説明

給水器

【課題】熱伝達および熱交換品質の良い給水器を提供する。
【解決手段】給水器は、注水システムと、飲用水貯留システムと、熱交換水システムと、冷却システムと、加熱システムと、排水システムとを含む。飲用水貯留システムは、注水システムと連結する。冷却システムは、飲用水貯留システムと連結し、水冷却タンクおよび第1熱電素子を含む。第1熱電素子の冷却側は、水冷却タンクと接触する。飲用水貯留システムと連結した加熱システムは、低温水加熱タンクおよび第2熱電素子を有する。第2熱電素子の加熱側は、低温水加熱タンクと連結する。熱交換システムは、注水システム、第1熱電素子の加熱側および第2熱電素子の冷却側を接続する。排水システムは、加熱システムと冷却システムを接続する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、給水器(water dispenser)に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に、市販の給水器は、温度制御機能によって2つのカテゴリーに分類される。1つは熱湯‐常温水の2段階タイプであり、もう1つは熱湯‐常温水‐冷水の3段階タイプである。慣例に基づくと、飲用水の温度は、大まかに3つの範囲に分けられる。冷水は、4℃〜8℃の範囲であり、常温水は、室温から50℃の範囲であり、熱湯は、50℃から95℃の範囲である。従来の給水器は、ヒーター(heater)によって水が加熱され、コンプレッサ(compressor)によって水が冷却される。このタイプの給水器は、加熱効率が悪い、使用する冷却剤が環境に優しくない、重い、大きい、騒音や振動の問題といった欠点を有する。
【0003】
新しいタイプの給水器の中には、例えば、台湾特許第I296473号のように、熱電素子(thermoelectric element)を使用して冷水を作るものもある。加熱や冷却を行う時は、熱電素子内の電気キャリア(electrical carrier)の熱エネルギー移動に依存するだけでよく、機械装置は作動しない。このシステムは、安定性が高く、メンテナンス要求が低いため、小型家電への応用に大変優れている。熱電素子を使用して加熱する場合、冷却側の熱交換メカニズムも設計しなければならない。空気熱交換器は、熱電素子の冷却側にヒートシンクを備え、ファンシステムにより熱を放散する。しかし、空気熱交換システムは、本質的に、流体熱交換システムよりも熱交換効率が低い。熱電素子の2つの側が水冷却タンクと水加熱タンクに直接取り付けられるため、熱電素子が作動している間に、温水タンクの飲用水の加熱と水冷却タンクの飲用水の冷却を同時に行うことができる。しかし、熱電チップの2つの側にある冷却と加熱の条件が不均衡になると、熱電素子は正常に機能しないため、現在、実際の商品はまだ市場で販売されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】台湾特許第I296473号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、熱伝達および熱交換品質が低いという先行文献の欠陥を解決することのできる給水器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
1つの実施形態中、給水器は、注水システムと、飲用水貯留システムと、熱交換水システムと、冷却システムと、加熱システムと、排水システムとを含む。飲用水貯留システムは、注水システムと連結する。冷却システムは、水冷却タンクと、第1熱電素子とを含み、飲用水貯留システムと連結する。第1熱電素子の冷却側は、水冷却タンクと接触する。水加熱システムには2つの温度段階がある。第1温度段階水加熱タンクおよび第2熱電素子は、飲用水貯留システムと連結する。第2熱電素子の加熱側は、第1段階水加熱タンクと連結する。熱交換システムは、注水システム、第1熱電素子の加熱側および第2熱電素子の冷却側を接続する。排水システムは、加熱システムと冷却システムを接続する。
【発明の効果】
【0007】
したがって、本発明の給水器は、独立した冷却システムと加熱システムが水冷却システムを共有するため、安定性と優れた放熱効果を維持し、供給する水の品質を確保することができる。
【0008】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態に係る給水器を示した概略図である。
【図2】本発明の別の実施形態に係る浄水システムを有する給水器を示したものである。
【図3】図2の第1熱電素子を示した概略図である。
【図4】図2の第1熱電素子を示した別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1は、本発明の実施形態に係る給水器を示した概略図である。図1を参照すると、給水器1000の実施形態は、注水システム1100と、飲用水貯留システムS12と、熱交換水システム1200と、冷却システム1300と、加熱システム1400と、排水システム1500とを含む。飲用水貯留システムS12は、注水システム1100と連結する。冷却システム1300は、水冷却タンク1320と、第1熱電素子1310とを含み、飲用水貯留システムS12と連結する。第1熱電素子1310の冷却側は、水冷却タンク1320と直接接触する。加熱システム1400は、低温度水加熱タンク1420と、第2熱電素子1410とを含み、飲用水貯留システムS12と連結する。第2熱電素子1410の加熱側は、低温度水加熱タンク1420と直接接触する。第1および第2熱電素子1310および1410の熱交換水システム1200は、注水システム1100と連結し、第1熱電素子1310の加熱側および第2熱電素子1410の冷却側にも連結する。排水システム1500は、加熱システム1400と冷却システム1300を接続する。
【0011】
本実施形態の給水器1000において、第1熱電素子1310の冷却側は、冷却システム1300の水冷却タンク1320と接触し、第1熱電素子1310の加熱側(放熱側)は、熱交換水システム1200と連結し、実質的に、第1熱電素子1310は、熱交換水システム1200によって供給された冷水を使用して、加熱側(放熱側)から熱を除去することによって通常機能を維持する。そのため、第1熱電素子1310は、環境を維持しつつ、且つ絶え間なく、水冷却タンク1320内の水を冷却することができる。また、第2熱電素子1410の冷却側も、熱交換水システム1200と連結し、第2熱電素子1410は、熱交換水システム1200によって供給された冷水を使用して、第2熱電素子1410の冷却側に熱を提供することによって通常機能を維持する。加熱システム1400の低温水加熱タンク1420と接触する第2熱電素子1410の加熱側を使って、第2熱電素子1410は、環境を維持しつつ、且つ絶え間なく、加熱システム1400の低温水加熱タンク1420の水を加熱し、熱湯を生成する。冷却システム1300および加熱システム1400は、独立した熱電素子および熱交換装置を有するため、加熱システム1400の加熱能力は、冷却システム1300の動作に影響されない。また、冷却システム1300の冷却能力は、加熱システム1400の低温水加熱タンク1420から大量の熱湯が取り出されても、影響を受けない。
【0012】
したがって、本実施形態の給水器1000は、熱湯と冷水の安定した供給を維持し、熱湯と冷水を混ぜることによって常温水を作り出すことができる。さらに、熱電素子は、電気ヒーターやコンプレッサよりも熱交換効率が優れており、低ノイズで、機械損傷がなく、環境にも優しい。熱交換水システム1200の冷却水の温度を適切に管理することによって、第1熱電素子1310および第2熱電素子1410は、良好なシステム効率で加熱と冷却を同時に行うことができる。
【0013】
本実施形態の注水システム1100は、原水注入口(raw water inlet)1120、純水注入口(pure water inlet)1110および排水口(drainage outlet)1130を水源と接続する。しかし、別の実施形態において、注水システムは、1つまたはそれ以上の種類の水注入口および排水口を含んでもよい。本実施形態の加熱システム1400は、第2熱電素子1410と、低温水加熱タンク1420と、高温水加熱タンク1430と、浸漬型電気ヒーター(immersion-type electrical heater)1440とを有する。本実施形態の熱交換水システム1200は、熱交換水貯水槽1210を有する。本実施形態の排水システム1500は、冷水制御弁1530と、温水制御弁1520と、熱湯制御弁1510とを有するが、別の実施形態において、排水システムは、2つまたはそれ以上の排水口を有してもよい。冷水制御弁1530は、水冷却タンク1320と連結する。本実施形態の給水器1000は、さらに、浄水システム1600と、複数の水ポンプ1700と、複数の管路1800と、複数の制御弁1900と、複数の水位モニタ1910と、複数の温度センサ1920とを有する。制御弁1900は、水路を介して水流を制御し、水ポンプ1700は、加圧により水を輸送する。以下、上述した構成要素間の接続、およびいくつかの構成要素の詳しい構造について説明する。
【0014】
外部の純水注入口1110は、管路1800および制御弁1900を介して、飲用水貯留システムS12に連結する。純水注入口1110を流れて運び込まれた水は、給水器1000の中に入る前に浄化される。原水注入口1120は、管路1800および制御弁1900を介して熱交換水貯水槽1210に直接連結する。原水注入口1120は、管路1800を介して浄水システム1600を接続する。原水注入口1120は、熱交換水貯水槽1210を管路1800および制御弁1900と接続する。原水注入口1120は、管路1800を介して飲用水貯留システムS12に連結する。熱交換水貯水槽1210に運び込まれた水は、熱交換冷却水の補充と、水温の調整も行う。排水口1130は、管路1800および制御弁1900を使って熱交換水貯水槽1210、水冷却タンク1320および高温水加熱タンク1430に連結し、熱交換水貯水槽1210、水冷却タンク1320および高温水加熱タンク1430内の水を排水して、清浄と搬送を容易にする。
【0015】
浄水システム1600は、注水システム1100と熱交換水システム1200の間に設置され、管路1800と連結する。浄水システム1600は、逆浸透(reverse osmosis)システムまたは他の種類の浄水システムであってもよい。本発明の浄水システム1600は、3片式の逆浸透膜式飲用水浄水器であり、綿フィルタ1610と、逆浸透フィルタ1620と、後置活性炭素フィルタ1630とを含む。運び込まれた水は、綿フィルタ1610に搬送され、砂や砂粒をろ過してから、制御弁1900を介して逆浸透フィルタ1620に入り、細菌、化合物、重金属などをろ過する。ここで、制御弁1900は、システム内の水貯留を制御するために使用される。最後に、後置活性炭素フィルタ1630を介して異臭を除去して、飲用水浄化プロセスが完了する。逆浸透フィルタ1620を介して水ろ過により生じた汚水は、熱交換水貯水槽1210に搬送される。
【0016】
図1の浄水システム1600を図2の浄水システム2600に置き換えてもよい。浄水システム2600は、綿フィルタ2610と、活性炭素フィルタ2620と、小粒径綿フィルタ2630と、逆浸透フィルタ2640と、後置活性炭素フィルタ2650とを含む。運び込まれた水は、綿フィルタ2610、活性炭素フィルタ2620および小粒径綿フィルタ2630を介して不純物をろ過し、水ポンプ1700によって逆浸透フィルタ2640の中に加圧され、さらに、後置活性炭素フィルタ2650に搬送されて異臭を取り除くことによって、さらなる飲用水浄化プロセスが完了する。
【0017】
熱交換水貯水槽1210は、浄水システム1600によって生じた汚水、または原水注入口1120によって運び込まれた水を貯留するために使用される。水位モニタ1950は、熱交換水貯水槽1210内の水位を検出し、制御弁1900を制御して、適時に水の補充や排水を行うために使用される。温度センサ1920は、熱交換水貯水槽1210内の水の温度を検出するために使用される。制御弁1900は、水温が高すぎる時に、高温の水を排水し、低温の水を補充するよう起動される。
【0018】
本発明の実施形態において、飲用水貯留システムS12は、内蔵オリフィス板(integral orifice plate)1322によって水冷却タンク1320から分離される。飲用水貯留システムS12は、浄化された飲用水を貯留するために使用され、浄水システム1600を管路1800と接続する。飲用水貯留システムS12は、また、管路1800および制御弁1900を介して純水注入口1110と連結し、給水器1000に入る前に処理された浄化済み飲用水を運び込む。水冷却タンク1320は、冷水を貯留するために使用される。内蔵オリフィス板1322は、多数の孔を含み、飲用水貯留システムS12および水冷却タンク1320と連結して、水冷却タンク1320への水の補充を容易にするとともに、断熱層として使用して、熱対流が水冷却タンク1320によって冷却中の水温分布に影響を与えないようにしてもよい。水位モニタ1910は、飲用水貯留システムS12の水位を検出し、さらに、飲用水貯留システムS12の水位を制御弁1900の開閉によって規制するために使用される。飲用水貯留システムS12は、水補充カバープレート1324を有し、外部の飲用水を追加する時に開けたり、飲用水貯留システムS12内の飲用水の純度を保護するために閉めたりすることができる。飲用水貯留システムS12は、管路1800を介して低温水加熱タンク1420と連結することによって、低温水加熱タンク1420が加熱用の飲用水を補充できるようにし、飲用水貯留システムS12の水位モニタ1910を共有して部品の数を節減する。飲用水貯留システムS12と低温水加熱タンク1420を連結する管路1800は、温水を提供するために温水制御弁1520にも連結する。
【0019】
第1熱電素子1310は、水冷却タンク1320に取り付けられる。図3および図4を参照すると、本実施形態の第1熱電素子1310は、ベースプレート1312と、少なくとも1つの熱電チップ1314と、カバープレート1316と、シールリング(seal ring)1318とを含む。本実施形態は、例えば、2つの熱電チップ1314を含むが、1つまたはそれ以上であってもよい。さらに、図3において、わかりやすく説明するために同時に2つの視角のベースプレート1312を示しているが、ベースプレート1312は、実際には1つである。ベースプレート1312は、互いに向かい合う第1表面1312Aと第2表面1312Bを有する。第2表面1312Bは、第1流体干渉経路(flow interference channel)1312Cを有する。熱電チップ1314は、ベースプレート1312の第1表面1312Aに取り付けられ、水冷却タンク1320と直接接触する。カバープレート1316は、ベースプレート1312の第2表面1312Bに組み立てられる。第2表面1312Bに面するカバープレート1316の表面は、第2流体干渉経路1316Aを有する。カバープレート1316は、また、熱交換水システム1200と連結する水注入口1316Bおよび水排水口1316Cを有する。シールリング1318は、カバープレート1316とベースプレート1312の間に取り付けられる。ベースプレート1312およびカバープレート1316の材料は、銅やアルミナ等の高熱伝導率を有するものが好ましい。ベースプレート1312およびカバープレート1316は、ネジまたはその他の手段で固定されてもよい。シールリング1318は、冷却水が外にこぼれないようにカバープレート1316とベースプレート1312の間の空間を密閉するために使用される。第1流体干渉経路1312Cおよび第2流体干渉経路1316Aは、冷却水の揺動(fluctuation)を増やすことによって、熱交換効率を増加させることができる。
【0020】
ベースプレート1312、カバープレート1316および内部冷却水は、熱電チップ1314の加熱側と熱交換を行い、熱電チップ1314の不良により生じる高温を防止する。通常の操作状況では、水冷却タンク1320の温度は、熱電チップ1314によって下げられる。水冷却タンク1320内の水温は、温度センサ1920によって監視され、熱電チップ1314のオン/オフを制御する。水注入口1316Bは、水ポンプ1700、管路1800および制御弁1900を介して熱交換水貯水槽1210と連結し、熱交換水を運び込む。水排水口1316Cは、管路1800を介して熱交換水貯水槽1210と連結し、冷水を熱交換水貯水槽1210に送り出して再利用する。
【0021】
第2熱電素子1410は、低温水加熱タンク1420に外付けされる。第2熱電素子1410の構成は、第1熱電素子1310と同じであるため、ここでは繰り返し説明しない。第2熱電素子1410の冷却側は、水ポンプ1700、管路1800および制御弁1900を介して熱交換水貯水槽1210と連結する。第2熱電素子1410の冷却側の温度を上げることによって、第2熱電素子1410の熱交換効率を上げる。通常操作では、第2熱電素子1410の加熱側を利用して低温水加熱タンク1420の温度を上げることによって、加熱効果を得ることができる。第2熱電素子1410の冷却側も、熱交換水貯水槽1210と管路1800を連結する。熱交換水は、熱交換水貯水槽1210に送り出されて、再利用される。低温水加熱タンク1420内の水温は、温度センサ1920によって監視され、熱電チップ1314のオン/オフを制御する。制御弁1900および管路1800は、低温水加熱タンク1420と高温水加熱タンク1430を連結し、高温水加熱タンク1430内の飲用水を補充する。低温水加熱タンク1420は、圧力リリーフ弁(pressure relief valve)1422を有し、低温水加熱タンク1420内の圧力の均衡を保つ。
【0022】
高温水加熱タンク1430は、低温水加熱タンク1420から熱湯が作り出された後の第2加熱段階である。浸漬型電気ヒーター1440は、熱源として、高温水加熱タンク1430内に配置される。第2熱電素子1410の加熱能力係数が1.0以下の時、浸漬型電気ヒーター1440を用いてより高温の熱湯を作る。温度センサ1920は、高温水加熱タンク1430内に設置され、浸漬型電気ヒーター1440のオン/オフを制御する。水位モニタ1910も高温水加熱タンク1430内に設置され、低温水加熱タンク1420と連結した制御弁1900の開閉を制御する。加熱システム1400は、例えば、圧力平衡管1450をさらに有する。圧力平衡管1450は、低温水加熱タンク1420および高温水加熱タンク1430と連結し、低温水加熱タンク1420の圧力リリーフ弁1422を用いて、高温水加熱タンク1430内の圧力の均衡を保つ。高温水加熱タンク1430は、管路1800を介して熱湯制御弁1510と連結し、熱湯を提供する。
【0023】
以上のように、本発明の給水器は、冷却システムと加熱システムがそれぞれの熱電素子を用いて冷却処理と加熱処理を独立して行う。さらに、冷却システムと加熱システムは熱交換水システムを共有するため、安定し、且つ優れた飲用水の温度制御を維持することができる。
【0024】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【0025】
1000 給水器
1100 注水システム
1110 純水注入口
1120 原水注入口
1130 排水口
1200 熱交換水システム
1210 熱交換水貯水槽
1300 冷却システム
1310 第1熱電素子
1312 ベースプレート
1312A 第1表面
1312B 第2表面
1312C 第1流体干渉経路
1314 熱電チップ
1316 カバープレート
1316A 第2流体干渉経路
1316B 水注入口
1316C 水排水口
1318 シールリング
1320 水冷却タンク
1322 内蔵オリフィス板
S12 飲用水貯留システム
1324 水補充カバープレート
1400 加熱システム
1410 第2熱電素子
1420 低温水加熱タンク
1422 圧力リリーフ弁
1430 高温水加熱タンク
1440 浸透型電気ヒーター
1450 圧力平衡管
1500 排水システム
1510 熱水制御弁
1520 温水制御弁
1530 冷湯制御弁
1600、2600 浄水システム
1610、2610 綿フィルタ
1620、2640 逆浸透フィルタ
1630、2650 後置活性炭素フィルタ
2620 活性炭素フィルタ
2630 小粒径綿フィルタ
1700 水ポンプ
1800 管路
1900 制御弁
1910 水位モニタ
1920 温度センサ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
注水システムと、
前記注水システムと連結した飲用水貯留システムと、
前記飲用水貯留システムと連結し、水冷却タンクおよび第1熱電素子を含み、前記第1熱電素子の冷却側が前記水冷却タンクと接触した冷却システムと、
前記飲用水貯留システムと連結し、低温水加熱タンクおよび第2熱電素子を含み、前記第2熱電素子の加熱側が前記低温度水加熱タンクと接触した加熱システムと、
前記注水システム、前記第1熱電素子の加熱側および前記第2熱電素子の冷却側と連結し、前記第1および第2熱電素子に用いる熱交換水システムと、
前記加熱システムと前記冷却システムを接続する排水システムと
を含む給水器。
【請求項2】
前記注水システムと前記飲用水貯留システムの間に接続された浄水システムをさらに含む請求項1に記載の給水器。
【請求項3】
前記浄水システムが、逆浸透システムである請求項2に記載の給水器。
【請求項4】
前記注水システムが、前記浄水システムと連結した原水注入口を有する請求項2に記載の給水器。
【請求項5】
前記注水システムが、前記熱交換水システムと連結した排水口を有する請求項1に記載の給水器。
【請求項6】
前記注水システムが、前記飲用水貯留システムと連結した純水注入口を有する請求項1に記載の給水器。
【請求項7】
前記排水システムが、前記水冷却タンクと連結した冷水制御弁を有する請求項1に記載の給水器。
【請求項8】
前記飲用水貯留システムが、内蔵オリフィス板によって区分けして前記水冷却タンクと連結した請求項1に記載の給水器。
【請求項9】
前記排水システムが、前記低温水加熱タンクと連結した熱湯制御弁を有する請求項1に記載の給水器。
【請求項10】
前記加熱システムが、さらに、高温水加熱タンクおよび浸漬型電気ヒーターを含み、前記高温水加熱タンクが前記低温水加熱タンクと連結し、前記浸漬型電気ヒーターが前記高温水加熱タンク内に配置された請求項1に記載の給水器。
【請求項11】
前記加熱システムが、さらに、前記低温水加熱タンクと前記高温水加熱タンクを接続する圧力平衡管を有し、前記低温水加熱タンクが圧力リリーフ弁を有する請求項10に記載の給水器。
【請求項12】
前記低温水加熱タンクが、圧力リリーフ弁を有する請求項1に記載の給水器。
【請求項13】
前記排水システムが、前記飲用水貯留システムと連結した温水制御弁を有する請求項1に記載の給水器。
【請求項14】
前記第1熱電素子が、
相対する第1表面および第2表面を有し、前記第2表面が第1流体干渉経路を有するベースプレートと、
前記ベースプレートの前記第1表面に取り付けられた少なくとも1つの熱電チップと、
前記ベースプレートの前記第2表面に組み立てられ、表面が第2流体干渉経路を有する前記ベースプレートの前記第2表面に面し、前記熱交換水システムと連結した注水口および排水口を有するカバープレートと、
前記カバープレートと前記ベースプレートの間に取り付けられたシールリングと
を含む請求項1に記載の給水器。
【請求項15】
前記第2熱電素子が、
相対する第1表面および第2表面を有し、前記第2表面が第1流体干渉経路を有するベースプレートと、
前記ベースプレートの前記第1表面に取り付けられた少なくとも1つの熱電チップと、
前記ベースプレートの前記第2表面に組み立てられ、表面が第2流体干渉経路を有する前記ベースプレートの前記第2表面に面し、前記熱交換水システムと連結した注水口および排水口を有するカバープレートと、
前記カバープレートと前記ベースプレートの間に取り付けられたシールリングと
を含む請求項1に記載の給水器。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−44520(P2013−44520A)
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願2012−171674(P2012−171674)
【出願日】平成24年8月2日(2012.8.2)
【出願人】(390023582)財團法人工業技術研究院 (524)
【住所又は居所原語表記】195 Chung Hsing Rd.,Sec.4,Chutung,Hsin−Chu,Taiwan R.O.C
【Fターム(参考)】