CN2337921Y - 换热器型凉开水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型换热器型凉开水器涉及一种制备凉开水的装置,该装置采用间壁式换热器与加热器相连的封闭结构,使间壁式换热器一端的两个端口通过加热器连通,使水流再逆向流回换热器。水的加热和冷却在封闭的环境中快速完成,并通过过滤器滤除水中的杂质。它能快速的制备可供直接饮用的凉开水,并可有效的改变水质。其特点在于制备凉开水的过程中,具有节能的效果,所需能量远远小于煮沸相同质量水所需的能量。该装置结构精巧,特别适用于家庭使用。

Description

换热器型凉开水器

本实用新型涉及的是一种制备凉开水的装置，特别是指利用煮沸方法进行水处理的装置。

在众所周知的生活方式中，中国的老百姓素有把生水烧开，喝凉开水的习惯。其目的是为了除去水中的有害物质、气体和病菌、病毒等有害微生物。在烧水的过程中，要使用水壶，锅炉，电加热器等工具，为了得到凉开水，还需要使水自然冷却，并且需要很长的时间。同时在这一过程中，需要消耗大量的能量。由于加热过程中使用简单的开放式方法水质易受加热器及外界的污染，在烧水的过程中会产生大量的水垢等悬浮物，水质不够纯净。

净水器是常用的水处理装置，实质上是给水进行深度处理的设备，其主要处理对象是自来水中的浊度、色度、异嗅和有机物等。它一般由预过滤器(粗滤)、吸附、精滤(膜滤、超滤、反渗透)等三部分组成，其中吸附(通常采用活性炭吸附)和精滤是去除水中有机物、异嗅和色度的主要手段。这种方法过滤层不容易清洗，从水中分离出来的物质堆积在过滤介质表面，导致滤层阻力增加，通水量减少，堆积物中的细菌繁殖分解产生新的污物，造成二次污染，水中的微生物不能有效的杀除。有些净水器并不能除去过多的矿物质，使水质软化。

由于本说明书在论述的过程中涉及到换热器，而现有的换热器主要有三种形式：直g接接触式、间壁式、蓄热式。本实用新型使用的换热器为间壁式换热器，所谓间壁式换热器就是高温流体A和低温流体B隔着间壁(板或管)来进行热交换。基本的情况是A和B互相平行地流动，这种平行流动又可区分为顺流和逆流两种：A和B同向流动时，为顺流；A和B逆向流动时，为逆流。为使高温流体A和低温流体B的热量充分的交换，只有使用逆流式才能达此目的，使A和B的热量相互交换。这种交换过程会在后面结合附图进行说明。

本实用新型的目的是提供一种利用换热器制备凉开水的装置，它能有效的去除生水中的病菌、病毒、有害气体和过多的矿物质，使有害物质在高温下分解氧化为无害物质，并且能够去除影响水硬度的Ca⁺离子，使水质得到软化。

为达到此目的，在上述的凉开水装置中采用间壁式换热器与加热器相连的封闭结构，使间壁式换热器一端的两个端口通过加热器连通，使水流再逆向流回换热器。

为使加热过程中析出的气体及水蒸气释放掉，加热器上连有泄气阀，同时为使流出的凉开水中析出的水垢及病菌和微生物的尸体滤除掉，本装置的出水口连有过滤器。为增加流量，换热器可以是多个。

当加热器加热时，就会形成流入换热器的凉水在换热器中逐渐被流出的开水加热到80℃以上，再通过加热器使水达到沸腾，而从加热器流出的100℃沸水(假设一个大气压)在换热器中被流入的凉水冷却，到换热器的流出端时，被冷却成凉开水。

对水的加热和冷却是在换热器中同时完成的，所需的时间是凉水流经换热器及加热器的时间。当达到平衡状态时，即加热器中热量分布不再变化时，加热器只需辅助以很少的热量就能维持此平衡。

本实用新型的优点在于：利用热交换器来制备凉开水，只需辅助很少的热量，小于20％，节约了大量的能源。换热的过程是在封闭的环境下进行的，所以排除了外界环境的污染。加热和冷却过程是在换热器中同时进行的，大大的缩短了制备凉开水的时间，一般情况下只需数秒钟即可产生凉开水。

水在加热直至沸腾的过程中发生了大量物理和化学变化，主要体现在水中的气体在加热的过程中溶解度会下降，会析出部分气体。溶解于水中的氧气会把水中部分有害物质氧化掉，同时溶解于水中的二氧化碳与Ca⁺生成CaCO₃等水垢沉淀。若是自来水，水中添加的漂白粉在水中会水解成次氯酸：

次氯酸不稳定，立即释放原子氧及氯气：

    (原子氧)

(氯气)

次氯酸在水中生成的氯气，在加热煮沸的过程中，一部分会氧化掉，一部分会与水蒸气蒸发掉，使水中的余氯大为减少。在加热煮沸的过程中，水中溶解的低沸点的有机物也会被同时蒸发掉，使TOC(水中有机结合碳总量)指标有所降低。同时在加热的过程中绝大多数的细菌、病毒等微生物会被杀灭。本实用新型的水处理过程中还可以利用磁场使凉开水磁化，或是添加部分矿物质，使水矿化，而达到不同的饮用标准。

实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出：

图1：是本实用新型换热器及加热器原理示意图

图2、图3：是根据本实用新型提出的换热器式凉开水装置的最佳结构图及剖视图

图4、图5：是同轴管式间壁换热器剖视图

下面结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况。结合图1，说明换热器和加热器的工作过程：图中所画是同轴管间壁式换热器和加热器的简图。低温流体B为从换热器的(a)口流入的凉水；高温流体A为从加热器流出进入换热器(c)口的沸水。凉水B经(a)口向(b)口流动的过程中与换热器内管中的沸水A进行热交换，温度逐渐升高，在到达(b)口时温度达到最高大于80℃。(b)口出来的水流入到加热器加热成沸水A，又从(c)口流回换热器的内管，内管中的沸水A与外管中的凉水B发生热交换，使水温逐渐降低，达到(d)口时温度为最低，使从(d)口出来的水冷却为凉开水。

由于热交换采用逆流式，内管和外管中的流体是逆向流动的，为保证比较高的换热效率内管与外管的容积尽量相等，相差不超过50％，使水从(a)口流到(b)口和从(c)口流到(d)口所用的时间尽量相等。当管长足够长时，内管与外管中水的温差很小，小于20℃。使换热器低温端的入口(a)与出口(d)；高温端的入口(c)与出口(b)的温度相近，而达到充分换热的目的。

在热交换过程中流入(a)口的水与流出(d)口的水，流量是相等的，在换热器中实现了热量的互换。加热器的目的就是为了建立初始状态和维持平衡状态时的热平衡。本实用新型就是这样通过换热器把冷水加热到接近100℃，再辅助很少的热量就可以使其沸腾再通过换热器把沸水的热量交换给刚流入的凉水，实现沸水的冷却，使沸水冷却成凉开水。

图2、图3是根据本实用新型提出的凉开水制备装置的最佳结构图。入水口1与自来水或水箱相连(图中未画出)。电磁阀2用来控制水流的通断，当电磁阀2打开时，凉水进入同轴管式间壁换热器6的外管3，使流入的冷水通过内管壁与内管4中流出的沸水进行热交换，其过程如图一所述。为了使换热器6和加热器9处于绝热环境，加热器9和换热器6置于一箱体5中，箱体5内填有绝热材料7，箱体有一可以拆卸的盖13，便于维修。本实例的换热器6的内管4选用φ5的不锈钢管，外管3选用耐高温塑料软管，以便于弯折。为了增加流量和换热效果，本装置采用了多换热器的结构，图中所画为4个。加热器可以是电热丝、电热膜等电加热器，也可以是可燃气体加热器，或是其他能源的加热器。本装置的加热器9采用电热管8以便于调节不同阶段的加热功率，实现最佳的加热效果。加热器9位于换热器6的上边，便于产生的气体通过加热器9上部的排气阀10排出，以及加热过程中析出的沉淀物沿换热器管向下排出。排气阀10与一浮子12相连，当产生的气体过多时，使加热器9的液面下降，带动浮子下降使排气阀10打开排气，气体通过排气管11排出。气体排出后，液面提高，浮子12带动排气阀10使排气阀10关闭。通过换热器6出来的凉开水进入过滤器18，过滤器18的滤芯17采用高密织物或活性炭等材料。过滤器18的上部有一顶盖15，便于更换滤芯17。通过过滤器18的凉开水，最后从出水口16流出。凉开水器的外部罩有外壳19，外壳19的上部有控制水流的按键及电源开关14。

图4、图5是图2中同轴管式换热器放大的结构图，包括外管3和内管4及内外管中间的支撑肋20。通过支撑肋20，使外管3和内管4保持同轴。

Claims (5)

1．本换热器型凉开水器，特别是指利用间壁式换热器制备凉开水的装置，该装置由间壁式换热器(6)与阀门(2)、加热器(9)、过滤器(18)相连通的封闭结构，其特征在于：间壁式换热器(6)内部由间壁隔开的两个换热腔一端的两个端口通过加热器(9)连通，加热器(9)中水流再逆向流回换热器(6)。

2．按照权利要求1所述的换热器型凉开水器，其特征在于：间壁式换热器(6)内部由间壁隔开的两个换热腔的容积相差小于50％，换热器(6)数量大于一个时采用并联连接。

3．按照权利要求1所述的换热器型凉开水器，其特征在于：加热器(9)上部有一排气阀(10)，连接一浮子(12)。

4．按照权利要求1所述的换热器型凉开水器，其特征在于：间壁式换热器(6)出水端连接过滤器(18)。

5．按照权利要求1、2、3或4所述的换热器型凉开水器，其特征在于：加热器(9)、换热器(6)安装于一个箱体(5)中，箱体有一可以拆卸的盖(13)，箱体(5)内充满绝热材料(7)。

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