Устройство для распределения текучих сред - RU2431782C2
Код документа: RU2431782C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области систем для распределения текучих сред и, в частности, но не исключительно, касается устройства для распределения текучих сред, применяемого в промышленных или бытовых системах центрального отопления.
Уровень техники
Компоненты бытовых или промышленных систем и установок центрального отопления, т.е. источник тепла (нагреватель), насосы, теплообменники и т.п., соединены между собой каналами для передачи текучих сред в виде труб или желобов. Трубы обычно расположены таким образом, чтобы обеспечивать перемещение горячей или холодной воды между компонентами системы, например, от нагревателя через насосы к одному или нескольким радиаторам.
В известных системах такие компоненты соединены между собой трубами, которым заранее придают путем сгибания форму, соответствующую требуемой геометрии системы. Придание трубам нужной формы обычно производят с использованием специального оборудования так, чтобы обеспечить соединения для передачи текучих сред между компонентами в соответствии с требуемой конфигурацией потока или потоков.
В таких известных системах необходимое расстояние между компонентами системы отопления может быть значительным в связи с ограничениями, накладываемыми радиусом кривизны, возможным для труб определенного диаметра. Данная проблема особенно актуальна для труб большого диаметра, которые часто применяют в промышленных приложениях, связанных с использованием высокого давления, изгибание которых с малым радиусом кривизны невозможно. Это приводит к тому, что компоненты располагают на большем расстоянии друг от друга, что было бы необходимо или желательно в отсутствие таких ограничений, и вынуждает создавать крупные установки, компоненты которых удалены друг от друга на нежелательно большие расстояния. Кроме того, сборка и установка конфигураций, содержащих большое количество труб со сложными соединениями, требуют значительных трудозатрат, а их эксплуатация связана с риском частых утечек, особенно в местах соединений и изгибов труб.
Пример конфигурации, в которой для соединений между компонентами использована сложная сеть труб, представлен на фиг.1A.
Во многих приложениях существенно обеспечить такую конфигурацию, в которой компоненты (например, насосы, клапаны и т.п.) были бы расположены как можно ближе друг к другу. Это, в частности, относится к приложениям, в которых установка должна быть заключена внутри ограниченного пространства или корпуса, как, например, в случае теплоэлектрических систем (ТЭС).
Стандартная ТЭС обычно содержит модуль мотора и генератора, тепловой аккумулятор, котел и тепловой насос, которые должны занимать как можно меньшее пространство. Источник тепла и электроэнергии вместе с теплообменниками, насосами, клапанами и связанными с ними соединениями предпочтительно должны быть расположены внутри единого корпуса, причем желательно, чтобы размеры такого корпуса и, следовательно, суммарный объем, занимаемый установкой, были минимальными.
Одно из средств минимизации объема, занимаемого соединениями между компонентами такой установки, заключается в применении схемы с использованием коллектора или распределителя. Коллектор может быть использован в качестве общего канала, с которым может быть соединено несколько компонентов, что обеспечивает возможность организации протекания текучей среды по коллектору от точки ввода к точке вывода и между соответствующими компонентами. Однако такое решение не дает возможности создания выделенных потоков между отдельными компонентами.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретения предусмотрено распределительное устройство для распределения воды в системе центрального отопления, имеющее, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие и один или более проходов между указанными отверстиями, причем проход (проходы) образован (образованы) рядом камер, заключенных во внешнем корпусе, сформированном внешней стенкой, которая образует часть стенки, по меньшей мере, одной из камер.
В такой конфигурации распределительное устройство представляет собой автономный модуль, не требующий использования сложной системы труб или коллекторов.
Внешняя стенка может образовывать камеру повышенного давления, которая сдерживает давление внутри распределительного устройства. Внутри внешней стенки могут быть предусмотрены стенки камер, разделяющие объем, окруженный внешней стенкой, на камеры. В такой конструкции стенки камер и другие внутренние компоненты не обязательно должны быть особо прочными, т.к. разница давлений между смежными камерами значительно меньше, чем разница давлений между окружающим пространством и внутренним объемом распределительного устройства. Это, в частности, справедливо в случае применения распределительного устройства в системе, подобной системе центрального отопления, в которой давление воды поддерживают, по существу, постоянным, т.к. разница давлений между смежными камерами может быть очень малой или вовсе отсутствовать.
Две камеры предпочтительно представляют собой наружную камеру и внутреннюю камеру. Большая часть внешней стенки может составлять часть стенки, окружающей внешнюю камеру, а оставшаяся часть внешней стенки может составлять часть стенки, окружающей внутреннюю камеру.
Ряд камер, расположенных между входным и выходным отверстиями, формирует один или более проходов или каналов, по которым может протекать вода.
Внешняя стенка предпочтительно должна выдерживать давление до 3 бар, в более предпочтительном варианте - до 10 бар, а в наиболее предпочтительном варианте - до 15 бар. Стенки камер и перегородки, т.е. элементы, ограничивающие внутренние камеры и секции камер, предпочтительно должны выдерживать давление до 0,1 бар, в более предпочтительном варианте - до 0,5 бар, а в наиболее предпочтительном варианте - до 1 бар. Данные уровни давления соответствуют разницам давлений по разные стороны внешней стенки и внутренних стенок камер.
Хотя распределительное устройство предназначено для распределения воды в сети центрального отопления, оно, очевидно, может быть использовано и для распределения других текучих сред в сетях других типов. Распределительное устройство предпочтительно обеспечивает распределение текучей среды между различными жидкостными компонентами сети. Словосочетание «жидкостные компоненты» обозначает здесь любые компоненты системы циркуляции текучей среды, в частности, компоненты, используемые в системе центрального отопления. В число таких компонентов входят, не исчерпывая его, насосы, клапаны, теплообменники, радиаторы и т.п., а также трубы или каналы, при помощи которых обеспечено соединение с такими и другими компонентами.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения распределительное устройство содержит внешнюю стенку, имеющую форму призмы, например, вытянутого прямоугольника, трубы или призмы с полукруглым поперечным сечением.
Устройство по данному варианту осуществления изобретения легко может быть приспособлено для работы с более высокими уровнями давления и расхода текучей среды, чем известные решения, благодаря отсутствию больших разделяющих сил и компенсации давления внутри распределительного устройства растягивающими напряжениями во внешней стенке.
В данной конструкции, если давление в системе, к которой присоединено распределительное устройство, поддерживается на, по существу, постоянном уровне (как в системе центрального отопления), разница давлений между камерами распределительного устройства может быть сведена к минимуму. Вследствие этого толщина стенок и, следовательно, размеры и сложность конструкции внутренних элементов, образующих камеры распределительного устройства, могут быть минимизированы.
Следует понимать, что, как обсуждалось выше, единственная значительная разница давлений, которую необходимо учитывать в такой конструкции, представляет собой разницу между внутренним давлением в системе (которое предпочтительно поддерживается, по существу, одинаковым для всех камер) и давлением вне распределительного устройства. Следовательно, стенки внутренних камер могут иметь, по существу, небольшую толщину, а толщина и геометрическая конфигурация внешней стенки должны соответствовать такому давлению.
Внешняя стенка может содержать две секции, например, U-образной или полукруглой формы, обращенные одна к другой открытыми сторонами и ограничивающие расположенное между ними пространство для размещения камер. Камеры могут быть образованы внутри внешней стенки при помощи одного или нескольких разделительных элементов. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения распределительное устройство содержит разделительный элемент, а две секции внешней стенки расположены по обе стороны от разделительного элемента.
В альтернативном варианте распределительное устройство может быть собрано из нескольких секций, обращенных друг к другу или составленных последовательно, причем внешняя стенка в таком случае может быть образована обращенными наружу сторонами секций, а камеры - объемами, ограниченными такими секциями. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения секции имеют в поперечном сечении форму прямоугольного желоба или U-образную форму и составлены так, что образуют в поперечном сечении конструкцию в форме лестницы. Для формирования дополнительных камер могут быть добавлены разделительные перегородки.
Однако в предпочтительном варианте внешняя стенка образована полой призмой, а стенки камер, помещенные с внутренней стороны внешней стенки, разделяют объем, окруженный внешней стенкой, на камеры. Это позволяет получить более прочную внешнюю стенку, не содержащую швов, которые образовывали бы зоны пониженной прочности.
Таким образом, в общем случае распределительное устройство содержит внешнюю стенку, окружающую несколько стенок камер, причем камеры образованы объемами, заключенными между стенками.
Распределительное устройство предпочтительно имеет удлиненную форму и разделено по длине на несколько камер. Такие камеры могут быть дополнительно разделены поперечными пластинами или перегородками, установленными по ширине одной или нескольких камер.
Распределительное устройство предпочтительно содержит несколько входных и выходных отверстий, предназначенных для ввода воды в распределительное устройство и вывода воды из него. Проходы могут быть сконфигурированы для пропускания воды между определенными входными и выходными отверстиями и/или, при помощи клапана или клапанов (или других соответствующих средств), для избирательного направления в определенные выходные отверстия воды от определенного входного отверстия или отверстий. Клапаны могут быть использованы для направления течения воды между различными камерами или между камерой и входным или выходным отверстиями.
Распределительное устройство может содержать внешнюю стенку, ограничивающую (внешнюю) камеру, окружающую все остальные (внутренние) камеры, а также обеспечивающую устойчивость к давлению системы, к которой подключено распределительное устройство.
В приложениях, в которых вода проходит через распределительное устройство под сравнительно низким давлением, например, от 1 до 6 бар, внешняя стенка может быть образована элементом с поперечным сечением приблизительно квадратной или прямоугольной формы, что облегчает ее изготовление известными методами. Форма поперечного сечения не обязательно должна быть строго квадратной или прямоугольной с точно прямыми углами; в частности, использование закругленных углов предпочтительно с точки зрения уменьшения концентрации напряжений и, следовательно, увеличения допустимого рабочего давления.
В приложениях, в которых вода проходит через распределительное устройство под относительно высоким давлением, например, свыше 6 бар, внешняя стенка может быть образована элементом с поперечным сечением круглой или частично круглой формы для уменьшения толщины стенки, необходимой для обеспечения устойчивости к давлению в системе.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения внешняя стенка образована из первой, по существу, плоской части, в которой выполнены входные и выходные отверстия, и второй, частично закругленной или криволинейной в поперечном сечении части, рассчитанной на обеспечение устойчивости к давлению. Первая и вторая части могут быть герметично соединены для формирования внешней камеры.
Вторая часть внешней стенки может быть изготовлена из любого подходящего профиля, минимизирующего количество материала, необходимого для обеспечения устойчивости к внутреннему давлению системы. Например, вторая часть может быть изготовлена из продолговатого отрезка материала, согнутого в элемент с поперечным сечением U-образной формы, к которому присоединяют, по существу, плоскую первую часть, в результате чего получают поперечное сечение D-образной формы. Концы внешней стенки могут быть герметично перекрыты концевыми пластинами, описанными ниже, или иными применимыми средствами.
Очевидно, толщина материала, выбранного для изготовления внешней стенки и внутренних разделительных элементов или стенок камер распределительного устройства, описанного в настоящей заявке, зависит от требуемых параметров давления в конкретной установке.
Так, в стандартной системе бытового центрального отопления при изготовлении внешней стенки из стали толщина первой части стенки может составлять от 2 до 10 мм. Аналогичным образом, толщина второй части стенки может составлять от 0,5 до 2,5 мм. В альтернативном варианте, в котором внешняя стенка изготовлена из алюминия, толщина первой части стенки может составлять от 5 до 15 мм. Аналогичным образом, толщина второй части стенки может составлять от 1,5 до 2,5 мм. В приложениях с более высоким давлением, например, в промышленных установках, может потребоваться большая толщина стенки.
Таким образом, предусмотрена герметичная внешняя камера, содержащая входные и выходные отверстия, предназначенные для прохода потока воды в распределительное устройство и из него. Входные и выходные отверстия сообщаются с соответствующими камерами, расположенными с внутренней стороны внешней стенки.
В альтернативной конструкции внешней стенки, например, имеющей поперечное сечение прямоугольной или квадратной формы, входные и выходные отверстия могут быть выполнены в любых подходящих поверхностях внешней стенки.
Элементы распределительного устройства могут быть изготовлены из любого применимого материала, обеспечивающего возможность получения требуемой формы и способного выдерживать необходимое давление и/или температуру. Так, распределительное устройство может быть изготовлено из одного материала или из разных материалов, использованных для изготовления разных его компонентов. Например, внешняя стенка может быть изготовлена из материала с более высокой прочностью, чем внутренние компоненты, образующие внутренние стенки камер. В число применимых материалов входят, не исчерпывая его, сталь, алюминий и термореактивные пластмассы. В случае использования материалов, подверженных коррозии, также предпочтительно следует предусмотреть соответствующую антикоррозийную защиту.
Внешняя стенка предпочтительно окружает внутренние камеры и, как описано выше, выполняет функции камеры повышенного давления. Следует понимать, что внутренние камеры могут быть полностью окружены внешней камерой, но предпочтительно частично окружены внешней камерой так, что одна из сторон каждой из внутренних камер может сообщаться со смежными внутренними элементами (как описано ниже), а также с входными и выходными отверстиями распределительного устройства. Так, внутренние элементы, образующие стенки внутренних камер, могут прилегать к внутренней поверхности внешней стенки или к внутренней поверхности, по существу, плоской части внешней стенки. Это облегчает изготовление внутренних камер известными методами и обеспечение сообщения внутренних элементов (и, следовательно, внутренних камер) с входными и выходными отверстиями.
Внутренние элементы предпочтительно представляют собой удлиненные элементы, перекрывающие, по меньшей мере, часть длины распределительного устройства и предпочтительно имеющие широкое и тонкое поперечное сечение, что позволяет минимизировать суммарную толщину распределительного устройства. Под толщиной данных элементов распределительного устройства следует понимать расстояние от передней поверхности, по существу, плоской передней части внешней стенки до задней поверхности внешней стенки. Очевидно, размеры внешней стенки зависят от суммарной толщины внутренних элементов, образующих внутренние камеры, и требуемых размеров внешней камеры, окружающей внутренние камеры, в сочетании с толщиной внешней стенки. Внутренние элементы предпочтительно размещают с внутренней стороны внешней стенки вплотную друг к другу, чтобы минимизировать толщину распределительного устройства.
Части, образующие проходы и стенки внутренних камер, могут быть изготовлены из удлиненных элементов общей U-образной формы, которые, будучи последовательно соединены между собой, образуют ряд, по существу, параллельных камер, расположенных между такими элементами.
Следует понимать, что поперечное сечение внутренних элементов может иметь любую применимую форму, ограничивающую проходы, по которым протекает поток текучей среды. Так, внутренние элементы могут представлять собой элементы полукруглой формы, изготовленные методом экструзии, которые, будучи сходным образом последовательно соединены между собой, образуют расположенные между ними проходы.
Удлиненные камеры образованы путем составления удлиненных внутренних элементов и предпочтительно разделены по ширине при помощи соответствующих поперечных пластин с образованием нескольких камер по длине удлиненного внутреннего элемента. Таким образом, число возможных путей течения потока может быть увеличено. Поперечные пластины предпочтительно представляют собой элементы, форма поперечного сечения которых обеспечивает возможность герметичного отделения частей внутренних элементов.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения для разделения камер поперечные пластины вводят в пазы, предусмотренные во внешней стенке. Поперечные пластины могут образовывать стенку, перекрывающую все поперечное сечение распределительного устройства, или образовывать перегородки, перекрывающие лишь некоторые из камер. Концы распределительного устройства могут быть герметично перекрыты поперечными пластинами.
Пазы в распределительном устройстве предпочтительно представляют собой пазы, прорезанные с обеих сторон распределительного устройства, причем между двумя пазами оставляют перемычки, обеспечивающие соединение между двумя отрезками распределительного устройства, разделенными пазами. Поперечные пластины могут содержать выемки, в которые входят перемычки. Выемки предпочтительно имеют размеры, обеспечивающие их плотную пригонку к перемычкам. На одном конце поперечной пластины может быть предусмотрено отверстие, открывающееся в выемку так, что поперечная пластина может быть частично введена в паз с вводом перемычки в отверстие и повернута вокруг перемычки с завершением ввода поперечной пластины в паз. В такой конструкции после поворота поперечной пластины с ее вводом в паз поперечная пластина может быть сдвинута со скольжением в поперечном направлении так, чтобы перемычки вошли в выемки. Для закрывания отверстия может быть предусмотрена пробка. В альтернативном варианте отверстие может образовывать канал для потока между двумя камерами, расположенными по разные стороны поперечной пластины.
Площадь поперечного сечения каждого из каналов в распределительном устройстве предпочтительно выбирают в соответствии с требуемым уровнем расхода текучей среды в каждом конкретном канале распределительного устройства. В наиболее предпочтительном варианте площадь поперечного сечения каналов должна быть, по меньшей мере, сравнима с площадью поперечного сечения входного и выходного отверстий, с которыми соединен данный канал. Таким образом, распределительное устройство не накладывает необоснованных ограничений на проход текучей среды между компонентами установки.
Внутренние элементы предпочтительно соединены между собой (и с соответствующими разделительными перегородками) так, чтобы обеспечить герметичное отделение каждой из камер от камер, смежных с нею, с которыми она может сообщаться только через отверстие или отверстия, предусмотренные для обеспечения течения потока. Для соединения внутренних элементов могут быть использованы любые применимые средства, соответствующие типу материалов, из которых изготовлены внутренние элементы. Например, внутренние элементы могут быть соединены с использованием сварки, высокотемпературной пайки или клеевых соединений.
При сборке распределительного устройства внутренние элементы предпочтительно сначала плотно прижимают друг к другу, чтобы уменьшить требуемый объем пайки или склеивания. Во внутренних элементах могут быть дополнительно предусмотрены соответствующие выемки и выступы, облегчающие процедуру размещения и соединения смежных элементов.
Каждая из камер предпочтительно содержит отверстие или отверстия, обеспечивающие сообщение между соответствующими камерами для формирования требуемых каналов для текучей среды. Одна или несколько камер предпочтительно содержат отверстие или отверстия, напрямую соединенные с входными и/или выходными отверстиями или патрубками, расположенными на внешней стенке. Таким образом, могут быть сформированы каналы для текучей среды, проходящие от входного отверстия в первую камеру и через последовательность дальнейших камер к выходному отверстию или отверстиям. В альтернативном варианте канал для текучей среды может проходить через единственную камеру, т.е. от входного отверстия, сообщающегося с камерой, к выходному отверстию, сообщающемуся с той же камерой.
Таким образом, путем создания требуемых сообщений входных и выходных отверстий с соответствующими камерами, между которыми предусмотрены необходимые отверстия, может быть сформирован канал для текучей среды любой требуемой конфигурации. Следует понимать, что любая комбинация камер, разделительных перегородок и отверстий может быть использована для формирования канала для текучей среды внутри распределительного устройства между входным отверстием или отверстиями и выходным отверстием или отверстиями.
Распределительное устройство может быть дополнительно снабжено изоляцией, предотвращающей или ограничивающей потери тепла водой, находящейся в распределительном устройстве. Такая изоляция может быть выполнена, например, в виде кожуха, окружающего внешнюю стенку распределительного устройства и содержащего изолирующий материал, например, теплоизоляционную пену. В альтернативном варианте внешняя стенка может быть оснащена теплоизоляционным слоем, окружающим внешнюю стенку и прилегающим к ней. Такой теплоизоляционный слой может, например, иметь форму теплоизоляционной рубашки.
Распределительное устройство по настоящему изобретению представляет собой удобное и компактное средство соединения жидкостных компонентов системы (например, системы центрального отопления), занимающее минимальное пространство. Кроме того, распределительное устройство по настоящему изобретению представляет собой средство соединения компонентов, работающих под высоким давлением, которое может быть изготовлено, по существу, из листовых или тонкостенных материалов, что упрощает его изготовление.
Распределительное устройство в соответствии с настоящим описанием может быть оборудовано расположенными в одной или нескольких камерах средствами для направления или накачивания воды или для удаления из воды грязи. Кроме того, в одной или нескольких камерах могут быть предусмотрены другие средства, например, для контроля таких параметров, как температура, уровень pH и т.д.
Например, в распределительном устройстве может быть предусмотрен циркуляционный насос, установленный таким образом, что рабочее колесо насоса расположено в одной из камер распределительного устройства, для обеспечения продвижения воды из одной камеры в другую и через часть распределительного устройства или все распределительное устройство. Кроме того, может быть предусмотрен клапан для направления воды из одной или нескольких камер в другую камеру, обеспечивающий возможность выбора каналов для прохода воды в распределительном устройстве.
В конфигурациях, в которых используют циркуляционный насос и/или клапан, приводные средства клапана или насоса предпочтительно расположены снаружи внешней стенки, причем для привода в действие рабочего колеса насоса или закрывающего элемента клапана использован приводной элемент (вал), проходящий сквозь внешнюю стенку распределительного устройства, например, через входное или выходное отверстие.
Для удаления из воды грязи может быть предусмотрен фильтр, например, сетчатый фильтр или фильтр любого другого применимого типа. Однако накапливающийся отфильтрованный материал может засорить фильтр и нарушить его работу, если не производится регулярная чистка фильтра. Соответственно, для удаления из воды грязи предпочтительно могут быть использованы средства центробежного или турбулентного типа. В предпочтительном варианте осуществления изобретения использован грязеуловитель SpiroventR производства компании Spirotech, в котором использована цилиндрическая камера, содержащая сетку и создающая турбулентность. Системы такого типа не используют фильтрующих элементов; грязь и пыль в них отделяют от воды под действием турбулентности и собирают в зоне нулевого расхода, откуда они при необходимости легко могут быть удалены через соответствующий клапан или патрубок. В рамках применения настоящего изобретения пыль и грязь чаще всего представляют собой содержащиеся в воде частицы вещества, которые могут возникать в результате отложения материалов в трубах или компонентах системы в процессе производства или строительства, а также в результате коррозии, в частности, ржавения черных металлов. Применение грязеуловителя типа SpiroventR позволяет удалять пыль или грязь, содержащую крайне мелкие частицы, фильтрование которых затруднено даже с использованием фильтров тонкой очистки. Коллектор такого типа также обеспечивает возможность сбора воздуха, что позволяет избежать нежелательного накапливания воздуха в системе, в которой установлено распределительное устройство.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предусмотрен способ изготовления распределительного устройства для системы центрального отопления, причем распределительное устройство содержит один или более проходов между, по меньшей мере, одним входным отверстием и, по меньшей мере, одним выходным отверстием, включающий формирование внешнего корпуса в виде внешней стенки, заключающего в себе ряд камер, которые образуют проход (проходы), причем внешняя стенка образует часть стенки, по меньшей мере, одной из камер.
Такая конструкция внешней стенки облегчает процесс изготовления вышеописанного распределительного устройства. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ изготовления предусматривает формирование вышеописанных предпочтительных элементов распределительного устройства.
Способ может включать в себя ограничение объема удлиненной формы внешней стенкой и установку стенки камер, расположенной по длине такого объема, с формированием двух удлиненных камер. Также могут быть предусмотрены дополнительные стенки камер, разделяющие распределительное устройство на большее количество удлиненных камер.
По ширине удлиненных камер могут быть установлены одна или несколько поперечных пластин, разделяющих каждую камеру на более короткие камеры или образующих концевые пластины распределительного устройства. Поперечные пластины могут представлять собой вышеописанные пластины. Способ может включать в себя прорезывание в распределительном устройстве пазов для установки поперечных пластин. В число пазов предпочтительно входят пазы, прорезанные с обеих сторон распределительного устройства с оставлением между пазами с обеих сторон распределительного устройства перемычек, причем перемычки образуют соединения между частями распределительного устройства, разделенными пазами. Поперечные пластины могут содержать выемки, в которые входят перемычки. Выемки предпочтительно имеют размеры, обеспечивающие их плотную пригонку к перемычкам. На одном конце поперечной пластины может быть предусмотрено отверстие, открывающееся в выемку.
В такой конфигурации способ может включать в себя частичный ввод поперечной пластины в паз, причем перемычка входит в отверстие, и поворот поперечной пластины вокруг перемычки с вводом ее в паз. По завершении вращения поперечной пластины она может быть сдвинута со скольжением в поперечном направлении с вводом перемычек в выемки. В отверстие может быть вставлена пробка. В альтернативном варианте отверстие может образовывать канал для текучей среды между двумя камерами, расположенными по обе стороны от поперечной пластины.
Конструкция и способ установки поперечных пластин позволяют изготавливать распределительное устройство в виде удлиненной внешней стенки, которая может быть получена методом экструзии и легко разделена на секции, расположенные по ее длине.
Между различными камерами могут быть предусмотрены отверстия, образующие проходы для течения воды. Для регулировки течения потока воды через такие проходы и по каналам, предусмотренным между входными и выходными отверстиями, могут быть установлены клапаны.
Способ предпочтительно включает в себя сборку распределительного устройство и запаивание швов методом высокотемпературной пайки (пайки твердым припоем) для получения герметичного модуля. Высокотемпературная пайка представляет собой процесс, в котором припой из цветного металла или сплава цветных металлов разогревают для температуры плавления (обычно около 450°C/800°F) и распределяют между двумя или более плотно пригнанными одна к другой частями при помощи капиллярного эффекта. Нагретый до температуры жидкого состояния расплавленный металл припоя и флюс взаимодействуют с тонким слоем металла спаиваемого элемента и при остывании формируют исключительно прочное соединение, загерметизированное благодаря взаимодействию материалов на уровне их зернистой структуры. Высокотемпературный спай представляет собой структуру из нескольких последовательных слоев, каждый из которых металлургически соединен со смежными слоями. Высокотемпературная пайка особенно эффективна в приложениях, связанных с использованием воды, т.к. она позволяет получить устойчивые к коррозии швы в отличие от других методов соединения, например, сварки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения высокотемпературную пайку осуществляют путем нанесения на швы припоя, предпочтительно изготовленного из никеля или содержащего никель, и нагревания всего распределительного устройства, например, в печи. Это позволяет обеспечить одновременное закрепление и герметизацию швов, получить изделие более высокого качества и сократить затраты времени и средств на его производство.
Особенно предпочтительно использование метода высокотемпературной пайки в сочетании с вышеописанными поперечными пластинами, т.к. в таком случае закрепление и герметизация стенок камер и разделительных пластин могут быть осуществлены в одной операции высокотемпературной пайки. Кроме того, использование пазов между секциями распределительного устройства для установки поперечных пластин приводит к тому, что расширение распределительного устройства при нагревании оказывает минимальное влияние на величину зазора между пластинами и краями пазов. Это обстоятельство важно для температурной пайки, т.к. на данный процесс сильно влияют размеры зазора, используемого для создания требуемого капиллярного эффекта.
В соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения предусмотрено распределительное устройство, предпочтительно используемое в системе центрального отопления, содержащее, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие и один или более проходов между указанными отверстиями, причем проход (проходы) образован (образованы) рядом камер, при этом стенки, по меньшей мере, одной из указанных камер окружают остальные камеры.
В соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения предусмотрено распределительное устройство, содержащее, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие и один или более проходов для текучей среды между указанными отверстиями, причем проход (проходы) для текучей среды образован (образованы) рядом камер, при этом стенки, по меньшей мере, одной из указанных камер окружают остальные камеры.
Как обсуждалось выше, параллельные удлиненные камеры предпочтительно образованы из последовательно составленных удлиненных элементов U-образной формы, содержащих отверстия, необходимые для формирования каналов для текучей среды требуемой конфигурации. Элементы U-образной формы предпочтительно обладают значительной шириной и незначительной глубиной, т.е. вертикальные участки U-образного профиля существенно короче его горизонтального участка.
В соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения предусмотрено устройство для распределения текучей среды, содержащее два внешних элемента, расположенные по обе стороны от внутреннего элемента, причем во внутреннем элементе предусмотрены каналы, образующие проходы между различными входными и выходными отверстиями, выполненными во внешних элементах, для направления потоков текучей среды через указанное устройство.
Так, для распределения текучей среды между компонентами системы могут быть использованы внутренние проходы, представляющие собой каналы в многослойной или пластинчатой структуре. Внешние элементы присоединены к внутреннему элементу так, что они перекрывают каналы и герметично закрывают их. Распределительное устройство может быть образовано из двух, по существу, плоских внешних элементов, содержащих входные и выходные отверстия, предназначенные для обеспечения возможности поступления текучей среды в распределительное устройство и из него. Проходы могут быть проделаны во внутреннем элементе методом фрезеровки или с использованием других аналогичных технологий.
Применение распределительных устройств такого типа особенно выгодно в случаях, когда требуется низкая пропускная способность при низком давлении. Изготовление распределительного устройства такого типа для работы при более высокой скорости потока и более высоком давлении текучей среды может потребовать использования внешнего корпуса, способного выдержать возникающее давление. Корпус или кожух должен обеспечить сопротивление разделяющим силам, направленным на разделение двух внешних элементов и порождаемым давлением текучей среды в каналах в сочетании с большой площадью поверхности каналов.
В соответствии с дальнейшим аспектом изобретения предусмотрен циркуляционный насос для текучей среды, выполненный с возможностью подключения к охарактеризованному выше устройству для распределения текучей среды, содержащему, по меньшей мере, одну внутреннюю камеру, причем циркуляционный насос содержит приводные средства и соединенное с ними рабочее колесо для приведения в движение текучей среды, при этом рабочее колесо в процессе использования расположено внутри, по меньшей мере, одной из внутренних камер распределительного устройства.
В соответствии с дальнейшим аспектом изобретения предусмотрен клапан, выполненный с возможностью соединения с охарактеризованным выше устройством для распределения текучей среды, содержащим, по меньшей мере, одну внутреннюю камеру, причем клапан содержит приводные средства и соединенный с ними закрывающий элемент клапана, при этом закрывающий элемент клапана в процессе использования расположен внутри, по меньшей мере, одной из внутренних камер.
В такой конструкции закрывающий элемент может, например, закрывать отверстие камеры, или, в альтернативном варианте, направлять поток в камеру, или избирательно направлять поток из камеры в одну или несколько других камер.
Система центрального отопления, содержащая распределительное устройство описанного типа, может получать тепло в виде горячей текучей среды (например, воды) через теплообменник. В такой конфигурации может быть предпочтительным соединение первичного (горячего) контура теплообменника с первым распределительным устройством описанного типа, а вторичного (холодного) контура теплообменника - со вторым распределительным устройством описанного типа. Таким образом, предусмотрено два распределительных устройства, каждое из которых соединено с одним из двух контуров теплообменника. Это позволяет обеспечить соединение первичного контура через первое распределительное устройство с источником тепла (нагревателем) и соединение вторичного контура через второе распределительное устройство с соответствующими потребителями тепла, например, радиатором, теплоаккумулятором и т.п.
Следует понимать, что описанные в настоящей заявке аспекты изобретения могут быть удобно и выгодно использованы в любых соответствующих сочетаниях.
Хотя приведенное описание в основном касается распределительных устройств, используемых в установках центрального отопления, следует понимать, что такое распределительное устройство может быть применено в других приложениях, в которых требуется формирование соединений, а также с использованием других текучих сред, помимо воды.
Краткое описание чертежей
Нижеследующее описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения содержит ссылки на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие пример осуществления изобретения. На чертежах:
- фиг.1A иллюстрирует конфигурацию системы труб для соединения различных жидкостных компонентов по известным технологиям,
- фиг.1B иллюстрирует слоистую структуру распределительного устройства,
- на фиг.2A представлено в разобранном виде измененное распределительное устройство по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
- на фиг.2B распределительное устройство в сборе представлено в разрезе по линии A-A' по фиг.2A,
- на фиг.3 распределительное устройство в сборе представлено в разрезе по линии B-B' по фиг.2A,
- на фиг.4A представлен вид спереди на два смежных распределительных устройства,
- на фиг.4B смежное распределительное устройство по фиг.4A представлено в разрезе, соответствующем линии B-B' по фиг.2A,_
- на фиг.4C представлен вид сверху на первое и смежное распределительные устройства по фиг.4A в разрезе,
- фиг.5 иллюстрирует альтернативную конструкцию распределительного устройства по изобретению, изготовленную методом экструзии,
- на фиг.6 представлено в разрезе распределительное устройство по одному из вариантов осуществления изобретения, содержащее циркуляционный насос и регулирующий клапан,
- на фиг.7 представлена в разрезе по ширине альтернативная конструкция распределительного устройства,
- на фиг.8 представлена в разрезе по ширине другая альтернативная конструкция распределительного устройства,
- на фиг.9A представлено в продольном разрезе распределительное устройство по одному из вариантов осуществления изобретения, содержащее четыре входных/выходных патрубка и другие компоненты,
- на фиг.9B распределительное устройство по фиг.9A представлено в поперечном разрезе,
- на фиг.10A распределительное устройство, сходное с устройством по фиг.9A и 9B, представлено в разобранном виде,
- на фиг.10B распределительное устройство по фиг.10A в сборе представлено в разрезе,
- на фиг.11 подробно представлены соединения клапана, изображенного на фиг.9B и 10B в круге, обозначенном буквой X,
на фиг.12 подробно представлены соединения грязеуловителя/воздухосборника, изображенного на фиг.9B в круге, обозначенном буквой Y,
- на фиг.13A представлен вид сбоку на секцию распределительного устройство с установленным в ней насосом и грязеуловителем,
- на фиг.13B элементы по фиг.13A представлены в разрезе,
- на фиг.13C представлен вид справа на секцию распределительного устройства по фиг.13A,
- на фиг.13D представлен вид в разрезе по линии C-C по фиг.13A,
на фиг.13E представлен вид в разрезе по линии D-D' по фиг.13A,
- фиг.14 иллюстрирует конфигурацию с двумя одинаковыми распределительными устройствами,
- фиг.15A-15D иллюстрируют различные этапы установки поперечных пластин в секции распределительного устройства,
на фиг.16A-16D представлены поперечные сечения распределительного устройства, иллюстрирующие различные этапы, представленные на фиг.15A-15D, и
- на фиг.17A и 17B представлены соответственно вид в перспективе и вид в плане на распределительное устройство с установленными поперечными пластинами.
Осуществление изобретения
На фиг.1B представлена конструкция многослойного распределительного устройства 1, обеспечивающая возможность устройства соединений для передачи текучей среды в ограниченном объеме. Распределительное устройство содержит два, по существу, плоских внешних элемента 2, 3, содержащих несколько входных и выходных отверстий 6, 7, которые предназначены для ввода текучей среды в распределительное устройство и вывода ее из него. В число плоских внешних элементов входят передний элемент 2 и задний элемент 3, между которыми расположен внутренний элемент 4. Внутренний элемент 4 содержит проходы 5, которые соединяют входные и выходные отверстия 6, 7, предусмотренные во внутреннем элементе 4 и расположенные напротив соответствующих отверстий 8, 9, предусмотренных в переднем элементе 2. При использовании устройства отверстия 8, 9 соединяют с компонентами системы отопления так, чтобы образовать соединяющие их каналы для потоков текучей среды. Конструкция, подобная представленной на фиг.1B, позволяет создавать сравнительно тонкие модули, способные распределять текучую среду между несколькими компонентами.
На фиг.2A представлено изображение с пространственным разделением деталей одной половины распределительного устройства 10 по предпочтительному варианту осуществления изобретения. Полное распределительное устройство состоит из двух удлиненных элементов, аналогичных представленному на фиг.2A, расположенных один рядом с другим. Ниже приведено подробное описание устройства.
Как видно из фиг.2A, распределительное устройство 10 содержит удлиненный передний элемент 11 и удлиненный задний элемент 12, выполненные из стали или, в соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения, из алюминия. Задний элемент 12, имеющий в поперечном сечении полукруглую форму, выполнен из стальной полосы, согнутой в профиль, по существу, U-образной формы. Передний элемент 11 выполнен из стального листа и снабжен на концах перпендикулярными участками, выступающими от переднего элемента 11. Как показано на чертеже, перпендикулярным участкам придана форма, соответствующая кривизне заднего элемента так, что передний и задний элементы могут быть соединены, образуя герметичный внешний корпус, или внешние стенки распределительного устройства.
Толщина стенок переднего элемента 11 составляет 5 мм, если он изготовлен из стали, и 10 мм, если он изготовлен из алюминия. Толщина стенок заднего элемента 12 составляет 1 мм, если он изготовлен из стали, и 2 мм, если он изготовлен из алюминия.
В переднем элементе 11 предусмотрено несколько отверстий 13a-13g, проходящих сквозь элемент и служащих входными и выходными отверстиями распределительного устройства. Каждое из отверстий снабжено соответствующим патрубком 14, выступающим от внешней поверхности переднего элемента 11 и обеспечивающим возможность присоединения необходимых компонентов или каналов нагревательной установки.
Для формирования внутри распределительного устройства каналов или проходов использовано несколько элементов, расположенных внутри внешних стенок распределительного устройства. В варианте осуществления изобретения, представленном на фиг.2A, предусмотрены два внутренних элемента 15, 16, которые образуют стенки внутренней камеры. Внутренние элементы 15, 16 изготовлены из стали методом прессовки и снабжены разделительными перегородками 17, 18, выполненными в виде поперечных пластин, и отверстиями 19-24.
Толщина стенок внутренних элементов 15, 16 составляет 2 мм, если они изготовлены из стали, и 3 мм, если они изготовлены из алюминия.
Распределительное устройство собирают следующим образом. Сначала внутренний элемент 15 прикрепляют к внутренней поверхности переднего элемента 11, причем края внутреннего элемента герметично соединяют с внутренней поверхностью переднего элемента, например, при помощи сварки. При этом получают первую, вторую и третью камеры (25a, 25b и 25c соответственно). Внутренний элемент 16 аналогичным образом прикрепляют к задней поверхности внутреннего элемента 15 (как показано стрелками 26 на фиг.2). Края внутреннего элемента 16 герметично соединяют с задней поверхностью внутреннего элемента 15, например, при помощи сварки, причем получают четвертую камеру 27a и пятую камеру 27b.
В данном варианте осуществления изобретения предусмотрен патрубок 28, который в собранном распределительном устройстве проходит от переднего элемента 11 сквозь внутренние элементы 15, 16 до камеры, ограниченной внутренней поверхностью заднего элемента 12 и внутренним элементом 16.
На фиг.2B распределительное устройство представлено в поперечном разрезе по линии A-A' (см. фиг.2А). На фиг.2B представлены передний элемент 11, задний элемент 12 и внутренние элементы 15, 16. В частности, в поперечном разрезе по линии A-A' можно видеть внутренние распределительные камеры 25b, 27b и камеру 29, расположенную между задним элементом 12 и внутренним элементом 16. Из фиг.2A понятно, что внутренний элемент 15 охватывает несколько отверстий, предусмотренных в переднем элементе 11, а внутренний элемент 16 охватывает несколько отверстий, предусмотренных во внутреннем элементе 15. Эта конфигурация более подробно проиллюстрирована на фиг.3.
На фиг.3 устройство представлено в продольном разрезе по линии B-B' по фиг.2A. На фиг.3 также представлены некоторые из элементов, соединенных с распределительным устройством. Их описание приведено ниже.
На фиг.3 представлены передний и задний элементы 11, 12, а также внутренние элементы 15, 16. Видны камеры 25a, 25b и 25c, образованные внутренним элементом 15, а также камеры 27a и 27b, образованные внутренним элементом 16. Также представлена задняя камера 29. Камеры (конфигурация которых определена положением внутренних элементов 15, 16 и перегородок 17, 18) перекрывают соответствующие отверстия 13a-13g так, чтобы обеспечить формирование каналов течения потока в соответствующие камеры и из них.
Как видно на продольном разрезе, представленном на фиг.3, каждое из отверстий 13a-13g соединено с какой-либо из камер для течения текучей среды. Так, отверстие 13b соединено с камерой 25c и через нее с отверстием 13c. Отверстие 13a аналогичным образом соединено через камеру 29 с отверстием 30, расположенным в верхнем конце распределительного устройства. Различные соединения, предусмотренные между соответствующими камерами для протекания текучей среды, хорошо видны в продольном разрезе, представленном на фиг.3.
Фиг.3 также иллюстрирует некоторые из компонентов, используемых в одном из вариантов применения распределительного устройства. В представленной на чертеже конфигурации предусмотрен теплообменник 31, соединенный с камерами 29 и 25a, насос 32a, предназначенный для прокачки текучей среды внутри камеры 25a, и клапан 33, предназначенный для направления течения текучей среды между камерами.
Подробное описание работы имеющихся на рынке теплообменников, насосов и клапанов (которые могут использоваться совместно с описываемым распределительным устройством) в настоящей заявке не приводится.
Как показано на фиг.3, распределительное устройство по настоящему изобретению представляет собой достаточно тонкую конструкцию, т.е. толщина распределительного устройства, представляющая собой расстояние от переднего элемента до заднего элемента, невелика.
Криволинейная форма заднего элемента 12 позволяет выгодно уменьшить толщину материала, необходимого для обеспечения устойчивости к высокому давлению, аналогично тому, как цилиндрическая форма является оптимальной для резервуаров высокого давления. Таким образом, толщина стенок элемента 12 может быть минимизирована.
Как показано на фиг.2B, внутренние элементы 15, 16 полностью заключены внутри камеры 29, ограниченной криволинейным задним элементом 12 и передним элементом 11. Таким образом, передний и задний элементы 11, 12 образуют стенку, на которую снаружи воздействует атмосферное давление, а изнутри - давление содержащейся в устройстве текучей среды.
Вследствие наличия каналов течения текучей среды через камеры распределительного устройства все камеры находятся, по существу, под одинаковым давлением, т.е. давление в камерах 25b, 27b и 29, по существу, одинаково. Очевидно, то же утверждение справедливо и для других камер. Таким образом, разница давлений по разные стороны стенок внутренних элементов 15, 16, по существу, мала, что позволяет минимизировать толщину стенок каждого из данных элементов. Это позволяет уменьшить размеры, вес и сложность конструкции компонентов распределительного устройства.
На фиг.4A представлен вид спереди одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором два, по существу, аналогичных распределительных устройства 10 (проиллюстрированных на фиг.2A) расположены одно рядом с другим. В данной конфигурации во втором распределительном устройстве 10b предусмотрены два отверстия 34, 35 для соединения, например, с нагревателем. На фиг.4B второе распределительное устройство 10b, в котором отверстия 34, 35 сообщаются с камерами, расположенными внутри распределительного устройства, в соответствии с описанием, приведенным выше со ссылками на фиг.2A и 3, представлено в продольном разрезе.
На фиг.4C представлены в поперечном разрезе распределительные устройства 10, 10b с соответствующими камерами.
Распределительное устройство в конфигурации, соответствующей предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, действует следующим образом. Отверстие 35 предназначено для ввода горячей воды, поступающей от нагревателя (не представлен). Горячая вода под действием насоса 32b, расположенного внутри распределительно устройства 10b, проходит через камеры и через первичный контур теплообменника 31. Затем возвратная вода проходит из первичного контура через камеру 36 в отверстие 34, после чего вода поступает обратно в нагреватель для нагревания.
Как показано на фиг.4A, вторичный контур теплообменника соединен с первым распределительным устройством 10, представленным на фиг.2A и 3A. Текучую среду вторичного контура распределяют из теплообменника при помощи насоса 32a, под действием которого она проходит через камеры распределительного устройства 10 между отверстиями 13a-13g, соединенными с компонентами отопительной установки. Данные отверстия могут быть соединены, например, с теплоаккумуляторами, радиаторами, фильтрами, насосами, дополнительными средствами отопления и т.п. Затем вода вторичного контура поступает обратно в теплообменник для нагревания.
Конструкция распределительного устройства минимизирует сложность конфигурации и количество требуемых материалов. Передний элемент 11 и внутренние элементы 15, 16 выполнены из стали методом прессовки и приварены друг к другу для формирования вышеописанных камер. Задний элемент 12 представляет собой простую деталь, изготовленную из гнутой стали.
В альтернативном варианте осуществления изобретения внутренние элементы также могут быть изготовлены методом экструзии (например, из алюминия или пластмассы с соответствующими характеристиками), как показано на фиг.5.
На фиг.5 распределительное устройство 10, 10a и соответствующие камеры представлены в разрезе по линии, соответствующей линии A-A' по фиг.2A. Перегородки, соответствующие перегородкам 17 и 18 по фиг.2A, могут быть присоединены к элементам, изготовленным методом экструзии, по мере необходимости для формирования требуемых камер.
Фиг.5 также иллюстрирует сложный внутренний профиль, который может быть получен методом экструзии. Метод экструзии может быть применен для формирования как внутренних, так и внешних элементов распределительного устройства, которое также может представлять собой единый удлиненный элемент, изготовленный методом экструзии.
В варианте осуществления по фиг.5 в распределительном устройстве дополнительно предусмотрена стенка 37 и опоры 38, ограничивающие полость 39, окружающую распределительное устройство. Полость заполнена изолирующим материалом, обеспечивающим изоляцию распределительного устройства от воздействия внешних условий.
Очевидно, все каналы для протекания текучей среды между камерами, предусмотренные в описываемых вариантах осуществления изобретения, не могут быть видны в каждом из поперечных разрезов вследствие расположения соответствующих отверстий и плоскости разреза. Однако следует понимать, что камеры соединены друг с другом так, чтобы обеспечить каналы для текучей среды между входными и выходными отверстиями компонентов в соответствии с предполагаемым использованием распределительного устройства.
Также следует понимать, что для получения требуемой конфигурации каналов для текучей среды внутри распределительного устройства может быть использовано любое расположение внутренних элементов, отверстий и перегородок и что отличительные черты всех и каждого из вариантов осуществления изобретения, описанных в настоящей заявке, могут быть использованы по отдельности или в сочетаниях.
На фиг.6 представлено в продольном разрезе распределительное устройство по настоящему изобретению, содержащее циркуляционный насос и гидравлический клапан. Циркуляционный насос 32a и клапан 33 того же типа, что и на фиг.3, представлены на фиг.6 в увеличенном виде.
Циркуляционный насос 32a содержит основной корпус 40, внутри которого расположен электромотор (электрические соединения не представлены). Электромотор механически соединен с приводным валом 41, который, в свою очередь, соединен с рабочим (лопастным) колесом 42. Рабочее колесо оборудовано несколькими лопастями, которые при вращении колеса толкают текучую среду.
Как видно из чертежа, основной корпус соединен с передним элементом 11. Рабочее колесо расположено в первой камере 43, которая содержит отверстие 44, соединяющее ее со второй камерой 45.
На фиг.6 также представлен клапан 33, содержащий корпус 46 и приводной вал 47, соединенный с закрывающим элементом 48. Корпус 46 содержит электромотор (или механический привод), приводящий в действие закрывающий элемент по получении управляющих сигналов от системы управления (не представлена).
Закрывающий элемент 48 расположен внутри камеры 43 и предназначен для обеспечения возможности протекания текучей среды из первой камеры 43 в третью камеру 49.
Таким образом, очевидно, что благодаря применению соответствующих закрывающих элементов клапан типа, представленного на фиг.6, может быть использован для избирательного разрешения или запрещения потока текучей среды по каналам различной конфигурации, образованным внутри распределительного устройства, в соответствии с поступающими управляющими сигналами.
Стрелка 50 обозначает направление потока текучей среды из камеры 45 через лопастное колесо 43 к закрывающему элементу 47 клапана.
Конструкция, представленная на фиг.6, может быть продублирована во втором, параллельном распределительном устройстве, представленном на фиг.4B.
В альтернативной конструкции, в которой не предусмотрены насос в камере 43 и отверстие 44, соединяющее камеры 43 и 45, закрывающий элемент 48 может выходить в камеру 45 благодаря наличию соответствующего отверстия между камерами 45 и 49 и может быть использован для избирательного направления потоков из камер 42 и 45 в камеру 49 (или в других направлениях, определяемых данными камерами). В такой конструкции данный клапан может выполнять функции смесительного клапана.
На фиг.7 и 8 представлены альтернативные конфигурации, в которых использовано удлиненное распределительное устройство, разделенное на удлиненные камеры. В варианте, представленном на фиг.7, внешняя стенка распределительного устройства образована двумя полыми секциями 11, 12 U-образной формы, расположенными открытыми концами друг к другу, между которыми предусмотрена перегородка 15. Таким образом, образованы две камеры. В варианте, представленном на фиг.8, направленные в одну и ту же сторону секции U-образной формы, аналогичные представленным на фиг.7, составлены в стопку, причем еще одна секция секции U-образной формы, обращенная в противоположную сторону, присоединена к нижней секции стопки. Таким образом, в данной конструкции образованы три камеры, разделенные между собой внутренними стенками 15 камер и ограниченные снаружи наружной стенкой, образованной двумя крайними секциями и частями средних секций.
На фиг.9A представлено в продольном разрезе распределительное устройство, содержащее три удлиненные камеры: верхнюю камеру 43, среднюю камеру 45 и нижнюю камеру 49. В трех удлиненных камерах (или слоях) дополнительно предусмотрены разделительные перегородки (аналогичные перегородкам 17 и 18 по фиг.2A) в виде поперечных пластин и отверстия. Три такие поперечные пластины предусмотрены в камере 43 и пять таких поперечных пластин - в камере 45. Поперечные пластины более подробно представлены на фиг.10A и 10B, которые иллюстрируют вариант осуществления изобретения, сходный с вариантом осуществления по фиг.9A и 9B. Через камеры проходят четыре патрубка ввода/вывода, в т.ч. расходный патрубок 60, возвратный патрубок 61, нижний патрубок 62 теплоаккумулятора и верхний патрубок 63 теплоаккумулятора. То, что патрубки ввода/вывода проходят через камеры, делает возможным подключение с обеих сторон распределительного устройства. Это также обеспечивает возможность использования нескольких распределительных устройств, соединенных параллельно, как описано ниже со ссылками на фиг.14, что делает установку более одного распределительного устройства более удобной. В случае установки нескольких параллельных распределительных устройств, патрубки 60-63 не только служат патрубками для соединения с конкретными элементами оборудования, но также действуют как обычные трубы с точки зрения других коллекторов. К обоим концам верхней камеры подсоединены циркуляционные насосы 32. Каждый из насосов 32 содержит ввод 64 и вывод 65, а также нагнетающее лопастное колесо 66.
Расходный патрубок 60 соединяет секцию средней камеры 45 с секцией верхней камеры 43. Возвратный патрубок 61 и нижний патрубок 62 теплоаккумулятора соединяют другую секцию средней камеры 45 с другой секцией верхней камеры 43. Верхний патрубок 63 теплоаккумулятора соединен с нижней камерой 49.
Как видно из фиг.9B, на которой представлен вид сбоку конструкции по фиг.9A в плоскости, расположенной между возвратным патрубком 61 и нижним патрубком 62 теплоаккумулятора, камеры 43, 45 и 49 образованы двумя стенками 15, 16 камер. Первая стенка 15 камеры представляет собой полый элемент U-образной формы, обращенный открытой стороной к внешней стенке и, таким образом, ограничивающий верхнюю камеру 43. Вторая стенка 16 камеры представляет собой полый элемент U-образной формы меньшего размера, обращенный открытой стороной к первой стенке камеры и, таким образом, ограничивающий среднюю камеру 45. Нижняя камера 49 представляет собой оставшийся объем, ограниченный внешней стенкой.
Для регулировки расхода текучей среды предусмотрены два клапана 33a, 33b. Левый клапан 33a представляет собой двусторонний клапан, регулирующий расход текучей среды между верхней и средней камерами. Правый клапан 33b представляет собой трехсторонний клапан, регулирующий расход текучей среды между всеми тремя камерами 43, 45 и 49. Для удаления из текучей среды воздуха и грязи предусмотрен грязеуловитель/воздухосборник 67.
Распределительное устройство, представленное в разобранном виде на фиг 10A, сходно с представленным на фиг.9A и 9B, но с обратным расположением верхнего и нижнего 62, 63 теплоаккумулятора и другой конфигурацией подключения грязеуловителя/воздухосборника 67. На фиг.10A более ясно видны отверстия и поперечные пластины перегородок 17, 18, которые совместно с основными стенками камер ограничивают различные каналы распределительного устройства. На фиг 10B распределительное устройство по фиг 10A в сборе представлено в продольном разрезе.
В варианте осуществления изобретения по фиг.10A и 10B различные части и соединительные каналы расположены следующим образом. Верхняя, средняя и нижняя камеры 43, 45 и 49 ограничены первой стенкой 15 камеры, второй стенкой 16 камеры и внешней стенкой 102. В собранном распределительном устройстве первая стенка 15 камеры обращена к внешней стенке 102, а вторая стенка 16 камеры обращена к первой стенке 15 камеры аналогично конфигурации, представленной на фиг.9B.
Нижняя камера 49 соединена с источником горячей воды через входной патрубок (не представлен), предусмотренный на боковой поверхности внешней стенки 102. Отверстие 103 соединяет нижнюю камеру 49 с секцией 45a средней камеры 45, расположенной в левой части чертежей. Наконец, нижняя камера 49 может быть соединена с расположенной справа секцией 45b средней камеры 45 при помощи трехстороннего клапана 33b, также обеспечивающего соединение с секцией 43b верхней камеры. Правая секция 45b нижней камеры соединена с правым циркуляционным насосом через входной патрубок 64 насоса.
Входной патрубок 64 насоса соединяет левую секцию 45a с левым циркуляционным насосом, а выходной патрубок 65 того же насоса выпускает текучую среду в левую секцию 43a верхней камеры 43. Сообщение между секцией 43a и первой центральной секцией 45с средней камеры регулируется двусторонним клапаном 33a. Центральная секция 45с средней камеры соединена с центральной секцией 43c верхней камеры через большое отверстие 104, причем объединенная секция 43c-45c соединена с расходным патрубком 60.
Возвратный патрубок 61 и нижний патрубок 62 теплоаккумулятора соединены со второй центральной секцией, образованной правой верхней секцией 43b, заходящей в центральную область верхней камеры 43, и второй центральной секцией 45d средней камеры, которые соединены большим отверстием 105. Как обсуждалось выше, вторая центральная секция 43b верхней камеры может быть соединена с правой секцией 45b средней камеры, а через нее - с входным патрубком 64 насоса и с нижней камерой 49 через трехсторонний клапан 33b.
В правом конце верхней камеры 43 крайняя секция 43d соединена с выходным патрубком 65 насоса и сообщается через отверстие 108 с камерой 109 фильтра или грязеуловителя, образованной в правом конце средней камеры 45 и нижней камеры 49. Как видно на фиг.10B, камера 109 соединена с выходной камерой 110 фильтра и через нее - с выходным отверстием 107, обеспечивающим соединение с нагревателем.
Таким образом, в одном из возможных рабочих режимов горячая вода поступает в нижнюю камеру 49 через входной патрубок и проходит под действием левого насоса через двусторонний клапан 33а в расходный патрубок 60. Патрубок 60 может затем обеспечивать поступление горячей воды в компоненты установки, соединенные с распределительным устройством. Вода возвращается от компонентов установки через возвратный патрубок 61 и может проходить через трехсторонний клапан 33b и правый насос в камеру фильтра, а затем поступать обратно в нагреватель через выходное отверстие 107.
Верхний и нижний патрубки 62, 63 теплоаккумулятора позволяют обеспечить подачу горячей воды в накопитель из нижней камеры 49 через верхний патрубок 62 теплоаккумулятора и возврат холодной воды в нагреватель от нижнего патрубка 63 теплоаккумулятора через трехсторонний клапан 33b, правый насос, камеру фильтра и выходное отверстие 107. В альтернативном варианте верхний патрубок 63 теплоаккумулятора может быть использован для подачи горячей воды в нижнюю камеру 49 для обеспечения возможности использования накопленного тепла вместо использования горячей воды, поступающей через входной патрубок.
Фиг.11 подробно иллюстрирует подключение трехстороннего клапана 33b, изображенного на фиг.9B или 10B в круге, обозначенном буквой X. Клапан 33b соединяет верхнюю камеру 43, среднюю камеру 45 и нижнюю камеру 49. Клапан 33b содержит корпус 46, приводной вал 47 и закрывающий элемент 48. В представленной конфигурации в нижней камере 49 находится относительно горячая вода, а в верхней камере 43 - относительно холодная вода. Насосы 32, предусмотренные на обоих концах распределительного устройства, прогоняют воду через трехсторонний клапан, в котором происходит смешивание воды. Таким образом, клапан действует в качестве клапана-смесителя для холодной воды из верхней камеры 43 и горячей воды из нижней камеры 49. Поршень 48, расположенный в центре клапана, подвижен; когда он находится в верхнем положении, он перекрывает поток из верхней камеры 43, а когда он находится в нижнем положении, он перекрывает поток из нижней камеры 49. Поршень 48 может перемещаться валом 47 или при помощи любых других известных средств. Кроме того, в качестве трехстороннего клапана может быть использован клапан любой известной конструкции - например, вращающийся клапан, представленный на фиг.6.
Фиг.12 подробно иллюстрирует подключение грязеуловителя/воздухосборника 67, изображенного на фиг.9B в круге, обозначенном буквой Y. Коллектор 67 известен под названием микропузырькового деаэратора, который обеспечивает отделение от воды даже крайне малых пузырьков (микропузырьков) воздуха. Аналогичные или сходные технологии также используют для сбора грязи, от крупных до крайне мелких частиц. Например, системы одного из известных типов поставляются компанией Spirotech Ltd. под названием «SpiroventR». Как видно на фиг.12, коллектор 67 имеет вход/выход, сообщающийся со средней камерой 45, и аналогичный вход/выход, сообщающийся с камерой 43, в результате чего вода проходит через фильтр/коллектор. Вход/выход, сообщающийся с камерой 43, снабжен несколькими сравнительно небольшими отверстиями, окружающими коллектор 67.
На фиг.13A-13E представлена альтернативная конфигурация грязеуловителя 67, а также насос 32, установленный в одной из секций распределительного устройства, аналогичного представленному на фиг.10A и 10B. Насос 32 аналогичен описанному выше и содержит входной патрубок 64, забирающий текучую среду из средней камеры 45, и выходной патрубок 65, закачивающий текучую среду в верхнюю камеру 43. Входной патрубок 69 грязеуловителя 67 соединен с верхней камерой 43, причем грязеуловитель распространяется на часть средней и нижней камер. Выходной патрубок 71 грязеуловителя 67 выводит текучую среду из распределительного устройства и подает ее в другие компоненты установки. Как описано выше, аналогичные конструкции могут быть использованы для сбора воздуха и микропузырьков. Для выпуска воздуха в конструкции воздухосборника предпочтительно используют автоматический клапан выпуска воздуха. Аналогичным образом, должны быть установлены средства для устранения собранной пыли; например, широко используемый метод заключается в установке дополнительного выпускного клапана в дне грязеуловителя 67.
Как показано на фиг.14, распределительное устройство по фиг.9-13E может быть использовано в конфигурации с двумя распределительными устройствами, в которой каждый из распределительных модулей 68 содержит два параллельных распределительных устройства и установленный между ними теплообменник, как показано на фиг.4A. Патрубки 60, 61, 62, 63 проходят сквозь оба распределительных устройства 10, причем для каждого из распределительных устройств предусмотрено индивидуальное соединение 73 с нагревателем. Такая конфигурация обладает значительными преимуществами в случае использования нескольких нагревателей, особенно если нагреватели представляют собой теплоэлектрические установки, требующие точной индивидуальной регулировки нагрева и, следовательно, использования раздельных нагревательных контуров. Установка такой конфигурации облегчается тем, что в ней требуются только прямые трубные соединения.
Фиг.15A-15D и соответствующие им фиг.16A-16D иллюстрируют различные стадии установки поперечных пластин 74 в секции распределительного устройства. Поперечные пластины разделяют распределительное устройство по ширине его удлиненных камер для формирования более коротких камер или образуют концевые стенки распределительного устройства. Для установки поперечных пластин 74 в распределительном устройстве предусмотрены пазы 77. Для упрощения иллюстрации конец распределительного устройства не представлен на фиг.15A-15C и на фиг.16A-16C. Конец распределительного устройства представлен на фиг.15D, причем для формирования паза 77 на конце предусмотрен короткий выступ 78. Пазы прорезаны с обеих сторон распределительного устройства, причем между ними оставлены перемычки 79, скрепляющие две части распределительного устройства. Каждая из поперечных пластин 74 содержит выемки 75, в которые входят перемычки 79, и отверстие 80, расположенное с одного края пластины.
Для установки поперечной пластины 74 в распределительное устройство поперечную пластину 74 частично вводят в паз 77, причем перемычка 79 входит в отверстие 80, как показано на фиг.15A и 16A. Затем поперечную пластину поворачивают вокруг перемычки, вводя ее в паз 77 до положения, представленного на фиг.15B и 16B. По завершении вращения поперечной пластины 74 с ее вводом в паз 77 ее сдвигают в поперечном направлении так, чтобы перемычки 79 вошли в пазы 75, и пластина приняла положение, представленное на фиг.15C и 16C. В отверстие 80 может быть вставлена пробка 81.
Поперечная пластина может содержать отверстие, обеспечивающее возможность протекания текучей среды между камерами; в таком случае она образует перегородку лишь для одной из камер. Поперечная пластина 74 с таким отверстием представлена на фиг.15A. При необходимости для установки поперечной пластины на место могут быть предусмотрены выступы 83.
На фиг.17A и 17B распределительное устройство, аналогичное представленному на фиг.15A-15D и на фиг.16A-16D, с установленными поперечными пластинами 74 представлено соответственно в перспективе и в плане. В проиллюстрированном случае поперечная пластина установлена в центре распределительного устройства.
В случае, проиллюстрированном на вышеописанных чертежах, поперечная пластина 74 представляет собой, по существу, плоскую прямоугольную пластину. Однако она также может представлять собой пластину с выступами и соединительными кронштейнами для соединения с другими компонентами, как, например, в случае концевой поперечной пластины, используемой в варианте осуществления изобретения по фиг.10A и 10B.
Вышеописанное распределительное устройство изготавливают путем установки элементов распределительного устройства и запаивания швов методом высокотемпературной пайки для формирования герметичного модуля. На швы помещают твердый припой, в качестве которого используют никель или припой на основе никеля, после чего все распределительное устройство нагревают в печи. Припой плавится и проникает в швы под действием капиллярных сил, что обеспечивает закрепление и герметизацию швов.
Реферат
Изобретение относится к области систем для распределения текучих сред, применяемых в промышленных или бытовых системах центрального отопления. Технический результат: возможность создания выделенных потоков текучей среды между отдельными компонентами системы. Распределительное устройство для распределения воды в системе центрального отопления имеет, по меньшей мере, одно входное отверстие и, по меньшей мере, одно выходное отверстие и один или более проходов между указанными отверстиями, причем проход (проходы) образован (образованы) рядом камер, заключенных во внешнем корпусе, сформированном внешней стенкой, которая образует часть стенки, по меньшей мере, одной из камер, и с внутренней стороны которой расположена первая стенка камеры, при этом камеры образованы объемами, заключенными между внешней стенкой и первой стенкой камеры, а толщина внешней стенки больше, чем толщина первой стенки камеры. Также описан способ изготовления распределительного устройства. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 17 ил.
