專利名稱：快速冷卻開水機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于加熱及制冷技術(shù)領(lǐng)域，是一種冷開水快速生成設(shè)備。本文所述的“開水”，指的是將水加熱到國家規(guī)定的飲用水加熱溫度標(biāo)準(zhǔn)后所得到的水。
當(dāng)前，我國自來水還不能達(dá)到直接飲用的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，公共場合只有比較昂貴的礦泉水、太空水或蒸餾水出售；人們習(xí)慣飲用開水，但開水必須冷卻后才可飲用，因此，在公眾場合飲用開水并不方便。市場上現(xiàn)有的冷(溫)熱開水機雖具有將熱開水變成冷開水或溫開水的功能，但它們或采用靜態(tài)的不充分換熱方式冷卻，或以壓縮制冷的原理制冷，要么換熱效率不高，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜制冷緩慢，因此無法快速提供大量冷開水，而且二者在節(jié)能性方面都有待提高。
本發(fā)明的目的是使用全自動的快速冷卻開水機，只要接上自來水，便可連續(xù)不斷地向人們提供廉價而衛(wèi)生的開水和冷開水。開水冷卻速度快，且大大節(jié)省能源，并可減少對環(huán)境的熱影響。
本發(fā)明的技術(shù)方案是如圖(1)所示，本發(fā)明的主要部件有1.加熱容器。2.逆流式熱交換器(或逆向流動的多級熱交換器組)。3.冷開水桶(內(nèi)置式或外置式均可)。4.控制裝置。根據(jù)需要還可加上附加裝置(過濾、磁化裝置，制冷機)及其他附件。
如圖(1)所示，在加熱容器(1)內(nèi)用如熱器(H)將自來水加熱燒開。采用逆流式熱交換器(2)以自來水為冷源將燒開的開水冷卻，同時自來水被預(yù)熱，進(jìn)入加熱容器(1)被繼續(xù)加熱燒開。開水流出時在熱交換器(2)內(nèi)又被隨后流入的自來水冷卻。這個過程連續(xù)而穩(wěn)定地進(jìn)行下去，自來水就源源不斷地被預(yù)熱，燒開，再被冷卻成冷開水。加熱容器也備有直接出水龍頭(4)以提供熱開水。
加熱容器以加熱器為熱源，內(nèi)有水位檢測及出水口溫度檢測裝置。加熱量的通斷，水流的通斷皆可控制。檢測控制裝置可以確保從加熱容器流出的水必須是達(dá)到了國家規(guī)定溫度的衛(wèi)生飲用水。
采用逆流式熱交換器，是本發(fā)明的關(guān)鍵。
如圖(2)所示，逆流式熱交換器的結(jié)構(gòu)一般為套管式，由二根管子組成，一根管子套在另一根管子外面。冷水和開水分別從逆向流經(jīng)內(nèi)管和兩根管子之間的空間。內(nèi)管由銅、鋁等導(dǎo)熱性能良好的材料制成，外管外加隔熱層，以減少熱損失。由于管子很長，可以盤成螺旋形、螺線管形或別的形狀。
逆流式熱交換器的另一種形式是連體式，如圖(3)所示，制造時將兩根管子直接制成一體成為連體管。連體管內(nèi)部包含兩組管腔，供冷水和開水分別從逆向流動換熱，由銅、鋁等導(dǎo)熱性能良好的材料制成。外面也須加上隔熱保溫層。
熱交換器管子的長度要綜合考慮換熱、熱損失及管子的縱向傳熱等因素。優(yōu)秀的內(nèi)部換熱性，良好的管外隔熱層，合適的長度，可以使逆流式熱交換器在穩(wěn)定流動狀態(tài)時有良好的換熱效果和較高的換熱效率。如果采用其他形式的熱交換器，則其排列方案應(yīng)采用多級熱交換器組串流的方式。
為了保證逆流式熱交換器的換熱效果和效率，必須設(shè)法使水流在熱交換器內(nèi)以適當(dāng)?shù)牧魉俦容^穩(wěn)定地流動，并維持一段較長的時間。在設(shè)備的工作條件不要求長時間連續(xù)生產(chǎn)冷開水的情況下，通過為熱交換器營造一個比較穩(wěn)定的流動狀態(tài)，期間不出現(xiàn)頻繁而長時間的斷流，可以避免斷流時熱交換器的管子縱向傳熱而造成“被預(yù)熱的水不熱，被冷卻的水不冷”的低效狀態(tài)。為此設(shè)置一個容積較大的冷開水桶(3)，并在冷開水桶上特設(shè)兩個水位差相差較大的水位標(biāo)記S2及S3，控制裝置將工作流程設(shè)定在S2開始工作～S3暫停工作。這就可以保證本發(fā)明一旦開始工作流程，便能維持一段較長時間的穩(wěn)定流動狀態(tài)，期間不出現(xiàn)頻繁而長時間的停頓斷流。正是這保證了開水能得到充分冷卻，自來水能得到充分預(yù)熱，使設(shè)備的換熱效率及換熱效果大大提高。
控制裝置隨時檢測加熱容器的出水溫度(T)，容器內(nèi)壓力(P)。同時檢測加熱容器的水位參數(shù)(S1)及冷開水桶的水位參數(shù)(S2，S3)的情況。通過綜合分析各參數(shù)情況，自動控制加熱器(H)的通斷和電動水閥(K)的開閉。
以下是各檢測點的參數(shù)情況水位S。
加熱容器滿水位檢測點S1。
冷開水箱低水位檢測點S2，滿水位檢測點S3。加熱容器出水口溫度T。
溫度參數(shù)設(shè)四個溫度控制點T1，T2，T3，T4；T1＜T2＜T3＜T4。分別為T1閉閥溫度。低于此溫度時出水閥關(guān)閉。
T3開閥溫度。高于此溫度時出水閥開啟。
T2加熱溫度。低于此溫度時加熱器加熱。
T4斷熱溫度。高于此溫度時加熱器停止加熱。
其中T1為國家規(guī)定的飲用水最低加熱溫度。平原地區(qū)可將T1～T4分別取為92℃～98℃。山區(qū)或高原須降低T4以免開水沸騰，或在進(jìn)水處增設(shè)壓力泵。
壓力加熱容器的壓力P。這是一個重復(fù)設(shè)置的保險參數(shù)，以防溫度探頭失靈時加熱容器內(nèi)壓力過高。
約定S＝0代表無水，S＝-1代表有水；E＝0代表無電，E＝-1代表有電；P＝0代表壓力超標(biāo)，P＝-1代表壓力正常。則閥門K開啟動作的條件是S1＝0 OR S2＝0 AND T＞T3(只要S1無水，或者S2無水且T＞T3，閥門便開啟)。
閥門K閉合動作的條件是E＝0 OR S3＝-1 OR T＜T1(只要無電，或者S3有水，或者T＜T1，閥門便閉合)。
其他情況閥門維持原狀不變。
加熱器H接通動作的條件是S1＝-1 AND T＜T2(S1有水，而且T＜T2，加熱器才接通)。
加熱器H斷開動作的條件是P＝0 OR S1＝0 OR T＞T4(只要壓力超標(biāo)，或者S1無水，或者T＞T4，加熱器便斷開)。
其他情況加熱器維持原狀不變。
以上部件協(xié)同運作，使本發(fā)明只要接上電源及水源，便可自動產(chǎn)出冷開水。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點由于本發(fā)明采用逆流式熱交換器進(jìn)行穩(wěn)定連續(xù)的流動換熱，換熱效率比別的熱交換器高，換熱效果比別的熱交換器好，且更加快捷充分。比起直接燒開水，本發(fā)明能更快地將水燒開并冷卻，獲得等量的冷開水可以節(jié)約能源近三倍，并可減少對環(huán)境的熱影響。加熱容器也備有直接出水管路以提供熱開水?？刂葡到y(tǒng)能保證本發(fā)明完全自動地工作。
圖(4)是實現(xiàn)本發(fā)明的一種方案。產(chǎn)品為圓柱式結(jié)構(gòu)，為了使用方便，加熱容器(1)置于機體頂部，冷開水桶(3)位于機體中部，熱交換器(2)盤繞于機體底部。熱開水龍頭(4)位于加熱容器頂部，冷開水龍頭(5)位于冷開水桶底部。加熱容器采用封閉式。機上裝有溫度計，并裝有電源指示燈、加熱指示燈、閥門狀態(tài)指示燈及壓力報警燈。壓力超標(biāo)時(P＝0)輸出壓力報警信號。在加熱容器頂部設(shè)有機械式壓力保險閥(6)，以備當(dāng)控制裝置失靈，壓力嚴(yán)重超標(biāo)時打開閥門卸壓。另外，機上設(shè)有“常滿”按扭，按此扭時產(chǎn)生一個S2＝0的信號，此時只要冷開水桶不滿，就一直生產(chǎn)冷開水。
在水流與加熱功率的匹配上，將水流流量設(shè)置得較小，加熱功率有所盈余。工作時，由于加熱量大于水流帶走的熱量，加熱容器的溫度會漸漸上升，當(dāng)溫度上升到T4時，加熱器斷開。由于水流持續(xù)地帶走熱量，加熱容器的溫度會下降，當(dāng)溫度降低到T2時，加熱器接通。就這樣，加熱器在交替地接通和斷開(T2～T4)，而閥門一直保持開啟狀態(tài)，此時工作流程處于生產(chǎn)冷開水的工況。只有當(dāng)冷開水注滿了冷開水桶(S3＝-1)以后，閥門才關(guān)閉，而此時加熱器仍在交替地接通和斷開，以維持加熱容器的溫度。這時工作流程處于停產(chǎn)冷開水，加熱容器保溫的工況。直到冷開水被用掉大半(S2＝0)，當(dāng)溫度高于T3時，閥門再次開啟，工作流程再次轉(zhuǎn)到生產(chǎn)冷開水的工況，直到將冷開水桶注滿。如此循環(huán)下去。在這種水流和加熱功率的匹配情況下，閥門開閉次數(shù)較少，熱交換器內(nèi)水流穩(wěn)定時間長，因此換熱效率高，換熱效果好。
(如果水流過大，而加熱功率太小，工作時，加熱量不夠補充水流帶走的熱量，加熱容器的溫度就會漸漸降低，當(dāng)溫度降低到T1時，閥門關(guān)閉。持續(xù)的加熱會使溫度很快升高到T3，如果冷開水桶的水位比S2低，閥門開啟。這時加熱容器的溫度又會漸漸降低，當(dāng)溫度降低到T1時，閥門再次關(guān)閉。這種閥門交替地開閉，水流斷續(xù)地流動的過程一直持續(xù)到水位上升到S2。由于水位超過S2后，溫度的升高也不能使閥門自動開啟，工作流程將轉(zhuǎn)到停產(chǎn)冷開水，加熱容器保溫的工況，直到冷開水被用掉一些，水位低于S2。水位一低于S2，閥門又會開啟。從此，水位將一直在S2附近徘徊(除非按下“常滿”按扭)，閥門將持續(xù)不斷的開閉。因此，這種情況將降低閥門壽命，并影響換熱效率。)應(yīng)用舉例如圖(5)所示，由于本發(fā)明備有冷開水水位檢測功能，為使用提供了很大的方便?？梢詮睦溟_水桶引出冷開水，灌注到一組外置的儲水容器中。取若干只標(biāo)準(zhǔn)5加侖水瓶(8)，瓶與瓶之間用連接水管(7)依次連接，瓶口用瓶塞(9)密封，所有水瓶包括瓶與瓶之間的連接水管都不可高于冷開水桶的S2水位。依次連接的最后一個水瓶插上一根豎立水管(10)，豎立水管的高度高于冷開水桶的S3水位。這樣可以自動將冷開水依次灌進(jìn)所有的水瓶，灌完最后一個瓶后，豎立水管的水位將一直上升到與S3平齊，從而自動停止灌注。
本發(fā)明可以不帶內(nèi)置式冷開水桶，用在冷開水需求量大的場合，或使用外置式冷開水桶代替內(nèi)置式冷開水桶，或者以人為操作的方式控制設(shè)備的產(chǎn)水工況連續(xù)穩(wěn)定。在需水量大的場合，要求設(shè)備長時間連續(xù)生產(chǎn)冷開水，這種使用方式使設(shè)備長時間處在生產(chǎn)冷開水的工況，熱交換器內(nèi)水流穩(wěn)定時間長，因而能滿足換熱效果良好的條件。


圖1?？焖倮鋮s開水機工作原理示意圖1、加熱容器2、逆流式熱交換器3、冷開水桶4、熱開水龍頭 5、冷開水龍頭6、壓力保險閥P、加熱容器壓力探頭 T、加熱容器出水溫度探頭S1、加熱容器滿水位探頭S2、冷開水桶低水位探頭S3、冷開水桶滿水位探頭K、電動水閥 H、加熱器圖2。套管逆流式熱交換器結(jié)構(gòu)示意圖11、外管 12、內(nèi)管圖3。連體逆流式熱交換器截面示意4?？焖倮鋮s開水機結(jié)構(gòu)示意圖1、加熱容器2、逆流式熱交換器3、冷開水桶4、熱開水龍頭 5、冷開水龍頭6、壓力保險閥P、加熱容器壓力探頭 T、加熱容器出水溫度探頭S1、加熱容器滿水位探頭S2、冷開水桶低水位探頭S3、冷開水桶滿水位探頭K、電動水閥H、加熱器圖5。快速冷卻開水機應(yīng)用舉例4、熱開水龍頭 5、冷開水龍頭 7、連接水管8、水瓶 9、瓶塞10、豎立水管S2、冷開水桶低水位探頭S3、冷開水桶滿水位探頭
權(quán)利要求
1.快速冷卻開水機是一種將水燒開并冷卻的冷開水快速生成設(shè)備，其特征是用加熱容器將自來水燒開后，采用逆流式熱交換器以自來水為冷源將燒開的開水冷卻，同時自來水被預(yù)熱。逆流式熱交換器須隔熱良好，盡量減少熱損失。工作時，水流在熱交換器內(nèi)以適當(dāng)?shù)牧魉俦容^穩(wěn)定地流動，并維持一段較長的時間，以獲得良好的換熱效果和較高的換熱效率?？刂蒲b置可以確保整個生產(chǎn)過程自動進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速冷卻開水機，其特征是采用內(nèi)置式冷開水桶來形成較長時間的連續(xù)產(chǎn)水工況，以滿足熱交換器的高效換熱條件。即內(nèi)置冷開水桶的快速冷卻開水機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速冷卻開水機，其特征是采用外置式冷開水桶；或者設(shè)備應(yīng)用場合要求長時間連續(xù)產(chǎn)水；或者以人為操作的方式控制設(shè)備的產(chǎn)水工況連續(xù)穩(wěn)定以上情況都可以不配備內(nèi)置冷開水桶，就能滿足熱交換器的高效換熱條件。即不帶內(nèi)置冷開水桶的快速冷卻開水機。
全文摘要
本發(fā)明屬于加熱及制冷技術(shù)領(lǐng)域,是一種冷開水快速生成設(shè)備。用加熱容器將自來水燒開。采用對外隔熱良好的逆流式熱交換器以自來水為冷源將開水冷卻,同時自來水被預(yù)熱。使水流在熱交換器內(nèi)以適當(dāng)?shù)牧魉俦容^穩(wěn)定地流動,并維持一段較長的時間,以盡量提高預(yù)熱溫度,降低出水溫度?？刂蒲b置可以確保整個生產(chǎn)過程自動進(jìn)行。比起直接燒開水,本發(fā)明能更快地將水燒開并冷卻,節(jié)約能源近三倍,并可減少對環(huán)境的熱影響。
文檔編號F24H1/48GK1193716SQ9710321
公開日1998年9月23日 申請日期1997年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月19日
發(fā)明者陳曙東 申請人:陳曙東