СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ
HOT WATER PREPARATION METHOD

Изобретение относится к области подготовки горячей воды для бытовых и хозяйственных нужд и может использоваться на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве, в быту. Способ наиболее применим на объектах, где горячую воду для бытовых и хозяйственных нужд получают путем косвенного нагрева посредством газового отопительного котла или посредством накопительного водонагревателя (бойлера), там, где температура горячей воды существенно меняется в процессе ее потребления.
Целью настоящего изобретения является подготовка горячей воды необходимой температуры непосредственно перед потреблением.
Техническим результатом является существенная экономия воды, короткое время подготовки воды для потребления, поддержание необходимой температуры воды в течении цикла потребления, комфортность пользования горячей водой, отсутствие зависимости пользователя от наличия электроэнергии и воды в подающих трубопроводах холодной и горячей воды в процессе потребления.
Известен способ подготовки горячей воды посредством проточного электрического водонагревателя. Существенным недостатком этого способа является большая мощность, потребляемая от питающей сети. Вторым недостатком этого способа является зависимость температуры горячей воды от скорости ее потока. Третьим недостатком этого способа является то, что нагреватель не включается при малом потоке воды, что вынуждает увеличивать поток воды, неоправданно расходовать воду и электроэнергию. Четвертым недостатком является зависимость получения горячей воды в процессе потребления от наличия электроэнергии.
Известен способ подготовки горячей воды посредством накопительного электрического водонагревателя. Отбор горячей воды из такого водонагревателя происходит одновременно с заполнением его холодной водой. При интенсивном потреблении горячей воды, температура в водонагревателе снижается, что является существенным недостатком. Для достижения наибольшей эффективности работы накопительного водонагревателя рекомендуется установка температуры 60°С. Для непосредственного использования такая температура высока. Горячую воду при этом необходимо смешивать с холодной, что, как правило, производят вручную посредством смесителя. Снижение температуры горячей воды в процессе потребления вынуждает производить дополнительную регулировку, что уменьшает комфортность пользования водой. Вторым недостатком этого способа является зависимость получения горячей воды в процессе потребления от наличия электроэнергии.
Известен способ подготовки горячей воды посредством автоматического смесителя. Первым недостатком этого способа является высокая цена таких устройств. Вторым недостатком этого способа является требование стабильного стандартного давления в водопроводе, что на практике не всегда выполнимо. Третьим недостатком этого способа является быстрый выход из строя таких смесителей в случае высокого содержания солей кальция в воде.
Для всех перечисленных способов общим недостатком является зависимость получения горячей воды в процессе использования от наличия воды в подающем трубопроводе холодной воды.
Наиболее близким к предлагаемому способу и принятым за прототип является способ подготовки горячей воды посредством двухконтурного газового котла с бойлером косвенного нагрева, (например И. Михайлов. Накопительные водонагреватели косвенного нагрева https://qasline.pro/news/post/9/). При известном способе в баке бойлера расположен змеевик, по которому циркулирует вода контура системы отопления. От нее тепловая энергия передается воде, находящейся в баке, нагревая ее до нужной температуры. Из бака бойлера вода поступает в систему горячего водоснабжения.
Существенным недостатком известного способа является нестабильность температуры горячей воды в процессе потребления. Вторым недостатком известного способа является то, что температура горячей воды, поступающей из бойлера в систему горячего водоснабжения может быть, например 70-80°С, что опасно для человека. Такую температуру воды в бойлере пользователь выставляет при необходимости получить достаточное количество горячей воды в процессе потребления. Третьим недостатком известного способа является необходимость смешивания горячей воды с холодной непосредственно перед потреблением, что на практике производят вручную посредством смесителя с дополнительной регулировкой в процессе потребления. Четвертым недостатком является зависимость получения горячей воды от наличия электроэнергии и воды в подающем трубопроводе холодной воды.
С целью выполнения поставленной задачи используют накопительную емкость, имеющую патрубок подачи холодной воды, патрубок подачи горячей воды, патрубок расхода воды, патрубок перелива, датчик температуры воды в накопительной емкости, датчик температуры в патрубке горячей воды. Накопительную емкость дополняют двумя поплавковыми выключателями, один из которых - К1 устанавливают ниже уровня перелива, а другой - К2 устанавливают выше уровня перелива. Подачу горячей и холодной воды осуществляют посредством электромагнитных клапанов, установленных на соответствующих патрубках. Подачу холодной воды в систему водоснабжения производят из емкости запаса воды.
Поставленная задача, в соответствии с предлагаемым способом, достигается тем, что измеряют текущую температуру Т воды в накопительной емкости и сравнивают с уставками температуры Т1, Т2, Т3, Т4, при чем Т1 меньше Т2, Т2 меньше Т3, Т3 меньше Т4. Если Т воды меньше Т1, то отключают подачу холодной воды. Если Т воды больше Т2, то включают подачу холодной воды. Если Т воды меньше Т3, то включают подачу горячей воды. Если Т воды больше Т4, то отключают подачу горячей воды. При таком регулировании имеется диапазон температуры воды в накопительной емкости Т2-Т3, когда одновременно включен набор горячей и холодной воды. В соответствии с предлагаемым способом, пользование горячей водой можно производить не дожидаясь полного набора накопительной емкости. При этом температура воды в накопительной емкости соответствует уставкам температуры. Таким образом достигается короткое время готовности воды для потребления. Также при наборе горячей воды в накопительную емкость проверяют ее температуру в патрубке горячей воды посредством датчика температуры. Для этого после включения набора горячей воды через время t1 периодически измеряют ее температуру. Если температура горячей воды будет меньше уставки Т5, то ее подачу прекращают и возобновляют через время t2. При интенсивном потреблении горячей воды, полученной от водонагревателя, ее температура может уменьшиться до величины ниже, чем требуемая. Такой алгоритм регулирования, в соответствии с предлагаемым способом, позволяет избежать набора в накопительную емкость недостаточно горячей воды. В известном способе отсутствует циркуляция воды в трубах горячего водоснабжения. При этом время ожидания пользователем горячей воды растет по мере увеличения длины труб от нагревателя до места потребления и часть воды пользователь бесполезно сливает в канализацию. В соответствии с предлагаемым способом, недостаточно горячая вода поступает в накопительную емкость. Далее, по мере поступления горячей воды, температура в накопительной емкости увеличивается и достигает требуемой величины. Накопительную емкость устанавливают в непосредственной близости от места потребления подготовленной воды с минимальной длиной трубы от патрубка расхода воды до места потребления. Таким образом обеспечивают существенную экономию воды по сравнению с известным способом.
Если после срабатывания поплавкового выключателя К1, расположенного ниже уровня перелива, Т воды будет в диапазоне от Т1 до Т4, то набор воды прекращают. В противном случае набор воды продолжают до получения необходимой температуры, либо до срабатывания поплавкового выключателя К2, расположенного выше уровня перелива. Срабатывание поплавкового выключателя К2 происходит в том случае, когда набор воды происходит более интенсивно, чем слив избытка воды. Вода из патрубка перелива, в соответствии с предлагаемым способом, поступает в емкость запаса воды, и не расходуется бесполезно. Возможна ситуация, когда в начале цикла набора воды в накопительной емкости имеется некоторое количество воды недостаточной температуры. Это происходит в том случае, когда в предыдущем цикле потребления вода израсходована не полностью. При этом после набора воды и срабатывания поплавкового выключателя К1, температура воды в накопительной емкости может оказаться ниже уставки Т1. В этом случае продолжают набор горячей воды. Далее, если уровень воды в накопительной емкости достигнет уровня перелива, то излишек воды через патрубок перелива поступит в емкость запаса воды. Если при дальнейшем поступлении воды ее уровень достигнет уровня срабатывания поплавкового выключателя К2, то набор воды прекращают. В результате слива избытка воды и набора горячей воды достигают температуры воды в накопительной емкости от Т1 до Т4. Для того, чтобы слив избытка воды был минимальным, разность объемов воды между поплавковым выключателем К1 и патрубком перелива должен быть достаточным для набора горячей воды с
целью получения необходимой температуры без перелива.
Для наиболее полного раскрытия изобретения, на фиг. представлена, в качестве примера, функциональная схема возможной реализации способа подготовки горячей воды. В данном примере подготовленная вода используется для принятия душа. В соответствии с Фиг., 1 - емкость запаса воды, 2 - напорная емкость, 3 - насос, 4 - газовый двухконтурный отопительный котел, 5 - накопительная емкость, 6 - патрубок холодной воды, 7 - патрубок горячей воды, 8 - электромагнитный клапан холодной воды, 9 - электромагнитный клапан горячей воды, 10 - датчик температуры воды в накопительной емкости, 11 - датчик температуры в патрубке горячей воды, 12 - блок управления, 13 - патрубок перелива, 14 - поплавковый выключатель К1, 15 - поплавковый выключатель К2, 16 - расходный патрубок, 17 - вентиль.
Система подготовки горячей воды для потребления работает следующим образом: насос 3 перекачивает воду из емкости запаса воды - 1 в напорную емкость - 2. Из напорной емкости - 2 холодная вода поступает в накопительную емкость 5 через патрубок холодной воды - 6, если открыт электромагнитный клапан холодной воды - 8. Из напорной емкости - 2 вода поступает также в газовый двухконтурный отопительный котел - 4, и, далее, будучи нагретой, в накопительную емкость - 5 через патрубок горячей воды - 7, если открыт электромагнитный клапан горячей воды - 9.
Блок управления - 12 измеряет температуру воды в накопительной емкости - 2 посредством датчика температуры воды в накопительной емкости - 10, индицирует измеренную температуру и сравнивает ее с уставками температуры Т1, Т2, Т3, Т4, при чем Т1 меньше Т2, Т2 меньше Т3, Т3 меньше Т4. Блок управления - 12 измеряет температуру горячей воды посредством датчика температуры в патрубке горячей воды - 11, индицирует измеренную температуру и сравнивает ее с уставкой температуры Т5. Блок управления - 12 контролирует состояние контактов поплавкового выключателя К1 и поплавкового выключателя К2. Блок управления - 12 управляет открыванием электромагнитного клапана холодной воды - 8 и электромагнитного клапана горячей воды - 9. В данном примере Т1 соответствует 33°С, Т2 - 34°С, Т3 - 36°С, Т4 - 37°С. Далее, если Т воды меньше Т1, то отключают подачу холодной воды. Если Т воды больше Т2, то включают подачу холодной воды. Если Т воды меньше Т3, то включают подачу горячей воды. Если Т воды больше Т4, то отключают подачу горячей воды. Предлагаемый способ позволяет производить набор одновременно горячей и холодной воды, что сокращает время набора накопительной емкости - 5. Также предлагаемый способ позволяет в процессе набора воды поддерживать необходимую температуру, что обеспечивает комфортное пользование подготовленной водой, позволяет пользоваться подготовленной водой не дожидаясь набора полной накопительной емкости.
Если при замыкании контакта поплавкового выключателя К1 температура воды составит от Т1 до Т4, то цикл подготовки воды считают оконченным и отключают подачу горячей и холодной воды.
В случае, когда происходит интенсивное потребление горячей воды, ее температура существенно снижается из за ограниченной мощности газового отопительного котла - 4. Блок управления - 12 открывает электромагнитный клапан горячей воды - 9 на время t1. Если по истечении времени t1, температура горячей воды будет ниже уставки температуры Т5, то блок управления - 12 закрывает электромагнитный клапан горячей воды - 9. Далее блок управления  - 12 через время t2 открывает электромагнитный клапан горячей воды - 9 и цикл регулирования повторяется. В данном примере t1 составляет 10 с, t2 - 120 с, Т5 - 45°С.
В данном примере, для обеспечения минимального перелива, объем воды в накопительной емкости до уровня поплавкового выключателя К1 - 14 составляет 30 литров, объем до уровня патрубка перелива - 13 составляет 45 литров, объем до уровня поплавкового выключателя К2 - 15 составляет 50 литров.
Накопительная емкость, в данном примере, расположена непосредственно над душевой кабиной, что исключает ожидание пользователем подготовленной воды и ее потери.
Накопительная емкость также дополнена вентилем - 17, открываемым вручную и соединяющим расходный патрубок - 16 с емкостью запаса воды - 1. При длительных перерывах пользования подготовленной водой, пользователь вручную открывает вентиль - 17 и сливает воду из накопительной емкости - 5 в емкость запаса воды - 1. Это позволяет защитить накопительную емкость от развития микроорганизмов. С этой же целью предусматривают полный слив воды из накопительной емкости - 5.
Преимуществом предлагаемого способа является также то, что после подготовки воды, в соответствии с предлагаемым способом, пользователь может потреблять подготовленную воду независимо от наличия электроэнергии и воды в подающих трубопроводах холодной и горячей воды.
Перед потреблением подготовленной воды, пользователь подает блоку управления - 12 команду «ПУСК». Блок управления выполняет подготовку воды сигнализируя пользователю о соответствии температуры воды в накопительной емкости - 5. Пользователь принимает душ, потребляя необходимое количество подготовленной воды через расходный патрубок - 16. Пользователь прекращает набор воды в накопительную емкость подачей блоку управления команды «СТОП».
Для повышения комфорта пользователя накопительная емкость может быть дополнена механическим или электронным индикатором уровня.
В качестве источника горячей воды может быть также использован проточный или накопительный газовый или электрический водонагреватель, централизованная система горячего водоснабжения. Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является нормальная работа источников горячей и холодной воды, так как используется полное открывание электромагнитных клапанов горячей и холодной воды и потоки воды при этом максимальные.
В проанализированных источниках литературы предлагаемого способа автором не обнаружено. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизны». Указанные отличия предлагаемого способа по сравнению с прототипом являются существенными. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".