СМЕСИТЕЛЬ-ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ДЛЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G05D23/02 

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам с регулируемыми параметрами, и может быть использовано при создании смесителей для воды и других жидкостей, а также для регулирования температуры в системах водоснабжения.

Известны смесители-терморегуляторы для системы водоснабжения, например [1] , содержащие корпус с каналами для впуска холодной и горячей воды и выпускным каналом, регулятор в виде термобаллона с термочувствительной средой, регулирующего клапана и управляющего элемента, например на основе сильфона. Подобные устройства характеризуются невысокой точностью регулирования из-за малой чувствительности регулятора в виде сильфона, а также ненадежны, недолговечны в работе из-за быстрой изнашиваемости сильфона под воздействием динамической нагрузки, развиваемой в термобаллоне.

Прототипом заявляемого изобретения является смеситель для подачи воды с заданной температурой по патенту [2].

Устройство-прототип содержит корпус с каналами для впуска холодной и горячей воды и выпускным каналом, регулятор температуры в виде термобаллона, заполненного термочувствительной средой, клапаны для регулирования степени открытия каналов впуска холодной и горячей воды (регулирующие клапаны), причем термобаллон образован двумя последовательно расположенными и соединенными между собой разнокалиберными сильфонами, противоположные концы которых скреплены с соответствующими клапанами, образующими торцевые стенки сильфонов, жестко соединенные между собой штоком, размещенным в их полости, при этом смежные концы сильфонов связаны с корпусом.

Благодаря использованию двух разнокалиберных сильфонов устройство-прототип обладает повышенной точностью регулирования и более высокой надежностью по сравнению с аналогами.

Однако в то же время устройство-прототип характеризуется недостаточной надежностью и нестабильностью настройки рабочей точки заданной температуры регулирования. Это объясняется тем, что каналы являются постоянно нагруженными из-за равнодействующей силы давления горячей и холодной воды, действующей в противоположную сторону по отношению к силе перекрытия, возникающей в термобалонне за счет разности эффективных площадей сильфонов. Сила перекрытия должна превышать равнодействующую давлений в упомянутых каналах, это требует большого внутреннего давления в сильфонах, что приводит к деформации, ускоренной амортизации сильфонов, их недолговечности, а также зависимости настройки от давления в трубопроводах и связанной с этим нестабильности рабочей точки регулирования.

Задачей заявленного изобретения является повышение надежности устройства, стабильности заданной температуры воды, а также повышение точности настройки рабочей точки.

В дальнейшем будем именовать смеситель для подачи воды с заданной температурой как смеситель-терморегулятор для системы водоснабжения.

Поставленная задача решается следующим образом. В смесителе-терморегуляторе для системы водоснабжения, содержащем корпус с каналами для впуска холодной и горячей воды, и выпускным каналом, регулятор температуры в виде термобаллона, заполненного термочувствительной средой, регулирующего клапана и управляющего элемента на основе двух разнокалиберных сильфонов, корпус разделен на входную часть, включающую каналы холодной и горячей воды, и герметично связанную с входной частью выходную часть, включающую последовательное соединение смесительной трубы, двух разнокалиберных сильфонов и выпускного канала, при этом смесительная труба свободно проходит через диафрагму выходной части корпуса и частично совмещена с внутренней поверхностью сильфона большего калибра, жестко связанного одним торцом с упомянутой диафрагмой, а другим концом через выходной раструб смесительной трубы с одним концом сильфона меньшего калибра, другой конец которого жестко связан с выпускным каналом, термобаллон выполнен в виде внутреннего объема выходной части корпуса, ограниченного внешней поверхностью разнокалиберных сильфонов, причем регулирующий клапан выполнен в виде входного раструба смесительной трубы, а диафрагма входной части корпуса герметично связана с выходом канала холодной воды и снабжена отверстиями для перетекания горячей воды в смесительную камеру, образованную между упомянутыми диафрагмами на стыке входной и выходной частей корпуса.

Предлагается вариант выполнения регулирования рабочей точки: введен дополнительный сильфон, размещенный в отводе выходной части корпуса и закрепленный в упомянутом отводе с помощью резьбового соединения с возможностью регулирования длины дополнительного сильфона. Предлагается также вариант устройства с использованием одного канала горячей воды при полном перекрытии канала холодной воды для регулирования температуры горячей воды.

На фиг.1 дана общая конструктивная схема устройства. На фиг.2 - вариант выполнения узла регулирования рабочей точки. На фиг.3 - вариант одноканального терморегулятора.

Смеситель-терморегулятор для системы водоснабжения (см. фиг.1) содержит корпус 1 с каналами для впуска холодной 2 и горячей 3 воды и выпускным каналом 4, регулятор температуры в виде термобаллона 5, заполненного термочувствительной средой, регулирующего клапана 6 и управляющего элемента на основе двух разнокалиберных сильфонов 7 и 8. Корпус разделен на входную часть 9, включающую каналы холодной 2 и горячей 3 воды, и герметично связанную с входной частью выходную часть 10, включающую последовательное соединение смесительной трубы 11, двух разнокалиберных сильфонов 7 и 8 и выпускного канала 4, при этом смесительная труба 11 свободно проходит через диафрагму 12 выходной части корпуса 10 и расположена внутри сильфона большего калибра 7, жестко связанного одним торцом с упомянутой диафрагмой, а другим концом через выходной раструб 13 смесительной трубы - с одним концом сильфона меньшего калибра 8, другой конец которого жестко связан с выпускным каналом 4, термобаллон выполнен в виде внутреннего объема выходной части корпуса, ограниченного внешней поверхностью разнокалиберных сильфонов, причем регулирующий клапан выполнен в виде входного раструба 6 смесительной трубы, а диафрагма входной части корпуса 14 герметично связана с выходом канала холодной воды 2 и снабжена дополнительными отверстиями 15 для перетекания горячей воды в смесительную камеру 16, образованную между упомянутыми диафрагмами 12 и 14 на стыке входной и выходной частей корпуса. Резьбовой уплотнитель 17 обеспечивает герметичную связь входной 9 и выходной 10 частей корпуса 1.

Предложенный узел регулирования рабочей точки (см. фиг.2) содержит дополнительный сильфон 18, размещенный в отводе 19 с помощью резьбового соединения 20, которое обеспечивает регулирование длины дополнительного сильфона.

Устройство работает следующим образом:
Холодная вода из канала 2 (см. фиг.1) непосредственно поступает в смесительную камеру 16, а горячая вода из канала 3 поступает в камеру 16 через дополнительные отверстия 15 в диафрагме 14. Далее смеситель холодной и горячей воды через входной раструб 6 смесительной трубы 11, ее выходной раструб 13 и сильфон меньшего калибра 8 поступает в выпускной канал 4.

Если температура воды в выпускном канале выше заданной, смесь холодной и горячей воды, проходя через смесительную трубу 11 и сильфон меньшего калибра 8, нагревает внешнюю поверхность как сильфона большего калибра 7, так и сильфона меньшего калибра 8, которые в свою очередь в результате теплоотдачи поверхности сильфонов и теплопроводности термочувствительной жидкости в термобаллоне 5 нагревают упомянутую жидкость.

Вследствие нагрева объем, занимаемый в термобаллоне жидкостью, расширяется и, воздействуя на сильфоны 7 и 8, производит перемещение смесительной трубы 11 в направлении единственной степени свободы вдоль оси сильфонов к диафрагме 14 входной части корпуса; при этом входной раструб 6, играющий роль регулирующего клапана, приближаясь к диафрагме 14, уменьшает сечение в смесительной камере 16, через которое горячая вода поступает в общую смесь холодной и горячей воды в смесительной трубе 11, вследствие чего температура воды в выпускном канале понижается. Если исходная температура смеси воды ниже заданной, то процесс происходит в обратном направлении - доля горячей воды в смеси автоматически увеличивается и температура воды в выпускном канале повышается.

Заданная температура определяется установкой рабочей точки регулирования с помощью дополнительного сильфона 18 (см. фиг.2), размещенного в отводе выходной части корпуса 19, путем регулирования линейного размера сильфона 18 с помощью резьбового соединения 20.

Вследствие того, что термочувствительная жидкость находится снаружи сильфонов 7 и 8, сила давления, вызывающая перемещение смесительной трубы, стремится выпрямить сильфоны в направлении единственной степени свободы - к смесительной камере 16, предотвращая тем самым возможность искривления и деформации сильфонов.

Благодаря этому и увеличивается надежность и долговечность устройства по сравнению с прототипом [2]; одновременно увеличивается стабильность заданной рабочей температуры, обусловленная тем, что в заявленной конструкции давление горячей и холодной воды не связано с давлением термочувствительной жидкости в термобаллоне. Сильфон 18 позволяет настраивать рабочую точку с высокой точностью.

В варианте устройства на фиг.3 используется лишь канал горячей воды, канал холодной воды перекрывается заглушкой 21. В этом случае в зависимости от температуры горячей воды изменяется температура термочувствительной жидкости в термобаллоне 5, сильфоны 7 и 8, воздействуя на трубу 11, перекрывают частично вход в смесительную камеру 16, поток воды уменьшается, что соответственно ведет к уменьшению температуры в термобаллоне 5. Таким образом, устанавливается динамическое равновесие между расходом воды и ее температурой.

Данный принцип терморегулятора может быть широко использован и в газовых трубопроводах.

Данное устройство внедрено в серийное производство. Общие габариты 390 х 170 мм, длина фланца 135 мм. Внешний диаметр сильфонов 48 и 52 мм. Надежность устройства по сравнению с прототипом увеличена в 2,5 раза; чувствительность - в 3 раза.

Литературные источники
1. Патент РФ 2025761 G 05 D 23/08 Заявление 21.05.92 г., опубл. 30.12.94 г.

2. Патент РФ 2023285 G 05 D 23/02 Заявление 04.03.92 г., опубл. 15.11.94 г.

Изобретение относится к устройствам с регулируемыми параметрами и может быть использовано в качестве смесителя горячей и холодной воды и для регулирования температуры в системах водоснабжения. Достигаемый технический результат - повышение надежности устройства, стабильности заданной температуры воды, а также повышение точности настройки рабочей точки. Устройство в корпусе с каналами холодной и горячей воды и выпускным каналом с помощью термобаллона и управляющего элемента на основе двух разнокалиберных сильфонов перемещает смесительную трубу, перекрывая регулирующим клапаном доступ горячей воды из смесительной камеры в смесительную трубу, регулируя тем самым поток горячей воды в выпускном канале. Установка рабочей точки производится с помощью дополнительного сильфона. Предложенный принцип терморегулирования может быть использован для трубопроводов жидкостей разных типов и газопроводов. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Смеситель-терморегулятор для системы водоснабжения, содержащий корпус с каналами для впуска холодной и горячей воды и выпускным каналом, регулятор температуры в виде термобаллона, заполненного термочувствительной средой, регулирующего клапана и управляющего элемента на основе двух разнокалиберных сильфонов, отличающийся тем, что корпус разделен на входную часть, включающую каналы холодной и горячей воды, и герметично связанную с входной частью выходную часть, включающую последовательное соединение смесительной трубы, двух разнокалиберных сильфонов и выпускного канала, при этом смесительная труба свободно проходит через диафрагму выходной части корпуса и расположена внутри сильфона большего калибра, жестко связанного одним торцом с упомянутой диафрагмой, а другим концом через выходной раструб смесительной трубы с одним концом сильфона меньшего калибра, другой конец которого жестко связан с выпускным каналом, термобаллон выполнен в виде внутреннего объема выходной части корпуса, ограниченного внешней поверхностью разнокалиберных сильфонов, причем регулирующий клапан выполнен в виде входного раструба смесительной трубы, а диафрагма входной части корпуса герметично связана с выходом канала холодной воды и снабжена дополнительными отверстиями для перетекания горячей воды в смесительную камеру, образованную между упомянутыми диафрагмами на стыке входной и выходной частей корпуса.2. Смеситель-терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что введен дополнительный сильфон, размещенный в отводе выходной части корпуса и закрепленный в упомянутом отводе с помощью резьбового соединения с возможностью регулирования длины дополнительного сильфона.3. Смеситель-терморегулятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что канал холодной воды перекрыт с помощью заглушки.