CN1121580C - 一种封闭式液体循环系统及其膨胀控制方法 - Google Patents

Abstract

一种温度可变化的封闭式液体循环系统的膨胀控制方法，在该系统中，通过空气头结构将空气从循环液体中分离出来，分离出的空气汇集在空气头中，通过阀门控制可将空气由空气头排放到周围或存放空间，同时还采取了补偿温度变化时封闭系统内液体的膨胀和收缩的措施，以及从外部带压液源抽取液体并向系统中添加液体的措施，要对空气头的体积进行测量，超过设定值时，液体阀打开，通过液体阀将液体引入空气头，直至空气头的体积大致等于设定值时，液体阀关闭。

Description

一种封闭式液体循环系统及其膨胀控制方法

技术领域

本发明涉及一种温度可变化的封闭式液体循环系统的膨胀控制方法、以及一种可实施该方法的封闭式液体循环系统。

背景技术

这样的方法在集中供暖工程中是熟悉的，在温度变化时补偿液体膨胀和收缩的措施通常包括由膜片分隔成两个独立空间的膨胀箱，一个空间与管路网络相连通，另一空间装有气体，通过移动膜片使气体压缩和膨胀，可补偿由于液体温度变化引起的液体体积的变化。可以使用浮子控制的阀实现自动排气，美国专利4,027,691即是一个这样的例子。

在这样的液体循环系统中，液体渗漏实际总是存在的，尽管通常只在很轻微的程度上，由于液体渗漏量较小，在集中供暖系统中使用的液体为水，渗漏后几乎就直接蒸发，通常很难确定渗漏的位置。因此，膨胀箱的补偿作用无法发挥，封闭式系统的压力可能会降低到最小压力以下，而导致供暖系统的故障，出现各种令人不快的事故现象，如居室内温度太低甚至发生管路冻结。液体的渗漏还会引起空气的进入，如果安装了相应于美国专利4,027,691的浮子控制的排气阀，进入的空气可以自动排出，这也会起到使封闭系统压力降低的作用。如果要维持系统的正常运行，应该定期检查压力，必要时要补充液体，这种工作是费力并且潮湿的作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种封闭式液体循环系统的膨胀控制方法，实际上它可以连续自动运行无需定期监测。

本发明的另一目的是利用尽可能简单和成本低廉的方式来实现膨胀控制。

本发明提供一种温度可变化的封闭式液体循环系统的膨胀控制方法，在这个系统中，存在的空气或其他气体通过空气或气体头从循环液体中分离出来，分离出的空气或气体汇集在空气或气体头中，通过阀门的控制可将空气或气体排放到周围或存放空间，同时还采取了补偿温度变化时封闭系统内液体相应的膨胀和收缩的措施，以及从外部带压液源抽取液体并向系统中添加液体的措施，其中，通过探测空气或气体头与液体之间的分界面对空气或气体头的体积进行监测，当该体积超过设定值时液体阀打开，通过液体阀将液体引入空气或气体头，直到空气头的体积重新等于设定值时液体阀关闭。利用这些措施只要封闭系统中液体体积低于预定的最小值就能自动进行液体补充，因此可以防止由于压力过低引起的系统故障。

由于空气或气体头与在循环系统中循环的液体直接连通，当循环液体的温度以及其相应的压力最低时，总会出现液体低于设定的最小值的情况。这时在空气或气体头与补充液体之间的压力差最大，压力差大有其有利的一面，由于这个压力差的存在，被补充进入空气或气体头内的液体中的大部分气体已被直接除去。例如，如水的温度为100℃，当压力由绝对压力5巴降至1.5巴时，可能的空气吸收率由每立方米115升降至每立方米25升，即降低了70％。由补充液体中分离出来的气体直接汇集在空气或气体头中，至此这些气体还在循环系统中。若由于循环液体的温度又重新上升而使系统压力超过设定值，专用的阀就会打开，气体以及由补充液体中分离出来的气体被排放到周围。

由于空气或气体头与液体循环系统直接连通，当空气或气体头内液位下降时，比如由于渗漏引起，可用本发明另一实施例提出的方便、简捷、可靠的方法补充液体，空气或气体头的体积是利用与供液阀连接的浮子来监测的，当浮子低于设定高度时供液阀打开，当补充液体液面上升至设定高度时供液阀关闭，而且浮子和阀之间的还应做到当液位高于设定高度时，浮子不影响供液阀的关闭状态。这样就以特别简单的方式实现了有效和非常可靠地补液。浮子还有另外的优点，它可减小水的自由表面的面积，因而减少了空气或气体头中吸收空气的机会，尽管可以看到虽然空气或气体头与循环系统直接连通，但它已完全位于循环回路之外，因而这种机会原本已是很小的。

很清楚，空气或气体头内的液位随循环液体的温度而变化，在其液面上实际上没有气体吸收。这些条件可以加以利用，根据本发明的另一优选实施例，空气或气体头的尺寸应足够大，在液体循环系统的正常运行中，其体积要大于根据液体循环系统中液体总量及正常运行时液体可能出现的最大温度计算出来的最大膨胀体积。通过采取这些措施，可以省去常见的带有膜片的内装膨胀箱，因为这一功能已包括在空气或气体头中。这样，利用相对极简单的方法即可实现连续自动排气、液体补充、及膨胀控制的综合控制。

根据本发明的另一实施例，由液体中分离出的空气或气体是通过装在空气或气体头上的过压阀由空气或气体头排放到周围的，利用该阀可以限定液体循环系统中的最高工作压力。这样，又加上了过压保护功能。

根据本发明的又一实施例，空气或气体头设在旁路通路上，它可以方便地与循环系统暂时脱开以进行维护，例如进行清理。如果液体循环是用泵来实现的，而且旁路通路的进口和出口分别与泵的两端相通，那么一方面在空气或气体头内可得到最佳静态液面，另一方面可在产生微气泡最多的地方，即循环泵处，尽快将微气泡捕集，这样就形成了最适宜的排气系统。由于同样的原因，空气或气体头最好设在直接靠近正常运行时循环液体温度最高的部位。

本发明还涉及一种封闭式液体循环系统，它包括加热装置，与加热装置相连接带有可补偿封闭系统内液体膨胀和收缩的膨胀装置的管路网络，以及带有一端与网络管道连通另一端同外界关断的短管的自动阀控排气装置，在短管的关闭端装有排气阀，在短管中装有可纵向移动的浮子。这种带膨胀箱的液体循环系统在集中供暖工程中是常见的，可以参阅美国专利4,027,691，这个专利对自动的阀控排气装置有详细介绍。根据本发明，为在这样的系统中实现排气和补液的综合功能，补液阀应与关闭端相通，补液阀包括一个与浮子连接的控制杆，当浮子与控制杆之间的距离超过设定值时，控制杆就将阀打开，当二者间距离等于或小于设定值时，控制杆将保持在关闭状态。这样，利用排气装置可方便地实现自动的液位控制或体积控制，以进行液体补充。

浮子与控制杆之间的距离设定值应使对应该设定值的短管在浮子与控制杆之间的体积大于根据液体循环系统内液体总量和液体可能的最大温差计算得出的最大膨胀体积，这样将排气和补液相结合的系统具有膨胀控制功能，因此可省去膜片膨胀箱，省去膨胀箱不仅可降低成本，还由于膨胀箱较易发生故障，同整个系统寿命相比其寿命相对较短。寿命短的原因尤其在于膜片的破裂，这时通常要更换整个膨胀箱，还要将系统，至少系统的一部分排空，这需要相应的费用和操作。在本发明的结构中，不存在这种膜片，也未用同样易出故障的元件来取代它，因而膨胀控制调节装置的寿命大大增加。

对于大体积的液体循环系统，即循环系统容有更多的液体，那么膨胀体积相对较大。在这种情况下，根据本发明的另一实施例，最好在靠近短管处增设至少另外一个短管，这个短管通过连接件在浮子之下处和靠近封闭端处与第一短管连通，浮子与控制杆之间距离的设定值应使对应该设定值的在浮子与控制杆之间的短管总体积大于根据液体循环系统中液体总量和正常运行中液体可能的最大温差计算出的最大膨胀体。通过这些措施可得到更大的膨胀体积，而不会导致使用大体积的箱或容器。而且利用这些措施实际上可以使用标准装置来实现排气、补液和膨胀控制的综合功能，在标准装置上连接适当数量的短管可以适应特定系统所需的膨胀体积。

在美国专利4,027,691中的自动排气装置中，放气阀是由浮子控制的。在根据本发明的封闭式液体循环系统中，浮子是用来控制补液阀的。尽管根据本发明的另一实施例可以利用该浮子打开排气阀，最好还是在短管的关闭端或靠近关闭端处装设可在超过设定值时打开的排气阀。这样必要时可利用浮子控制的阀进行补液，这时循环液体的温度通常较低，排气时空气或气体头被膨胀的液体所压缩，排气时的温度相对较高。而且该排气阀还可设有过压保护装置。

附图说明

下面将结合附图所示的实施例对本发明的方法和系统的一些可能的实施情况做进一步讨论，附图包括：

图1为根据本发明的第一种系统结构形式的剖面图；

图2为相应于图1的带有内置系统的加热结构的第一实施例的示意图；

图3为相应于图1的带有内置系统的加热结构的第二实施例的示意图；

图4为根据本发明的第二种系统结构形式的剖面图。

具体实施方式

图1所示的系统包括带有顶盖2和底盖3的圆筒壳体1，壳体1的体积要大于封闭式循环系统可能的液体膨胀总量。

带有短管5的圆筒状头4装在顶盖2上，短管5带有阀6，其一端与水管7相连通，另一端连接一个向下转动即可打开阀6的控制杆8。控制杆8远离阀6的一端悬挂着浮子杆9，浮子杆9同位于开孔板11下方的浮子相连，浮子杆9可在开孔板的孔中自由滑动。头4还带有超过压保持作用的排气阀12。

T型管件13连接在底盖3上，其短管14以直线状态接进封闭式液体循环系统(图中未示出)。在T型管件的横向部分中，管15沿中心延伸到两短管14之间的位置，钢丝16在管15上绕成双螺旋形。钢丝16捕集流经液体中的微气泡并将其引导向上进入壳体1。

在图2中，加热锅炉17挂在墙壁上，热水通过管路18输送到发热体19。热量发散后水通过管路20流回锅炉17。T型管件13接进管路18之中。如前所述，壳体1的体积应控制在循环的最大可能体积差，即水在最高温度时的体积减去水在最低温度时的体积，最高和最低温度为运行中的设定值。壳体1的头4通过阀6和管道7与旋塞21相连。管路22与头4上的排气阀12相连接，该管路装有水份检测器23，它通往排水系统如污水井(图中未示出)。

在相应于图2的加热装置中，图1的系统能够补偿循环液体的膨胀，自动排气，在发生渗漏时自动补充液体。

在正常运行条件下，最低运行温度时的液位大约在图1中浮子10的位置。如果温度升高，液体膨胀，壳体1中的液位会上升，而板11仍浮在液体表面，故自由液体表面面积相对很小。相应地液面以上的气体受到压缩。如果由带钢丝16的管15捕集并送入壳体1的气体量达到一定程度，在这一压缩过程中，压力达到某一数值时排气阀12打开将气体放出，放出的气体通过管路22排走。

如果循环液体的温度下降，以及由于渗漏液体由加热装置逸出，那么液位就会降低到板11以下。若液位进一步下降，浮子10下落并打开阀6使新的液体通过管路7补充进来。此时壳体1中的液体温度及相应压力很低。因而补充进来的液体经历一个压力降，也就是直接地大量地除气过程。在壳体1顶部及头4中的残留气体在适当的时候通过阀12排出。

在图3中，图1的系统被调整适用于大体积的加热装置。为此目的使用了更多一些的壳体24，其顶端通过管路25与头4相连通，其底部通过管路26与T型管件13相连通。如果每一单独的壳体24的容积与壳体1的容积相等，那么膨胀量就增大了三倍。在这个实施例中T型管件13通过旁路通路27与来自锅炉28的管路29相连，旁路通路27跨接在循环泵30两端，并可借助阀31与循环系统脱开，例如在进维修时。

图4为图1系统的另一种形式。实际是省去了壳体1而将头4’直接同T型管件13’相连，管件13’也有带钢丝16的管子15。如果需要，浮子10’可通过浮子杆9’和控制杆打开阀6使管路7中的水补充进来。由于头4’的尺寸相对较小，该头的膨胀体积不够大。为获得足够大的膨胀体积，设置了圆筒形壳体32，其中心线处于水平方向，其底面大约在浮子10’的最低位置平面上。壳体32的容积可设置成需要的膨胀体积。壳体32的底面通过管路33与T型管件13’的底面接通，因此管件13’在管子15的位置处设有接头34。并且壳体32的顶部通过管路35与头4’的顶部相连通。在壳体32的顶部还装有排气阀12’，以将加热装置中的过量气体排出。

这种改进的实施例的运行方式与前面结合图1的系统所述的运行方式相同，因而可以省去进一步的讨论。

很自然，在后附权利要求书所规定的本发明的范围内，可以做出许多修改和变化。

Claims (13)

1、一种温度可变化的封闭式液体循环系统的膨胀控制方法，在这个系统中，存在的空气或其他气体通过空气或气体头从循环液体中分离出来，分离出的空气或气体汇集在空气或气体头中，通过阀门的控制可将空气或气体排放到周围或存放空间，同时还采取了补偿温度变化时封闭系统内液体相应的膨胀和收缩的措施，以及从外部带压液源(7)抽取液体并向系统中添加液体的措施(6-10)，其特征在于，通过探测空气或气体头与液体之间的分界面对空气或气体头的体积进行监测，当该体积超过设定值时液体阀打开，通过液体阀(6)将液体引入空气或气体头，直到空气头的体积重新等于设定值时液体阀关闭。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空气或气体头的体积是利用与供液阀(6)相连接的浮子(10；10’)监测，这样当浮子下降至低于设定位置时，供液阀打开，当补充液体使液位上升至设定位置时，供液阀关闭，在浮子与阀之间的连接(8、9；8、9’)状态是这样的，即在设定位置之上的任意液面高度时，浮子都不会影响供液阀的关闭状态。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，空气或气体头有足够大的尺寸，在液体循环系统(17-20)的正常运行中，其体积大于根据液体循环系统的液体总量和正常运行时液体的最大温度计算出的最大膨胀体积。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由液体中分离出的空气或气体通过装在空气或气体头上的过压阀(12；12’)排放出去，利用该阀可以设定液体循环系统(17-20)中的最大工作压力。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空气或气体头采用旁路通路(27)的形式。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，液体的循环是靠泵(30)来实现的，旁路通路(27)的进口和出口分别设在泵的两端。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，空气或气体头至少应设在直接靠近正常运行时循环液体温度最高的部位(17；28)。

8、一种封闭式液体循环系统，包括加热装置(17；28)，与加热装置相连通并带有可补偿封闭系统液体膨胀和收缩的膨胀装置的管路网络(18；20；29)，以及带有一端与网络管道(18；29)相连通另一端与外界关断的短管(1，4，13；4’，13’32)的自动的阀控排气装置，在短管的关闭端装有排气阀(12；12’)，在短管中装有可纵向移动的浮子(10；10’)，其特征在于，供液阀(6)与关闭端相通，供液阀包括一个与浮子(10；10’)连接的控制杆(8)，当浮子与控制杆之间的距离超过设定值时，控制杆将阀打开，当浮子与控制杆之间的距离等于或小于设定值时，控制杆将阀保持在关闭状态。

9、根据权利要求8所述的封闭式液体循环系统，其特征在于，浮子(10；10’)与控制杆(8)之间的距离设定值应使对应于该设定值的短管(1；4’)在浮子与控制杆之间的体积大于根据液体循环系统内液体总量和正常运行中液体的最大温差计算出的最大膨胀体积。

10、根据权利要求8所述的封闭式液体循环系统，其特征在于，在靠近短管(1；4’)处至少装设另外一个连接件(25；35)，在浮子下方和靠近关闭端处与第一短管连通的短管(24；32)，浮子(10；10’)与控制杆之间的距离设定值应使对应于该设定值的所有短管(1，24；4’，32)在浮子与控制杆(8)之间的体积之和大于根据液体循环系统的液体总量和正常运行时液体的最大温差计算出的最大膨胀体积。

11、根据权利要求8所述的封闭式液体循环系统，其特征在于，在短管(1；4’)的关闭端上或靠近短管关闭端处装有在超过设定值时可打开的排气阀(12)。

12、根据权利要求8所述的封闭式液体循环系统，其特征在于，短管(13)的开口端与管路网络(29)的旁通通路(27)相通。

13、根据权利要求12所述的封闭式液体循环系统，其特征在于，循环泵(30)在靠近加热装置的位置与管路网络(29)连通，旁通通路(27)与泵跨接。

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