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

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

目前，承壓儲水式熱水器設置有承壓水箱，使用承壓水箱做存儲熱水及作為熱交換設備。承壓水箱作為熱水器重要的部件，承壓水箱一旦出現問題，承壓儲水式熱水器將不能正常使用，為了保證承壓儲水式熱水器正常使用，現有的技術，一般是在承壓儲水式熱水器的承壓水箱外接單向安全閥，避免承壓水箱內的壓力過高。但單向安全閥存在局限性，并不能全面保護承壓水箱，當停水時，由于單向安全閥安裝在進水管中，此時單向安全閥的單向止回功能可以防止承壓水箱內的熱水倒流；若用戶不知道停水了，打開出水管上的閥門，當承壓水箱與閥門存在高度差時，出水管內的水會在重力的作用下往下流，此時會造成承壓水箱內形成負壓，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，加熱時達到單向安全閥的額定壓力才會向外排水，而且承壓水箱使用時需要與進水管連通，承壓水箱內的壓力驟降至進水管的壓力；頻繁使用過程中，承壓水箱不斷膨脹與收縮，增加了承壓水箱的疲勞，導致承壓水箱的壽命下降。為了解決上述問題，我們設計了一種承壓水箱壓力平衡裝置，其結構緊湊，管道布置方便，達到恒壓加熱、恒壓使用、防倒流和負壓保護的目的，同時還能起到安全泄壓及預警提醒的作用，降低承壓水箱的疲勞，延長承壓水箱的使用壽命。

1 系統原理

承壓水箱壓力平衡裝置（見附圖1，結構示意圖），其包括殼體及分別裝設于殼體內的旁通開關、補氣開關、泄壓開關和止回開關。殼體設置有進水流道、出水流道及用于連通進水流道與出水流道的中間流道。旁通開關設置于中間流道靠近出水流道的一端。補氣開關和泄壓開關均設置于中間流道的中部并用于與中間流道連通。止回開關設置于進水流道的出水口，補氣開關、泄壓開關均位于旁通開關和止回開關之間。旁通開關用于調控出水流道內的水體進入進水流道，止回開關用于調控進水流道內的水體進入承壓水箱。

出水流道設置有維護孔，旁通開關顯露于維護孔，維護孔內裝設有堵頭，維護孔的內壁設置有第一內螺紋，堵頭設置有與第一內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置。補氣開關和泄壓開關分別設置于輔流道的兩端并分別位于主流道的兩側，主流道的兩端分別與出水流道和進水流道連通，旁通開關位于主流道靠近出水流道的一端。

出水流道或進水流道內裝設有水流開關。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置，豎直部的中部與中水平部的中部垂直設置，出水流道貫穿上水平部，進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。

主流道內設置有旁通擋環，旁通擋環設置有第一流通孔，旁通開關包括滑動設置于主流道內的旁通閥芯、設置于旁通閥芯與旁通擋環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，旁通定位環裝設于主流道靠近出水流道的一端，旁通定位環設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。

主流道的內壁設置有第五內螺紋，所述旁通定位環設置有與第五內螺紋螺接的第四外螺紋，所述第五內螺紋的螺紋長度大于第四外螺紋的螺紋長度。

旁通擋環還設置有與第一流通孔平行的第一導孔，旁通閥芯的另一端設置有與第一導孔配合的第一導桿。

輔流道內設置有泄壓擋環，泄壓擋環設置有第三流通孔，泄壓開關包括裝設于輔流道遠離主流道的一端的泄壓定位環、滑動設置于輔流道內的泄壓閥芯及設置于泄壓閥芯與泄壓定位環之間的泄壓彈性件，泄壓定位環設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。

輔流道的內壁設置有第六內螺紋，所述泄壓定位環設置有與第六內螺紋螺接的第五外螺紋，所述第六內螺紋的螺紋長度大于第五外螺紋的螺紋長度；所述泄壓定位環還設置有與第四流通孔平行的第二導孔，所述泄壓閥芯的另一端設置有與第二導孔配合的第二導桿。結構示意圖如圖1，系統示意圖如圖2。

2 系統的特點和優點

圖1

圖2

實際使用時，當承壓水箱內的水被加熱時，由于進水流道的出水口連通有單向安全閥，所以承壓水箱內的水不能倒流至進水管道，承壓水箱內水的體積會隨溫度的上升而膨脹，承壓水箱內的壓力也會隨水的膨脹而升高，當承壓水箱內的壓力大于中間流道內的壓力時，由于中間流道與進水管道連通，即承壓水箱內的壓力大于進水管道內的壓力時，承壓水箱內的壓力將旁通開關打開，使得承壓水箱與中間流道、進水管道連通，進而使承壓水箱內的熱水經由旁通開關和中間流道流至進水流道內，承壓水箱內的壓力釋放至進水管道中，從而降低承壓水箱內的壓力，且承壓水箱內的水在排壓時，排壓的水會進入進水流道內循環，解決了現有的排壓結構中出現滴水或漏水的問題；當承壓水箱內壓力等于進水管道內的壓力時，旁通開關自動關閉，使得出水流道與進水流道不連通。

本實用新型通過設置有壓力平衡器，使得承壓水箱內的壓力始終與進水管道內的壓力相等，達到了平衡承壓水箱的內外壓差的目的，實現了承壓水箱內的水可以恒壓加熱，解決了因承壓水箱內高壓而致使承壓水箱膨脹，甚至出現承壓水箱脹裂的問題，減少了承壓水箱的疲勞，延長了承壓水箱的使用壽命，且防止出現滴水的現象。

當使用承壓水箱內的熱水時，由于進水流道的出水口連通有單向安全閥，所以承壓水箱內的壓力不會出現驟降的現象，進一步減少了承壓水箱的疲勞，延長了承壓水箱內的使用壽命，從而降低承壓水箱內的壓力。且承壓水箱內的水在排壓時，排壓的水會進入進水流道內循環，解決了現有的排壓結構中出現滴水或漏水的問題；當承壓水箱內壓力等于進水管道內的壓力時，旁通開關自動關閉，使得出水流道與進水流道不連通；通過設置有壓力平衡器，使得承壓水箱內的壓力始終與進水管道內的壓力相等，達到了平衡承壓水箱的內外壓差的目的，實現了承壓水箱內的水可以恒壓加熱，解決了因承壓水箱內高壓而致使承壓水箱膨脹，甚至出現承壓水箱脹裂的問題，減少了承壓水箱的疲勞，延長了承壓水箱的使用壽命，且防止出現滴水的現象；當使用承壓水箱內的熱水時，由于進水流道的出水口連通有單向安全閥，所以承壓水箱內的壓力不會出現驟降的現象，進一步減少了承壓水箱的疲勞，延長了承壓水箱內的使用壽命。

3 應用領域

該承壓水箱壓力平衡裝置可廣泛應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。它會顯現出明顯的優勢，一個裝置可以同時實現熱水器達到恒壓加熱、恒壓使用、防倒流和負壓保護的目的，同時還能起到安全泄壓及預警提醒的作用。

4 結語

本承壓水箱保護裝置的結構緊湊、管道布置方便，占用空間小，安裝、后期檢查和維護方便，結構穩定性強，并有利于標準化使用和批量生產，具有廣闊的工程應用前景。