ТЕРМОСТАТ
THERMOSTAT

Настоящее изобретение, в общем смысле, относится к области газовых бытовых кухонных плит, в частности к термостату для газовых бытовых кухонных плит.
Термостаты используются для поддержания требуемой температуры в закрытых отделениях, таких как отделение печи, внутри которой газовая горелка обеспечивает тепловую энергию, необходимую для готовки. Поддержание требуемой температуры является возможным благодаря использованию термочувствительного баллона, размещенного в нагреваемом отделении, который обеспечивает возможность ретроактивного регулирования газового потока, подаваемого в горелку, через расширяемый элемент, функционально соединенный с клапаном, размещенным в корпусе термостата.
В корпусе термостатов, известных в данной области техники, обычно образовано множество каналов, которые задают первый контур для подачи газа в сопло, образующее пилотное пламя, и второй контур для подачи газа в горелку. Первый контур отличается заданным минимальным газовым потоком, обычно управляемым игольчатым клапаном и регулировочным винтом, при этом второй контур отличается варьирующимся газовым потоком, управляемым клапаном, который приводится в действие ретроактивным образом посредством термочувствительного баллона.
Когда только пилотное пламя загорается, газ протекает исключительно в первом контуре, и клапан второго контура полностью закрыт. В нормальном рабочем состоянии термостата вместо того газ протекает как через первый, так и второй контуры.
Требуемая температура задается с помощью градуированной шкалы посредством вращаемой ручки, которая воздействует на стопорный элемент, задающий максимально открывающее положение для клапана. Расширяемый элемент термочувствительного баллона размещен между клапаном и стопорным элементом, соединенным с ручкой. В рабочем состоянии системы, в котором температура внутри отделения повышается, расширяемый элемент баллона расширяется и воздействует на клапан посредством уменьшения расхода газа, подаваемого в горелку; в противоположность, когда температура внутри отделения понижается, расширяемый элемент сжимается и воздействует на клапан посредством увеличения расхода газа, подаваемого в горелку. Таким образом, является возможным получить рабочее состояние системы, в котором температура в нагреваемом отделении варьируется в пределах заданного интервала допустимых значений.
Также являются известными термостаты, в которых газовый поток подается непосредственно или только в горелку, таким образом исключая газовый контур, обеспечивающий пилотное пламя. С этой целью одна камера, питающаяся от впускного канала и размещенная во взаимодействии по текучей среде с выпускным каналом как через основное отверстие, так и вспомогательный канал, образована в корпусе термостата, при этом основное отверстие и вспомогательный канал соответственно предназначены для максимального и минимального потока газа. Внутри камеры размещен клапан для регулирования расхода газового потока, положение которого в камере задает поток газа в выпускной канал через основное отверстие или вспомогательный канал.
Известные термостаты этого типа содержат имеющую форму усеченного конуса камеру, внутри которой размещен имеющий форму усеченного конуса клапан соответствующего размера. Клапан является вращаемым в камере вокруг его оси и содержит полый цилиндрический элемент, соосно вставленный в его имеющий усеченную форму корпус и перемещаемый относительно него в осевом направлении. Радиальное отверстие, обеспечивающее проход газа, образовано в коническом корпусе клапана, при этом отверстие сообщается с соответствующим радиальным отверстием, образованным в цилиндрическом полом элементе. Газ, который входит в камеру через впускной канал, проходит через имеющий усеченную форму корпус клапана и протекает к выпускному каналу через цилиндрический элемент. Окружная канавка также образована на радиальном отверстии, образованном в имеющем усеченную форму корпусе клапана, причем канавка обеспечивает возможность прохода потока газа только при повороте в соответствии с заданным углом и в пределах заданного углового диапазона.
Основное отверстие нормально закрыто пластинчатым элементом, функционально соединенным на одной стороне с клапаном, а на другой стороне - с расширяемым элементом термочувствительного баллона. Пластинчатый элемент закрывает основное отверстие, либо когда термостат не работает, либо во время рабочего состояния с минимальным газовым потоком, в котором газ протекает в выпускной канал через вспомогательный канал, обходя закрывающий элемент, образованный пластинчатым элементом.
В нормальном рабочем состоянии пластинчатый элемент побуждается перемещаться от основного отверстия посредством цилиндрического элемента, соосно вставленного в клапан, и газовый поток регулируется в зависимости от требуемой температуры посредством расширяемого элемента термочувствительного баллона.
Конструкция этого типа термостатов отличается некоторым количеством каналов, которое крайне уменьшено по сравнению с термостатами, содержащими контур для подачи пилотного пламени, и, следовательно, является гораздо более эффективной, учитывая динамические состояния газового потока.
Однако имеющий форму усеченного конуса клапан, вставленный в камеру термостата, имеет некоторые недостатки. С одной стороны, соединение между имеющими форму усеченного конуса поверхностями клапана и камерой должно гарантировать уплотнение относительно прохода газа, что также применяется к соединению между клапаном и цилиндрическим элементом, вставленным в него, таким образом приводя к крайне уменьшенным производственным допускам и довольно высоким производственным затратам.
Более того, относительное перемещение между частями может вызвать явление износа, которое может привести к утечкам газа через клапан со временем, таким образом требуя его замены.
Также являются известными дополнительные типы термостатов, основанные на подаче газа непосредственно и только в горелку, в которых используются клапаны, имеющие, по существу, цилиндрическую форму. Такие клапаны являются подвижными в направлении своих осей относительно камеры для прохода газа между первым положением, в котором основное отверстие полностью освобождено, обеспечивая проход газового потока в выпускной канал, и вторым положением, в котором основное отверстие полностью закрыто клапаном и газовый поток достигает выпускного канала только через вспомогательный канал.
Публикация патента FR 2366616 A1 описывает, например, термостат этого типа, который образует ограничительную часть пункта 1 формулы изобретения.
Эти термостаты являются предпочтительными относительно термостатов, использующих имеющие форму усеченного конуса клапаны, так как они имеют меньше проблем с точки зрения производственных допусков и явления износа. Однако эти термостаты имеют возможность усовершенствования относительно общего размера корпуса, в котором образованы каналы и камера для прохода газа, что является целью настоящего изобретения. Указанная цель достигается с термостатом, основные признаки которого указаны в первом пункте формулы изобретения, при этом другие признаки указаны в остальных пунктах формулы изобретения.
Идея решения, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в использовании монолитного клапана для регулирования расхода газового потока, при этом указанный клапан имеет, по существу, цилиндрическую форму и обеспечен парой фланцев, образованных на его концах. Клапан размещается в камере для прохода газа, имеющей, по существу, цилиндрическую форму, и является подвижным соосно относительно нее, из первого положения, соответствующего максимальному открыванию, в котором основное отверстие камеры полностью освобождено, обеспечивая проход газового потока в выпускной канал, во второе закрытое положение, в котором основное отверстие полностью закрыто одним из фланцев клапана и газовый поток достигает выпускного канала через вспомогательный канал. Диаметры фланцев являются, по существу, равными диаметру цилиндрической камеры, которая таким образом работает в качестве направляющего элемента для клапана.
Соосное расположение между камерой и клапаном, а также соединение между его фланцами и стенками камеры позволяет достигнуть очень компактной и функциональной конструкции корпуса термостата и его каналов в отличие от термостатов, известных в данной области техники, которые отличаются наличием клапанных корпусов, образованных в подходящих придаточных участках корпуса, таких как, например, описанные в вышеупомянутой публикации патента FR 2366616 A1.
Другое преимущество, обеспеченное изобретением, заключается в том, что основное отверстие, которое соединяет камеру с выпускным каналом, закрывается непосредственно фланцем монолитного клапана, а не пластинчатым элементом, соединенным с ним, таким образом позволяя уменьшить общее количество составных элементов термостата, что приводит к производственным, монтажным и эксплуатационным затратам, которые ниже, чем затраты известных термостатов, использующих имеющие форму усеченного конуса клапаны.
Дополнительные преимущества и признаки термостата в соответствии с настоящим изобретением станут ясными для специалистов в данной области из следующего подробного и неограничивающего описания его варианта осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фигура 1 представляет собой перспективный вид, показывающий термостат в соответствии с изобретением;
- фигура 2 представляет собой продольный разрез, взятый по линии II-II фигуры 1, который схематично показывает термостат в рабочем состоянии, в котором газовый поток не допускается;
- на фигуре 2а показан узел фигуры 2;
- фигура 3 представляет собой продольный разрез, аналогичный продольному разрезу фигуры 2, который схематично показывает термостат в нормальном рабочем состоянии;
- на фигурах 3а и 3b показаны узлы фигуры 3;
- фигура 4 представляет собой продольный разрез, аналогичный продольному разрезу фигур 2 и 3, который схематично показывает термостат в рабочем состоянии, в котором протекает минимальный поток газа; и
- на фигуре 4а показан узел фигуры 4.
Ссылаясь на фигуру 1, термостат 10 в соответствии с изобретением содержит корпус 20, внутри которого образовано множество каналов, подходящих для подачи газового потока в горелку (не показана) от впускного отверстия 21 к выпускному отверстию 22. Предполагается, что впускное отверстие соединяется с источником газа, при этом предполагается, что выпускное отверстие соединяется с горелкой через подходящие каналы.
Термостат 10 также содержит колоколообразный закрывающий элемент 30, прикрепленный к корпусу 20, например посредством винтов, который поддерживает с возможностью вращения соединительный элемент 40, выполненный таким образом, чтобы обеспечивать возможность монтажа ручки (не показана) для воспламенения горелки и регулирования температуры.
Термостат 10 дополнительно содержит термочувствительный баллон 50, оснащенный датчиком 51, предназначенным для вставки в отделение, подлежащее нагреванию, например отделение печи. Канал 52, заполненный термически расширяемой текучей средой, например диатермическим маслом, соединен с датчиком 51 термочувствительного баллона 50. Термочувствительный баллон 50 также содержит известным образом расширяемый элемент 53 (показанный на фигурах 2-4), который соединен с каналом 52 на его конце, противоположном относительно конца, к которому прикреплен датчик 51. Расширяемый элемент размещен в куполообразном закрывающем элементе 30. Расширяемый элемент 53 предпочтительно представляет собой расширяемый элемент мембранного типа, плоская форма которого позволяет ограничить общие размеры термостата 10.
Как будет описываться подробно ниже со ссылкой на фигуры 2-4, расширяемый элемент 53 термочувствительного баллона функционально соединен с клапаном термостата 10, который обеспечивает возможность регулирования газового потока в его корпусе 20.
Термостат 10 дополнительно содержит термоэлектрическое предохранительное устройство 60, подходящее для блокировки газового потока через корпус 20, при намеренном выключении горелки или когда пламя горелки случайно гаснет.
Теперь ссылаясь на фигуры 2-4, впускной канал 23 и выпускной канал 24 образованы в корпусе 20 термостата 10 и соответственно приспособлены для получения газового потока от подающего источника (не показан) и для подачи газового потока в горелку (не показана). Термоэлектрическое предохранительное устройство 60 функционально соединено с впускным каналом 23 и пересекает его в его коленчатом участке 230, который образован в плече 231, приспособленном для размещения с прилеганием закрывающего элемента, функционально соединенного с термоэлектрическим предохранительным устройством 60.
Камера 25, имеющая, по существу, цилиндрическую форму, образована внутри корпуса 20 термостата 10 и размещена во взаимодействии по текучей среде с впускным каналом 23.
Камера 25 также размещена во взаимодействии по текучей среде с выпускным каналом 24 через основное отверстие 70 и через вспомогательный канал 71, образованный в корпусе 20 термостата, который обходит основное отверстие 70 и взаимодействует по текучей среде с выпускным каналом 24.
Основное отверстие 70 и вспомогательный канал 71 соответственно заданы с определенными размерами для максимального и минимального потока газа.
Клапан 80 для регулирования расхода газового потока размещен внутри камеры 25. Клапан 80 представляет собой монолитный клапан, вставленный в камеру 25, и также является подвижным соосно относительно нее из первого, максимально открывающего положения, в котором основное отверстие 70 полностью освобождено, обеспечивая проход газового потока к выпускному каналу 24, во второе, закрытое положение, в котором основное отверстие 70 полностью закрыто клапаном и газовый поток достигает выпускного канала 24 через вспомогательный канал 71. Перемещение клапана 80 между первым и вторым положениями, таким образом, определяет расход газа, подаваемого в горелку, который варьируется от максимального до минимального расхода, таким образом обеспечивая возможность достижения диапазона температур в отделении, подлежащем нагреванию.
В показанном варианте осуществления ось камеры 25 ориентирована в первом направлении А корпуса 20 термостата 10, и впускной канал 23 соединен с камерой 25 через отверстие, образованное в ее периферийной стенке.
Основное отверстие 70 образовано на одном конце камеры 25 в первом направлении А таким образом, чтобы обеспечивать возможность взаимодействия по текучей среде с выпускным каналом 24 в этом же направлении А. Следовательно, камера 25, основное отверстие 70 и выпускной канал 24 размещены последовательно.
Вспомогательный канал 71 вместо того соединен с камерой 25 через отверстие, образованное в ее периферийной стенке, и имеет U-образную форму, прямые ответвления которой проходят параллельно друг другу поперечно относительно камеры 25 во втором направлении В корпуса 20 термостата 10, перпендикулярном относительно первого направления А, и соединены друг с другом посредством коленчатого участка.
Вспомогательный канал 71, выполненный таким образом, соединяет камеру 25 с выпускным каналом 24 дальше по ходу относительно основного отверстия 70 относительно направления газового потока через корпус 20 термостата 10. Эта конфигурация обеспечивает возможность подачи газа в горелку с минимальным расходом, когда клапан 80 находится в закрытом положении.
Монолитный клапан 80 имеет, по существу, цилиндрическую форму и содержит пару фланцев 81, 82, образованных на его концах. В показанном варианте осуществления первый фланец 81 размещен таким образом, чтобы быть обращенным к основному отверстию 70 камеры 25, которое сообщается с выпускным каналом 24 и имеет диаметр, подходящий для закрывания в закрытом положении клапана 80, при этом второй фланец 82 закрывает камеру 25 на противоположном конце и с этой целью он обеспечен окружной канавкой, в которую может вставляться уплотнительный элемент 83 клапана 80, подходящий для предотвращения утечек газа.
Диаметры фланцев 81, 82 являются, по существу, равными диаметру цилиндрической камеры 25, которая таким образом служит в качестве направляющего элемента для клапана 80, при этом участок клапана 80 между двумя фланцами 81, 82 имеет диаметр, меньший, чем диаметр камеры 25, и задает объем с ней, имеющий, по существу, торообразную форму, подходящую для обеспечения прохода газа, подаваемого из впускного канала 23.
Эта конструктивная конфигурация обеспечивает возможность уменьшения до минимума общего размера корпуса 20 термостата 10.
На конце камеры 25, противоположном относительно конца, на котором образовано основное отверстие 70, плоская крышка 26, частично закрывающая камеру 25, прикреплена к корпусу 20 термостата 10. Плоская крышка 26 ограничивает перемещение клапана 80 соосно относительно камеры 25 и в таком случае определяет положение максимального открывания.
Клапан 80 содержит приводной участок 84, образованный на фланце 82, который закрывает камеру 25 на конце, противоположном относительно конца, на котором образовано основное отверстие 70. В собранной конфигурации термостата 10 клапан 80 побуждается посредством цилиндрической винтовой пружины (не показана) перемещаться от основного отверстия 70, и приводной участок 84 выступает от корпуса 20 через круглое отверстие, образованное в крышке 26, прижимаясь к расширяемому элементу 53 термочувствительного баллона 50. Как будет описываться ниже, эта конфигурация обеспечивает возможность управления нормальной работой термостата.
На фигурах 2-4 газовый поток через корпус 20 термостата 10 схематично показан посредством множества стрелок.
На фигуре 2 показано нерабочее состояние термостата 10, в котором термоэлектрическое устройство 60 находится в блокирующем состоянии, предотвращающем прохождение потока газа в камеру 25.
Вместо этого на фигуре 3 показано рабочее состояние термостата, в котором клапан 80 удален от отверстия 70 и размещен в максимально открывающем положении. В этом рабочем состоянии газ, подаваемый из впускной трубки 23, заполняет камеру 25 и протекает в выпускной канал 24 через основное отверстие 70, проходящее вокруг фланца 81.
В положениях клапана 80, имеющихся между максимально открывающим положением и закрывающим положением, расход газа через основное отверстие 70 постепенно уменьшается, и в закрытом положении, который заполняет камеру 25, протекает с минимальным расходом только через вспомогательный канал 71. Это рабочее состояние с минимальным расходом показано на фигуре 4.
Минимальный расход газа во вспомогательном канале 71 может предпочтительно регулироваться посредством клапана, например игольчатого клапана, управляемого посредством регулировочного винта.
В показанном варианте осуществления показан игольчатый клапан 90, который вставлен в частично резьбовое отверстие, образованное в корпусе 20 термостата, и обеспечен с подходящим уплотнительным элементом, таким как уплотнительное кольцо.
Игольчатый клапан 90 пересекает вспомогательный канал 71 на его коленчатом участке, который с этой целью имеет форму усеченного конуса, приспособленную для размещения с прилеганием соответствующего, имеющего форму усеченного конуса концевого участка 91 игольчатого клапана 90. Эта конфигурация является предпочтительной, так как она обеспечивает больше пространства для размещения игольчатого клапана 90.
Игольчатый клапан 90 термостата 10 в соответствии с изобретением также содержит осевое отверстие 92, образованное на его имеющем форму усеченного конуса концевом участке 91, и множество радиальных отверстий 93, например четыре отверстия, образованных в цилиндрическом участке непосредственно рядом с имеющим форму усеченного конуса концевым участком 91 и размещенных во взаимодействии по текучей среде с осевым отверстием 92, таким образом обеспечивая взаимодействие по текучей среде через вспомогательный канал 71 также, когда имеющий форму усеченного конуса участок 91 игольчатого клапана 90 прилегает к имеющему усеченную форму коленчатому участку. Следовательно, эта конфигурация всегда обеспечивает проход газового потока через вспомогательный канал 71 и в таком случае работу с минимальным расходом горелки, соединенной с термостатом 10 в соответствии с изобретением.
В нормальном рабочем состоянии термостата 10 пользователь задает требуемую температуру с помощью градуированной шкалы посредством воздействия на ручку (не показана), соединенную с вращаемым соединительным элементом 40. Направление вращения вращаемого соединительного элемента 40 схематично показано на фигурах 2-4 с помощью стрелки R.
Как объяснено выше, вращаемый соединительный элемент 40 воздействует на клапан 80 через расширяемый элемент 53 термочувствительного баллона 50, и, когда он вращается пользователем для задания требуемой рабочей температуры, он задает максимально открывающее положение для клапана 80. При нормальных рабочих состояниях, т. е. как только достигнута требуемая температура, если температура внутри нагреваемого отделения повышается, расширяемый элемент 53 термочувствительного баллона 50 расширяется, таким образом прижимаясь к приводному участку 84 клапана 80. Следовательно, клапан 80 перемещается по направлению к основному отверстию 70 камеры 25, таким образом уменьшая расход газа, подаваемого в горелку, и понижая температуру.
Когда температура внутри нагреваемого отделения вместо того понижается, расширяемый элемент 53 термочувствительного баллона 50 сжимается, таким образом обеспечивая большее открывание клапана 80, который смещается в открытое положение посредством пружины, таким образом увеличивая расход газа, подаваемого в горелку, и, следовательно, повышая температуру. Таким образом, является возможным получить рабочее состояние системы, в котором температура в нагреваемом отделении варьируется в заданном диапазоне допустимых значений около требуемого значения, заданного пользователем.
Как объяснено выше, термостат 10 также обеспечен термоэлектрическим предохранительным устройством 60. Это устройство содержит известным образом электромагнит 61, управляемый термопарой (не показана). Электромагнит 61 обеспечен с пластинчатым элементом 62, перемещаемым из неблокирующего положения в блокирующее положение, соответственно для открывания или закрывания впускного канала 23 газа. Подвижный пластинчатый элемент 62 побуждается посредством пружины (не показана) перемещаться от электромагнита 61. Когда термопара нагревается пламенем горелки, вследствие общеизвестного эффекта Зеебека на электромагнит 61 подается электроэнергия, и он генерирует усилие на пластинчатом элементе 62, противодействующее усилию пружины, смещающему его, таким образом вызывая открывание впускного канала 23 газа, который входит в камеру через впускное отверстие 21, образованное в корпусе 20 термостата 10. Когда термопара охлаждается вследствие намеренного или случайного выключения пламени горелки, на электромагнит 61 больше не подается электроэнергия, и он освобождает пластинчатый элемент 62, который закрывает впускной канал 23 газа, побуждающийся перемещаться посредством пружины, смещающей его.
Как известно, для воспламенения горелки, соединенной с термостатом, обеспеченным термоэлектрическим предохранительным устройством, является необходимым вручную разблокировать термоэлектрическое предохранительное устройство типично посредством нажатия ручки корпуса термостата и сохранения этого положения до тех пор, пока термопара не будет подавать на электромагнит электрический ток, достаточный для поддержания впускного канала газа открытым. С этой целью приводной стержень типично вставлен в отверстие, образованное в корпусе термостата, и размещен ниже ручки. Приводной стержень проходит от ручки до пластинчатого элемента электромагнита предохранительного устройства, таким образом обеспечивая разблокирование последнего посредством нажатия ручки.
Приводной стержень смещается по направлению к ручке типично посредством цилиндрической винтовой пружины.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения приводной стержень 100 термоэлектрического предохранительного устройства 60 не воздействует на пластину 62 электромагнита 61 непосредственно, а через нажимной элемент 110 телескопически, который вставлен в него и побуждается перемещаться от него посредством пружины (не показана).
В собранной конфигурации термостата 10 нажимной элемент 110 размещен во впускном канале 23 на плече 231, образованном в колене 230, и контактирует с подвижным пластинчатым элементом 62 электромагнита 61. Нажимной элемент 110 включает в себя фланец 111, обеспеченный с прокладкой 112, имеющей такие размеры, чтобы уплотнять впускной канал 23 посредством прижимания к плечу 231, когда электромагнит 61 не приводится в действие посредством термопары. Эта конфигурация является предпочтительной по сравнению с непосредственным приведением в действие пластинчатого элемента 62 электромагнита 61 посредством приводного стержня 100, так как она позволяет уменьшить ход пластинчатого элемент 62 электромагнита 61 и его общий размер, при этом обеспечивая возможность быстрого закрывания впускного канала 23, когда пламя горелки выключается.
Более того, эта конфигурация обеспечивает возможность немедленного выключения горелки при поворачивании ручки в выключенное положение, так как перемещение приводного стержня 100 от электромагнита 61 немедленно определяет перемещение нажимного элемента 110 по направлению к плечу 231. Иным образом, при отсутствии нажимного элемента 110, имело бы место рабочее состояние с минимальным расходом, в котором газовый поток не может блокироваться, даже поворачивая ручку в выключенное положение.
Приводной стержень 100 приводится в действие не непосредственно ручкой, а от его вращаемого соединительного элемента 40 и побуждается перемещаться к нему посредством пружины 101, размещенной между плоской крышкой 26 корпуса 20 термостата 10 и удерживающим кольцом 102, аксиально удерживающимся на приводном стержне 100 в соответствии с окружной канавкой, образованной в нем.
В соответствии с настоящим изобретением, вращаемый соединительный элемент 40 содержит кулачковый профиль 41, образованный на поверхности, обращенной к приводному стержню 100, и выполненный так, чтобы сцепляться с последним только после определенного угла поворота ручки, прикрепленной к вращаемому соединительному элементу 40, в направлении, обозначенном стрелкой R, таким образом делая термостат 10 несомненно надежным также в случае случайного поворота ручки.
В показанном варианте осуществления кулачковый профиль 41, например, выполнен так, чтобы воздействовать на приводной стержень 100 после угла поворота, соответствующего 52°. Сцепление приводного стержня 100 посредством кулачкового профиля 41 не определяет освобождение термоэлектрического предохранительного устройства 60, которое в любом случае требует ручного перемещения ручки и в таком случае вращаемого соединительного элемента 40 по направлению к корпусу 20 термостата 10. Однако использование кулачкового профиля 41 является предпочтительным, так как он обеспечивает возможность уменьшения ручного хода ручки, чтобы, таким образом, улучшать эргономику управления термостата.
Вариант осуществления изобретения, описанный выше и показанный, представляет собой только пример, допускающий многочисленные варианты. Например, расширяемый элемент 53 термочувствительного баллона 50, который представляет собой расширяемый элемент мембранного типа, может быть заменен поршневым элементом. Кроме того, кулачковый профиль 41 может быть выполнен так, чтобы сцепляться с приводным стержнем 100 при углах поворота, отличных от 52°.