Паровой котел
STEAM BOILER

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к паровому котлу для выработки пара и/или для нагрева воды, пригодных для использования в бытовых приборах и профессиональных машинах, таких как, например, устройства для глажки или чистки, кофемашины, пароварки для приготовления пищи, паровые сушилки и подобные приборы.
Изобретение также относится к устройству для сбора известкового налета, неподвижно установленному в паровом котле, для сбора известковой накипи, которая образуется внутри парового котла во время использования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Паровые котлы, используемые для избирательного генерирования пара и/или для нагрева воды в бытовых приборах и профессиональных машинах, обычно содержат металлический резервуар, герметично закрытый и снабженный, по меньшей мере, впускным отверстием для подачи воды и, возможно, выпускным отверстием для выпуска пара.
Некоторые типы паровых котлов могут также содержать выходное отверстие для слива воды из резервуара и для осуществления его очистки или проверки.
Нагревательный элемент в виде электрического сопротивления или пластины обычно соединяется с металлическим резервуаром и избирательно активируется для генерирования желаемого количества и/или качества пара и/или для нагрева воды до желаемой температуры.
Паровые котлы обычно также содержат одно или несколько устройств обнаружения для определения температуры и/или давления внутри металлического резервуара, чтобы отслеживать и/или контролировать их в зависимости от требуемого значения, а также для предотвращения превышения критических значений.
Известно, что при эксплуатации парового котла и из-за нагрева воды внутри металлического резервуара образуется известковая накипь, состоящая из карбоната кальция и/или других минералов, таких как магний, калий и кремний, которые обычно растворяются в воде.
Указанные образования известковой накипи могут оставаться во взвешенном состоянии или осаждаться с образованием отложений с увеличивающейся толщиной на внутренних стенках металлического резервуара, что влияет на функционирование как средств, генерирующих тепло, так и устройств обнаружения.
Действительно, известно, что указанные образования известковой накипи, которые осаждаются на источнике тепла или вокруг зоны, в которой работает нагревательный элемент, уменьшают действие указанного источника тепла.
Пониженная передача тепла и/или неправильное или замедленное определение температуры или давления могут приводить, с одной стороны, к потере энергии, а с другой - к превышению критических значений и, следовательно, по меньшей мере, к повреждению парового котла.
Отложения известковой накипи, находящиеся во взвешенном состоянии в воде внутри резервуара, опасны тем, что могут закупорить клапан, который обеспечивает выход пара из резервуара, если паровой котел предназначен для выработки пара.
Для хотя бы частичного решения указанных проблем, один или несколько элементов, установленных внутри резервуара, удаляются из него, чтобы способствовать захвату и последующему удалению взвешенной известковой накипи в воде.
Указанные известные элементы обычно изготавливаются из съемного металлического стержня, погружаемого в воду внутри парового котла или других аналогичных или сопоставимых твердых элементов, обычно имеющих удлиненную и нитевидную структуру и форму.
Примеры таких известных съемных элементов описаны в документах WO 2008/075308, DE 102011086147, DE 102010062939 и WO 2010/139599.
Известно также использование стержня, который определяет одно или несколько вмещающих полостей, в которых осаждаются частицы известкового налета, взвешенные в воде.
Указанные известные захватывающие элементы не гарантируют эффективного прилипания известковой накипи на их поверхности или внутри них, это означает, что в резервуаре сохраняется остаточное количество известковой накипи, как во взвешенном состоянии в воде, так и на стенках резервуара и/или источника тепла.
Кроме того, по мере изменения уровня воды внутри парового котла, захватывающий элемент может быть, по меньшей мере, частично подвержен воздействию воды, что приводит к снижению температуры и, следовательно, к уменьшению способности захватывать известковую накипь.
Целью настоящего изобретения является разработка парового котла для нагрева воды и, возможно, также выработки пара, который позволяет, с одной стороны, предотвращать потери энергии, а с другой стороны постоянно и эффективно контролировать физические величины с течением времени, представляющие интерес, в частности температуру и/или давление внутри металлического резервуара.
Другой целью изобретения является разработка простого, экономичного, надежного и долговечного парового котла для создания пара.
Еще одной целью изобретения является разработка парового котла, который способствует и повышает эффективность накопления известковой накипи на ограниченном участке внутри резервуара и который, с одной стороны, предотвращает налипание и осаждение известкового налета на внутреннюю стенку резервуара и, с другой стороны, предотвращает сохранение известкового налета в воде в виде взвешенных частиц.
Заявитель разработал, испытал и воплотил настоящее изобретение, чтобы преодолеть недостатки известного уровня техники и получить эти и другие цели и преимущества.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение изложено и охарактеризовано в независимых пунктах формулы изобретения, в то время как зависимые пункты формулы изобретения описывают другие характеристики изобретения или варианты основной идеи изобретения.
В соответствии с вышеизложенными целями, настоящее изобретение относится к паровому котлу для выработки пара и/или для нагрева воды, который содержит металлический резервуар, герметично закрытый и снабженный, по меньшей мере, впускным отверстием для подачи воды внутрь резервуара.
Резервуар также включает нижнюю стенку, верхнюю стенку, противоположную нижней стенке, и, по меньшей мере, одну боковую стенку.
Резервуар также может содержать дополнительное отверстие для осуществления очистки и/или проверки, нагревательный элемент и, по меньшей мере, устройство для определения физических величин, таких как температура, уровень воды и/или давление и тому подобных величин.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения существует, по меньшей мере, один коллектор или накопитель для сбора известковой накипи внутри резервуара, который во время использования частично погружается в воду.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, коллектор, который может содержать или не содержать, по меньшей мере, раму, прикрепляется, зажимается, соприкасается и/или прижимается, по меньшей мере, к внутренней стенке резервуара, например, к верхней, нижней или боковой стенке, и имеет трехмерную геометрию, которая занимает внутреннее пространство резервуара.
Коллектор, неподвижно установленный внутри парового котла, облегчает отложение известковой накипи вокруг него, поскольку известковая накипь более легко накапливается на слой образовавшейся накипи, чем на металлические стенки резервуара. Таким образом, подбор места для установки устройств обнаружения облегчается и выбирается, преимущественно на участках, не подверженных накоплению известковой накипи.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, коллектор имеет, по меньшей мере, металлический фильтрующий элемент, однако фильтрующий элемент может выполняться на основе керамического материала или аналогичных материалов с сетчатой, гофрированной или спиральной структурой для накопления и удержания известковой накипи.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, рама, если таковая имеется, может определять вмещающую полость для установки фильтрующего элемента внутри нее.
Рама предпочтительно выполняется из металлического материала или из термостойкого пластика и имеет сквозные отверстия на поверхности, которые обеспечивают свободный проход воды через раму.
Согласно другому варианту осуществления рама и/или фильтрующий элемент, по меньшей мере, частично соприкасаются с нагревательным элементом, то есть соприкосновение с одной или несколькими внутренними стенками резервуара предусмотрено в состоянии, соотнесенном с положением нагревательного элемента.
Коллектор ввиду своего местоположения и структуры облегчает прилипание известковой накипи в коллекторе для удержания известковой накипи на определенном участке резервуара, уменьшая содержание взвешенной накипи в воде.
Кроме того, при возникновении необходимости слить воду и возможно находящуюся во взвешенном состоянии известковую накипь, содержащуюся внутри резервуара, небольшой наклон резервуара не изменит местоположение коллектора.
Кроме того, соприкосновение нижней части и/или верхней части коллектора с нижней и/или верхней стенкой резервуара или с нагревательным элементом поддерживает температуру коллектора при высоких значениях, даже если он частично подвергается воздействию горячей воды, что увеличивает налипание известковой накипи на общей поверхности коллектора. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, коллектор соприкасается, зажимается и стабильно прижимается как к нижней стенке, так и к верхней стенке резервуара и, возможно, также к нагревательному элементу, если он располагается внутри резервуара.
Таким образом, соприкосновение коллектора с соответствующими участками верхней и нижней стенок и, возможно, с нагревательным элементом значительно способствует отложению и прилипанию известковой накипи.
Изобретение также относится к коллектору с характеристиками, указанными выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие характеристики настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего описания некоторых вариантов осуществления, приведенных в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг. 1 - перспективный вид парового котла в вертикальном разрезе в одном варианте осуществления;
- фиг. 2 - вид в разрезе парового котла, показанного на фиг. 1;
- фиг. 3 - перспективный вид парового котла в вертикальном разрезе в другом варианте осуществления;
- фиг. 4 - вид в разрезе парового котла, показанного на фиг. 3;
- фиг. 5 - перспективный вид парового котла в вертикальном разрезе в другом варианте осуществления;
- фиг. 6 - перспективный вид парового котла в вертикальном разрезе в другом варианте осуществления;
- фиг. 7 - вид в разрезе парового котла, показанного на фиг. 6.
Для облегчения понимания изобретения и для идентификации схожих общих элементов на чертежах используются одни и те же ссылочные номера. Следует понимать, что элементы и характеристики одного варианта осуществления могут быть включены в другие варианты осуществления без дополнительных разъяснений.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления, описанные в настоящем документе со ссылкой на фиг. 1-7, относятся к паровому котлу 10 для выработка пара и/или для нагрева воды, пригодных для использования в бытовых приборах и профессиональных машинах, таких как, например, устройства для глажки или чистки, кофемашины, пароварки для приготовления пищи, паровые сушилки и подобные приборы.
Паровой котел 10 содержит металлический резервуар 12, пригодный для хранения воды и, возможно, также для превращения ее в пар.
Резервуар 12 герметично закрывается и содержит впускное отверстие 14 для подачи воды.
Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, резервуар 12 состоит из нижней части 12а и верхней части 12b, герметично уплотненных и/или приваренных друг к другу, чтобы противостоять возможному давлению, которое создается внутри резервуара 12.
Резервуар 12, состоящий из нижней части 12а и верхней части 12b, включает нижнюю стенку 13, верхнюю стенку 15, противоположную нижней стенке 13, и, по меньшей мере, боковую стенку 17.
Резервуар 12 также может содержать выпускное отверстие для выхода пара 16, соединенное с устройствами пользователя и возможными устройствами регулирования пара, например электромеханическим клапаном или подобным устройством.
Паровой котел может содержать дополнительное отверстие для осуществления очистки и/или проверки внутренней части резервуара 12, например выходное отверстие 18.
Паровой котел 10 содержит нагревательный элемент 26, соединенный с резервуаром 12 внутри или снаружи, и выполненный с возможностью нагрева воды внутри, чтобы довести ее до температуры испарения или желаемой температуры нагрева.
В примере, показанном на прилагаемых чертежах, нагревательный элемент 26 состоит из проводника, расположенного под нижней стенкой 13 резервуара 12. Однако в рамках настоящего изобретения, нагревательный элемент 26 может быть соединен с верхней стенкой 15, с обеими стенками 13, 15 или также полностью или частично размещен внутри резервуара 12.
Устройства для обнаружения физических величин 32, связанных с резервуаром 12, например температуры, уровня воды или давления, преимущественно располагаются снаружи или, по меньшей мере, частично взаимодействуют с внутренней частью резервуара 12.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, показанному в качестве примера на фиг. 6 и 7, устройство обнаружения 32 может быть устройством для определения уровня воды 33 внутри резервуара 12.
Устройство для определения уровня воды 33 может быть установлено на боковой стенке 17 резервуара 12.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, показанному в качестве примера на фиг. 7, устройство обнаружения 32 может быть детектором тепла 34, установленным в контакте с нагревательным элементом 26.
В соответствии с настоящим изобретением паровой котел 10 содержит, по меньшей мере, коллектор или накопитель для сбора известковых отложений 20, расположенный внутри резервуара 12 и который во время использования, по меньшей мере, частично погружен в воду.
Коллектор 20 неподвижно устанавливается внутри резервуара и имеет, по меньшей мере, одну часть, контактирующую с одной или несколькими стенками 13, 15 или 17 резервуара 12, так что тепло от стен передается на коллектор 20 и, таким образом, увеличивает его способность накапливать известковые отложения.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, показанным в качестве примера на фиг. 1-5, коллектор 20 содержит, по меньшей мере, раму 22, прикрепленную, по меньшей мере, к одной стенке резервуара 12 и имеющую трехмерную геометрию, которая занимает внутреннее пространство резервуара 12.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения, по меньшей мере, один фильтрующий элемент 28 соединяется с рамой 22 и имеет сетчатую или спиральную структуру для накопления и удержания известковых отложений.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, показанному в качестве примера на фиг. 6 и 7, коллектор 20 неподвижно устанавливается между нижней стенкой 13 и верхней стенкой 15 резервуара 12.
В частности, коллектор 20 преимущественно сжимается между верхней стенкой 15 и нижней стенкой 13, так что в момент сварки он прижимается и зажимается в таком положении, чтобы остаться неподвижным.
Предпочтительно коллектор 20 может располагаться в центральном положении внутри резервуара 12.
Благодаря указанной схеме сборки, коллектор 20 располагается в тепловом контакте, по меньшей мере, с нижней стенкой 13 резервуара 12, которая, в свою очередь, контактирует с нагревательным элементом 26 и поэтому непрерывно нагревается во время использования, даже в состоянии, при котором он частично подвергается воздействию воды, что способствует и увеличивает образование известковых отложений.
Благодаря непрерывной подачи тепла от нагревательного элемента 26, нижняя стенка 13 ввиду теплопередачи продолжает подавать тепло в коллектор 20, даже когда паровой котел 10 выключен: это продолжает способствовать накоплению и удержанию известковых отложений на поверхностях коллектора 20.
Что также способствует сохранению внутренних стенок резервуара 12 в чистоте, в частности там, где установлены устройства для определения уровня воды 33 и температуры 34; а также способствует предотвращению содержания взвешенных частиц известкового налета в воде.
В соответствии с вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, коллектор 20 может иметь раму 22 и фильтрующий элемент 28, выполненные как одна деталь. Таким образом, за счет снижения затрат на используемое сырье и издержки производства и сборку достигается снижение стоимости продукта.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 1-5, рама 22 определяет вмещающую полость 23, внутри которой может устанавливаться фильтрующий элемент 28.
Согласно вариантам осуществления, описанным в настоящем документе, рама 22 выполняется из термостойкого материала.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, рама 22 выполняется из металлического материала с высокой теплопроводностью.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, рама 22 выполняется из термостойкого пластика.
Кроме того, рама 22 имеет множество сквозных отверстий 24 для обеспечения свободного протекания воды, присутствующей в резервуаре 12, во время использования.
Фильтрующий элемент 28 может представлять собой, например, металлическую втулку, плетеную металлическую проволоку, стальную вату или любой элемент, имеющий сетчатую, спиральную или ячеистую структуру, выполненную из металлического материала с высокой теплопроводностью.
Фильтрующий элемент 28 также может изготавливаться из керамического материала.
Конструкция фильтрующего элемента 28 увеличивает улавливание известковой накипи, поскольку вода, содержащая известковый налет, легко проходит через сетки, при входе и выходе из фильтрующего элемента 28 и/или рамы 22. Благодаря такой конструкции и при повторных прохождениях воды через сетки и/или стенки фильтрующего элемента 28, а также ввиду соприкосновения и соответствующей теплопередачи с одной или несколькими внутренними стенками резервуара 12, достигается высокое улавливание и осаждение известковой накипи внутри фильтрующего элемента 28.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, рама 22 и/или фильтрующий элемент 28 могут, по меньшей мере, частично располагаться вблизи источника тепла, состоящего из нагревательного элемента 26, взаимодействуя с ним частично или косвенно, например, по меньшей мере, через один или более указанных стенок 13, 15, 17 резервуара 12.
В частности, фильтрующий элемент 28 может выполняться с возможностью обеспечения большой поверхности теплообмена с нагревательным элементом 26, а также с одной или несколькими стенками 13, 15, 17, что увеличивает осаждение и накопление известковой накипи и увеличивает содержание известковой накипи внутри вмещающей полости 23 рамы 22.
Согласно варианту осуществления изобретения, плотность фильтрующего элемента 28, имеющего сетчатую, спиральную или ячеистую структуры, отличается в зависимости, по меньшей мере, от среднего уровня воды внутри резервуара 12, то есть по отношению к уровню накопления известковой накипи в фильтрующем элементе 28. Например, плотность фильтрующего элемента 28 может быть больше при среднем уровне воды внутри резервуара 12, чтобы увеличить накопление известковой накипи в зависимости от объема воды.
В соответствии с вариантами осуществления изобретения, описанными выше, выходное отверстие 18, которое может выборочно открываться/закрываться, например, с помощью крышки, выполняется с возможностью удаления воды и частиц известкового налета, содержащихся в воде, которые не были захвачены в коллекторе 20.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, показанному в качестве примера на фиг. 1 и 2, рама 22 может иметь омегообразное поперечное сечение, концы которой крепятся к стенке резервуара 12, непосредственно взаимодействуя с нагревательным элементом 26, и таким образом определяет вмещающую полость 23, в которую устанавливается фильтрующий элемент 28.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, показанному в качестве примера на фиг. 3 и 4, рама 22 может иметь трубчатый элемент 30, отверстие которого совпадает с впускным отверстием 14 и выполняется с возможностью подачи воды, поступающей в резервуар 12 непосредственно над фильтрующим элементом 28.
Таким образом, несмотря на то, что средний уровень воды полностью не покрывает фильтрующий элемент 28, вода, подаваемая через впускное отверстие 14, преимущественно, должна проходить через фильтрующий элемент 28 для немедленного осаждения части известковой накипи.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, показанному в качестве примера на фиг. 5, рама 22 может представлять собой спирально намотанную проволоку, на которую в свою очередь также спирально наматывается фильтрующий элемент 28, в котором витки, соприкасающиеся, по меньшей мере, с нижней стенкой 13, могут иметь шаг, подходящий для осуществления накопления и удержания известковой накипи.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, показанному в качестве примера на фиг. 6 и 7, коллектор 20 или возможный фильтрующий элемент 28, составляющий его часть, может иметь, по существу, цилиндрическую форму или другую форму сечения, например, многоугольную, с верхним основанием и нижним основанием, которые являются по существу плоскими, подходящим для стабильного соединения с соответствующими участками нижней стенки 13 и верхней стенки 15 резервуара 12.
Коллектор 20 и/или фильтрующий элемент 28 могут иметь трехмерную структуру с гофрированной сеткой, намотанной вокруг себя по спирали.
Таким образом, гофрированная сетчатая структура увеличивает контактную поверхность между коллектором 20 и известковой накипью.
Следует понимать, что допускаются модификации и/или дополнения деталей парового котла 10 и коллектора 20, описанных выше, без отхода от области и объема настоящего изобретения.
Также следует понимать, что, хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на некоторые конкретные примеры, специалист в данной области техники, безусловно, сможет осуществить многие другие эквивалентные формы парового котла 10 и коллектора 20, имеющих характеристики, установленные в формуле изобретения и, следовательно, все они входят в область защиты, определенную формулой изобретения.