专利名称：热电两用水暖装置的制作方法
技术领域：
本发明属于小型供暖系统的技术领域。
由于居住条件的改善，传统的取暖设施或器具(火炉、火坑等)，逐渐被下列设施及器具代替(一)集中供暖系统。由锅炉房集中泵送的热水到用户后，经暖气片将热量传给室内空气，低温的回水到锅炉加热后再循环。这种方式热效率高，用户方便，在我国高寒区采暖期长，较为适用。其缺点是基建投资大，维护费用高。在开火前及停火后，气温变化时，不能及时供暖。尤其是住房商品化后，取暖收费高。
(二)在华北地区，单元住房广泛采用燃烧蜂窝煤的家用暖气系统(俗称土暖气)。它投资少，用户自行管理简便。这种系统是利用高温上水与低温回水之间的比重差而产生的压力差迫使水循环，由于压差小循环不良，如果采用小型电泵循环，则存在机械杂质卡住泵轴及密封漏水的缺陷。此外，因水套包围着炉膛，使燃烧温度下降，从而使得燃烧效率下降。
(三)在已公开的专利中，一种热水装置(ZL92200187.1)提出利用变密度循环器使得水在热源与暖气片(或高位水箱)之间循环，可供沐浴及取暖。热源是煤气炉或蜂窝煤炉上的密闭锅。变密度循环器是一特殊连通器，它的主要优点是在水中没有活动另件，不存在密封漏水问题。它的主要缺陷是作为一独立组件固定在墙上，体积较大，管线较多，安装不便。如果用煤气作为燃料，考虑到安全，晚间整个装置不能使用。
(四)冷暖空调器。目前市场供应的冷暖空调器可以供暖风。其缺点是不仅电费较贵，而且设备折旧费高。此外，因散热器表面温度高，使空气中的灰尘裂化，悬浮在室内空气中，使空气质量下降，使人有异味感觉。
(五)电油暖气装置(俗称电油汀)。上述(一)～(三)采暖方式，在室内不仅有固定的暖气片，而且室内有较多管道。这样有损室内面积利用，而且影响美观。在我国长江流域及中原地区，冬季气温不是太低，要求供暖功率不是太高，因而电油汀获得一定推广。其原理是用电热器加热装置中的油液，利用热油与冷油的比重差而产生的压力差，使油循环。热量通过散热片传给室内空气，达到取暖目的，这种装置装有轮子，可推到需要暖气的房间，用220V电源便可运转，使用方便。这种装置的缺点是(1)热源是电力，运转费用比用煤或煤气要高很多。同时受电表及线路限制功率不能太大；(2)作为传热介质的油液的粘度比水高，而且电油汀高度小，如果依靠冷热油液的温度差而产生循环，则温差要比土暖气大好些，这样在散热片外表面手感温度在最高处约70℃左右，而且散热表面光滑，因而有较多热量以辐射型式传给室内壁面及家俱等。一般水暖气希望水温平均为50℃左右，而且散热片内外表面粗糙，热量主要是以对流型式传给空气。因此电油汀的供暖效果不如水暖气。
(六)红外线取暖器。由电力转变为红外线的取暖器价格较低，但红外线以辐射型式对照着的部位较集中加热。显然，从供暖观点看是不理想的。
本发明的目的是提供一种水暖装置，它可取代上述(五)及(六)的取暖装置，可弥补(一)～(四)取暖装置的缺陷。为住房商品化提供经济适用的取暖装置。它由两大部分组成(1)可移动的由传统铸铁暖气片组成的散热器。(2)由电热管及改进的变密度循环器构成的，固定在散热器上的电热水循环器。试验证实它的取暖及节能效果超过电油汀及红外线取暖器。本发明的目的详述如下对集中供暖的单元住房，可将电热水循环器与已有的暖气片组用管道及管件连接。在流道上装有必要的阀门。在开火前及停火后，用阀门切断暖气片与锅炉房的流道，当气温变冷，将电热管作为内热源，用循环器使水循水，暖气片向室内供暖。在开火期，切断电热水循环器与暖气片组的流道，由锅炉房热源供暖。这样有效而且经济地扩大集中供暖的功能。扩大采暖期前后共计一个月左右。
对小型家用暖气(俗称土暖气)，采用这种装置并使其与外热源(煤气炉或蜂窝煤上的密闭锅)连接。为了节省电费，一般情况下切断电热管的电源。用循环器使水在外热源与暖气片组之间循环。根据试验当压差为250毫米水柱，流量可达250升/小时。(而一般单元住房的土暖气的压差为20毫米左右)。如果外热源的上下水温差为20℃，则供暖的热量为5000大卡/小时。装置在水中没有活动另件，也不存在密封漏水问题，工作可靠。在晚间煤气炉不能使用，可将电热管的电源接上，用内热源供暖。
在长江流域，采暖功率仅在某些房间要求高，例如冬季用于沐浴的卫生间，而单元住房的其他房间要求不高。为了减少固定的暖气片组及管线，外热源仅与采暖功率高的房间之间安装固定管线。当需要取暖时，将这一装置推入后，用耐热胶管与固定管线连接上，便或获得大功率采暖(4000～5000大卡/小时)。对采暖功率要求不高的房间，可将此装置推入后，用220V电源取暖。这样可做到一机多用，不仅减少设备投资，减少运转费，而且有助房间面积的利用及美观。
本发明的目的是通过下列技术改进而实现的。
(一)改进传统铸铁暖气片的两侧足片，在下部外伸支腿，共安装4个导向轮，有足够轮距，防止倒覆。
(三)通过试验，对专利(ZL02200187.1)进行改进。使得膨胀循环水箱及变密度循环器能与暖气片组构成一体，而且结构紧凑。主要改进是(1)通过试验，实现水箱小型化，用透明材料制成。因容积小，重量轻，可用管件与循环器顶端相连。透明的水箱外面可观察到水的流动。
(2)低压输气管自水箱盖顶穿过水箱及循环器到达循环器底端。
(3)在水箱内安装电热管，其发热部份位于水箱下部的环状流道。
(4)以刚度及惯性大的暖气片组为基体，将水箱及循环器用各种管道及管件与基体相连接。管道中安装必要的阀门，运用阀门的控制，改变循环水的流程，从而获得不同功能。
下面结合附图
及实施例对本发明进一步说明。
图(1)是本发明的总成图，它由下列部分组成(一)暖气片组(1)。
(二)变密度循环器总成(2)(以下简称循环器)。
(三)电热管总成(3)。
(四)膨胀循环水箱(4)(以下简称水箱)。
(五)控制循环水流程的阀门(5)(6)(7)(8)。
(六)可与外热源相连接的孔口(9)(10)，不用时可堵死。
图(2)是图(1)的(B)详放大图，它表明循环器的构造。
图(3)是图(1)的(A)详放大图，表明水箱、电热管、输气管的构造及装配关系。
图(4)是图(1)的(D)向视图。表明暖气片组的两侧足片上的导向轮。
图(5)是图(1)的(C)详放大图。它表明低压输气管及喷嘴的位置及工作。
各部分构造的详细说明。
(一)由图(1)可见暖气片组是传统铸铁暖气片的组合及改进。中间暖气片的数量取决于电热管的匹配。两侧足片是传统足片的改进，在外伸支腿上共装有4个导向轮(见图(4))。传统铸铁暖气片的优点是已大量生产低价格、强度好可承受集中供暖压力、寿命可达几十年。此外粗糙的内外表面有利热交换。
(二)由图(2)(3)(5)表明变密度循环器(ZL92200187.1)的改进结构。图(2)中的异径四通(2a)的左端通过阀门(6)与暖气片组(1)相连接。其右端通过阀门(7)与外热源相连接。四通(2a)的上孔与套管(2d)相连接，下孔与内外螺纹接头(2b)相连接。上混流管(2e)及下混流管(2c)在接头(2b)处对接，形成统一的混流管。下混流管(2c)的下端，通过阀门(8)及三通，短管与暖气片组连接。这种上下的连接，使得暖气片组(1)与循环器(2)之间有足够的连接刚度(见图(1))。输气管(2f)的顶端与进气嘴(2h)连接而且密封，它固定在三通(4c)的上孔，输气管向下穿过混流管(2e)及(2c)到达下端(见图(1)及图(5))。输气管(2f)的末端连接一排气喷嘴(2g)。低压空气由进气嘴(2h)进入，沿输气管向下流动，最后由排气喷嘴(2g)的锥面上的众多小孔排入到下混流管，与三通来的回水混合后，成为混流体向上流动(见图(5))。
(三)由图(3)可见，水箱(4)由水箱体(4a)、水箱盖(4b)、三通(4c)、螺套(4d)与套管(2d)连接的管箍(4e)组成。箱体呈环状，由透明耐热材料制成，根据试验，它的容积为最小允许值(3.5升左右)，但其高度足够，防止小水滴逸到箱外，影响电器。水箱体(4a)下部通过管箍(4e)与套管(2d)连接。上混流管(2e)插入水箱，其出口位于水箱高度的1/2处。在水箱盖(4b)的中心，用螺套(4d)固定三通(4c)。三通的上孔用于固定进气嘴(2h)，输气管(2f)顺利地穿过三通(4c)和上混流管(2e)下混流管(2c)，到达下混流管的底端(见图(1)及图(5))。
(四)由图(3)可见，电热管总成(3)由电热管(3a)及电热管接头(3b)组成。电热管(3a)的螺旋段内有电阻丝，产生的热量供给循环水，直立管内只有导线。螺旋段浸在水中，处在上混流管出口与水箱底的中间。电热管接头(3b)固定在水箱盖(4b)的侧面，它能防止小水滴进入接头触点。
本发明的三种功能及工作原理(一)第一种功能是利用电热管作为热源(以下称内热源)，将电热管的热量传给循环水，使上水的温度在50℃左右，再通过暖气片组，上水的热量主要以对流型式传给室内空气。其具体原理如下将阀门(5)(7)关闭，切断装置与外热源的连接。将阀门(6)及(8)打开。打开水箱盖(4b)向装置灌水，同时放气，当水位略高于混流管的出口，停止灌水。
启动定型低压气泵(图中未表明)，低压空气由进气嘴(2h)进入，沿输气管(2f)向下流动，由排气嘴(2g)的小孔排入下混流管后，形成气水混合物。由于气泡轻，向上浮起，由上混流管(2c)的出口流入水箱。空气由水中逸出后，经水箱上部空间，流过螺套(2d)与输气管(2f)的环状通道，由三通的侧孔，排向大气而成为乏空气。不断输入低压空气，在混流管内充满气水混合物，它的平均密度比水小很多。
由图(1)(2)(3)(5)可见，装置内腔是一个特殊连通器，它可看为由U形管演变的连通器。U形管的一侧(右侧)是铅垂的混流管。另一侧(左侧)由下列流道组成水箱与上混流管之间的环形流道，套管(2d)与混流管之间的环形流道，四通(2a)与混流管之间的环形流道、阀门(6)、暖气片的内腔。二侧管之间上部的水箱、下部的短管及三通，使二侧管沟通。
充气后，混流管内为气-水混合物密度小，与其高度相对应的左侧管内为脱气水，两者密度相差很多，从而产生压力差。脱气后的水在压力差作用下，自水箱经左侧管和下部短管及三通进入混流管，不断注气，水不断循环。
当循环正常，可观察到水在箱内振荡。这时将电热管的电源接上，电热源成为内热源，其功率与暖气片组的大小匹配，而且可以调节。循环水流过电热管，水温升高，经暖气片组，热量传给室内空气后，水温下降，成为回水，流向混流管。不断重复上述过程，内热源的热量经暖气片传给空气，使室内气温上升。
试验证明，由于循环水流量大，暖气片表面温度均匀，水温可控制在50℃以下。这样热量主要依靠对流传给室内空气，不仅采暖效果好而且节能。
在水中无活动另件，不存在密封漏水现象，工作可靠。
(二)第二种功能是利用外热源供暖(图(1)仅用文学标明)。由于内热源耗电量大，运转费用高，此外卫生间冬季沐浴要求功率大，因此，本装置可采用外热源供暖。由煤气炉或蜂窝煤炉上的密闭锅作为外热源，其功率可达2KW～5KW，是电热管功率的几倍。
为了实现这种功能，应将阀门(6)关闭，将阀门(5)及(7)打开与外热源接通(见图(1))。由图(2)可见，脱气后的水经阀门(7)流向外热源，加热后成为上水。经阀门(5)上水进暖气片组将热量传给室内空气后，水温下降成为回水，经阀门(8)进入混流管，重复前述原理，不断循环。在利用外热源时，电热管(3)可停止工作。
考虑到安全因素，晚间煤气炉停止工作。则通过阀门转换，将电热管作为热源，实现第一种功能。
(三)第三种功能是本装置与集中供暖系统配合使用。
在集中供暖期将阀门(6)(7)(8)关闭，切断电热水循环器与暖气片组的连接。选择阀门(5)及孔口(9)及(10)三个孔口中的二个孔口与集中供暖管线连接，由锅炉房集中供暖。
在开火前及停火后，当气温变化，通过阀门转换，可恢复第一种功能。
以上三种功能的选用及转换，有关管线及管件的设计，应由熟悉水暖技术人员按照具体情况完成。
权利要求
1.由暖气片组(1)，变密度循环器(2)，电热管(3)，小型化的膨胀循环水箱(4)，阀门(5)(6)(7)(8)及各种管件组成的热电两用水暖装置，其特征是A 变密度循环器(2)的中间出水口及下端的进水口通过阀门(6)(3)及管件分别与暖气片组(1)同一侧的上下两孔连接，B 变密度循环器(2)的上端用管箍(4e)与小型化的膨胀循环水箱(4)连接，C 在水箱(4)内安置电热管(3)，用结头(3a)固定在水箱盖(4b)上，D 阀门(5)的左孔口与外热源的出口用管道连接，阀门(7)的右孔口与外热源的回水口用管道连接。
2.根据权利要求1所述的热电两用水暖装置，其特征是小型化的膨胀循环水箱的箱体(4a)呈杯状，其容积为3.5升左右，由透明材料或半透明材料制成。
3.根据权利要求1所述的热电两用水暖装置，其特征是在水中的电热管(3a)的螺旋部分包围着上混流管(2e)，位于箱底与混流管出口的中间。
4.根据权利要求1所述的热电两用水暖装置，其特征是循环器(2)的输气管(2f)的顶端与进气嘴(2h)连接，它的底端与排气嘴(2g)连接。
5.根据权利要求1、4所述的热电两用水暖装置，其特征是输气管的进气嘴(2h)固定在位于箱盖(4b)中心的三通(4c)的上孔，输气管(2f)进入水箱并插入混流管(2e)(2c)。
6.根据权利要求1、4、5所述的热电两用水暖装置，其特征是输气管(2f)插入混流管后，向下延伸，使输气管的喷嘴(2g)的下端面离阀门(3)20毫米左右。
7.根据权利要求1,4所述的热电两用水暖装置，其特征是输气管的排气嘴(2g)的外形呈子弹头状，内有空气通道，在锥面有众多φ2小孔。
全文摘要
本发明提供的热电两用水暖装置是由可推动的暖气片组、变密度循环器、小型化的膨胀循环水箱、热电管、阀门及管件组成。装置特征是:变密度循环器的进出水孔与暖气片组一侧的上下两孔接通,它的顶端与膨胀循环水箱连接。水箱内装有电热管。循环器迫使装置内的水循环,水将电热管的热量传送到暖气片组,用于供暖。通过阀门转换,可将外热源(炉具)的热量传送到暖气片组。装置内无活动零件,不存在密封漏水,工作可靠,维修方便。
文档编号F24H1/48GK1218171SQ9710673
公开日1999年6月2日 申请日期1997年11月20日 优先权日1997年11月20日
发明者王为先 申请人:王为先