承壓水箱壓力平衡裝置研究

陳海，陸磊，李宏哲，陳璞，張煜晨，戎曄

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽 合肥 230031）

目前，承壓儲(chǔ)水式熱水器設(shè)置有承壓水箱，使用承壓水箱做存儲(chǔ)熱水及作為熱交換設(shè)備。承壓水箱作為熱水器重要的部件，承壓水箱一旦出現(xiàn)問(wèn)題，承壓儲(chǔ)水式熱水器將不能正常使用，為了保證承壓儲(chǔ)水式熱水器正常使用，現(xiàn)有的技術(shù)，一般是在承壓儲(chǔ)水式熱水器的承壓水箱外接單向安全閥，避免承壓水箱內(nèi)的壓力過(guò)高。但單向安全閥存在局限性，并不能全面保護(hù)承壓水箱，當(dāng)停水時(shí)，由于單向安全閥安裝在進(jìn)水管中，此時(shí)單向安全閥的單向止回功能可以防止承壓水箱內(nèi)的熱水倒流；若用戶不知道停水了，打開(kāi)出水管上的閥門，當(dāng)承壓水箱與閥門存在高度差時(shí)，出水管內(nèi)的水會(huì)在重力的作用下往下流，此時(shí)會(huì)造成承壓水箱內(nèi)形成負(fù)壓，造成承壓水箱被大氣壓壓扁。另外，安裝單向安全閥的承壓水箱，加熱時(shí)達(dá)到單向安全閥的額定壓力才會(huì)向外排水，而且承壓水箱使用時(shí)需要與進(jìn)水管連通，承壓水箱內(nèi)的壓力驟降至進(jìn)水管的壓力；頻繁使用過(guò)程中，承壓水箱不斷膨脹與收縮，增加了承壓水箱的疲勞，導(dǎo)致承壓水箱的壽命下降。為了解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種承壓水箱壓力平衡裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，管道布置方便，達(dá)到恒壓加熱、恒壓使用、防倒流和負(fù)壓保護(hù)的目的，同時(shí)還能起到安全泄壓及預(yù)警提醒的作用，降低承壓水箱的疲勞，延長(zhǎng)承壓水箱的使用壽命。

1 系統(tǒng)原理

承壓水箱壓力平衡裝置（見(jiàn)附圖1，結(jié)構(gòu)示意圖），其包括殼體及分別裝設(shè)于殼體內(nèi)的旁通開(kāi)關(guān)、補(bǔ)氣開(kāi)關(guān)、泄壓開(kāi)關(guān)和止回開(kāi)關(guān)。殼體設(shè)置有進(jìn)水流道、出水流道及用于連通進(jìn)水流道與出水流道的中間流道。旁通開(kāi)關(guān)設(shè)置于中間流道靠近出水流道的一端。補(bǔ)氣開(kāi)關(guān)和泄壓開(kāi)關(guān)均設(shè)置于中間流道的中部并用于與中間流道連通。止回開(kāi)關(guān)設(shè)置于進(jìn)水流道的出水口，補(bǔ)氣開(kāi)關(guān)、泄壓開(kāi)關(guān)均位于旁通開(kāi)關(guān)和止回開(kāi)關(guān)之間。旁通開(kāi)關(guān)用于調(diào)控出水流道內(nèi)的水體進(jìn)入進(jìn)水流道，止回開(kāi)關(guān)用于調(diào)控進(jìn)水流道內(nèi)的水體進(jìn)入承壓水箱。

出水流道設(shè)置有維護(hù)孔，旁通開(kāi)關(guān)顯露于維護(hù)孔，維護(hù)孔內(nèi)裝設(shè)有堵頭，維護(hù)孔的內(nèi)壁設(shè)置有第一內(nèi)螺紋，堵頭設(shè)置有與第一內(nèi)螺紋螺接的第一外螺紋。

中間流道包括主流道及與主流道連通的輔流道。輔流道與主流道交叉設(shè)置。補(bǔ)氣開(kāi)關(guān)和泄壓開(kāi)關(guān)分別設(shè)置于輔流道的兩端并分別位于主流道的兩側(cè)，主流道的兩端分別與出水流道和進(jìn)水流道連通，旁通開(kāi)關(guān)位于主流道靠近出水流道的一端。

出水流道或進(jìn)水流道內(nèi)裝設(shè)有水流開(kāi)關(guān)。殼體包括上水平部、中水平行部、下水平部及分別與上水平部和下水平部連通的豎直部，上水平部、中水平行部和下水平部彼此平行設(shè)置，豎直部的中部與中水平部的中部垂直設(shè)置，出水流道貫穿上水平部，進(jìn)水流道貫穿下水平部，主流道貫穿豎直部，輔流道貫穿中水平部。

主流道內(nèi)設(shè)置有旁通擋環(huán)，旁通擋環(huán)設(shè)置有第一流通孔，旁通開(kāi)關(guān)包括滑動(dòng)設(shè)置于主流道內(nèi)的旁通閥芯、設(shè)置于旁通閥芯與旁通擋環(huán)之間的旁通彈性件及用于抵觸旁通閥芯的一端的旁通定位環(huán)，旁通定位環(huán)裝設(shè)于主流道靠近出水流道的一端，旁通定位環(huán)設(shè)置有用于與第一流通孔連通的第二流通孔，旁通閥芯的一端用于封堵第二流通孔。

主流道的內(nèi)壁設(shè)置有第五內(nèi)螺紋，所述旁通定位環(huán)設(shè)置有與第五內(nèi)螺紋螺接的第四外螺紋，所述第五內(nèi)螺紋的螺紋長(zhǎng)度大于第四外螺紋的螺紋長(zhǎng)度。

旁通擋環(huán)還設(shè)置有與第一流通孔平行的第一導(dǎo)孔，旁通閥芯的另一端設(shè)置有與第一導(dǎo)孔配合的第一導(dǎo)桿。

輔流道內(nèi)設(shè)置有泄壓擋環(huán)，泄壓擋環(huán)設(shè)置有第三流通孔，泄壓開(kāi)關(guān)包括裝設(shè)于輔流道遠(yuǎn)離主流道的一端的泄壓定位環(huán)、滑動(dòng)設(shè)置于輔流道內(nèi)的泄壓閥芯及設(shè)置于泄壓閥芯與泄壓定位環(huán)之間的泄壓彈性件，泄壓定位環(huán)設(shè)置有與第三流通孔連通的第四流通孔，泄壓閥芯的一端用于封堵第三流通孔。

輔流道的內(nèi)壁設(shè)置有第六內(nèi)螺紋，所述泄壓定位環(huán)設(shè)置有與第六內(nèi)螺紋螺接的第五外螺紋，所述第六內(nèi)螺紋的螺紋長(zhǎng)度大于第五外螺紋的螺紋長(zhǎng)度；所述泄壓定位環(huán)還設(shè)置有與第四流通孔平行的第二導(dǎo)孔，所述泄壓閥芯的另一端設(shè)置有與第二導(dǎo)孔配合的第二導(dǎo)桿。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，系統(tǒng)示意圖如圖2。

2 系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

圖1

圖2

實(shí)際使用時(shí)，當(dāng)承壓水箱內(nèi)的水被加熱時(shí)，由于進(jìn)水流道的出水口連通有單向安全閥，所以承壓水箱內(nèi)的水不能倒流至進(jìn)水管道，承壓水箱內(nèi)水的體積會(huì)隨溫度的上升而膨脹，承壓水箱內(nèi)的壓力也會(huì)隨水的膨脹而升高，當(dāng)承壓水箱內(nèi)的壓力大于中間流道內(nèi)的壓力時(shí)，由于中間流道與進(jìn)水管道連通，即承壓水箱內(nèi)的壓力大于進(jìn)水管道內(nèi)的壓力時(shí)，承壓水箱內(nèi)的壓力將旁通開(kāi)關(guān)打開(kāi)，使得承壓水箱與中間流道、進(jìn)水管道連通，進(jìn)而使承壓水箱內(nèi)的熱水經(jīng)由旁通開(kāi)關(guān)和中間流道流至進(jìn)水流道內(nèi)，承壓水箱內(nèi)的壓力釋放至進(jìn)水管道中，從而降低承壓水箱內(nèi)的壓力，且承壓水箱內(nèi)的水在排壓時(shí)，排壓的水會(huì)進(jìn)入進(jìn)水流道內(nèi)循環(huán)，解決了現(xiàn)有的排壓結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)滴水或漏水的問(wèn)題；當(dāng)承壓水箱內(nèi)壓力等于進(jìn)水管道內(nèi)的壓力時(shí)，旁通開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，使得出水流道與進(jìn)水流道不連通。

本實(shí)用新型通過(guò)設(shè)置有壓力平衡器，使得承壓水箱內(nèi)的壓力始終與進(jìn)水管道內(nèi)的壓力相等，達(dá)到了平衡承壓水箱的內(nèi)外壓差的目的，實(shí)現(xiàn)了承壓水箱內(nèi)的水可以恒壓加熱，解決了因承壓水箱內(nèi)高壓而致使承壓水箱膨脹，甚至出現(xiàn)承壓水箱脹裂的問(wèn)題，減少了承壓水箱的疲勞，延長(zhǎng)了承壓水箱的使用壽命，且防止出現(xiàn)滴水的現(xiàn)象。

當(dāng)使用承壓水箱內(nèi)的熱水時(shí)，由于進(jìn)水流道的出水口連通有單向安全閥，所以承壓水箱內(nèi)的壓力不會(huì)出現(xiàn)驟降的現(xiàn)象，進(jìn)一步減少了承壓水箱的疲勞，延長(zhǎng)了承壓水箱內(nèi)的使用壽命，從而降低承壓水箱內(nèi)的壓力。且承壓水箱內(nèi)的水在排壓時(shí)，排壓的水會(huì)進(jìn)入進(jìn)水流道內(nèi)循環(huán)，解決了現(xiàn)有的排壓結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)滴水或漏水的問(wèn)題；當(dāng)承壓水箱內(nèi)壓力等于進(jìn)水管道內(nèi)的壓力時(shí)，旁通開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，使得出水流道與進(jìn)水流道不連通；通過(guò)設(shè)置有壓力平衡器，使得承壓水箱內(nèi)的壓力始終與進(jìn)水管道內(nèi)的壓力相等，達(dá)到了平衡承壓水箱的內(nèi)外壓差的目的，實(shí)現(xiàn)了承壓水箱內(nèi)的水可以恒壓加熱，解決了因承壓水箱內(nèi)高壓而致使承壓水箱膨脹，甚至出現(xiàn)承壓水箱脹裂的問(wèn)題，減少了承壓水箱的疲勞，延長(zhǎng)了承壓水箱的使用壽命，且防止出現(xiàn)滴水的現(xiàn)象；當(dāng)使用承壓水箱內(nèi)的熱水時(shí)，由于進(jìn)水流道的出水口連通有單向安全閥，所以承壓水箱內(nèi)的壓力不會(huì)出現(xiàn)驟降的現(xiàn)象，進(jìn)一步減少了承壓水箱的疲勞，延長(zhǎng)了承壓水箱內(nèi)的使用壽命。

3 應(yīng)用領(lǐng)域

該承壓水箱壓力平衡裝置可廣泛應(yīng)用在各類帶有承壓式水箱的家用熱水器中，如空氣能熱泵熱水器、電加熱式熱水器等。它會(huì)顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，一個(gè)裝置可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱水器達(dá)到恒壓加熱、恒壓使用、防倒流和負(fù)壓保護(hù)的目的，同時(shí)還能起到安全泄壓及預(yù)警提醒的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本承壓水箱保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、管道布置方便，占用空間小，安裝、后期檢查和維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，并有利于標(biāo)準(zhǔn)化使用和批量生產(chǎn)，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。