Система нагрева и охлаждения жидкости
LIQUID HEATING AND COOLING SYSTEM

Изобретение относится к системам нагрева и охлаждения жидкости, например жидкости, в бытовых условиях, офисных помещениях, предприятиях общественного питания, дачных и садовых участках, общественных учреждениях и предназначено для нагрева и охлаждения жидкости. Дополнительно указанные системы могут иметь функцию очистки жидкости и/или функцию приготовления напитков.
Из уровня техники известны системы нагрева и охлаждения жидкости, включающие отдельный нагревательный элемент и отдельный холодильник. Данные системы не эффективны, так как при работе холодильника для охлаждения жидкости вырабатывается тепло, которое выделяется в окружающую среду, что приводит к потере энергии, что с учетом затрат энергии на нагрев делает указанные системы неэффективными. Также из уровня техники известны системы нагрева и охлаждения жидкости, где охлаждение и нагрев жидкости происходит за счет термоэлектрического преобразователя, расположенного между емкостью для охлаждения и емкостью для нагрева.
Из уровня техники известна система нагрева и охлаждения жидкости по заявке на патент US 2009/0113898 [МПК F25B 21/02, опубл. 07.05.2009]. Указанная система включает емкость для нагрева, емкость для охлаждения, расположенный между двумя емкостями блок нагрева и охлаждения и дополнительный конденсатор, снабженный элементом охлаждения. Обе емкости выполнены в виде двух замкнутых резервуаров с изоляцией, в которые вставляются бутыли с исходной жидкостью. Емкость для нагрева располагается над емкостью для охлаждения. Блок нагрева и охлаждения выполнен из конденсатора и нагревателя, между которыми расположен термоэлектрический преобразователь. При этом нагреватель подсоединен к поверхности нагрева термоэлектрического преобразователя, а конденсатор - к поверхности охлаждения. Внутри конденсатора и нагревателя находится хладагент. Емкость для охлаждения через трубку подсоединена к конденсатору. Емкость для нагрева через трубку подсоединена последовательно к дополнительному конденсатору и к нагревателю. В системе также установлен элемент охлаждения, выполненный в виде вентилятора, и необходимый для охлаждения дополнительного конденсатора. Система работает следующим образом. В емкостях для нагрева и охлаждения устанавливают бутыли с исходной жидкостью. Во время работы термоэлектрического преобразователя от поверхности нагрева тепло передается нагревателю, где находится хладагент, который при этом разогревается и переходит в пар. Пар через трубку поступает в емкость для нагрева, происходит передача тепла от пара хладагента к стенкам емкости, и далее через стенки бутыли к жидкости, таким образом, происходит нагрев жидкости, при этом хладагент конденсируется и по той же трубке, по которой проходит пар, через дополнительный конденсатор возвращается назад в нагреватель. Параллельно происходит процесс охлаждения жидкости. За счет работы термоэлектрического преобразователя происходит охлаждение хладагента в конденсаторе. Хладагент поступает в емкость для охлаждения, через стенки бутыли происходит передача тепла от жидкости к хладагенту, и соответственно ее охлаждение. При этом хладагент нагревается, переходит в пар и по трубке возвращается в конденсатор. По достижении заданной температуры одна из бутылей или обе бутыли извлекаются потребителем из емкостей для нагрева и охлаждения. Главным недостатком системы является то, что нагрев и охлаждение жидкости происходит опосредованно через абсолютно другую среду, которую саму требуется нагреть и охладить, это приводит к потерям энергии, что неэффективно. Кроме того, использование хладагента делает систему неэкологичной, что тоже недостаток системы.
Из уровня техники известна система нагрева и охлаждения жидкости по патенту EP 1571121 [МПК B67D 1/08, приоритет 21.02.2005]. Система состоит из емкости для нагрева, емкости для охлаждения, соединенных трубкой, теплообменника, двух термоэлектрических преобразователей, датчиков температуры и вентилятора. Емкость для нагрева контактирует с поверхностью нагрева одного из термоэлектрических преобразователей, а его поверхность охлаждения контактирует с теплообменником, который, в свою очередь, контактирует с поверхностью нагрева второго термоэлектрического преобразователя, поверхность охлаждения которого контактирует с емкостью для охлаждения. Вентилятор при этом охлаждает теплообменник. Система по патенту EP 1571121 работает следующим образом. В емкость для охлаждения наливают исходную жидкость, которая по трубке поступает в емкость для нагрева. После заполнения обеих емкостей систему включают. Происходит одновременный процесс нагрева и охлаждения, при этом, за счет теплообменника с элементом охлаждения происходит компенсация разницы температур у поверхностей нагрева и охлаждения двух термоэлектрических преобразователей. Основным недостатком системы является то, что система расходует большое количество энергии – на нагрев, на охлаждение и на отвод излишнего тепла. При этом отсутствует прямой и простой механизм управления температурой жидкости в емкостях, что также является недостатком системы.
Из уровня техники известна система нагрева и охлаждения жидкости по патенту РФ 2654548 [МПК F25B 21/02, приор. 04.052.2016], выбранная заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Система состоит из емкости для охлаждения и емкости для нагрева, разделенные термоэлектрическим преобразователем. В рамках отличительных признаков система работает следующим образом. Обе емкости заполняются жидкостью, после заполнения обеих емкостей систему включают. Происходит одновременный процесс нагрева и охлаждения. При этом за счет разницы объема емкостей компенсируется разница выделения тепла и холода. То есть для работы системы достаточно одного термоэлектрического преобразователя, что делает наиболее близкий аналог более эффективным, по сравнению с другими известными системами. При этом недостатком наиболее близкого аналога является то, что отсутствует возможность регулировать температуру горячей жидкости, то есть в случае, если количество жидкости в емкости для нагрева недостаточно, например, если отбор на потребление горячей жидкости происходит быстрее, чем холодной, происходит перегрев горячей жидкости. То есть потребитель получает слишком горячую жидкость, что неудобно. При этом единственной возможностью отрегулировать температуру жидкости является принудительная замена горячей жидкости на исходную в емкости для нагрева или добавление исходной жидкости в емкость для нагрева. Такой способ регулирования температуры горячей жидкости является неточным и неудобным, что является недостатком наиболее близкого аналога.
Задачей изобретения и техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является разработка новой системы нагрева и охлаждения жидкости с улучшенными эргономическими свойствами за счет исключения подачи перегретой жидкости на потребление, при отсутствии существенных потерь по эффективности.
Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются тем, что система нагрева и охлаждения жидкости, включающая емкость для охлаждения жидкости, подаваемой на потребление, и емкость для нагрева жидкости, подаваемой на потребление, разделенные термоэлектрическим преобразователем, выполнена с возможностью циркуляции горячей жидкости через емкость для горячей жидкости, насос циркуляции горячей жидкости, теплообменник, снабженный средством охлаждения с функцией включения для обдува теплообменника воздухом при повышении температуры горячей жидкости в емкости для горячей жидкости выше заданного уровня, где средство охлаждения выполнено в виде вентилятора, или воздушного насоса, или компрессора, а в емкости для горячей жидкости установлен датчик температуры, функционально связанный со средством охлаждения. Система нагрева и охлаждения жидкости может дополнительно содержать емкость для холодной жидкости с датчиком температуры, насос циркуляции холодной жидкости, линию подачи холодной жидкости и/или линию подачи горячей жидкости, где линия подачи холодной жидкости может быть дополнительно снабжена краном для холодной жидкости и/или насосом подачи холодной жидкости, а линия подачи горячей жидкости может быть дополнительно снабжена краном для горячей жидкости, и/или насосом подачи горячей жидкости, и/или проточным нагревателем.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 изображен пример системы нагрева и охлаждения жидкости.
На фигуре 2 изображен пример системы нагрева и охлаждения жидкостями с дополнительными элементами.
Система нагрева и охлаждения жидкости включает емкость для охлаждения жидкости, подаваемой на потребление (2), и емкость для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), между которыми расположен термоэлектрический преобразователь (1). Обе емкости выполнены из теплопроводящего материала, например, нержавеющей стали, латуни или других металлических сплавов. При этом емкость для охлаждения жидкости, подаваемой на потребление (2), по меньшей мере частью одной из стенок контактирует с охлаждающей стороной термоэлектрического преобразователя (1). Емкость для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), может также по меньшей мере частью одной из стенок контактировать с поверхностью нагрева термоэлектрического преобразователя (1), либо термоэлектрический преобразователь (1) и стенка емкости для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), могут быть расположены параллельно с воздушным зазором не менее 1 мм, но не более 3 см.
Емкость для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), соединена последовательно с емкостью для горячей жидкости (4), насосом циркуляции горячей жидкости (5) и теплообменником (6), который снабжен средством охлаждения (7). При этом средство охлаждения (7) имеет функцию включения для обдува теплообменника (6) воздухом и может быть выполнено, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами в виде вентилятора, или воздушного насоса, или компрессора. Емкость для горячей жидкости (4) может быть выполнена как из пластика, например полипропилена, полиэтилена или смеси полиолефинов, или ПЭТ, или, например, из нержавеющей стали. Емкость для горячей жидкости (4) содержит датчик температуры (8).
В рамках отличительных признаков заявляемая система работает следующим образом. Емкость для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), и емкость для охлаждения жидкости, подаваемой на потребление (2), заполняют исходной жидкостью. После заполнения систему включают. За счет термоэлектрического преобразователя (1) происходит нагрев и одновременно охлаждение жидкости. Емкость для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), сообщается с емкостью для горячей жидкости (4). Возможен вариант, где жидкость самотеком перетекает между емкостью для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), и емкостью для горячей жидкости (4). Либо предпочтительно за счет насоса циркуляции горячей жидкости (5) жидкость циркулирует из емкости для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), через емкость для горячей жидкости (4), через насос циркуляции горячей жидкости (5) и теплообменник (6). При этом средство охлаждения (7) выключено. Расположенный в емкости для горячей жидкости (4) датчик температуры (8) фиксирует температуру жидкости в емкости для горячей жидкости (4). Когда температура горячей жидкости в емкости для горячей жидкости (4) достигает заданного значения, например, предпочтительно, но не ограничиваясь указанным примером 60-65, или 80-85, или 70-75, включается средство охлаждения (7) на обдув воздухом теплообменника (6). Если реализован вариант системы, где жидкость самотеком перетекает между емкостью для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), и емкостью для горячей жидкости (4), то при достижении заданной температуры жидкости одновременно со средством охлаждения (7) включается насос циркуляции горячей жидкости (5), обеспечивающий циркуляцию горячей жидкости из емкости для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), через емкость для горячей жидкости (4), через насос циркуляции горячей жидкости (5) и теплообменник (6), обдуваемый воздухом за счет работы средства охлаждения (7). Если система реализована в предпочтительном варианте с циркуляцией горячей жидкости из емкости для нагрева жидкости, подаваемой на потребление (3), через емкость для горячей жидкости (4), через насос циркуляции горячей жидкости (5) и теплообменник (6), то при достижении заданной температуры горячей жидкости насос циркуляции горячей жидкости (5) продолжает работать на циркуляцию, включается дополнительно только средство охлаждения (7). При включении средства охлаждения (7) происходит обдув воздухом теплообменника (6), за счет чего происходит снижение температуры горячей жидкости. При достижении горячей жидкости заданной температуры средство охлаждения (7) отключается. Таким образом, температура горячей жидкости поддерживается в заданном диапазоне и исключен перегрев горячей жидкости. То есть потребитель всегда получает горячую жидкость необходимой температуры, что делает систему более эргономичной по сравнению с наиболее близким аналогом. Кроме того, таким образом, происходит поддержание оптимального баланса температур и чем больше тепла отводится от горячей стороны термоэлектрического преобразователя (1), тем эффективнее происходит охлаждение с противоположной стороны. Таким образом, повышается эффективность системы, что компенсирует работу средства охлаждения (7), то есть по сравнению с наиболее близким аналогом система не теряет в эффективности.
Дополнительно система может включать в себя емкость для холодной жидкости (9) с датчиком температуры (16) и насос циркуляции холодной жидкости (15). В таком случае за счет циркуляции холодной жидкости из емкости для охлаждения жидкости, подаваемой на потребление (2), через емкость для холодной жидкости (9) и насос циркуляции холодной жидкости (15), обеспечивается поддержание температуры холодной жидкости в заданном диапазоне, например, но не ограничиваясь перечисленными вариантами 8-12℃, или 10-15℃, или 6-11℃, таким образом, поддерживается удобная для потребителя температура холодной жидкости, что повышает удобство системы. Кроме того, поддержание температуры холодной жидкости в заданном диапазоне повышает эффективность работы термоэлектрического преобразователя (1), что компенсирует затраты на введение дополнительных элементов, то есть эффективность системы не снижается.
Дополнительно система может включать линию подачи холодной жидкости (на фигурах не обозначена), позволяющую отбирать холодную жидкость на потребление в процессе работы системы. Для удобства пользователя линия подачи холодной жидкости (на фигурах не обозначена) может быть дополнительно снабжена краном для холодной жидкости (14), позволяющим пользователю регулировать объем подачи холодной жидкости, и/или насосом подачи холодной жидкости (10), обеспечивающим удобную для пользователя скорость подачи холодной жидкости.
Дополнительно система может включать линию подачи горячей жидкости (на фигурах не обозначена), позволяющую отбирать горячую жидкость на потребление в процессе работы системы. Для удобства пользователя линия подачи горячей жидкости (на фигурах не обозначена) может быть дополнительно снабжена краном для горячей жидкости (13), позволяющим пользователю регулировать объем подачи горячей жидкости, и/или насосом подачи горячей жидкости (11), обеспечивающим удобную для пользователя скорость подачи горячей жидкости, и/или проточным нагревателем (12). Наличие проточного нагревателя (12) позволяет пользователю при необходимости подогревать горячую жидкость до более высокой температуры и/или получать пар из горячей жидкости, что расширяет возможности использования системы для приготовления напитков.
В настоящем описании изобретения представлен предпочтительный вариант осуществления изобретения. В нем могут быть сделаны изменения, в пределах заявляемой формулы, что дает возможность его широкого использования.