ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в устройствах электрического нагрева воды, предназначенных для обеспечения потребителя автономным источником горячей воды во время периодических или аварийных отключений от централизованного снабжения горячей водой, а также в тех случаях, когда горячее водоснабжение отсутствует.
Известны электроводонагреватели двух типов - проточные и накопительные. Проточные электроводонагреватели 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. В качестве аналогов предлагаемой полезной модели рассмотрим некоторые разновидности конструкций электроводонагревателей.
Известен электроводонагреватель (см. патент РФ на изобретение №2220381, кл. МПК 7 F 24 Н 1/20, опубл. 2003.12.27), который предназначен для нагрева жидкости при ее протекании через электроводонагреватель. Устройство содержит два трубчатых теплообменника U-образной формы, внутри которых коаксиально размещен ТЭН с узлами герметизации и клеммами электропитания, при этом теплообменники установлены параллельно друг к другу. Два близлежащих конца теплообменников соединены узлом герметизации, а два других конца соединены через второй узел герметизации с подводящим и отводящим патрубками. В конструкции электроводонагревателя повышена надежность благодаря жесткому креплению сигнализатора наличия воды непосредственно на узле
герметизации без дополнительного гидравлического канала. Кроме того, жесткое крепление сигнализатора наличия воды на корпусе второго узла герметизации и его гидравлическое соединение с подводящим патрубком позволяет выпускать электроводонагреватели различной мощности без изменения габаритов и компоновки устройства. Указанные особенности конструкции электроводонагревателя являются его несомненными достоинствами, однако он не лишен недостатка, свойственного всем проточным электроводонагревателям, а именно: высоким электропотреблением.
Известен накопительный электроводонагреватель (см. заявку Японии №3-128388 В2, кл. МПК 7 F 24 Н 1/18, опубл. 29.01.2001), который содержит резервуар с впускным патрубком для холодной воды в нижней части и выпускным патрубком для горячей воды в верхней части. Внутри нижней части резервуара находится электрический нагреватель. В верхней части резервуара расположены датчики для контроля температуры оставшейся воды. Электроводонагреватель отличается тем, что он оснащен температурным датчиком, расположенным вблизи электрического нагревателя и вычислительным блоком, который на основании показаний температурных датчиков вычисляет изменение температуры воды за единицу времени, а также содержит блок управления, который прерывает подачу тока в электроводонагреватель, когда результат вычислений, полученный по показаниям температурных датчиков, превышает заданную величину. К недостаткам известного электроводонагревателя следует отнести сложную систему управления подачей тока в электроводонагреватель.
Известен электрический водоподогреватель (см. заявку Японии 3-297543, кл. МПК 7 F 24H 1/18, опубл. 2002), который содержит: бак с водой, с нижней частью которого соединен циркуляционный насос, и электронагреватель воды, 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 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. Недостатком известного электроводонагревателя является его высокая энергоемкость, поскольку для обеспечения циркуляции нагретой воды в его состав входит электроциркуляционный насос.
В настоящее время появились конструкции накопительных электроводонагревателей с пластиковыми рабочими баками, имеющие существенные преимущества по сравнению со стальными баками. Пластик обеспечивает высокие, не зависящие от времени гигиенические показатели при контакте с водой. Отсутствие коррозии позволяет исключить специальные антикоррозионные покрытия, применяемые для стальных баков. Кроме того, отпадает необходимость в использовании защитных магниевых анодов.
Известен, например, электроводонагреватель (см. патент РФ №2193146, МПК F 24 H 1/18, опубл. 2002.11.20, приоритет Италии 1997.12.29, аналог: WO 99/34153), основной особенностью которого является то, что его корпус выполнен из пластмассы, стойкой к относительно высоким давлениям. Электроводонагреватель содержит основной корпус, состоящий из двух полуоболочек, и имеет отверстие для введения электрического нагревательного элемента, закрепленного на фланце, закрывающем отверстие в одной из полуоболочек. Каждая полуоболочка имеет периферийную кромку с соединительным средством, которое может
соединяться с соединительным средством другой полуоболочки с образованием полосы с более высоким сопротивлением, и радиально усиливающие элементы, которые проходят от каждой периферийной кромки и сходятся в центральной области каждой полуоболочки. Радиально усиливающие элементы представляют собой ребра, выступающие внутрь каждой полуоболочки. В основной корпус входят трубки, выполненные из пластмассы для ввода и вывода воды в водонагреватель и из него. Основной корпус окружен наружным кожухом, выполненным из термопластичного материала. Главной особенностью известного технического решения является совместимость материалов, из которых выполнены составляющие части электроводонагревателя. В частности, в патенте приводятся конкретные группы материалов, имеющих хорошую совместимость, для изготовления оболочки, наружного кожуха и изолирующего слоя, расположенного между оболочкой и наружным кожухом. Водонагреватель обеспечивает высокое механическое сопротивление и надежность в работе при высоком давлении, например, для рабочих давлений порядка 8 бар, при температурах до 90-100°С.
Известен также бойлер, в конструкции которого использованы композиционные материалы (см. патент Германии №60105123Т, МПК F 24 H 1/18, опубл. 2005.09.01, аналог: ЕР 1254343). В нижней части рабочего бака установлены нагревательный элемент, термостат и патрубок подачи холодной воды. Выпуск горячей воды из бака осуществляется патрубком выпуска горячей воды. Корпус бойлера 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. 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.
Однако, несмотря на несомненные достоинства описанных выше электроводонагревателей с пластиковыми рабочими баками, следует отметить присущие им недостатки, а именно:
- сложность конструкции рабочих баков;
- технологические сложности, связанные с изготовлением специальных материалов, обеспечивающих высокое механическое сопротивление корпусов рабочих баков;
- большие материальные затраты, а, следовательно, и высокая стоимость электроводонагревателей, обусловленная описанными выше конструктивными и технологическими особенностями.
Наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является электроводонагреватель (см. патент РФ на изобретение №2191327, кл. МПК 7 F 24 Н 1/20, опубл. 2002.10.20), который может быть использован для нагрева воды в бытовых условиях.
Электроводонагреватель содержит теплоизолированный корпус, патрубок подвода холодной воды, патрубок отвода нагретой воды и электронагревательный элемент, например ТЭН, закрепленный на основании корпуса с помощью болтового соединения и подключенный к сети питания. Электронагревательный элемент помещен в установленный вертикально колодец, который может быть выполнен в виде цилиндра или удлиненного конуса, причем площадь сечения его нижней части, то есть части, в которой размещен ТЭН, больше площади сечения его верхней части. Для уменьшения потерь тепла при контакте с холодной водой электроводонагревателя стенки колодца теплоизолированы. В нижней части колодца выполнены входные отверстия, которые разнесены по высоте, в верхней части колодца имеется выходное отверстие для выхода нагретой воды, размеры которого определяют величину температуры нагретой в колодце воды. Для контроля уровня нагретой воды имеется схема контроля, включающая термодатчики, установленные на корпусе с возможностью теплового контакта с внутренней стенкой корпуса, термовыключатели и
переключатель уровня нагрева воды. Особенностью известного электроводонагревателя является то, что площадь поперечного сечения выходного отверстия меньше площади поперечного сечения входного отверстия. Это позволяет снизить затраты электроэнергии и времени путем нагрева не всего объема воды электроводонагревателя, а только заданного объема. Однако, несмотря на несомненные достоинства известного электроводонагревателя, следует отметить и недостатки, присущие анализируемому техническому решению. Недостатком известного электроводонагревателя является сложность его конструкции, а, следовательно, и высокая стоимость прибора. К конструктивным недостаткам электроводонагревателя можно также отнести неудачное выполнение узла крепления нагревательного элемента к основанию корпуса, выполненное с помощью болтового соединения. При таком соединении сложно обеспечить равномерность прижима соединяемых деталей, что со временем может привести к разгерметизации рабочего бака, а, следовательно, к выводу электроводонагревателя из строя.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции электроводонагревателя при одновременном повышении его надежности, снижении материальных затрат на его изготовление и расширении эксплуатационных возможностей.
Для достижения поставленной задачи предлагается электроводонагреватель, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит теплоизолированный корпус, снабженный входным и выходным патрубками. В нижней части рабочего бака электроводонагревателя на фланце смонтирован электронагревательный элемент. Электроводонагреватель снабжен также системой контроля с термодатчиком.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип электроводонагревателя, является то, что
фланец установлен в корпус электроводонагревателя герметично на резьбовом соединении, при этом на фланце в нижней части рабочего бака смонтирован дополнительный электронагревательный элемент.
Электронагревательные элементы могут быть установлены на одном уровне, кроме того, они могут иметь возможность автономного подключения к сети. Система контроля электроводонагревателя может быть снабжена термостатом, а внутри рабочего бака может быть установлен анод.
Важнейшими задачами, поставленными при создании предлагаемой полезной модели, являются: упрощение конструкции, повышение надежности, снижение материальных затрат на изготовление электроводонагревателя и расширение его эксплуатационных возможностей. Выполнение указанных задач стало возможным благодаря следующему.
Существенное упрощение конструкции по сравнению с прототипом, а также снижение материальных затрат удалось осуществить за счет того, что заявляемая полезная модель, в отличие от прототипа, не содержит весьма сложного конструктивного элемента - вертикального колодца, внутри которого размещен электронагревательный элемент. Упомянутый колодец весьма сложен и в технологическом отношении, так как выполнен в виде цилиндра или удлиненного конуса, стенки которого теплоизолированы. Кроме того, в нижней части колодца выполнены входные отверстия, которые разнесены по высоте, а в верхней части колодца имеется выходное отверстие для выхода нагретой воды.
Повышение надежности электроводонагревателя обеспечено вновь введенным существенным признаком - установкой фланца в корпус прибора на резьбовом соединении, а не с помощью болтового соединения, как это выполнено в прототипе. Таким образом, очень простым путем обеспечивается надежная герметичность соединения рабочего бака прибора с фланцем, и, следовательно, решается задача повышения надежности работы электроводонагревателя, что является весьма актуальной проблемой
при конструировании новых современных моделей накопительных электроводонагревателей.
Следует также добавить, что введение дополнительного электронагревательного элемента (ТЭНа), а также обеспечение с помощью автономных переключателей подключения либо одного ТЭНа, либо одновременно двух ТЭНов (см. пункт 2 формулы полезной модели) существенно расширяет эксплуатационные возможности электроводонагревателя (появляется возможность очень быстрого нагрева воды, обеспечивается дополнительное удобство при эксплуатации электроводонагревателя).
Предусмотренная в пункте 4 формулы полезной модели возможность установки анода в полости рабочего бака обеспечивает защиту элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии, дополнительно способствуя повышению его надежности.
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 общий вид предлагаемого электроводонагревателя (продольный разрез).
Электроводонагреватель состоит из и теплоизолированного корпуса, включающего герметичный корпус 1 рабочего бака, наружный кожух 2 и расположенную между ними теплоизоляцию. В нижней части рабочего бака смонтированы входной патрубок 3 подачи холодной воды и выходной патрубок 4, предназначенный для забора горячей воды. В нижней части рабочего бака герметично с помощью резьбового соединения закреплен фланец 5, на котором смонтирован первый электронагревательный элемент (ТЭН) 6, рядом с которым на фланце 5 установлены: второй (дополнительный) электронагревательный элемент (ТЭН) 7,
предназначенный для осуществления ускоренного нагрева воды, термодатчик 8 и магниевый анод 9, предназначенный для защиты элементов конструкции электроводонагревателя от электрохимической коррозии. На фланце 5 дополнительно монтируется термостат 10. Резьбовой фланец 5 герметизируется прокладкой 11. Герметичный корпус 1 рабочего бака может быть изготовлен из нержавеющей или эмалированной стали, а также из различных композиционных материалов. Соединительные швы герметичного корпуса 1 рабочего бака свариваются электронно-лучевой сваркой в вакуумном поле. Такая технология обеспечивает высокую коррозионную устойчивость сварных швов. Наружный кожух 2 теплоизолированного корпуса электроводонагревателя может быть выполнен из специального конструкционного пластика, либо из зеркальной полированной нержавеющей стали. Патрубки электроводонагревателя - входной патрубок 3 подачи холодной воды и выходной патрубок 4 забора горячей воды выполнены из нержавеющей стали. Анод 9 изготовлен из магниевого сплава. Электронагревательные элементы (ТЭНы) 6 и 7 установлены на одном уровне и имеют возможность автономного подключения к питающей сети с помощью переключателей 12 и 13, расположенных на лицевой панели 14 теплоизолированного корпуса. В качестве ТЭНов применяют закрытые нагревательные элементы, представляющие собой медную трубку с запрессованной в нее нагревательной спиралью и керамическим наполнителем. На лицевой панели 14 расположена также шкала 15 термодатчика 8 и лампочки 16 и 17 индикации включения электронагревательных элементов 6 и 7. Объем между корпусом 1 рабочего бака и наружным кожухом 2 заполнен теплоизоляцией 18, выполненной из экологически чистого пенополиуретана. Пенополиуретан имеет самый низкий коэффициент теплопроводности и является наиболее эффективным теплоизоляционным материалом.
Предлагаемый накопительный электроводонагреватель работает следующим образом.
Перед включением в электрическую сеть электроводонагреватель заполняют холодной водой. Холодная вода через входной патрубок 3 поступает в рабочий бак, при этом холодная вода заполняет рабочий бак, вытесняя из него воздух через выходной патрубок 4. Как только вода в рабочем баке достигнет верхнего уровня выходного патрубка 4, она через патрубок 4 начнет выливаться наружу, что является признаком полного заполнения электроводонагревателя. После этого на выходном патрубке 4 закрывается выходной вентиль (на фиг. не показан) и электроводонагреватель подключается к электрической сети. По мере нагрева воды она за счет конвекции поднимается в верхнюю часть рабочего бака, постепенно нагревая и замещая в нем холодную воду. Расход горячей воды происходит из верхней части рабочего бака, при этом за счет максимальной удаленности точки забора горячей воды от точки поступления холодной из электроводонагревателя отбирается вода максимальной температуры, на которую настроен термостат 10.
Пользователь задает нужный температурный режим, который поддерживается с помощью термостата 10. На шкале 15 отражается фактический уровень температуры воды. В случае превышения предельной температуры нагрева, термодатчик 8 автоматически отключает питание устройства. Нагрев воды в рабочем баке осуществляется электронагревательными элементами 6 и 7, которые включаются с помощью переключателей 12 и 13, соответственно. При включении электронагревательных элементов на лицевой панели 14 загораются лампочки 16 и 17 индикации. При снижении температуры воды термостат 10 автоматически подключает питание, поддерживая, таким образом, установленную температуру. При расходе горячей воды ее объем непрерывно замещается равным количеством подогретой воды из нижней части рабочего бака за счет подпора давлением водопровода. При больших расходах воды, а также в том случае, когда пользователю необходимо очень быстро получить горячую воду, одновременно подключаются оба
электронагревательных элемента 6 и 7, благодаря чему происходит непрерывная подача горячей воды потребителю.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает по сравнению с прототипом упрощение конструкции и высокую эксплуатационную надежность. Кроме того, заявляемый прибор за счет введения второго дополнительного электронагревательного элемента (ТЭНа) обеспечивает ускоренное получение горячей воды, существенно расширяя тем самым его эксплуатационные возможности. При этом материальные затраты на изготовление электроводонагревателя сравнительно невысокие.