Электроводонагреватель накопительного типа

Заявляемая полезная модель относится к электротехнике, а именно к накопительным, аккумуляционным водонагревателям для бытовых помещений, таких как жилые помещения, офисы, дачные домики, бытовки строительно-монтажных организаций и прочие объекты.
Известен накопитель горячей воды, содержащий резервуар, в нижнюю часть которого подводится холодная вода, а из верхней части отводится нагретая вода. В нижней части резервуара расположен источник тепла (ТЭН), который охватывается колпаком с расположенным внизу входным отверстием для ввода холодной воды внутрь колпака. Вверху резервуара расположено выходное отверстие, к которому присоединяется труба. Выходной конец трубы расположен над или на высоте пограничного слоя, создающегося в резервуаре между верхним объемом горячей воды и нижним объемом холодной воды, и перемещается вместе с ним. При этом холодная вода, нагретая внутри колпака, поднимается по трубе через окружающую холодную воду и поступает в резервуар в области пограничного слоя или несколько выше его (европейский патент ЕР № 1171742, 2002).
Известен также бойлер, содержащий корпус, который изготовлен из сложной полимерной композиции и состоит из двух слоев: внутреннего и наружного. Внутренний слой выполнен из термопластичного эластомера и предназначен для непосредственного контакта с водой, а наружный слой корпуса бойлера образован множеством нитей или полосок из синтетического материала, покрытого смолой. Наружный слой спекается, в результате чего образуется сетчатая структура, устойчивая к относительно высоким давлениям. В нижней части рабочего бака установлены: нагревательный элемент (ТЭН), термостат и патрубок подачи холодной воды. Выпуск горячей воды из бака осуществляется патрубком выпуска горячей воды (патент Германии № 60105123Т, 2005 и его патент - аналог: ЕР № 1254343).
Известен  водонагреватель, который содержит теплоизолированный герметичный рабочий бак, патрубок подвода холодной воды, патрубок выпуска горячей воды и размещенный внутри рабочего бака нагревательный элемент, на наружную поверхность нагревательного устройства нанесено серебряное покрытие (патент RU на полезную модель № 88779, 2009).
Общим признаками всех вышеперечисленных устройств является работа водонагревателя под воздействием электрического тока в накопительном аккумуляционном режиме, наличие одного бака для воды, размещенного в корпусе, который снабжен торцевыми крышками, бак для воды снабжен штуцерами забора горячей воды и подачи холодной воды, вход и выход штуцеров размещены в одной плоскости на торцевой крышке, наличие нагревательного элемента, органов управления, нагревательный элемент электрически через органы управления подключен к электросети.
К недостаткам всех вышеупомянутых устройств следует отнести ограниченные эксплуатационные возможности, поскольку каждое из известных устройств может быть установлено только в одном положении, а именно только вертикально или только горизонтально. Кроме того, ни одно из известных устройств не имеет технической возможности управления путем удаленного доступа, а также отсутствует возможность корректного интегрирования водонагревателя в систему «умный дом».
Наиболее близким к предлагаемому, является накопительный аккумуляционный водонагреватель, содержащий бак для воды, снабженный штуцером забора горячей воды и штуцером подачи холодной воды, нагревательный элемент с магниевым анодом, выполненный с возможностью подключения к электросети, отличающийся тем, что бак для воды размещен в корпусе, последний снабжен торцевыми крышками, концевая часть штуцера подачи холодной воды имеет распределитель, выполненный с возможностью изменения направления входящего потока холодной воды, штуцер забора горячей воды выполнен с трубкой, размещенной в полости бака для воды, вход и выход штуцеров подачи холодной воды размещены в одной плоскости и разведены друг относительно друга к краям торцевой крышки корпуса. Водонагреватель содержит блок управления, выполненный с возможностью подключения к электросети, и панель управления. Блок управления представлен соединенными друг с другом электронной платой питания, электронной платой управления, защитным термостатом и шнуром питания с устройством защитного отключения. На электронной плате управления выполнены кнопочные и регулировочный переключатели для управления режимами работы водонагревателя и регулировки температуры нагрева воды. Электронная плата управления имеет возможность подключения Wi-Fi коммутатора и управления водонагревателя удаленно через WEB страницу или программу на мобильном телефоне. Электронная плата питания преобразует из сетевого напряжения низковольтный постоянный ток, который необходим для работы электронной платы питания. На электронной плате питания смонтирована цепь с высокой токовой нагрузкой, при помощи реле высокий ток и напряжение подается на нагревательный элемент. На внешней части расположена корпуса панель управления, на которую выведены элементы управления всех вышеуказанных устройств управления (патент на полезную модель RU 169031, 2017).
Известный водонагреватель имеет повышенные эксплуатационные возможности, выражающиеся в возможности использования, как в проточном, так и в накопительном режимах. Более того, известный водонагреватель имеет техническую возможность удаленного доступа с целью управления режимами работы водонагревателя. Вместе с тем, размещение приемника Wi-Fi сигналов на электронной плате управления, которая экранирована металлическим корпусом,  приводит  к снижению уровня сигналов, а, следовательно, к неэффективному управлению, а именно к ошибкам приема, обработки и исполнения управляющих сигналов.
Техническая проблема - узкий ассортимент электроводонагревателей накопительного типа с расширенными функциональными возможностями, которые могут быть интегрированы в системы «умный дом».
Технический результат – расширение ассортимента электроводонагревателей накопительного типа с одним баком для воды, обладающих возможностью его корректного удаленного управления за счет улучшения качества  приёма, обработки и исполнения командного сигнала.
Поставленный технический результат достигается тем, что заявляемый электроводонагреватель накопительного типа содержит бак для воды, размещенный в корпусе с торцевыми крышками, бак для воды снабжен штуцерами забора горячей воды и подачи холодной воды, вход и выход штуцеров размещены в одной плоскости, нагревательный элемент, размещенный в  баке для воды, и электрически соединенный с блоком управления, который соединен с элементами управления, размещенными на внешней стороне корпуса, и выполнен с возможностью подключения к электросети, при этом на торцевой крышке корпуса выполнено гнездо, в котором механически закреплен пластиковый контейнер, снабженный печатной платой, последняя обращена в полость корпуса и электрически взаимодействует с блоком управления, пластиковый контейнер имеет съемную крышку с заглушкой,  печатная плата снабжена разъемом, выводы которого обращены в направлении съемной крышки с заглушкой, разъем выполнен с возможностью подключения модульного устройства интерфейса управления.
Печатная плата пластикового контейнера в качестве разъема предпочтительно снабжена USB разъемом для подключения модульного устройства интерфейса управления. Печатная плата с USB разъемом механически закреплена на пластиковом контейнере, например, при помощи саморезов. Выводы разъема выполнены из электропроводящего материала, в качестве которого предпочтительно используется сталь. Питание печатной платы с разъемом USB осуществляется от электронной платы питания, размещенной в блоке управления. Печатная платы питания снабжена электрическими контактами для обеспечения возможности электрического соединения с блоком управления.
В качестве модульного устройства интерфейса управления предпочтительно используют известные для этих целей модули Wi-Fi для подключения Wi-Fi коммутатора и управления заявляемого водонагревателя удаленно через WEB страницу или программу ЭВМ, установленную на мобильном телефоне.
Пластиковый контейнер механически фиксируется внутри гнезда торцевой крышки, например, при помощи подпружиненных пластиковых защелок.
Соединение пластикового контейнера со съемной крышкой осуществляется предпочтительно при помощи пластиковых направляющих и пластиковых защелок. Заглушка обеспечивает режим «открыто-закрыто» пластикового контейнера.  Заглушка предпочтительно выполнена откидывающейся и взаимодействует в собранном состоянии с крышкой за счет плотной посадки заглушки в крышку. При отсоединенном модуле Wi-Fi, заглушка закрывает USB разъем, выведенный в направлении съемной крышки пластикового контейнера, исключая возможность попадания посторонних предметов и брызг воды на печатную плату с разъемом USB.
Блок управления размещен внутри корпуса и выполнен с возможностью подключения к электросети, может быть представлен соединенными друг с другом электронной платой питания, электронной платой управления, защитным термостатом и шнуром питания с устройством защитного отключения.
Электронная плата управления снабжена микроконтроллером и имеет электрический контакт с кнопочными и регулировочными переключателями, размещенными на панели управления, осуществляет функцию приема, обработки и исполнения командных сигналов для управления режимами работы водонагревателя и регулировки температуры нагрева воды.
Электронная плата питания блока управления преобразует переменное сетевое напряжение в постоянное низковольтное напряжение, которое необходимо для работы электронной платы управления. На электронной плате питания блока управления смонтирована цепь с высокой токовой нагрузкой, при помощи реле высокий ток и напряжение подается на нагревательный элемент, размещенный в  баке для воды.
В качестве нагревательного элемента предпочтительно используют нагревательный элемент с магниевым анодом («сухой» ТЭН и магниевый анод). Бак для воды выполнен теплоизолированным, предпочтительно имеет цилиндрическую форму, жестко зафиксирован внутри полости металлического корпуса. Штуцер подачи холодной воды предпочтительно представлен в виде нержавеющей трубы с резьбой на конце 1/2", на обратном конце штуцера непосредственно на входе воды в бак установлен металлический или пластиковый колпачок, который предотвращает полное смешивание воды, поступающей в бак с нагретой в баке водой, и холодная вода вытесняет нагретую воду, которая вытекает из бака через штуцер забора горячей воды. Штуцер забора горячей воды также установлен в баке для воды. Вход штуцера подачи холодной воды и выход штуцера забора горячей воды размещены в одной плоскости по краям торцевой крышки корпуса водонагревателя. На внешней стороне корпуса размещены элементы управления, преимущественно скомпонованные на панели управления, размещенной на лицевой части корпуса. Торцевые крышки корпуса водонагревателя выполнены съемными.
Заявляемый электроводонагреватель накопительного типа отличается от известных тем, что:
- дополнительно на торцевой крышке корпуса выполнено гнездо, в котором механически закреплен пластиковый контейнер;
- на пластиковом контейнере размещена печатная плата, которая обращена в полость корпуса;
- печатная плата снабжена разъемом, выполненным с возможностью подключения модульного устройства интерфейса управления;
- печатная плата с разъемом электрически соединена с блоком управления водонагревателя;
- пластиковый контейнер имеет съемную крышку с заглушкой;
-выводы разъема печатной платы выведены в направлении съемной крышки с заглушкой.
Сравнение заявляемого устройства с известным позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Заявляемое устройство может быть изготовлено из известных материалов с помощью известных технологий и известных конструктивных элементов, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
Заявляемое устройство иллюстрируется следующими чертежами и рисунками.
На Фиг. 1 – показан общий вид водонагревателя с контейнером, к которому присоединен модуль Wi-Fi;
На Фиг. 2 – показан принцип соединения между собой конструктивных элементов, находящихся на нижней торцевой крышки;
На Фиг. 3 – показан принцип соединения между собой пластикового контейнера, съемной крышки с заглушкой  и модуля Wi-Fi;
На Фиг. 4 – показан внешний вид пластикового контейнера в сборе с установленным модулем Wi-Fi;
На Фиг. 5 – показан внешний вид пластикового контейнера в сборе без модуля Wi-Fi;
На Фиг. 6 – показан внешний вид водонагревателя в сборе с пластиковым контейнером и установленным в нем модулем Wi-Fi;
На Фиг. 7 – показан внешний вид водонагревателя в сборе с пластиковым контейнером без модуля Wi-Fi.
Заявляемый водонагреватель состоит из корпуса 1, выполненного из нержавеющей стали, в полости которого закреплены теплоизолированный бак для воды 2, выполненный из нержавеющей стали. В полости бака для воды 2 размещены нагревательный элемент (ТЭН) 3 и магниевый анод 4, и подведен штуцер подачи холодной воды 5 и штуцер забора горячей воды 6. С торцов корпуса 1 размещены торцевая крышка 8 и торцевая крышка 7. Вход штуцера подачи холодной воды 5 и выход штуцера забора горячей воды 6 расположены по краям торцевой крышки 7 корпуса 1. Нагревательный элемент 3 электрически соединен с блоком управления, который содержит электронную плату питания 14, электронную плату управления 15 с микроконтроллером (не показан), защитный термостат 9. Электроподвод осуществляется посредством шнура питания 11 с блоком защитного отключения 13 и вилкой 16 для подключения к электросети. Ручка регулировки 12 и другие элементы управления размещены на внешней стороне корпуса 1 и скомпонованы на  панели управления 17. Между входом штуцера подачи холодной воды 5 и выходом штуцера забора горячей воды 6 на торцевой крышке 7 выполнено гнездо 18, в которое, с помощью подпружиненных защелок 20, устанавливается пластиковый контейнер 19, на который, в свою очередь, закреплены крышка 21, разъемно соединяемая с пластиковым контейнером 19 посредством защелок 22, и заглушка 23. На пластиковый контейнер 19 с помощью крепежа 24 установлена печатная плата 25 с USB-разъемом, в который устанавливается Wi-Fi модуль 26. Выводы 27 USB-разъема выполнены из электропроводящего материала и обращены в направлении крышки 21  с заглушкой 23. Печатная плата 25 обращена в полость корпуса.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Собранный водонагреватель устанавливают в удобном месте и включают в электросеть посредством шнура питания 11 с  блоком защитного отключения 13 и вилкой 16, которая подключается к розетке электросети. Водонагреватель  подключают к водопроводу через штуцер подачи холодной воды 5, согласно схеме подключения, указанной в инструкции по эксплуатации. Нагревательный элемент (ТЭН) 3 нагревает воду в баке для воды 2 до температуры, заданной на панели управления 17 и отключается. Подогретая вода через штуцер забора горячей воды 6 подается потребителю. По мере остывания воды, водонагреватель автоматически включает нагревательный элемент (ТЭН) 3 и поддерживает температуру воды на заданном значении (значение устанавливается от 35°С до 75°С).
Управление водонагревателем осуществляется посредством выставления требуемых режимов с помощью элементов управления, скомпонованных на панели управления 17, сигналы с которых передаются на электронную плату управления 15 с микроконтроллером (не показан) блока управления водонагревателя. В случае удаленного нахождения потребителя, последний осуществляет управление с периферийного устройства с использованием домашнего Wi-Fi- роутера, откуда управляющий сигнал поступает в Wi-Fi модуль 26. Управление со смартфона или планшетного компьютера, работающего под операционными системами IoS или Android, осуществляется с помощью приложения с графическим интерфейсом. Wi-Fi модуль 26 водонагревателя устанавливает соединение с сервером, используя интернет, на котором установлена серверная часть приложения. Мобильное приложение так же устанавливает соединение с сервером, используя интернет. Серверная часть приложения осуществляет синхронизацию конкретного водонагревателя с конкретным мобильным приложением, на основании учетных записей пользователей.
Печатная плата 25 электрически взаимодействует с блоком управления водонагревателя, а в его USB-разъем устанавливается Wi-Fi модуль 26, который имеет ответные выводы для электрического контакта с выводами 27 USB-разъема. Выводы 27 USB-разъема выполнены из электропроводящего материала и обращены в направлении крышки 21  с заглушкой 23. Печатная плата 25 обращена в полость корпуса и электрические соединена с блоком управления. Сигнал Wi-Fi модуля 26 через USB-разъем печатной платы 25 передается на микроконтроллер электронной платы управления 15. Приоритетность исполнения сигналов на электронной плате управления 15 с элементов управления панели управления 17 и с Wi-Fi модуля 26  распределяется следующим образом - при подаче дистанционного и ручного сигналов, команда на исполнение выдается в отношении того сигнала, который поступил последним. Через серийный порт осуществляется управление всеми параметрами водонагревателя, чтение показаний датчиков, размещенных на электронной плате управления 15 и кодов ошибок. Данные отправляются с микроконтроллера электронной платы управления 15 на сервер и принимаются с сервера через Wi-Fi модуль 26. По сигналу с сервера, с электронной платы управления 15 блок управления водонагревателя выдаются новые команды на выставление дистанционно заданных значений температуры воды, мощности, таймера.
Использование заявляемой полезной модели позволяет расширить ассортимент электроводонагревателей накопительного типа с одним баком для воды, которые обладают возможностью его корректного удаленного управления за счет улучшения качества приёма, обработки и исполнения командного сигнала. Корректность управляющих сигналов обеспечивается путем сохранения уровня сигналов, уменьшения ошибок в приеме, обработке и исполнения управляющих сигналов за счет прямого электрического контакта разъема печатной платы с модульным устройством интерфейса управления и блоком управления. Наличие заглушки препятствует попаданию воды, пыли и иных инородных веществ и предметов, обеспечивая сохранение и достижение указанного технического результата. Предлагаемый водонагреватель может быть интегрирован  в системы управления «умный дом».