УСТАНОВКА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ДЛЯ АВТОМАТА ДОЗИРОВАННОГО РАЗЛИВА НАПИТКОВ

Полезная модель относится к устройствам для получения охлажденной питьевой воды, и может быть использована в торговых автоматах для приготовления и разлива охлажденных напитков, миксерного типа, например Сагома, Венсон.
Известно устройство и способ дозированного розлива напитков (патент РФ №2241364, МПК 7 A47J 31/40, опубл. 2004.12.10, патентообладатель САМСУНГ ГВАНГДЖУ ЭЛЕКТРОНИКС КО., ЛТД. (Корея) предназначенные для розлива как горячих, так и холодных напитков, напитков со льдом и выдачи одноразовых пакетиков с готовой смесью напитков, обеспечивая гигиеничность и удобство пользования. Устройство дозированного розлива напитков содержит корпус, имеющий отверстие выхода напитка, отверстие выхода пакетиков одноразового использования и отверстие выхода стаканов; блок подачи холодной/горячей воды, установленный в корпусе, для подачи холодной воды и горячей воды через отверстие выхода напитка; блок охлаждения, соединенный с блоком приготовления льда; и блок управления для управления соответствующими блоками. Соответственно, различные напитки, такие как холодная вода, горячая вода, холодный напиток, горячий напиток, вода со льдом и напитки со льдом можно обеспечивать по желанию пользователя. Блок охлаждения соединен с блоком подачи холодной воды и блоком приготовления льда; и содержит компрессор, конденсатор, и первый и второй испарители, соответственно. Хладагент, пройдя через компрессор и конденсатор,
разделяется на первый и второй расширительные клапаны, соответственно. Хладагент, протекающий через первый расширительный клапан, проходит через первый испаритель в баке холодной воды, и возвращается в компрессор, а хладагент, протекающий через второй расширительный клапан, проходит через второй испаритель в блоке приготовления льда, и возвращается в компрессор. Хладагент, проходя через испарители подвергается теплообмену с воздухом испарителей и за счет теплообмена с хладагентом вода внутри бака холодной воды охлаждается и, соответственно, вода, подаваемая в блок приготовления льда, замерзает в виде кубиков льда. Использование в блоке охлаждения компрессора создает повышенный уровень шума и приводит к большим энергетическим затратам. Такая установка предназначена для охлаждения больших объемов воды.
Известен «Способ подачи охлажденного разливного напитка к сосуду» и устройство его реализующее (патент РФ №2309117 МПК B67D 1/08, опубл. 2004.05.20). Способ основан на охлаждении или переохлаждении напитка в охлаждающих средствах и подачи напитка от охлаждающих средств к выпускному отверстию для распределения через систему трубопроводов, в которых некоторая часть напитка находится в системе трубопроводов в статическом состоянии до его распределения, причем напиток разливают, по меньшей мере, в одном предопределенном объеме, и объем напитка, который находился в статическом состоянии в системе трубопроводов, значительно меньше упомянутого, по меньшей мере, одного предопределенного объема, при этом напиток, который находился в статическом состоянии, поддерживается в системе трубопроводов подачи напитка, которая имеет длину меньше, чем 5 м. Перемещение разливного напитка осуществляется по системе трубопроводов к выпускному отверстию. Для охлаждения разливного напитка в ходе его перемещения используют объем жидкого хладагента и термоэлектрический эффект. В способе до и после охлаждения термоэлектрическим эффектом в области термоэлектрического охлаждения охлажденный напиток подвергают
термическому контакту с трубопроводом хладагента, несущего жидкий хладагент. Напиток подают по трубопроводу, по которому также подается жидкий хладагент. Жидкий хладагент подают так, что он отводит тепло, извлеченное  термоэлектрическим эффектом. Хладагентом является вода. Напиток переохлаждается, причем упомянутое охлаждение осуществляется термоэлектрически. В способе измеряют температуру напитка, охлажденного при помощи термоэлектрического эффекта, и задерживают распределение напитка до тех пор, пока измеренная температура не уменьшится до, по меньшей мере, предопределенного значения. Предопределенное значение температуры лежит в диапазоне от по существу -4,0°С до по существу -4,5°С. Жидкий хладагент в упомянутом объеме находится при температуре по существу 0°С. Жидкий хладагент подают к трубопроводу для хладагента при температуре по существу 0°С. Термоэлектрическим эффектом в данном способе является эффект Пельтье. Напиток переохлаждают, по меньшей мере, до температуры по существу 1,5°С ниже его температуры замерзания при окружающем атмосферном давлении. Отведение тепла от напитка с использованием термоэлектрического эффекта выполняют на этапе удаления тепла, вводя напиток в переохлажденное состояние. Напиток охлаждают до температуры ниже -3,0°С. Однако в известном способе процесс охлаждения до необходимой температуры проходит при больших энергетических затратах, так как для подачи охлажденной воды к потребителю необходимо дополнительно охлаждать трубопровод хладагентом. Процесс охлаждения в известном способе длителен по времени, так как при достижении необходимой температуры отключают питание на элементе Пельтье, а после его отключения имеет место эффект «тепловой волны», когда высокая температура от горячей стороны элемента Пельтье, который к этому времени еще не остыл, передается холодной стороне, тем самым, нагревая воду. Частое отключение питания элемента Пельтье приводит к его быстрому
износу, так как элемент испытывает пиковые нагрузки при включении и отключении, что сокращает ресурс его работы.
Известно устройство для охлаждения жидкости (патент РФ №2161290, МПК F25D 3/00, B67D 5/62, F28D 1/00, опубл. 2000.12.27), предназначенное для охлаждения напитков в разливочных аппаратах, которое может быть использовано в передвижных прицепах-фургонах, открытых павильонах и барных стойках, находящихся на открытом воздухе. Устройство для охлаждения жидкости, где жидкость транспортируется по трубчатому продуктопроводу, спиральная часть которого погружена в резервуар с теплоносителем, где установлен змеевик испарителя холодильной машины с намороженным запасом льда, насос и лопастной винт, связанный с приводом вращения, при этом насос сообщается с теплоносителем и соединен с петлевым трубопроводом, сложенным вдвое, свободный конец которого сообщен с резервуаром, причем петлевой трубопровод помещен внутри теплоизолированного трубчатого коллектора, где примыкает к выходному продуктопроводу, и последний связан с автономным внешним механизмом подачи жидкости.
Известна установка для получения горячей и охлажденной питьевой воды (патент РФ №2121635, МПК F25D 9/00, F25B 21/02, опубл. 1999.03.27), которая предназначена для удовлетворения потребностей населения в чистой питьевой воде. Установка для получения горячей и охлажденной питьевой воды содержит корпус, бак горячей и бак охлажденной воды, снабженные соответственно блоком нагрева и блоком охлаждения, последний из которых выполнен на основе, по меньшей мере, одного термоэлектрического модуля, представляющего собой элемент Пельтье, холодная поверхность которого служит генератором холода, а горячая поверхность снабжена системой отвода тепла, обеспечивается параллельный нагрев и охлаждение большого количества порций воды Установка содержит источник воды, гидравлически связанный с баком горячей и охлажденной воды, при этом бак охлажденной воды предназначен и для проточной воды и имеет перегородку для отделения
поступающей от источника проточной воды от охлаждаемой, причем верхняя часть указанного бака, содержащая проточную воду, гидравлически связана с нижней частью бака с охлажденной водой и с помощью магистрали с баком горячей воды, и баки подсоединены трубопроводами к соответствующим кранам горячей и охлажденной воды, выведенным на лицевую панель корпуса. Термоэлектрический модуль установлен на стенке бака проточной и охлажденной воды, и его холодная поверхность имеет непосредственный тепловой контакт с поверхностью бака. Холодная поверхность термоэлектрического модуля имеет непосредственный тепловой контакт с охлаждающей тепловой трубой, преимущественная часть которой размещена внутри бака с проточной и охлажденной водой. Система отвода тепла представляет собой охлаждающий радиатор, снабженный вентилятором и выполнена в виде горячей тепловой трубы. Горячая тепловая труба системы отвода тепла установлена на магистрали, гидравлически связывающей источник воды с баком горячей воды для предварительного ее подогрева. Источник воды представляет собой сменный резервуар - система централизованного водоснабжения, трубопровод которой подведен к баку проточной и охлажденной воды и снабжен регулятором поддержания уровня воды в баке.
Известно «Бытовое охлаждающе-нагревающее устройство для жидкостей» (заявка RU №2002113149, МПК F25D 3/00, опубл. 2004.03.27). Устройство состоит из двух условно разделенных частей: охлаждающе-нагревающей и охлаждаемо-нагреваемой, помещенных в пластмассовый корпус с малым коэффициентом термопередачи или дополнительно термоизолированный корпус, устанавливаемый на подставку со совмещением штекерного разъема между ними, охлаждающе-нагревающая составная часть включает в себя изготовленный из металла с хорошей теплопередачей, имеющий внутри ребра теплопередачи, выведенный из вентиляторного отсека, воздуховод. Вентиляторный отсек выполнен под прямым углом к воздуховоду и имеет: отверстие подсоса воздуха закрытое
заглушкой, связанной с проволочкой, изготовленной из металла с памятью формы, сверху пятипозиционный переключатель и прозрачный колпачок с сигнальными светодиодами внутри, которые есть возможность заменить для слепых и слабовидящих людей на звуковоспроизводящие электронные устройства, в сам отсек встроен вентилятор, а к отсеку приделана ручка с маленьким отверстием в воздушном выходном тракте, с выходным воздушным отверстием на верхней части ручки и рассекателем воздушной струи над ним, на сочленении ручки и корпуса, между двух частей устройства имеется входное, воздушное отверстие, охлаждаемо-нагреваемая составная часть устройства включает в себя теплоизолированную емкость, изготовленную из металла с хорошей теплопередачей и годного для контакта с пищевыми продуктами, которая имеет встроенные в дно двухпозиционные термореле и выведенную на теплоизолирующий корпус прозрачную уровневую трубку с уровневым шариком внутри, сверху емкость закрывается теплоизолирующей крышкой на шарнире, в которую встроено двухпозиционное реле уровня с отходящей от него ко дну емкости легкосъемной трубочкой, которое имеет возможность заменить на фотооптический момент, и миниатюрный светодиод, установленные с двух сторон нижней части прозрачной уровневой трубки с моментом срабатывания при попадании между ними уровневого шарика, а также может быть заменено на герконовый срабатыватель, при этом уровневый шарик выполняется из магнитного материала, но с положительной плавучестью, между воздуховодом и емкостью, с качественным сопряжением с ними, один над другим, установлены относящиеся к охлаждающе-нагревающей части устройства два термомодуля Пельтье, верхний из которых предназначен для охлаждения жидкостей в емкости, а нижний для нагрева, для удешевления устройства в нем может быть смонтирован один термомодуль в нижней части емкости, и тогда для выполнения режимов конвекции устройство может быть дополнено съемным, перфорированным на всю высоту емкости, и прилегающим к месту сопряжения термомодуля и емкости сегментом, в
виде разрезанной вдоль трубы, причем перфорация должна быть выполнена в виде перевернутой шинковки, но с прямой частью кармана и выпуклой стороной обращенной в емкость, а также устройство может быть дополнено электродвигателем в крышке со спускающегося от него ко дну емкости съемной штангой с перемешивающими лопастями на конце, или дополнено электромагнитной катушкой-статором, ротором которой служит укладываемый свободно на дно емкости линейный магнит, электропитание вентилятора, термомодулей и сигнальных светодиодов осуществляется от электросети или переносного электроисточника через блок питания, перед которым смонтировано скомпонованное с ним таймерное устройство, через штекерный разъем, пятипозиционный переключатель, двухпозиционные термореле и двухпозиционное реле уровня.
Известно устройство для охлаждения воды (заявка №2004129624, МПК C02F 3/00, опубл. 2006.03.10, заявитель СТРИКС ЛИМИТЕД (Великобритания), ближайшее по технической сущности к заявляемому устройству и принятое за прототип. Устройство для охлаждения жидкости содержит резервуар для необработанной воды, фильтр, присоединенный к указанному резервуару, и основную емкость для приема и хранения обработанной воды, при этом основная емкость содержит термоэлектрические средства охлаждения для отвода тепла от обработанной воды в основной емкости и для охлаждения тем самым воды. Термоэлектрические средства охлаждения установлены на боковой стенке сосуда или в боковой стенке таким образом, что в процессе функционирования сосуда они способствуют циркуляции охлаждаемой воды внутри сосуда. Термоэлектрические средства охлаждения установлены в вырезе, выполненном в указанной боковой стенке. Корпус сосуда, по меньшей мере, в зоне, предназначенной для хранения обработанной воды, содержит теплоизолирующий материал. Термоэлектрические средства охлаждения содержат элемент Пельтье. Средства охлаждения содержат теплопоглотитель, установленный внутри сосуда. Теплопоглотитель
установлен непосредственно на элементе Пельтье. Теплопоглотителю придана форма, способствующая усилению циркуляции воды внутри сосуда. Теплопоглотитель содержит набор штифтов. Средства охлаждения дополнительно содержат на своей горячей стороне теплорассеивающий элемент. Теплорассеивающий элемент установлен в непосредственном контакте с элементом Пельтье и частично закрыт накладкой. Накладка, по меньшей мере, частично определяет полость, снабженную отверстиями, которые расположены с взаимным пространственным смещением в верхней и нижней зонах сосуда, так что при функционирующем сосуде воздух всасывается в полость в ее нижней части, отводит тепло от теплорассеивающего элемента и выводится из полости через ее верхнюю сторону. Накладка выполнена заодно с ручкой сосуда. Теплорассеивающий элемент расположен, по существу, по всей длине полости и снабжен вентилятором для увеличения воздушного потока через теплорассеивающий элемент. Сосуд снабжен сливным устройством, выполненным с возможностью забора жидкости со дна сосуда, сливное устройство включает в себя вертикальный канал, сообщающийся с зоной у дна сосуда. Вертикальный канал, по меньшей мере, частично сформирован разделительной стенкой, расположенной внутри сосуда, а разделительная стенка выполнена заодно с резервуаром для воды. Сливное устройство сформировано разделительной стенкой, расположенной внутри сосуда и заканчивающейся под указанным резервуаром. Профиль разделительной стенки согласован с профилем сосуда. Термоэлектрические средства охлаждения выполнены с возможностью охлаждения жидкости преимущественно у дна сосуда. Сосуд содержит асимметричный теплопоглотитель, большая часть охлаждающей поверхности которого расположена в нижней части сосуда. В основной емкости сосуда имеется горизонтальная разделяющая стенка, разбивающая основную емкость сосуда на верхнюю и нижнюю части, сообщающиеся между собой. Верхняя и нижняя части сообщаются между собой вблизи термоэлектрических средств
охлаждения. Горизонтальная разделяющая стенка и разделительная стенка, формирующая сливное устройство, выполнены как единое целое в виде вкладыша, помещенного внутрь корпуса сосуда. Горизонтальная разделяющая стенка снабжена опорными средствами, обеспечивающими ее установку на расстоянии от основания сосуда. Сосуд выполнен с возможностью охлаждения воды до температуры, которая на 10-15°С ниже окружающей температуры. Электропитание сосуда осуществляется от сети, причем сосуд содержит источник питания, преобразующий сетевое напряжение в постоянное напряжение, требуемое для элемента Пельтье. Источник питания выполнен бесшнуровым и содержит корпус с основной емкостью и подставку. Забор охлажденной жидкости осуществляется через сливное устройство со дна сосуда.
Однако известное устройство не обеспечивает необходимый перепад температур и ее невозможно использовать для подачи в автомат дозированного розлива охлажденных напитков, так как эффективность элемента Пельтье невелика.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемая полезная модель заключается в снижении энергетических затрат и времени на охлаждение воды при выходе на расчетную дельту температур, повышение термоэлектрического эффекта элемента Пельтье, повышение срока его службы.
Технический результат достигается тем, что в установке для охлаждения питьевой воды содержащей емкость со встроенным на ее боковой стенке термоэлектрическим элементом Пельтье, в непосредственном контакте с которым с внутренней стороны емкости установлен теплопоглощающий элемент, а с наружной стороны - теплорассеивающий элемент с вентилятором, каналы для подачи теплой и забора охлажденной воды, теплорассеивающий и теплопоглощающий элементы выполнены в виде радиаторов соответственно для утилизации тепла и охлаждения, установка снабжена электронной платой включающей импульсный источник
питания, логическую систему управления нагрузкой элемента Пельтье, систему управления оборотами вентилятора, а внутри емкости установлен малоинерционный прецизионный датчик температуры.
Радиаторы для утилизации тепла и для охлаждения воды выполнены из алюминия с соотношением площадей их поверхностей соответственно 1:27, а поверхности радиаторов в месте их крепления к элементу Пельтье имеет чистоту обработки не ниже 8 класса точности.
Каналы для подачи теплой и забора охлажденной воды выполнены в виде трубопроводов, входное сечение трубопровода теплой воды расположено в верхней части емкости, а входное сечение трубопровода забора холодной воды - вблизи дна.
Установка выполнена с возможностью охлаждения воды до температуры не ниже 0°С и не выше 4°С.
На фигуре представлена схема установки для охлаждения воды.
Установка содержит емкость дозированного объема 1 с теплоизоляцией 2 и со встроенным на ее боковой стенке термоэлектрическим элементом Пельтье 3. В непосредственном контакте с элементом Пельтье 3 с внутренней стороны емкости дозированного объема 1 установлен теплопоглощающий элемент 4, а с наружной стороны - теплорассеивающий элемент 5 с вентилятором 6 и защитной решеткой вентилятора 7. Питьевая вода комнатной температуры поступает в емкость дозированного объема 1 через канал для подачи теплой воды - трубопровод 8, забор охлажденной воды осуществляют через канал - трубопровод 9. Установка снабжена электронной платой 10, включающей импульсный источник питания, логическую систему управления нагрузкой элемента Пельтье 3, систему управления оборотами вентилятора 6. Импульсный источник питания, логическая система управления нагрузкой элемента Пельтье 3, система управления оборотами вентилятора 6 на фигуре не показаны. Внутри емкости 1 установлен малоинерционный прецизионный датчик температуры 11. Теплопоглощающий 4 и теплорассеивающий 5 элементы выполнены в виде
радиаторов соответственно для охлаждения и утилизации тепла. Радиаторы для утилизации тепла 5 и для охлаждения воды 4 выполнены из алюминия и с соотношением площадей их поверхностей соответственно 1:27. Соотношение площадей радиаторов определяется из соотношения коэффициентов теплопроводности воды и воздуха. Теплопроводность воды -0,599, теплопроводность воздуха - 0,0226, их соотношение составляет 26,5. Следовательно, оптимальным является соотношение площадей поверхностей радиаторов для утилизации тепла 5 и для охлаждения 4 соответственно 1:27.
Поверхности радиаторов 4, 5 в местах их крепления к элементу Пельтье 3, обработаны с чистотой не ниже 8 класса точности, что увеличивает термоэлектрический эффект элемента Пельтье 3. Подвод теплой воды происходит в верхней части емкости дозированного объема 1, а забор охлажденной воды - вблизи дна.
Работает установка следующим образом.
Для отведения тепла и охлаждения воды до достижения средней температуры в емкости не ниже 0°С и не выше +4°С используют термоэлектрический эффект элемента Пельтье. Управляют процессом охлаждения воды комнатной температуры, путем регулирования мощности на элементе Пельтье и отвода тепла от него. Ведут постоянный контроль температуры в емкости дозированного объема с охлаждаемой водой.
Питьевая вода комнатной температуры поступает в емкость дозированного объема 1 через канал для подачи теплой воды - трубопровод 8. При включении установки температура воды в емкости дозированного объема 1 равняется комнатной, примерно +25°С. От импульсного источника питания на элемент Пельтье подается питание 3+12,6 вольт. Вентилятор 6 работает в режиме максимальной мощности. Температура воды в емкости 1 понижается. Начинается расслоение воды. Вода с более низкой температурой скапливается внизу емкости 1, а вода с более высокой температурой - вверху. При достижении температуры воды в емкости 1 на уровне радиатора 4 равной +4,3°С начинается процесс обратной конвекции, то есть вода, охлажденная
внутри ребер радиатора 4 до температуры менее +4°С градусов Цельсия, ввиду того, что она менее плотная, чем окружающая радиатор 4 вода, начинает подниматься наверх емкости 1. Срабатывает логическая система управления нагрузкой 10 элемента Пельтье 3 и снижается напряжение на элементе Пельтье 3, во избежание обмерзания радиатора, и одновременно срабатывает система управления оборотами вентилятора 6, снижая его обороты. Процесс обратной конвекции воды нарастает, т.к. нижняя часть емкости 1 заполнена холодной водой с температурой +4°С, следовательно, самой плотной. Более холодная вода, с температурой ниже, чем +4°С и менее плотная, начинает скапливаться в верхней части емкости 1. Причем ввиду того, что конвекция воды не прекращается, происходит непрерывное перемешивание воды. Продолжается процесс снижения напряжения на элементе Пельтье 3 и снижения оборотов вентилятора 6. Этот процесс (снижения мощности) продолжается до тех пор, пока не наступает тепловой баланс между поступающим снаружи теплом и холодом, поступающим от радиатора 4, расположенного внутри емкости 1. Как только тепловой баланс достигнут, электронная плата 10 продолжает его поддерживать исходя из того, что средняя температура внутри емкости 1 не должна опускаться ниже 0 градусов и подниматься выше +4°С в, элемент Пельтье не отключается.
При достижении заданной температуры происходит забор холодной воды через канал - трубопровод 9, вход в который расположен вблизи дна емкости 1. Питание на элементе Пельтье 3 не отключается и он не испытывает пиковые нагрузки при включении и отключении. В емкость дозированного объема 1 через канал для подачи теплой воды - трубопровод 8 поступает равное количеству забранной холодной воды количество теплой (комнатной температуры) воды. Прецизионный датчик температуры NTC 11 определяет изменение (повышение) общей температуры воды в емкости 1, электронная плата 10 управления выдает команду на увеличение мощности на элементе Пельтье 3 и на увеличение оборотов вентилятора 6 вплоть до максимальных, чтобы как можно быстрее компенсировать повышение температуры. Далее
алгоритм работы повторяется снова.
Таким образом, предлагаемая установка охлаждения питьевой воды для автоматов дозированного разлива напитков позволяет существенно увеличить термоэлектрический эффект элемента Пельтье, что дает возможность снижать температуру в емкости ниже 4°С и решить проблему термического расслоения воды в емкости, сделать температуру воды более однородной, при этом не прибегая к механическим средствам перемешивания воды, что удешевляет конструкцию и делает ее более надежной. Снижаются энергетические затраты и уменьшается время на охлаждение воды при выходе на расчетную дельту температур, что дает возможность использовать предлагаемую установку для подачи охлажденной воды в автоматы дозированного разлива напитков независимо от температуры окружающей среды. Кроме того, работая без частых отключений элемент Пельтье не испытывает пиковых нагрузок при включении и отключении, что увеличивает ресурс его работы.