АВТОМАТИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ НАКОПИТЕЛЬНОГО ТИПА С ИЗОЛИРОВАННЫМ РЕЗЕРВУАРОМ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и предназначена для нужд теплоснабжения и для получения горячей воды.
Из предшествующего уровня техники известен простейший электроводонагреватель накопительного типа, содержащий металлический бак, электрический нагревательный элемент, входные и выходные трубопроводы, отличающийся тем, что при подаче воды на вход, нагревательный элемент под действием тока нагревается, тем самым путем теплопередачи, увеличивая температуру воды в баке. Горячая вода поступает потребителю через выходной трубопровод.
Недостатком этой конструкции электроводонагревателя является падение температуры воды на выходе при непрерывной подаче холодной воды на вход.
Наиболее близким к заявляемому является автоматический электроводонагреватель накопительного типа (патент RU 2135904, опубл. 27.08.99 г.), включающий накопитель тепловой энергии, размещенный в основном сосуде, полость которого целиком заполнена жидкостью и паром этой жидкости, вспомогательный сосуд, нижняя точка полости которого гидравлически связана с нижней точкой основного сосуда, а верхняя сообщена с атмосферой, а также теплообменный элемент, контактирующий с накопителем тепловой энергии, и подключенные к нему трубопроводы холодной и горячей воды. При этом накопитель тепловой энергии включает в себя аккумулятор тепла, в котором размещены электронагревательный элемент и датчик температуры, сигнал которого через логическое устройство управляет работой электронагревательного элемента, и смеситель, к которому подключены через регуляторы расхода трубопроводы холодной и горячей воды и выходной водопровод, а теплообменный элемент выполнен в виде рекуперативного теплообменника.
К недостаткам этого электроводонагревателя можно отнести: наличие дополнительного бака-расширителя, что ограничивает возможности использования устройства в небольших помещениях; использование массивного металлического аккумулятора тепла, что приводит к большой инерционности устройства в целом; периодическая необходимость долива воды в бак-расширитель, т.к. ее уровень не будет оставаться постоянным из-за испарения.
Указанные недостатки сужают функциональные возможности электроводонагревателя, тем самым ограничивая область его применения.
Полезная модель направлена на расширение функциональных и эксплуатационных возможностей водонагревателя за счет изменения конструкции на более оптимальную. Техническая задача, решаемая полезной моделью, состоит в уменьшении массо-габаритнных размеров, увеличении энергетической эффективности.
Технический эффект, заключающийся в стабильном обеспечении горячей воды на выходе, достигается тем, что в известном автоматическом электроводонагревателе накопительного типа, содержащем бак для нагревания воды, имеющим входной и выходной трубопроводы для подачи воды, и содержащим в себе теплообменный элемент, нагревательный элемент, датчик температуры, смеситель горячей и холодной воды, согласно полезной модели, бак выполнен из трех отдельных резервуаров с максимизацией объема нижнего резервуара, при этом бак снабжен сепаратором, расположенным в верхнем резервуаре, теплообменной поверхностью, выполненной в виде змеевика, расположенной в среднем резервуаре, поплавковыми регуляторами уровня, датчиками уровня и электрическими нагревателями в верхнем и нижнем резервуарах, регулирующим клапаном между входным и выходным трубопроводами, снабженным электроприводом, датчиком температуры на выходном трубопроводе, регулятором температуры в верхней части бака и срывным клапаном, расположенным в верхнем резервуаре.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором представлен вариант конструктивного исполнения заявленного устройства в вертикальном разрезе.
Устройство содержит бак для нагревания воды 1, в котором находятся три отдельных резервуара - верхний резервуар 2, средний резервуар 3 и нижний резервуар 4, расположенных друг над другом. Нижний резервуар 4 предназначен непосредственно для накопления горячей воды. В устройстве предусмотрены входной и выходной трубопроводы: входной трубопровод 5 соединен со средним резервуаром 3; выходной трубопровод 6 - с нижним резервуаром 4. Средний 3 и верхний 2 резервуары соединены друг с другом патрубком 7. В верхней части верхнего резервуара 2 находится сепаратор 8. Из резервуара 2 выходит трубопровод 9 и, затем переходит в змеевик 10, который расположен в среднем резервуаре 3. Конечная часть змеевика соединена с нижним резервуаром 4 посредством патрубка 11. Верхний 2 и нижний 4 резервуары снабжены поплавковыми регуляторами уровня 12 и 13 соответственно, и электрическими нагревателями 14. Данные нагреватели 14 равномерно распределены по поверхностям дна резервуаров 2 и 4. Расход воды через входной трубопровод 5 и патрубок 7 регулируется с помощью клапанов 15 и 16 соответственно. Между входным 5 и выходным 6 трубопроводами находится регулирующий клапан 17, снабженный электроприводом 18. На выходном трубопроводе 6 находится датчик температуры 19, который связан с регулятором температуры 20 (Р2). Регуляторы температуры 20 и 21 находятся над верхним резервуаром 2. Верхний резервуар 2 снабжен срывным клапаном 22. В нижнем резервуаре 4 и верхнем резервуаре 2 установлены датчики уровня 23. В нижней части автоматического электроводонагревателя находится панель 24 с дисплеем для отображения температуры воды на выходе, а также с тумблером для выбора ручного или автоматического типа регулирования температуры выходной воды.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является то, что в нижнем резервуаре 4 мы получаем горячую воду, температура которой будет оставаться постоянной независимо от эксплуатации электроводонагревателя. При одинаковых габаритах, суммарный объем получаемой горячей воды в предлагаемом водогрейном электроводонагревателя больше, чем в существующих на рынке. Затраты на модернизацию электроводонагревателя небольшие. Учитывая огромный спрос рынка, целесообразно промышленное серийное производство предлагаемого автоматического электроводонагревателя.
Устройство работает следующим образом. Стационарно устройство находится в состоянии, когда нижний резервуар 4 заполнен горячей водой до максимального уровня, а регулирующий клапан 17 находится в закрытом положении.
В случае забора горячей воды через выходной трубопровод 6, уровень воды в нижнем резервуаре 4 начинает снижаться, и регулятор уровня 12 дает сигнал на открытие клапана 15 на трубопроводе для подачи холодной воды в нижний резервуар 4. Холодная вода поступает в средний резервуар 3, где происходит ее подогрев с помощью змеевика 10. После этого вода поступает в верхний резервуар 2 и догревается до температуры кипения с помощью установленных на дне резервуара электрических нагревателей 14. Сепаратор 8 предназначен для получения пара из пароводяной смеси. Нагреватели 14 находятся в рабочем состоянии только при условии, что датчики уровня 23 будут погружены в воду. Нагреватели 14 соединены с релейно-импульсным регулятором 21 (Р1), который дает команду на включение/отключение нагревателей 14 при достижении определенной температуры. Если уровень воды в верхнем резервуаре 2 превысит допустимо возможный, то расположенный в данном резервуаре регулятор уровня 13 даст сигнал на закрытие клапана 16, тем самым, устраняя возможность перелива воды из бака через трубопровод 9. При превышении давления в верхнем резервуаре 2 допустимых границ сработает срывной клапан 22. Получившийся пар спускается по змеевику 10 в средний резервуар 3, нагревая холодную воду, а затем попадает в нижний резервуар 4 и конденсируется. Конденсат в нижнем резервуаре 4 постоянно подогревается с помощью расположенных на дне подогревателей 14, которые также соединены с регулятором 21 (Р1). Исходя из условия одного ввода для холодной воды опционно предусмотрен ПИ-регулятор 20 (Р2) с датчиком температуры 19, которым является термопара расположенная на выходном трубопроводе, и электроприводом 18, находящимся между входным и выходным трубопроводами. Регулятор 20 (Р2) дает возможность автоматического регулирования температуры воды на выходе с помощью изменения расхода холодной воды, проходящей через клапан 17.