ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ЗАПАСА ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК F25B21/02 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к малогабаритным термоэлектрическим охладителям запасов воды, используемых в приготовлении пищи и напитков на предприятиях торговли и общепита, в медицинских учреждениях, в офисах, в детских учреждениях, в производственных помещениях и т. п.

Известно устройство для охлаждения напитка "Контейнер для напитка", патент США 5042258, F 25 B 21/02, опубликованный в журнале "Изобретения стран мира" за 1993 г., также известен "Термоэлектрический контейнер для напитка", патент России 2128810, F 25 B 21/02, опубликованный в "Бюллетене изобретений" за 1999 г. Эти устройства могут использоваться для охлаждения запаса воды, но они не могут обеспечивать фильтрацию-очистку заливаемой в них для охлаждения воды.

Их производительность ограничена, так как для охлаждения нагретой стороны термоэлектрических модулей в них используется или воздух (патент США), который по сравнению с водой имеет меньшую теплопроводность (2,1 ккал/м•ч•град - воздух и 47,4 ккал/м•ч•град - вода), или неочищенная проточная вода, что также снижает теплопроводность за счет осаждения загрязнений на стенках проточных каналов теплоотводов (Теплообменные аппараты холодильных установок. Л.: Машиностроение, 1973, с. 116-117). Загрязнения каналов проточных теплоотводов снижают надежность их работы и устройства в целом.

Известны термоэлектрические охлаждающие устройства: патент США 5111664, F 25 B 21/82, опубликованный в журнале "Изобретения стран мира" за 1990 г.; международная заявка 90/00708, F 25 B 21/02, опубликованная в журнале "Изобретения стран мира" за 1990 г. ; патент США 4726193, F 21 B 21/02, опубликованный в журнале "Изобретения стран мира" за 1992 г. Эти переносные охлаждающие устройства используются для хранения в охлажденном состоянии жидкостей, находящихся в стандартной упаковке (бутылках, банках, пакетах и т. п.), и не предназначены для хранения в охлажденном состоянии запаса воды без упаковки.

Переносной прибор по патенту США 4996847, опубликованный в журнале "Изобретения стран мира" за 1992 г., используется для охлаждения дозы напитка и ее автоматической выдачи. Он не предназначен для хранения в охлажденном состоянии запаса воды.

Известно устройство, в котором фильтр соединен с проточными теплоотводами (а.с. SU 853315, кл. F 25 B 19/04, 1981 г.), но не обеспечивает подачу очищенной воды в резервуар для охлаждения.

Известно устройство термоэлектрической системы охлаждения воды, которая снабжена фильтром, соединенным с резервуаром через входное отверстие резервуара (патент RU 2121635, кл. F 25 D 9/00, 1998 г.), оно не обеспечивает подачу очищенной воды и в резервуар, и в проточные теплоотводы через входное отверстие, что не дает возможности повысить производительность термоэлектрической системы.

Аналогом предлагаемого изобретения является патент США 5154661, кл. F 25 B 21/02, опубликованный в журнале "Изобретения стран мира" за 1994 г., "Термоэлектрическая холодильная установка и способ ее работы". В этом устройстве термоэлектрический модуль расположен на нижней поверхности плиты, которая, располагаясь под дном резервуара, охлаждается, охлаждая тем самым резервуар с водой. Тепло от термоэлектрического модуля отводится водой через проточный теплоотвод, соединенный с автономной емкостью. Вода из емкости в проточный теплоотвод поступает с помощью насоса.

В этом устройстве не предусмотрена фильтрация воды, подаваемой в проточный теплоотвод, что снижает производительность и надежность устройства. Не предусмотрена и фильтрация воды, заливаемой в резервуар для охлаждения, что сужает область использования устройства - неочищенную воду нельзя использовать для питьевых целей. Следует отметить, что неочищенная вода охлаждается в резервуаре значительно медленнее, чем очищенная.

За прототип выбран патент США 5072590, F 25 B 21/02 "Термоэлектрическая система охлаждения разливаемой в бутылки воды", опубликованный в журнале "Изобретения стран мира" за 1993 г. Система имеет резервуар для хранения охлаждаемой воды с входным отверстием и сливным краном. Термоэлектрический модуль расположен под нижней стенкой резервуара. Одна сторона термоэлектрического модуля охлаждается, охлаждая тем самым резервуар с водой, а на другой, нагретой стороне расположен проточный теплоотвод, через который с помощью насоса осуществляется циркуляция воды по трубопроводу. Вода в нижней части трубопровода охлаждается с помощью радиатора и вентилятора.

Эта система не имеет резервов для повышения производительности, надежности, так как отсутствует фильтрация воды перед резервуаром и проточным теплоотводом, как в аналоге. Она также не обеспечивает одновременного приготовления запасов очищенной холодной и очищенной нагретой воды.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением - совершенствование термоэлектрической системы охлаждения запаса воды. Технический результат заключается в повышении производительности процесса охлаждения запаса воды, увеличении надежности работы системы за счет исключения возможности загрязнения каналов проточных теплоотводов и расширения функциональных возможностей термоэлектрической системы, а именно в обеспечении очистки заливаемой в систему для охлаждения воды, и одновременно с получением запаса очищенной охлажденной воды получение запаса очищенной нагретой воды.

Указанный технический результат достигается тем, что водяной фильтр термоэлектрической системы охлаждения запаса воды соединен и с резервуаром, и с проточными теплоотводами термоэлектрических модулей через входное отверстие, что обеспечивает охлаждение очищенной воды в резервуаре и попадание ее в проточные теплоотводы. В прототипе воду в резервуар заливают из больших бутылей (≈19 л) для охлаждения. Но это требует дополнительных затрат, так как воду в бутыль необходимо заливать уже очищенную или природную родниковую. Эти бутыли на установке необходимо периодически загружать и выгружать для смены пустых и заполнения очищенной водой. При наличии в термоэлектрической системе искусственных серийно выпускаемых водяных фильтров ее можно подсоединить, например, к водопроводу и получить за счет фильтрации водопроводной воды воду, не уступающую по качеству природной (родниковой). Соединение фильтра с проточными теплоотводами через входное отверстие дает возможность подавать в проточные теплоотводы не только очищенную, но и предварительно охлажденную, за счет холодных стенок резервуара, воду, что, во-первых, увеличивает коэффициент теплоотдачи от нагретой стороны термоэлектрических модулей к проточной воде и производительность процесса охлаждения запаса очищенной воды, а, во-вторых, за счет исключения загрязнения каналов проточных теплоотводов увеличивается долговечность проточных теплоотводов, а следовательно, надежность термоэлектрической системы охлаждения запаса воды в целом.

Термоэлектрические модули с проточными теплоотводами расположены вертикально на боковых стенках резервуара, что дает возможность протекать воде по каналам проточных теплоотводов самотеком, без использования дополнительных насосов, упрощая тем самым конструкцию и систему управления термоэлектрической системой охлаждения запаса воды. Боковая внутренняя поверхность резервуара выполнена с выступающими теплопроводящими пластинами, что дает возможность передавать холод от боковых стенок резервуара равномерно по всему объему запаса воды, не перемешивая ее, как в прототипе. Это увеличивает надежность и упрощает конструкцию - нет вращающихся, трущихся механических частей в воде. Термоэлектрическая система снабжена емкостью со сливным краном, расположенной под резервуаром и соединенной с проточными темплоотводами. Емкость дает возможность накапливать очищенную нагретую в проточных теплоотводах воду и использовать ее для питьевых целей.

На фиг. 1. изображен вариант конструкции термоэлектрической системы охлаждения запаса воды с элементами автоматики; на фиг.2 - общий вид термоэлектрической системы в разрезе; на фиг.3 - разрез И-И; на фиг.4 - разрез К-К.

Термоэлектрическая система содержит кожух 1, резервуар 2 с входным отверстием 3 и сливным краном 4, термоэлектрические модули 5 с проточными теплоотводами 6. Система снабжена водяным фильтром 7 (фиг.2), представляющим из себя, например, серийно выпускаемый мембранный фильтр АО "Полимерсинтез" г. Владимир. Перед фильтром 7 и после фильтра 7 расположены серийные гидравлические электроклапаны 14 и 15, обеспечивающие подачу воды из водопровода 30 (фиг.1) в фильтр 7 по стрелке А и из фильтра 7 (фиг.2) очищенной воды по стрелке Б в резервуар 2 через входное отверстие 3, а затем в проточные теплоотводы через холодные стенки резервуара 2.

Термоэлектрические модули 5 с проточными теплоотводами расположены вертикально на боковых стенках резервуара 2 (фиг.2, 3). Боковая внутренняя поверхность резервуара 2 выполнена с встроенными теплопроводящими пластинами 8. Резервуар 2 снабжен типовым поплавковым датчиком уровня воды 16 (фиг.2), позволяющим поддерживать определенный уровень воды 18 в резервуаре 2, а также типовым датчиком температуры 17, позволяющим поддерживать постоянную температуру воды 18 в резервуаре 2. Термоэлектрическая система снабжена емкостью 9 со сливным краном 10 (фиг.1, 2), соединенной с проточными теплоотводами 6 шлангами 12 (фиг.1, 2) и расположенной под резервуаром 2. Емкость 9 также снабжена поплавковым датчиком 19 уровня воды 20.

Термоэлектрическая система охлаждения запаса воды может быть снабжена дополнительной емкостью 22 (фиг.2), расположенной под емкостью 9 и соединенной с нею через гидравлический электроклапан 21. Эта емкость может выниматься из кожуха 1 (фиг.1, 2) по стрелке Д вместе с запасом нагретой воды через дверцу 25. Она может быть также снабжена поплавковым датчиком 23. Электропитание к термоэлектрическим модулям подается от электросети (фиг.1) через вилку со шнуром 28 и преобразователь с 220 В на 12 В (не показан). Вода в термоэлектрическую систему охлаждения запаса воды поступает из водопровода 30 при открытом кране 31 через шланг 29 по стрелке А. Включается термоэлектрическая система (фиг.1) от кнопки 26 при светящемся глазке 27.

Термоэлектрическая система охлаждения запаса воды работает следующим образом. В начале работы кран 31 открывается, и вода из водопровода 30 через шланг 29 по стрелке А (фиг.1) поступает в термоэлектрическую систему охлаждения, останавливаясь перед закрытым гидравлическим электроклапаном 14 (фиг. 2). Нажимается кнопка 26, при этом загорается глазок-лампочка 27 (фиг.1). Ток из электросети через шнур 28 (фиг.1) и преобразователь напряжения с 220 В на 12 В (не показан), поступает на термоэлектрические модули с напряжением 12 В (фиг.2, 3) и с напряжением 220 В на гидравлические электроклапаны 14, 15, 21 (фиг. 2). При этом гидроклапаны 14 и 15 открываются, а клапан 21 - нет. Вода из водопровода по стрелке А поступает в фильтр 7, где происходит очистка водопроводной воды. Из фильтра 7 очищенная вода по стрелке Б через открытый гидроэлектроклапан 15 поступает в резервуар 2 через входное отверстие 3, а затем в проточные теплоотводы 6 через холодные стенки резервуара 2.

Проточные теплоотводы (фиг.4) представляют из себя металлические пластины, внутри которых выполнены Z-образные каналы для прохождения воды. Так как термоэлектрические модули 5 находятся под напряжением 12 В, то за счет эффекта Пельтье одна сторона термоэлектрических модулей, находящаяся в контакте с боковыми стенками резервуара 2, охлаждается, охлаждая тем самым весь резервуар 2 с выступающими теплопроводящими пластинами 8 и с запасом очищенной воды 18. Другая сторона термоэлектрических модулей 5 нагревается, нагревая металлические проточные теплоотводы 6 и воду, проходящую через каналы в них. При этом отводится тепло от нагретой стороны термоэлектрического модуля.

Из проточных теплоотводов 6 очищенная, нагретая вода по шлангам 12 и стрелкам В поступает в резервуар 9. При переполнении резервуара 2 водой 18 датчик уровня 16 дает команду гидроэлектроклапану 15 на прекращение подачи воды по стрелке Б в резервуар (фиг.2). Но в проточные теплоотводы 6 вода из фильтра 7 поступает до тех пор, пока на гидроэлектроклапан 14 не поступает команда от датчика температуры 17 о прекращении подачи воды в фильтр 7. Если происходит переполнение водой 20 емкости 9 (фиг.2), то датчик уровня 19 дает команду гидроэлектроклапану 21 на сброс всего объема воды 20 в емкость 22.

Заполнение емкости 22 водой 24 может также контролироваться поплавковым датчиком 23 или визуально через стеклянный глазок (не показан). При переполнении емкости 22 водой 24 от датчика 23 может быть получен световой или звуковой сигнал. В этом случае емкость 22 вместе с объемом нагретой воды 24 выгружается из системы через дверцу 25 по стрелке Д (фиг.1, 2).

Таким образом, термоэлектрическая система обеспечивает возможность одновременного накопления и розлива через краны 4 и 10 (фиг.2) очищенной охлажденной и нагретой воды.

Термоэлектрическая система охлаждения состоит из резервуара с входным отверстием, термоэлектрических модулей с проточными теплоотводами сливного крана и водяного фильтра. Теплоотводы расположены на стенках резервуара. Водяной фильтр соединен через входное отверстие с резервуаром и проточными теплоотводами. Боковая внутренняя поверхность резервуара может быть выполнена с выступающими теплопроводящими пластинами. Емкость со сливным краном расположена под резервуаром и соединена с проточными теплоотводами термоэлектрических модулей. Использование изобретения позволит усовершенствовать термоэлектрическую систему запаса воды. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Термоэлектрическая система охлаждения запаса воды, содержащая резервуар с входным отверстием, термоэлектрические модули с проточными теплоотводами, расположенными на стенках резервуара, и сливной кран, отличающаяся тем, что система снабжена водяным фильтром, соединенным через входное отверстие с резервуаром и проточными теплоотводами. 2. Термоэлектрическая система охлаждения запаса воды по п. 1, отличающаяся тем, что термоэлектрические модули с проточными теплоотводами расположены вертикально на боковых стенках резервуара. 3. Термоэлектрическая система охлаждения запаса воды по п. 1, отличающаяся тем, что боковая внутренняя поверхность резервуара выполнена с выступающими теплопроводящими пластинами. 4. Термоэлектрическая система охлаждения запаса воды по п. 1, отличающаяся тем, что система снабжена емкостью со сливным краном, расположенной под резервуаром, соединенной с проточными теплоотводами термоэлектрических модулей резервуара.