热回收技术在即热饮水机上的应用

妖气冲天

1 引言
传统饮水机产品存在诸如二次污染、耗电量大、反复加热（千滚水）等弊端，新兴的快速加热饮水机能够有效解决以上问题，但仍存在高温蒸汽排放的难题，直接排放有烫伤用户的危险，而且造成能量浪费，环境的热污染。
本文把热回收技术应用于具有快速加热功能的即热式饮水机上，解决了市场上的即热式饮水机的通病，使即热式饮水机成为真正的“节能”、“环保”的绿色产品。
2 即热饮水机的工作原理
市场上现有的即热式饮水机基本都是采用沸腾出水原理，即利用水被加热至沸腾时，密度减小，自动上浮的原理出水。系统结构见图1。
相对于传统饮水机，即热式饮水机可以节省80％的能耗，但对于高温蒸汽的排放难题束手无策，目前的蒸汽排放方式主要有：
（1）排放到分水池。缺点：对分水池内的水造成热污染，容易滋生细菌。对于带制冷功能的饮水机还会产生窜温，影响制冷效果。
（2）直接排放到空气中。缺点：高温蒸汽容易使人烫伤，而且排放在空气中的热蒸汽容易使家具受潮。
两种排放方式由于排气不彻底，阻力较大，出水口的热水容易发生喷射，所以必须使用专用的水杯接水，否则会有安全隐患。同时从环保的角度看，高温蒸汽本身就是宝贵的能源，直接排放掉是一种资源浪费。
3 热回收技术在即热饮水机上的应用
3.1热回收式即热饮水机工作流程
本文介绍一种热量回收技术，对高温蒸汽带走的热量进行回收再利用，既避免了热污染，又资源再利用，可谓一举两得。系统图见图2所示：


热回收技术在即热饮水机上的应用.jpg工作流程：在用户使用饮水机之前，饮水机水路系统是充满水的，当用户需要制取热水时，打开电源，电磁阀、加热组件工作，加热组件中的水受热沸腾升至缓冲腔，热水流经电磁阀从出水阀流出，流入接水杯，与此同时，饮用水从水斗流经热回收装置，经预热补充至加热组件，沸腾蒸汽在缓冲腔分离，高温气体排向热回收装置，对水斗进来的饮用水预热，自身冷却凝结成常温水流入接水盒。重复循环，直至用户停止取水，关掉电源，电磁阀、加热组件停止工作。
3.2 热回收装置的工作原理
热回收装置设计巧妙，结构简单，包括缓冲腔和换热腔两部分见图3（a），沸腾热水从加热组件流入缓冲腔，缓冲腔的作用是对汽液两相的混合体进行分离，高温液体从下端流出，流向水龙头供用户饮用，高温气体经排气管排走，高温气体到达换热腔后与饮水机水斗补充的冷水进行热交换，冷凝成常温水，排到接水盒中，见图3(b)。与此同时，水斗进来的水由于与高温蒸汽进行了热交换，水温上升，相当于把水蒸气带走的热量回收起来了，因此本文把这种热量处理方式命名为热回收技术。
通过热回收技术处理的即热饮水机解决了高温蒸汽的排放问题，同时对蒸汽中的热量进行回收利用，起到事半功倍的效果，完美的解决了行业中的顽疾。
3.3 节能性能测试及对比分析
为验证热回收式即热饮水机的节能性及使用舒适性，对热回收式即热饮水机及普通即热饮水机进行对比测试。两款即热饮水机加热组件完全相同，热回收式机型增加热回收装置，普通即热饮水机的蒸汽排放方式为直接排放到空气中。试验用水为2桶全新的市场销售的5加仑（18.9L）桶装纯净水，连续加热直至1桶水完全用完为止。
试验环境：温度 25±1℃ ，初始水温25℃,，试验数据记录见表1.
3.3.1 热效率对比
热效率计算公式：Ч＝Cp×m×Δt /（P×T）
Δt＝（t2-t1） t1为初始水温，t2为出水温度
其中：Ч—热效率；Cp—水的比热，J/kg.℃；m—水的质量，kg；Δt—水的加热温差，℃；P—加热功率，W；T—加热时间，h。
热回收式即热饮水机的热效率：
Ч＝Cp×m×Δt /（P×T）＝Cp×ρV×（t2-t1）/（P×T）=4.2×10³×18.47×（99-25）/（1550×1.05×3600）=97.9%
普通即热饮水机的热效率：
(b)Ч＝4.2×10³×18.44×（99-25）/（1550×1.21×3600）=84.8%
经计算，热回收式即热饮水机比普通即热饮水机的热效率高15.4 %。
3.3.2 耗电量对比
耗电量计算公式：W＝P×T
其中：P—加热功率，kW；T—加热时间，h。
热回收式即热饮水机的耗电量：W= 1.550×1.05=1.63kWh
普通即热饮水机的耗电量：W= 1.550×1.21=1.87kWh
经计算，热回收式即热饮水机比普通即热饮水机的耗电量低12.8%。


热回收技术在即热饮水机上的应用1.jpg3.3.3 使用舒适性对比
用户使用舒适性方面对比主要集中以下几方面：(1) 热水出水口情况：普通即热饮水机有喷射现象，热回收式即热饮水机换热完全，出水顺畅自然；(2) 对于环境的影响情况：普通即热饮水机对空气排蒸汽，对环境造成热污染，热回收式即热饮水机加热蒸汽经热回收装置回收利用，冷却成冷凝水排到接水盒，对环境不造成污染；(3) 人身安全考虑：普通即热饮水机从侧板直接排放高温蒸汽，容易烫伤用户，热回收式即热饮水机高温蒸汽处理成冷凝水，对人身无任何影响。
综上，在使用舒适性方面，热回收式即热饮水机有着不可比拟的优势。
4 结束语
通过热回收技术的应用，一方面回收利用了即热饮水机加热过程中排放的大量余热，降低了对环境的废热污染，同时消除了用户热烫伤的隐患；另一方面，由于对高温蒸汽的热量进行回收再利用（对冷水预热），提高了饮水机的热效率，降低了能耗。
因此，热回收技术在即热饮水机上的应用，具有重大的现实意义和较高的社会效益，具有节能、环保、节约运行费用的特点，理应在整个行业和全社会大力推广。