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[摘要]普通电热开水器流出的饮用水含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水，对人体危害较大。研究一种包含有多个传感器的电热开水器，确保它既不会流出生水，也不会流出盛水，减小因饮水对人体造成的危害，实现健康饮用。
[关键词]生水 开水 盛水 亚硝酸盐 传感器 饮用水
中图分类号：TM5文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310012－01
一、概述
问得清泉，唯有水是人类赖以生存的且不可缺少的重要物质，是人的生命之源，人体60～70％是由水构成的。水在人体内不但是运送各种营养物质的载体，而且还直接参与人体的新陈代谢，因此保证充足的摄水量对人体生理功能的正常运转至关重要。
目前，电热开水器正逐步替代传统的燃煤锅炉被广泛使用，它进入机关、写字楼、学校和商场等单位，它除了具有卫生和方便等特点之外，还兼有占地少和易于实现自动控制等优点。
然而，目前的电热开水器普遍存在着放出来的饮用水含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水。
随着生活水平的不断提高，人们对饮用水质量提出了更高的要求，对饮用不卫生水造成的健康问题也日益关注。采用煮水与贮水两个过程分开处理的方法，实现“开水不排完冷水不进入”的饮用水装置，保护人们的健康饮水环境。
二、目前的电热开水器的缺点
目前，大部分电热开水器控制装置比较简单（基本上是采用浮球控制水位），冷、热水共用水箱，放出来的饮用
水含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水，对人体危害较大。表现为：
1．这种开水器只有一个容器室，生水和开水混合在一起。顶部有一个浮球开关，容器内水位上升时，浮球也随之上升，通过连杆推动活塞运动，当水位达到一定位置时，活塞关闭进水口，停止进水。
2．当取用部分开水时，电热开水器中的水位稍有下降，就引发顶部的浮球下降，进水阀随即打开，外面的生水就直接流进水箱，灌满水箱使浮球继续浮在顶部，这时生水与饮用开水混合在一起，且水箱中的水不能全部放出
（因防干烧，出水龙头的位置比较高），所以饮水时就永远喝的是含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水。
三、饮用不洁净水的危害
（一）生水的危害
生水可能含有很多寄生虫卵等有害病原微生物，因此喝生水可能引起各种肠道传染病。或当机体抵抗力低下时会增加致病的可能性，同时自来水经氯化消毒灭菌处理后，水中可分离出多达13种以上有害物质，其中卤化烃、氯仿还具有致癌、致畸作用。现场水质检测：当水温达到90℃时，卤代烃含量由原来的每公斤53цg上升到177цg，超过国家生活饮用水卫生标准的2倍。专家指出，饮用未煮沸的水，患直肠癌的可能性增加21％～38％。但当水温达到100℃，卤化烃、氯仿这两种有害物质会随蒸汽蒸发而大大减少，继续沸腾数分钟，不仅能去除氯味、去除水中的挥发性卤代烃，而且能杀死细菌、病毒。
（二）盛水的危害
1．开水中亚硝酸盐的产生。水中本来就含有少量硝酸盐与亚硝酸盐。硝酸盐为离子化合物（属于离子晶体），其离子键比较稳定，但由于硝酸根是由活泼的非金属元素N与O构成，硝酸根是不稳定的，所以，硝酸盐化学性质很活泼。因此碱金属和无水硝酸盐在加热情况下可分解为亚硝酸盐和氧气，如：
2NaNO3=2NaNO2+O2↑
2．亚硝酸盐的危害。盛水在重复煮沸过程中，硝酸盐不断分解，再加上水的不断蒸发，就导致亚硝酸盐浓度不断上升。亚硝酸盐在一定的酸性条件下生成亚硝酸，如：
NaNO2+CH3CHOHCOOH（乳酸）=HNO2+CH3CHOHCOONa
亚硝酸HNO2很不稳定，于是分解产生NO，3HNO2=H++NO3-+2NO+H2O，而生成的NO会很快与还原性肌红蛋白（用Ma表示）反应，生成相对稳定的亚硝基肌红蛋白MbNO，Ma+NO=MaNO。若反应发生在血液里，并进而转变成高铁血红蛋白，致使血红蛋白失去输氧能力，久饮这种水，轻则会影响人的胃肠功能，出现暂时性腹泻、腹胀；重则亚硝酸盐会在体内积聚，引起肝、肾和神经系统慢性中毒。亚硝酸盐还是一种潜在的致癌物，它可诱发人体胃癌、肝癌、食道癌等疾病，过量或长期饮用含有亚硝酸盐的水对人身体会造成危害。
四、关于含有多传感器的电热开水器设计思想
（一）关于含有多传感器的电热开水器的结构
将多传感器的电热开水器设计成上，下分置的双水箱结构，如图1所示。
上水箱为烧水区（沸腾室），下水箱为保温区（保温室），其中烧水区比保温区稍小一些。两个容室之间设有一个电磁阀来控制两者的连通。当上水箱的生水被烧沸后，打开上排水阀，上水箱的沸水依靠重力作用将沸水排入下水箱，装有开水的下水箱设有出水龙头，可供人们饮用。这样设计可将装有生水的烧水区和装有饮用开水的保温区隔离开，避免生水和开水混合形成所谓的“阴阳水”。开水器制作成玻璃棉保温层，以阻止热量扩散，降低热损耗，从而节约电能。
（二）关于含有多传感器的电热开水器的工作原理
其工作流程如图2所示。
1．排出盛水。开水器通电，上、下排水阀同时打开，排出原来存留在上、下水箱中的剩水，避免水在开水器中反复煮沸产生亚硝酸盐。排完后，上、下两排水阀关闭。
2．进水。进水阀打开，开始进水。
3．烧水。当上水箱高液位传感器检测为高水位时，进水阀关闭，停止进水，上水箱加热管开始工作。
4．沸水转移。上水箱温度加热到100℃后，上水箱的温度传感器输出控制信号，延迟加热数分钟后（去除氯味、去除水中的挥发性卤代烃，杀死细菌、病毒），上水箱加热器停止工作，当下水箱低液位传感器检测为低水位时，上排水阀打开，开水由烧水区流进保温区，进入保温状态，这时候的水就可以正常饮用了。
5．开水由烧水区流进保温区后，上排水阀闭合，重复以上2～4步骤。
6．保温。当下水箱水温低于85℃，且下水箱低液位传感器检测为高水位时，下水箱加热器开始加热至95℃停（分别由下水箱两只温度传感器控制），保证饮用水具有沏茶温度且不重复煮沸。
7．当下水箱低液位传感器检测为低水位时，下水箱加热器停止加热，且当上水箱加热器停止工作时，上排水阀打开，将上水箱沸水流入下水箱共饮用，重复以上4～7步骤。
五、结束语
关于含有多传感器的电热开水器比普通的电热开水器增加了1个加热器，2个液位传感器，3个温度传感器，3个电磁阀及简单的控制电路，虽成本有所增加，但饮水质量却得到了极大的提高，克服了普通电热开水器含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水的缺点，减小了因饮水对人体造成的危害。
[关键词]生水 开水 盛水 亚硝酸盐 传感器 饮用水
中图分类号：TM5文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0310012－01
一、概述
问得清泉，唯有水是人类赖以生存的且不可缺少的重要物质，是人的生命之源，人体60～70％是由水构成的。水在人体内不但是运送各种营养物质的载体，而且还直接参与人体的新陈代谢，因此保证充足的摄水量对人体生理功能的正常运转至关重要。
目前，电热开水器正逐步替代传统的燃煤锅炉被广泛使用，它进入机关、写字楼、学校和商场等单位，它除了具有卫生和方便等特点之外，还兼有占地少和易于实现自动控制等优点。
然而，目前的电热开水器普遍存在着放出来的饮用水含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水。
随着生活水平的不断提高，人们对饮用水质量提出了更高的要求，对饮用不卫生水造成的健康问题也日益关注。采用煮水与贮水两个过程分开处理的方法，实现“开水不排完冷水不进入”的饮用水装置，保护人们的健康饮水环境。
二、目前的电热开水器的缺点
目前，大部分电热开水器控制装置比较简单（基本上是采用浮球控制水位），冷、热水共用水箱，放出来的饮用
水含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水，对人体危害较大。表现为：
1．这种开水器只有一个容器室，生水和开水混合在一起。顶部有一个浮球开关，容器内水位上升时，浮球也随之上升，通过连杆推动活塞运动，当水位达到一定位置时，活塞关闭进水口，停止进水。
2．当取用部分开水时，电热开水器中的水位稍有下降，就引发顶部的浮球下降，进水阀随即打开，外面的生水就直接流进水箱，灌满水箱使浮球继续浮在顶部，这时生水与饮用开水混合在一起，且水箱中的水不能全部放出
（因防干烧，出水龙头的位置比较高），所以饮水时就永远喝的是含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水。
三、饮用不洁净水的危害
（一）生水的危害
生水可能含有很多寄生虫卵等有害病原微生物，因此喝生水可能引起各种肠道传染病。或当机体抵抗力低下时会增加致病的可能性，同时自来水经氯化消毒灭菌处理后，水中可分离出多达13种以上有害物质，其中卤化烃、氯仿还具有致癌、致畸作用。现场水质检测：当水温达到90℃时，卤代烃含量由原来的每公斤53цg上升到177цg，超过国家生活饮用水卫生标准的2倍。专家指出，饮用未煮沸的水，患直肠癌的可能性增加21％～38％。但当水温达到100℃，卤化烃、氯仿这两种有害物质会随蒸汽蒸发而大大减少，继续沸腾数分钟，不仅能去除氯味、去除水中的挥发性卤代烃，而且能杀死细菌、病毒。
（二）盛水的危害
1．开水中亚硝酸盐的产生。水中本来就含有少量硝酸盐与亚硝酸盐。硝酸盐为离子化合物（属于离子晶体），其离子键比较稳定，但由于硝酸根是由活泼的非金属元素N与O构成，硝酸根是不稳定的，所以，硝酸盐化学性质很活泼。因此碱金属和无水硝酸盐在加热情况下可分解为亚硝酸盐和氧气，如：
2NaNO3=2NaNO2+O2↑
2．亚硝酸盐的危害。盛水在重复煮沸过程中，硝酸盐不断分解，再加上水的不断蒸发，就导致亚硝酸盐浓度不断上升。亚硝酸盐在一定的酸性条件下生成亚硝酸，如：
NaNO2+CH3CHOHCOOH（乳酸）=HNO2+CH3CHOHCOONa
亚硝酸HNO2很不稳定，于是分解产生NO，3HNO2=H++NO3-+2NO+H2O，而生成的NO会很快与还原性肌红蛋白（用Ma表示）反应，生成相对稳定的亚硝基肌红蛋白MbNO，Ma+NO=MaNO。若反应发生在血液里，并进而转变成高铁血红蛋白，致使血红蛋白失去输氧能力，久饮这种水，轻则会影响人的胃肠功能，出现暂时性腹泻、腹胀；重则亚硝酸盐会在体内积聚，引起肝、肾和神经系统慢性中毒。亚硝酸盐还是一种潜在的致癌物，它可诱发人体胃癌、肝癌、食道癌等疾病，过量或长期饮用含有亚硝酸盐的水对人身体会造成危害。
四、关于含有多传感器的电热开水器设计思想
（一）关于含有多传感器的电热开水器的结构
将多传感器的电热开水器设计成上，下分置的双水箱结构，如图1所示。
上水箱为烧水区（沸腾室），下水箱为保温区（保温室），其中烧水区比保温区稍小一些。两个容室之间设有一个电磁阀来控制两者的连通。当上水箱的生水被烧沸后，打开上排水阀，上水箱的沸水依靠重力作用将沸水排入下水箱，装有开水的下水箱设有出水龙头，可供人们饮用。这样设计可将装有生水的烧水区和装有饮用开水的保温区隔离开，避免生水和开水混合形成所谓的“阴阳水”。开水器制作成玻璃棉保温层，以阻止热量扩散，降低热损耗，从而节约电能。
（二）关于含有多传感器的电热开水器的工作原理
其工作流程如图2所示。
1．排出盛水。开水器通电，上、下排水阀同时打开，排出原来存留在上、下水箱中的剩水，避免水在开水器中反复煮沸产生亚硝酸盐。排完后，上、下两排水阀关闭。
2．进水。进水阀打开，开始进水。
3．烧水。当上水箱高液位传感器检测为高水位时，进水阀关闭，停止进水，上水箱加热管开始工作。
4．沸水转移。上水箱温度加热到100℃后，上水箱的温度传感器输出控制信号，延迟加热数分钟后（去除氯味、去除水中的挥发性卤代烃，杀死细菌、病毒），上水箱加热器停止工作，当下水箱低液位传感器检测为低水位时，上排水阀打开，开水由烧水区流进保温区，进入保温状态，这时候的水就可以正常饮用了。
5．开水由烧水区流进保温区后，上排水阀闭合，重复以上2～4步骤。
6．保温。当下水箱水温低于85℃，且下水箱低液位传感器检测为高水位时，下水箱加热器开始加热至95℃停（分别由下水箱两只温度传感器控制），保证饮用水具有沏茶温度且不重复煮沸。
7．当下水箱低液位传感器检测为低水位时，下水箱加热器停止加热，且当上水箱加热器停止工作时，上排水阀打开，将上水箱沸水流入下水箱共饮用，重复以上4～7步骤。
五、结束语
关于含有多传感器的电热开水器比普通的电热开水器增加了1个加热器，2个液位传感器，3个温度传感器，3个电磁阀及简单的控制电路，虽成本有所增加，但饮水质量却得到了极大的提高，克服了普通电热开水器含有未烧开的生水和重复煮沸的盛水的缺点，减小了因饮水对人体造成的危害。