ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в устройствах электрического нагрева воды для бытовых и технических нужд.
Известны электроводонагреватели двух типов - проточные и накопительные. Проточные электроводонагреватели, известные, например, из литературы [1] и [2], предназначены для мгновенного подогрева воды, непрерывно поступающей из водопроводной сети. Они характеризуются высоким быстродействием при большом энергопотреблении. Накопительные электроводонагреватели, предназначенные, как правило, для постепенного нагрева больших объемов воды, являются более экономичными, чем проточные. Из технической и патентной литературы известны два основных типа накопительных электроводонагревателей: с одним резервуаром (баком) и с двумя баками. При этом и для электроводонагревателей накопительного типа проблема экономии затрат мощности является весьма актуальной. Попытки решения указанной проблемы встречаются в ряде отечественных и зарубежных публикаций. В качестве аналогов предлагаемой полезной модели рассмотрим обе разновидности конструкций электроводонагревателей.
Известен электрический водоподогреватель [3], который содержит: один бак с водой, с нижней частью которого соединен циркуляционный насос, и нагрей насос, и нагрева циркулирующей между нижней и верхней частями бака воды, накапливаемой в баке с образованием слоя с заданной температурой в верхней части бака.
Отличительной особенностью известного водоподогревателя [3] является то, что он содержит электронную систему управления, состоящую из датчика остаточного количества воды в баке; блок расчета продолжительности работы электрического нагревателя, соответствующей количеству остаточной воды и количеству используемой воды; блок памяти для запоминания информации, получаемой в блоке расчета продолжительности работы электрического нагревателя; блок расчета времени для закипания воды по информации из блока памяти; блок управления работой циркуляционного насоса и нагревателя по выходному сигналу блока расчета времени для закипания воды.
Известен также электрический водоподогреватель [4], содержащий два заполняемых водой бака; два автономных нагревателя, предназначенных для нагревания воды в баках и поддержания заданной температуры воды; трубопроводы с насосами, соединяющие нижнюю часть одного бака с верхней частью другого бака. В случае понижения уровня воды в одном баке ниже заданного значения и закипания воды в другом баке насосы перекачивают воду между баками до повышения уровня воды в первом баке до заданного значения.
Оба известных электроводонагревателя, как [3], содержащий один резервуар, так и [4], состоящий из двух баков, позволяют получить горячую воду заданной температуры в необходимом потребителю количестве. Однако известные электроводонагреватели являются энергоемкими, поскольку для обеспечения циркуляции нагретой воды в их состав входят электронасосы.
Известен также электроводонагреватель, описанный в литературе [5], предназначенный для нагрева воды для горячего автономного
водоснабжения жилых, общественных и производственных зданий, дач и гаражей. Электроводонагреватель содержит два расположенных один над другим бака, соединенных двумя патрубками. Верхний бак снабжен трубой подачи холодной воды и вентилем, а нижний - трубой выпуска горячей воды, вентилем и нагревательным элементом, расположенным в нижней части полости бака. Труба выпуска горячей воды расположена в дне нижнего бака, а входной конец ее заведен в верхнюю часть полости этого бака. Выходной конец соединительной трубы заведен в нижнюю полость нижнего бака в зону расположения нагревательного элемента, а вторая соединительная труба представляет собой патрубок, снабженный вентилем и расположенный между дном верхнего бака и верхом нижнего бака. В электроводонагревателе [5] за счет нового расположения элементов устройства обеспечивается уменьшение потерь тепла нагретой воды и, следовательно, сокращение времени нагрева воды до заданной температуры. Однако, несмотря на его несомненные достоинства, следует отметить недостатки, присущие анализируемому техническому решению. В известном электроводонагревателе [5] происходят значительные потери тепла, которые возникают в результате того, что холодная вода поступает в верхний бак, а нагрев воды происходит в нижнем баке. Такая конструкция оказывает противодействие естественной конвекции воды, что затрудняет теплообменные процессы водных масс. Кроме того, теплоизолированным в электроводонагревателе [5] является только один из баков, а именно - нижний, имеющий меньшую емкость, что приводит к дополнительным потерям тепла, а, следовательно, к повышению расхода электроэнергии. К недостаткам известного электроводонагревателя [5] следует также
отнести наличие трех вентилей, обеспечивающих работу устройства, управление которыми осуществляется вручную.
Наиболее близкой по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является система горячего водоснабжения с тепловым насосом, описанная в литературе [6], выбранная в качестве прототипа. Известная система горячего водоснабжения [6] содержит несколько, например, два параллельно установленных резервуара для горячей воды, водонагреватель с тепловым насосом, контур циркуляции, в котором вода циркулирует между водонагревателем и резервуарами и при этом нагревается до кипения. Известная система [6] содержит также подводящий трубопровод для холодной воды, подсоединенный к нижней части резервуаров; трубопровод для горячей воды, соединенный с верхней частью резервуаров; электроводонагреватели, встроенные внутрь резервуаров, а также многоходовые клапана. Один из клапанов осуществляет выборочное подключение резервуаров к контуру циркуляции, а другой выборочно подключает соответствующий резервуар к трубопроводу холодной воды.
Однако, следует отметить недостатки, присущие техническому решению, выбранному в качестве прототипа. В известном электроводонагревателе [6] происходят значительные потери тепла, которые возникают в результате отсутствия в конструкции устройства теплоизоляции баков, что приводит к дополнительным потерям тепла, а, следовательно, и к повышению расхода электроэнергии. Кроме того, конструкция электроводонагревателя обладает высокой энергоемкостью, обусловленной наличием в контуре циркуляции воды теплового насоса, а
также сложной системой переключения резервуаров к контуру циркуляции и к трубопроводу холодной воды.
Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение энергопотребления электроводонагревателя за счет снижения потерь тепла нагретой воды при одновременном упрощении конструкции устройства и повышении его надежности.
Для достижения поставленной задачи предлагается электроводонагреватель, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит расположенные параллельно два вертикальных бака, соединенных двумя соединительными патрубками, первый нагревательный элемент, установленный в одном из баков, входной патрубок подачи холодной воды, расположенный в нижней части одного из баков, и выходной патрубок выпуска горячей воды, расположенный в верхней части другого бака. Особенностью предлагаемой предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип устройства, является то, что баки расположены внутри защитного корпуса, заполненного теплоизоляцией. Нагревательный элемент электроводонагревателя смонтирован на фланце, герметично установленном в нижней торцевой части одного из баков и снабжен термостатом. Входной патрубок подачи холодной воды снабжен обратным предохранительным клапаном, а соединительные патрубки связывают смежные стенки баков в их верхней и нижней частях. Для осуществления режима ускоренного нагрева воды электроводонагреватель может быть снабжен вторым нагревательным элементом. Для удобства пользования электроводонагревателем на его защитном корпусе может быть установлена панель управления, а для
защиты от ударов и других повреждений нижняя часть защитного корпуса может быть снабжена предохранительной крышкой.
Важнейшей из задач, поставленных при создании предлагаемой полезной модели, является уменьшение энергопотребления электроводонагревателя. Выполнение указанной задачи стало возможным благодаря следующему.
Заявляемая полезная модель представляет собой теплоизолированную конструкцию, уменьшение энергопотребления которой обеспечивается за счет размещения баков в едином герметичном защитном корпусе, заполненном теплоизоляцией. Это позволило существенно уменьшить тепловые потери электроводонагревателя во внешнюю среду. Кроме того, в заявляемом электроводонагревателе оптимизирован и сам процесс теплообмена за счет предложенного расположения соединительных патрубков электроводонагревателя, связывающих смежные (соседние) стенки устройства. Этот признак обеспечивает сведение к минимуму перемешивания горячей и поступающей холодной воды, что позволяет забирать из электроводонагревателя воду максимальной температуры.
Следует также отметить, что введение такого существенного признака, как обратный клапан, обеспечивает работу электроводонагревателя в автоматическом режиме, предельно упрощая при этом всю его конструкцию, а, следовательно, повышая ее надежность. Признаки, включенные в зависимые пункты формулы (второй дополнительный нагревательный элемент, панель управления, защитная крышка), обеспечивают такие полезные для потребителя качества, как возможность больших потреблении горячей воды без понижения ее температуры (дополнительный нагревательный элемент),
удобство в пользовании устройством и его надежность (панель управления и защитная крышка).
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлен один из конкретных примеров реализации предлагаемого электроводонагревателя.
На фиг. изображен предлагаемый электроводонагреватель в разрезе с фрагментом лицевой панели.
Электроводонагреватель состоит из герметичного защитного корпуса 1, внутри которого смонтированы первый бак 2 (справа) и второй бак 3 (слева). Для сообщения первого 2 и второго 3 баков они соединены между собой патрубками 4 и 5. Соединительные патрубки 4 и 5 расположены между смежными стенками баков 2 и 3 в их верхней и нижней частях. Баки 2 и 3 имеют форму цилиндров, вытянутых в вертикальном направлении (так называемое вертикальное расположение баков). В нижней части первого бака 2 смонтирован входной патрубок 6 подачи холодной воды, снабженный обратным клапаном 7, предназначенным для предотвращения опустошения баков 2 и 3 в случае падения давления в водопроводной сети. В нижней части второго бака 3 смонтированы сливной патрубок 8, служащий для промывки баков 2 и 3, и магниевый анод 9, предназначенный для защиты стальных элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии. В верхнюю часть второго бака 3 вмонтирован выходной патрубок 10, предназначенный для выпуска горячей воды. Защитный корпус 1 электроводонагревателя может быть выполнен, например, из специального конструкционного пластика, либо из зеркальной
полированной нержавеющей стали. Баки 2 и 3 изготавливаются из эффективно противостоящей коррозии аустенитной (немагнитной) нержавеющей стали. Соединительные швы баков 2 и 3 свариваются электронно-лучевой сваркой в вакуумном поле. Такая технология обеспечивает высокую коррозионную устойчивость сварных швов. Все патрубки электроводонагревателя - соединительные 4 и 5, входной патрубок 6 подачи холодной воды, сливной патрубок 8, выходной патрубок 10 выпуска горячей воды выполнены из нержавеющей стали. Анод 9 изготовлен из магниевого сплава. На нижнем торце первого бака 2 герметично закреплен фланец 11, на котором расположен нагревательный элемент (ТЭН) 12 с термостатом 13. Электроводонагреватель может быть снабжен вторым нагревательным элементом 14, предназначенным для осуществления ускоренного нагрева воды и установленным во втором баке 3 аналогично первому нагревательному элементу на фланце 15. На лицевой панели 16 электроводонагревателя расположены элементы управления режимами мощности и температуры нагрева воды:
- регулятор 17 установки мощности;
- регулятор 18 установки температуры воды;
- шкала 19 электрического термометра.
Объем между защитным корпусом 1 и баками 2, 3 заполнен теплоизоляцией 20, выполненной из экологически чистого пенополиуретана. Пенополиуретан имеет самый низкий коэффициент теплопроводности и является наиболее эффективным теплоизоляционным материалом. Нижняя часть защитного корпуса 1 закрыта герметичной крышкой 21, предохраняющей баки от повреждений.
Предлагаемый электроводонагреватель работает следующим образом.
Перед включением в электрическую сеть электроводонагреватель заполняют холодной водой. Холодная вода через обратный клапан 7 и входной патрубок 6 поступает в первый (правый) бак 2, при этом, холодная вода заполняет сначала первый бак 2, а затем второй (левый) бак 3, вытесняя воздух из бака 3 через выходной патрубок 10. Как только вода в баке 3 достигнет верхнего уровня выходного патрубка 10, она через патрубок 10 начнет выливаться наружу, что является признаком полного заполнения баков электроводонагревателя. После этого закрывается выходной вентиль (на фиг. не показан) на выходном патрубке 10, и электроводонагреватель подключается к электрической сети. По мере нагрева воды в первом баке 2 она по патрубкам 4 и 5 попадает во второй бак 3, постепенно нагревая и замещая в нем холодную воду. Расход горячей воды происходит из верхней части второго бака 3, при этом за счет максимальной удаленности точки забора горячей воды от точки поступления холодной воды и минимальном перемешивании за счет разделения баков, а также малого сечения соединительных патрубков 4 и 5 из электроводонагревателя отбирается вода максимальной температуры, на которую настроен термостат. На лицевой панели 16 с помощью регулятора 17 установки мощности и регулятора 18 установки температуры воды пользователь задает нужный температурный режим, который поддерживается термостатом 13. В случае превышения установленной температуры нагрева, термостат 13 автоматически отключает питание устройства. Нагрев воды осуществляется электронагревательным элементом 12. При снижении температуры воды термостат 13 автоматически подключает питание,
поддерживая таким образом установленную температуру. На шкале 19 электрического термометра отражается фактический уровень температуры воды. При расходе горячей воды из второго бака 3 ее объем непрерывно замещается равным количеством подогретой воды из бака 2 за счет подпора давлением водопровода. Таким образом, работа устройства осуществляется в автоматическом режиме. При больших расходах воды подключается второй электронагревательный элемент 14, благодаря чему происходит непрерывная подача горячей воды потребителю.
Таким образом, предлагаемый электроводонагреватель, имеющий описанную выше конструкцию, обеспечивает по сравнению с прототипом существенное снижение теплопотерь а, следовательно, сокращение времени нагрева воды и экономию электроэнергии. Кроме того, в отличие от прототипа, конструкция электроводонагревателя проста, надежна и компактна.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Патент РФ 2008570, кл. F 24 H 1/20, опубл. 1994.
2. Патент РФ 2172900, кл. F 24 H 1/20, опубл. 2001.
3. Заявка Японии 3-297543, кл. F 24 H 1/18, опубл. 2002.
4. Заявка Японии 3-168360, кл. F 24 H 1/18, опубл. 2001.
5. Патент РФ 2116580, кл. F 24 H 1/20, опубл. 1998.
6. Заявка Японии 3-173204, кл. F 24 H 1/18, опубл. 2001 - прототип.