一种可精确调温的温开水机及泡奶机

技术领域

本发明涉及温开水设备技术领域，特别是涉及一种可精确调温的温开水机及泡奶机。

背景技术

温开水机又称为温热型饮水机，是通过热能交换器对烧开后的水进行降温，以获得温度适宜的温开水，便于用户即时饮用的饮水设备。温开水机的出水温度主要取决于热交换器的性能，热交换器的热能转换效率主要由导热机构的材料以及热交换器的水路设计决定的，在热交换器确定的条件下，由温开水机输出的温水的温度主要取决于冷却水的温度。然而，由于温开水机使用地域以及季节的不同，受环境温度影响，输入到热交换器的冷水管路中的水温变化较大，这样一来，同一台温开水机在不同地区和季节输出的温水的温度也千差万别，传统的温开水机功能单一，不能对温水的输出温度进行调节，难以满足不同区域用户的使用需求或满足用户在不同季节下的使用需求，不利于提升产品的市场竞争力。

发明内容

基于此，有必要针对温开水出水温度不易调控的技术问题，提供一种可精确调温的温开水机及泡奶机。

一种可精确调温的温开水机，该温开水机包括：

分段控制加热器，所述分段控制加热器包括加热基体以及与所述加热基体配合并形成多个子加热器的过水件，所述加热基体上间隔设置有多个加热区，每个所述加热区上分别设有在接电时发热的加热体以及用于检测水温的温度传感器；所述过水件上间隔设有一一对应所述加热区的多个过水区，每个所述过水区的表面分别设有独立的连续水道，且所述过水件上于对应每一连续水道的两端分别开设有与连续水道连通的入水口和出水口，且其中一个所述子加热器的入水口用于由外部接入冷水，所述加热基体上背向所述加热体的一侧壁面与所述连续水道配合形成多个封闭水道，相邻两个封闭水道之间设有密封结构；

热交换器，所述热交换器包括至少一个由隔离板以及形成于所述隔离板两侧的冷水道和热水道构成的热交换单元，所述冷水道的输入端同接入待加热水的子加热器的出水口连通以接入预热后的冷水，所述冷水道的输出端与另一个子加热器的入水口连通以提供加热水源，所述热水道的输入端同连接冷水道输出端的子加热器的出水口连通以接入开水，所述热水道内的开水通过所述隔离板与所述冷水道内的冷水进行热交换，并由所述热水道的输出端输出直饮温水；

电控系统，所述电控系统包括具有主控芯片的主控电路以及与所述主控芯片电连接的开关电路及供电电路，所述主控芯片分别与各所述子加热器的温度传感器电连接以接收温度传感器发送的温度信号，所述供电电路包括与外部电源电连接的电压输入电路、与所述电压输入电路连接的变压电路和光耦合电路、与所述变压电路和所述光耦合电路连接的电压处理器以及与所述电压处理器和所述变压电路连接的整流电路，所述整流电路的输出端分别与各子加热器的加热体连接以提供电压，所述主控芯片用于控制所述整流电路输出至所述加热体的电压值，以调节不同加热体的加热温度。

在其中一个实施例中，所述电控系统还包括与所述主控芯片电连接并设有光耦合器的过零检测电路。

在其中一个实施例中，所述电控系统还包括与所述主控芯片电连接并具有通信串口的通信电路，所述主控芯片通过通信串口与外部控制终端通信连接。

在其中一个实施例中，所述温开水机还包括与所述主控芯片电连接的水泵，所述水泵用于储存由外部水管或水箱输入的常温水，并在所述主控芯片的控制下以预定流量向连接冷水道输入端的子加热器输送冷水。

在其中一个实施例中，所述水泵的输出端以及所述热水道的输出端分别设有一NTC温感器件，两个NTC温感器件分别与所述主控芯片电连接。

在其中一个实施例中，所述电控系统还包括与所述主控芯片电连接的控制面板，用于输入温度控制指令并显示所述温开水机的进水温度、温水出水温度以及水泵流量信息。

在其中一个实施例中，所述加热基体由石英材料、食品级不锈钢材料或陶瓷材料制成，所述加热体为涂覆在所述加热基体上的厚膜浆料、石墨烯或缠绕设置在所述加热基体上的电阻丝。

在其中一个实施例中，所述加热基体与所述过水件同为板状结构或圆管状结构或为相互配合的圆柱状结构与圆管状结构，当所述加热基体呈圆管状结构，所述过水件呈圆柱状结构时，所述加热基体位于分段控制加热器的外层，所述过水件位于分段控制加热器的芯部；当所述加热基体与所述过水件同为圆管状结构时，所述加热基体位于分段控制加热器的芯部，所述过水件位于分段控制加热器的外层。

在其中一个实施例中，多个热交换单元层叠设置，相邻两个所述热交换单元之间设有可导热的金属隔板，各热交换单元的冷水道的输入端连通并由接入待加热水的子加热器通入预热后的冷水，各热交换单元的冷水道的输出端连通并与另一子加热器的入水口连通，各热交换单元的热水道的输入端同连接冷水道输出端的子加热器连通以接入开水，各热交换单元的热水道的输出端连通以输出直饮温水。

本发明还公开了一种包括上述温开水机的泡奶机。

实施本发明的可精确调温的温开水机及泡奶机，通过设置分段控制加热器，对进入热交换器的冷水道内的冷水进行预热，使得冷水道内的水先升温至预定温度再与热水道内的热水进行热交换，如此，用户可根据需要控制分段控制加热器中用于对冷水预热的子加热器中加热体的电压，即可使得由热交换器输出的温水水温达到预想的任意值，以满足用户在不同区域、不同季节以及不同使用场景下的温水使用需求，温开水机的水温控制较为简单，且可精准调节出水温度，提升了温开水机及泡奶机质量的可靠性和市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中可精确调温的温开水机的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例中分段控制加热器的剖面结构示意图；

图3为本发明的一个实施例中加热基体的结构示意图；

图4为本发明的一个实施例中过水件的结构示意图；

图5为本发明的另一个实施例中加热基体的结构示意图；

图6为本发明的另一个实施例中过水件的剖面结构示意图；

图7为本发明的一个实施例中热交换器的剖面结构示意图；

图8为本发明的一个实施例中冷水板的结构示意图；

图9为本发明的一个实施例中热水板的结构示意图；

图10为本发明的一个实施例中电控系统的结构示意图；

图11为本发明的一个实施例中主控电路的电路原理图；

图12为本发明的一个实施例中过零检测电路的电路原理图；

图13为本发明的一个实施例中通信电路的电路原理图；

图14为本发明的一个实施例中水泵电路的电路原理图；

图15为本发明的一个实施例中进水NTC温感器件的电路原理图；

图16为本发明的一个实施例中出水NTC温感器件的电路原理图；

图17为本发明的一个实施例中开关电路的电路原理图；

图18为本发明的一个实施例中供电电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1，本发明公开了一种可精确调温的温开水机10，该温开水机10包括分段控制加热器100、热交换器200以及电控系统300，其中，分段控制加热器100包括多个子加热器，优选的，分段控制加热器100包括两个子加热器，其中一个子加热器用于接入外部水管或水箱等输入的常温水并对常温水预热，从而向热交换器200的冷水道220中输入预定温度的冷水，分段控制加热器100的另一个子加热器用于接入冷水道220输出的热交换后的冷水并将该冷水作为加热水源，在对水加热后，将烧开后的开水通入热交换器200的热水道230，从而使得热水道230中的热水与冷水道220中的预热冷水进行热量传递，以使得热交换器200输出预定温度的温水，如此，通过控制用于预热水的子加热器的加热温度，即可使得热交换器200输出预想的任意温度的温水。需要说明的是，本实施例中的任意温度是指满足热力学定律，符合水加热和进行热交换规律的温度，一般而言，温水的温度应介于30摄氏度至80摄氏度之间。电控系统300用于控制分段控制加热器100中各子加热器的加热温度，通过调整预热冷水的温度来控制最终输出的温水温度。

请参阅图2至图4，分段控制加热器100包括加热基体110以及与加热基体110配合并形成多个子加热器的过水件120，各子加热器彼此独立工作，互不干扰。加热基体110用于在通电的条件下发热，以便于对待加热水提供热能，实现对水体的加热。具体的，加热基体110上间隔设置有多个加热区111，每个加热区111上分别设有在接电时发热的加热体112以及用于检测水温的温度传感器113，过水件120用于与加热基体110共同配合以形成多个子加热器，即过水件120主要用于通过待加热水，为水体的加热过程提供空间。过水件120上间隔设有一一对应加热区111的多个过水区121，即每个过水区121对应一加热区111，且过水区121在过水件120长度方向的投影大于加热区111在加热基体110长度方向的投影，避免因加热区111上临近过水件120一侧外露的部分过热造成的加热器局部温度过高问题，以延长设备的使用寿命。需要说明的是，加热基体110上于背向加热区111的一侧，即与过水件120的过水区121接触的一侧与连续水道122内通入的水接触并对水进行加热，带走了加热基体110上的热量，从而保证了加热区111不至于过热，提升了加热器使用的安全性。

每个过水区121的表面分别设有独立的连续水道122，且过水件120上于对应每一连续水道122的两端分别开设有与连续水道122连通的入水口123和出水口124，且其中一个子加热器的入水口123用于由外部接入冷水，加热基体110上背向加热体112的一侧壁面与过水件120上的连续水道122配合形成多个封闭水道，相邻两个封闭水道之间设有密封结构125。需要说明的是，本实施例中以加热基体110包括两段加热区111，过水件120包括两段过水区121进行举例说明，在实际生产中，可根据水温控制需要对应增加加热区111与过水区121的数量，于此不再赘述。

一实施例中，所述加热基体110由石英材料、食品级不锈钢材料或陶瓷材料制成，所述加热体112为涂覆在所述加热基体110上的厚膜浆料、石墨烯或缠绕设置在所述加热基体110上的电阻丝。厚膜浆料及石墨烯均为电阻浆料，二者在通电条件下快速发热，并对加热基体110产生热辐射，使得加热基体110升温，从而对与加热基体110接触的待加热水产生热辐射，以达到加热水体的目的。采用在加热基体110上缠绕电阻丝的方式时，电阻丝通电后，当电流通过电阻丝时，电流做功而消耗电能，进而产生热量，并对加热基体110产生热辐射，进而将热量传递至与加热基体110接触的水，实现对水体的加热。需要说明的是，本实施例中，无论是采用涂覆厚膜浆料或石墨烯的方式，还是缠绕电阻丝的方式，相邻两段子加热器之间的部位并不设置上述加热体112，如此，在分段控制加热器100工作过程中，加热基体110上未涂覆浆料或缠绕电阻丝的部位并不发热，即相邻两个子加热器之间的过渡部温度变化较小，从而减少了相邻两个加热区111之间的热传递量，提升了本实施例的分段控制加热器100分区段加热作业的可靠性。

进一步的，当加热基体110为食品级不锈钢材料时，可以采用耐高温及耐腐蚀性能较好的304不锈钢或316不锈钢或其它食品级不锈钢，以避免加热基体110在与水体接触时出现有害物质析出问题，在提升加热基体110机械强度的同时，提高了饮用水的安全性。另外，在本实施例中，食品级不锈钢材料制成的加热基体110上用于设置加热体112的一面设置有绝缘层114，用以阻断加热体112与加热基体110之间的电荷导通，避免因加热基体110导电使得水体带电，进而造成的分段控制加热器100漏电事故的发生，以提升分段控制加热器100使用的安全性。

一实施例中，加热基体110为一体成型式结构或包括可拆卸连接的多个子基体，当加热基体110包括可拆卸连接的多个子基体时，每个子基体上对应设有一加热区111、加热体112以及温度传感器113；过水件120一体成型或包括可拆卸连接的多个子件，当过水件120包括可拆卸连接的多个子件时，每个子件上对应设有一过水区121以及与过水区121的连续水道122连通的入水口123和出水口124。优选的，当加热基体110为可拆解的结构时，多个子基体通过卡扣、螺丝或凹凸配合等方式连接，同样的，当过水件120为可拆解的结构时，多个子件通过卡扣、螺丝或凹凸配合等方式连接。可以理解为，加热基体110与过水件120既可以同时为一体式结构，也可以是二者中的其中一个为一体式结构另一个为可拆解的结构，或二者同时为可拆解的结构。当加热基体110与过水件120均为可拆解的结构时，实际形成了相互独立且可单独拆下的多个子加热器，如此，用户或生产人员可以根据实际需求选择相应数量的加热基体110与过水件120进行组合，以提升本实施例的分段控制加热器100使用的灵活性。

一实施例中，加热基体110与过水件120同为板状结构或圆管状结构或为相互配合的圆柱状结构与圆管状结构，当加热基体110呈圆管状结构，过水件120呈圆柱状结构时，加热基体110位于分段控制加热器100的外层，过水件120位于分段控制加热器100的芯部；当加热基体110与过水件120同为圆管状结构时，加热基体110位于分段控制加热器100的芯部，过水件120位于分段控制加热器100的外层。请参阅图2至图4，当加热基体110与过水件120同为板状结构时，加热基体110盖设于过水件120并与过水件120密封连接，过水件120的表面凹陷形成连续水道122，且加热基体110上背向加热体112的一面抵设并封堵连续水道122以形成封闭水道，该连续水道122既可以呈图4所示的S型结构，此处的S型结构包括多个S弯，故也可以理解为蛇形结构，还可以呈蜗壳状结构或方形螺旋状结构，以延长待加热水体在连续水道122内的流动路径，保证了水体的均匀受热，使得在加热体112同一加热温度下且从同一封闭水道输出的水体的温度相同，从而提升了分段控制加热器100中各子加热器对水温控制的可靠性。当加热基体110呈圆管状结构，过水件120呈圆柱状结构时，加热体112以及温度传感器113设置于加热基体110的外侧面，过水件120的外表面突起并形成螺旋状的连续水道122，过水件120插设于加热基体110且过水件120的连续水道122与加热基体110的内侧面上的加热区111合围形成多个封闭水道，加热基体110上设有与过水件120的入水口123和出水口124一一对应连通的入水管和出水管，加热基体110的两端密封处理，在此情况下，加热基体110位于分段控制加热器100的外层，过水件120位于分段控制加热器100的芯部，加热基体110的结构可参阅图5。

另一实施例中，当加热基体110与过水件120同为圆管状结构时，加热体112以及温度传感器113设置于加热基体110的内表面，过水件120的内表面凸起并围成连续水道122，延长了待加热水的流动路径，使得加热更加均匀，加热基体110插设于过水件120且加热基体110的外表面与过水件120的内表面上的连续水道122合围形成多个封闭水道，过水件120的两端密封处理，在此情况下，加热基体110位于分段控制加热器100的芯部，过水件120位于分段控制加热器100的外层，过水件120的结构可参阅图6。

需要说明的是，当加热基体110与过水件120同为板状结构时，相邻两个封闭水道之间形成有直凹槽126并于直凹槽126内设置密封条，当加热基体110与过水件120同为圆管状结构或为相互配合的圆柱状结构与圆管状结构时，过水件120的外表面或内表面上于相邻两个封闭水道之间形成有环形凹槽127并于环形凹槽127内设置密封圈，以封堵相邻两个封闭水道之间的缝隙，避免出现串水问题。

热交换器200包括至少一个由隔离板以及形成于隔离板两侧的冷水道220和热水道230构成的热交换单元，冷水道220的输入端同接入待加热水的子加热器的出水口124连通以接入预热后的冷水，冷水道220的输出端与另一个子加热器的入水口123连通以提供加热水源，热水道230的输入端同连接冷水道220输出端的子加热器的出水口124连通以接入开水，热水道230内的开水通过隔离板与冷水道220内的冷水进行热交换，并由热水道230的输出端输出直饮温水。需要说明的是，本实施例的热交换器200既可以是水腔被一块隔离板分隔形成冷水道220和热水道230的普通热交换装置，也可以是由多个热交换单元层叠设置且并联连通的并联式热交换装置，以下对该并联式热交换装置的结构进行描述。

请参阅图7至图9，一实施例中，多个热交换单元层叠设置，相邻两个热交换单元之间设有可导热的金属隔板210，各热交换单元的冷水道220的输入端连通并由接入待加热水的子加热器通入预热后的冷水，各热交换单元的冷水道220的输出端连通并与另一子加热器的入水口123连通，各热交换单元的热水道230的输入端同连接冷水道220输出端的子加热器连通以接入开水，各热交换单元的热水道230的输出端连通以输出直饮温水。进一步的，热交换器200还包括相对设置并用于共同挤压各热交换单元的第一压板240与第二压板250，第一压板240与第二压板250通过螺栓固定连接以压紧各热交换单元，从而提升热交换器200结构的稳定性以及各热交换单元的密封性。

请参阅图8与图9，热交换器200还包括冷水板260与热水板270，冷水板260设置于相邻两块金属隔板210之间并具有第一镂空部280，第一镂空部280与相邻的两块金属隔板210共同围成冷水道220，热水板270设置于相邻两块金属隔板210之间并具有第二镂空部290，第二镂空部290与相邻的两块金属隔板210共同围成热水道230。对于位于热交换器200两边侧的冷水板260或热水板270，冷水板260分别与金属隔板210和第一压板240或第二压板250共同围成冷水道220，热水板270分别与金属隔板210和第一压板240或第二压板250共同围成热水道230，第一压板240、第二压板250以及金属隔板210均采用304不锈钢或316不锈钢或其它食品级不锈钢制成。本实施例的并联式热交换器200仅由两块压板以及设置在两块压板之间的多个热交换单元构成，用于通入同类水的相邻两个水道的入口和出口分别连通，实现水道的并联，在实现热水降温的同时，增大了水路流通面积且缩短了热交换器200冷水入口至温水出口之间的距离，水流阻力较小，有利于提升热交换器200的出水效率并延长设备的使用寿命。

请参阅图10，电控系统300包括具有主控芯片311的主控电路310以及与主控芯片311电连接的开关电路320及供电电路330，主控芯片311分别与各子加热器的温度传感器113电连接以接收温度传感器113发送的温度信号，供电电路330包括与外部电源电连接的电压输入电路331、与电压输入电路331连接的变压电路332和光耦合电路333、与变压电路332和光耦合电路333连接的电压处理器334以及与电压处理器334和变压电路332连接的整流电路335，变压电路332用于将外部民用电压转换为适用温开水机10电路的安全电压，光耦合电路333用于实现对输入电压的滤波作用，电压处理器334用于对转换及滤波后的电压进行运算处理，整流电路335则用于将交流电转变为可传递至加热体112的直流电。整流电路335的输出端分别与各子加热器的加热体112连接以提供电压，主控芯片311与整流电路335连接，用于控制整流电路335输出至加热体112的电压值，以调节不同加热体112的加热温度。需要说明的是，本实施例的主控芯片311还分别根据电压值和功率计算冷水预热温度以及根据热力学定律对热水温度和预热冷水的温度运算输出的温水水温，从而获得电压值与温水出水温度的函数关系，如此，在温开水机10的控制过程中，用户仅需向主控芯片311输入一个与温水出水温度关联的电平信号，即可驱动主控芯片311控制加热体112的电压值，从而达到控制出水温度的目的。

请一并参阅图11至18，电控系统300还包括与主控芯片311电连接并设有光耦合器的过零检测电路340以及与主控芯片311电连接并具有通信串口的通信电路350，主控芯片311通过通信串口与外部控制终端通信连接，温开水机10还包括与主控芯片311电连接的水泵400，水泵400用于储存由外部水管或水箱输入的常温水，并在主控芯片311的控制下以预定流量向连接冷水道220输入端的子加热器输送冷水，水泵400的输出端以及热水道230的输出端分别设有一NTC温感器件，两个NTC温感器件分别与主控芯片311电连接。具体的，主控芯片311采用型号为SOP28的IC芯片，其中，主控芯片311的7号引脚与10号引脚分别连接出水NTC温感器件与进水NTC温感器件，主控芯片311的8号引脚与9号引脚分别连接水泵400电路的输入端及输出端，主控芯片311的16号引脚与18号引脚分别与通信电路350的Rxd引脚和Txd引脚连接，如此，主控芯片311可通过通信电路350在采用通信协议，如基于RS232的串口与外部控制器连接。当然，本实施例的电控系统300还可以包括与主控芯片311电连接的蓝牙模块或/和无线信号接收器，如此，可通过具有蓝牙收发功能的智能移动设备或具有无线信号发送功能的遥控器等向主控芯片311发送信号，以实现对温开水机10的远程控制。主控芯片311的28号引脚与过零检测电路340连接，过零检测电路340连接用于判断单相交流电源的频率、电压反相点，即过零点，以实现电压零点驱动或者功率控制，从而增大主控芯片311对加热体112电压值的调节范围，提高电控系统300工作的可靠性。开关电路320中设有型号为AP2301/SOT23-5并与主控芯片311连接的集成电路IC以及与该集成电路IC连接的开关，以便于手动输入指令以便由主控芯片311控制加热体112的电压值。

进一步的，一实施例中，电控系统300还包括与主控芯片311电连接的控制面板，用于输入温度控制指令并显示温开水机10的进水温度、温水出水温度以及水泵400流量信息。优选的，控制面板为触控显示屏，如此，在通过触控显示屏接收外部控制信号的同时，还可实时读取温开水机10的当前工作参数，以利于精准调节温水温度。

此外，本发明还公开了一种包括上述温开水机10的泡奶机，该泡奶机的出水口124即为温开水机10的热交换器200的热水道230输出端，如此，用户可通过向泡奶机的主控芯片311输入控制指令，即可将泡奶机的出水温度精准控制至预定值，使得输出的温水温度满足泡奶所用温水的需求，避免因泡奶热水温度过高造成的奶粉营养物质流失问题，从而提升泡奶机的质量及可靠性。

实施本发明的可精确调温的温开水机10及泡奶机，通过设置分段控制加热器100，对进入热交换器200的冷水道220内的冷水进行预热，使得冷水道220内的水先升温至预定温度再与热水道230内的热水进行热交换，如此，用户可根据需要控制分段控制加热器100中用于对冷水预热的子加热器中加热体112的电压，即可使得由热交换器200输出的温水水温达到预想的任意值，以满足用户在不同区域、不同季节以及不同使用场景下的温水使用需求，温开水机10的水温控制较为简单，且可精准调节出水温度，提升了温开水机10及泡奶机质量的可靠性和市场竞争力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。