CN1006660B - 流体加热设备中过热及结垢控制装置 - Google Patents

Abstract

一种流体加热设备中过热及结垢的控制装置，其中活塞在壳中活动，将壳分隔为两个隔室，分别和冷水供管及热水排管连接。运转时管(16)中的压力高于管(22)，将活塞左移。停止运转时，两管中压力相等，弹簧便将活塞右移。将冷水供入换热器管(20)，使换热器管中的热水排入管(38)及隔室(36)。应用于家用热水器。

Description

本发明涉及流体加热设备中过热及结垢控制装置，主要用于减少过热和结垢。当该加热器是家用热水器或煤气锅炉时，与本发明的应用密切相关。

附图1是所谓“湿箱”式热水器的当前家用热水器的透视。这热水器10主要有一个诸如铜制的金属水箱12直立放置，上下端开口，围成一个燃烧室。一组煤气燃烧器14放在水箱下面，已燃气体在水箱内从下向上循环。冷水通过供水管16供入，沿靠水箱12的壁放置而在水箱外侧的蛇形管18中流动。于是水在蛇管18中流动时开始加热，然后进入位于水箱上部的换热器管20，已燃气体在这个区中排出。在蛇管18中预热的水，在换热器20中加热到要求的温度。然后将热水用水管22向用具分配。

最近有一种新型热水器出现，如图2所示的热水器11，称为“干箱”型热水器。在图1的情况下，有一个直立金属水箱12，上下端开口，在水箱的下方有一组煤气燃烧器14。有冷水供给管16和热水排出管22，但沿水箱壁没有蛇管。水箱设有绝热材料24，靠水箱内侧，水管16直接向换热器管20直接放水，换热器管20在水箱顶部的已燃气体排出处。图中2示的装置和图1所示比较，优点是有较简单的设备设计，从而安装费低，并因消除蛇管18节约材料。

但在两种情况下，这些设备都有缺点，例如设备起动时水有过热。据指出，水向换热器中流入，即断流阀（图1及2未示）开闭时，控制热水器的起动和停止。运转时，换热器20中的水，平均温度比冷水的温度高20℃。关闭断流阀时，换热器中的存水，储存由燃烧室热壁辐射， 而由换热器热质回收的热量。因此，停止运转数十秒钟后，水能达到接近100℃的最高温度。

因此，假如将原已停止运转刚一会的设备重行起动时，排出的热水的温度达到非常高的数值，危险性超过现行标准规定的数值。例如在法国，标准第NFD    35-322号，适用于热水器，浴室加热器等等，规定当将设备调节到相当于温度增高50℃的额定热流量和水流量时，在每次开始取水时，升温应不超过该数值范围20℃。在现有的设备中，尤其如图2所示的干箱热水器，常超过这数值，达到与水的沸点相差几度，这显然是不能容许的。另外这些设备还存在结垢的问题。

本发明的目的，是提出一种流体加热设备的控制过热和结垢的装置，诸如用于热水器，浴室加热器，煤气锅炉等等的。

用于流体加热设备的过热及结垢控制装置，包括一个冷流供管，一个热流排出管，一个换热器，一方面和该冷流供管接通，另一方面和该热流排管接通，当设备运转时，流体从供给管通过换热器，向排出管循环，有将换热器中的流体加热的装置，特征在于这装置有变容积箱体，和冷流供管接通，该箱体有一壳并至少部分由可移动元件限制，可移动元件有第一表面，接触冷流供管中的即时压力，有第二表面接触参考压力，移动装置在该箱体内，在一个方向上将可移动元件移动，减小该变容积箱体的容积，当控制阀门打开时，该元件在第一位置，该箱体的体积基本上等于换热器的体积，当控制阀门关闭时，该元件在第二位置，该箱体的体积最小，该元件可在该可移动元件和该移动装置的两表面压力差的作用下移动。

可一段的元件可由一个可变形的膜构成，或由在壳中活动活塞构成。在第一情况下冷流供管的一部分可用柔性材料制造，该材料构成可变形的膜或膜板。在这情况中，冷流供管的这部分构成变容积箱体。

在本发明的第一实施方案中，可移动元件的第二个面承受热流排出 管中的即时压力。另一实施方案与热流排管直接接通大气的情况有关，可移动元件的第二个面承受大气压力。

在冷流供管部分用柔性材料制造的条件下，要求有措施将可移动元件移动，将盛放在变容积箱体中的液体送入换热器，防止液体过热，换热器结垢。最好用一个弹簧，下文中将有述及。

最后，本发明还涉及带有上文所述过热及结垢控制装置的流体加热设备。

下文中还将对本发明的非制约性实施方案，参照附图详细说明，附图如下：

图1为现有技术领域中之热水器第一类型的简略透视图。

图2为与图1相似的视图，说明先有技术领域热水器的第二类型。

图3a及3b为简略示意，说明本发明装置的运转，条件为可移动元件为可变形膜，其第二个面承受热流体排出管中的即时压力。

图4为与图3a相似的示意图，条件为可变形膜的第二面承受大气压力。

图5为示本发明装置的示意图，条件为冷流供管的部分为用柔性材料制造。

图6为与图5相似的视图，说明可移动元件为可在壳中活动的活塞。

参看图3a及3b，可见冷水供管16，换热器20，及设有阀26的热水排管22。为清晰起见图3a及3b未示燃烧室及燃烧器。

本发明的过热及结垢控制装置有壳28，里面放置一个可变形的膜30，和该壳的壁紧密配合。这膜将壳隔成第一隔室32和第二隔室36，第一隔室32用管34和管16接通，第二隔室36通过管38，和热水排管22接通。设备运转时，管38在水的流向上处于阀26的上游上的管22排放。

图3a及3b示装置的运转如下：图3a相当于阀26开放的情况，水从管16，经过换热器20，向管22循环。由于水在流动，因此在管34通入管16 的地点，和管38通入管22地点之间有压力损失。因此管16中的压力高于管22。于是壳28的隔室32的压力，比隔室36中高，结果膜30被移向图3a中的右方。

图3b相当于阀26关闭的情况。由于水不再流动，管16及22和换热器20中的压力相等。于是膜30两侧上的压力相等。因为隔室36中安装弹簧40，将膜30压向图3a及3b的左方推压，就是当阀26关闭时，逆隔室32中的即时压力的方向推压，弹簧40伸长，便将膜30压向图中的左方。于是隔室32中的冷水进入换热器20，将换热器20中的热水，通过管22及管38，推入隔室36。隔室36的容积由于膜30变形而增大，因此可接受这增多的水量。

设备停止运转时，换热器管20中的热水由冷水取代。因此，即使燃烧室壁仍热，换热器20中的流体升温有限，在将加热设备重新起动时，没有升温过高的危险。在理想实施方案中，选定壳28的尺寸，膜30的形状及变形特征以及弹簧40的紧张度，使在图3a中的情况下的隔室32中的水的体积，基本等于换热器20中的水的体积。

图4为与图3a相似的视图，但在这改型中，热水排管22不设置诸如阀26之类的阀，而直接和大气接通。在这情况下，在管34的排出地点的上游，在管16上设置阀42。图4的壳28与图3a的相似。但是可取消管38，而隔室36用诸如孔43之类，与大气接通。图4中之状况，相当于设备正在运转，即阀42开放，水从管16流入管22。由于压力下降，管16中的水的压力和隔室32中的压力，高于管22出口孔23处的水的与大气相等的压力。因此，膜30被推向图中的右方。阀42关闭时，管16中阀下游的压力，和换热器20及管22中的压力相等，并等于大气压力。因此弹簧40将膜30向图4的左方推压，其作用为将隔室32中的冷水，推进换热器20中，而换热器中的热水被排出。

图5概示用综合线条表示的与图2相似的热水器，水箱12和燃烧器 14由管15供水。也有冷水供管16，热交换器20在水箱12的上部，热水排管22上设阀26。在这改型中，管16的部分44用柔性材料制造，构成可变形的膜，在其和冷水接触的第一面，即内表面，与第二，即外表面之间的压力差的影响下，使膜变形。壳28围绕管16的部分44，和这部分紧密配合。因此，部分44的内部构成第一隔室32，膜44和壳28之间的空间构成第二隔室36。第二隔室用管38，和热水排管22连接，管38在阀26上游的一个地点排入管22，并且，举例而言，可在水箱12上部的换热器20的出口附近排入管22。

图5所示装置的运转，基本和图3a，3b及4中的装置相同。

阀26开启，水从管16通过换热器20，进入管22时，管16的部分44和管22之间有压力损失。于是管16的部分44中的水的压力高于管22中的压力。因此膜44膨胀，达到图5中实线44a所表示的位置。阀26关闭时，水不再流动，管16，换热器20及管22中的压力相等。因此，膜44回到平时的位置44b上，如图中虚线的示意。效果是将隔室32中和管16的在其隔室32和换热器之间的部分中的冷水，排入换热器20，而换热器中的热水，沿管38排入隔室36。

同样又可能采用与图4相似的安排，取消管38和阀26，隔室36直接接通大气。

图6为与图5相似的视图，但在这改型中，可移动的元件由在壳28中活动的活塞46构成。和图5相似，用综合线条表示水箱12，燃烧器14和煤气供给管15。仍有冷水供管16，换热器管20和设有阀26的热水排管22。仍有壳28，但可变形的膜则用可在壳中活动的活塞46代替。第一隔室32还是通过管34和管16接通，第二隔室通过管38和管22接通，管38在阀26的上游的一个地点排入管22。仍可见弹簧40位于隔室36中，其布置为将活塞向图6的右方推压。

这图相当于阀的开放，水从管16通过换热器20，流入管22。在这情 况下，管16和隔室32中的压力，超过管22中的即时压力，也超过隔室36中的即时压力。在这压力差的作用下，又因弹簧40有适当的校准，活塞向图6的左方移动。阀26关闭时，管16，换热器20及管22中的压力相同，隔室32及36中的压力因此也相同。在弹簧40的作用下，活塞46向图中的右方移动，冷水即排入管34及管16。结果便将换热器20中的热水排入管38，再排入隔室36。

从图6还可见：一个膜48放在管34上，该膜起控制冷水水流的作用。

为作试验，图6中的装置的结构和安装，是放在热水器上方，额定功率为8.7KW。管34上的膜48，放在管16和壳28之间，直径为4mm。壳28为圆柱形，长150mm，直径25mm，活塞长15mm。弹簧的硬度为每米15牛顿（N/m）。从没有安装本发明装置的设备上，测得的过热为31.5℃，而用本发明的装置时，最大过热仅13℃。

因此，本发明装置有特别重要的优点，最重要的是在加热设备起动时，可观察到升温减小。并且，换热器中水温较低，便可减少换热器中结垢积累，从而增高设备的可靠性和使用寿命。

最后，明显可见本发明并不局限于上面叙述的实施方案，可设想许多改型而不超越发明的范围。因此，任何流体设备（热水器，浴室加热器，煤气锅炉等等）都可设置本发明的过热器和结垢控制装置。

此外，可以用或不用图6中膜48之类的膜，安装在其管34上。管34可以在换热器20的上游，在管16的任意地点与管16连接，只需情况与图4相似，管22直接接通大气，在阀42的下游与管连接。管38可以在换热器20下游的任何地点与管22连接，假如该地点是在阀26的上游，而热水排管设有这种阀。

还需指出：在多数情况下，冷水供管16设有减压装置（图未示），用以控制燃料气体的供给。管34可在这减压装置的上游或下游与管16连接。

在上文的各实施方案中，变容积箱体由设可变形膜或活塞的壳的第一隔室形成。任一情况下可将第二隔室和热流排管连接，或接通大气。可取消壳的第二隔室，并且当膜或活塞的第二表面连接大气压力时，将壳限制为第一隔室，而不超出本发明的范围。

Claims (7)

1、用于流体加热设备的过热及结垢控制装置，包括一个冷流供管(16)，一个热流排出管(22)，一个换热器(20)一方面和该冷流供管(16)接通，另一方面和该热流排管(22)接通，当设备运转时，流体从供给管(16)通过换热器(20)，向排出管(22)循环，有将换热器(20)中的流体加热的装置(14)，特征在于这装置有变容积箱体(32)，和冷流供管(16)接通，该箱体(32)有一壳(28)并至少部分由可移动元件(30)限制，可移动元件(30)有第一表面，接触冷流供管(16)中的即时压力，有第二表面接触参考压力，移动装置在该箱体内，在一个方向上将可移动元件(30)移动，减小该变容积箱体的容积，当控制阀门打开时，该元件在第一位置，该箱体的体积基本上等于换热器的体积，当控制阀门关闭时，该元件在第二位置，该箱体的体积最小，该元件(30)可在该可移动元件和该移动装置的两表面压力差的作用下移动。

2、如权利要求1中之装置，而特征为该可移动元件是可变形膜（30）。

3、如权利要求2中之装置，而特征为所述的可变形膜由冷流供管（16）的部分（44）构成，该部分（44）形成了变容积箱体（32）。

4、如权利要求1中之装置，而特征为该可移动元件是一个活塞（46），可在壳（28）中活动。

5、如权利要求1中之装置，而特征为可移动元件的第二表面，接触热流排管（22）中的即时压力。

6、如权利要求1中之装置，而特征为热流排管（22）直接和大气连接，因而可移动元件（30）的第二表面接通大气压力。

7、如权利要求7中之装置，而特征为该可移动装置有一个弹簧（40），其第一端与可移动元件（30）固定，第二端固定在壳（28）上。

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