專利名稱:流體加熱設(shè)備中過熱及結(jié)垢控制裝置及有此裝置之設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及流體加熱設(shè)備中過熱及結(jié)垢控制裝置,主要用于減少過熱和結(jié)垢。當(dāng)該加熱器是家用熱水器或煤氣鍋爐時,與本發(fā)明的應(yīng)用密切相關(guān)。
附圖1是所謂“濕箱”式熱水器的當(dāng)前家用熱水器的透視。這熱水器10主要有一個諸如銅制的金屬水箱12直立放置,上下端開口,圍成一個燃燒室。一組煤氣燃燒器14放在水箱下面,已燃氣體在水箱內(nèi)從下向上循環(huán)。冷水通過供水管16供入,沿靠水箱12的壁放置而在水箱外側(cè)的蛇形管18中流動。于是水在蛇管18中流動時開始加熱,然后進入位于水箱上部的換熱器管20,已燃氣體在這個區(qū)中排出。在蛇管18中預(yù)熱的水,在換熱器20中加熱到要求的溫度。然后將熱水用水管22向用具分配。
最近有一種新型熱水器出現(xiàn),如圖2所示的熱水器11,稱為“干箱”型熱水器。在圖1的情況下,有一個直立金屬水箱12,上下端開口,在水箱的下方有一組煤氣燃燒器14。有冷水供給管16和熱水排出管22,但沿水箱壁沒有蛇管。水箱設(shè)有絕熱質(zhì)24,靠水箱內(nèi)側(cè),水管16直接向換熱器管20直接放水,換熱器管20在水箱頂部的已燃氣體排出處。圖中2示的裝置和圖1所示比較,優(yōu)點是有較簡單的設(shè)備設(shè)計,從而安裝費低,并因消除蛇管18節(jié)約材料。
但在兩種情況下,這些設(shè)備都有缺點,例如設(shè)備起動時水有過熱。據(jù)指出,水向換熱器中流入,即斷流閥(圖1及2未示)開閉時,控制熱水器的起動和停止。運轉(zhuǎn)時,換熱器20中的水,平均溫度比冷水的溫度高20℃。關(guān)閉斷流閥時,換熱器中的存水,儲存由燃燒室熱壁輻射,而由換熱器熱質(zhì)回收的熱量。因此,停止運轉(zhuǎn)數(shù)十秒鐘后,水能達到接近100℃的最高溫度。
因此,假如將原已停止運轉(zhuǎn)剛一會的設(shè)備重行起動時,排出的熱水的溫度達到非常高的數(shù)值,危險性超過現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。例如在法國,標(biāo)準(zhǔn)第NFD 35-322號,適用于熱水器,浴室加熱器等等,規(guī)定當(dāng)將設(shè)備調(diào)節(jié)到相當(dāng)于溫度增高50℃的額定熱流量和水流量時,在每次開始取水時,升溫應(yīng)不超過該數(shù)值范圍20℃。在現(xiàn)有的設(shè)備中,尤其如圖2所示的干箱熱水器,常超過這數(shù)值,達到與水的沸點相差幾度,這顯然是不能容許的。
本發(fā)明的目的,是提出一種流體加熱設(shè)備的控制過熱和結(jié)垢的裝置,諸如用于熱水器,浴室加熱器,煤氣鍋爐等等的。
根據(jù)已知的方式,這種設(shè)備有一個冷流體供給管,熱流體排出管,一方面和該冷供流管、另方面和該熱流體排出管接通的換熱器,設(shè)備運轉(zhuǎn)時,流體從供給管,通過換熱器和在換熱器中將流體加熱的裝置,向排出管循環(huán)。
本發(fā)明過熱及結(jié)垢控制裝置的主要特點,是有一個可變?nèi)莘e的箱體,和冷流供管接通,該箱體至少一部分由一個可移動的元件限制,元件有第一個面承受冷流供管中的即時壓力,第二個面承受一個參考壓力,該元件在兩個面的壓力差的影響下移動。
可移動的元件可由一個可變形的膜構(gòu)成,或由在殼中活動活塞構(gòu)成。在第一情況下冷流供管的一部分可用柔性材料制造,該材料構(gòu)成可變形的膜或膜板。在這情況中,冷流供管的這部分構(gòu)成變?nèi)莘e箱體。
在本發(fā)明的第一實施方案中,可移動元件的第二個面承受熱流排出管中的即時壓力。另一實施方案與熱流排管直接接通大氣的情況有關(guān),可移動元件的第二個面承受大氣壓力。
在冷流供管部分用柔性材料制造的條件下,要求有措施將可移動元件移動,將盛放在變?nèi)莘e箱體中的液體送入換熱器,防止液體過熱,換熱器結(jié)垢。最好用一個彈簧,下文中將有述及。
最后,本發(fā)明還涉及帶有上文所述過熱及結(jié)垢控制裝置的流體加熱設(shè)備。
下文中還將對本發(fā)明的非制約性實施方案,參照附圖詳細說明,附圖如下圖1為先有技藝領(lǐng)域中之熱水器第一類型的簡略透視。
圖2為與圖1相似的視圖,說明先有技術(shù)領(lǐng)域:
熱水器的第二類型。
圖3a及3b為簡略示意,說明本發(fā)明裝置的運轉(zhuǎn),條件為可移動元件為可變形膜,其第二個面承受熱流體排出管中的即時壓力。
圖4為與圖3a相似的示意圖,條件為可變形膜的第二面承受大氣壓力。
圖5為示本發(fā)明裝置的示意圖,條件為冷流供管的部分為用柔性材料制造。
圖6為與圖5相似的視圖,說明可移動元件為可在殼中活動的活塞。
參看圖3a及3b,可見冷水供管16,換熱器20,及設(shè)有閥26的熱水排管22。為清晰起見圖3a及3b未示燃燒室及燃燒器。
本發(fā)明的過熱及結(jié)垢控制裝置有殼28,里面放置一個可變形的膜30,和該殼的壁緊密配合。這膜將殼隔成第一隔室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通過管38,和熱水排管22接通。設(shè)備運轉(zhuǎn)時,管38在水的流向上處于閥26的上游上的管22排放。
圖3a及3b示裝置的運轉(zhuǎn)如下圖3相當(dāng)于閥26開放的情況,水從管16,經(jīng)過換熱器20,向管22循環(huán)。由于水在流動,因此在管34通入管16的地點,和管38通入管22地點之間有壓力損失。因此管16中的壓力高于管22。于是殼28的隔室32的壓力,比隔室36中高,結(jié)果膜30被移向圖3a中的右方。
圖3b相當(dāng)于閥26關(guān)閉的情況。由于水不再流動,管16及22和換熱器20中的壓力相等。于是膜30兩側(cè)上的壓力相等。因為隔室36中安裝彈簧40,將膜30壓向圖3a及3b的左方推壓,就是當(dāng)閥26關(guān)閉時,逆隔室32中的即時壓力的方向推壓,彈簧40伸長,便將膜30壓向圖中的左方。于是隔室32中的冷水進入換熱器20,將換熱器20中的熱水,通過管22及管38,推入隔室36。隔室36的容積由于膜30變形而增大,因此可接受這增多的水量。
設(shè)備停止運轉(zhuǎn)時,換熱器管20中的熱水由冷水取代。因此,即使燃燒室壁仍熱,換熱器20中的流體升溫有限,在將加熱設(shè)備重新起動時,沒有升溫過高的危險。在理想實施方案中,選定殼28的尺寸,膜30的形狀及變形特征以及彈簧40的緊張度,使在圖3a中的情況下的隔室32中的水的體積,基本等于換熱器20中的水的體積。
圖4為與圖3a相似的視圖,但在這改型中,熱水排管22不設(shè)置諸如閥26之類的閥,而直接和大氣接通。在這情況下,在管34的排出地點的上游,在管16上設(shè)置閥42。圖4的殼28與圖3a的相似。但是可取消管38,而隔室36用諸如孔43之類,與大氣接通。圖4中之狀況,相當(dāng)于設(shè)備正在運轉(zhuǎn),即閥42開放,水從管16流入管22。由于壓力下降,管16中的水的壓力和隔室32中的壓力,高于管22出口孔23處的水的與大氣相等的壓力。因此,膜30被推向圖中的右方。閥42關(guān)閉時,管16中閥下游的壓力,和換熱器20及管22中的壓力相等,并等于大氣壓力。因此彈簧40將膜30向圖4的左方推壓,其作用為將隔室32中的冷水,推進換熱器20中,而換熱器中的熱水被排出。
圖5概示用綜合線條表示的與圖2相似的熱水器,水箱12和燃燒器14由管15供水。也有冷水供管16,熱交換器20在水箱12的上部,熱水排管22上設(shè)閥26。在這改型中,管16的部分44用柔性材料制造,構(gòu)成可變形的膜,在其和冷水接觸的第一面,即內(nèi)表面,與第二,即外表面之間的壓力差的影響下,使膜變形。殼28圍繞管16的部分44,和這部分緊密配合。因此,部分44的內(nèi)部構(gòu)成第一隔室32,膜44和殼28之間的空間構(gòu)成第二隔室36。第二隔室用管38,和熱水排管22連接,管38在閥26上游的一個地點排入管22,并且,舉例而言,可在水箱12上部的換熱器20的出口附近排入管22。
圖5所示裝置的運轉(zhuǎn),基本和圖3a,3b及4中的裝置相同。
閥26開啟,水從管16通過換熱器20,進入管22時,管16的部分44和管22之間有壓力損失。于是管16的部分44中的水的壓力高于管22中的壓力。因此膜44膨脹,達到圖5中實線44a所表示的位置。閥26關(guān)閉時,水不再流動,管16,換熱器20及管22中的壓力相等。因此,膜44回到平時的位置44b上,如圖中虛線的示意。效果是將隔室32中和管16的在其隔室32和換熱器之間的部分中的冷水,排入換熱器20,而換熱器中的熱水,沿管38排入隔室36。
同樣又可能采用與圖4相似的安排,取消管38和閥26,隔室36直接接通大氣。
圖6為與圖5相似的視圖,但在這改型中,可移動的元件由在殼28中活動的活塞46構(gòu)成。和圖5相似,用綜合線條表示水箱12,燃燒器14和煤氣供給管15。仍有冷水供管16,換熱器管20和設(shè)有閥26的熱水排管22。仍有殼28,但可變形的膜則用可在殼中活動的活塞46代替。第一隔室32還是通過管34和管16接通,第二隔室通過管38和管22接通,管38在閥26的上游的一個地點排入管22。仍可見彈簧40位于隔室36中,其布置為將活塞向圖6的右方推壓。
這圖相當(dāng)于閥的開放,水從管16通過換熱器20,流入管22。在這情況下,管16和隔室32中的壓力,超過管22中的即時壓力,也超過隔室36中的即時壓力。在這壓力差的作用下,又因彈簧40有適當(dāng)?shù)男?zhǔn),活塞向圖6的左方移動。閥26關(guān)閉時,管16,換熱器20及管22中的壓力相同,隔室32及36中的壓力因此也相同。在彈簧40的作用下,活塞46向圖中的右方移動,冷水即排入管34及管16。結(jié)果便將換熱器20中的熱水排入管38,再排入隔室36。
從圖6還可見一個膜48放在管34上,該膜起控制冷水水流的作用。
為作試驗,圖6中的裝置的結(jié)構(gòu)和安裝,是放在熱水器上方,額定功率為8.7KW。管34上的膜48,放在管16和殼28之間,直徑為4mm。殼28為圓柱形,長150mm,直徑25mm,活塞長15mm。彈簧的硬度為15牛頓每米(N/m)。從沒有安裝本發(fā)明裝置的設(shè)備上,測得的過熱為31.5℃,而用本發(fā)明的裝置時,最大過熱僅13℃。
因此,本發(fā)明裝置有特別重要的優(yōu)點,最重要的是在加熱設(shè)備起動時,可觀察到升溫減小。并且,換熱器中水溫較低,便可減少換熱器中結(jié)垢積累,從而增高設(shè)備的可靠性和使用壽命。
最后,明顯可見本發(fā)明并不局限于上面敘述的實施方案,可設(shè)想許多改型而不超越發(fā)明的范圍。因此,任何流體設(shè)備(熱水器,浴室加熱器,煤氣鍋爐等等)都可設(shè)置本發(fā)明的過熱器和結(jié)垢控制裝置。
此外,可以用或不用圖6中膜48之類的膜,安裝在其管34上。管34可以在換熱器20的上游,在管16的任意地點排入管16,只需情況與圖4相似,管22直接接通大氣,在閥42的下游排出。管38可以在換熱器20下游的任何地點排入管22,假如該地點是在閥26的上游,而熱水排管設(shè)有這種閥。
還需指出在多數(shù)情況下,冷水供管16設(shè)有減壓裝置(圖未示),用以控制燃料氣體的供給。管34可在這減壓裝置的上游或下游排入管16。
在上文的各實施方案中,變?nèi)莘e箱體由設(shè)可變形膜或活塞的殼的第一隔室形成。任一情況下可將第二隔室和熱流排管連接,或接通大氣??扇∠麣さ牡诙羰遥⑶耶?dāng)膜或活塞的第二表面連接大氣壓力時,將殼限制為第一隔室,而不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.用于流體加熱設(shè)備的過熱及結(jié)垢控制裝置,其中有一個冷流供管(16),一個熱流排出管(22),一個換熱器(20)一方面和該冷流供管(16)接通,另一方面和該熱流排管(22)接通,當(dāng)設(shè)備運轉(zhuǎn)時,流體從供給管(16)通過換熱器(20),向排出管(22)循環(huán),有將換熱器(20)中的流體加熱的裝置(14),特征在于這裝置有變?nèi)莘e箱體(32),和冷流供管(16)接通,該箱體(32)至少部分由可移動元件(30)限制,可移動元件(32)有第一表面,接觸冷流供管(16)中的即時壓力,有第二表面接觸參考壓力,該元件(30)可在兩表面壓力差的作用下移動。
2.如權(quán)利要求
1中之裝置,而特征為該可移動元件是不變形膜或膜(30)。
3.如權(quán)利要求
2中之裝置,而特征為冷流供管(16)的部分(44)用柔性材料制造,形成可變形膜,供管的該部分(44)構(gòu)成變?nèi)莘e箱體(32)。
4.如權(quán)利要求
1中之裝置,而特征為該可移動元件是一個活塞(46),可在殼(28)中活動。
5.如權(quán)利要求
1中之裝置,而特征為可移動元件的第二表面,接觸熱流排管(22)中的即時壓力。
6.如權(quán)利要求
1中之裝置,而特征為熱流排管(22)直接和大氣連接,因而可移動元件(30)的第二表面接通大氣壓力。
7.如權(quán)利要求
1中之裝置,而特征為另有裝置將可移動元件(30)移動,從而減小該變?nèi)莘e箱體(32)的容積。
8.如權(quán)利要求
7中之裝置,而特征為該可移動裝置有一個彈簧(40),其第一端與可移動元件(30)固定,第二端和一個與設(shè)備其他部分相對高度的元件固定。
9.流體加熱部件有一個冷流供管(16),一個熱流排管(22),一個一方面和該冷流供管(16)連接,另方面與該熱流排管(22)連接的換熱器(20),設(shè)備運轉(zhuǎn)時,流體從供管(16),通過換熱器(20),向排管(22)循環(huán),有加熱換熱器(20)中流體的裝置,特征在于設(shè)有權(quán)利要求
1中之過熱和結(jié)垢控制裝置。
專利摘要
一種流體加熱設(shè)備中過熱及結(jié)垢的控制裝置,其中活塞在殼中活動,將殼分隔為兩個隔室,分別和冷水供管及熱水排管連接。運轉(zhuǎn)時管(16)中的壓力高于管(22),將活塞左移。停止運轉(zhuǎn)時,兩管中壓力相等,彈簧便將活塞右移。將冷水供入換熱器管(20),使換熱器管中的熱水排入管(38)及隔室(36)。應(yīng)用于家用熱水器。
文檔編號F24H9/20GK87101238SQ87101238
公開日1988年6月15日 申請日期1987年12月21日
發(fā)明者費爾南·勞洛, 克里斯托夫·馬維雷, 帕特里克·馬約西埃, 米歇爾·阿曼朱利斯, 讓-米歇爾·撲薩爾 申請人:法國原子能委員會, 夏福托及莫里公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan