申请日2003.04.09
公开(公告)日2009.12.30
IPC分类号C02F1/02; C02F1/461; F24H1/20; C23F13/00; F24H1/10; C02F1/463
摘要
一种水加热器包括限定水加热室壳体，所述壳体的至少一部分是金属的;以及设置在壳体中用于加热水的金属加热元件，其中壳体的金属部分和金属加热元件电连接，壳体的金属部分是阴极，金属加热元件是阳极，电流从金属加热元件流出，通过水，到达壳体的金属部分。还公开了一种用于处理水的系统，其包括水加热器和设置在壳体中用于收集从水中沉积的固体沉积物的收集器。还公开了用于加热和处理水的方法。
権利要求書
1.一种用于处理水的系统，其包括：
具有用于接收未经处理的水的进水管和排出处理过的水的出水管 的壳体，其中所述壳体的至少一部分是金属的，所述壳体包括：
限定包括电加热元件的水处理室的第一容器;以及
包括金属热交换器管的第二容器，
其中电加热元件和金属热交换器管的组合能够充分加热水，以将 未经处理的水中的溶解杂质转换成固体沉积物和气体;以及
设置在壳体中用于收集从水中沉积的固体沉积物的收集器;
其中壳体的金属部分和金属热交换器管电连接，由于壳体金属部 分和金属热交换器管之间通过水进行电化学交换，因此使壳体金属部 分是阴极，而金属热交换器管是阳极。
2.如权利要求1所述的系统，其中壳体的金属部分和金属热交换 器管与直流电压源电连接。
3.如权利要求1所述的系统，其中壳体的金属部分和金属热交换 器管具有不同的表面电势。
4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中第二容器的至少一部 分是壳体的金属部分。
5.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中所述金属热交换器管 包括从含有碳素钢、硅铸铁和碳的一组中选择的物质。
6.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中所述金属热交换器管 包括从含有磁铁矿、铁酸盐的一组中选择的物质。
7.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中所述金属热交换器管 包括含有铂层或混合金属氧化物的钛或铌基质。
8.如权利要求1-3任一项所述的系统，其中电加热元件包括水处 理室内的金属表面。
9.如权利要求8所述的系统，其中第一容器还包括与水处理室内 的电加热元件隔开的位置处的金属电极。
10.如权利要求9所述的系统，其中金属电极和电加热元件的金 属表面具有不同的表面电势。
11.如权利要求9所述的系统，其中金属电极和电加热元件的金 属表面电连接，由于金属电极和电加热元件的金属表面之间通过水进 行电化学交换，因此使金属电极是阴极，电加热元件的金属表面是阳 极。
12.一种用于处理水的方法，其包括：
通过壳体中的进水管将未经处理的水引入壳体中，所述壳体包括 限定水处理室的第一容器和包括金属热交换器管的第二容器，所述第 一容器包括电加热元件，其中第二容器的至少一部分是金属的;
采用电加热元件和金属热交换器管加热引入壳体中的未经处理的 水，以将未经处理的水中的溶解杂质转换成固体沉积物和气体;
第二容器的金属部分和金属热交换器管通过水进行电化学交换， 以使第二容器的金属部分是阴极，金属热交换器管是阳极;以及
收集从水中沉积到设置在壳体中的收集器上的固体沉积物。
13.如权利要求12所述的方法，其中第二容器的金属部分和金属 热交换器管与直流电压源电连接。
14.如权利要求12所述的方法，其中第二容器的金属部分和金属 热交换器管具有不同的表面电势。
15.如权利要求12-14任一项所述的方法，其中所述金属热交换 器管包括从含有碳素钢、硅铸铁和碳的一组中选择的物质。
16.如权利要求12-14任一项所述的方法，其中所述金属热交换 器管包括从含有磁铁矿、铁酸盐的一组中选择的物质。
17.如权利要求12-14任一项所述的方法，其中所述金属热交换 器管包括含有铂层或混合金属氧化物的钛或铌基质。
18.如权利要求12-14任一项所述的方法，其中电加热元件包括 水处理室内的金属表面。
19.如权利要求18所述的方法，其中第一容器还包括与水处理室 内的电加热元件隔开的位置处的金属电极。
20.如权利要求19所述的方法，其中金属电极和电加热元件的金 属表面具有不同的表面电势。
21.如权利要求19所述的方法，其中金属电极和电加热元件的金 属表面电连接，由于金属电极和电加热元件的金属表面之间通过水进 行电化学交换，因此使金属电极是阴极，电加热元件的金属表面是阳 极。
22.如权利要求12-14任一项所述的方法，其中引入壳体中的未 经处理的水首先流经第二容器所述金属热交换器管的外部，经过第一 容器，紧接着去除固体沉积物，然后处理过的水流回第二容器所述金 属热交换器管的内部。
说明书
水处理系统和具有阴极保护的水加热器和水处理方法
技术领域
本发明涉及一种去除杂质的水加热和水处理。更特别地是，本发
明涉及一种在混合后饮料分配器中进行现场(on-premise)水加热和
水处理。
背景技术
在许多应用中每天均需要使用水加热器。水加热器的一个用途是
用在水处理系统中，其中水含有杂质，如过量的重碳酸盐硬度，并且
水经过加热处理并进行过滤。加热水导致诸如重碳酸盐这样的杂质象
固体一样沉淀，因此能够通过过滤去除。然而，当加热器加热水时，
碳酸钙沉淀，并沉积在水加热器的金属加热元件上，形成绝缘层，其
迅速降低了加热元件的热传导率和效率。
碳酸钙沉积在金属加热元件上，这时在接近加热元件的金属表面
上形成大约为8.5的高pH。在该高pH处，钙离子和碳酸盐离子沉淀，
以在金属加热元件表面上形成固体霰石或方解石。
使用化学溶液来克服碳酸钙沉积在水加热器的加热元件上的问
题。例如，化学溶液能够通过降低水中碳酸盐离子浓度的钙离子浓度
来降低水的硬度。
水处理系统的一个用途是用在现场饮料制备(一般适用于混合后
设备)中。在许多地区，局部水源出现卫生问题，因此现场水处理是
必须的。需要用于现场饮料产品的可靠和廉价的水处理系统，但是很
关注在饮料产品中使用化学溶液的问题。因此，需要减少碳酸钙沉积
在水加热元件上，而不使用化学溶液，特别是在现场饮料制品中。
发明内容
本发明通过提供水加热器来实现上述的需要，所述水加热器包括
至少一部分是金属的壳体、设置在壳体中的金属加热元件，壳体的金
属部分和金属加热元件电连接，以便壳体的金属部分起阴极作用，金
属加热元件起阳极作用。更特别地是，壳体限定了水加热室，并且具
有用于接收水的进水管和排出水的出水管。金属加热元件设置在壳体
中以用于加热水。在操作期间，壳体的金属部分是阴极，金属加热元
件是阳极，电流从金属加热元件流出，通过水，到达壳体的金属部分。
电流进入加热元件的金属结构，降低其表面电势，并将金属带进热力
学抗扰区。
电化学交换出现在阴极壳体金属部分和阳极金属加热元件之间，
并在接近阳极金属加热元件的表面处产生H+离子，接近阴极壳体金属
部分的表面处产生OH-离子。因此，接近阳极金属加热元件的表面处
形成低pH，接近阴极壳体金属部分的表面处形成高pH。因为碳酸钙
只在高pH处沉积，因此水中的碳酸钙不会沉积在阳极金属加热元件
上，而是沉积在阴极壳体金属部分上。另外，虽然金属加热元件以电
解反应的形式腐蚀，但是金属加热元件由具有低速率电化学消耗的金
属制成。此外，壳体金属部分不会腐蚀，且能够由廉价腐蚀的金属制
成。因为固体沉积物不会形成在本发明水加热器的金属加热元件上，
所以金属加热元件维持其热传导率和效率，并且水加热器是更有效的、
更可靠的和更廉价的。
本发明也包括水处理系统，其包括上述的水加热器和设置在壳体
中用于收集固体沉积物的的收集器，所述固体沉积物从通过水加热器
壳体限定的水处理室的水中进行沉积。
根据一实施例，壳体金属部分和金属加热元件与整流器或直流电
压源电连接，所述整流器或直流电压源强制壳体金属部分起阴极作用，
强制金属加热元件起阳极作用。在所述的实施例中，壳体金属部分和
金属加热元件彼此直接电接触绝缘。电连接通过整流器或直流电压源。
作为可选择的方案，壳体金属部分和金属加热元件由具有不同表面电
势的金属制成，以便壳体金属部分和金属加热元件与水处理室中的水
一起起电化电池的作用。
壳体金属部分可能是壳体容器本体的一部分，或者可能是从容器
本体延伸入水处理室的金属电极。壳体金属部分起阴极作用，其直接
接触水处理室中的水。另外，壳体包括限定水处理室的第一容器和包
括金属加热元件的第二容器，所述金属加热元件是热交换器管。在一
个实施例中，第一容器包括第一加热元件，第二容器包括第二加热元
件，所述第二加热元件是热交换器管。在阴极保护的情况下设置第一
和第二加热元件。
另外，本发明包括一种用于加热水的方法，其包括通过壳体中的
进水管将水引入由壳体限定的水加热室，并且采用金属加热元件加热
引入水加热室中的水，而且电流从金属加热元件流出，通过水，到达
壳体金属部分，其中壳体的至少一部分是金属的，壳体的金属部分和
金属加热元件电连接，以使壳体的金属部分是阴极，金属加热元件是
阳极。
另外，本发明包括一种用于处理水的方法，其包括通过壳体中的
进水管使水引入由壳体限定的水处理室，并且采用金属加热元件加热
引入水处理室中的未经处理的水，以将未经处理的水中的溶解杂质转
换成固体沉积物，并且收集从水中沉积设置在壳体上的收集器上的固
体沉积物，而且电流从金属加热元件流出，通过水，到达壳体金属部
分，其中壳体的至少一部分是金属的，壳体的金属部分和金属加热元
件电连接，以使壳体的金属部分是阴极，金属加热元件是阳极。
本发明更深一层的适用性范围将从下面给出的详细描述中变得很
明显。然而，应该理解的是，详细描述和特殊例子，同时由本发明优
选实施例示出的例子仅仅作为示意性地给出，因此本发明范围之内的
各种变化和修改对本领域技术人员来说从下面的详细描述中变得很明
显。
