承压水箱压力平衡装置研究

陈海，陆磊，李宏哲，陈璞，张煜晨，戎晔

（合肥通用机械研究院，安徽 合肥 230031）

目前，承压储水式热水器设置有承压水箱，使用承压水箱做存储热水及作为热交换设备。承压水箱作为热水器重要的部件，承压水箱一旦出现问题，承压储水式热水器将不能正常使用，为了保证承压储水式热水器正常使用，现有的技术，一般是在承压储水式热水器的承压水箱外接单向安全阀，避免承压水箱内的压力过高。但单向安全阀存在局限性，并不能全面保护承压水箱，当停水时，由于单向安全阀安装在进水管中，此时单向安全阀的单向止回功能可以防止承压水箱内的热水倒流；若用户不知道停水了，打开出水管上的阀门，当承压水箱与阀门存在高度差时，出水管内的水会在重力的作用下往下流，此时会造成承压水箱内形成负压，造成承压水箱被大气压压扁。另外，安装单向安全阀的承压水箱，加热时达到单向安全阀的额定压力才会向外排水，而且承压水箱使用时需要与进水管连通，承压水箱内的压力骤降至进水管的压力；频繁使用过程中，承压水箱不断膨胀与收缩，增加了承压水箱的疲劳，导致承压水箱的寿命下降。为了解决上述问题，我们设计了一种承压水箱压力平衡装置，其结构紧凑，管道布置方便，达到恒压加热、恒压使用、防倒流和负压保护的目的，同时还能起到安全泄压及预警提醒的作用，降低承压水箱的疲劳，延长承压水箱的使用寿命。

1 系统原理

承压水箱压力平衡装置（见附图1，结构示意图），其包括壳体及分别装设于壳体内的旁通开关、补气开关、泄压开关和止回开关。壳体设置有进水流道、出水流道及用于连通进水流道与出水流道的中间流道。旁通开关设置于中间流道靠近出水流道的一端。补气开关和泄压开关均设置于中间流道的中部并用于与中间流道连通。止回开关设置于进水流道的出水口，补气开关、泄压开关均位于旁通开关和止回开关之间。旁通开关用于调控出水流道内的水体进入进水流道，止回开关用于调控进水流道内的水体进入承压水箱。

出水流道设置有维护孔，旁通开关显露于维护孔，维护孔内装设有堵头，维护孔的内壁设置有第一内螺纹，堵头设置有与第一内螺纹螺接的第一外螺纹。

中间流道包括主流道及与主流道连通的辅流道。辅流道与主流道交叉设置。补气开关和泄压开关分别设置于辅流道的两端并分别位于主流道的两侧，主流道的两端分别与出水流道和进水流道连通，旁通开关位于主流道靠近出水流道的一端。

出水流道或进水流道内装设有水流开关。壳体包括上水平部、中水平行部、下水平部及分别与上水平部和下水平部连通的竖直部，上水平部、中水平行部和下水平部彼此平行设置，竖直部的中部与中水平部的中部垂直设置，出水流道贯穿上水平部，进水流道贯穿下水平部，主流道贯穿竖直部，辅流道贯穿中水平部。

主流道内设置有旁通挡环，旁通挡环设置有第一流通孔，旁通开关包括滑动设置于主流道内的旁通阀芯、设置于旁通阀芯与旁通挡环之间的旁通弹性件及用于抵触旁通阀芯的一端的旁通定位环，旁通定位环装设于主流道靠近出水流道的一端，旁通定位环设置有用于与第一流通孔连通的第二流通孔，旁通阀芯的一端用于封堵第二流通孔。

主流道的内壁设置有第五内螺纹，所述旁通定位环设置有与第五内螺纹螺接的第四外螺纹，所述第五内螺纹的螺纹长度大于第四外螺纹的螺纹长度。

旁通挡环还设置有与第一流通孔平行的第一导孔，旁通阀芯的另一端设置有与第一导孔配合的第一导杆。

辅流道内设置有泄压挡环，泄压挡环设置有第三流通孔，泄压开关包括装设于辅流道远离主流道的一端的泄压定位环、滑动设置于辅流道内的泄压阀芯及设置于泄压阀芯与泄压定位环之间的泄压弹性件，泄压定位环设置有与第三流通孔连通的第四流通孔，泄压阀芯的一端用于封堵第三流通孔。

辅流道的内壁设置有第六内螺纹，所述泄压定位环设置有与第六内螺纹螺接的第五外螺纹，所述第六内螺纹的螺纹长度大于第五外螺纹的螺纹长度；所述泄压定位环还设置有与第四流通孔平行的第二导孔，所述泄压阀芯的另一端设置有与第二导孔配合的第二导杆。结构示意图如图1，系统示意图如图2。

2 系统的特点和优点

图1

图2

实际使用时，当承压水箱内的水被加热时，由于进水流道的出水口连通有单向安全阀，所以承压水箱内的水不能倒流至进水管道，承压水箱内水的体积会随温度的上升而膨胀，承压水箱内的压力也会随水的膨胀而升高，当承压水箱内的压力大于中间流道内的压力时，由于中间流道与进水管道连通，即承压水箱内的压力大于进水管道内的压力时，承压水箱内的压力将旁通开关打开，使得承压水箱与中间流道、进水管道连通，进而使承压水箱内的热水经由旁通开关和中间流道流至进水流道内，承压水箱内的压力释放至进水管道中，从而降低承压水箱内的压力，且承压水箱内的水在排压时，排压的水会进入进水流道内循环，解决了现有的排压结构中出现滴水或漏水的问题；当承压水箱内压力等于进水管道内的压力时，旁通开关自动关闭，使得出水流道与进水流道不连通。

本实用新型通过设置有压力平衡器，使得承压水箱内的压力始终与进水管道内的压力相等，达到了平衡承压水箱的内外压差的目的，实现了承压水箱内的水可以恒压加热，解决了因承压水箱内高压而致使承压水箱膨胀，甚至出现承压水箱胀裂的问题，减少了承压水箱的疲劳，延长了承压水箱的使用寿命，且防止出现滴水的现象。

当使用承压水箱内的热水时，由于进水流道的出水口连通有单向安全阀，所以承压水箱内的压力不会出现骤降的现象，进一步减少了承压水箱的疲劳，延长了承压水箱内的使用寿命，从而降低承压水箱内的压力。且承压水箱内的水在排压时，排压的水会进入进水流道内循环，解决了现有的排压结构中出现滴水或漏水的问题；当承压水箱内压力等于进水管道内的压力时，旁通开关自动关闭，使得出水流道与进水流道不连通；通过设置有压力平衡器，使得承压水箱内的压力始终与进水管道内的压力相等，达到了平衡承压水箱的内外压差的目的，实现了承压水箱内的水可以恒压加热，解决了因承压水箱内高压而致使承压水箱膨胀，甚至出现承压水箱胀裂的问题，减少了承压水箱的疲劳，延长了承压水箱的使用寿命，且防止出现滴水的现象；当使用承压水箱内的热水时，由于进水流道的出水口连通有单向安全阀，所以承压水箱内的压力不会出现骤降的现象，进一步减少了承压水箱的疲劳，延长了承压水箱内的使用寿命。

3 应用领域

该承压水箱压力平衡装置可广泛应用在各类带有承压式水箱的家用热水器中，如空气能热泵热水器、电加热式热水器等。它会显现出明显的优势，一个装置可以同时实现热水器达到恒压加热、恒压使用、防倒流和负压保护的目的，同时还能起到安全泄压及预警提醒的作用。

4 结语

本承压水箱保护装置的结构紧凑、管道布置方便，占用空间小，安装、后期检查和维护方便，结构稳定性强，并有利于标准化使用和批量生产，具有广阔的工程应用前景。