CN1193716A - 快速冷却开水机 - Google Patents

Abstract

本发明属于加热及制冷技术领域,是一种冷开水快速生成设备。用加热容器将自来水烧开。采用对外隔热良好的逆流式热交换器以自来水为冷源将开水冷却,同时自来水被预热。使水流在热交换器内以适当的流速比较稳定地流动,并维持一段较长的时间,以尽量提高预热温度,降低出水温度。控制装置可以确保整个生产过程自动进行。比起直接烧开水,本发明能更快地将水烧开并冷却,节约能源近三倍,并可减少对环境的热影响。

Description

快速冷却开水机

本发明属于加热及制冷技术领域，是一种冷开水快速生成设备。本文所述的“开水”，指的是将水加热到国家规定的饮用水加热温度标准后所得到的水。

当前，我国自来水还不能达到直接饮用的卫生标准，公共场合只有比较昂贵的矿泉水、太空水或蒸馏水出售；人们习惯饮用开水，但开水必须冷却后才可饮用，因此，在公众场合饮用开水并不方便。市场上现有的冷(温)热开水机虽具有将热开水变成冷开水或温开水的功能，但它们或采用静态的不充分换热方式冷却，或以压缩制冷的原理制冷，要么换热效率不高，要么结构复杂制冷缓慢，因此无法快速提供大量冷开水，而且二者在节能性方面都有待提高。

本发明的目的是：

使用全自动的快速冷却开水机，只要接上自来水，便可连续不断地向人们提供廉价而卫生的开水和冷开水。开水冷却速度快，且大大节省能源，并可减少对环境的热影响。

本发明的技术方案是：

如图(1)所示，本发明的主要部件有：1.加热容器。2.逆流式热交换器(或逆向流动的多级热交换器组)。3.冷开水桶(内置式或外置式均可)。4.控制装置。根据需要还可加上附加装置(过滤、磁化装置，制冷机)及其他附件。

如图(1)所示，在加热容器(1)内用如热器(H)将自来水加热烧开。采用逆流式热交换器(2)以自来水为冷源将烧开的开水冷却，同时自来水被预热，进入加热容器(1)被继续加热烧开。开水流出时在热交换器(2)内又被随后流入的自来水冷却。这个过程连续而稳定地进行下去，自来水就源源不断地被预热，烧开，再被冷却成冷开水。加热容器也备有直接出水龙头(4)以提供热开水。

加热容器以加热器为热源，内有水位检测及出水口温度检测装置。加热量的通断，水流的通断皆可控制。检测控制装置可以确保从加热容器流出的水必须是达到了国家规定温度的卫生饮用水。

采用逆流式热交换器，是本发明的关键。

如图(2)所示，逆流式热交换器的结构一般为套管式，由二根管子组成，一根管子套在另一根管子外面。冷水和开水分别从逆向流经内管和两根管子之间的空间。内管由铜、铝等导热性能良好的材料制成，外管外加隔热层，以减少热损失。由于管子很长，可以盘成螺旋形、螺线管形或别的形状。

逆流式热交换器的另一种形式是连体式，如图(3)所示，制造时将两根管子直接制成一体成为连体管。连体管内部包含两组管腔，供冷水和开水分别从逆向流动换热，由铜、铝等导热性能良好的材料制成。外面也须加上隔热保温层。

热交换器管子的长度要综合考虑换热、热损失及管子的纵向传热等因素。优秀的内部换热性，良好的管外隔热层，合适的长度，可以使逆流式热交换器在稳定流动状态时有良好的换热效果和较高的换热效率。如果采用其他形式的热交换器，则其排列方案应采用多级热交换器组串流的方式。

为了保证逆流式热交换器的换热效果和效率，必须设法使水流在热交换器内以适当的流速比较稳定地流动，并维持一段较长的时间。在设备的工作条件不要求长时间连续生产冷开水的情况下，通过为热交换器营造一个比较稳定的流动状态，期间不出现频繁而长时间的断流，可以避免断流时热交换器的管子纵向传热而造成“被预热的水不热，被冷却的水不冷”的低效状态。为此设置一个容积较大的冷开水桶(3)，并在冷开水桶上特设两个水位差相差较大的水位标记S2及S3，控制装置将工作流程设定在：S2开始工作～S3暂停工作。这就可以保证本发明一旦开始工作流程，便能维持一段较长时间的稳定流动状态，期间不出现频繁而长时间的停顿断流。正是这保证了开水能得到充分冷却，自来水能得到充分预热，使设备的换热效率及换热效果大大提高。

控制装置随时检测加热容器的出水温度(T)，容器内压力(P)。同时检测加热容器的水位参数(S1)及冷开水桶的水位参数(S2，S3)的情况。通过综合分析各参数情况，自动控制加热器(H)的通断和电动水阀(K)的开闭。

以下是各检测点的参数情况：水位：S。

加热容器：满水位检测点S1。

冷开水箱：低水位检测点S2，满水位检测点S3。加热容器出水口温度：T。

温度参数设四个温度控制点：T1，T2，T3，T4；T1＜T2＜T3＜T4。分别为：

T1：闭阀温度。低于此温度时出水阀关闭。

T3：开阀温度。高于此温度时出水阀开启。

T2：加热温度。低于此温度时加热器加热。

T4：断热温度。高于此温度时加热器停止加热。

其中T1为国家规定的饮用水最低加热温度。平原地区可将T1～T4分别取为92℃～98℃。山区或高原须降低T4以免开水沸腾，或在进水处增设压力泵。

压力：加热容器的压力P。这是一个重复设置的保险参数，以防温度探头失灵时加热容器内压力过高。

约定S＝0代表无水，S＝-1代表有水；E＝0代表无电，E＝-1代表有电；P＝0代表压力超标，P＝-1代表压力正常。则：

阀门K开启动作的条件是：S1＝0 OR S2＝0 AND T＞T3(只要S1无水，或者S2无水且T＞T3，阀门便开启)。

阀门K闭合动作的条件是：E＝0 OR S3＝-1 OR T＜T1(只要无电，或者S3有水，或者T＜T1，阀门便闭合)。

其他情况阀门维持原状不变。

加热器H接通动作的条件是：S1＝-1 AND T＜T2(S1有水，而且T＜T2，加热器才接通)。

加热器H断开动作的条件是：P＝0 OR S1＝0 OR T＞T4(只要压力超标，或者S1无水，或者T＞T4，加热器便断开)。

其他情况加热器维持原状不变。

以上部件协同运作，使本发明只要接上电源及水源，便可自动产出冷开水。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

由于本发明采用逆流式热交换器进行稳定连续的流动换热，换热效率比别的热交换器高，换热效果比别的热交换器好，且更加快捷充分。比起直接烧开水，本发明能更快地将水烧开并冷却，获得等量的冷开水可以节约能源近三倍，并可减少对环境的热影响。加热容器也备有直接出水管路以提供热开水。控制系统能保证本发明完全自动地工作。

图(4)是实现本发明的一种方案。产品为圆柱式结构，为了使用方便，加热容器(1)置于机体顶部，冷开水桶(3)位于机体中部，热交换器(2)盘绕于机体底部。热开水龙头(4)位于加热容器顶部，冷开水龙头(5)位于冷开水桶底部。加热容器采用封闭式。机上装有温度计，并装有电源指示灯、加热指示灯、阀门状态指示灯及压力报警灯。压力超标时(P＝0)输出压力报警信号。在加热容器顶部设有机械式压力保险阀(6)，以备当控制装置失灵，压力严重超标时打开阀门卸压。另外，机上设有“常满”按扭，按此扭时产生一个S2＝0的信号，此时只要冷开水桶不满，就一直生产冷开水。

在水流与加热功率的匹配上，将水流流量设置得较小，加热功率有所盈余。工作时，由于加热量大于水流带走的热量，加热容器的温度会渐渐上升，当温度上升到T4时，加热器断开。由于水流持续地带走热量，加热容器的温度会下降，当温度降低到T2时，加热器接通。就这样，加热器在交替地接通和断开(T2～T4)，而阀门一直保持开启状态，此时工作流程处于生产冷开水的工况。只有当冷开水注满了冷开水桶(S3＝-1)以后，阀门才关闭，而此时加热器仍在交替地接通和断开，以维持加热容器的温度。这时工作流程处于停产冷开水，加热容器保温的工况。直到冷开水被用掉大半(S2＝0)，当温度高于T3时，阀门再次开启，工作流程再次转到生产冷开水的工况，直到将冷开水桶注满。如此循环下去。在这种水流和加热功率的匹配情况下，阀门开闭次数较少，热交换器内水流稳定时间长，因此换热效率高，换热效果好。

(如果水流过大，而加热功率太小，工作时，加热量不够补充水流带走的热量，加热容器的温度就会渐渐降低，当温度降低到T1时，阀门关闭。持续的加热会使温度很快升高到T3，如果冷开水桶的水位比S2低，阀门开启。这时加热容器的温度又会渐渐降低，当温度降低到T1时，阀门再次关闭。这种阀门交替地开闭，水流断续地流动的过程一直持续到水位上升到S2。由于水位超过S2后，温度的升高也不能使阀门自动开启，工作流程将转到停产冷开水，加热容器保温的工况，直到冷开水被用掉一些，水位低于S2。水位一低于S2，阀门又会开启。从此，水位将一直在S2附近徘徊(除非按下“常满”按扭)，阀门将持续不断的开闭。因此，这种情况将降低阀门寿命，并影响换热效率。)

应用举例：

如图(5)所示，由于本发明备有冷开水水位检测功能，为使用提供了很大的方便。可以从冷开水桶引出冷开水，灌注到一组外置的储水容器中。取若干只标准5加仑水瓶(8)，瓶与瓶之间用连接水管(7)依次连接，瓶口用瓶塞(9)密封，所有水瓶包括瓶与瓶之间的连接水管都不可高于冷开水桶的S2水位。依次连接的最后一个水瓶插上一根竖立水管(10)，竖立水管的高度高于冷开水桶的S3水位。这样可以自动将冷开水依次灌进所有的水瓶，灌完最后一个瓶后，竖立水管的水位将一直上升到与S3平齐，从而自动停止灌注。

本发明可以不带内置式冷开水桶，用在冷开水需求量大的场合，或使用外置式冷开水桶代替内置式冷开水桶，或者以人为操作的方式控制设备的产水工况连续稳定。在需水量大的场合，要求设备长时间连续生产冷开水，这种使用方式使设备长时间处在生产冷开水的工况，热交换器内水流稳定时间长，因而能满足换热效果良好的条件。

附图说明：

图1。快速冷却开水机工作原理示意图

     1、加热容器    2、逆流式热交换器    3、冷开水桶

     4、热开水龙头      5、冷开水龙头    6、压力保险阀

     P、加热容器压力探头       T、加热容器出水温度探头

     S1、加热容器满水位探头    S2、冷开水桶低水位探头

     S3、冷开水桶满水位探头    K、电动水阀   H、加热器

图2。套管逆流式热交换器结构示意图

     11、外管  12、内管

图3。连体逆流式热交换器截面示意图

图4。快速冷却开水机结构示意图

     1、加热容器    2、逆流式热交换器    3、冷开水桶

     4、热开水龙头      5、冷开水龙头    6、压力保险阀

     P、加热容器压力探头       T、加热容器出水温度探头

     S1、加热容器满水位探头    S2、冷开水桶低水位探头

     S3、冷开水桶满水位探头    K、电动水阀    H、加热器图5。快速冷却开水机应用举例

4、热开水龙头   5、冷开水龙头   7、连接水管

8、水瓶         9、瓶塞        10、竖立水管

S2、冷开水桶低水位探头    S3、冷开水桶满水位探头

Claims (3)

1。快速冷却开水机是一种将水烧开并冷却的冷开水快速生成设备，其特征是：

用加热容器将自来水烧开后，采用逆流式热交换器以自来水为冷源将烧开的开水冷却，同时自来水被预热。逆流式热交换器须隔热良好，尽量减少热损失。工作时，水流在热交换器内以适当的流速比较稳定地流动，并维持一段较长的时间，以获得良好的换热效果和较高的换热效率。控制装置可以确保整个生产过程自动进行。

2。根据权利要求1所述的快速冷却开水机，其特征是：采用内置式冷开水桶来形成较长时间的连续产水工况，以满足热交换器的高效换热条件。即内置冷开水桶的快速冷却开水机。

3。根据权利要求1所述的快速冷却开水机，其特征是：采用外置式冷开水桶；或者设备应用场合要求长时间连续产水；或者以人为操作的方式控制设备的产水工况连续稳定：以上情况都可以不配备内置冷开水桶，就能满足热交换器的高效换热条件。即不带内置冷开水桶的快速冷却开水机。

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