ПРОТОЧНЫЙ 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 - накопительные и проточные. Накопительные электроводонагреватели предназначены, как правило, для постепенного нагрева больших объемов воды, а проточные служат для мгновенного подогрева воды, непрерывно поступающей из водопроводной сети. Главное достоинство проточных электроводонагревателей по сравнению с накопительными заключается в том, что нагрев воды в приборе начинается сразу в момент открытия крана. Это позволяет получать горячую воду в любое время и в неограниченном объеме.
Известен проточный электроводонагреватель высокого давления [1], предназначенный для использования в электроустановках жилых домов, который состоит из патрубка с вентилем на его выходном конце. В полости электроводонагревателя размещен водонагревательный элемент, а на патрубке установлен исполнительный механизм, состоящий из цилиндра с поршнем, шток которого при необходимости воздействует на концевой выключатель. Концевой выключатель имеет возможность перемещения по специальной планке. Путем перемещения концевого выключателя по планке и прикрытия вентиля можно
регулировать температуру нагрева воды электроводонагревателя. Недостатком известного электроводонагревателя [1] является горизонтальное расположение патрубка, в полости которого размещен водонагревательный элемент. При таком расположении перемещение потока воды происходит в горизонтальном направлении, что создает турбулентность потока, обусловленную разностью температур, давления, скорости и плотности. Вследствие этого происходит постоянное волнообразное перемешивание холодной и горячей воды по всему объему патрубка, что приводит к таким же волнообразным изменениям температуры воды на выходе прибора. Это, безусловно, является негативным фактором.
Известен также электроводонагреватель [2] проточного типа, предназначенный для использования в системах горячего водоснабжения. Электроводонагреватель состоит из корпуса, снабженного трубопроводами подвода и отвода воды с установленными на них запорными клапанами. В своей верхней части корпус выполнен с профилированными стенками. В корпусе электроводонагревателя расположен нагревательный элемент. Отличительной особенностью известного электроводонагревателя [2] является то, что часть стенки корпуса выполнена в виде мембраны, механически соединенной с запорным клапаном, установленным на трубопроводе подвода холодной воды. Верхняя профилированная часть корпуса выполнена в виде сильфона и механически соединена с выключателем электрической схемы. Верхняя часть корпуса снабжена патрубком с взрывным клапаном. В процессе работы при возникновении аварийной ситуации, когда давление будет выше расчетного, подъем патрубка вверх приведет к проколу диафрагмы взрывного аварийного клапана, что предохранит корпус электроводонагревателя от разрыва. Наличие в конструкции известного электроводонагревателя [2] средств для обеспечения
аварийной защиты при давлении, превышающем допустимое, является важным достоинством электроводонагревателя, однако следует отметить следующие недостатки известного электроводонагревателя [2]. Это, прежде всего - сложность конструкции и регулирования процессов включения и выключения электронагревателя. Кроме того, процесс нагрева воды в электроводонагревателе [2] начинается не сразу после поступления холодной воды в корпус электроводонагревателя, а только после заполнения значительного объема корпуса электроводонагревателя и создания внутри него рабочего давления.
Из литературы [3] известен электроводонагреватель, предназначенный для мгновенного подогрева воды, непрерывно поступающей из водопроводной сети, например, на бытовые нужды. К корпусу электроводонагревателя подведены трубопровод подвода воды и трубопровод отвода воды. На трубопроводе отвода воды установлен подпружиненный клапан с отверстием. Часть стенки корпуса выполнена в виде диска со штоком, взаимодействующим с выключателем питания электронагревателя. Между штоком и выключателем питания установлен диск переменной толщины, который вместе с рукояткой, валом и пружиной образует устройство, блокирующее взаимодействие подвижной стенки выключателем электропитания. Наличие в электроводонагревателе блокирующего устройства позволяет получать из него как горячую, так и холодную воду. Кроме того, при отсутствиииоды в водопроводной сети электроводонагреватель автоматически отключается, а рукоятка устанавливается в блокирующее положение, что исключает самопроизвольное выключение питания электроводонагревателя. Недостатком известного электроводонагревателя [3] является сложность, а, следовательно, невысокая надежность системы блокировки электроводонагревателя, которая состоит из множества механических
деталей, как перемещающихся, так и неподвижных. Кроме того, предложенная система блокировки громоздка, она занимает значительную часть всего объема электроводонагревателя. При этом сам нагревательный элемент занимает лишь небольшую часть полости бака электроводонагревателя, что не является оптимальным с точки зрения перемешивания слоев воды с различной температурой.
Наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является проточный электроводонагреватель, описанный в литературе [4], выбранный в качестве прототипа. Известный электроводонагреватель [4] предназначен для мгновенного подогрева воды, непрерывно поступающей из водопроводной сети. Электроводонагреватель содержит бак с подключенными к нему трубопроводом подвода воды и трубопроводом отвода воды. Внутри бака расположен электронагреватель, подключенный к выключателю. Часть корпуса бака выполнена в виде мембраны, являющейся датчиком давления, с которой контактирует выключатель. На трубопроводе отвода воды установлен подпружиненный клапан, имеющий сквозное отверстие, площадь проходного сечения которого составляет 0,002...0,004 площади мембраны. Трубопровод подвода воды снабжен краном, при открывании которого холодная водопроводная вода поступает в бак, постепенно заполняя его. При расходе воды ниже минимальной производительности электроводонагревателя вся вода проходит через сквозное отверстие клапана. При увеличении расхода воды отверстие клапана не успевает пропускать весь поток воды, давление в корпусе возрастает и воспринимается мембраной, которая включает выключатель и электронагреватель. При этом клапан также приоткрывается и поток нагреваемой воды отводится по трубопроводу к потребителю. Таким образом, из описания работы известного электроводонагревателя [4],
выбранного в качестве прототипа, следует, что электроводонагреватель не обеспечивает мгновенного нагрева воды до заданной температуры, которая составляет обычно ~60°. Подключение нагревательного элемента происходит только после создания в заполненной полости бака давления, достаточного для изгиба мембраны, обеспечивающей срабатывание выключателя электроводонагревателя. Это создает для потребителя недостаточно комфортные условия пользования электроводонагревателем. Кроме того, сама система включения и выключения электроводонагревателя, а также конструкция подпружиненного клапана достаточно сложна и вряд ли сможет обеспечить надежную бесперебойную работу прибора в условиях нашей системы водоснабжения. В известном электроводонагревателе [4] не решена также проблема защиты по температуре, что является весьма существенным недостатком технического решения, выбранного в качестве прототипа.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эксплуатационной надежности электроводонагревателя, безопасности и комфортности при его использовании, а также существенное упрощение конструкции.
Для достижения поставленной задачи предлагается проточный электроводонагреватель, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит бак с трубопроводами подвода и отвода воды, расположенный в полости бака нагревательный элемент и датчик давления. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип устройства, является то, что проточный электроводонагреватель дополнительно снабжен датчиком температуры, электрически соединенным с нагревательным элементом. Причем датчик давления
электроводонагревателя смонтирован на трубопроводе подвода холодной воды.
Для создания дополнительного сопротивления потоку холодной воды, обеспечивающего увеличение гидравлического давления на мембрану датчика давления, на входе в бак трубопровода подвода воды в нем может быть установлен жиклер.
Для равномерного распределения поступающей холодной воды в нижней части бака на трубопроводе подвода воды может быть установлен рассекатель. Для этой же цели предпочтительно, чтобы бак имел форму цилиндра, вытянутого в вертикальном направлении.
Для расширения эксплуатационных возможностей электроводонагревателя, например, для его использования в душевой кабине, он может быть снабжен вторым нагревательным элементом, подключенным аналогично первому.
Датчик температуры электроводонагревателя может быть выполнен в виде теплового реле.
Важнейшими задачами, поставленными при создании предлагаемой полезной модели, являются: повышение надежности и безопасности работы электроводонагревателя, а также упрощение его конструкции. Выполнение указанных задач стало возможным благодаря следующему.
Существенное упрощение конструкции по сравнению с прототипом удалось осуществить за счет установки датчика давления на трубопроводе подвода холодной воды. Благодаря этому:
• появилась возможность создания бака технологичной цилиндрической формы, в отличие от прототипа, в котором часть стенки корпуса выполнена в виде мембраны, контактирующей с выключателем, подключенным к нагревательному элементу;
• отпала необходимость установки подпружиненного клапана на трубопроводе отвода горячей воды;
• так как включение нагревательного элемента происходит от срабатывания датчика давления, установленного на входном трубопроводе, то нагревание воды в предлагаемой полезной модели до стабильной температуры (~60°С) на выходе электроводонагревателя происходит в течение (15-20) сек. В прототипе нагрев начинается только после полного заполнения бака холодной водой и создания необходимого давления во всем объеме бака электроводонагревателя.
Актуальной проблемой при конструировании новых современных моделей проточных электроводонагревателей наряду с надежностью остается обеспечение безопасности работы прибора. Эта проблема успешно решена в предлагаемой полезной модели следующим образом. Помимо одного контура защиты, а именно - датчика давления воды на входе электроводонагревателя, электрически связанного с нагревательным элементом, в заявляемой полезной модели вводится второй контур защиты - по температуре. Это осуществлено путем введения нового отличительного признака, отсутствующего в прототипе -датчика температуры, выполненного в конкретном примере реализации полезной модели в виде теплового реле. При превышении заданной температуры воды, например, 60°С тепловое реле срабатывает и нагревательный элемент отключается от сети.
Следует также отметить признаки, включенные в зависимые пункты формулы:
• наличие жиклера на трубопроводе подвода холодной воды обеспечивает стабильную работу датчика давления;
• рассекатель и вертикальная форма цилиндрического бака электроводонагревателя способствуют равномерному
распределению воды в нижней зоне бака и ее плавное перемещение от входа к выходу, обеспечивая эффективность работы электроводонагревателя и комфортные условия для потребителя;
• введение дополнительного нагревательного элемента позволяет использовать электроводонагреватель для душевой кабины, обеспечивая с помощью переключателя мощности установку трех различных режимов работы: 2, 3 или 5 кВт.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого проточного электроводонагревателя (продольный разрез);
на фиг.2 представлена электрическая схема электроводонагревателя.
Электроводонагреватель состоит из корпуса 1, внутри которого смонтирован бак 2. К баку 2 подведены трубопровод 3 для подвода холодной воды и трубопровод 4, предназначенный для отвода горячей воды. Во внутренней полости бака 2 смонтирован нагревательный элемент (ТЭН) 5, а на трубопроводе 3 подвода холодной воды установлен датчик давления 6, представляющий собой мембранное устройство, которое при достижении на входе в электроводонагреватель минимально допустимого давления порядка 0,5 бар включает электропитание нагревательного элемента 5. На входе в бак 2 трубопровода 3 подвода холодной воды установлен жиклер 7 с калиброванным отверстием, которое создает дополнительное сопротивление потоку воды, увеличивая гидравлическое давление на мембрану датчика давления 6. Электроводонагреватель снабжен датчиком температуры 8, смонтированным на верхней поверхности бака 2 и представляющим собой защитное (тепловое) реле, соединенное последовательно через датчик давления 6 и выключатель 9
со световым индикатором 10с нагревательным элементом 5 (см. фиг.2). В нижней части бака 2 на трубопроводе 3 подвода холодной воды установлен рассекатель 11, предназначенный для равномерного распределения поступающей холодной воды по нижней зоне бака 2. Равномерному распределению нагретой воды и ее движению снизу вверх в вертикальном направлении способствует также форма бака 2, представляющего собой цилиндрическую колбу, вытянутую в вертикальном направлении. Размеры нагревательного элемента 5, оптимально подобранные по отношению к форме бака 2, максимально заполняя объем бака 2, также гарантируют стабильную температуру на выходе прибора. Корпус бака 2, а также все детали электроводонагревателя, контактирующие с водой, предпочтительно изготавливать из меди, характеризующейся высокими антикоррозионными свойствами и устойчивостью к тепловому разрушению. В качестве ТЭНов 5 применяют закрытые нагревательные элементы, представляющие собой медную трубку с запрессованной в нее нагревательной спиралью и керамическим наполнителем.
Предлагаемый проточный электроводонагреватель работает следующим образом.
При открывании крана, установленного на трубопроводе 3 подвода холодной воды (на фиг. не показан), из водопровода вода поступает в бак 2, проходя через датчик давления 6, жиклер 7 и рассекатель 11. При достижении на входе в электроводонагреватель минимально допустимого давления датчик давления 6 автоматически подключит нагревательный элемент 5. При уменьшении давления воды на входе ниже минимально допустимого, а также в случае, когда подача воды из водопроводной магистрали прекращается, датчик давления 6 автоматически отключит электропитание нагревательного элемента 5. Когда температура воды в баке 2 превысит максимальную рабочую
температуру (~60°С), тепловое реле 8 автоматически отключает нагревательный элемент 5 от сети. Это отключение является средством защиты устройства от перегрева. После охлаждения электроводонагреватель автоматически включится.
Таким образом, предлагаемая полезная модель, имеющая описанную выше конструкцию, обеспечивает по сравнению с прототипом повышение эксплуатационной надежности, безопасности и комфортности при ее использовании. Кроме того, в отличие от прототипа, конструкция электроводонагревателя проста и компактна.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Патент РФ 2042892, кл. F 24 H 9/20, F 24 H 1/20, опубл. 1995.
2. Авт. свид. СССР 1679152, кл. F 24 H 1/20, опубл. 1991.
3. Патент РФ 2172900, кл. F 24 H 1/20, опубл. 2001.
4. Патент РФ 2008570, кл. F 24 H 1/20, опубл. 1994 - прототип.