專利名稱：一種小型熱水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于家用熱水器及小型供暖系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
已有的家用熱水器內(nèi)部設(shè)置專門電熱器或燃?xì)馊紵?，而不能由廣泛采用的家用熱源(煤氣爐及煤球爐)上取得熱量，產(chǎn)生的熱水不能循環(huán)，無法用于取暖。這樣不僅在使用上受到熱源限制，而且沐浴受到氣溫影響。此外在熱交換器內(nèi)的積垢不易除去，影響安全及效率。
已有的小型采暖裝置利用高低溫水的密度差而產(chǎn)生的壓力差，使熱水循環(huán)，但因壓差小循環(huán)慢使采暖效果不佳。如采用小型電泵強(qiáng)迫循環(huán)，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，匹配不當(dāng)，高溫水影響泵及電機(jī)的工作，并且還存在密封漏水及鐵銹卡住傳動軸的缺陷。
本發(fā)明提供一種熱水系統(tǒng)，它可由安全地點的任意一種家用熱源上取得熱量，用變密度循環(huán)器使水在密閉鍋，膨脹循環(huán)水箱，暖氣片之間循環(huán)，為單元住房供暖，為沐浴及洗滌提供熱水。如系統(tǒng)中增加儲熱水箱，在幾分鐘內(nèi)可提供50～100升的熱水。
本發(fā)明在水中無活動另件，沒有密封漏水問題，匹配可按需要調(diào)節(jié)，除掉密封鍋內(nèi)的水垢方便，工作安全可靠，維修簡單。系統(tǒng)可克服各種水阻力總和為200毫米水柱，提供的流量為150升/時左右。如果進(jìn)出密閉鍋的水溫差為20℃，則可輸出的熱量為3000大卡/時。由圖(1)可見系統(tǒng)由下列部份組成(一)密閉鍋(1)。[以下簡稱鍋(1)]。
(二)膨脹循環(huán)水箱(2)。[以下簡稱循環(huán)水箱(2)]。
(三)變密度循環(huán)器(3)。[以下簡稱循環(huán)器(3)]。
(四)低壓氣泵(4)。它是定型產(chǎn)品。
(五)儲熱水箱(5)。單個可儲熱水40公升。
(六)懸掛裝置(6)。用于懸掛鍋(1)。
(七)暖氣片(7)。它是定型產(chǎn)品，用于供暖。
(八)耐熱橡膠管(8)及(8′)。用于鍋(1)與系統(tǒng)的連接。
(九)閥門(9)到(14)用于系統(tǒng)三種功能的轉(zhuǎn)換。閥門(15)用于控制系統(tǒng)補(bǔ)水。閥門(16)用于儲熱水箱排水。閥門(17)控制淋浴水的流量。閥門(18)調(diào)節(jié)淋浴水溫。(19)為淋浴蓮蓬頭。(20)為洗滌用龍頭。(21)為耐熱橡膠管用于水位玻璃管組與系統(tǒng)的連接。系統(tǒng)中的全部閥門為定型產(chǎn)品。凡是定型產(chǎn)品(包括暖氣片等)在本說明書中不作詳細(xì)說明。
(十)將各部份組成系統(tǒng)的管道為標(biāo)準(zhǔn)水煤氣管道。在圖(1)中用實線表示，均不加標(biāo)注。
各部份結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明(一)由圖(2)可見鍋(1)的主要件是鍋體(1a)及鍋蓋(1b)。在蓋與體的配合端面安置耐熱橡膠密封圈(1c)，用螺栓(1d)螺帽(1f)墊圈(1g)使蓋與體緊固而且密封。管狀接頭(1h)穿過鍋蓋(1b)的中心孔，在蓋內(nèi)配合端面安置耐熱橡膠墊(1i)，用螺母(1j)使蓋(1b)與管狀接頭(1h)緊固而且密封。管狀接頭(1h)的上端與定型水暖三通(11)相連。三通(11)的側(cè)孔通過管子短節(jié)(1p)與三通(1q)相連。三通(1q)的上孔安裝了測量出口水溫的定型水暖溫度計(1s)。三通(1q)的側(cè)孔通過耐熱橡膠管(8′)與系統(tǒng)相連。三通(1l)的上孔緊固一內(nèi)外螺紋接頭(1m)，接頭內(nèi)孔固定進(jìn)水管(1k)。進(jìn)水管(1k)的下端有一錐狀出水口。進(jìn)水管(1k)的頂端與三通(1n)相連，三通(1n)的上孔與懸掛裝置(6)的接頭(6f)緊固，以便鍋(1)的懸掛。三通(1n)的側(cè)孔為鍋(1)的進(jìn)水口，通過耐熱膠管(8)與系統(tǒng)相連。水由位于中心的進(jìn)水管(1k)進(jìn)入鍋(1)內(nèi)，加熱后經(jīng)進(jìn)水管(1k)與管狀接頭(1h)之間的環(huán)狀通道及三通(1l)和三通(1q)流向系統(tǒng)。
(二)膨脹循環(huán)水箱(2)的功用是當(dāng)系統(tǒng)的水溫升高，水的體積增大，增加的水量可容納在水箱內(nèi)，并參與系統(tǒng)水的循環(huán)。由圖(3)及圖(4)可見，它的組成如下搪瓷桶(2a)，搪瓷蓋(2b)，桶外有上下二個發(fā)泡塑料制成的保溫套(2c)及(2d)。為了觀察水位，在上保溫套(2c)的外側(cè)按裝玻璃管組(2j)，玻璃管下端用橡膠管(21)與系統(tǒng)相連。在搪瓷桶(2a)的底上膠上4個支腿(2e)。[在圖(3)僅繪出一個支腿]。循環(huán)水箱(2)通過支腿(2e)安放在嵌入墻上的角鋼(2q)上。在搪瓷桶底上安裝一溢流管(2f)。由圖(3)E詳可見，溢流管穿過桶底，在配合端面上安置耐熱橡膠墊(2g)及石棉橡膠墊(2h)，用螺母(2i)使溢流管與桶底緊固。溢流管下端通向與下水道相連的水斗。當(dāng)水位高于溢流管的進(jìn)口，水由溢流管排出。此外，通過溢流管使循環(huán)水箱與大氣相通。
由圖(4)的C詳可見在桶底的中心開了一個凸緣孔，管狀接頭(2k)穿過此孔，在配合端面安置耐熱橡膠墊(2l)及橡膠石棉墊(2m)，用螺母(2n)使管狀接頭(2k)與桶底緊固。在管狀接頭下端連結(jié)定型水暖三通(2p)，三通(2p)的側(cè)孔與循環(huán)水箱(2)的出水管相連，三通的下孔與變密度循環(huán)器(3)相連。
(三)由圖(3)及圖(4)可見變密度循環(huán)器(3)的結(jié)構(gòu)如下上混流管(3a)與下混流管(3b)用內(nèi)外螺紋接頭(3c)連成一體后再與三通(2p)下孔緊固。在下混流管的末端連接一水暖四通(3d)，熱水可由四通的二側(cè)孔進(jìn)入變密度循環(huán)器(3)。由圖(1)及圖(2)可見由鍋(1)出來的熱水經(jīng)耐熱橡膠管(8′)及閥門(10)進(jìn)入四通(3d)右孔。當(dāng)閥門(10)關(guān)閉，閥門(11)及(12)打開，熱水經(jīng)暖氣片(7)進(jìn)入四通(3d)左孔。在四通(3d)的下孔緊固一內(nèi)外螺紋接頭(3e)。由圖(5)可見，在接頭(3e)的上內(nèi)孔膠接一噴咀(3f)，接頭下孔與低壓氣泵(4)相連。低壓空氣進(jìn)入噴咀(3f)的內(nèi)通道后，穿過錐面上的眾多φ1.5～φ2小孔，注入到混流管的水中。
由圖(3)可見上混流管(3a)的出口高于搪瓷桶(2a)的桶底，約在桶高的1/2處。系統(tǒng)補(bǔ)水，應(yīng)使水位高于上混流管的出口，低于溢流管(2f)的錐狀進(jìn)口。
(四)為了短時獲得大量熱水，在系統(tǒng)中設(shè)置1～3個儲熱水箱(5)。單個容積為40～50升。由圖(6)、圖(7)、圖(8)，可見到它的結(jié)構(gòu)如下搪瓷桶(5a)及搪瓷蓋(5b)，上保溫套(5c)，下保溫套(5d)，通氣咀(5e)組成儲熱水箱的主體。在桶底中心有一凸緣孔，管狀接頭(5i)穿過此孔，在配合端面安置耐熱橡膠墊(5j)及橡膠石棉墊(5k)，用螺母(5l)使管狀接頭(5i)緊固在桶底上，在管狀接頭下端連結(jié)一水暖三通(5m)，三通側(cè)孔為出水口，三通下孔緊固一內(nèi)外螺紋接頭(5p)。上進(jìn)水管(5q)及下進(jìn)水管(5s)在接頭(5p)內(nèi)孔對接，上進(jìn)水管的出口比桶底高100～150毫米。由圖(7)可見，水由進(jìn)水管(5q)進(jìn)入水箱(5a)，由管狀接頭(5i)與進(jìn)水管(5q)組成的環(huán)狀空間流出水箱。由圖(6)，圖(8)，圖(9)，可見在搪瓷桶底上膠接4個支腿(5f)，4個支腿安置在二個鋼制角形支架(5g)上，用螺栓(5u)及螺帽(5t)緊固。安裝時應(yīng)使儲熱水箱(5)的上蓋(5b)與循環(huán)水箱的上蓋(2b)在同一高度。為了觀察儲熱水箱的水位，在上保溫套(5c)的外側(cè)按裝玻璃管組(5h)，玻璃管下端用橡膠管(21)與系統(tǒng)相連(詳見圖(1))。
(五)懸掛裝置(6)用于將鍋(1)懸掛在熱源之上幾百毫米。其目的有三(1)密閉鍋脫離家用熱源，使熱源可供他用。(2)使密閉鍋的位置高于熱水龍頭(20)或淋浴蓮蓬頭(19)，根據(jù)虹吸原理，鍋內(nèi)熱水90%以上可被使用。(3)當(dāng)鍋中水過少時，配重使鍋升起，脫離熱源，以資安全。由圖(10)可見懸掛裝置主要由滑輪組(6a)及(6b)，鋼絲繩(或者尼龍繩)(6c)，配重(6d)，保險掛鉤(6e)，懸掛接頭(6f)等組成。配重的重量與盛滿水的鍋重相等，這樣不僅將鍋托起方便，而且當(dāng)鍋脫離熱源后，由于摩擦使鍋可停留在空中。由圖(10)的P向，可見襯套(6i)使得螺栓(6h)與接頭(6f)等組成。配重的重量與盛滿水的鍋重相等，這樣不僅將鍋托起方便，而且當(dāng)鍋脫離熱源后，由于摩擦使鍋可停留在空中。由圖(10)的P向，可見襯套(6i)使得螺栓(6h)與接頭(6f)的軸向相對位置正確。二個保險掛鉤(6e)可繞襯套(6i)旋轉(zhuǎn)。襯套(6j)使得軸(6g)與滑輪組(6a)的軸向相對位置正確。軸(6g)兩頭的伸長端，可承受由二掛鉤(6e)傳遞來的負(fù)載，使鍋(1)可靠地固定在上限位置。鍋(1)通過其上部三通(1a)與懸持接頭(6f)相連，通過耐熱橡膠管(8)和(8′)與系統(tǒng)相連。軟管及鋼絲繩的連接允許鍋(1)可以上下移動。
系統(tǒng)的三種輸出功能及其工作原理系統(tǒng)的三種輸出功能為(1)連續(xù)輸出熱水在14升左右(以下簡稱小水量輸出)。(2)在幾分鐘內(nèi)輸出熱水在50～60升(以下簡稱大水量輸出)。(3)用于供暖。三種功能可同時輸出其中1～2種。
(一)小水量輸出的工作原理小水量輸出可用于淋浴及洗滌等。它的工作原理如下首先將閥門(11)(12)(13)(14)關(guān)閉，使儲熱水箱(5)及暖氣片(7)與系統(tǒng)切斷。打開閥門(16)，使?jié)B入大水箱(5)的積水排向下水道(見

圖1)。打開閥門(9)(10)(15)，自來水經(jīng)閥門(15)及(9)，進(jìn)入循環(huán)水箱(2)的三通(2p)，再經(jīng)(2p)與上混流管(3a)的環(huán)形通道進(jìn)入循環(huán)水箱(2)。[見圖(3)及圖(4)]。水位上升迫使循環(huán)水箱(2)內(nèi)的空氣經(jīng)溢流管(2f)排出。自來水的另一支流經(jīng)軟管(8)進(jìn)入三通(1n)[見圖(1)及圖(2)]，沿進(jìn)水管(1k)進(jìn)入鍋內(nèi)，鍋內(nèi)水位上升迫使鍋內(nèi)空氣經(jīng)軟管(8′)、閥門(10)及循環(huán)器(3)，進(jìn)入循環(huán)水箱(2)，空氣由水中逸出后經(jīng)溢流管(2f)排出。由玻璃管(2j)觀察到系統(tǒng)水位達(dá)到指定高度，關(guān)閉閥門(15)停止補(bǔ)水。
隨后啟動氣泵(4)，低壓空氣經(jīng)管道進(jìn)入變密度循環(huán)器(3)的內(nèi)外細(xì)紋接頭(3e)及噴咀(3f)的內(nèi)孔，由錐面上眾多小孔注入下混流管(3b)的水中。空氣泡輕，向上浮起，在上混流管(3a)及下混流管(3b)中形成二相共存?？諝馀萦伤幸莩龊蠼?jīng)溢流管(2f)排到大氣。由圖(3)、圖(4)、圖(5)可見因二相共存，在上混流管(3a)及下混流管(3b)內(nèi)的流體密度比水的密度要小得多。通過改變空氣的注入量，可改變混流管中流體密度。
由圖(1)可見系統(tǒng)是一個由“U”形管演變的，由鍋(1)、循環(huán)水箱(2)，循環(huán)器(3)及各種管道組成的特殊連通器。循環(huán)器(3)位于“U”形管的一側(cè)，另一側(cè)由密度閉鍋(1)及各種管道組成。位于頂部的循環(huán)水箱(2)使“U”形管的上端的二開孔溝通。注氣后，循環(huán)器(3)內(nèi)部流體密度下降，而與循環(huán)器全高對應(yīng)的位于“U”形管另一側(cè)的流道(指由循環(huán)水箱(2)-鍋(1)的流道)內(nèi)的流體密度為水密度，這樣在“U”形管兩側(cè)的給定高度范圍內(nèi)形成密度差，從而產(chǎn)生靜壓差，迫使水在循環(huán)水箱(2)-鍋(1)[或經(jīng)暖氣片(7)]→循環(huán)器(3)→循環(huán)水箱(2)之間循環(huán)。在正常循環(huán)時，可觀察到水在玻璃管中振蕩。
隨后將鍋放置在家用熱源上，水在鍋中吸熱后流向循環(huán)水箱(2)。觀察溫度計(1s)可判斷系統(tǒng)工作是否正常。當(dāng)水溫達(dá)到所需值，如果是斷續(xù)用水，可一面使用熱水，一面向系統(tǒng)補(bǔ)冷水(即自來水)。如果要求連續(xù)將循環(huán)水箱(2)及鍋(1)的水全部放出，則可利用懸掛裝置(6)將鍋(1)升起脫離熱源，使鍋底高于熱水龍頭(20)。由圖(1)可見，熱水由循環(huán)水箱(2)流出，經(jīng)閥門(9)流向熱水龍頭(20)或淋浴蓮蓬頭(19)。當(dāng)循環(huán)水箱(2)內(nèi)的熱水使用完畢，將閥門(9)關(guān)閉，循環(huán)器內(nèi)的水由閥門(10)進(jìn)入鍋(1)，經(jīng)軟管(8)流向熱水龍頭(20)或淋浴蓮蓬頭(19)。最后循環(huán)水箱(2)的空氣進(jìn)入鍋的上面。由于鍋已升高，根據(jù)虹吸原理，鍋內(nèi)水可經(jīng)進(jìn)水管(1k)流出，直到進(jìn)水管(1k)進(jìn)氣為止。
(二)大水量輸出的工作原理在某些條件下需要大水量輸出。如圖(1)所示，可在系統(tǒng)中設(shè)置一個或幾個儲熱水箱(5)，它的工作原理如下首先關(guān)閉閥門(11)(12)(16)(9)，打開閥門(13)(14)(15)使自來水進(jìn)入系統(tǒng)，一支水流進(jìn)入鍋(1)，迫使鍋內(nèi)空氣經(jīng)軟管(8′)，閥門(10)，循環(huán)器(3)，進(jìn)入循環(huán)水箱(2)，空氣由溢流管(2f)排出。另一支水流經(jīng)閥門(14)進(jìn)入儲熱水箱中(5)，儲熱水箱(5)內(nèi)的空氣由通氣咀(5e)排出[詳見圖(1)及圖(6)]。閥門(9)關(guān)閉，但閥門(13)已打開，使得循環(huán)水箱(2)與儲熱水箱連通，當(dāng)水位達(dá)到上混流管(3a)的出口與溢流管(2f)的錐狀進(jìn)口之間，停止補(bǔ)水。
啟動氣泵使水循環(huán)。由圖(1)，圖(2)，圖(3)，圖(6)，圖(7)，可見水的流程如下儲熱水箱的水經(jīng)管狀接頭(5i)與進(jìn)水管(5q)之間的環(huán)狀流道，經(jīng)三通(5m)側(cè)孔流出，經(jīng)閥門(14)，軟管(8)進(jìn)入鍋(1)，加熱后經(jīng)循環(huán)器(3)進(jìn)入循環(huán)水箱(2)。由于循環(huán)器(3)的作用，使得循環(huán)水箱(3)的水位高于儲熱水箱(5)的水位，導(dǎo)致水經(jīng)循環(huán)水箱的三通(2p)，閥門(13)進(jìn)入儲熱水箱(5)。這樣水不停地在儲熱水箱(5)→鍋(1)→循環(huán)器(3)→循環(huán)水箱(2)→儲熱水箱(5)之間循環(huán)。水在鍋(1)內(nèi)吸熱后流向儲熱水箱(5)，使儲熱水箱(5)的水溫上升。當(dāng)儲熱水箱(5)的水使用完畢，關(guān)閉閥門(13)及(14)，利用虹吸可將鍋(1)內(nèi)的水用盡。
(三)供暖的工作原理當(dāng)需要系統(tǒng)用于供暖，其工作原理如下首先按照述小水量輸出要求進(jìn)行循環(huán)。當(dāng)工作正常，水溫升高后，按照圖(1)所示，打開閥門(11)及(12)，關(guān)閉閥門(10)，使由鍋(1)流出的熱水經(jīng)軟管(8′)→閥門(11)→暖氣片(7)→閥門(12)→循環(huán)器(3)→循環(huán)水箱(2)→閥門(9)→鍋(1)，這樣不斷地循環(huán)，水在鍋內(nèi)吸熱在暖氣片中放熱，提高室溫。
以上三種功能，根據(jù)需要可選用一種或二種，如專門用于取暖，不僅可除去儲熱水箱(5)，簡化懸掛裝置(6)，并使管道及管件減少很多。
由于單個家用熱源功率不強(qiáng)，可以在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置1～3個密閉鍋，使它們并聯(lián)工作，提高系統(tǒng)輸出功率。系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，應(yīng)由熟悉水暖的技術(shù)人員結(jié)合房間布局及輸出功率設(shè)計，特別注意系統(tǒng)中空氣的排除。
權(quán)利要求
1.由密閉鍋(1)，膨脹循環(huán)水箱(2)、變密度循環(huán)器(3)，低壓氣泵(4)、儲熱水箱(5)，暖氣片(7)，生活用水器及管道組成的一種小型熱水系統(tǒng)，其特征是A、系統(tǒng)是由“U”形管演變的，由熱交換器及容器等組成的特殊連通器。B、在系統(tǒng)的頂部設(shè)置與大氣相通的膨脹循環(huán)水箱(2)，使“U”形管的上部兩開口相通。C、鉛垂的變密度循環(huán)器(3)位于U形管的一側(cè)，它的上端與膨脹循環(huán)水箱(2)相連，下端可向內(nèi)部不斷注入空氣，使得“U”形管的兩側(cè)在給定高度范圍內(nèi)形成密度差，從而產(chǎn)生靜壓差，迫使水在系統(tǒng)中循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹循環(huán)水箱(2)內(nèi)，設(shè)置一溢流管(2f)，其錐狀進(jìn)口離箱底為0.8箱高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變密度循環(huán)器(3)分為上混流管(3a)，下混流管(3b)，噴咀(3f)，用接頭將三者連成一體后再與膨脹循環(huán)水箱(2)相連。上混流管(3a)伸入膨脹循環(huán)水箱(2)內(nèi)，它的出口位于箱高明的1/2左右。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變密度循環(huán)器的噴咀(3f)位于變密度循環(huán)器的下端，外表呈細(xì)長的槍彈形，內(nèi)有空氣通道，在錐部鉆有與內(nèi)空氣通道相通的徑向φ1.5～φ2小孔若干圈，最下圈小孔高于進(jìn)水孔10～15毫米。空氣注入噴咀內(nèi)通道后，由小孔噴出。
全文摘要
本系統(tǒng)由密閉鍋，膨脹循環(huán)水箱、變密度循環(huán)器，低壓氣泵、儲熱水箱、暖氣片、生活用水器及管道等組成。本系統(tǒng)是由“U”形管演變的特殊連通器。在“U”形管的一側(cè)設(shè)置變密度循環(huán)器，它的上端與膨脹循環(huán)水箱相連，下端可注入空氣，使“U”形管兩側(cè)在給定高度范圍內(nèi)形成密度差，從而產(chǎn)生靜壓差，迫使系統(tǒng)中的水循環(huán)。由家用熱源上取得熱量的水在暖氣片將熱放出，或者熱水用于沐浴等。系統(tǒng)工作安全可靠，維修方便，適用單元住房。
文檔編號F24H1/50GK1074531SQ92100070
公開日1993年7月21日 申請日期1992年1月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月14日
發(fā)明者徐月芳 申請人:徐月芳