БОЙЛЕР, СНАБЖЕННЫЙ ВСТРОЕННЫМ АЗОТНЫМ РЕЗЕРВУАРОМ И ТЕПЛООБМЕННИКОМ Российский патент 2015 года по МПК F24H1/48 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к бойлеру, в частности к бойлеру, снабженному встроенным резервуаром с азотом и водонагревающим теплообменником.

ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бытовые водонагреватели оснащают герметичным расширительным бачком, изолированным от контакта с атмосферой таким образом, что даже при расположении напорной трубы отопительной системы выше расширительного бачка он не переполняется. Другими словами, по мере повышения температуры и объема воды при работе бойлера в трубопроводе увеличивается давление, которое компенсируется диафрагмой и азотом в расширительном бачке.

В силу того, что расширительный бачок изолирован от атмосферы, количество растворенного в воде кислорода внутри трубы сокращается. Благодаря этому предотвращается коррозия теплообменника и трубы и увеличивается срок службы бойлера.

При этом теплообменники и герметичные резервуары с азотом для таких традиционных бойлеров поставляются раздельно, что увеличивает общие накладные расходы.

Кроме того, при пользовании таким традиционным бойлером горячая вода не сразу поступает из крана после его открытия.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

Целью настоящего изобретения является устранение указанных выше недостатков за счет оборудования бойлера встроенным герметичным резервуаром с азотом и водогрейным теплообменником.

Другой целью заявляемого изобретения является обеспечение наличия в бойлере постоянного объема воды, контактирующей с теплообменником, что позволит гарантировать немедленное поступление горячей воды потребителю при открытии крана.

Техническое решение

Один из аспектов решения поставленных выше технических задач относится к бойлеру. Данное изобретение относится к бойлеру, включающему корпус, снабженный средствами притока/оттока нагреваемой воды и притока/оттока горячей воды; азотный резервуар, установленный в нижней части корпуса бойлера; эластичную камеру, помещенную в азотный резервуар для притока/оттока нагреваемой воды, имеющую возможность изменения объема в соответствии с притоком/оттоком нагреваемой воды; и водонагревающий теплообменник, размещенный в верхней части корпуса бойлера для регулирования температуры горячей воды.

Согласно конструктивному решению настоящего изобретения водонагревающий теплообменник создает вихрь в потоке горячей воды, поступающей через циркуляционный насос.

В другом варианте конструктивного решения настоящее изобретение включает первый корпус; второй корпус, который может быть смонтирован с первым корпусом и снабжен средствами притока/оттока нагреваемой воды и притока/оттока горячей воды, и имеет пространство циркуляции нагреваемой воды; герметичный резервуар с газообразным азотом, помещенный в первый корпус; эластичную камеру, помещенную в герметичный резервуар с азотом, позволяющую циркулировать нагреваемой воде во втором корпусе и эластично трансформировать свой объем по мере изменения объема притока/оттока нагреваемой воды; и водонагревающий теплообменник, помещенный во второй корпус для циркуляции нагреваемой воды во втором корпусе.

Другое техническое решение данного изобретения предусматривает выполнение водонагревающего теплообменника в форме многовитковой спирали. Множество водоводов размещено в центральной части теплообменника на одинаковом расстоянии друг от друга перпендикулярно направлению витков спирали теплообменника. Водоводы препятствуют потоку нагреваемой воды при ее циркуляции внутри второго корпуса, создавая таким образом завихрение в нагреваемой воде, повышая эффективность теплообмена между водогрейным теплообменником и нагреваемой водой.

Согласно еще одному конструктивному решению применена ячеистая панель, которая разделяет первый и второй корпусы и, за счет выполнения ее поверхности с множеством углублений одинаковой глубины, препятствует потоку нагреваемой воды.

Согласно другому варианту конструкции поверхность второго корпуса имеет множественные ориентированные внутрь углубления, которые препятствуют потоку нагреваемой воды.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Бойлер в данном изобретении оснащен встроенным герметичным резервуаром с азотом и водонагревающим теплообменником. Предлагаемая интегрированная компоновка обеспечивает простую систему циркуляции нагреваемой воды и конструкции бойлера в целом, что в результате дает снижение общих производственных затрат.

Кроме того, в контакте с теплообменником всегда находится постоянный объем воды, благодаря чему горячая вода при открытии крана доступна без какого-либо времени ожидания.

В дополнение к этому, водоводы и внутренние углубления в корпусе создают вихревой эффект в нагреваемой воде в теплообменнике, что усиливает теплообмен горячей воды.

ОПИСАНИЕ ФИГУР

На фиг.1 представлен схематичный вид в разрезе устройства бойлера согласно настоящему изобретению;

на фиг.2 схематично представлена конструкция бойлера согласно настоящему изобретению;

на фиг.3 и 4 представлены схемы, иллюстрирующие варианты конструктивных решений бойлера согласно настоящему изобретению;

на фиг.5 представлен вид в разрезе варианта конструкции бойлера согласно настоящему изобретению;

на фиг.6 показана схема процесса сборки бойлера в одном из конструктивных решений согласно настоящему изобретению.

ПРЕИМУЩЕСТВЕННОЕ ИСПОЛНЕНИЕ

Фиг.1 схематически иллюстрирует в поперечном разрезе принципиальную схему устройства бойлера (100) согласно настоящему изобретению, и фиг.2 схематически иллюстрирует конструкцию бойлера согласно настоящему изобретению.

Как видно на фиг.1 и 2, конструкция бойлера, заявленного в изобретении, включает корпус (110), герметичный резервуар с азотом, установленный в нижней части корпуса, эластичную камеру, помещенную в герметичный резервуар с азотом для притока/оттока нагреваемой воды и эластичной трансформации ее объема по мере изменения объема притока/оттока нагреваемой воды, и теплообменник, размещенный в верхней части корпуса для регулирования температуры горячей воды.

В объеме корпуса (110) могут быть размещены герметичный резервуар с азотом (10) и теплообменник (140), что обеспечивает циркуляцию нагреваемой воды внутри корпуса. Корпус (110) снабжен подводом (111) и отводом (113) нагреваемой воды. Кроме того, корпус (110) содержит впускной канал (115) для закачки азота в герметичный резервуар (120) для азота.

Герметичный резервуар для азота (120) установлен внутри корпуса (110) таким образом, что объем эластичной камеры (130) равномерно изменяется в зависимости от объема притока/оттока нагреваемой воды. Герметичный резервуар для азота (120) представляет собой герметичный резервуар высокого давления, в который закачивается азот под давлением 1~2 бар.

Эластичная камера помещена в герметичный резервуар с азотом (120). Эластичная камера имеет открытую горловину, обеспечивающую свободный приток и отток нагреваемой воды. Пополнение нагреваемой воды в корпусе (110) происходит таким образом, что когда уровень воды повышается, эластичная камера (130), расширяясь, заполняется нагреваемой водой, а когда количество нагретой воды уменьшается, объем равномерно сокращается под давлением азота. Эластичная камера (130) выполнена из резины в форме шарообразного баллона.

При работе бойлера (100) температура нагреваемой воды возрастает, увеличивая объем эластичной камеры (220). Когда температура и объем нагреваемой воды понижаются, нагреваемая вода, расширяющая внешний объем эластичной камеры (130), вытекает. Во время работы бойлера (100) эластичная камера (130) постоянно расширяется и сжимается.

Теплообменник (140) передает тепло, сохранившееся в нагретой воде, горячей воде, за счет чего повышается температура холодной воды в корпусе (110). Теплообменник (140), согласно данному изобретению, имеет форму многовитковой спирали, что повышает эффективность теплообмена. Холодная вода поступает с одного конца (141) теплообменника (140), а горячая вода, температура которой увеличилась за счет теплообмена с нагретой водой, вытекает через второй конец (143).

В это время, как показано на фиг.2, циркуляционный насос (300) обеспечивает движение нагреваемой воды к периферии теплообменника (140), создавая вихрь. Это максимизирует эффективность теплообмена между горячей водой и нагреваемой водой.

Принцип действия заявленного в изобретении бойлера (100), который имеет описанную выше компоновку, рассмотрен, в основном, в соответствии с фиг.1 и 2. Когда работает бойлерная система (1), вода, нагреваемая теплообменником (140), поступает через канал впуска нагреваемой воды (111) корпуса (110). Когда уровень воды в корпусе (110) повышается за счет притока нагреваемой воды, нагреваемая вода поступает в эластичную камеру (130).

По мере поступления в эластичную камеру (130) нагреваемой воды повышается ее температура, за счет чего эластичная камера, изображенная на фиг.1 в сжатом состоянии, равномерно расширяется вследствие увеличения объема нагреваемой воды, как показано на фиг.2.

Нагреваемая вода выходит через канал выпуска (113) нагреваемой воды и, проходя через циркуляционный насос (300) и трехходовой клапан (400), подается на радиатор отопления или объекты обогрева (500).

При этом, в то время как нагреваемая вода циркулирует в корпусе (110) посредством циркуляционного насоса (300), благодаря наличию постоянного объема воды внутри теплообменника (140) в процессе теплообмена поддерживается высокая температура. Следовательно, когда потребитель включает горячую воду, горячая вода подается немедленно.

Из вышесказанного следует, что бойлер в предлагаемом изобретении оснащен встроенным герметичным резервуаром с азотом и водонагревающим теплообменником. Предлагаемая интегрированная компоновка обеспечивает простую систему циркуляции нагреваемой воды и конструкции бойлера в целом, что в результате дает снижение общих производственных затрат.

Более того, постоянный объем воды в теплообменнике (140) всегда находится в контакте с нагреваемой водой, благодаря чему при открытии крана горячей воды горячая вода поступает к потребителю, не требуя времени ожидания.

Кроме того, фигуры 4 и 6 иллюстрируют другие возможные конструктивные решения бойлера (100a).

Как описано выше, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации бойлера (100), герметичный резервуар с азотом (120) и теплообменник (140) размещены вертикально друг под другом. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения бойлер (100a) состоит из двух корпусов (110a, 110b), а герметичный резервуар с азотом (120a) и теплообменник (140a) расположены горизонтально слева и справа от корпусов.

Эластичная камера (130a) выполнена с возможностью расширения и сокращения объема в зависимости от количества нагреваемой воды, подаваемой в корпус (110a), а горячая вода нагревается за счет теплообмена между нагреваемой водой и теплообменником (140a).

Фигуры 3 и 4 иллюстрируют внутреннюю конструкцию первого корпуса (110a) и второго корпуса (110b), а на фигуре 5 изображено поперечное сечение бойлера согласно еще одному варианту осуществления изобретения, в то время как на фигуре 6 графически представлен процесс сборки бойлера по другому варианту реализации изобретения.

Согласно наглядному отображению другого варианта компоновки настоящего изобретения бойлер (100a) включает в себя первый корпус (110a) со встроенным герметичным резервуаром с азотом (120a), в который, в свою очередь, помещена эластичная камера (130a).

Кроме того, пространство циркуляции нагреваемой воды предусмотрено во втором корпусе (110b) и в теплообменнике (140a). Второй корпус (110b) имеет канал впуска нагреваемой воды (111) и канал выпуска (113), обеспечивая циркуляцию нагреваемой воды внутри второго корпуса (110b).

Теплообменник (140) по данному изобретению имеет форму спирали.

Здесь, как показано на фигуре 6, присутствует ячеистая панель (150), разделяющая первый корпус (110a) и второй корпус (110b). Ячеистая панель (150) собрана на внутренней поверхности второго корпуса (110b). Поверхность ячеистой панели (150) имеет множество отверстий (151), расположенных на равном расстоянии друг от друга, что позволяет нагреваемой воде во втором корпусе (110b) проникать в эластичную камеру (130a). Кроме того, поверхность ячеистой панели (150) содержит множество углублений (153) одинаковой глубины, направленных в сторону второго корпуса (110b). Углубления (153) одинаковой глубины препятствуют потоку нагреваемой воды внутри второго корпуса (110b).

Кроме того, как показано на фигуре 5, поверхность второго корпуса (110b) имеет множество направленных внутрь углублений (115). Эти направленные внутрь углубления (115) также препятствуют прохождению потока нагреваемой воды внутри второго корпуса (110b).

Также второй корпус (110b) снабжен множеством водоводов (170), расположенных перпендикулярно направлению спирали теплообменника. Водоводы (170), расположенные во втором корпусе (110b) на равном расстоянии друг от друга, препятствуют потоку нагреваемой воды внутри второго корпуса (110b).

Водоводы (170), углубления (153) и направленные внутрь углубления (115) задерживают поток нагреваемой воды, создавая таким образом завихрение в нагреваемой воде в теплообменнике (140a) второго корпуса (110b). Такое завихрение повышает эффективность теплообмена между теплообменником (140a) и нагреваемой водой.

Без наличия водоводов (170), углублений (153) и направленных внутрь углублений (115) тепло застаивается на поверхности теплообменника (140a) и герметичного резервуара с азотом (120a) и теплообмен не происходит.

Множественные водоводы установлены в центральной части водонагревающего теплообменника на равном расстоянии друг от друга перпендикулярно направлению спирали теплообменника. Водоводы препятствуют потоку нагреваемой воды при ее циркуляции внутри второго корпуса, создавая таким образом завихрение в нагреваемой воде, повышая эффективность теплообмена между водогрейным теплообменником и нагреваемой водой.

В дополнение к этому, водоводы и внутренние углубления в корпусе создают вихревой эффект в нагреваемой воде в теплообменнике, что усиливает теплообмен горячей воды.

Таким образом, в соответствии с альтернативной реализацией настоящего изобретения, в бойлере (100a) может быть использована застойная тепловая зона в качестве энергии за счет вихревого эффекта, создаваемого геометрией водоводов (170), углублений (153) и внутренних углублений (115).

В соответствии с альтернативной реализацией настоящего изобретения на фигуре 6 отображена процедура сборки бойлера (110a), описанная ниже.

Сначала в корпус (110b) помещают теплообменник (140a), выполненный в форме спирали, и многочисленные водоводы (170) размещают в центральной части водонагревающего теплообменника (140b).

Затем на передней стороне второго корпуса (110b) монтируют ячеистую панель (150). Ячеистую панель (150) запрессовывают с внутренней стороны второго корпуса, а смежную поверхность закупоривают. Эластичную камеру (130a) помещают с внешней стороны ячеистой панели (150), а первый корпус (110a) устанавливают с внешней стороны эластичной камеры (130a). Первый корпус (110a) для жесткой фиксации запрессовывают во второй корпус (110b).

В полностью собранный бойлер встраивают герметичный резервуар с азотом и теплообменник. Такая интегрированная компоновка создает упрощенный контур циркуляции нагреваемой воды в бойлере и в бойлерной системе в целом, что в результате обеспечивает снижение общих производственные затрат, а также формирует вихревой эффект, повышая таким образом эффективность теплообмена.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Различные конструктивные варианты бойлера, относящегося к заявленному изобретению, являются лишь иллюстративными, и для квалифицированных специалистов в данной области очевидна возможность применения разнообразных модификаций представленных конструктивных решений и прочих равнозначных версий компоновки. В силу этого настоящее изобретение не ограничивается приведенными техническими решениями. По существу, объем правовой защиты заявляемого изобретения должен быть основан на технических принципах, изложенных в прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, все удовлетворяющие требованиям применения модификации, варианты и аналоги должны соответствовать общей тенденции, концепции и пределам правовой охраны изобретения и пунктов его формулы, а также их юридических аналогов, при этом общие принципы, определенные здесь, могут быть применены к другим техническим решениям и приложениям без отступления от общей тенденции и объема правовой охраны изобретения и его формулы.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлах для нагрева воды. Предложен бойлер, включающий корпус, снабженный средствами притока/оттока нагреваемой воды и притока/оттока горячей воды, герметичный резервуар с азотом, установленный в нижней части корпуса, эластичную камеру, помещенную в герметичный резервуар с азотом для притока/оттока нагреваемой воды и имеющую возможность эластичной трансформации ее объема по мере изменения объема нагреваемой воды; и водонагревающий теплообменник, установленный в верхней части корпуса. В другом варианте осуществления изобретения бойлер состоит из двух корпусов, а герметичный резервуар с азотом и теплообменник расположены горизонтально слева и справа от корпусов. Предложенная компоновка создает упрощенный контур циркуляции нагреваемой воды и повышает эффективность теплообмена. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Бойлер, включающий:
корпус, снабженный средствами притока/оттока нагреваемой воды и притока/оттока горячей воды;
герметичный резервуар с азотом, установленный в нижней части корпуса;
эластичную камеру, помещенную в герметичный резервуар с азотом для притока/оттока нагреваемой воды и имеющую возможность эластичной трансформации ее объема по мере изменения объема притока/оттока нагреваемой воды; и
водонагревающий теплообменник, установленный в верхней части корпуса для регулирования температуры горячей воды.

2. Бойлер по п.1, в котором водонагревающий теплообменник выполнен с возможностью создания вихревого эффекта в горячей воде, пропускаемой через циркуляционный насос.

3. Бойлер, включающий:
первый корпус;
второй корпус, имеющий возможность монтажа с первым корпусом, снабженный средствами притока/оттока нагреваемой воды и притока/оттока горячей воды и имеющий пространство циркуляции нагреваемой воды;
герметичный резервуар с азотом, помещенный в первый корпус;
эластичную камеру, расположенную в герметичном резервуаре с азотом и обеспечивающую возможность циркуляции нагреваемой воды во втором корпусе, и имеющую возможность эластичной трансформации ее объема в зависимости от объема притока/оттока нагреваемой воды; и
водонагревающий теплообменник, размещенный во втором корпусе для создания циркуляции нагреваемой воды во втором корпусе.

4. Бойлер по п.3, в котором водонагревающий теплообменник выполнен в форме многовитковой спирали и содержит водоводы, расположенные в его центральной части на равном расстоянии друг от друга перпендикулярно направлению спирали теплообменника, при этом водоводы обеспечивают препятствие потоку нагреваемой воды при ее циркуляции внутри второго корпуса, создавая таким образом завихрение в нагреваемой воде, повышая эффективность теплообмена между водогрейным теплообменником и нагреваемой водой.

5. Бойлер по п.3 или 4, включающий ячеистую панель, разделяющую первый и второй корпусы и имеющую поверхность с множеством углублений одинаковой глубины, препятствующих потоку нагреваемой воды.

6. Бойлер по п.5, в котором поверхность второго корпуса имеет множественные направленные внутрь углубления, препятствующие потоку нагреваемой воды.