宽度：-55℃～+125℃；

电压：3.0V～5.5V；

输出引线：红色(VCC)，黄色(DATA)，黑色(GND)。

继电器

主要功能：单片机通过继电器控制增压泵、电加热等大功率电器设备；

控制脚电压IN引脚：3~5V，高电平驱动线圈导通；

线圈电压VCC引脚：5V；

触点容量 ：AC-250V 10A;DC - 30V 10A；

触点形式：单刀双掷，1个常开触点，1个常闭触。

SN74LS138N译码器

主要功能：主要用于7段LED的选取。

主要性能：3/8线性译码器；

封装：DIP-16 窄体。

CL366IBH LED

主要功能：显示太阳能热水器与饮水机的水温。

增压泵

主要功能：使太阳能热水器热水在热量收集中循环；

额定电压：220V/50Hz；

功率：100W；

流量：10L/分钟；

自吸泵

主要功能：实现桶装水注水；

电压：12V；

功率：25W；

水位控制器

主要功能：自动控制饮水机的最高水位；

触点容量：10W或50W；

开关电压：AC220V/DC200V；

工作温度：-10~120℃；

开关电流：0.5A；

工作压力：＜1.0MPA；

绝缘电阻：＞10Ω；

介质比重:＞0.6；

触点阻抗：＜100m

开关材料:SUS304/SUS316。

1.单片机：8位51系列单片机；

2．饮用水储水罐5的大小可以根据实际需求选取不同规格，设计大小为：10L；

3.温度探头：输入电压为3.0V～5.5V；采集分辨率为9～12位；感温范围宽 -55℃ ～ +125℃；

4.加热器功率：1500W～2000W；

5.增压泵功率：60W～150W根据太阳能热水器高度自动调整；

6.加热时间：5分钟容量：10L；

7.能耗级别：一级。

    本项目成果目前市场上没有同类产品，市场空白，具有较好的推广前景。另外该项目中的饮水机结构简单，实现容易，使用方便，适用大多数家庭。饮水机的操作界面非常简单，与普通饮水机相差不大，使用难度几乎可以不用考虑。

该项目饮水机特别是对人口比较密集的学校等企事业单位，节能效果更为明显。在家庭用户中，只需在原有太阳能的基础上稍加改造，成本增加很少；据测算每个饮水机每天能节约0.5度电，一年大约为150度电能。如果该项目能够大面积推广，节能效果是非常明显的。本项目成果最大的优点是节能环保，节能率较高，因此市场前景广阔，推广价值较高，具有良好地社会效益和经济效益。

Claims (5)

1.一种基于太阳能和电加热的双模饮水机，其特征在于：包括太阳能加热装置、电加热装置、饮水机本体，太阳能加热装置包括管线和换热器（4），饮水机本体的饮用水储水罐（5）设置有换热器（4），换热器（4）通过管线与太阳能热水器（1）连接；电加热装置包括加热器（11），加热器（11）位于饮用水储水罐（5）里面，加热器（11）与控制器（14）连接。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能和电加热的双模饮水机，其特征在于：所述的换热器（4）为螺旋状的导热管，管线由换热进水管（3）和换热回水管（8）组成，增压泵（2）安装在换热进水管（3）或换热回水管（8）上，增压泵（2）与控制器（14）连接。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的基于太阳能和电加热的双模饮水机，其特征在于：饮水机本体具有自来水进水装置和桶装水进水装置，自来水进水装置的自来水管（6）设置有电磁阀（7）；桶装水进水装置的桶装水水管（9）上安装自吸泵（12），电磁阀（7）、自吸泵（12）均与控制器（14）连接。

4.根据权利要求3所述的基于太阳能和电加热的双模饮水机，其特征在于：所述的自来水管（6）上还安装有***（13）。

5.根据权利要求1、2、4任一项所述的基于太阳能和电加热的双模饮水机，其特征在于：太阳能热水器（1）里安装的太阳能温度探头和饮用水储水罐（5）的饮用水温度探头均与控制器（14）连接，饮用水储水罐（5）里还装有水位信息探头，水位信息探头与控制器（14）连接。