ОХЛАДИТЕЛЬ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Российский патент 1999 года по МПК F25B21/02 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к бытовым охладителям питьевой воды и других жидкостей на базе использования термоэлектрических модулей, работающих на эффекте Пельтье, с целью получения и поддержания температуры воды в пределах необходимого диапазона температуры.

На сегодня известны системы и устройства охладителей воды и жидкостей на базе использования термоэлектрических модулей. В СССР в 80-е годы были разработаны устройства для охлаждения жидкостей с использованием термоэлектрических модулей в основном для производственно-бытового применения. При этом в устройствах для отвода тепла от горячей стенки термомодуля использовались сложные и неэффективные типы теплообменников, обдуваемые воздухом. Устройства имели низкую экономичность, сложное конструктивное исполнение. Это отражено в а. с. СССР 148071, 299714.

Технические решения, предлагаемые в большинстве патентов-аналогов /США 5609033 и 4866945/, касаются вопросов повышения технологичности изготовления охладителей жидкостей, повышения их надежности при эксплуатации, разных вариантов герметизации узлов установки термомодулей, повышения холодопроизводительности, экономичности и эффективности работы, введения автоматики регулирования температуры. В большинстве конструкций в качестве теплообменников используются опорные пластины, как правило, один ребристый радиатор, иногда перфорированный, на котором закреплено несколько термомодулей, рассеивающий их калории, генерируемые в ходе процесса Пельтье с помощью вентилятора или водяного охлаждения.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является техническое решение, описанное в патенте США 5367879, кл. F 25 В 21/02, 1974.

Термоэлектрический агрегат модульного типа, приведенный в патенте, предназначен для создания и поддержания необходимых температур в теплоизолированном контейнере, заполненном водой /или другой жидкостью/. Агрегат включает в себя термомодуль с устройством теплоотвода - теплообменником, расположенным на внешней стороне устройства, и вторым теплообменником, расположенным на внутренней стороне; слой теплоизолирующего материала, размещенного между первым и вторым теплообменниками /радиаторами/, используемый для установки в корпусе агрегата с целью перекрытия перетока тепла; часть второго теплообменника, погруженного в жидкость; электродвигатель, расположенный с внешней стороны устройства и являющийся вентилятором для первого /внешнего/ теплообменника, и перемешивателем жидкости для второго /внутреннего/ теплообменника.

Сложность данной конструкции, необходимость наличия мощного двигателя для вращения крыльчаток, необходимость регулирования водяной крыльчатки по глубине воды, трудность получения строго заданной температуры жидкости из-за ее перемешивания, наличие температурных сенсоров для контроля и регулировки термоэлектрического охладителя и электродвигателя, ряд других недостатков, уменьшает работоспособность и надежность конструкции термоэлектрического агрегата, увеличивает стоимость изготовления охладителя жидкости.

Предложенное техническое решение направлено на устранение вышеперечисленных недостатков, а именно на упрощение конструкции и обеспечение возможности слива части воды, достигшей заданной температуры /3,98^oC/. Это достигается путем установки охлаждающего термоэлектрического блока преимущественно в центре боковой /вертикальной/ стенки емкости. При этом слив /забор/ охлажденной воды осуществляется через трубку, установленную заборным отверстием на требуемом уровне в нижней части емкости, при одновременном пополнении емкости по мере расхода новой порцией воды комнатной температуры без смешения ее с уже охлажденной водой в емкости. В зависимости от объема охлаждаемой воды и скорости ее охлаждения возможна установка двух и более термоэлектрических блоков, как на вертикальной стенке, так и на днище емкости.

Сущность решения поставленной задачи согласно изобретению заключается в том, что охладитель питьевой воды, содержащий теплоизолированную емкость с крышкой, на которой установлен смеситель воды, термоэлектрический блок, горячая сторона которого соединена с теплоотводящим радиатором, обдуваемым вентилятором, а холодная - с радиатором-охладителем воды, при этом радиатор-охладитель, выполненный из высокотеплопроводящего материала в виде боковой /вертикальной/ стенки емкости, в центре которой своей холодной стороной установлен по крайней мере один термоэлектрический блок, представляет собой радиатор-охладитель воды, обеспечивающий в наибольшей степени естественную конвенцию /смешение/ при охлаждении воды как при температуре выше 4^oC, так и при температуре ниже 4^oC, а емкость снабжена системой контроля температуры охлажденной до 4^oC воды и системой забора из придонной части емкости с одновременным доливом новой порции неохлажденной воды в верхнюю часть емкости, связанными с датчиками температуры, при этом патрубок долива расположен таким образом, что струя воды направлена на поплавок-гаситель ее энергии.

Сущность решения дополнительной задачи заключается в том, что емкость целиком выполнена из высокотеплопроводящего материала, а на боковой /вертикальной/ стенке емкости в ее центре может быть установлено два или более однотипных и автономных термоэлектрических блоков.

Главным существенным отличием предлагаемого охладителя питьевой воды является выполнение вертикальной стенки емкости в виде радиатора-охладителя, что позволяет создать усиление естественной конвенции воды и получить во всем объеме емкости "живую" воду, охлажденную до температуры 3,9^oC, обладающую максимальной плотностью и наибольшими антибактериальными свойствами.

Другим существенным отличием является исключительная конструктивная простота охладителя воды. По дополнительным признаками предложенное изобретение отличается наличием емкости, целиком выполненной из высокотеплопроводящего материала с установкой на боковой /вертикальной/ стенке или днище емкости, в зависимости от объема охлаждаемой воды, по крайней мере двух однотипных и автономных термоэлектрических блоков, причем теплоотводящий радиатор термоэлектрического блока размещен индивидуально для каждого термомодуля, обдуваемого своим вентилятором.

Еще одним существенным отличием является то, что долив новой порции воды в емкость производится через патрубок, направляющий струю воды на поплавок-гаситель ее энергии, предотвращая активное смешение уже охлажденной с доливаемой водой.

Основные признаки предложенного устройства охладителя питьевой воды отсутствуют в устройствах-аналогах и прототипе.

Охладитель питьевой воды с вертикальным расположением термоэлектрических блоков изображен на чертеже и включает в себя термоизолированную емкость и крышку 1, поплавок 2, модуль термоэлектрический 3, радиатор 4, электровентилятор 5, теплоизоляцию 6 емкости, термометр 7, подставку 8.

Охладитель питьевой воды /фиг. 1/ работает следующим образом. В емкость 1 через патрубок в крышке заливают предварительно очищенную питьевую воду, при этом струя воды направлена на поплавок 2, который по мере заполнения емкости водой поднимается до верхнего уровня и перекрывает патрубок. Подключают термоэлектрический блок охладителя питьевой воды к источнику постоянного тока /например, для охлаждения 2 л воды необходим источник мощностью 120-140 Вт, напряжением 12-15 в /на фиг. 1 источник не показан/. При этом боковая стенка емкости 1, соединенная с холодной стороной термомодуля 3, понижает температуру воды в емкости до заданной, и одновременно создает условия для усиления естественной конвенции воды, при этом в процессе охлаждения до температуры 4^oC, вода увеличивает свою плотность и опускается на дно емкости, обеспечивая обмен воды, т.е. естественную конвенцию. В течение заданного времени определенный объем воды у дна емкости достигнет 3,98^oC /температуры "живой" воды - воды, имеющей максимальную плотность/, позволяя произвести ее отбор для потребления, при этом команда на откачку /забор/ "живой" воды дается по показанию нижнего контактного термометра 7, расположенного вблизи дна емкости.

В случае, если забор воды не происходит, вода в емкости продолжает охлаждаться до температуры значительно ниже 4^oC, ее плотность уменьшается, более холодная вода поднимается на поверхность, ускоряя процесс охлаждения всей массы воды. При этом прекращение дальнейшего охлаждения воды происходит после отключения термоэлектрического блока автоматически по показанию верхнего контактного термометра 7 с дальнейшей возможностью слива /забора/ всей массы охлажденной воды. В случае ее частичного использования идет заполнение емкости новой порцией неохлажденной воды с автоматическим включением термоэлектрического блока. Откачка /забор/ воды может осуществляться с помощью насоса /на фиг. 1 не показан/, подключенного к автоматической системе поддержания требуемой температуры воды с обеспечением синхронной откачки /забора/ из нижней части емкости охлажденной до температуры 3,98^oC "живой" воды и долива новой порции очищенной неохлажденной воды, при этом энергия струи доливаемой воды гасится на поплавке, чем предотвращается активное смешение охлажденной и доливаемой воды.

Охладитель воды содержит теплоизолированную емкость и термоэлектрический блок, установленный своей холодной стороной на боковой (вертикальной) стенке емкости, выполненной из высокотеплопроводящего материала. При этом стенка емкости представляет собой радиатор-охладитель и обеспечивает в наибольшей степени естественную конвекцию при охлаждении воды. Емкость снабжена системой контроля температуры воды, устройствами забора и долива новой порции воды, связанными с системой поддержания требуемой холодопроизводительности термоэлектрического блока. Предложенное устройство позволяет получать охлажденную до 3,98^oС "живую" воду - воду, обладающую максимальной плотностью и наибольшими антибактериальными свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Охладитель питьевой воды, содержащий теплоизолированную емкость с крышкой и с патрубками подвода и отвода воды, термоэлектрический блок, горячая сторона которого соединена с теплоотводящим радиатором, обдуваемым вентилятором, а холодная - с радиатором-охладителем воды, отличающийся тем, что охладитель снабжен поплавком, закрывающим поверхность воды, и системой контроля температуры охлаждения до 4^oС, связанной с датчиками температуры и с патрубками, при этом боковая стенка емкости выполнена из теплопроводного материала в виде радиатора-охладителя, в средней части которой размещен по меньшей мере один термоэлектрический элемент, причем патрубок подвода воды установлен в верхней части емкости над поплавком, а патрубок отвода воды - в ее придонной части. 2. Охладитель по п.1, отличающийся тем, что дно емкости выполнено из высокотеплопроводного материала. 3. Охладитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что два и более однотипных и автономных термоэлектрических блока установлены на дне емкости.