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 использования 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.
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, блок управления содержит электрически соединенные друг с другом электронную плату питания и электронную плату управления,  при этом на электронной плате управления размещен разъем, выполненный с возможностью подключения модульного устройства интерфейса управления, выводы разъема выполнены из электропроводящего материала и обращены к панели управления, в которой имеется паз, выполненный таким образом, чтобы обеспечить  возможность механического соединения разъема с модульным устройством интерфейса управления, паз снабжен заглушкой, выполненной с возможностью приведения паза в состояние «открыт-закрыт».
Блок управления размещен внутри корпуса и выполнен с возможностью подключения к электросети, представлен соединенными друг с другом электронной платой питания и электронной платой управления. Дополнительно блок управления может содержать защитный термостат. Блок управления подключен к электросети посредством шнура питания, который может быть снабжен устройством защитного отключения.
В заявляемом электроводонагревателе электронная плата управления снабжена разъемом, выводы которого направлены в направлении панели управления для подсоединения модульного устройства интерфейса управления, имеющего ответные выводы. В качестве разъема предпочтительно используется USB разъем, а в качестве  модульного устройства интерфейса управления используется предпочтительно Wi-Fi модуль для подключения Wi-Fi коммутатора и управления заявляемого водонагревателя удаленно через WEB страницу или программу ЭВМ, установленную на мобильном телефоне. Выводы разъема выполнены из электропроводящего материала, в качестве которого предпочтительно используется сталь.
Электронная плата управления снабжена микроконтроллером и имеет электрический контакт с кнопочными и регулировочными переключателями, размещенными на панели управления и осуществляет функцию 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 одном из баков для воды.
Питание электронной платы управления осуществляется от электронной платы питания, с которой имеется электрическая связь. Электронная плата питания снабжена электрическими контактами для обеспечения возможности электрического соединения.
Электрическое соединение реализуется схемой питания, осуществляется электропроводящими проводами, электрическими контактами, токопроводящими дорожками на электронных платах и иными известными элементами электрических схем.
Заглушка механически зацепляется на панели управления, например, при помощи плотной посадки в паз. Заглушка предпочтительно выполнена откидывающейся и взаимодействует в собранном состоянии с панелью управления за счет плотной посадки, приводя паз в состояние «открыт» или «закрыт». При отсоединенном модуле Wi-Fi, заглушка закрывает USB разъем, выведенный в направлении заглушки, исключая возможность попадания посторонних предметов и брызг воды на электронную плату управления. Для присоединения модуля Wi-Fi заглушка откидывается или снимается, открывая доступ к USB разъему.
В качестве нагревательного элемента предпочтительно используют нагревательный элемент с магниевым анодом («сухой» ТЭН и магниевый анод). Бак для воды выполнен теплоизолированным, 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, 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 накопительный электроводонагреватель отличается от известных тем, что:
- на электронной плате управления размещен разъем, выполненный с возможностью подключения модульного устройства интерфейса управления;
- выводы разъема выполнены из электропроводящего материала;
- выводы разъема обращены  в направлении панели управления;
- на панели управления выполнен паз;
- паз выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность механического соединения разъема с модульным устройством интерфейса управления;
-  паз снабжен заглушкой;
- заглушка выполнена с возможностью ее съема.
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.
Фиг. 1 – схематически показана конструкция  электроводонагревателя с панелью управления и с подключаемым модулем Wi-Fi;
Фиг. 2 – то же в разрезе;
Фиг. 3 – показан принцип соединения между собой узла удаленного управления электроводонагревателя;
Фиг. 4 – показан внешний вид электроводонагревателя в сборе со снятой заглушкой и установленным модулем Wi-Fi;
Фиг. 5 – показан внешний вид электроводонагревателя в сборе с заглушкой без модуля Wi-Fi.
Заявляемый электроводонагреватель состоит из корпуса 1, выполненного из нержавеющей стали, в полости которого закреплен теплоизолированный бак для воды 2, выполненный из нержавеющей стали. В полости бака для воды 2 размещен нагревательный элемент (ТЭН) 3 и магниевый анод 4 и подведены штуцер подачи холодной воды 5 и  штуцер забора горячей воды 6. С торцов корпуса 1 размещены торцевая крышка 8 и рабочая 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) и защитный термостат 9. Электроподвод осуществляется посредством шнура питания 11 с блоком защитного отключения 13 и вилкой 16 для подключения к электросети. На внешней стороне корпуса 1 размещены элементы управления 12, скомпонованные на  панели управления 17, на которой выполнен паз 18. В пазу 18 закреплена заглушка 19. На электронной плате управления 15 установлен USB-разъем, выводы 10 которого обращены к пазу 18 и выполнены и стали. К USB-разъему подсоединяется  Wi-Fi модуль 20.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Собранный электроводонагреватель 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 20. Управление со смартфона или планшетного компьютера, работающего под операционными системами IoS или Android, осуществляется с помощью приложения с графическим интерфейсом. Wi-Fi модуль 20 водонагревателя устанавливает соединение с сервером, используя интернет, на котором установлена серверная часть приложения. Мобильное приложение также устанавливает соединение с сервером, используя интернет. Серверная часть приложения осуществляет синхронизацию конкретного водонагревателя с конкретным мобильным приложением, на основании учетных записей пользователей.
Электронная плата управления 15 с USB-разъемом, в который механически устанавливается Wi-Fi модуль 20, электрически взаимодействует с электронной платой управления 15 блока управления водонагревателя. Сигнал Wi-Fi модуля 20 передается на микроконтроллер электронной платы управления 15. Приоритетность исполнения сигналов с панели управления 17 и с Wi-Fi модуля 20  распределяется следующим образом - при подаче дистанционного и ручного сигнала, 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 20. По сигналу с сервера, с электронной платы управления 15 блока управления электроводонагревателя выдаются новые команды на выставление дистанционно заданных значений температуры воды, мощности, таймера.
Использование заявляемой полезной модели позволяет расширить ассортимент электроводонагревателей с одним баком для воды, обладающих расширенными функциональными возможностями за счет возможности корректного удаленного управления режимами его эксплуатации. Корректность управляющих сигналов обеспечивается путем сохранения уровня сигналов, меньшения ошибок в приеме, обработке и исполнения управляющих сигналов за счет прямого электрического контакта разъема электронной платы управления с модульным устройством интерфейса управления. Наличие заглушки препятствует попаданию воды, пыли и иных инородных веществ и предметов, обеспечивая сохранение и достижение указанного технического результата. Кроме того, выполнение разъема  для подключения  модульного устройства интерфейса управления непосредственно в блоке управления обеспечивает не только надежность электрического соединения всех функциональных элементов друг с другом и улучшение качества исполнение командных сигналов, но и простоту сборки водонагревателя, по сравнению с разъемами, которые могут выполняться на иных конструктивных элементах водонагревателя.