АЗОТОНАПОЛНЯЕМЫЙ РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАК ДЛЯ БОЙЛЕРА Российский патент 2015 года по МПК F24H1/48 

Область техники

Настоящее изобретение относится к наполняемому азотом расширительному баку для бойлера. В частности, настоящее изобретение относится к расширительному баку с азотной подушкой, встраиваемому в единый корпус с бойлером, для компенсации гидравлического удара, возникающего в результате температурного расширения объема циркулирующей внутри корпуса воды в качестве теплоносителя.

Уровень техники

Бытовой водонагреватель оснащают герметичным расширительным баком, изолированным от контакта с атмосферой таким образом, что даже при расположении напорной трубы отопительной системы выше расширительного бака, он не переполняется.

Другими словами, при работе бойлера по мере повышения температуры и объема воды в контуре трубопровода увеличивается давление, которое компенсируется мембраной и азотом в газовом пространстве расширительного бака.

В силу того, что расширительный бак изолирован от атмосферы, содержание растворенного в воде кислорода внутри трубопровода снижено, благодаря чему предотвращается коррозия теплообменника и труб и увеличивается срок службы бойлера.

Однако теплообменники и герметичные камеры с азотом для таких традиционных бойлеров устанавливаются раздельно, что увеличивает общие накладные расходы.

Раскрытие изобретения

Техническая задача

В силу этого, настоящее изобретение разрабатывалось с учетом вышеназванных пробелов в этой области техники и с целью создания азотонаполняемого расширительного бака, встраиваемого в общий корпус с бойлером, для компенсации гидравлического удара, вызванного температурным расширением нагреваемой воды как теплоносителя, циркулирующей в корпусе.

Техническое решение

Одним из аспектов достижения поставленных перед изобретением целей является создание азотонаполняемого расширительного бака, встроенного в единый с бойлером корпус, для компенсации гидравлического удара в результате увеличения в объеме нагреваемой воды. Азотонаполняемый расширительный бак включает резервуар, снабженный средствами обеспечения притока и оттока нагреваемой воды и заполненный азотом, в котором размещена эластичная камера, предназначенная для приема и вытеснения нагреваемой воды и равномерно меняющая свой объем в соответствии с притоком и оттоком нагреваемой воды, что обеспечивает компенсацию гидравлического удара, вызываемого температурным расширением нагреваемой воды.

В предпочтительном варианте эластичная камера имеет горловину для приема и вытеснения нагреваемой воды, открытую вовне наполненного азотом резервуара, при этом наполненный азотом резервуар снабжен ниппелем для подкачки азота в случае увеличения объема эластичной камеры, чтобы компенсировать гидравлический удар, когда давление при температурном расширении объема нагреваемой воды, поступающей в эластичную камеру, превышает давление азотной подушки в резервуаре.

Кроме того, эластичная камера предпочтительно предусмотрена в форме кувшина таким образом, чтобы объем вытесняемой из горловины жидкости превосходил объем поступающей через нее жидкости.

Преимущества

Как описано выше, в азотонаполняемом расширительном баке для бойлера согласно настоящему изобретению наполненный азотом резервуар с эластичной камерой объединены в корпусе бойлера, благодаря чему гидравлический удар, вызванный температурным расширением объема нагреваемой воды, циркулирующей в корпусе, может быть погашен. Соответственно, если сравнивать с компоновкой, при которой расширительный бак устанавливается отдельно, снаружи бойлера, гидравлический удар теплоносителя может быть эффективно компенсирован, при этом упрощается конфигурация как самого бойлера, так и всего контура циркуляции теплоносителя в бойлере, что ведет к снижению общих производственных издержек.

Описание фигур

На фиг.1 (FIG.1) представлен схематичный вид в разрезе варианта компоновки бойлера со встроенным азотонаполняемым расширительным баком согласно настоящему изобретению;

на фиг.2 (FIG.2) представлена схема варианта конструкции бойлерной системы, включающей в себя бойлер со встроенным азотонаполняемым расширительным баком согласно настоящему изобретению;

на фиг.3 и 4 (FIG.3, 4) представлены схемы вариантов конструктивных решений бойлера, который может быть объединен с азотонаполняемым расширительным баком согласно настоящему изобретению;

на фиг.5 (FIG.5) представлен вид в разрезе варианта конструктивного решения бойлера, который может быть объединен с азотонаполняемым расширительным баком согласно настоящему изобретению;

на фиг.6 (FIG.6) представлена схема процесса сборки бойлера в одном из конструктивных решений с возможностью встраивания азотонаполняемого расширительного бака согласно настоящему изобретению.

Наилучший способ осуществления

Реализация изобретения

Одна из реализаций заявляемого изобретения будет описана со ссылкой на сопровождающие фигуры для получения квалифицированными специалистами ясного представления о предлагаемом изобретении. Специалисты в этой сфере должны понимать, что конструктивное решение изобретения может иметь различные модификации, и объем правовой охраны настоящего изобретения не ограничен приведенным здесь описанием.

Описываемое конструктивное решение обеспечивает представление настоящего изобретения знающему специалисту в затрагиваемой области. Форма каждого элемента, отображенного на фигуре, может быть преувеличена или показана схематично для удобства или ясности. В дополнение следует отметить, что на всех фигурах один и тот же элемент показан под одним номером позиции.

В случае, если описание общеизвестных функций или конфигураций может затруднить понимание технической сути того или иного конструктивного решения, частности будут опущены.

На фиг.1 представлен схематичный вид в разрезе варианта компоновки бойлера со встроенным азотонаполняемым расширительным баком согласно настоящему изобретению;

на фиг.2 представлена схема варианта конструкции бойлерной системы, включающей в себя бойлер со встроенным азотонаполняемым расширительным баком согласно настоящему изобретению.

Как показано на фигурах, бойлер 100 включает корпус 110, резервуар, наполненный азотом 120, установленный в нижней части корпуса 110, эластичную камеру 130, помещенную в наполненный азотом резервуар 120, обладающую способностью равномерно изменять свой объем в зависимости от объема притока/оттока нагреваемой воды, и теплообменник для нагреваемой воды 140, предназначенный для регулирования температуры нагреваемой воды и установленный в верхней части корпуса 110.

В данной компоновке азотонаполняемый расширительный бак для бойлера согласно настоящему изобретению включает наполненный азотом резервуар 120 в нижней части корпуса бойлера 110 и эластичную камеру 130, помещенную в наполненный азотом резервуар 120.

При этом объем корпуса 110 вмещает в себя наполненный азотом резервуар 120 и теплообменник для нагреваемой воды 140, пространство которого предназначено для циркуляции нагреваемой воды. Корпус 110 оснащен патрубком подачи нагреваемой воды 111 и патрубком нагнетания нагреваемой воды 113 для притока и оттока нагреваемой воды. Кроме того, корпус 110 снабжен ниппелем для закачки азота 115 для создания азотной подушки в наполняемом азотом резервуаре 120.

Наполненный азотом резервуар 120 установлен в корпусе 110 таким образом, чтобы объем эластичной камеры 130 изменялся в зависимости от перепадов температуры нагреваемой воды. Наполненный азотом резервуар 120 представляет собой герметичный баллон высокого давления, в который закачан азот под давлением от 1 до 2 бар.

Эластичная камера 130 помещена внутрь наполненного азотом резервуара 120. Эластичная камера 130 имеет приточно-отточную горловину, открытую вовне резервуара и внутрь корпуса 110 для свободного притока или вытеснения нагреваемой воды. При увеличении объема поступающей в корпус 110 нагреваемой воды она пополняет эластичную камеру 130, за счет чего эластичная камера расширяется. При уменьшении объема нагреваемой воды эластичная камера 130 сжимается под давлением окружающей азотной подушки.

Эластичная камера 130 выполнена в форме воздушного шара на резиновой (каучуковой) основе. Опишем далее форму эластичной камеры 130 подробнее. При этом на прилагаемых фигурах эластичная камера 130 отображена в форме ″кувшина″, у которого область, противоположная приточно-отточной горловине, имеет больший объем, чем пригорловинная часть.

При работе бойлера 100 на повышение температуры нагреваемой воды увеличивается ее объем, в результате чего в эластичную камеру 130 поступает возросший объем нагреваемой воды. И наоборот, при уменьшении объема нагреваемой воды со снижением ее температуры увеличивается объем нагреваемой воды, вытесняемой из эластичной камеры 130. Во время работы бойлера 100 сжатие и расширение эластичной камеры 130 постоянно повторяется.

Теплообменник 140 служит для обмена теплотой между теплоносителем - нагреваемой водой - и охлаждающей водой для повышения температуры (оборотной) охлаждающей воды, поступающей в корпус 110. Теплообменник 140 выполнен в виде спирали для повышения эффективности теплообмена. Охлаждающая вода поступает через первый оконечный патрубок 141 теплообменника 140, а горячая вода, температура которой повышается за счет теплоотдачи нагреваемой воды, выпускается через противоположный оконечный патрубок 143 теплообменника 140.

При этом с помощью циркуляционного насоса 300 создается принудительная циркуляция теплоносителя вокруг теплообменника 140, за счет чего вокруг него возникают завихрения. Соответственно, увеличивается эффективность теплообмена между нагреваемой водой как теплоносителем и горячей водой.

Далее, со ссылкой на фиг.1 и 2 будет рассмотрен рабочий процесс бойлера 100 описанной выше конструкции. При включении бойлерной системы 1 вода, нагреваемая главным теплообменником 200, подается внутрь корпуса 110 через патрубок подачи нагреваемой воды 111. Если нагреваемая вода подается в корпус 110 с постепенным повышением уровня, она может подаваться в эластичную камеру 130.

Если нагреваемая вода подается в эластичную камеру 130 при постепенном повышении температуры нагреваемой воды, эластичная камера из сжатого состояния, показанного на фиг.1, вследствие температурного расширения нагреваемой воды, равномерно увеличивается в объеме, как показано на фиг.2.

Нагретая вода через патрубок нагнетания нагреваемой воды 113 посредством циркуляционного насоса 300 и трехходового клапана 400 подается в радиатор или на объект обогрева 500.

По мере того как нагреваемая вода в качестве теплоносителя под воздействием принудительной циркуляции за счет циркуляционного насоса 300 подается в корпус 110, в силу того что теплообменник 140 содержит постоянный объем воды, теплоотдача нагреваемой воды обеспечивает постоянную температуру горячей воды. Благодаря этому потребитель получает горячую воду сразу же после открытия крана горячей воды.

Применение интегрированной компоновки бойлера с азотонаполняемым расширительным баком в едином корпусе в соответствии с настоящим изобретением, как описано выше, упрощает конструкцию контура циркуляции нагреваемой бойлером воды и всей бойлерной системы в целом, что снижает общие производственные издержки. Безусловно, теплообменник включен в компоновку.

Дополнительно, расчетный объем воды внутри теплообменника находится в постоянном контакте с нагреваемой водой. Следовательно, потребитель имеет возможность пользоваться горячей водой сразу же после открытия крана без какого-либо времени ожидания.

Фиг.3-6 иллюстрируют несколько вариантов технических решений бойлера 100a со встроенным азотонаполняемым расширительным баком для бойлера согласно заявляемому изобретению.

Бойлер 100, в соответствии с ранее приведенными реализациями изобретения, имеет продольную конфигурацию расположения наполненного азотом резервуара 120 и теплообменника 140. Между тем, согласно другому техническому решению настоящего изобретения в бойлере 100a со встроенным азотонаполняемым расширительным баком для бойлера наполненный азотом резервуар 120a и теплообменник 140а размещены поперечно слева и справа в двух корпусах 110a и 110b.

Соответственно этому, эластичная камера 130a расширяется или сжимается в зависимости от объема теплоносителя, введенного в корпус 110a, а также теплоноситель и теплообменник 140a осуществляют теплообмен таким образом, чтобы вода внутри теплообменника 140a была нагрета.

Фиг.3 и 4 отображают иные решения компоновки бойлера со встроенным азотонаполняемым расширительным баком для бойлера.

На фиг.5 дан схематичный вид в разрезе бойлера со встроенным азотонаполняемым расширительным баком для бойлера согласно еще одному варианту осуществления.

На фиг.6 изображен порядок сборки бойлера, использующего азотонаполняемый расширительный бак для бойлера в очередном варианте компоновки согласно изобретению.

Как видно из представленных фигур, в бойлере 100a со встроенным азотонаполняемым расширительным баком для бойлера в соответствии с альтернативным конструктивным решением изобретения наполненный азотом резервуар 120a интегрирован в первом корпусе 110a, а эластичная камера 130a размещена в наполненном азотом резервуаре 120a. При этом внутри пространства второго корпуса 110a установлен теплообменник 140a и циркулирует нагреваемая вода. Второй корпус 110b снабжен патрубками подачи 111 и нагнетания 113 для притока и оттока нагреваемой воды таким образом, чтобы нагреваемая вода могла циркулировать внутри второго корпуса 110b.

Как видно на фигурах, теплообменник 140a выполнен в форме уплотненной (сплюснутой) спирали.

Как показано на фиг.6, для разделения пространств первого 110a и второго 110b корпусов между ними установлена ячеистая панель 150. Ячеистая панель 150 закреплена вплотную к внутренней стенке второго корпуса 110b.

Поверхность ячеистой панели 150 имеет множество отверстий 151, расположенных на равном расстоянии друг от друга, позволяющих нагреваемой воде во втором корпусе 110b проникать в эластичную камеру 130a. Дополнительно на поверхности ячеистой панели 150 выполнено множество поперечных канавок 153 одинаковой глубины, обращенных в сторону второго корпуса 110b. Канавки 153 одинаковой глубины препятствуют потоку нагреваемой воды внутри второго корпуса 110b.

Дополнительно, как показано на фиг.5, на поверхность второго корпуса 110b нанесено множество штампованных углублений 115, направленных внутрь стенки корпуса. Эти направленные внутрь штампованные углубления 115 также препятствуют прохождению потока нагреваемой воды внутри второго корпуса 110b.

Имеется также множество водоводов 170, расположенных перпендикулярно направлению спирали теплообменника. Водоводы 170, расположенные во втором корпусе 110b на заданном равном расстоянии друг от друга, препятствуют потоку нагреваемой воды внутри второго корпуса 110b.

Водоводы 170, поперечные канавки 153 и штампованные углубления 115 преграждают поток нагреваемой воды, создавая вихревой эффект в нагреваемой воде в теплообменнике 140a второго корпуса 110b. Вихревой эффект повышает эффективность теплообмена между теплообменником 140a и нагреваемой водой.

Без наличия водоводов 170, канавок 153 и штампованных углублений 115 тепло застаивается на поверхности теплообменника 140a и азотонаполняемого резервуара 120a, при этом отсутствует равномерный теплообмен.

Таким образом, в одном из вариантов компоновки данного изобретения в бойлере 100a застойное тепло может быть источником энергии за счет использования вихревого эффекта, создаваемого геометрией водоводов 170, канавок 153 и штампованных углублений 115.

Порядок сборки бойлера 110a со встроенным азотонаполняемым расширительным баком согласно одному из конструктивных решений по настоящему изобретению кратко описан ниже со ссылкой на фиг.6.

Сначала во второй корпус 110b помещают теплообменник 140a в форме спирали и водоводы 170 в центральной части теплообменника 140b.

Ячеистую панель 150 устанавливают в передней части второго корпуса 110b. Ячеистую панель 150 запрессовывают внутрь кромки в передней части второго корпуса 110b и уплотняют по шву. Эластичную камеру 130a помещают с внешней стороны ячеистой панели 150, затем, с внешней стороны эластичной камеры 130a монтируют первый корпус 110a. Первый корпус 110a жестко запрессовывают во второй корпус.

В результате, в собранном бойлере в едином корпусе интегрированы азотонаполняемый резервуар и теплообменник, что упрощает контур циркуляции охлаждающей воды и конструкцию бойлера в целом. Соответственно, снижаются издержки производства. Формирующийся вихревой эффект усиливает эффективность теплообмена.

Промышленная применимость

Конструктивное решение азотонаполняемого расширительного бака для бойлера в соответствии с настоящим изобретением, описанное выше, служит иллюстративной цели, и для квалифицированных специалистов в данной сфере понятна возможность различных модификаций и аналогов.

Следовательно, подразумевается, что данное изобретение не ограничивается проиллюстрированными конструктивными решениями. В силу этого существенный технический объем правовой защиты заявляемого изобретения должен определяться на основе технической сути формулы изобретения.

Более того, подразумевается, что настоящее изобретение включает в себя его концепцию, определяемую пунктами формулы изобретения и всеми изменениями, аналогами и замещениями в пределах объема патентных притязаний.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в бойлерах, имеющих расширительный бак. Предложен азотонаполняемый расширительный бак для бойлера, встраиваемый в корпус бойлера для компенсации гидравлического удара вследствие температурного расширения теплоносителя, циркулирующего внутри корпуса. Азотонаполняемый расширительный бак включает заполненный азотом резервуар, имеющий средства притока и оттока нагреваемой воды, в который погружена эластичная камера, предназначенная для приема и вытеснения нагреваемой воды и равномерно меняющая свой объем в соответствии с притоком или оттоком нагреваемой воды, что обеспечивает компенсацию гидравлического удара, вызываемого температурным расширением нагреваемой воды. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Встраиваемый в бойлер азотонаполняемый расширительный бак для компенсации гидравлического удара, вызываемого температурным расширением объема нагреваемой воды как теплоносителя, включающий: резервуар, наполненный азотом, размещенный в корпусе бойлера и снабженный средствами обеспечения притока и оттока нагреваемой воды; и
эластичную камеру, размещенную в наполненном азотом резервуаре и предназначенную для приема и вытеснения нагреваемой воды, выполненную с возможностью изменения своего объема в соответствии с притоком и оттоком нагреваемой воды для компенсации гидравлического удара, вызываемого температурным расширением объема нагреваемой воды.

2. Азотонаполняемый расширительный бак по п.1, в котором эластичная камера имеет горловину для приема и вытеснения нагреваемой воды, открытую вовне наполненного азотом резервуара, при этом наполненный азотом резервуар снабжен ниппелем для подкачки азота в случае увеличения объема эластичной камеры при компенсации гидравлического удара, когда давление при температурном расширении объема нагреваемой воды, поступающей в эластичную камеру, превышает давление азотной подушки в резервуаре.

3. Азотонаполняемый расширительный бак по п.2, в котором эластичная камера выполнена в форме кувшина, при этом объем вытесняемой через горловину жидкости превосходит объем поступающей через нее жидкости.