开水快速冷却器的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供开水快速冷却器，包括隔套腔、热水腔、真空器单元、储水箱，热水腔为圆柱形腔体，隔套腔为环形腔体，热水腔位于隔套腔环形腔体的中空部分，隔套腔内壁和热水腔壁为同一个金属壁，隔套腔的上端设置管嘴和压力开关，管嘴通过低压管路连通真空器单元，真空器单元通过常压管路连通储水箱，储水箱通过回流管路连通隔套腔，压力开关连接真空器单元并控制真空器单元的启闭。本发明利用真空器维持隔套腔内的低压力，利用低压水的汽化吸热有利于开水的快速降温。
【专利说明】开水快速冷却器
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种换热设备，具体地说是制冷设备。
【背景技术】
[0002]将水烧开能有效地杀死水中存留的细菌病毒，但烧开的水不能直接饮用，只能将其降温后才能供人饮用。在很长一段时间内，如何使开水快速冷却下来是一个困扰人们的难题。为了能将开水快速冷却下来，人们想出了各种各样的方法，比如说为了加大与空气的换热面积，将开水在两个杯子中相互倒来倒去，发展到后期利用一个手握式的吹气器向开水中吹入空气来达到快速降温的目的，但这种方法受限于空气吸热的速度，快速降温程度有限，还有一种就是利用开水与比它温度低的多的冰，进行混合，由于冰融化和升温需要吸收大量的热，而这热量主要来自于开水，也就达到了降温的效果，这种方法降温的速度很快，但是需要准备大量的冰块，这就使其不具有广泛适用性。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供能够实现热水快速冷却的开水快速冷却器。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]本发明开水快速冷却器，其特征是:包括隔套腔、热水腔、真空器单元、储水箱，热水腔为圆柱形腔体，隔套腔为环形腔体，热水腔位于隔套腔环形腔体的中空部分，隔套腔内壁和热水腔壁为同一个金属壁，隔套腔的上端设置管嘴和压力开关，管嘴通过低压管路连通真空器单元，真空器单元通过常压管路连通储水箱，储水箱通过回流管路连通隔套腔，压力开关连接真空器单元并控制真空器单元的启闭。
[0006]本发明还可以包括:
[0007]1、所述的真空器单元包括三台并联的真空器，压力开关控制不同数量的真空器的启闭。
[0008]本发明的优势在于:本发明利用低压水的巨大的汽化潜热来吸收开水降温所放出的热量，由于汽化是温度不变的过程，所以可以看成开水向一个无限大热容的物体放热，这样降温的速度就有了保障，再利用一个真空泵来维持隔套中的压力和低压冷却水的回收加注装置，就能实现开水的快速冷却了。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为压力和水饱和温度(沸点)的关系曲线；
[0010]图2为本发明的结构示意图；
[0011]图3为低压维持系统的工作流程图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:[0013]结合图1?3，本发明开水快速冷却器由冷却系统、低压维持系统及回流系统组成。本发明开水快速冷却器的主体(冷却系统)为一个带有隔套的圆柱形腔体。在附图中，编号11为隔套腔，里面装有编号为9的压力为0.1bar的常温水(20°C _40°C)。编号12为热水腔，里面装有编号为13的压力为标准大气压的高温液态水。隔套腔和热水腔相对封闭，不存在腔室之间的质量交换，即隔套腔的低压水不可能流到热水腔中，热水腔的水也不可能流到隔套腔中，两个腔室通过共有的金属壁面传递热量。当向热水腔倒入开水后，由于隔套腔和热水腔的温度相差很大，热量就从热水经过金属壁面传递给隔套腔中的低压水，低压水的沸点很低，吸热后很快就达到其沸点，接着低压水被汽化，吸收大量的热量，而此时的低压水的温度却不会上升，这就使得热水腔和低压腔保持了较大的温度差，保证了较高的热流密度(即单位时间内单位面积传递的热量)，使得热水腔的热水杯快速降温。本发明的低压维持系统包括压力开关、信号传输电路、三台并联的真空器、低压管路以及带阀门的管嘴。具体工作流程如图3所示，根据图3可以看出当隔套腔的压力偏离越多时，真空器抽吸能力越强，回归设定的低压(0.1bar)越快。其中，隔套腔中的空气和蒸汽通过编号为2的管嘴和编号为4的低压管路与三个真空器连接，这三个真空器之间采用并联的连接方式。回流系统从编号为6的真空器常压管路开始。抽出的蒸汽在标准大气压下，由于其温度低于沸点，就变成了液态水，通过出气管流到编号为7的开口储水箱，当高温水被快速冷却，关闭真空器之后，打开编号为10的进水口的阀门，将储水箱中的水通过编号为8的回流管路注入隔套腔，然后关闭阀门，启动真空器，将隔套腔的压力降至0.1bar,回到初始状态，开水得到了快速冷却，完成了一个循环。
[0014]图1是根据水的热力性质表画出的压力和水饱和温度(沸点)的关系曲线，由图中可以开出压力越高饱和温度越高，压力越低饱和温度也就越低，压力和饱和温度一一对应。图3为低压维持系统的工作流程图，根据图示过程，对于不同的压力选择不同的真空器工作台数，以达到尽可能快的恢复到低压力。
[0015]本发明开水快速冷却器利用水压力不同，沸点(饱和温度)不同，水汽化潜热巨大而且汽化时温度不变的原理。根据工程热力学的知识，设定每次被冷却的开水为500ml质量为0.5kg，温度为100°C。假如被冷却到50°C，查水的热力性质表所释放出的热量Q=CPAT=hl-h2=419.06kJ/kg*0.5kg-209.4kJ/kg*0.5kg=104.83kJ，而这些热量假设全部被低压水汽化时所吸收，由公式Q=r*m，其中r是指低压水的汽化潜热值，m为被汽化的水的质量,查水的热力性质表知，当压力为0.1bar时r=2391.94kJ/kg,故可得m=Q/r=0.044kg,即44ml，这是在考虑到最极端的情况，即开水和低压水都不向外界散热的情况下得出的结果，实际上由于两者的散热，所需的低压水应该比44ml少，可以看出这种利用汽化潜热冷却的方法对水的需要是极其少量的。但由于低压水所在的隔套腔是一个封闭的腔室，低压水汽化后会使腔室内的压力提高，从而使低压水沸点提高，严重影响冷却效果。经过计算，如果不进行任何处理，最终低压水的沸点会达到90°C左右，对于冷却也就没有什么用了。为了解决这一问题，必须设置一套抽气装置，称之为低压维持系统，也就是用管路将隔套腔和真空器连接起来。当开始冷却时，真空器也就开始工作，将其中产生的蒸汽抽吸出来，以保证隔套腔的压力保持在0.1bar左右，这样就能最大限度地冷却降温了。另一个需要解决的问题是开水到低压水的导热速率问题。如果采用常见的不锈钢材料，它的导热系数为16.3ff/ (m*k)，我们假设开水和低压水之间隔着一个厚度为2mm的直径80mm的管子，管子内侧为开水，外侧为低压水，经过计算得知传递所释放的热量需要20秒左右，这已经能满足快速冷却的要求了，如果需要进一步提高冷却速率，可以采用黄铜或紫铜的管子，那样时间可以降低到2-3秒，这时受限制的就是低压水的汽化速率。采用合适的材料和适当的布置就能实现开水的快速冷却。
[0016]本发明开水快速冷却器，包括压力开关1、管嘴2、信号传输电路3、低压管路4、真空器5、常压管路6、开放式储水箱7、回流管路8、低压水进水口 10、隔套腔11、热水腔12，真空器5 —端通过低压管路4连接在低压水隔套腔11的管嘴2上，另一端通过常压管路6与开放式储水箱7相连，保持隔套腔11内的低压力，压力开关I安装在隔套腔11顶部，开放式储水箱7通过回流管路8与隔套腔11相连，真空器5的启动和关闭由压力开关I给出的电信号控制。
[0017]利用低压水的汽化吸热有利于开水的快速降温。
[0018]利用真空器维持隔套腔内的低压力有利于实现开水的稳定快速降温。
[0019]利用压力开关使真空器在不同压力下开启不同的台数，使隔套腔的压力能够快速的恢复到设定压力值，有利于开水在高温时快速降温。
[0020]采用水作为冷却介质，不仅利用了水汽化的巨大潜热，而且水无毒无副作用，即便泄露也不会对环境和人构成危害。
[0021]中心放置开水，外部隔套腔放置低压冷却用水，增大了换热面积，有利于开水的快速降温冷却。
【权利要求】
1.开水快速冷却器，其特征是:包括隔套腔、热水腔、真空器单元、储水箱，热水腔为圆柱形腔体，隔套腔为环形腔体，热水腔位于隔套腔环形腔体的中空部分，隔套腔内壁和热水腔壁为同一个金属壁，隔套腔的上端设置管嘴和压力开关，管嘴通过低压管路连通真空器单元，真空器单元通过常压管路连通储水箱，储水箱通过回流管路连通隔套腔，压力开关连接真空器单元并控制真空器单元的启闭。
2.根据权利要求1所述的开水快速冷却器，其特征是:所述的真空器单元包括三台并联的真空器，压力开关控制不同数量的真空器的启闭。
【文档编号】F28D21/00GK103900414SQ201410078381
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】王银燕, 李旭, 孙永瑞, 王贺春, 杨传雷 申请人:哈尔滨工程大学