開水快速冷卻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供開水快速冷卻器，包括隔套腔、熱水腔、真空器單元、儲水箱，熱水腔為圓柱形腔體，隔套腔為環(huán)形腔體，熱水腔位于隔套腔環(huán)形腔體的中空部分，隔套腔內(nèi)壁和熱水腔壁為同一個(gè)金屬壁，隔套腔的上端設(shè)置管嘴和壓力開關(guān)，管嘴通過低壓管路連通真空器單元，真空器單元通過常壓管路連通儲水箱，儲水箱通過回流管路連通隔套腔，壓力開關(guān)連接真空器單元并控制真空器單元的啟閉。本發(fā)明利用真空器維持隔套腔內(nèi)的低壓力，利用低壓水的汽化吸熱有利于開水的快速降溫。
【專利說明】開水快速冷卻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種換熱設(shè)備，具體地說是制冷設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]將水燒開能有效地殺死水中存留的細(xì)菌病毒，但燒開的水不能直接飲用，只能將其降溫后才能供人飲用。在很長一段時(shí)間內(nèi)，如何使開水快速冷卻下來是一個(gè)困擾人們的難題。為了能將開水快速冷卻下來，人們想出了各種各樣的方法，比如說為了加大與空氣的換熱面積，將開水在兩個(gè)杯子中相互倒來倒去，發(fā)展到后期利用一個(gè)手握式的吹氣器向開水中吹入空氣來達(dá)到快速降溫的目的，但這種方法受限于空氣吸熱的速度，快速降溫程度有限，還有一種就是利用開水與比它溫度低的多的冰，進(jìn)行混合，由于冰融化和升溫需要吸收大量的熱，而這熱量主要來自于開水，也就達(dá)到了降溫的效果，這種方法降溫的速度很快，但是需要準(zhǔn)備大量的冰塊，這就使其不具有廣泛適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn)熱水快速冷卻的開水快速冷卻器。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明開水快速冷卻器，其特征是:包括隔套腔、熱水腔、真空器單元、儲水箱，熱水腔為圓柱形腔體，隔套腔為環(huán)形腔體，熱水腔位于隔套腔環(huán)形腔體的中空部分，隔套腔內(nèi)壁和熱水腔壁為同一個(gè)金屬壁，隔套腔的上端設(shè)置管嘴和壓力開關(guān)，管嘴通過低壓管路連通真空器單元，真空器單元通過常壓管路連通儲水箱，儲水箱通過回流管路連通隔套腔，壓力開關(guān)連接真空器單元并控制真空器單元的啟閉。
[0006]本發(fā)明還可以包括:
[0007]1、所述的真空器單元包括三臺并聯(lián)的真空器，壓力開關(guān)控制不同數(shù)量的真空器的啟閉。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明利用低壓水的巨大的汽化潛熱來吸收開水降溫所放出的熱量，由于汽化是溫度不變的過程，所以可以看成開水向一個(gè)無限大熱容的物體放熱，這樣降溫的速度就有了保障，再利用一個(gè)真空泵來維持隔套中的壓力和低壓冷卻水的回收加注裝置，就能實(shí)現(xiàn)開水的快速冷卻了。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為壓力和水飽和溫度(沸點(diǎn))的關(guān)系曲線；
[0010]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3為低壓維持系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:[0013]結(jié)合圖1?3，本發(fā)明開水快速冷卻器由冷卻系統(tǒng)、低壓維持系統(tǒng)及回流系統(tǒng)組成。本發(fā)明開水快速冷卻器的主體(冷卻系統(tǒng))為一個(gè)帶有隔套的圓柱形腔體。在附圖中，編號11為隔套腔，里面裝有編號為9的壓力為0.1bar的常溫水(20°C _40°C)。編號12為熱水腔，里面裝有編號為13的壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的高溫液態(tài)水。隔套腔和熱水腔相對封閉，不存在腔室之間的質(zhì)量交換，即隔套腔的低壓水不可能流到熱水腔中，熱水腔的水也不可能流到隔套腔中，兩個(gè)腔室通過共有的金屬壁面?zhèn)鬟f熱量。當(dāng)向熱水腔倒入開水后，由于隔套腔和熱水腔的溫度相差很大，熱量就從熱水經(jīng)過金屬壁面?zhèn)鬟f給隔套腔中的低壓水，低壓水的沸點(diǎn)很低，吸熱后很快就達(dá)到其沸點(diǎn)，接著低壓水被汽化，吸收大量的熱量，而此時(shí)的低壓水的溫度卻不會上升，這就使得熱水腔和低壓腔保持了較大的溫度差，保證了較高的熱流密度(即單位時(shí)間內(nèi)單位面積傳遞的熱量)，使得熱水腔的熱水杯快速降溫。本發(fā)明的低壓維持系統(tǒng)包括壓力開關(guān)、信號傳輸電路、三臺并聯(lián)的真空器、低壓管路以及帶閥門的管嘴。具體工作流程如圖3所示，根據(jù)圖3可以看出當(dāng)隔套腔的壓力偏離越多時(shí)，真空器抽吸能力越強(qiáng)，回歸設(shè)定的低壓(0.1bar)越快。其中，隔套腔中的空氣和蒸汽通過編號為2的管嘴和編號為4的低壓管路與三個(gè)真空器連接，這三個(gè)真空器之間采用并聯(lián)的連接方式?；亓飨到y(tǒng)從編號為6的真空器常壓管路開始。抽出的蒸汽在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，由于其溫度低于沸點(diǎn)，就變成了液態(tài)水，通過出氣管流到編號為7的開口儲水箱，當(dāng)高溫水被快速冷卻，關(guān)閉真空器之后，打開編號為10的進(jìn)水口的閥門，將儲水箱中的水通過編號為8的回流管路注入隔套腔，然后關(guān)閉閥門，啟動真空器，將隔套腔的壓力降至0.1bar,回到初始狀態(tài)，開水得到了快速冷卻，完成了一個(gè)循環(huán)。
[0014]圖1是根據(jù)水的熱力性質(zhì)表畫出的壓力和水飽和溫度(沸點(diǎn))的關(guān)系曲線，由圖中可以開出壓力越高飽和溫度越高，壓力越低飽和溫度也就越低，壓力和飽和溫度一一對應(yīng)。圖3為低壓維持系統(tǒng)的工作流程圖，根據(jù)圖示過程，對于不同的壓力選擇不同的真空器工作臺數(shù)，以達(dá)到盡可能快的恢復(fù)到低壓力。
[0015]本發(fā)明開水快速冷卻器利用水壓力不同，沸點(diǎn)(飽和溫度)不同，水汽化潛熱巨大而且汽化時(shí)溫度不變的原理。根據(jù)工程熱力學(xué)的知識，設(shè)定每次被冷卻的開水為500ml質(zhì)量為0.5kg，溫度為100°C。假如被冷卻到50°C，查水的熱力性質(zhì)表所釋放出的熱量Q=CPAT=hl-h2=419.06kJ/kg*0.5kg-209.4kJ/kg*0.5kg=104.83kJ，而這些熱量假設(shè)全部被低壓水汽化時(shí)所吸收，由公式Q=r*m，其中r是指低壓水的汽化潛熱值，m為被汽化的水的質(zhì)量,查水的熱力性質(zhì)表知，當(dāng)壓力為0.1bar時(shí)r=2391.94kJ/kg,故可得m=Q/r=0.044kg,即44ml，這是在考慮到最極端的情況，即開水和低壓水都不向外界散熱的情況下得出的結(jié)果，實(shí)際上由于兩者的散熱，所需的低壓水應(yīng)該比44ml少，可以看出這種利用汽化潛熱冷卻的方法對水的需要是極其少量的。但由于低壓水所在的隔套腔是一個(gè)封閉的腔室，低壓水汽化后會使腔室內(nèi)的壓力提高，從而使低壓水沸點(diǎn)提高，嚴(yán)重影響冷卻效果。經(jīng)過計(jì)算，如果不進(jìn)行任何處理，最終低壓水的沸點(diǎn)會達(dá)到90°C左右，對于冷卻也就沒有什么用了。為了解決這一問題，必須設(shè)置一套抽氣裝置，稱之為低壓維持系統(tǒng)，也就是用管路將隔套腔和真空器連接起來。當(dāng)開始冷卻時(shí)，真空器也就開始工作，將其中產(chǎn)生的蒸汽抽吸出來，以保證隔套腔的壓力保持在0.1bar左右，這樣就能最大限度地冷卻降溫了。另一個(gè)需要解決的問題是開水到低壓水的導(dǎo)熱速率問題。如果采用常見的不銹鋼材料，它的導(dǎo)熱系數(shù)為16.3ff/ (m*k)，我們假設(shè)開水和低壓水之間隔著一個(gè)厚度為2mm的直徑80mm的管子，管子內(nèi)側(cè)為開水，外側(cè)為低壓水，經(jīng)過計(jì)算得知傳遞所釋放的熱量需要20秒左右，這已經(jīng)能滿足快速冷卻的要求了，如果需要進(jìn)一步提高冷卻速率，可以采用黃銅或紫銅的管子，那樣時(shí)間可以降低到2-3秒，這時(shí)受限制的就是低壓水的汽化速率。采用合適的材料和適當(dāng)?shù)牟贾镁湍軐?shí)現(xiàn)開水的快速冷卻。
[0016]本發(fā)明開水快速冷卻器，包括壓力開關(guān)1、管嘴2、信號傳輸電路3、低壓管路4、真空器5、常壓管路6、開放式儲水箱7、回流管路8、低壓水進(jìn)水口 10、隔套腔11、熱水腔12，真空器5 —端通過低壓管路4連接在低壓水隔套腔11的管嘴2上，另一端通過常壓管路6與開放式儲水箱7相連，保持隔套腔11內(nèi)的低壓力，壓力開關(guān)I安裝在隔套腔11頂部，開放式儲水箱7通過回流管路8與隔套腔11相連，真空器5的啟動和關(guān)閉由壓力開關(guān)I給出的電信號控制。
[0017]利用低壓水的汽化吸熱有利于開水的快速降溫。
[0018]利用真空器維持隔套腔內(nèi)的低壓力有利于實(shí)現(xiàn)開水的穩(wěn)定快速降溫。
[0019]利用壓力開關(guān)使真空器在不同壓力下開啟不同的臺數(shù)，使隔套腔的壓力能夠快速的恢復(fù)到設(shè)定壓力值，有利于開水在高溫時(shí)快速降溫。
[0020]采用水作為冷卻介質(zhì)，不僅利用了水汽化的巨大潛熱，而且水無毒無副作用，即便泄露也不會對環(huán)境和人構(gòu)成危害。
[0021]中心放置開水，外部隔套腔放置低壓冷卻用水，增大了換熱面積，有利于開水的快速降溫冷卻。
【權(quán)利要求】
1.開水快速冷卻器，其特征是:包括隔套腔、熱水腔、真空器單元、儲水箱，熱水腔為圓柱形腔體，隔套腔為環(huán)形腔體，熱水腔位于隔套腔環(huán)形腔體的中空部分，隔套腔內(nèi)壁和熱水腔壁為同一個(gè)金屬壁，隔套腔的上端設(shè)置管嘴和壓力開關(guān)，管嘴通過低壓管路連通真空器單元，真空器單元通過常壓管路連通儲水箱，儲水箱通過回流管路連通隔套腔，壓力開關(guān)連接真空器單元并控制真空器單元的啟閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開水快速冷卻器，其特征是:所述的真空器單元包括三臺并聯(lián)的真空器，壓力開關(guān)控制不同數(shù)量的真空器的啟閉。
【文檔編號】F28D21/00GK103900414SQ201410078381
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】王銀燕, 李旭, 孫永瑞, 王賀春, 楊傳雷 申請人:哈爾濱工程大學(xué)