專利名稱：快速冷卻開水機的制作方法
技術領域：
本發明屬于加熱及制冷技術領域，是一種冷開水快速生成設備。本文所述的“開水”，指的是將水加熱到國家規定的飲用水加熱溫度標準后所得到的水。
當前，我國自來水還不能達到直接飲用的衛生標準，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，要么結構復雜制冷緩慢，因此無法快速提供大量冷開水，而且二者在節能性方面都有待提高。
本發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，便可連續不斷地向人們提供廉價而衛生的開水和冷開水。開水冷卻速度快，且大大節省能源，并可減少對環境的熱影響。
本發明的技術方案是如圖(1)所示，本發明的主要部件有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(內置式或外置式均可)。4.控制裝置。根據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，同時自來水被預熱，進入加熱容器(1)被繼續加熱燒開。開水流出時在熱交換器(2)內又被隨后流入的自來水冷卻。這個過程連續而穩定地進行下去，自來水就源源不斷地被預熱，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到了國家規定溫度的衛生飲用水。
采用逆流式熱交換器，是本發明的關鍵。
如圖(2)所示，逆流式熱交換器的結構一般為套管式，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內管和兩根管子之間的空間。內管由銅、鋁等導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。優秀的內部換熱性，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定流動狀態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，必須設法使水流在熱交換器內以適當的流速比較穩定地流動，并維持一段較長的時間。在設備的工作條件不要求長時間連續生產冷開水的情況下，通過為熱交換器營造一個比較穩定的流動狀態，期間不出現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“被預熱的水不熱，被冷卻的水不冷”的低效狀態。為此設置一個容積較大的冷開水桶(3)，并在冷開水桶上特設兩個水位差相差較大的水位標記S2及S3，控制裝置將工作流程設定在S2開始工作～S3暫停工作。這就可以保證本發明一旦開始工作流程，便能維持一段較長時間的穩定流動狀態，期間不出現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熱，使設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)，容器內壓力(P)。同時檢測加熱容器的水位參數(S1)及冷開水桶的水位參數(S2，S3)的情況。通過綜合分析各參數情況，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。
溫度參數設四個溫度控制點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為國家規定的飲用水最低加熱溫度。平原地區可將T1～T4分別取為92℃～98℃。山區或高原須降低T4以免開水沸騰，或在進水處增設壓力泵。
壓力加熱容器的壓力P。這是一個重復設置的保險參數，以防溫度探頭失靈時加熱容器內壓力過高。
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，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，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。
以上部件協同運作，使本發明只要接上電源及水源，便可自動產出冷開水。
與現有技術相比，本發明具有以下優點由于本發明采用逆流式熱交換器進行穩定連續的流動換熱，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，本發明能更快地將水燒開并冷卻，獲得等量的冷開水可以節約能源近三倍，并可減少對環境的熱影響。加熱容器也備有直接出水管路以提供熱開水。控制系統能保證本發明完全自動地工作。
圖(4)是實現本發明的一種方案。產品為圓柱式結構，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、閥門狀態指示燈及壓力報警燈。壓力超標時(P＝0)輸出壓力報警信號。在加熱容器頂部設有機械式壓力保險閥(6)，以備當控制裝置失靈，壓力嚴重超標時打開閥門卸壓。另外，機上設有“常滿”按扭，按此扭時產生一個S2＝0的信號，此時只要冷開水桶不滿，就一直生產冷開水。
在水流與加熱功率的匹配上，將水流流量設置得較小，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，當溫度上升到T4時，加熱器斷開。由于水流持續地帶走熱量，加熱容器的溫度會下降，當溫度降低到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，此時工作流程處于生產冷開水的工況。只有當冷開水注滿了冷開水桶(S3＝-1)以后，閥門才關閉，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)，當溫度高于T3時，閥門再次開啟，工作流程再次轉到生產冷開水的工況，直到將冷開水桶注滿。如此循環下去。在這種水流和加熱功率的匹配情況下，閥門開閉次數較少，熱交換器內水流穩定時間長，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，當溫度降低到T1時，閥門關閉。持續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，當溫度降低到T1時，閥門再次關閉。這種閥門交替地開閉，水流斷續地流動的過程一直持續到水位上升到S2。由于水位超過S2后，溫度的升高也不能使閥門自動開啟，工作流程將轉到停產冷開水，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。)應用舉例如圖(5)所示，由于本發明備有冷開水水位檢測功能，為使用提供了很大的方便。可以從冷開水桶引出冷開水，灌注到一組外置的儲水容器中。取若干只標準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。
本發明可以不帶內置式冷開水桶，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置式冷開水桶，或者以人為操作的方式控制設備的產水工況連續穩定。在需水量大的場合，要求設備長時間連續生產冷開水，這種使用方式使設備長時間處在生產冷開水的工況，熱交換器內水流穩定時間長，因而能滿足換熱效果良好的條件。


圖1。快速冷卻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構示意圖11、外管 12、內管圖3。連體逆流式熱交換器截面示意4。快速冷卻開水機結構示意圖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，水流在熱交換器內以適當的流速比較穩定地流動，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。控制裝置可以確保整個生產過程自動進行。
2.根據權利要求1所述的快速冷卻開水機，其特征是采用內置式冷開水桶來形成較長時間的連續產水工況，以滿足熱交換器的高效換熱條件。即內置冷開水桶的快速冷卻開水機。
3.根據權利要求1所述的快速冷卻開水機，其特征是采用外置式冷開水桶；或者設備應用場合要求長時間連續產水；或者以人為操作的方式控制設備的產水工況連續穩定以上情況都可以不配備內置冷開水桶，就能滿足熱交換器的高效換熱條件。即不帶內置冷開水桶的快速冷卻開水機。
全文摘要
本發明屬于加熱及制冷技術領域,是一種冷開水快速生成設備。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,同時自來水被預熱。使水流在熱交換器內以適當的流速比較穩定地流動,并維持一段較長的時間,以盡量提高預熱溫度,降低出水溫度。控制裝置可以確保整個生產過程自動進行。比起直接燒開水,本發明能更快地將水燒開并冷卻,節約能源近三倍,并可減少對環境的熱影響。
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 優先權日1997年3月19日
發明者陳曙東 申請人:陳曙東