БОЙЛЕР

Описание полезной модели
МПК
F24H 1/18
Бойлер
Область техники
Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована в качестве водонагревателя.
Уровень техники
, дата обращения 8.12.2015). Данное устройство состоит из бака, покрытого снаружи теплоизоляционным слоем, входной трубы, выходной трубы, нагревателя и теплообменника. Устройство предназначено для нагрева воды и поддержания её температуры. При использовании части нагретой воды в бойлер поступает холодная вода по входной трубе. После чего проходит теплообмен и нагрев общего объёма до исходной температуры.
Наиболее близким техническим решением (прототип) является бойлер Neptun Kombi Elektronik (http://boiler.artex.bz
Недостатком известного технического решения является большая разница температуры воды в бойлере и воды, поступающей для восполнения израсходованной части, что может приводить к неравномерному распределению температуры по объёму бойлера и, следовательно, в выдаваемой им воде.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение разницы температур воды в бойлере и воды, поступающей для восполнения израсходованной части, что приводит к более равномерному распределению температуры по объёму в бойлере и в выдаваемой им воде.
Поставленная задача достигается за счёт того, что в устройстве, содержащем бак с нижней частью, средней частью и верхней частью, входную трубу с первым входом и первым выходом, выходную трубу со вторым входом и вторым выходом и подогреватель, входная труба закреплена в баке так, что первый вход расположен снаружи бака, а первый выход расположен внутри бака ниже верхней его части, причём выходная труба закреплена в баке так, что второй выход расположен снаружи бака, а второй вход расположен внутри бака в верхней его части, при этом подогреватель размещён во входной трубе; кроме того в него введён нагреватель, размещённый в нижней части бака; кроме того в него введён теплообменник с третьим входом и третьим выходом, причём теплообменник размещён в средней части бака, а его третий вход и третий выход расположены снаружи бака; кроме того подогреватель образован частью теплообменника.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежом, на котором показана конструкция бойлера.
Раскрытие полезной модели
На чертеже обозначены: верхняя часть 1, второй вход 2, выходная труба 3, бак 4, третий выход 5, теплоизоляционный слой 6, теплообменник 7, магниевый анод 8, нагреватель 9, первый вход 10, предохранительный клапан 11, входная труба 12, третий вход 13, второй выход 14, подогреватель 15, нижняя часть 16, первый выход 17, средняя часть 18.
Основными элементами устройства являются бак 4, входная труба 12, выходная труба 3, магниевый анод 8, нагреватель 9, теплообменник 7, подогреватель 15.
Бак 4 представляет собой конструкцию из тонколистового материала, например, металла. Обычно форма бака 4 соответствует форме замкнутой поверхности вращения. При стандартном использовании изделия, бак 4 располагают вертикально. Под вертикальным положением понимают такое, что ось бака (ось поверхности вращения) расположена по направлению силы тяжести, а размер вдоль оси обычно превышает другие. При таком расположении бак 4 имеет нижнюю часть 16, среднюю часть 18 и верхнюю часть 1. Нижняя часть 16 расположена ниже средней части 18, а средняя часть ниже верхней части 1. Бак 4 представляет собой резервуар, выполненный с возможностью вмещать в себя некоторый объём жидкости. Помимо этого, бак 4 обеспечивает конструктивное единство всего изделия. В нижней части 16 бака 4 выполнены элементы для крепления входной трубы 12, выходной трубы 3, магниевого анода 8 и нагревателя 9. В средней части 18 бака 4 выполнены несколько отверстий для установки измерительных или контрольных устройств, а также для соединения теплообменника 7 с внешней отопительной системой. В одном из этих отверстий в средней части 18 бака 4 может быть расположен термодатчик. С наружной стороны бак 4 покрыт теплоизоляционным слоем 6.
Входная труба 12 представляет собой прямую трубу небольшой длины. Входную трубу 12 располагают обычно вертикально и закрепляют в нижней части 16 бака 4. Входная труба 12 расположена таким образом, что один из её концов - первый вход 10 - расположен снаружи бака 4, а другой конец - первый выход 17 - расположен внутри бака 4 в его нижней части 16. На первом входе 10 установлен предохранительный клапан 11.
Выходная труба 3 представляет собой прямую трубу, которая обычно имеет большую длину по сравнению со входной трубой 12. Выходную трубу 3 также располагают обычно вертикально и закрепляют в нижней части 16 бака 4. Один из концов выходной трубы 3 - второй выход 14 - расположен снаружи бака 4, другой конец выходной трубы 3 - второй вход 2 - расположен внутри бака в его верхней части.
Магниевый анод 8 и нагреватель 9 расположены в нижней части 16 бака 4. Нагреватель 9 может быть, например, выполнен в виде трубчатого электронагревателя (ТЭН).
Теплообменник 7 располагают внутри бака 4, в его средней части 18. По форме теплообменник 7 представляет собой трубу, изогнутую по винтовой линии. Один из концов теплообменника 7 - третий выход 5 - расположен в отверстии в средней части 18 бака 4 и выполнен с обеспечением возможности соединения с внешней отопительной системой.
Подогреватель 15 расположен внутри входной трубы 12 и выполнен с возможностью подогревать входящую в бак 4 по входной трубе 12 воду. Подогреватель 15 может быть выполнен в виде трубчатого электронагревателя (ТЭН), в виде элемента, нагреваемого с осуществлением топливного сгорания или в виде продолжения теплообменника 7.
В случае, когда подогреватель 15 является продолжением теплообменника 7, теплообменник 7 имеет прямолинейную часть, расположенную внутри входной трубы 12. Эта прямолинейная часть выполняет роль подогревателя 15. В данном случае теплоноситель поступает в теплообменник 7 через третий вход 13. Третий вход 13 представляет собой трубу продолжающую теплообменник 7 после прямолинейной части, конец которой расположен снаружи входной трубы 12 в той её части, которая расположена снаружи бака 4.
Осуществление полезной модели
В случае использования указанных выше элементов и средств, полезная модель реализуется следующим образом.
Бак 4 изготавливают из тонколистового нержавеющего металла. Обычно его сваривают из двух отдельных элементов. Снаружи бак 4 покрывают теплоизоляционным слоем 6. Теплоизоляционный слой 6 может быть изготовлен из каменной ваты или других теплоизолирующих материалов. В одно из отверстий в средней части 18 бака 4 устанавливают термодатчик.
Теплообменник 7 изготавливают из трубы углеродистой, низколегированной стали, нержавеющей стали, меди или других металлов. Трубу пластически деформируют до необходимой формы. Теплообменник 7 устанавливают в средней части 18 бака 4. Внутри теплообменника 7 циркулирует теплоноситель внешней отопительной системы. Теплоноситель поступает в теплообменник 7 через третий вход 13. Далее теплоноситель проходит по всей длине теплообменника 7 (включая прямолинейный участок, выполняющий роль подогревателя 15, если подогреватель 15 выполнен в виде части теплообменника 7), и уходит через третий выход 5. Данный процесс протекает непрерывно пока работает бойлер.
Входную трубу 12 изготавливают из пластика, стали или других материалов. Входную трубу 12 изготавливают с возможностью размещения внутри неё подогревателя 15. Подача холодной воды осуществляется через входную трубу 12. Холодная вода поступает во входную трубу 12 через предохранительный клапан 11 и первый вход 10. Далее холодная вода поступает в нижнюю часть 16 бака 4 через первый выход 17 входной трубы 12. Предохранительный клапан 11 служит для предохранения устройства от возникновения внутри бака 4 давлений, превышающих допустимые значения.
Выходную трубу 3 изготавливают из пластика, стали или других материалов. Забор горячей воды из бака 4 происходит через выходную трубу 3. Горячая вода поступает в выходную трубу 3 через второй вход 2. Далее горячая вода проходит по выходной трубе 3 и через второй выход 14 поступает в трубы внешней системы.
Подогреватель 15 служит для подогрева холодной воды, проходящей внутри входной трубы 12. В случае выполнения подогревателя 15 виде трубчатого электронагревателя (ТЭН) или в виде элемента, нагреваемого с осуществлением топливного сгорания, подогрев, проходящей по входной трубе 12, воды происходит за счёт передачи подогревателем 15 собственного тепла окружающей среде. Если подогреватель 15 выполнен в виде продолжения теплообменника 7, то подогрев осуществляется за счёт того, что теплоноситель, проходящий через подогреватель 15, отдаёт часть своего тепла окружающей среде.
Нагреватель 9, установленный в нижней части 16 бака 4, нагревает воду в баке 4. Теплообменник 7 ускоряет перенос тепла из нижней части 16 бака 4 к верхней части 1, а также дополнительно прогревает воду за счёт тепла, которое содержит теплоноситель.  Магниевый анод 8 служит для защиты бака 4 от коррозии.
Бойлер функционирует следующим образом. Изначально бак 4 полностью заполняют холодной водой, поступающей по входной трубе 12. Вода в баке 4 нагревается за счёт работы нагревателя 9, подогревателя 15 и за счёт тепла, полученного от теплообменника 7, по которому циркулирует теплоноситель внешней отопительной системы. В некоторый момент времени весь объём воды в баке 4 прогревается до определённой температуры. Забор горячей воды происходит через второй вход 2 выходной трубы 3, который расположен в верхней части 1 бака 4. Такое расположение с большей вероятностью обеспечивает забор наиболее горячей воды, потому что горячая вода будет подниматься в верхнюю часть бака за счёт свой меньшей плотности относительно холодной. При использовании части воды из бойлера объём снова восполняется за счёт подачи недостающего объёма холодной воды через первый вход 13 входной трубы 12. При подаче воды через входную трубу 12 подогреватель 15, расположенный во входной трубе 12, нагревает проходящую воду. То есть поступающая вода предварительно нагревается подогревателем 15 и поступает в бак 4 уже подогретой, что уменьшает разницу температур между поступающей водой и водой, находящейся в баке 4. Из-за незавершённого процесса теплообмена, который в данном устройстве обеспечивается только за счёт собственной теплопроводности среды и работы теплообменника 7 (нет никаких перемешивающих элементов), могут возникать области или слои воды в бойлере с разными температурами. Тогда при использовании некоторого объёма воды, вода, поступающая в трубы внешних систем через второй выход 14 выходной трубы 3, может изменять свою температуру в пределах той разницы температур, которая ещё сохраняется в разных областях или слоях бойлера.  Из-за снижения разницы температур воды в бойлере и входящей воды 12, путём повышения температуры поступающей в бойлер через входную трубу 12 воды, распределение температуры по объёму в бойлере становится более равномерным. Это обеспечивает меньшие перепады температуры воды, которая поступает на использование.
Таким образом, техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение разницы температур воды в бойлере и воды, поступающей для восполнения израсходованной части, что приводит к более равномерному распределению температуры по объёму в бойлере.